Распространённые дефекты при лазерной сварке

Как и при дуговой сварке, лазерная сварка конструкционных сталей может содержать дефекты. Без надлежащей подготовки материалов и выбора параметров сварки определенные дефекты могут быть более вероятными (трещины затвердевания, поры, потеря ударной вязкости), а некоторые другие дефекты — менее вероятными (например, чрезмерная деформация).

Сегодня компания Лазерформ предлагает услуги по лазерной сварке изделий из нержавейки и титана.

Растрескивание при затвердевании

Растрескивание при затвердевании недопустимо и возникает, когда затвердевающий металл сварного шва не может выдерживать действующие на него напряжения на заключительных стадиях затвердевания, когда сварной шов затвердевает и охлаждается. Это, в частности, возникает, когда последняя для затвердевания жидкость присутствует в виде тонкой пленки, покрывающей границы дендритов, обычно вдоль центральной линии сварного шва, затвердевающей при пониженной температуре по сравнению с температурой солидуса в объеме. Это понижение температуры, в свою очередь, является результатом сегрегации элементов на границах дендритов, которые затем образуют соединения или фазы с низкой температурой плавления.

Основными виновниками конструкционных сталей являются неприемлемо высокие уровни серы и / или фосфора. Кроме того, элементы, которые способствуют образованию первичного аустенита, могут также приводить к повышенной тенденции к растрескиванию при затвердевании, это C, Mn, Ni и т. Д. Однако Mn также может иметь положительный эффект, поскольку он соединяется с серой с образованием фаз глобулярной формы, которые поэтому не образуют хрупких пленок на границах дендритов. Практические результаты этих соображений заключаются в том, что во избежание растрескивания стали желательно иметь низкие уровни элементов, таких как C, S и P, и высокий уровень Mn в металле сварного шва. Поэтому в некоторых случаях можно использовать соответствующую добавку присадочной проволоки для минимизации растрескивания при затвердевании.

Также важны скорость сварки и форма (соотношение сторон) сварного шва. Высокие скорости сварки приводят к образованию глубоких узких швов с единственной центральной линией границы, тогда как более низкие скорости сварки дают более широкий и неглубокий сварной шов, который также может иметь более выгодную, сложную структуру затвердевания в центре. На форму сварного шва можно повлиять за счет увеличения подводимого тепла и / или использования лазерного луча с большим диаметром сфокусированного пятна, которые можно использовать для расширения сварного шва.

Другие факторы, влияющие на растрескивание, такие как толщина листа, тип соединения и подгонка, фиксация компонентов и загрязнение поверхности соединения, должны быть приняты во внимание при разработке процедур сварки, чтобы избежать растрескивания. Более толстые, плохо подогнанные, неправильно очищенные и чрезмерно закрепленные соединения будут более склонны к растрескиванию, чем чистые, хорошо подогнанные, менее закрепленные соединения в более тонких материалах.

Пористость

При лазерной сварке конструкционных сталей пористость может быть проблемой, но может допускаться до уровней, определенных в стандартах лазерной сварки. Пористость сварного шва может возникать из-за чрезмерного количества газа в виде пузырьков в металле сварного шва, которые захватываются затвердевающим металлом шва. Это также может быть результатом обрушения замочной скважины для лазерной сварки, если эта замочная скважина нестабильна, в результате чего в ней могут быть захвачены газы.

Источником этого газа часто может быть поверхностное загрязнение свариваемых деталей, такое как смазка, масло, оксид и абсорбированный водяной пар, остатки смазочно-охлаждающей жидкости и т. Д. Все это можно контролировать путем соответствующей подготовки и очистки кромок и поверхностей.

С растворенными газами в самом основном металле справиться труднее. Чтобы свести к минимуму пористость, необходимо использовать стали с низким содержанием газа, то есть полностью раскисленные стали, предпочтительно с алюминием. Присадочную проволоку можно использовать для контроля пористости путем добавления раскисляющих элементов, таких как Si и Al, в металл шва.

Эффективная защита инертным газом важна для минимизации пористости, чтобы избежать случайного попадания атмосферных газов в сварной шов.

Любые шаги, которые могут быть предприняты для увеличения сварочной ванны (например, сварка с повышенным тепловложением, двухточечная или гибридная лазерно-дуговая сварка), или увеличение времени, доступного для дегазации (например, снижение скорости сварки), также могут быть полезны при снижение уровня пористости.

Тщательный выбор системы контроля факела или плазмы и соответствующего типа вспомогательного газа и настройки также может иметь значение, в зависимости от длины волны лазерного источника и используемых параметров сварки. Адекватный контроль над факелом или плазмой приведет к более стабильной замочной скважине, что позволит избежать нестабильных обрушений этой замочной скважины.

Сварные швы с частичным проплавлением более склонны к образованию пористости, чем сварные швы с полным проплавлением, поскольку в этом случае пути выхода пузырьков газа становятся более ограниченными. И наоборот, как только сварные швы начинают проникать, поры, которые обычно застревают в нижней части сварного шва, могут выходить из корня сварного шва, и им больше не нужно всплывать через расплавленный металл, чтобы выйти через поверхность сварного шва. .

Изменения свойств материала

Хотя технически это не является дефектом сварного шва, высокая скорость охлаждения металла шва и ЗТВ сразу после лазерной сварки может привести к образованию хрупких микроструктур с низкой вязкостью в конструкционных сталях. Мониторинг уровней твердости, особенно во время спецификации процедуры сварки, может служить полезным руководством для определения минимально допустимого подводимого тепла. Тем не менее, желательно, чтобы это было дополнено испытанием на ударную вязкость и, при необходимости, испытанием CTOD. Обычно результаты этих измерений и испытаний показывают, необходимо ли увеличение подводимого тепла, например, за счет снижения скорости сварки, для достижения требуемой ударной вязкости. Это особенно верно в отношении вязкости в зоне термического влияния, когда добавление присадочной проволоки не может изменить получаемые значения вязкости.