Varilni sklop
1. Razmik in neusklajenost montaže
Kakovost montaže je ključnega pomena za zagotavljanje kakovosti varjenja. Prekomerne montažne reže ali neporavnanost lahko zlahka povzročijo napake, kot so prežganje, slabo oblikovanje zvara in nepopolna penetracija. Montažna reža za kotne in čelne spoje mora biti čim manjša. Tabela 8-2 navaja zahteve glede rež in neporavnanosti pri ročnem laserskem avtogenem varjenju.
Za zagotovitev dimenzij obdelovanca, zmanjšanje deformacije in preprečevanje neporavnanosti varjenega območja zaradi torzijske deformacije med varjenjem je pred varjenjem običajno potrebno točkovno varjenje. Za montažno točkovno varjenje se uporablja enaka procesna metoda kot pri formalnem varjenju. Dolžina točkovnih zvarov je 20–30 mm, zahteve glede kakovosti za točkovne zvare (npr. globina in širina preboja) pa so nižje kot za formalno varjenje. Za točkovno varjenje se običajno uporablja večja hitrost premikanja kot za formalno varjenje. Da bi zagotovili zanesljivo povezavo točkovnih zvarov, morajo biti točkovni zvari ravni, dolgi in tanki ter ne smejo biti pretirano veliki, široki ali visoki. Točkovni zvari zahtevajo tudi ustrezno zaščito, da se prepreči oksidacija.
3. Vpenjala in spone
Lasersko varjenje se večinoma uporablja zavarjenje tankih ploščPri varjenju tankih plošč se varjenje običajno izvaja na sprednji strani obdelovanca, pri čemer se na zadnji strani tali dovolj, da se doseže dobro oblikovan zadnji zvar. Za izbiro parametrov: nizek dovod toplote lahko povzroči nepopolno taljenje na zadnji strani; visok dovod toplote, ki sicer zagotavlja popolno penetracijo na zadnji strani, lahko povzroči prežganje zaradi teže staljene kovine ali nesorazmerne širine taljenja glede na debelino obdelovanca. Da bi preprečili prežganje, je treba, če obdelovanec omogoča vpenjanje, za vpenjanje obdelovanca med varjenjem tankih plošč uporabiti vpenjala – pritiskanje na sprednjo stran in namestitev bakrene ali nerjaveče jeklene podložne plošče na zadnjo stran. To preprečuje spremembe v montažnih režah ali neusklajenost zaradi deformacije varjenja in preprečuje toplotni kolaps. Kadar ima obdelovanec zaradi strukturnih razlogov neenakomerno odvajanje toplote po območjih, je učinkovita tudi uporaba vpenjal za uravnoteženje odvajanja toplote, s ciljem oblikovanja zvarov z enakomernimi dimenzijami na sprednji in zadnji strani.
Izbira varilnih parametrov
Na splošno parametri laserskega varjenja vključujejo moč laserja, širino laserskega impulza, količino defokusiranja, hitrost varjenja in zaščitni plin.
1. Laserska moč
Pri laserskem varjenju obstaja prag gostote laserske moči. Pod tem pragom je globina prodiranja plitva; ko je dosežen ali presežen, se globina prodiranja znatno poveča. Plazma se ustvari le, ko gostota laserske moči na obdelovancu preseže prag, kar kaže na stabilno varjenje z globokim prodiranjem. Pod pragom pride le do površinskega taljenja (stabilno varjenje s toplotno prevodnostjo). V bližini kritičnega pogoja za nastanek ključavnice se izmenjujeta varjenje z globokim prodiranjem in varjenje s toplotno prevodnostjo, kar povzroči nestabilen proces z velikimi nihanji v globini prodiranja. Moč laserja je eden najpomembnejših parametrov pri laserski obdelavi in ključni dejavnik globine prodiranja varjenja. Pri fiksnem premeru fokusirane točke je gostota laserske moči sorazmerna z močjo laserja: večja moč poveča globino prodiranja in hitrost varjenja. Vendar pa prekomerna moč povzroči močno pregrevanje staljene kadi, poveča širino varjenja in območje vpliva toplote (HAZ) ter vodi do večjega brizganja, ki lahko onesnaži varilno lečo. Pri visoki moči se lahko površinska plast segreje do vrelišča in znatno upari v mikrosekundah, zaradi česar je idealna za postopke odstranjevanja materiala, kot so vrtanje, rezanje in graviranje. Pri nižji moči površina doseže vrelišče v nekaj milisekundah, spodnja plast pa se stopi pred površinskim uparjanjem, kar omogoča dobro taljenje.
2. Širina laserskega impulza
Širina laserskega impulza ali »širina impulza« je ključni parameter pri impulznem laserskem varjenju. Določa jo globina prodiranja in HAZ: daljše širine impulzov povečajo HAZ, globina prodiranja pa se povečuje s kvadratnim korenom širine impulza. Vendar pa daljše širine impulzov zmanjšajo vršno moč, zato se običajno uporabljajo za varjenje s toplotno prevodnostjo, pri čemer tvorijo široke, plitve zvare – še posebej primerne za prekrivne spoje tankih in debelih plošč. Vendar pa nizka vršna moč povzroča prekomerno vnašanje toplote in vsak material ima optimalno širino impulza za največjo globino prodiranja.
3. Izbira stopnje defokusiranja
Položaj fokusne točke je ključnega pomena prilasersko fuzijsko varjenjeKo je fokus nad površino obdelovanca, je globina prodiranja majhna, kar otežuje varjenje z globokim prodiranjem. Ko je fokus pod površino, je gostota moči v obdelovancu višja kot na površini, kar spodbuja močnejše taljenje in uparjanje, kar omogoča prenos energije globlje v obdelovanec in povečanje globine prodiranja. Obstajata dva načina defokusiranja: pozitivno defokusiranje (ravnina fokusa nad obdelovancem) in negativno defokusiranje (ravnina fokusa pod obdelovancem). V praksi se za debele plošče, ki zahtevajo veliko globino prodiranja, uporablja negativno defokusiranje, pri čemer je laserski fokus običajno 1–2 mm pod površino obdelovanca. Za tanke plošče je prednostnejše pozitivno defokusiranje, pri čemer je fokus 1–1,5 mm nad površino.
4. Hitrost varjenja
Pri drugih fiksnih parametrih se globina penetracije zmanjšuje z naraščanjem hitrosti varjenja, medtem ko se učinkovitost izboljšuje. Pretirano visoke hitrosti ne izpolnjujejo zahtev glede penetracije; pretirano nizke hitrosti povzročajo prekomerno taljenje, široke zvare, pregrevanje HAZ in povečano nagnjenost k vročim razpokam.pulzno lasersko varjenjeHitrost je določena tudi z največjo frekvenco impulzov in zahtevanim prekrivanjem točk – vsaka naslednja točka impulza se mora do neke mere prekrivati. Tako za dano lasersko moč in debelino materiala obstaja optimalno območje hitrosti, znotraj katerega je dosežena največja globina prodiranja pri določeni hitrosti.
5. Zaščitni plin
Inertni plini se pogosto uporabljajo za zaščito staljene talilne lonce med laserskim varjenjem. Čeprav nekateri materiali morda ne potrebujejo zaščite pred površinsko oksidacijo, jo večina aplikacij potrebuje. Tradicionalno se za lasersko varjenje aluminijevih zlitin uporabljajo Ar, N₂ in He, da se prepreči oksidacija. Teoretično je He najlažji z najvišjo ionizacijsko energijo, vendar je pri nizki moči in visokih hitrostih plazma šibka, kar zmanjšuje razlike med plini. Študije kažejo, da N₂ pod enakimi pogoji lažje povzroči nastanek ključavnice zaradi eksotermnih reakcij z Al; nastale ternarne spojine Al-NO imajo večjo absorpcijo laserja. Vendar čisti N₂ tvori krhke faze Al-N in pore v zvarih. Inertni plini, ker so lahki, uhajajo brez povzročanja por, zaradi česar so mešani plini učinkovitejši. V zadnjem času so se povečale raziskave o laserskem varjenju z Al z uporabo mešanic Ar-O₂ in N₂-O₂.
6. Absorpcija materiala
Absorpcija laserske energije materiala je odvisna od lastnosti, kot so absorpcijska sposobnost, odbojnost, toplotna prevodnost, temperatura taljenja in temperatura izhlapevanja, pri čemer je absorpcijska sposobnost najpomembnejša. Dejavniki, ki vplivajo na absorpcijskost, vključujejo:
Električna upornost: Pri poliranih površinah je absorpcijska sposobnost sorazmerna s kvadratnim korenom upornosti, ki se spreminja s temperaturo.
Stanje površine: Pomembno vpliva na vpojnost in s tem na rezultate varjenja.
Nasveti in tabuji za ročno varjenje z vlaknenim laserjem
1. Izogibajte se obločnemu sevanju
Ročni varilni aparati z vlaknenim laserjemUporabljajte vlakenske laserje razreda 4, ki oddajajo sevanje (1080 ± 3) nm z izhodno močjo, ki presega 1000 W (odvisno od modela). Neposredna ali posredna izpostavljenost lahko poškoduje oči ali kožo. Čeprav je žarek neviden, lahko povzroči nepopravljivo poškodbo mrežnice ali roženice. Med delovanjem laserja vedno nosite certificirana zaščitna očala za laserje. Nikoli ne glejte neposredno v izhodno glavo, ko je laser vklopljen, niti z zaščitnimi očali.
2. Nastavitev parametrov varjenja
Na zaslonu na dotik nastavite nizko moč laserja (kot je prikazano na sliki 8-2). Bakreno šobo varilne glave namestite ob obdelovanec in pritisnite stikalo gorilnika, da oddate laser za varjenje. Tipični parametri: frekvenca laserja 5000 Hz, hitrost galvanometra 300–600, zakasnitev plina > 100 ms, 100-odstotni delovni cikel za neprekinjeno oddajanje. Prilagodite širino varjenja glede na režo med sestavnimi deli; moč je nastavljiva od 0 do 1000 W (0–100 % največje moči). Po vnosu parametrov kliknite »V redu« in shranite nastavitve, da začnejo veljati.
4. Ne prekomerno povečujte hitrosti varjenja
Vari se tvorijo s premikanjem laserskega vira (glej sliko 8-3). Globina in širina sta odvisni od hitrosti in moči, s tipičnimi hitrostmi 1–3 m/min, kar ustvari gladke površine brez škaje z razmerjem stranic < 1. Pri fiksnem toku in napetosti spreminjanje hitrosti neposredno vpliva na vnos toplote, kar spremeni penetracijo in širino. Pretirano visoke hitrosti povzročajo nezadostno segrevanje, kar vodi do zmanjšane penetracije, ozke širine, spodrezanja, por in nepopolne penetracije.
Mehansko čiščenje: Za odstranjevanje oksidov uporabite krtače iz nerjavečega jekla ali pnevmatska kolesa, dokler ne dosežete svetlo belega zaključka. Varjenje takoj po poliranju; ponovno polirajte, če varjenje odložimo za več kot 36 ur.
Kemično čiščenje: Okside odstranite s kemičnimi reakcijami (metode se razlikujejo glede na material). V tabeli 8-3 so navedene metode kemičnega čiščenja aluminijevih zlitin. Olje/prah odstranite z organskimi topili (bencin, izopropilni alkohol) z namakanjem, brisanjem in sušenjem.
5. Zmanjšajte poroznost
Vodikove pore so pogoste pri laserskem varjenju aluminijevih zlitin. Zmanjšajte jih z odstranitvijo površinske vlage, olja in oksidov. Podaljšanje časa hlajenja staljene talilne kadi (s povečanjem širine impulza) pomaga pri uhajanju plinov, saj hiter toplotni cikel laserskega varjenja omejuje sproščanje plinov. Izogibajte se fokusnim ali negativnim defokusiranim položajem, kjer intenzivne reakcije staljene talilne kadi in uparjanje zlitine povečajo poroznost; za zmanjšanje uparjanja uporabite mehkejšo energijo s prilagojenim defokusiranjem.
6. Bodite pozorni na držo gorilnika
Ročni laserski gorilniki (glejte sliko 8-4) so težji od gorilnikov TIG in imajo debele kable, kar povzroča utrujenost operaterja. Pri dolgotrajnem varjenju držite gorilnik z obema rokama, naj bo šoba v stiku z obdelovancem, vizualno poravnajte var in gorilnik enakomerno povlecite k sebi. Prilagodite držo glede na varilni položaj, da zmanjšate utrujenost in število spojev.
7. Preprečite laserske poškodbe
Nepravilno upravljanje lahko povzroči nesreče. Upoštevajte ta pravila:
Med delovanjem nikoli ne glejte v lasersko izhodno glavo.
Ne uporabljajtevlakenski laserjiv temnih/zatemnjenih okoljih.
Nikoli ne usmerjajte svetilke v ljudi, ko je naprava aktivna.
Uporabite kovinske pregrade v razdalji 3 m od varilnega območja.
Dostop do varilnega območja omejite samo na operaterje.
Nosite zaščitno opremo (certificirana zaščitna očala, maske, rokavice). Nikoli ne glejte v izhodno glavo, ko je laser vklopljen, niti z zaščitnimi očali.
Z gorilnikom in kablom ravnajte previdno (najmanjši polmer upogibanja > 200 mm).
Onemogočite tipko za lasersko oddajanje, ko je ne uporabljate.
Zagotovite kakovost šobe za učinkovito zaščito pred plini:
Gladke notranje stene, koncentrične z laserjem.
Deformirane šobe nemudoma zamenjajte, da ohranite enakomerno gibanje gorilnika.
Velikost odprtine šobe (glej sliko 8-6) vpliva na kakovost varjenja: večje odprtine povečajo pretok plina, kar pospeši strjevanje in poveča tveganje za poroznost/razpoke.
8. Izogibajte se visokim hitrostim pri zlitinah, občutljivih na razpoke.
Ročno lasersko varjenjeUporablja avtogene, brezžične, oscilacijske galvanometrične gorilnike. Visoke hitrosti zmanjšajo penetracijo, zožijo zvare, povzročijo spodrezovanje in motijo pokritost z zaščitnim plinom, kar poslabša zaščito. Za zlitine, občutljive na razpoke, uporabite nižje hitrosti.
9. Zagotovite kakovost spojev
Temperaturne razlike in varjenje brez žice lahko povzročijo prežganja, kraterje ali razpoke v kraterjih. Varite neprekinjeno, da zmanjšate število prekinitev; če se prekinitve niso mogoče izogniti (npr. spremembe položaja, segmentno varjenje), pred prekinitvijo nekoliko upočasnite (10 mm), da preprečite kraterje. Za prekrivanje in kakovost začnite znova 20 mm za prejšnjim kraterjem.
10. Sledite pravilnemu gibanju gorilnika
Povlecite gorilnik proti sebi (od daleč proti bližini) brez bočnega nihanja. Vzdržujte enakomerno hitrost in hkrati spremljajte enakomerno tvorbo zvara. Pri navpičnem varjenju uporabite gibanje navzdol (ne navzgor), da povečate hitro strjevanje in zagotovite enakomerno gibanje.
11. Izogibajte se spodrezovanju, majhnim zaobljenjem in zrušitvi pri preklopnih zvarih
Pri prekrivajočih varjenjih prilagodite kot vpada laserja tako, da galvanometer pokriva 2/3 navpične plošče (glejte sliko 8-7). S tem se s prevajanjem toplote tali navpična plošča (kot polnilo) in 1/3 osnovne plošče, kar po ohladitvi tvori dovolj velik zvar. Slabo prekrivajoči varji oslabijo trdnost spoja, zmanjšajo odpornost proti razpokam ali povzročijo strukturno odpoved – izogibajte se spodrezovanju.
12. Zmanjšajte odbojnost pri varjenju aluminijevih zlitin
Aluminij odbija 60–98 % laserske energije. Odbojnost se pri tališču močno zmanjša in se stabilizira, ko se stopi. Absorpcijska sposobnost se zmanjšuje z naraščajočim vpadnim kotom; največja absorpcija se pojavi pri normalnem vpadnem kotu (prilagodite za zaščito leče). Odbojnost zmanjšajte z odstranjevanjem oksidov z mehanskim/kemičnim čiščenjem.
13. Pravilna uporaba zaščitnega plina
Zaščitni plin vpliva na nastanek, penetracijo in širino zvara. Večina plinov izboljša kakovost, vendar ima lahko pomanjkljivosti:
Ar: Nizka ionizacijska energija, visoka tvorba plazme (zmanjšanje učinkovitosti laserja), vendar inerten, poceni in gost – učinkovito prekriva staljeno talino (idealen za splošno uporabo).
N₂: Zmerna ionizacijska energija (zmanjšuje plazmo bolje kot Ar), vendar reagira z aluminijem/ogljikovim jeklom in tvori krhke nitride, kar zmanjšuje žilavost (ni priporočljivo za te materiale). Primerno za nerjaveče jeklo, kjer nitridi povečajo trdnost.
14. Pretok zaščitnega plina
Plin se izbrizga skozi šobo pod določenim tlakom. Hidrodinamična zasnova šobe in premer izhoda sta ključnega pomena: dovolj velika, da pokrije var, vendar omejena, da prepreči turbulentni tok (ki vsesava zrak in povzroča poroznost). Pri ročnem laserskem varjenju je tipičen pretok 7 l/min. Prekomerni pretok vmeša onesnaževalce v talino, kar ogroža čistost plina – izberite pravilen pretok.
15. Položaj laserskega fokusa
Položaj fokusa: Najmanjša točka, najvišja energija – uporaba zatočkovno varjenjeali nizkoenergijske, minimalne zahteve glede velikosti točke (glej sliko 8-8).
Negativna defokusacija: Večja točka (povečuje se z oddaljenostjo od fokusa) – primerna za globoko penetrirajoče neprekinjeno varjenje in globoko točkovno varjenje.
Pozitivna defokusacija: Večja točka (povečuje se z oddaljenostjo od fokusa) – primerna za površinsko tesnjenje ali neprekinjeno varjenje z nizko penetracijo.
Nadzor varjenja s popolno penetracijo: Rahla sprememba barve na hrbtni strani kaže na dobro kakovost; očitne sledi/penetracija povzročajo brizganje ali globoke utore pri neprekinjenem varjenju. Prilagodite fokus, energijo in valovno obliko glede na vzorce. Za tanjše materiale uporabite manjše pike, da se izognete prežganju.
Čas objave: 21. avg. 2025
