کاربرد لیزر جوشکاری در سازه های استیل

فولاد ضد زنگ نوعی فولاد با مقاومت بالا در برابر خوردگی است، زیرا کروم یا سایر فلزات آلیاژی موجود در این نوع فولاد تمایل زیادی به اکسیژن دارد و با اکسیژن واکنش می‌دهد تا یک لایه غیرفعال تشکیل دهد و در نتیجه از خوردگی آهن جلوگیری می‌کند.

فناوری جوش لیزری، روش های سنتی اتصال اجزای فولاد ضد زنگ را با استفاده از یک پرتو متمرکز برای نفوذ عمیق متحول می کند. این فناوری نوآورانه لیزر، عمق نفوذ استثنایی را به نمایش می گذارد و در نتیجه اتصالات قوی و قابل اعتمادی ایجاد می کند.

جوشکاری لیزری روشی بسیار کارآمد و دقیق است که برای اتصال قطعات فولادی ضد زنگ به یکدیگر استفاده می شود. با استفاده از پرتو پرقدرت و پرانرژی لیزر ، این فرآیند جوش لیزری ،مزایای بی شماری را نسبت به روش های جوشکاری سنتی ارائه می دهد.

مزایای جوش لیزری برای سازه های فولاد ضد زنگ:

دانش درمورد جوشکاری لیزری فولاد ضد زنگ و بررسی جنبه های متالورژیکی آن:

1. پرتو لیزر پرانرژی برای ذوب و همجوشی

یکی از عناصر کلیدی در جوشکاری لیزر، استفاده از پرتو پر انرژی لیزر است. این پرتو لیزر متمرکز، ناحیه مورد نظر را گرم می‌کند و مقدار زیادی گرما را ارسال می‌کند و باعث می‌شود که قطعات فولادی ضد زنگ ذوب شده و مواد مذاب را در منطقه همجوشی با هم ذوب کنند.

برخلاف روش‌های جوشکاری سنتی، مانند جوشکاری قوس الکتریکی یا گاز، جوشکاری لیزری به دلیل منبع انرژی متمرکز، کنترل استثنایی بر گرمای ورودی را فراهم می‌کند.

2. به حداقل رساندن دفرمگی از طریق منبع حرارت موضعی

استفاده از پرتو لیزر به عنوان منبع گرما مزایای قابل توجهی در طول جوشکاری فولاد ضد زنگ دارد. از آنجایی که انرژی لیزر دقیقاً به محل اتصال جوش هدایت می شود، یک منبع حرارت موضعی ایجاد می کند

،اعوجاج در نواحی اطراف به حداقل می رسد و در نتیجه جوش با کیفیت بالاتر با کاهش تاب خوردگی یا تغییر شکل ایجاد می شود. بنابراین، پرداخت های پس از جوشکاری مانند صاف کردن یا تنش زدایی اغلب غیر ضروری هستند.

3. انجماد سریع و حداقل تغییرات ریزساختاری

در حین جوشکاری لیزری، انجماد سریع به دلیل فرآیند خنک‌سازی بالا رخ می‌دهد که می‌تواند منجر به ترک داغ شود. این منجر به تشکیل یک منطقه باریک تحت تأثیر حرارت (HAZ) در اطراف اتصال جوش می شود.

HAZ حداقل تغییرات ریزساختاری بررسی شده توسط میکروسکوپ نوری را در مقایسه با سایر روش‌های جوشکاری تجربه می‌کند و خواص مواد مطلوب مانند مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت مکانیکی را حفظ می‌کند.

بهینه سازی کیفیت جوش از طریق درک متالورژی

درک جنبه های متالورژیکی مرتبط با جوشکاری لیزری برای بهینه سازی کیفیت و عملکرد جوش بسیار مهم است. عواملی مانند ترکیب آلیاژ، هدایت حرارتی، الزامات استحکام کششی و حتی فرآیندهای عملیات حرارتی نقش حیاتی در دستیابی به نتایج مطلوب هنگام کار با انواع مختلف فولاد ضد زنگ دارند. ریزساختار و ویژگی های سطحی مواد نیز به فرآیند کلی جوش کمک می کند.

به عنوان مثال، فولادهای ضد زنگ آستنیتی مانند316L به دلیل محتوای کربن کم و محتوای نیکل بالا، جوش پذیری عالی از خود نشان می دهند. فرآیند جوشکاری لیزری به حفظ ریزساختار فولاد زنگ نزن آستنیتی مورد نظر کمک می کند و از مقاومت بهینه در برابر خوردگی و خواص مکانیکی اطمینان می دهد. علاوه بر این، فرآیند جوش مایع به جلوگیری از اکسیداسیون کمک می کند و یک اتصال قوی را تضمین می کند.

مزایای جوشکاری لیزری فولاد ضد زنگ

جوشکاری لیزری فولاد ضد زنگ چندین مزیت قابل توجه از جمله استحکام جوش بالا و مقاومت در برابر عملیات حرارتی را ارائه می دهد که آن را به انتخابی ارجح برای کاربردهای مختلف تبدیل می کند.

1. کیفیت عالی جوش با حداقل اعوجاج

یکی از مزایای کلیدی جوشکاری لیزری، توانایی آن در ارائه کیفیت عالی جوش و در عین حال به حداقل رساندن اعوجاج است. این امر ،در درجه اول به دلیل منبع گرمای متمرکز تولید شده توسط پرتو لیزر است.

برخلاف روش‌های جوشکاری سنتی، که اغلب منجر به اعوجاج و تاب برداشتن قابل توجهی می‌شوند، جوش لیزری ،امکان کنترل دقیق گرمای ورودی را فراهم می‌کند. در نتیجه، اتصالات لبه جوش داده شده یکپارچگی ساختاری و دقت ابعادی خود را حفظ می کنند.

. بهره وری بالا با سرعت انتقال سریع

در مقایسه با روش‌های جوشکاری سنتی، جوش لیزری سرعت جوشکاری سریع‌تری را امکان‌پذیر می‌کند که منجر به بهره‌وری بالاتر می‌شود. پرتو لیزر متمرکز، چگالی انرژی بالایی از پرتو لیزر را به قطعه کار می رساند و امکان ذوب و انجماد سریع مواد فولاد ضد زنگ را فراهم می کند. این افزایش سرعت به کاهش زمان تولید و بهبود کارایی منجر می شود.

جوشکاری لیزری همچنین خطر ترک خوردگی در مواد فولادی ضد زنگ را کاهش می دهد، به دلیل توانایی آن در نفوذ عمیق تر به محیط در مقایسه با سایر روش های جوشکاری. استفاده از فولاد ضد زنگ L316 به دلیل مقاومت بالای آن در برابر ترک خوردن، به ویژه هنگام استفاده از جوش لیزری مفید است.

3. مقاومت بالاتر در برابر خوردگی

اتصالات جوش داده شده با لیزر به دلیل کاهش حرارت ورودی در طول فرآیند همجوشی، مقاومت بالاتری در برابر خوردگی  از خود نشان می دهند. روش‌های جوشکاری سنتی اغلب گرمای بیش از حد ایجاد می‌کنند که می‌تواند ترکیب شیمیایی فولاد ضد زنگ را تغییر دهد و خواص مقاوم در برابر خوردگی آن را به خطر بیندازد.

در مقابل، جوشکاری لیزری مناطق متاثر از حرارت (HAZ) را به حداقل می‌رساند و ویژگی‌های اصلی مواد را حفظ می‌کند و دوام طولانی‌مدت را تضمین می‌کند.

4.  ماهیت غیر تماسی، تماس فیزیکی را از بین می برد.

مزیت دیگر جوشکاری لیزری ماهیت غیر تماسی آن است که تماس فیزیکی بین ابزار و سطح فلز را از بین می برد.

فرآیندهای جوشکاری سنتی شامل تماس مستقیم بین الکترودها یا مواد پرکننده و فلز در حال اتصال است. چنین تماسی می تواند منجر به آلودگی یا آسیب به اجزای حساس شود. جوشکاری لیزر این نگرانی را با استفاده از پرتو لیزر متمرکزی که فلزات را بدون هیچ گونه فعل و انفعال فیزیکی ذوب و ذوب می کند، از بین می برد.

عواملی که هنگام انتخاب لیزر پرقدرت برای جوشکاری فولاد ضد زنگ باید در نظر گرفت:

هنگام انتخاب یک سیستم لیزر پرقدرت باید چندین فاکتور در نظر گرفته شود. انتخاب صحیح می تواند به طور قابل توجهی برکیفیت و کارایی فرآیند جوشکاری تأثیر بگذارد. برخی از عوامل کلیدی که باید در نظر گرفته شوند در زیر آورده می شوند.

1. توان خروجی

قدرت لیزر نقش مهمی در تعیین اثربخشی جوشکاری فولاد ضد زنگ دارد، به ویژه در هنگام کار با فولاد ضد زنگ 316 لیتری و فولاد ضد زنگ دوبلکس. قدرت لیزر بالاتر، قابلیت نفوذ عمیق تری را ارائه می دهد و امکان اتصال موثر بخش های ضخیم را فراهم می کند. با این حال، توجه به این نکته مهم است که مواد نازک ممکن است به دلیل افزایش چگالی انرژی نیاز به اقدامات احتیاطی بیشتری داشته باشند.

بنابراین، هنگام در نظر گرفتن توان لیزری، باید ضخامت ماده پایه را به دقت ارزیابی کرد و سطح توان لیزر مناسب را برای جوش های با عمق متوسط انتخاب کرد. علاوه بر این، در نظر گرفتن ریزساختار فولاد ضد زنگ برای اطمینان از نتایج جوشکاری بهینه مهم است.

2. کیفیت پرتو

کیفیت پرتو لیزر یکی دیگر از ملاحظات مهم در هنگام انتخاب یک سیستم برای جوشکاری فولاد ضد زنگ است. یک تیر با فوکوس خوب با توزیع شدت فضایی خوب، دقت جوشکاری را افزایش می‌دهد و عیوب مانند تخلخل یا برش را کاهش می‌دهد. این امر جوش های با کیفیت بالا با استحکام و زیبایی مفاصل عالی را تضمین می کند. از این رو، انتخاب سیستم لیزری که کیفیت پرتو بالایی را ارائه می دهد ضروری است.

3. مدت زمان پالس

مدت زمان پالس به مدت زمانی اشاره دارد که در طی آن انرژی توسط منبع لیزر تحویل داده می شود. بسته به ضخامت فولاد ضد زنگ جوش داده شده، تأثیر قابل توجهی بر نتیجه فرآیند جوشکاری دارد. پالس‌های کوتاه‌تر برای مواد نازک مناسب هستند زیرا گرمای ورودی را به حداقل می‌رسانند و اعوجاج احتمالی یا مشکلات ناشی از سوختگی را کاهش می‌دهند.

از سوی دیگر، پالس‌های طولانی‌تر برای مقاطع ضخیم‌تر مؤثر هستند، زیرا کنترل بهتری بر اتلاف گرما و عمق همجوشی می‌دهند.

نکاتی برای تنظیمات صحیح در جوشکاری لیزری فولاد ضد زنگ

یافتن تنظیمات مناسب برای دستیابی به جوش های با کیفیت، بسیار مهم است. یکی از اولین گام‌ها در فرآیند جوش، انجام آزمایش‌های اولیه برای تعیین پارامترهای لیزر بهینه برای گریدهای فولاد ضد زنگ خاص و تنظیمات اتصالی است که با آن کار می‌کنید.

هر درجه از فولاد ضد زنگ ممکن است به دلیل تغییرات در ترکیب و خواص متالورژیکی به تنظیمات متفاوتی نیاز داشته باشد.

1. موقعیت تمرکز

تنظیم موقعیت فوکوس می تواند به کنترل عرض و عمق جوش کمک کند و از همجوشی مناسب بدون ورودی گرمای بیش از حد اطمینان حاصل کند.

موقعیت کانونی، نقش مهمی در جوشکاری لیزری فولاد ضد زنگ دارد. با تنظیم آن می توانید هندسه، عرض و عمق جوش را کنترل کنید. یک پرتو متمرکز، امکان تمرکز دقیق انرژی را در یک نقطه خاص فراهم می کند و در نتیجه نفوذ عمیق را ایجاد می کند. با این حال، اگر فوکوس خیلی باریک یا کم عمق باشد، ممکن است ترکیب ناکافی بین مواد پایه وجود داشته باشد.

از سوی دیگر، اگر فوکوس، بیش از حد گسترده یا عمیق باشد، حرارت ورودی بیش از حد می تواند منجر به اعوجاج و نقص در اتصال جوش شده شود. تنظیم دقیق موقعیت کانونی به شما امکان می دهد بین عمق نفوذ و اعوجاج حرارتی تعادل برقرار کنید.

2. 2. فرکانس پالس و سطوح توان

فرکانس پالس و سطوح توان را برای متعادل کردن عمق نفوذ با حداقل اعوجاج حرارتی تنظیم کنید.

علاوه بر تنظیم موقعیت کانونی، تنظیم دقیق فرکانس پالس و سطوح توان برای دستیابی به نتایج بهینه هنگام جوشکاری لیزری فولاد ضد زنگ بسیار مهم است. فرکانس پالس تعیین می کند که چقدر انرژی در طول جوشکاری پرتو لیزر تحویل داده می شود. فرکانس‌های بالاتر چرخه‌های حرارتی سریعی را فراهم می‌کنند که منجر به جوش‌های کم عمق مناسب برای مواد نازک یا عملیات سطح می‌شود.

برعکس، فرکانس‌های پایین‌تر اجازه نفوذ عمیق‌تر به مواد جوشکاری ضخیم‌تر را می‌دهند اما گرمای ورودی را افزایش می‌دهند. متعادل کردن فرکانس پالس و سطوح توان تضمین می کند که عمق نفوذ مورد نظر بدون ایجاد اعوجاج حرارتی بیش از حد به دست می آید. توجه به این نکته مهم است که فرکانس پالس خاص و سطوح توان ممکن است بسته به درجه فولاد ضد زنگ، پیکربندی اتصال و سایر پارامترها متفاوت باشد.

3. 3. گازکمکی

استفاده از گازهای کمکی مانند آرگون یا هلیوم را برای بهبود اثربخشی محافظ و جلوگیری از آلودگی در نظر بگیرید.

برای بهبود محیط جوشکاری در حین جوشکاری لیزری فولاد ضد زنگ، استفاده از گازهای محافظ مانند آرگون، دی اکسید کربن یا هلیوم معمول است. این گازها محافظت موثری ایجاد می کنند و حوضچه جوش را از آلودگی جوی محافظت می کنند که می تواند منجر به نقص در جوش نهایی شود.

آرگون معمولاً برای فلزات غیر واکنشی مانند فولاد ضد زنگ و فولاد ملایم به دلیل خواص بی اثر آن استفاده می شود، در حالی که هلیوم رسانایی حرارتی بالایی دارد و آن را برای کاربردهای لیزری با قدرت بالا مناسب می کند. انتخاب گاز محافظ به عواملی مانند ضخامت مواد، قدرت لیزر و کیفیت جوش مورد نظر بستگی دارد.

نتیجه

در نتیجه، جوشکاری لیزری فولاد ضد زنگ مزایای بی شماری را ارائه می دهد، اما با چالش ها و محدودیت هایی نیز همراه است. با درک دانش جوشکاری لیزری، می توانید مهارت خود را در جوشکاری لیزری فولاد ضد زنگ افزایش دهید و به نتایج باکیفیت در پروژه های خود برسید.