چگونه انحنای جوش لیزری را به حداقل برسانیم؟

جوشکاری لیزری یک تکنیک قدرتمند است که از گرمای حاصل از فناوری لیزر برای ذوب 2 ماده – مانند صفحات فولادی – استفاده می کند. به دلیل واکنش طبیعی فلزات به گرمای شدید، جوشکاری با چالشی به نام تغییر شکل جوشکاری مواجه است. این یک نوع انحنا است که می تواند یکپارچگی فلزات ذوب شده را به خطر بیندازد. خوشبختانه راه هایی برای به حداقل رساندن تغییر شکل با اجرای پارامتر های فرآیند جوشکاری وجود دارد.

در این مقاله، به معنای انحنا در جوشکاری، چه چیزی باعث آن می شود و چگونه می توانید اثر آن را به حداقل برسانید، تمرکز خواهیم کرد. همچنین نکات موثری را برای کمک به رفع اثرات تغییر شکل در جوشکاری کشف خواهید کرد.در دیبولیزر ، دستگاه های برش لیزری ، دستگاه جوش لیزری ، دستگاه جوش لیزری پرتابل ، دستگاه جوش لیزری دستی و دستگاه لیزر زنگ زدایی ما مقرون به صرفه هستند و برای ارتقای فرآیند تولید مشاغلی مانند شما ساخته شده اند

تغییر شکل جوش لیزری چیست؟

انحنا یا تغییر شکل جوش شامل تغییرات در شکل و ابعاد یک سازه فلزی است. این یک اثر طبیعی جوشکاری است. هنگامی که فلزات از طریق جوشکاری لیزری می گذرند، در معرض حرارت شدید قرار می گیرند که باعث ذوب شدن آنها می شود. این باعث انبساط مواد می شود.

همانطور که فلز ذوب شده تا دمای اتاق خنک می شود، جامد می شود و شروع به انقباض می کند. اگر حرارت موضعی باشد و بقیه سطح فلز گرم نشود، به همان صورت منبسط یا منقبض نمی شود. این باعث انحنا می شود.

مواد مستعد انحنا پس از جوشکاری

برای شناسایی اینکه چه چیزی یک ماده را مستعد انحنا جوش می‌کند، باید خواصی را که بر انحنا تأثیر می‌ گذارد، درک کنید. برخی از مواد به دلیل دو خاصیت فیزیکی و مکانیکی بیشتر مستعد تغییر شکل هستند.

1. خاصیت فیزیکی معیار انبساط حرارتی و هدایت حرارتی است.

• انبساط حرارتی حرکت فلز است که در هنگام گرم شدن منبسط می شود و در حین سرد شدن منقبض می شود. اگر ضریب بالایی وجود داشته باشد احتمال انبساط و انقباض مواد بیشتر است – بنابراین بیشتر تحریف می شود.
• هدایت حرارتی جریان گرما را در طول ماده اندازه گیری می کند. رسانایی بالا گرما را سریع تر دفع می کند. از آن جایی که وجود گرما یک ماده را مستعد انحنا می‌کند، رسانایی کم احتمال تغییر شکل در حین جوشکاری را افزایش می‌دهد.

2. از نظر خواص مکانیکی، دو چیز وجود دارد، استحکام تسلیم و مدول الاستیسیته (ضریب ارتجاعی).

• استحکام تسلیم به میزان تنش آن در واکنش به نیرو های خارجی اشاره دارد. بنابراین، ماده ای که دارای استحکام تسلیم بالاتری است، تنش پسماند بیشتری دارد که بیشتر مستعد انحنا است.
• مدول الاستیسیته به توانایی یک ماده برای انبساط و انقباض اشاره دارد. مدول الاستیسیته بالاتر به این معنی است که یک ماده توانایی بیشتری برای مقاومت در برابر انحنا دارد.

با توجه به این ویژگی‌ ها، می‌ توانید فرض کنید که اگر مواد دارای ضریب انبساط حرارتی بالاتر، هدایت حرارتی پایین، استحکام تسلیم بالاتر و مدول الاستیسیته کمتری باشند، مستعد انحنا هستند.

با مقایسه فولاد ضد زنگ با فولاد کربنی، می توانید فرض کنید که اولی بیشتر مستعد انحنا است زیرا دارای استحکام تسلیم و ضریب انبساط حرارتی بالاتر به علاوه هدایت حرارتی کمتری است.

بین آلومینیوم و مس، اولی مستعد انحنا است زیرا استحکام تسلیم و ضریب انبساط حرارتی بالاتر و هدایت حرارتی کمتری دارد.

انواع و علل انحنای جوش لیزری

مطالعات متعددی برای مشخص کردن علت واقعی انحنا پس از یک روش جوشکاری لیزری انجام شده است. طبق یک مطالعه، 3 عامل به طور قابل توجهی بر خروجی جوش لیزر تأثیر می گذارد : مواد، فرآیند و هندسه.

به عنوان مثال، تغییر شکل جوش لیزری به این دلیل اتفاق می‌ افتد که پارامتر های جوشکاری متفاوت در سطح فلز اعمال می‌ شوند. سرعت جوش، جریان، زاویه و غیره بر روی قطعه جوش متمرکز خواهد شد. با جلوتر رفتن از ناحیه جوش، حرارت به تدریج کاهش می یابد و اثرات حرارتی مانند انبساط فلز نیز کمتر می شود.

به همین دلیل، می توان فرض کرد که انبساط بسته به شدت گرمای دریافتی فلز متفاوت است. در مثال ارائه شده، قسمت جوش داده شده بیشترین انبساط را خواهد داشت زیرا بیشترین گرما را از منبع لیزر دریافت می کند.

هنگامی که فرآیند جوشکاری به پایان رسید، فلز شروع به خنک شدن و انقباض می کند. این فلز به همان میزانی که منبسط شد به انقباض ادامه خواهد داد. به این روند پسماند می گویند.

اگر تنش بیشتر از مقاومت تسلیم فلز اصلی باشد، دو نوع تنش ممکن است رخ دهد.

• تنش فشاری در ناحیه اطراف لبه های فلزی اصلی اتفاق می افتد.
• تنش کششی زمانی اتفاق می‌افتد که انقباض فلز گرم شده مقاومتی از بقیه سطح فلز (آنی که گرم نشده است) دریافت کند.

برای درک بیشتر این موضوع، بهتر است راه‌های مختلفی را در نظر بگیرید که انحنا پس از اتمام جوشکاری ممکن است رخ دهد.

1. انحنا طولی

همانطور که از نام آن پیداست، این نوع تغییر شکل در طول ماده در حال جوش اتفاق می افتد. هنگامی که سرد می شود، جوش و ناحیه اطراف آن منقبض می شود. در نتیجه قطعه کار کوتاه می شود. این باعث می شود که لبه های بیرونی بلندتر به نظر برسند و قسمت میانی مانند یک قوس به نظر برسد.

به خصوص اگر قطعه کار به درستی محکم نشده باشد، تغییر شکل بیشتر خواهد بود.

2. انحنا عرضی

این نوع انحنا زمانی اتفاق می افتد که لبه های فلز به سمت یکدیگر کشیده شوند. این تغییر شکل ناشی از انقباض بیش از حد است که بیش از انبساط است که در ابتدا در طی فرآیند جوشکاری لیزر اتفاق افتاد.

3. انحراف زاویه ای

انحنا زاویه ای زمانی اتفاق می افتد که زوایای ورق های فلزی پس از اتمام کار جوشکاری توسط انقباض تغییر می کند. لبه‌ های ورق فلزی از یک طرف به سمت یکدیگر کشیده می‌ شوند و باعث می‌ شوند که مواد خمیده به نظر برسند.

اگر جوشکاری فلز را با زاویه عمود به هم متصل کند، فلز عمودی مستقیم به نظر نمی رسد بلکه خمیده می شود.

4. انحنا پیچیده

این نوع ترکیبی از تحریفات قبلی است که مورد بحث قرار گرفت. شبیه خم شدن یا تاب برداشتن است. همه این ها انواع مختلف انحنا و تغییر شکل هستند که می توانند یکپارچگی مواد جوش داده شده را به خطر بیندازند. مهم نیست که فلز چقدر قوی باشد، اگر جوش لیزری باعث تغییر شکل آن شود، این جوشکاری را بی فایده می کند.

9 راه برای به حداقل رساندن تغییر شکل جوش

در حالی که انحنا اجتناب ناپذیر است، این بدان معنا نیست که هیچ کاری نمی توانید برای به حداقل رساندن آن انجام دهید. همانطور که انحنا های مختلف وجود دارد، راه های مختلفی نیز وجود دارد که می توانید تغییر شکل فولاد ضد زنگ و سایر فلزات را متوقف کنید. این در مورد انتخاب استحکام فولاد نیست. بیشتر در مورد کار هایی است که قبل، حین و بعد از جوشکاری انجام می دهید.

در این جا 10 ایده مختلف جوش وجود دارد که می توانید از آن ها استفاده کنید.

1. از جوشکاری بیش از حد خودداری کنید

جوشکاری یک منطقه بزرگ باعث افزایش انقباضات می شود. به همین دلیل است که باید فرآیند جوش لیزری را برنامه ریزی کنید، به خصوص اگر نیاز به کار بر روی یک سطح بزرگ دارید. اندازه سطح انحنا جوش و تنش باقی مانده را به حداقل می رساند تا از اتلاف فلز و زمان جلوگیری کنید.

2. از جوش متناوب استفاده کنید

این تکنیکی است که در آن فاصله بین جوش ها قرار می گیرد. به جای یک جوش پیوسته، یک قسمت را جوش بزنید، سپس فضایی را برای فلز جوش‌ نشده باقی بگذارید. این کار در به حداقل رساندن تغییر شکل پس از انجام جوشکاری موثر است.

3. پاس های کمتری انجام دهید

راه دیگر برای جلوگیری از انحنا، محدود کردن تعداد پاس ها در حین جوشکاری است. مطمئن شوید که یک پاس برای جلوگیری از تغییر شکل کافی است. می توانید سعی کنید به جای چندین پاس کوچک، یک پاس جوش بزرگ را انجام دهید. رسوبات تک جوش بزرگ تر انحنا زاویه ای کمتری نسبت به جوش هایی که با چند پاس جوش کوچک ساخته می شوند ایجاد می کنند.

4. در مورد محل جوش فکر کنید

محل قرار گیری جوش نیز مهم است. در حالت ایده آل، باید جوش ها را نزدیک مرکز یا محور خنثی قرار دهید. این انحنا در جوشکاری لیزری را زمانی که شروع به انقباض می‌ کند به حداقل می‌ رساند زیرا زمانی که نیرو های انقباضی سعی می‌ کنند از تراز خارج شوند، خطای کمتری وجود خواهد داشت.

5. قطعات جوش از پیش تنظیم شده

این امر مستلزم چند آزمایش است تا اطمینان حاصل شود که پس از اتمام جوشکاری، انحنا را به حداقل می‌ رسانید. پیش تنظیمی که در آن جوش های قبلی مورد نیاز را تعیین کنید تا بتوانید انقباض را که با آن مواجه خواهید شد تخمین بزنید. این به شما این امکان را می دهد که تنظیماتی را برای به حداقل رساندن انقباض و انحنا انجام دهید.

6. یک توالی جوش ایجاد کنید

قطعات را فقط با استفاده از یک خط مستقیم جوش نکنید. یک ترتیب جوشکاری برنامه ریزی شده ایجاد کنید که بتواند انقباض قسمت دیگری از ماده مونتاژ شده را خنثی کند. با آگاهی از نحوه انقباض فلز، می توانید دنباله ای برای متعادل کردن واکنش ایجاد کنید تا از انحنا جلوگیری شود.

7. قطعات را محکم کنید تا در جای خود قفل شوند

گزینه دیگر استفاده از فیکسچر در حین جوشکاری قطعات است. این آن ها را نگه می دارد و از انبساط یا انقباض آن ها جلوگیری می کند. قطعات را تا زمانی که فرآیند کامل شود در جای خود محکم نگه دارید. عدم حرکت باعث کاهش انحنا می شود.

8. کاهش استرس حرارتی را در نظر بگیرید

این تکنیکی است که در آن گرمایش و سرمایش قطعات متصل شده با جوش را کنترل می کنید. زمانی است که دما را بالا می برید و خنک کننده را کنترل می کنید تا تنش های وارده به محصول را در حین جوشکاری کنترل کنید.

9. زمان جوشکاری را کوتاه کنید

همچنین می توانید زمان جوشکاری را برای کاهش خطر انحنا کوتاه کنید. اگر این کار را به صورت دستی انجام دهید، چالش برانگیز خواهد بود. قطعاتی که ابتدا جوش داده اید قبل از اتمام کار سرد شده اند.

با این حال، اگر تجهیزات مکانیزه ای دارید که برای جوشکاری استفاده می شود، می تواند زمان فرآیند را کاهش دهد و انحنا را به حداقل برساند.

آیا می توان انحنا جوش را برطرف کرد؟

در صورتی که انحنا قبلاً رخ داده باشد، نگران نباشید، راه‌ هایی برای رفع آن بدون دور انداختن پروژه وجود دارد. البته، شما باید آسیب را تجزیه و تحلیل کنید تا ببینید آیا می توان آن را معکوس کرد. برخی از آسیب ها برای اصلاح آن قدر شدید هستند.

اما در بیشتر موارد، انحنا ها قابل رفع هستند. دو راه برای انجام این کار وجود دارد.

1. گرمایش نقطه ای: این یک راه موثر برای از بین بردن انحنا در ورق های فلزی است. گرما به قسمت محدب یا گرد انحنا اعمال می شود. اگر لکه ها کوچک باشند، این اقدام اصلاحی می تواند به راحتی انحنا پس از جوشکاری را اصلاح کند.
2. گرمایش خطی: این قسمت انحنا را در یک خط مستقیم گرم می کند. اطمینان حاصل کنید که گرما در طرف مقابل اعمال می شود تا هر گونه انحنای زاویه ای اصلاح شود.
3. تصحیح مکانیکی: اصلاح مکانیکی شامل استفاده از نیرو برای رفع انحنا پس از جوشکاری است. بسته به ضخامت فلز، می توانید از نیرو برای صاف کردن قطعه استفاده کنید.

دو روش برای این کار وجود دارد، چکش زدن و فشار دادن. از جمله ابزارهایی که می توان برای صاف کردن انحنا استفاده کرد، می توان به چکش، بازوی پنوماتیک یا پرس ماشینی اشاره کرد. ابزارهای دیگری نیز وجود دارد که می توانید از آن ها استفاده کنید.

دسترسی به اتصالات جوشکاری لیزری و پس پردازش

جوش لیزری همچنین امکان دسترسی به اتصالاتی را فراهم می کند که قبلاً قابل دستیابی نبودند. از آنجایی که این یک فرآیند غیر تماسی است، جوشکاری در سوراخ‌ها و فضاهای تنگ در صورتی امکان‌پذیر است که عرض پرتو در هنگام فوکوس در نظر گرفته شود. این باعث انعطاف پذیری در طراحی مفصل می شود و قطعات را می توان با مواد کمتری طراحی کرد.

عملیات حرارتی پس از جوشکاری در بسیاری از موارد به دلیل HAZ کوچک جوشکاری لیزری و ورودی کلی کم نیازی نیست. همچنین برجستگی جوش کمی در قسمت بالا یا پشت جوش وجود دارد که بعد از جوشکاری باید ماشین کاری شود. این فرآیند می تواند حداقل پاشش را برای ایجاد جوش های بصری تمیز داشته باشد، به خصوص با افزودن گازهای محافظ. این کار نیاز به انجام بسیاری از ماشین‌کاری و تمیز کردن پس از جوش را از بین می‌برد.

جوشکاری خلاقانه لیزری

جوشکاری لیزری تا زمانی که تمام متغیرهای ضروری در نظر گرفته شود، خلاقیت و آزادی در طراحی قطعات را امکان پذیر می کند. به عنوان مثال، چه اندازه نقطه ای برای یک فرآیند معین مورد نیاز است؟ اندازه‌های لکه‌های بزرگ‌تر، ناحیه مذاب و عمق تمرکز بیشتری را ارائه می‌دهند، اما برای رسیدن به عمق جوش‌کاری یکسان، به انرژی بیشتری نیاز دارند.

به طور مشابه، چه پیکربندی مفصلی بهتر است؟ جوش لب به لب نیاز به دقت و تکرارپذیری فرآیند دارد، اما می‌تواند به جوش‌های قوی با حداقل حرارت ورودی دست یابد. برعکس، جوشکاری لبه ای به اتصالات دقیق کمتری نیاز دارد و پنجره فرآیند بزرگتری دارد، اما برای دستیابی به جوش های قوی تر، به ورودی گرمای بیشتری نیاز دارد.

با توجه به تمامی ملاحظات فرآیند جوشکاری لیزری، فرصت های بی شماری نیز وجود دارد. این ابزاری عالی برای پیشبرد تولید با طراحی‌های جدید و خلاقانه قطعات است که نه تنها کیفیت را افزایش می‌دهد، بلکه به لطف مراحل تولید کمتر، از جمله پردازش ثانویه کمتر، پتانسیل کاهش چشمگیر هزینه‌ها را دارد.

نتیجه گیری

انحنا یک اثر رایج جوشکاری لیزری است. این نتیجه واکنش فلز به گرما است. با این حال، تا زمانی که درک کنید که چگونه انحنا رخ می دهد، می توانید تأثیر آن را به حداقل برسانید. کار هایی وجود دارد که می توانید برای متعادل کردن یا خنثی کردن این واکنش های طبیعی انجام دهید. البته، می توانید با یک جوشکار متخصص یا حرفه ای نیز همکاری کنید تا کار ها برای شما راحت تر شود.

مقابله با انحنا در طول فرآیند جوشکاری می تواند چالش برانگیز باشد اما تنها در صورتی که از ابزار مناسب استفاده نکنید. با استفاده از ابزارهای غیر استاندارد، تولید و پروژه های خود را به خطر نیندازید. دیبولیزر راه حل هایی با کیفیت بالا برای نیاز های جوش لیزری شما ارائه می دهد.

با به حداقل رساندن انحنا، دقت و کارایی را تضمین کنید. با دیبولیزر تماس بگیرید تا بتوانیم از طریق فناوری لیزر پیشرفته به تکمیل پروژه های شما کمک کنیم.