Com soldar amb làser l'acer al carboni per a la fabricació de metalls industrials?

L'acer al carboni és un dels metalls més utilitzats en la fabricació industrial, però això no vol dir que la soldadura per làser és simplement una qüestió d'augmentar la potència del làser fins que la junta penetri.

En la producció real, la qualitat de la soldadura es veu afectada per molt més que la font làser. El gruix del material, la bretxa de la junta, l'estat de la superfície, la velocitat de soldadura, la posició d'enfocament, el gas de protecció i l'estabilitat de la fixació influeixen en el resultat.

Per als fabricants que produeixen suports, marcs, components de maquinària, tancaments, estructures d'acer i altres peces fabricades, l'objectiu sol ser senzill: aconseguir una penetració suficient mantenint la soldadura estable, la deformació sota control i la velocitat de producció pràctica.

Aquest article explica com l'acer al carboni es sol soldar amb làser i què haurien de tenir en compte els fabricants a l'hora de configurar el procés.

1. Prepareu l'acer al carboni abans de soldar

La bona soldadura làser comença abans que el làser s'encengui.

Les superfícies d'acer al carboni poden portar:

Oli

Greix

Rovell

Escala de molí

Pols

Residus de tall

Humitat

La contaminació pot interferir amb el procés de soldadura i contribuir a la formació de soldadura inestable, esquitxades o porositat.

Per tant, per a la fabricació de xapa, la junta ha d'estar raonablement neta abans de soldar. Si el material té un gran òxid o escates, pot ser necessària la preparació de la superfície.

Les vores de la junta també s'han de tallar i formar correctament. La soldadura per làser utilitza una font de calor concentrada, de manera que generalment es beneficia d'un ajustament precís de les juntes-.

2. Comproveu el gruix del material i el tipus d'unió

Abans de seleccionar la potència làser o els paràmetres de soldadura, identifiqueu l'articulació real.

Les configuracions comunes d'acer al carboni inclouen:

Articulacions del cul

Articulacions de la falda

Juntes de cantonada

Juntes de filet

Juntes superposades

Una unió a tope de 2 mm i una unió solapada de 2 mm no requereixen necessàriament paràmetres de procés idèntics.

La bretxa conjunta també és important.

Si se suposa que dues làmines s'uneixen de prop, però la bretxa varia significativament d'una part a l'altra, és possible que el raig làser ja no ofereixi energia a la junta de manera coherent.

Per al treball de producció, la millora de la precisió de tall, flexió i fixació de vegades pot resoldre un problema de soldadura de manera més eficaç que simplement augmentar la potència del làser.

3. Trieu la potència del làser segons l'aplicació real

La potència làser determina l'energia disponible per fondre l'acer al carboni, però s'ha de seleccionar segons el procés complet.

Com a referència general-de selecció d'equips:

Potència làser	Direcció d'aplicació típica
1,000W	Làmina fina i fabricació més lleugera
1,500W	Fabricació general d'acer al carboni
2,000W	Fabricació d'-gruix mitjà i requisits de producció més alts
3,000W+	Seccions més pesades o aplicacions de producció exigents

Aquests són rangs de referència, límits de gruix no garantits.

La penetració real depèn del grau del material, el gruix, la configuració de la junta, la velocitat de soldadura, la posició del focus, el gas de protecció i si s'utilitza filferro de farciment.

Per exemple, un fabricant que solda principalment xapes d'acer al carboni d'1 a 2 mm pot guanyar poc amb la compra d'una màquina de-potència molt alta si la velocitat de producció i la qualitat de la junta ja són adequades amb un sistema de potència-de baixa.

El millor enfocament és provar el producte real.

4. Estableix la velocitat de soldadura juntament amb la potència del làser

La potència del làser i la velocitat de soldadura no s'han de considerar per separat.

Si el làser es mou massa ràpidament, pot ser que no hi hagi prou energia lliurada a l'articulació, donant lloc a:

Penetració incompleta

Falta de fusió

Soldadures estretes o discontinues

Si la velocitat és massa lenta, pot entrar una calor excessiva a la peça de treball, que pot provocar:

Amplada de soldadura excessiva

Distorsió

Crema-a través d'un full prim

Augment de la calor-zona afectada

L'objectiu pràctic és un procés estable on el làser proporciona prou energia per a la penetració requerida sense escalfar innecessàriament el material circumdant.

Per aquest motiu, les proves de paràmetres normalment haurien d'avaluar la potència i la velocitat com una combinació en lloc d'ajustar només un valor.

5. Establiu la posició de focus correctament

El raig làser s'ha d'enfocar adequadament en relació a la peça de treball.

La posició del focus afecta:

Densitat d'energia

Penetració

Amplada de soldadura

Formació de soldadura

Estabilitat del procés

Una posició de focus que funciona bé per a un gruix pot no produir el mateix resultat en un altre.

Això es fa especialment notable quan es canvia entre components de xapa fina i components d'acer al carboni més gruixuts.

Quan el resultat de la soldadura canvia de sobte després de canviar el gruix del material, no assumeixis que la potència del làser és l'única variable. També s'ha de comprovar la posició del focus.

6. Utilitzeu el gas protector adequat

El gas protector protegeix la zona de soldadura fosa de l'atmosfera circumdant.

Per a la soldadura làser d'acer al carboni, els gasos de protecció utilitzats habitualment inclouen argó i heli, mentre que la selecció de gasos pot variar segons el procés i la configuració de l'equip.

El gas hauria de cobrir la piscina fosa eficaçment sense crear turbulències excessives.

Els problemes amb el blindatge de gas poden contribuir a:

Oxidació

Porositat

Mal aspecte de la soldadura

Comportament inestable-de la piscina fosa

La posició del broquet de gas, el cabal i l'angle entre el capçal de soldadura i la peça són importants.

Per tant, només augmentar el flux de gas no sempre és la solució quan la qualitat de la soldadura és deficient.

7. Controla la calor en soldar acer al carboni prim

L'acer al carboni prim es pot soldar ràpidament amb una font de calor làser concentrada, però també té un marge més petit entre la fusió suficient i la crema{0}}.

Si la làmina és massa prima per a la configuració de potència i procés seleccionada, la soldadura pot penetrar completament a través del material.

Les causes típiques de la cremada-inclouen:

Potència làser excessiva

Velocitat de soldadura massa lenta

Enfocament incorrecte

Oscil·lació excessiva del feix

Buits articulars grans o inconsistents

Mala posició de la peça

La solució no sempre és reduir la potència del làser.

Per exemple, augmentar la velocitat de soldadura mentre es manté la densitat d'energia adequada pot proporcionar un millor resultat que simplement reduir la potència.

És per això que els paràmetres del procés s'han de considerar conjuntament.

8. Quan hauríeu d'utilitzar filferro de farciment?

L'acer al carboni es pot soldar amb làser sense filferro de farciment quan la junta s'ajusta-i el perfil de soldadura necessari ho permeten.

Tanmateix, el filferro de farciment pot ser útil quan la junta té un buit controlat o quan es requereix material de soldadura addicional.

Les situacions típiques inclouen:

Buits articulars més grans

Juntes a tovall que requereixen farciment

Reforç addicional

Alguns components més gruixuts

Productes on la tolerància de les articulacions no es pot aconseguir només amb un ajustament ajustat-

Per a la fabricació industrial, l'alimentació de filferro també pot fer que el procés sigui més indulgent quan la junta no està perfectament ajustada.

Però el cable de farciment no s'ha d'utilitzar com a substitut de les males toleràncies de fabricació. Si cada peça de treball té un espai d'articulació diferent, l'estabilització del procés de tall o de conformació aigües amunt sol ser la millor solució a-a llarg termini.

9. Necessites l'oscil·lació del feix?

Un punt làser fix pot produir una soldadura estreta, mentre que l'oscil·lació del feix pot distribuir l'energia làser en una àrea més àmplia.

Un capçal de soldadura oscil·lant pot ser útil per a aplicacions d'acer al carboni on:

Es requereix un cordó de soldadura més ample

L'articulació té alguna variació controlada

S'està utilitzant cable de farciment

El producte requereix un aspecte de soldadura particular

Tanmateix, augmentar l'amplada del vacil·lació també canvia la distribució d'energia.

Si el feix es mou sobre una àrea massa gran sense ajustar la potència i la velocitat, la penetració pot disminuir.

Per tant, s'han d'avaluar conjuntament l'amplada de soldadura, la freqüència d'oscil·lació, la potència del làser i la velocitat de viatge.

10. Com reduir la deformació en la soldadura d'acer al carboni

La xapa d'acer al carboni es pot deformar quan s'introdueix massa calor en un component relativament petit.

Diversos factors poden ajudar a reduir la deformació:

Utilitzeu la velocitat de soldadura adequada

Una velocitat de soldadura més alta pot reduir l'entrada total de calor quan es manté una penetració suficient.

Millorar la fixació

Una fixació estable manté les peces en posició i limita el moviment durant la soldadura.

Controlar la seqüència de soldadura

Per a conjunts més grans, la seqüència de soldadura pot afectar com s'acumula l'estrès tèrmic.

Eviteu l'excés de potència

Més potència del làser de la necessària pot augmentar l'entrada de calor sense proporcionar un benefici de producció útil.

Millorar l'ajust-de les articulacions

Una unió consistent requereix menys compensació durant la soldadura.

La màquina és només una part del control de deformació. Tot el procés de fabricació és important.

11. Soldadura làser d'acer al carboni manual o automatitzada?

La millor màquina depèn en gran mesura del volum de producció.

Soldadura làser de mà

Una màquina de soldadura làser de fibra de mà és adequada quan:

Els dissenys dels productes canvien amb freqüència

Es requereixen diferents posicions de soldadura

La producció és per lots petits o mitjans

La flexibilitat de l'operador és important

Els productes són relativament difícils d'instal·lar

Això és comú en la fabricació general de metalls i en la fabricació personalitzada.

Soldadura làser de plataforma

Una màquina de soldadura làser de plataforma es torna més atractiva quan les mateixes peces es produeixen repetidament.

La plataforma pot oferir:

Posicionament més coherent

Camins de soldadura controlats

Moviment repetible

Integració d'aparells

Una base per a una major automatització

Soldadura per làser robòtica

Per a components estandarditzats de gran-volum, la soldadura robòtica pot proporcionar un grau d'automatització més elevat.

Això pot ser adequat per a components d'automoció, maquinari estandarditzat i altres productes on el mateix cicle de soldadura es repeteix contínuament.

El punt important és que l'automatització ha de seguir els requisits de producció. Un sistema altament automatitzat no és automàticament la millor opció per a un petit taller de fabricació.

12. Què causa una mala soldadura làser d'acer al carboni?

Quan la soldadura no sigui satisfactòria, comproveu el procés sistemàticament.

Porositat

Les possibles causes inclouen:

Contaminació superficial

Poca cobertura de gas de protecció

Humitat

Condicions de la piscina fosa-inestables

Buit articular excessiu

Penetració incompleta

Comprovar:

Potència làser

Velocitat de soldadura

Posició de focus

Alineació conjunta

Gruix del material

Esquitxades excessives

Comprovar:

Combinació de potència i velocitat

Posició de focus

Protecció de gas

Escletxa conjunta

Estat de la superfície del material

Crema-a través

Comprovar:

Aportació de calor excessiva

Baixa velocitat de soldadura

Material prim

Desnivell excessiu

Configuració d'oscil·lació del feix

En lloc de canviar immediatament la font làser, és millor identificar quina variable de procés ha canviat.

13. Un flux de treball pràctic de soldadura d'acer al carboni

Per a un nou producte d'acer al carboni, un procés pràctic pot ser així:

Pas 1 - Confirmeu el material

Identifiqueu el grau i el gruix de l'acer al carboni.

Pas 2 - Inspeccioneu la junta

Comproveu el tipus d'articulació, l'ajust-i la bretxa.

Pas 3 - Netegeu la superfície

Traieu l'oli, l'òxid, l'escala i altres contaminants segons sigui necessari.

Pas 4 - Assegureu la peça

Utilitzeu un accessori o pinces adequats per mantenir l'alineació.

Pas 5 - Comenceu amb paràmetres conservadors

Estableix una combinació inicial de potència làser, velocitat de soldadura, enfocament i gas de protecció.

Pas 6 - Proveu la soldadura

Comproveu la penetració, l'aspecte, les esquitxades i la deformació.

Pas 7 - Ajusteu una o dues variables

Eviteu canviar-ho tot alhora. En cas contrari, es fa difícil determinar què ha millorat realment el resultat.

Pas 8 - Repetiu la prova

Un cop establerta una finestra de procés estable, registreu els paràmetres per a la producció.

Aquest enfocament és més fiable que intentar copiar una taula de paràmetres d'una altra màquina.

Què és una bona configuració de soldadura làser d'acer al carboni?

No hi ha cap configuració única que funcioni per a tots els productes d'acer al carboni.

Per a un petit taller de xapa metàl·lica que solda suports i marcs d'acer al carboni d'1 a 2 mm, una màquina de soldadura làser de fibra de mà en el rang de 1.000 a 2.000 W pot ser un punt de partida raonable per a l'avaluació.

Per a components repetits amb dimensions controlades, una màquina de soldadura làser de plataforma pot proporcionar una millor repetibilitat de posicionament.

Per a la producció d'automòbils o de maquinari de gran-volum, la soldadura làser automatitzada o robòtica pot tenir més sentit.

La màquina s'ha de seleccionar després d'entendre el procés de producció.

Com s'aproxima Jingfu a la soldadura làser d'acer al carboni

A Jiangsu Jingfu Industrial Technology Co., Ltd., les aplicacions de soldadura d'acer al carboni s'avaluen segons el producte real en lloc de la potència làser sola.

La informació principal que mirem inclou el gruix del material, l'estructura de la junta, la penetració necessària, l'aspecte de la soldadura, el volum de producció i el temps d'operació.

Per a una fabricació flexible, les màquines de soldadura làser portàtils proporcionen a l'operador una major llibertat. Per a peces repetides, els sistemes de plataforma poden proporcionar moviment i posicionament controlats. Quan el volum de producció ho justifica, es poden considerar configuracions de soldadura automatitzada.

La informació més útil per a la selecció d'equips no sol ser simplement:

"Necessitem un soldador làser de 2.000 W".

És:

"Soldem aquest acer al carboni, a aquest gruix, amb aquesta unió, a aquest volum de producció".

Això proporciona a l'equip d'enginyeria prou informació per avaluar la configuració adequada de la màquina.

Menjar final

La soldadura làser d'acer al carboni és relativament senzilla quan el material, la junta i el procés estan ben controlats.

Els factors més importants són:

• Netegeu les superfícies del material
• Ajustament precís de les articulacions-
• Potència làser adequada
• Velocitat de soldadura correcta
• Posició d'enfocament correcta
• Gas de protecció estable
• Filferro de farciment adequat quan sigui necessari
• Oscil·lació controlada del feix
• Bona fixació
• Prova de mostra real

Per a la fabricació de metalls industrials, l'objectiu no és simplement obtenir una penetració profunda. El millor procés és aquell que produeixi la qualitat de soldadura requerida repetidament, mantenint l'entrada de calor, la deformació, les esquitxades i el treball d'acabat sota control.

Comenceu amb el producte real d'acer al carboni, proveu la junta, establiu la finestra del procés i, a continuació, finalitzeu la configuració de la màquina de soldadura làser.