LaserschweißenVerformung ist ein häufiges Problem, wenn extrem hohe Hitze zum Schmelzen von Metall verwendet wird. Erfahren Sie, wie Sie Schweißverzerrungen minimieren können, und erhalten Sie Tipps, wie Sie diese beheben können, wenn sie auftreten.
Laserschweißenist eine leistungsstarke Technologie, die die durch Lasertechnologie erzeugte Wärme nutzt, um zwei Materialien (z. B. Stahlplatten) zu verschmelzen. Beim Schweißen besteht die Herausforderung des Schweißverzugs aufgrund der natürlichen Reaktion von Metallen auf extreme Hitze. Dies ist eine Verformung, die die Integrität des geschmolzenen Metalls beeinträchtigt. Glücklicherweise gibt es Möglichkeiten, Verzerrungen durch die Implementierung von Schweißprozessparametern zu minimieren.
In diesem Artikel konzentrieren wir uns darauf, was Schweißverzug ist, was ihn verursacht und wie man seine Auswirkungen minimiert. Außerdem finden Sie wirksame Tipps, die Ihnen dabei helfen, den Auswirkungen von Schweißverzug entgegenzuwirken.
Was istLaserschweißenVerformung?
Schweißverformungen oder Verformungen beinhalten Veränderungen in der Form und Größe der Metallstruktur. Dies ist ein natürlicher Effekt des Schweißens. Wenn Metalle sindLasergeschweißtDabei werden sie einer extrem hohen Hitze ausgesetzt, die zum Schmelzen führt. Dadurch dehnt sich das Material aus.
Wenn das geschmolzene Metall auf Raumtemperatur abkühlt, erstarrt es und beginnt zu schrumpfen. Das ist Eigenspannung. Wenn die Erwärmung lokal erfolgt und der Rest der Metalloberfläche nicht erwärmt wird, dehnt sie sich nicht in gleicher Weise aus oder zieht sich zusammen. Dies führt zu Verzerrungen.
Materialien, die sich nach dem Schweißen leicht verformen
Um festzustellen, warum ein Material anfällig für Schweißverzug ist, müssen Sie die Eigenschaften verstehen, die sich auf den Verzug auswirken. Einige Materialien sind aufgrund ihrer physikalischen und mechanischen Eigenschaften anfälliger für Verformungen.
1. Physikalische Eigenschaften sind Maße für die Wärmeausdehnung und Wärmeleitfähigkeit.
Unter Wärmeausdehnung versteht man die Bewegung von Metall, das sich bei Erwärmung ausdehnt und bei Abkühlung zusammenzieht. Bei einem hohen Koeffizienten dehnt sich das Material leichter aus und zieht sich leichter zusammen – es verdreht sich also stärker.
Die Wärmeleitfähigkeit hingegen misst den Wärmefluss entlang eines Materials. Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit wird die Wärme schneller abgeleitet. Da Materialien durch die Anwesenheit von Wärme leicht verformt werden können, erhöht eine niedrige Leitfähigkeit das Risiko einer Verformung beim Schweißen.
2. Im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften müssen zwei Faktoren berücksichtigt werden: Streckgrenze und Elastizitätsmodul.
Die Streckgrenze gibt an, wie viel Druck ein Material als Reaktion auf äußere Kräfte aushalten kann. Daher weisen Materialien mit höherer Streckgrenze höhere Eigenspannungen auf und verformen sich daher leichter.
Der Elastizitätsmodul bezeichnet die Fähigkeit eines Materials, sich auszudehnen und zusammenzuziehen. Ein höherer Elastizitätsmodul bedeutet, dass das Material einer Verformung besser widerstehen kann.
Wenn man diese Eigenschaften berücksichtigt, kann man davon ausgehen, dass ein Material einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten, eine geringere Wärmeleitfähigkeit, eine höhere Streckgrenze und einen niedrigeren Elastizitätsmodul aufweist
Materialien, die sich nach dem Schweißen leicht verformen
Vergleicht man Edelstahl mit Kohlenstoffstahl, kann man davon ausgehen, dass ersterer anfälliger für Verformungen ist, da er eine höhere Streckgrenze und einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten sowie eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Zwischen Aluminium und Kupfer ist ersteres anfällig für Verformungen, da es einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten der Streckgrenze und eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Arten und Ursachen vonLaserschweißenVerformung
Es wurden mehrere Studien durchgeführt, um die tatsächlichen Ursachen der Verformung nach dem Laserschweißprozess zu ermitteln. Laut einer Studie beeinflussen drei Faktoren die Laserschweißausbeute maßgeblich: Material, Prozess und Geometrie.
Zum Beispiel,Laserschweißenverformt sich, da die Schweißparameter auf unterschiedliche Weise auf die Metalloberfläche angewendet werden. Schweißgeschwindigkeit, Strom, Winkel usw. konzentrieren sich auf die zu schweißenden Teile. Wenn man sich vom Schweißbereich entfernt, nimmt die Wärme allmählich ab und auch thermische Effekte wie die Metallausdehnung werden reduziert.
Daher kann davon ausgegangen werden, dass die Ausdehnung abhängig von der Intensität der vom Metall aufgenommenen Wärme variiert. Im angegebenen Beispiel dehnt sich der geschweißte Teil am stärksten aus, da er die meiste Wärme von der Laserquelle erhält.
Wenn der Schweißvorgang beendet ist, beginnt das Metall abzukühlen und zu schrumpfen. Das Metall schrumpft weiterhin um den gleichen Betrag, wie es sich ausdehnt. Dies wird als Eigenspannung bezeichnet.
Wenn die Spannung größer ist als die Streckgrenze des Grundmaterials, können zwei Arten von Spannungen auftreten.
Im Randbereich des Grundwerkstoffes kommt es zu Druckspannungen.
Zugspannung Dies tritt auf, wenn der Kontraktion eines erhitzten Metalls der Rest der Metalloberfläche (die nicht erhitzte Oberfläche) Widerstand leistet.
Um dies besser zu verstehen, ist es am besten, die verschiedenen Arten zu berücksichtigen, auf denen es nach Abschluss des Schweißvorgangs zu Verformungen kommen kann.
1. Längsverformung
Wie der Name schon sagt, erfolgt diese Verformung entlang der Länge des zu schweißenden Materials. Beim Abkühlen schrumpfen die Schweißnaht und die Umgebung. Dadurch wird das Werkstück kürzer. Dadurch wirken die Außenkanten länger und der Mittelteil bogenförmig.
Insbesondere wenn das Werkstück nicht richtig fixiert ist, ist die Verformung maximal.
2. Seitliche Verzerrung
Diese Art der Verformung entsteht, wenn die Kanten des Metalls aufeinander zugezogen werden. Diese Verformung wird durch eine Schrumpfung verursacht, die über die anfängliche Ausdehnung beim Laserschweißen hinausgeht.
3. Winkelverzerrung
Winkelverzerrungen treten auf, wenn sich der Winkel der Metallplatte aufgrund von Schrumpfung nach Abschluss der Schweißaufgabe ändert. Die Kanten des Blechs werden auf einer Seite zueinander gezogen, wodurch das Material gewölbt erscheint.
Wenn die Schweißnaht Metall in einem vertikalen Winkel verbindet, erscheint das vertikale Metall nicht gerade, sondern eher gebogen.
4. Komplexe Verzerrung
Dieser Typ ist eine Kombination der zuvor besprochenen Wendungen. Es sieht so aus, als würde es knicken, verbiegen oder sich verziehen. Hierbei handelt es sich um verschiedene Arten von Biegungen und Verformungen, die die Integrität des geschweißten Materials beeinträchtigen können. Unabhängig von der Festigkeit des Metalls wird die Schweißung versagen, wenn es durch das Laserschweißen verformt wird.
10 Möglichkeiten zur Minimierung von Schweißverzug
Obwohl Verzerrungen unvermeidbar sind, bedeutet das nicht, dass Sie nichts tun können, um sie zu minimieren. So wie es verschiedene Arten der Verformung gibt, gibt es auch verschiedene Möglichkeiten, die Verformung von Edelstahl und anderen Metallen zu verhindern. Dies hat nichts mit der Festigkeit des gewählten Stahls zu tun. Wichtiger ist, was Sie vor, während und nach Ihrer Schweißaufgabe tun.
Hier sind 10 verschiedene Schweißideen, die Sie verwenden können.
1. Vermeiden Sie übermäßiges Schweißen
Das Verschweißen großer Flächen erhöht die auftretende Schrumpfung. Deshalb sollten Sie Ihren Laserschweißprozess gerade dann planen, wenn Sie große Flächen bearbeiten müssen. Die Anpassung der Oberflächenabmessungen minimiert Schweißverzug und Restspannungen und vermeidet so Metall- und Zeitverschwendung.
2. Verwenden Sie intermittierendes Schweißen
Dies ist eine Technik, die Platz zwischen den Schweißnähten lässt. Anstelle einer durchgehenden Schweißnaht schweißen Sie einen Zentimeter und lassen dann Platz für das ungeschweißte Metall, bevor Sie eine weitere Schweißnaht ausführen. Dadurch kann die Verformung nach Abschluss des Schweißvorgangs wirksam reduziert werden.
3. Reduzieren Sie die Anzahl der Überweisungen
Eine weitere Möglichkeit, Verformungen zu vermeiden, besteht darin, die Anzahl der Schweißdurchgänge zu begrenzen. Stellen Sie sicher, dass einmal ausreicht, um Verformungen zu vermeiden. Sie können versuchen, einen großen Schweißdurchgang anstelle mehrerer kleiner Schweißdurchgänge durchzuführen. Laut TWI erzeugt eine größere einzelne Schweißnaht eine geringere Winkelverformung als eine Schweißnaht, die aus mehreren kleinen Durchgängen besteht
4. Berücksichtigen Sie den Schweißort
Auch der Ort der Schweißung ist wichtig. Idealerweise sollten Sie die Schweißnaht nahe der Mitte oder neutralen Achse des Materials platzieren. Dadurch wird die Verformung minimiert, wenn die Laserschweißnaht zu schrumpfen beginnt, da die Hebelwirkung geringer ist, wenn die Schrumpfkräfte versuchen, sich aus der Ausrichtung zu bewegen.
5. Probieren Sie die Backstep-Schweißtechnik aus
Beim Backstep-Schweißen handelt es sich um eine Technik, bei der die Schweißrichtung von links nach rechts verläuft, die Schweißraupensegmente jedoch von rechts nach links abgelegt werden. Dadurch werden die Kanten, an denen die Sickensegmente platziert werden, erweitert, um das Blech vorübergehend zu trennen.
Wenn die Bewegung von links nach rechts abgeschlossen ist, führt die Fortsetzung der Perlen dazu, dass die Ausdehnung nach Abschluss des Vorgangs abnimmt. Dies ist eine effektive Möglichkeit, Verzerrungen zu minimieren.
6. Schweißteile voreinstellen
Dies erfordert einige Tests, um sicherzustellen, dass nach Abschluss des Schweißvorgangs minimale Verformungen auftreten. Bestimmen Sie die für das vorherige Schweißen erforderliche Voreinstellung, damit Sie die auftretende Schrumpfung abschätzen können. Dadurch können Sie Anpassungen vornehmen, um Schrumpfung und Verzerrung zu minimieren.
7. Erstellen Sie eine Schweißsequenz
Verwenden Sie zum Schweißen von Teilen nicht nur eine gerade Linie. Erstellen Sie eine geplante Schweißsequenz, die der Schrumpfung eines anderen Teils des zu montierenden Materials entgegenwirken kann. Basierend auf Ihrem Wissen darüber, wie Metall schrumpft, können Sie eine Sequenz erstellen, die die Reaktionen ausbalanciert, um Verformungen zu verhindern.
8. Klemmen Sie das Teil fest, um es zu fixieren
Eine andere Möglichkeit besteht darin, beim Zusammenschweißen der Teile eine Vorrichtung zu verwenden. Dadurch werden sie gesichert und verhindert, dass sie durch Ausdehnung oder Kontraktion verformt werden. Behalten Sie die Teile an Ort und Stelle, bis der Vorgang abgeschlossen ist. Der Mangel an Bewegung reduziert Verzerrungen.
9. Erwägen Sie den thermischen Spannungsabbau
Hierbei handelt es sich um eine Technologie, die das Erhitzen und Abkühlen von durch Schweißen verbundenen Teilen steuert. Dann erhöhen Sie die Temperatur und kontrollieren die Belastung durch das Kühlmanagement, indem Sie es beim Schweißen des Produkts tragen.
10. Schweißzeit verkürzen
Sie können auch die Schweißzeit verkürzen, um das Risiko von Verformungen zu verringern. Dies wäre eine Herausforderung, wenn Sie dies manuell tun würden. Die Teile, die Sie zuerst schweißen, kühlen ab, bevor sie fertig sind. Wenn Sie jedoch über mechanisierte Geräte zum Schweißen verfügen, können Sie die Bearbeitungszeit verkürzen und den Verzug auf ein Minimum beschränken.