جوش لیزریهنگامی که از حرارت بسیار بالا برای ذوب فلز استفاده می شود، اعوجاج یک مشکل رایج است. یاد بگیرید که چگونه اعوجاج جوش را به حداقل برسانید و نکاتی در مورد چگونگی رفع آن در صورت وقوع.
جوش لیزریفناوری قدرتمندی است که از گرمای تولید شده توسط فناوری لیزر برای همجوشی دو ماده (مانند صفحات فولادی) استفاده می کند. جوشکاری با چالش اعوجاج جوش به دلیل واکنش طبیعی فلزات به گرمای شدید مواجه است. این تغییر شکلی است که یکپارچگی فلز مذاب را به خطر می اندازد. خوشبختانه راه هایی برای به حداقل رساندن اعوجاج با اعمال پارامترهای فرآیند جوشکاری وجود دارد.
در این مقاله به این موضوع می پردازیم که اعوجاج جوش چیست، چه چیزی باعث آن می شود و چگونه می توان اثرات آن را به حداقل رساند. همچنین نکات موثری را برای کمک به رفع اثرات اعوجاج جوشکاری پیدا خواهید کرد.
چیستجوش لیزریتغییر شکل؟
تغییر شکل یا تغییر شکل جوش شامل تغییرات در شکل و اندازه ساختار فلزی است. این یک اثر طبیعی جوشکاری است. وقتی فلزات هستندلیزر جوش داده شده، در معرض حرارت بسیار زیاد قرار می گیرند که باعث ذوب شدن آنها می شود. این باعث می شود که مواد منبسط شوند.
با سرد شدن فلز مذاب تا دمای اتاق، جامد شده و شروع به جمع شدن می کند. این استرس پسماند است. اگر حرارت موضعی باشد و بقیه سطح فلز گرم نشود، به همین ترتیب منبسط یا منقبض نمی شود. این باعث تحریف می شود.
موادی که پس از جوشکاری به راحتی تغییر شکل می دهند
برای تعیین اینکه چرا یک ماده مستعد اعوجاج جوش است، باید خواصی را که بر اعوجاج تأثیر میگذارند، بدانید. برخی از مواد به دلیل خواص فیزیکی و مکانیکی بیشتر مستعد تغییر شکل هستند.
1. خواص فیزیکی معیارهای انبساط حرارتی و هدایت حرارتی هستند.
انبساط حرارتی حرکت فلز است که در هنگام گرم شدن منبسط می شود و هنگام سرد شدن منقبض می شود. اگر ضریب بالایی وجود داشته باشد، مواد راحتتر منبسط و منقبض میشوند - بنابراین بیشتر میپیچد.
از سوی دیگر، هدایت حرارتی، جریان گرما را در طول یک ماده اندازه گیری می کند. هدایت حرارتی بالا گرما را سریعتر دفع می کند. از آنجایی که وجود گرما می تواند مواد را به راحتی تغییر شکل دهد، رسانایی کم احتمال تغییر شکل را در حین جوشکاری افزایش می دهد.
2. از نظر خواص مکانیکی دو عامل مقاومت تسلیم و مدول الاستیک باید در نظر گرفته شود. را
استحکام تسلیم به میزان فشاری که یک ماده در پاسخ به نیروهای خارجی می تواند تحمل کند اشاره دارد. بنابراین، مواد با استحکام تسلیم بالاتر، تنشهای پسماند بالاتری دارند و در نتیجه به راحتی تغییر شکل میدهند.
مدول الاستیسیته به توانایی یک ماده برای انبساط و انقباض اشاره دارد. مدول الاستیک بالاتر به این معنی است که ماده توانایی بیشتری برای مقاومت در برابر تغییر شکل دارد.
با در نظر گرفتن این ویژگی ها، می توانید فرض کنید که اگر یک ماده دارای ضریب انبساط حرارتی بالاتر، هدایت حرارتی کمتر، استحکام تسلیم بالاتر و مدول الاستیک کمتر باشد.
موادی که پس از جوشکاری به راحتی تغییر شکل می دهند
با مقایسه فولاد ضد زنگ با فولاد کربنی، می توانید فرض کنید که فولاد ضد زنگ بیشتر مستعد تغییر شکل است زیرا دارای استحکام تسلیم و ضریب انبساط حرارتی بالاتر و همچنین هدایت حرارتی کمتری است.
بین آلومینیوم و مس، اولی مستعد تغییر شکل است زیرا دارای ضریب انبساط حرارتی با قدرت تسلیم بالاتر و هدایت حرارتی کمتری است.
انواع و عللجوش لیزریتغییر شکل
مطالعات متعددی برای شناسایی علل واقعی تغییر شکل پس از فرآیند جوشکاری لیزر انجام شده است. طبق یک مطالعه، 3 عامل به طور قابل توجهی بر راندمان جوش لیزری تأثیر می گذارد: مواد، فرآیند و هندسه.
به عنوان مثال،جوش لیزریتغییر شکل می دهد زیرا پارامترهای جوشکاری به روش های مختلف بر روی سطح فلز اعمال می شود. سرعت جوش، جریان، زاویه و غیره بر روی قطعات در حال جوش متمرکز خواهد شد. هنگام دور شدن از محل جوش، حرارت به تدریج کاهش می یابد و اثرات حرارتی مانند انبساط فلز نیز کاهش می یابد.
بنابراین، می توان با خیال راحت فرض کرد که انبساط بسته به شدت گرمای دریافتی فلز متفاوت خواهد بود. در مثال ارائه شده، قسمت جوش داده شده بیشترین انبساط را دارد زیرا بیشترین گرما را از منبع لیزر دریافت می کند.
هنگامی که فرآیند جوشکاری به پایان می رسد، فلز شروع به سرد شدن و انقباض می کند. این فلز با انبساط به همان مقدار به انقباض خود ادامه خواهد داد. به این استرس پسماند می گویند.
اگر تنش بیشتر از قدرت تسلیم ماده اصلی باشد، دو نوع تنش ممکن است رخ دهد.
تنش فشاری در ناحیه اطراف لبه فلز اصلی رخ می دهد.
تنش کششی این زمانی اتفاق می افتد که انقباض یک فلز گرم شده توسط بقیه سطح فلز (سطح گرم نشده) مقاومت شود.
برای درک بیشتر این موضوع، بهتر است راه های مختلفی را در نظر بگیرید که در آن تغییر شکل ممکن است هنگام تکمیل جوشکاری رخ دهد.
1. تغییر شکل طولی
همانطور که از نام آن پیداست، این تغییر شکل در طول ماده جوش داده می شود. با سرد شدن، جوش و ناحیه اطراف آن کوچک می شود. در نتیجه قطعه کار کوتاه تر می شود. این باعث می شود که لبه های بیرونی بلندتر و قسمت میانی کمانی به نظر برسد.
به خصوص اگر قطعه کار به درستی ثابت نشده باشد، تغییر شکل حداکثر خواهد بود.
2. اعوجاج جانبی
این نوع اعوجاج زمانی رخ می دهد که لبه های فلز به سمت یکدیگر کشیده شوند. این تغییر شکل ناشی از انقباض بیش از انبساط است که در ابتدا در حین جوشکاری لیزر رخ داد.
3. اعوجاج زاویه
اعوجاج زاویه زمانی رخ می دهد که زاویه صفحه فلزی به دلیل انقباض پس از اتمام کار جوش تغییر می کند. لبه های ورق فلزی از یک طرف به سمت یکدیگر کشیده می شوند و باعث می شوند که مواد منحنی به نظر برسند.
اگر جوش با زاویه عمودی به فلز متصل شود، فلز عمودی مستقیم به نظر نمی رسد، بلکه منحنی است.
4. اعوجاج پیچیده
این نوع ترکیبی از پیچش هایی است که قبلاً مورد بحث قرار گرفت. به نظر می رسد که در حال کمانش، خم شدن یا تاب برداشتن است. اینها انواع مختلفی از خمیدگی ها و تغییر شکل ها 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، جوش از کار می افتد.
10 روش برای به حداقل رساندن اعوجاج جوش
در حالی که اعوجاج اجتناب ناپذیر است، این بدان معنا نیست که هیچ کاری نمی توانید برای به حداقل رساندن آن انجام دهید. همانطور که انواع مختلفی از تغییر شکل وجود دارد، راه های مختلفی نیز برای جلوگیری از تغییر شکل فولاد ضد زنگ و سایر فلزات وجود دارد. این ربطی به استحکام فولاد انتخابی ندارد. آنچه مهمتر است این است که قبل، حین و بعد از جوشکاری چه کاری انجام می دهید.
در اینجا 10 ایده مختلف جوشکاری وجود دارد که می توانید از آنها استفاده کنید.
1. از جوشکاری بیش از حد خودداری کنید
جوشکاری مناطق بزرگ انقباض ایجاد شده را افزایش می دهد. به همین دلیل است که باید فرآیند جوش لیزری خود را به خصوص زمانی که نیاز به کار بر روی سطوح بزرگ دارید، برنامه ریزی کنید. تنظیم ابعاد سطح، اعوجاج جوش و تنشهای پسماند را به حداقل میرساند و در نتیجه از اتلاف فلز و زمان جلوگیری میکند.
2. از جوشکاری متناوب استفاده کنید
این تکنیکی است که بین جوش ها فاصله ایجاد می کند. به جای یک جوش پیوسته، یک اینچ را جوش میدهید و سپس قبل از ایجاد جوش دیگری، فضایی را برای فلز جوشنشده باقی میگذارید. این می تواند به طور موثر تغییر شکل را پس از اتمام جوش کاهش دهد.
3. تعداد نقل و انتقالات را کاهش دهید
راه دیگر برای جلوگیری از اعوجاج، محدود کردن تعداد پاس ها در فرآیند جوشکاری است. مطمئن شوید که یک بار برای جلوگیری از تغییر شکل کافی است. می توانید به جای چندین پاس جوش کوچک، یک پاس جوش بزرگ را انجام دهید. با توجه به TWI، یک جوش منفرد بزرگتر تغییر شکل زاویه ای کمتری نسبت به جوش ایجاد شده توسط چندین پاس کوچک ایجاد می کند.
4. محل جوشکاری را در نظر بگیرید
محل جوش نیز مهم است. در حالت ایده آل، باید جوش را نزدیک به مرکز یا محور خنثی ماده قرار دهید. این اعوجاج را زمانی که جوش لیزری شروع به انقباض می کند به حداقل می رساند زیرا با تلاش نیروهای انقباض برای خارج شدن از تراز، اهرم کمتری وجود خواهد داشت.
5. تکنیک جوشکاری پشت گام را امتحان کنید
جوشکاری پشت پله تکنیکی است که در آن جهت جوش از چپ به راست است، اما بخش های مهره جوش از راست به چپ رسوب می کنند. انجام این کار لبه هایی را که بخش های مهره قرار می گیرند گسترش می دهد تا به طور موقت ورق فلز را جدا کند.
هنگامی که حرکت از چپ به راست کامل شد، ادامه مهره ها باعث کاهش انبساط با تکمیل فرآیند می شود. این یک راه موثر برای به حداقل رساندن اعوجاج است.
6. قطعات جوشکاری از پیش تعیین شده
این شامل آزمایش هایی برای اطمینان از حداقل اعوجاج پس از اتمام جوش است. پیش تنظیم مورد نیاز برای جوشکاری قبلی را تعیین کنید تا بتوانید انقباض را که تجربه خواهید کرد تخمین بزنید. این به شما امکان می دهد تنظیماتی را برای به حداقل رساندن انقباض و اعوجاج انجام دهید.
7. یک توالی جوش ایجاد کنید
فقط از یک خط مستقیم برای جوش دادن قطعات استفاده نکنید. یک ترتیب جوشکاری برنامه ریزی شده ایجاد کنید که بتواند با انقباض قسمت دیگری از ماده مونتاژ شده مقابله کند. بر اساس دانش خود در مورد چگونگی جمع شدن فلز، می توانید دنباله ای ایجاد کنید که واکنش ها را متعادل می کند تا از تغییر شکل جلوگیری کند.
8. قطعه را ببندید تا در جای خود قفل شود
گزینه دیگر این است که هنگام جوشکاری قطعات به یکدیگر از جک استفاده کنید. این کار آنها را محکم می کند و از انبساط یا انقباض آنها جلوگیری می کند. قطعات را تا زمانی که فرآیند کامل شود در جای خود نگه دارید. عدم حرکت باعث کاهش اعوجاج می شود.
9. کاهش استرس حرارتی را در نظر بگیرید
این یک فناوری است که گرمایش و سرمایش قطعات متصل شده توسط جوش را کنترل می کند. این زمانی است که دما را افزایش داده و با پوشیدن آن در حین جوشکاری محصول، استرس مدیریت خنک کننده را کنترل می کنید.
10. زمان جوش را کوتاه کنید
همچنین می توانید زمان جوشکاری را برای کاهش خطر اعوجاج کوتاه کنید. اگر بخواهید این کار را به صورت دستی انجام دهید، چالش برانگیز خواهد بود. قطعاتی که ابتدا جوش می دهید قبل از اتمام خنک می شوند. با این حال، اگر تجهیزات مکانیزه برای جوشکاری دارید، می توانید زمان پردازش را کاهش دهید و اعوجاج را به حداقل برسانید.