Дефекты: причины и способы устранения

Лазерная сварка нержавеющей стали обеспечивает непревзойденную точность, но дефекты всё равно могут возникать, если подготовка материала, параметры процесса или подача защитного газа не полностью оптимизированы. В отличие от дуговой сварки, небольшая ванна расплава при лазерной сварке затвердевает чрезвычайно быстро, поэтому даже незначительные сбои в подаче энергии или защите могут привести к появлению видимых или скрытых дефектов. Ниже представлен подробный анализ распространённых типов дефектов, их основных причин и проверенных методов устранения.

Пористость

· Металлургическая причина: пузырьки газа (водород, кислород, азот), попавшие в расплавленную ванну во время затвердевания. Наиболее частым виновником является водород, часто возникающий из-за влаги или углеводородов на поверхности соединения.

· Причины, связанные с лазером:

1. Недостаточное обезжиривание (смазочно-охлаждающие жидкости, масла, остатки клея).

2. Поглощение влаги из влажной среды.

3. Турбулентность защитного газа затягивает окружающий воздух.

· Способы устранения:

1. Чистота: Очистите детали растворителем и высушите их непосредственно перед сваркой.

2. Защита: Поддерживайте ламинарный поток газа; используйте сопла или диффузоры большего диаметра для предотвращения турбулентности.

3. Корректировка параметров: Немного уменьшите скорость подачи, чтобы газы могли выйти до затвердевания; избегайте чрезмерной глубины пазов, которая может задерживать газы.

Горячие трещины (трещины при затвердевании)

· Металлургические причины: Низкое содержание феррита в полностью аустенитных сварных швах приводит к концентрации примесей на границах зерен во время кристаллизации. 

Растягивающие напряжения, возникающие при усадке, приводят к образованию трещин до полной кристаллизации.

· Причины, связанные с лазером:

1. Очень высокие скорости перемещения обеспечивают узкую, полностью аустенитную кристаллизацию.

2. Жёсткое крепление, ограничивающее усадку.

· Способы устранения:

1. Металлургические причины: Используйте присадочный материал с более высоким ферритным потенциалом (например, ER308L, ER316L) для достижения содержания феррита 3–8%.

2. Управление напряжениями: Уменьшите защемление в креплении; расположите швы в шахматном порядке для равномерного распределения усадочных усилий.

3. Настройка параметров: Избегайте сверхвысоких скоростей сварки при сварке чувствительных марок стали; отрегулируйте фокусировку луча для получения немного более широкого

 профиля шва.

Отсутствие слияния/неполное проникновение

· Металлургическая причина: Неполное проплавление поверхностей сварного шва или корня шва из-за недостаточной плотности энергии или неправильного позиционирования луча.

· Причины, связанные с лазером:

1. Расфокусированный луч из-за неправильного фокусного положения.

2. Несовпадение луча с осевой линией стыка.

3. Чрезмерная скорость перемещения.

· Способы устранения:

1. Оптика: Проверьте фокусное расстояние и положение; проверьте наличие загрязнений линзы.

2. Параметры: Увеличьте мощность или уменьшите скорость перемещения; уменьшите амплитуду колебаний, если она чрезмерна.

3. Сборка: Улучшите подготовку стыка и убедитесь, что зазор <0,1 мм для автогенной сварки.

· Металлургическая причина: расплавление основного металла в области кромки сварного шва без достаточного заполнения его расплавленным металлом.

· Причины, связанные с лазером:

1. Высокая плотность энергии в сочетании с высокой скоростью перемещения, которая смывает металл с кромки.

2. Смещение луча от центра.

· Способы устранения:

1. Уменьшите скорость перемещения или смещение луча для улучшения смачивания.

2. Добавьте присадочную проволоку для перекрытия зазора или формирования валика.

3. Отрегулируйте расход защитного газа, чтобы избежать чрезмерного плазменного шва, дестабилизирующего сварочную ванну.

Нестабильность замочной скважины / Разбрызгивание

· Металлургическая причина: колебания в паровой полости (замочной скважине) приводят к схлопыванию или выбросу расплавленного металла.

· Причины, связанные с лазером:

1. Чрезмерная плотность мощности приводит к бурному испарению.

2. Загрязнение приводит к неравномерному поглощению.

3. Неправильный выбор защитного газа или его потока приводит к нестабильному факелу.

· Способы устранения:

1. Немного снизить пиковую плотность мощности; отрегулировать положение фокуса для обеспечения стабильности.

2. Убедитесь, что поверхности свободны от оксидов и сухие.

3. Используйте гелиевые смеси для стабилизации замочной скважины в режиме глубокого проплавления.

Изменение цвета и окисление

· Металлургическая причина: хром в нержавеющей стали окисляется при контакте горячего металла с кислородом, образуя налёт, который может снизить коррозионную стойкость.

· Причины, связанные с лазерной сваркой:

1. Недостаточная подача защитного газа во время и после сварки.

2. Слишком высокая температура между проходами или охлаждения без защиты замыкающего слоя.

· Способы устранения:

1. Увеличьте основную защиту и добавьте замыкающие слои для защиты охлаждающего слоя в течение 2–5 секунд.

2. Используйте газ высокой чистоты (>99,99%).

3. Минимизируйте тепловложение, сохраняя при этом глубину проплавления.

Чрезмерные искажения

· Металлургическая причина: Высокий коэффициент теплового расширения нержавеющей стали увеличивает даже небольшие изменения температуры, вызывая усадочные напряжения.

· Причины, связанные с лазером:

1. Слишком мощный луч для данной толщины шва.

2. Длинные непрерывные сварные швы без сбалансированной последовательности.

· Способы устранения:

1. Уменьшите тепловложение, регулируя скорость или мощность.

2. Выполняйте сварку последовательно для балансировки напряжений.

3. Используйте приспособления с контролируемым зажимом, которые допускают ограниченное расширение без потери соосности.

При лазерной сварке нержавеющей стали большинство дефектов возникает по одной из четырёх основных причин: загрязнение, плохое управление лучом, неправильный подвод тепла или недостаточная защита. Пористость возникает из-за загрязнения или газовых скоплений, горячие трещины – из-за плохого управления ферритом и чрезмерного удержания, несплавление – из-за недостаточного проплавления, подрезы – из-за неправильного совмещения луча, нестабильность в области замочной скважины – из-за нестабильных паровых полостей, изменение цвета из-за воздействия кислорода и деформация – из-за теплового дисбаланса. Решение всегда целенаправленное: устранение первопричины, а не только симптома, путём корректировки подготовки, параметров и подачи защитного газа.