Các khuyết tật khi hàn bằng laser: Vết nứt, vết nứt và vết cắt - Nguyên nhân và cách khắc phục

Hàn laser tạo ra các mối nối sâu, hẹp, ít biến dạng với tốc độ mà các quy trình hồ quang truyền thống không thể sánh kịp. Tuy nhiên, nó ít khoan dung hơn MIG hoặc TIG. Vì chùm tia năng lượng cao tập trung nhiệt vào một điểm siêu nhỏ và vũng nóng chảy nguội đi nhanh chóng, các lỗi nhỏ về thông số, khí bảo vệ hoặc chuẩn bị mối nối nhanh chóng biểu hiện thành khuyết tật.

Ba loại khuyết tật chính chiếm phần lớn các mối hàn laser bị loại bỏ trong các xưởng sản xuất hiện đại: vết nứt, bắn tóe và rỗ chân hàn. (Lưu ý: Rỗ khí — khuyết tật lớn thứ tư — được đề cập riêng trong hướng dẫn chuyên dụng của chúng tôi về rỗ khí trong mối hàn laser).

Hướng dẫn khắc phục sự cố này giúp các nhà quản lý sản xuất, giám sát hàn và người vận hành cả hệ thống hàn laser cầm tay và tự động nhanh chóng xác định các khuyết tật tại xưởng, khắc phục nguyên nhân gốc rễ và giữ cho sản xuất tiếp tục.

Tại sao ba loại khuyết tật này lại tốn kém cho các xưởng sản xuất

• Làm lại và phế liệu: Các khuyết tật được phát hiện ở khâu kiểm tra chất lượng cuối cùng đồng nghĩa với việc cắt lại tốn kém, mài thủ công và hàn lại.

• Kiểm tra kết cấu & rò rỉ thất bại: Vết nứt và rỗ chân hàn sâu làm giảm tiết diện hiệu quả và tạo ra các điểm tập trung ứng suất quan trọng, dẫn đến hỏng hóc tại hiện trường.

• Phạt thẩm mỹ: Bắn tóe nặng và rỗ chân hàn làm hỏng các mối hàn thẩm mỹ lẽ ra có thể bỏ qua khâu xử lý sau.

Phát hiện và ổn định các khuyết tật tại máy — thay vì ở khâu kiểm tra cuối cùng — là nơi mang lại lợi nhuận thực sự cho xưởng sản xuất.

1. Vết nứt

Bạn thấy gì

Vết nứt xuất hiện dưới dạng một sự gián đoạn sắc nét hoặc trực tiếp trong hoặc ngay bên cạnh mối hàn — chạy dọc theo đường tâm, ở mép mối hàn, hoặc bên trong vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ). Nó có thể hình thành ngay sau khi đông đặc hoặc vài giờ/ngày sau đó (vết nứt nguội chậm là phổ biến ở thép cacbon có thể làm cứng).

Tại sao nó xảy ra & cách khắc phục

Thủ phạm chính là tốc độ nguội cực nhanh vốn có của hàn laser. Sự đông đặc nhanh chóng giữ lại các tạp chất có nhiệt độ nóng chảy thấp dọc theo đường tâm (nứt nóng), trong khi sự hạn chế cao, làm nguội nhanh và hydro gây ra nứt nguội ở các loại thép nhạy cảm.

Mẹo tại xưởng: Khi vết nứt xuất hiện không liên tục thay vì liên tục, hãy kiểm tra số lô vật liệu hoặc lớp phủ tấm nhận được. Tần suất thường theo dõi sự thay đổi hóa học vật liệu thay vì sự trôi dạt của máy.

2. Bắn tóe

Bạn thấy gì

Bắn tóe bao gồm các giọt kim loại nóng chảy bị bắn ra mạnh mẽ từ vũng nóng chảy, rơi trên bề mặt bộ phận hoặc bám vào ống kính bảo vệ. Bắn tóe nhẹ đôi khi có thể kiểm soát được; bắn tóe nặng, liên tục báo hiệu một quy trình lỗ khóa cực kỳ không ổn định.

Tại sao nó xảy ra & cách khắc phục

Bắn tóe có nghĩa là lỗ khóa mở và đóng quá nhanh, hoặc áp suất hơi kim loại đang bùng nổ qua đỉnh vũng.

Mẹo tại xưởng: Một lượng nhỏ bắn tóe thoáng qua trong quá trình thiết lập là bình thường. Bắn tóe tăng dần trong một lần chạy sản xuất thường chỉ ra sự suy giảm quang học (kính bảo vệ bẩn) hoặc sự dịch chuyển thấu kính nhiệt.

3. Rỗ chân hàn

Bạn thấy gì

Rỗ chân hàn là một rãnh hoặc vết lõm rõ rệt được nấu chảy vào vật liệu nền ngay tại mép mối hàn, khiến mối hàn trung tâm trông "lồi" lên so với cạnh lõm. Nó làm giảm đáng kể tiết diện chịu tải hiệu quả và hoạt động như một bộ tập trung ứng suất cổ điển cho hỏng hóc do mỏi.

Tại sao nó xảy ra & cách khắc phục

Rỗ chân hàn xảy ra khi năng lượng đầu vào ở các cạnh mối nối vượt quá lượng vật liệu điền đầy có sẵn — laser làm bay hơi hoặc dịch chuyển vật liệu nền nhanh hơn vũng nóng chảy xung quanh có thể chảy trở lại để lấp đầy nó.

Mẹo tại xưởng: Rỗ chân hàn có thể dễ dàng đo bằng thước đo mối hàn tiêu chuẩn. Đo độ sâu trên đường nối: rỗ chân hàn cục bộ thường chỉ ra sự sai lệch chùm tia, trong khi rỗ chân hàn đồng đều trên toàn bộ đường chạy chỉ ra đầu vào nhiệt quá cao.

Một khuôn khổ có hệ thống để khắc phục các khuyết tật laser

Khi một khuyết tật đột ngột xuất hiện trên dây chuyền, hãy kiềm chế mong muốn thay đổi nhiều biến số cùng một lúc. Thực hiện theo luồng khắc phục sự cố kỷ luật này:

1. Ổn định các đầu vào: Ghi lại chính xác loại vật liệu, độ dày, tình trạng bề mặt, loại mối nối và độ nhất quán của khe hở.

2. Thay đổi một thông số tại một thời điểm: Sửa đổi công suất, tốc độ di chuyển, lấy nét, dòng khí hoặc rung — một thay đổi, một mối hàn thử.

3. Thử nghiệm trên phế liệu trước: Luôn chạy các mẫu thử nghiệm bằng vật liệu sản xuất khớp chính xác trước khi chạm vào các bộ phận đang hoạt động.

4. Ghi lại cửa sổ làm việc của bạn: Lưu giữ hồ sơ. Các thông số tự nhiên bị trôi dạt khi ống kính bảo vệ lão hóa, vòi phun bị mòn và điều kiện môi trường thay đổi.

Câu hỏi thường gặp

H: Các thông số hàn laser có thể tạo ra cả bắn tóe và rỗ chân hàn đồng thời không?

Đ: Có. Cả hai đều là vấn đề đầu vào nhiệt cơ bản. Công suất quá cao so với tốc độ di chuyển có thể bắn ra các giọt mạnh (bắn tóe) đồng thời làm rỗ các cạnh mối nối (rỗ chân hàn) trong một lần chạy. Hãy sửa cân bằng công suất-tốc độ của bạn trước, sau đó đánh giá các khuyết tật còn lại.

H: Dây hàn có luôn cần thiết để ngăn ngừa vết nứt laser không?

Đ: Không. Trên các mối nối chặt, siêu sạch với các vật liệu tương thích về mặt luyện kim, hàn laser tự sinh (không dây) tạo ra các mối hàn kết cấu hoàn hảo. Dây hàn trở nên bắt buộc khi xử lý các mối nối có khe hở, hợp kim nhạy cảm với vết nứt (như một số loại thép không gỉ hoặc thép cacbon cao) và các kết hợp kim loại khác nhau, nơi nó hoạt động như một chất điều chỉnh hóa học.

H: Làm thế nào để tôi biết liệu một khuyết tật là do máy/thông số hay do người vận hành gây ra?

Đ: Chạy một bài kiểm tra cô lập có kiểm soát: sử dụng cùng một người vận hành, cùng một thông số chính xác, trên các mẫu thử nghiệm đã được làm sạch trước. Các khuyết tật lặp đi lặp lại dai dẳng trên các mẫu sạch, đã chuẩn bị chỉ ra các vấn đề về máy, quang học hoặc thông số. Các khuyết tật theo một người vận hành cụ thể (chẳng hạn như sự trôi dạt góc của súng cầm tay) chỉ ra kỹ thuật.

Đạt được mối hàn laser không khuyết tật trên các bộ phận sản xuất của bạn

Hầu hết các khuyết tật hàn laser hoàn toàn có thể phòng ngừa được với các thông số tối ưu, chuẩn bị mối nối đúng cách và kỹ thuật chính xác — nhưng thiết lập "đúng" hoàn toàn phụ thuộc vào hợp kim cụ thể, cấu hình mối nối và khối lượng sản xuất của bạn.

Đội ngũ kỹ sư ứng dụng nội bộ của chúng tôi thường xuyên chạy các thử nghiệm hàn mẫu trên các bộ phận của khách hàng để thiết lập các cửa sổ thông số mạnh mẽ, sẵn sàng cho sản xuất. (Tìm kiếm sự trợ giúp về rỗ khí? Đọc hướng dẫn của chúng tôi về cách khắc phục rỗ khí trong hàn laser).

[Yêu cầu kiểm tra hàn miễn phí] — Gửi cho chúng tôi thông số kỹ thuật vật liệu, độ dày và chi tiết mối nối của bạn. Đội ngũ của chúng tôi sẽ trả lại các đề xuất thông số tối ưu và kết quả đánh giá mẫu cho xưởng của bạn.