جوشکاری لیزری آلیاژهای نیکل: پارامترها، گاز محافظ و راهنمای پیشگیری از نقص

جوشکاری لیزری آلیاژهای نیکل (Inconel 625, 718, Hastelloy C-276) به کنترل دقیق حرارت ورودی (0.5{5}} 2.0 کیلوژول در میلی‌متر)، گاز محافظ مناسب (آرگون با خلوص بالا یا مخلوط‌های آرگون-هلیوم با خلوص بالا و جلوگیری از تخلخل سطحی با سرعت 15 تا 25 لیتر در دقیقه) نیاز دارد. ترک خوردن لیزرهای فیبر (1-6 کیلو وات) به دلیل کیفیت پرتو و ویژگی های جذب برای آلیاژهای نیکل منبع ارجح هستند.

اقدامات کلیدی پیشگیری از نقص عبارتند از: بازپخت محلول قبل از جوش برای کاهش بارش کاربید، کنترل دمای بینگذر کمتر از 150 درجه سانتیگراد، استفاده از فلز پرکننده مطابق با شیمی آلیاژ پایه، و اجرای 100٪ بازرسی پس از جوش (RT یا CT) برای کاربردهای حیاتی.

1. جوشکاری لیزری جوش‌های باریک‌تری با مناطق تحت تأثیر حرارت{0}} کوچک‌تر (HAZ) نسبت به جوش قوس الکتریکی ایجاد می‌کند و اعوجاج و رسوب کاربید را در آلیاژهای نیکل کاهش می‌دهد.
2. لیزرهای فیبر (طول موج 1070 نانومتر) استاندارد صنعتی برای جوشکاری لیزری آلیاژ نیکل هستند که توان 1{3}}6 کیلووات را با کیفیت پرتو عالی (BPP < 8 میلی‌متر براده) ارائه می‌کنند.
3. گاز محافظ باید{0}آرگون با خلوص بالا (99.999%) یا آرگون با 30-50% هلیوم برای نفوذ عمیق تر باشد. نرخ جریان 15-25 لیتر در دقیقه برای موقعیت های صاف.
4. سه نقص اصلی در جوشکاری لیزری آلیاژ نیکل: تخلخل (ناشی از آلودگی سطح یا ناپایداری سوراخ کلید)، ترک خوردگی داغ (از ناخالصی‌های گوگرد و فسفر)، و ترک خوردگی مایع (از انحلال کاربید در HAZ).
5. گرمای ورودی باید بسته به ضخامت مواد تا 0.5-2.0 کیلوژول بر میلی متر کنترل شود. گرمای ورودی کمتر حساسیت به ترک را کاهش می دهد اما باید از نفوذ کامل اطمینان حاصل کند.
6. بازپخت محلول قبل از جوش (980-1080 درجه سانتیگراد بسته به آلیاژ) تنش های باقیمانده را کاهش می دهد و ریزساختار را همگن می کند و خطر ترک خوردگی را به طور قابل توجهی کاهش می دهد.
7. عملیات حرارتی پس از جوش (PWHT) معمولاً برای آلیاژهای جامد-محلول (Inconel 625) لازم نیست، اما برای آلیاژهای سخت‌کننده رسوبی{3} اجباری است (Inconel 718).
8. جوشکاری لیزری غیرمشابه آلیاژهای نیکل به فولاد ضد زنگ امکان پذیر است اما به فلز پرکننده Inconel 625 یا 82 و ورودی حرارت کنترل شده برای جلوگیری از ترک خوردگی رقیق شدن آهن نیاز دارد.

چرا جوشکاری لیزری برای آلیاژهای نیکل؟

جوشکاری لیزری مزایای قابل توجهی نسبت به جوش قوس الکتریکی معمولی داردآلیاژهای نیکلاز جمله کاهش 60 تا 80 درصدی حرارت ورودی، HAZ باریکتر (0.5-1.5 میلی متر در مقابل 3-5 میلی متر برای TIG)، اعوجاج کمتر و سرعت جوشکاری بالاتر (2-10 متر در دقیقه در مقابل 0.1-0.5 متر در دقیقه برای TIG)، که آن را برای قطعات دقیق در کاربردهای هوافضا، پزشکی و هسته ای ایده آل می کند.

آلیاژهای نیکل به طور گسترده در برنامه‌های کاربردی که نیازمند استحکام دمایی بالا، مقاومت در برابر خوردگی و عمر خستگی هستند، استفاده می‌شوند. هنگام اتصال این مواد، جوش لیزری مزایای منحصر به فردی را به همراه دارد:

• ورودی حرارت کم: جوشکاری لیزری معمولاً ورودی گرمای 0.5-2.0 کیلوژول بر میلی متر را در مقایسه با 1.5-4.0 کیلوژول بر میلی متر برای GTAW (TIG) ارائه می دهد. این باعث کاهش بارش کاربید در HAZ می شود و مقاومت در برابر خوردگی را حفظ می کند.
• حداقل اعوجاج: حوضچه جوش باریک (عرض 1-3 میلی‌متر) و HZ کوچک 60 تا 80 درصد اعوجاج کمتری نسبت به جوشکاری قوس ایجاد می‌کند که برای اجزای دیوار نازک و مجموعه‌های دقیق بسیار مهم است.
• سرعت بالا: سرعت جوشکاری لیزر 2-10 متر در دقیقه (برای لیزر فیبر) به طور چشمگیری از سرعت TIG 0.1-0.5 متر در دقیقه فراتر می رود و زمان تولید و قرار گرفتن در معرض حرارت را کاهش می دهد.
• بدون تماس الکترود: فرآیند بدون تماس-خطر آلودگی تنگستن را از بین می‌برد و امکان جوشکاری هندسه‌های پیچیده را از طریق فرمان تیر می‌دهد.
• نفوذ عمیق: جوشکاری لیزری حالت سوراخ کلید نفوذی را تا 10-15 میلی‌متر در یک پاس بدست می‌آورد که نیاز به جوشکاری چند پاسی و عیوب مرتبط را کاهش می‌دهد.
• آماده اتوماسیون: جوشکاری لیزری به طور یکپارچه با سیستم‌های روباتیک و نظارت بر فرآیند (OCT، دوربین، هواسنج) برای کنترل کیفیت در زمان واقعی-ادغام می‌شود.

کاربردهایی که در آن جوشکاری لیزری روش ترجیحی است:

• هوافضا: مجموعه‌های پوشش توربین، آسترهای احتراق و اجزای مبدل حرارتی که به تحمل‌های شدید و حداقل HAZ نیاز دارند.
• تجهیزات پزشکی: ایمپلنت‌های آلیاژ نیکل و ابزار جراحی که به جوش‌های دقیق و تمیز و بدون آلودگی نیاز دارند.
• هسته ای: اجزای مونتاژ سوخت و داخل راکتور که در آن کیفیت جوش و قابلیت ردیابی بسیار مهم است.
• نفت و گاز: روکش جوش لوله و اجزای سر چاه که به جوش{0} یکپارچگی بالا با رقت کم نیاز دارند.
• الکترونیک: دم‌های آلیاژ نیکل، مهر و موم‌های هرمتیک و پایانه‌های باتری که به جوش‌های دقیق و دقیق نیاز دارند.

انواع لیزر و انتخاب تجهیزات

لیزرهای فیبر (1{3}}6 کیلووات، طول موج 1070 نانومتر) استاندارد صنعتی برای جوشکاری لیزر آلیاژ نیکل هستند که بهترین ترکیب از کیفیت پرتو، راندمان جذب، قابلیت اطمینان و هزینه را ارائه می‌دهند. لیزرهای CO2 برای جوشکاری با مقطع ضخیم مناسب هستند اما در آلیاژهای نیکل جذب کمتری دارند.

جدول 1: مقایسه انواع لیزر برای جوشکاری آلیاژ نیکل

چرا لیزرهای فیبر بر جوشکاری آلیاژ نیکل غالب هستند:

• جذب بالاتر: آلیاژهای نیکل 35 تا 40 درصد انرژی لیزر فیبر را در 1070 نانومتر جذب می‌کنند، در مقایسه با لیزرهای CO2 در 10.6 میکرومتر تنها 10 تا 15 درصد، به این معنی که لیزرهای فیبر انرژی بیشتری را برای همان توان ورودی به قطعه کار می‌رسانند.
• کیفیت پرتو: لیزرهای فیبر BPP 2-8 mm-mrad را به دست می‌آورند، که اندازه نقاط کوچک (50-200 میکرومتر) را برای جوش‌های دقیق یا نقاط بزرگ‌تر را برای جوش‌های وسیع‌تر، قابل تنظیم از طریق اپتیک ممکن می‌سازد.
• قابلیت اطمینان: لیزرهای فیبر دارای MTBF 100،000+ ساعتی (میانگین زمان بین خرابی) هستند که بسیار بیشتر از انواع لیزرهای دیگر است و زمان خرابی و هزینه های تعمیر و نگهداری را کاهش می دهد.
• انعطاف‌پذیری: تحویل فیبر امکان ادغام آسان با روبات‌ها، اسکنرها و ابزار پیچیده را فراهم می‌کند و امکان جوشکاری هندسه‌های سه بعدی پیچیده را فراهم می‌کند.
• راندمان: راندمان دوشاخه دیواری 30-40٪ (در مقابل 10-15٪ برای CO2)، کاهش هزینه های عملیاتی و نیازهای خنک کننده.

پارامترهای جوشکاری برای آلیاژهای معمولی نیکل

پارامترهای جوشکاری لیزری بهینه بر اساس آلیاژ و ضخامت متفاوت است: برای اینکونل 625 2 میلی متری، از توان 2 کیلو وات، سرعت 3 متر در دقیقه، ورودی حرارت 0.67 کیلوژول بر میلی متر استفاده کنید. برای اینکونل 718 3 میلی‌متری، از توان 3 کیلووات، سرعت 2 متر در دقیقه، ورودی حرارت 0.90 کیلوژول بر میلی‌متر استفاده کنید. همیشه پارامترها را از طریق صلاحیت رویه (WPQR) بر اساس ASME IX یا ISO 15614 تأیید کنید.

جدول 2: پارامترهای توصیه شده برای جوشکاری لیزر فیبر آلیاژهای نیکل

دستورالعمل های بهینه سازی پارامترها:

• محاسبه ورودی گرما: ورودی گرما (kJ/mm)=قدرت (W) / سرعت (mm/s) / 1000. برای مثال: 2000W / 50 mm/s / 1000=0.040 kJ/mm. توجه: ورودی حرارت جوش لیزری به طور قابل توجهی کمتر از جوشکاری قوس الکتریکی است.
• کنترل نفوذ: برای نفوذ کامل در یک پاس، از حالت سوراخ کلید با چگالی توان بالای 10 مگاوات بر سانتی متر مربع استفاده کنید. حالت هدایت (چگالی توان کمتر) برای مقاطع نازک استفاده می شود (<1mm) and when minimum HAZ is required.
• موقعیت کانونی: برای بخش های نازک روی سطح تمرکز کنید (<2mm); focus 1-2mm below the surface for thicker sections to stabilize the keyhole and reduce root defects.
• موقعیت جوش: موقعیت مسطح برای آلیاژهای نیکل ترجیح داده می شود. در صورت نیاز به جوشکاری موضعی، از حالت پالسی یا حرارت ورودی کمتر برای کنترل حوضچه جوش استفاده کنید.
• محدوده سرعت: 2-6 متر در دقیقه برای حالت موج پیوسته (CW). 0.5-2.0 متر در دقیقه برای حالت پالس. سرعت های بالاتر باعث کاهش گرمای ورودی می شود، اما اگر خیلی سریع باشد ممکن است باعث عدم همجوشی شود.

انتخاب و بهینه سازی گاز محافظ

از آرگون با خلوص بالا (99.999%) به عنوان گاز محافظ اولیه برای جوشکاری لیزری آلیاژ نیکل با سرعت جریان 15-25 لیتر در دقیقه استفاده کنید. 30-50% هلیوم را برای کاربردهایی که نیاز به نفوذ عمیق تر یا سرعت جوشکاری سریعتر دارند، اضافه کنید. هرگز از اکسیژن یا CO2 در گاز محافظ استفاده نکنید زیرا باعث اکسیداسیون و تخلخل می شوند.

جدول 3: گزینه های گاز محافظ برای جوشکاری لیزری آلیاژ نیکل

بهترین روش های محافظ گاز:

• خلوص: از آرگون با خلوص 99.999% (5N) استفاده کنید. خلوص کمتر (99.9٪) می تواند اکسیژن و رطوبت را وارد کند و باعث تخلخل و اکسیداسیون در آلیاژهای نیکل شود.
• نرخ جریان: 15-25 لیتر در دقیقه برای جوشکاری در موقعیت مسطح. خیلی کم (<10 L/min) results in inadequate coverage and oxidation; too high (>30 L/min) باعث تلاطم می شود که هوا را می کشد.
• سیستم تحویل: از یک نازل جریان آرام با قطر 15-25 میلی متر استفاده کنید. از جریان آشفته نازل های کم اندازه یا طول شلنگ بیش از حد خودداری کنید.
• محافظت از ریشه: برای جوش‌های{0} با نفوذ کامل، از گاز پشتیبان (آرگون خالص) در سمت ریشه با سرعت 5 تا 10 لیتر در دقیقه برای جلوگیری از اکسید شدن و شکرک زدن استفاده کنید.
• جریان پیش-جریان و پس از{1}}: جریان گاز را 2-3 ثانیه قبل از جوشکاری شروع کنید و 3-5 ثانیه بعد از جوشکاری برای محافظت از حوضچه جوش انجماد و HAZ داغ حفظ کنید.
• کنترل رطوبت: اگر رطوبت زیاد است از خشک کن خشک کن در خط گاز استفاده کنید. رطوبت در گاز محافظ عامل اصلی تخلخل در جوشکاری آلیاژ نیکل است.

چرا هلیوم اضافه می شود:

• پتانسیل یونیزاسیون بالاتر: هلیوم با ولتاژ بالاتری نسبت به آرگون یونیزه می شود و پلاسمای داغتر و پایدارتری ایجاد می کند که ثبات و نفوذ سوراخ کلید را بهبود می بخشد.
• هدایت حرارتی: هلیوم رسانایی حرارتی بالاتری نسبت به آرگون دارد، گرما را به طور یکنواخت‌تر در حوضچه جوش توزیع می‌کند و جوش‌های گسترده‌تر اما عمیق‌تری تولید می‌کند.
• در نظر گرفتن هزینه: هلیوم 5-10 برابر گرانتر از آرگون است. از مخلوط هلیوم فقط زمانی استفاده کنید که نیاز به نفوذ یا سرعت هزینه را توجیه کند.
• Plasma Suppression: In high-power laser welding (>4 کیلو وات)، هلیوم به سرکوب توده پلاسما که می تواند پرتو لیزر را منحرف کند، کمک می کند و انتقال انرژی را بهبود می بخشد.

آماده سازی سطح و طراحی مفصل

آماده سازی سطح مناسب تنها مهم ترین عامل در جلوگیری از تخلخل در جوش های لیزری آلیاژ نیکل است. تمام سطوح در فاصله 25 میلی متری اتصال جوش باید بلافاصله قبل از جوشکاری به صورت مکانیکی تمیز شوند (سایر یا ماشینکاری) و با استون یا الکل چربی زدایی شوند.

مراحل آماده سازی سطح:

مرحله 1 - حذف مقیاس اکسید: ناحیه جوش و ناحیه 25 میلی‌متری مجاور آن را با چرخ‌های اکسید آلومینیومی (60-80 سنگ‌ریزه) آسیاب کنید تا همه آلودگی‌های سطح اکسید و رسوب‌های اکسید حذف شوند.

مرحله 2 - چربی زدایی: ناحیه مفصل را با استون یا ایزوپروپیل الکل با استفاده از پارچه های تمیز و بدون پرز پاک کنید. از حلال های کلردار استفاده نکنید (می تواند باعث ترک خوردگی ناشی از استرس شود).

مرحله 3 - خشک کردن: قبل از جوشکاری از خشک شدن کامل سطوح اطمینان حاصل کنید. رطوبت منبع اصلی تخلخل هیدروژنی است.

مرحله 4 - بازرسی: اتصال را به صورت بصری برای عیوب سطحی، ترک‌ها یا آفت‌ها بررسی کنید. از تست نفوذ رنگ (PT) برای کاربردهای حیاتی استفاده کنید.

مرحله 5 - محافظت: اگر جوشکاری ظرف 2 ساعت پس از آماده سازی انجام نشد، محل اتصال آماده شده را با ورقه پلاستیکی تمیز بپوشانید.

توصیه های طراحی مشترک:

جدول 4: طراحی اتصالات برای جوشکاری لیزری آلیاژهای نیکل

Joint Fit-Up الزامات:

• تحمل شکاف: جوش لیزری به تناسب محکم‌تر- نسبت به جوش قوس الکتریکی نیاز دارد. حداکثر شکاف 10٪ ضخامت ورق یا 0.2 میلی متر است، هر کدام کوچکتر باشد.
• عدم تراز: حداکثر ناهماهنگی لبه 10٪ ضخامت است. ناهماهنگی بیش از حد باعث عدم همجوشی و تقعر ریشه می شود.
• تثبیت: از فیکسچرهای دقیق (ماشینکاری شده با تحمل 0.05 میلی متر) برای حفظ تراز مفصل استفاده کنید. از میله های پشتی مسی برای محافظت در برابر حرارت و محافظت از ریشه استفاده کنید.
• جوش چسبی: جوش های چسبی باید با فاصله 50 تا 100 میلی متر از یکدیگر با استفاده از پارامترهای لیزری مشابه جوش های تولیدی فاصله داشته باشند. چسب های آسیاب قبل از جوشکاری نهایی تراز می شوند.

نقایص رایج و راهبردهای پیشگیری

سه عیب اصلی در جوشکاری لیزری آلیاژ نیکل عبارتند از تخلخل (ناشی از آلودگی سطح یا ناپایداری سوراخ کلید)، ترک خوردگی داغ (ناشی از ناخالصی‌های گوگرد/فسفر و مهار زیاد)، و ترک خوردگی مایع (ناشی از انحلال کاربید در HAZ) که همگی از طریق بهینه‌سازی سطح، تهیه مواد و پارامترهای مناسب قابل پیشگیری هستند.

جدول 5: نقایص رایج، علل و پیشگیری

استراتژی های دقیق پیشگیری از نقص:

پیشگیری از تخلخل:

• آماده سازی سطح: ناحیه 25 میلی متری را در دو طرف اتصال آسیاب کنید. تمام رنگ، روغن، گریس و اکسید را پاک کنید. بلافاصله قبل از جوشکاری با استون چربی زدایی کنید.
• کیفیت گاز: از آرگون با خلوص 99.999٪ استفاده کنید. برای حذف رطوبت یک خشک کن خشک کن نصب کنید. شلنگ گاز را از نظر نشتی بررسی کنید.
• پایداری سوراخ کلید: قدرت و سرعت را برای حفظ ثبات سوراخ کلید بهینه کنید. سوراخ کلید ناپایدار باعث به دام افتادن حباب های گاز در حوضچه جوش جامد می شود.
• قبل از{0}}جریان: خط گاز را به مدت 2 تا 3 ثانیه قبل از ضربه زدن به قوس برای حذف هوا از سیستم تحویل، تمیز کنید.

پیشگیری از ترک داغ:

• انتخاب مواد: فلز پایه را با گوگرد <0.015٪ و فسفر <0.015٪ مشخص کنید. درخواست گواهی آزمایش آسیاب برای تأیید این عناصر.
• کنترل ورودی گرما: از ورودی گرمای کمتر (0.5-1.0 کیلوژول بر میلی‌متر) استفاده کنید تا زمان سپری کردن حوضچه جوش در محدوده دمایی حساس به ترک (1200-1350 درجه سانتیگراد) را کاهش دهید.
• طراحی مفصل: اتصالات را برای به حداقل رساندن محدودیت طراحی کنید. از جوش های چسبنده برای توزیع یکنواخت تنش انقباض استفاده کنید.
• جوشکاری پالسی: حالت لیزر پالسی را برای آلیاژهای حساس به ترک-در نظر بگیرید. پالس کردن متوسط ​​گرمای ورودی را کاهش می‌دهد و اجازه خنک‌سازی بین پالس-را می‌دهد.

پیشگیری از ترک خوردگی مایعات:

• قبل از{0}}بازپخت محلول جوش: محلول در دمای 980-1080 درجه سانتیگراد (بسته به آلیاژ) به مدت 1 ساعت در هر ضخامت 25 میلی متر بازپخت و به دنبال آن خنک شدن سریع انجام می شود. این کاربیدها را حل می کند و ریزساختار را همگن می کند.
• ورودی حرارت کم: با استفاده از ورودی حرارت کم و سرعت جوش بالا، عرض HAZ را به حداقل برسانید. HAZ جایی است که ترک خوردگی مایعات رخ می دهد، بنابراین کاهش عرض آن خطر ترک خوردگی را کاهش می دهد.
• از آلیاژهای محلول جامد-استفاده کنید: اینکونل 625 (محلول جامد-تقویت شده) نسبت به Inconel 718 (رسوب-سخت شدن) کمتر مستعد ترک خوردگی مایعات است.
• انتخاب فلز پرکننده: از فلز پرکننده منطبق یا تطبیق بیش از-(مثلاً پرکننده Inconel 625 برای فلز پایه Inconel 718) برای رقیق کردن عناصر تقویت کننده ترک- در فلز جوش استفاده کنید.

عملیات حرارتی قبل و بعد از جوشکاری

بازپخت محلول قبل از جوش به طور قابل توجهی حساسیت ترک خوردگی را با حل کردن کاربیدها و همگن کردن ریزساختار کاهش می دهد. عملیات حرارتی پس از جوش معمولاً برای آلیاژهای جامد-محلول (Inconel 625) لازم نیست، اما برای آلیاژهای سخت‌کننده رسوبی- (Inconel 718) برای بازیابی خواص مکانیکی کامل الزامی است.

جدول 6: الزامات عملیات حرارتی بر اساس آلیاژ

مزایای قبل از آنیل کردن محلول جوش:

1. کاربیدها و فازهای بین فلزی را که می توانند باعث ترک خوردگی مایع در HAZ شوند را حل می کند.
2. تنش‌های پسماند ناشی از عملیات شکل‌دهی و ماشین‌کاری را که می‌تواند به اعوجاج و ترک‌خوردگی کمک کند، کاهش می‌دهد.
3. ریزساختار را همگن می کند و از نفوذ و کیفیت جوش ثابت اطمینان حاصل می کند.
4. مقاومت در برابر خوردگی را که ممکن است در طول پردازش قبلی کاهش یافته باشد (به عنوان مثال، کار سرد، شکل دهی) بازیابی می کند.

ارسال-دستورالعمل‌های عملیات حرارتی جوش (PWHT):

1. جامد-آلیاژهای محلول (Inconel 625، Hastelloy C{4}}276): PWHT معمولاً مورد نیاز نیست. شرایط جوش داده شده خواص مناسبی را برای اکثر کاربردها فراهم می کند. در صورت نیاز به کاهش استرس، از 870-980 درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت در ضخامت 25 میلی متر استفاده کنید.
2. بارندگی-آلیاژهای سخت شدن (Inconel 718): PWHT برای بازیابی بارندگی-استحکام سخت شده الزامی است. از چرخه پیری استاندارد پیروی کنید: 720 درجه سانتیگراد به مدت 8 ساعت، خنک شدن کوره تا 620 درجه سانتیگراد، 8 ساعت نگه دارید، هوا خنک شود.
3. فقط تنش زدایی: اگر بازپخت کامل محلول عملی نباشد (به عنوان مثال، سازه های بزرگ)، تنش زدایی در دمای 540-650 درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت در هر 25 میلی متر، تنش های پسماند را 60-70٪ بدون تأثیر قابل توجهی بر خواص کاهش می دهد.

انتخاب فلز پرکننده

برای جوشکاری لیزری آلیاژهای نیکل، از فلزات پرکننده‌ای استفاده کنید که با شیمی آلیاژ پایه مطابقت دارند یا بیشتر از آن مطابقت دارند: ERNiCrMo-3 (پرکننده Inconel 625) برای Inconel 625، ERNiFeCr-2 (Inconel 82) برای Inconel 718; قطر سیم 0.8-1.2mm برای جوشکاری لیزری.

جدول 7: راهنمای انتخاب فلز پرکننده

بهترین روش های فیلر متال:

• جوش خودزا: برای مقاطع نازک (< 2mm) with tight fit-up, laser welding can be performed without filler metal (autogenous). This simplifies the process but requires perfect joint fit-up.
• تغذیه سیم: برای اتصالاتی که نیاز به پرکننده دارند، از تغذیه سیم اتوماتیک با سرعت تغذیه 0.5-2.0 متر در دقیقه، هماهنگ با سرعت جوش استفاده کنید. سیم باید به حوضچه جوش در پشت، 1-2 میلی متر از سوراخ کلید وارد شود.
• ذخیره سازی: سیم پرکننده را در بسته بندی های مهر و موم شده با ماده خشک کن نگهداری کنید. سیم در معرض رطوبتی که باعث تخلخل می شود را جذب می کند. از سیم ظرف 8 ساعت پس از باز شدن استفاده کنید.
• تأیید PMI: قبل از استفاده برای تأیید شیمی، PMI را روی سیم پرکننده انجام دهید. عناصر کلیدی (Ni، Cr، Mo، Nb) مطابق با مشخصات را تأیید کنید.

اشتباهات رایج

رایج‌ترین اشتباهات در جوشکاری لیزری آلیاژ نیکل عبارتند از: پرش از آماده‌سازی سطح، استفاده از خلوص گاز محافظ ناکافی، مشخص کردن فلز پایه با گوگرد/فسفر بالا، نادیده گرفتن بازپخت محلول قبل از جوشکاری، و فرض انتقال پارامترها بین سیستم‌های لیزری مختلف بدون صلاحیت مجدد{{1}.

اشتباه 1: پرش از آماده سازی سطح

مشکل: حتی یک لایه نازک روغن ماشین کاری یا اکسید می تواند باعث تخلخل 10-20٪ شود. همیشه آسیاب و چربی زدایی کنید.

راه حل: منطقه 25 میلی متری را در هر دو طرف آسیاب کنید. چربی زدایی با استون؛ با بازرسی UV تایید کنید.

اشتباه 2: استفاده از 99.9% آرگون به جای 99.999%

مشکل: ناخالصی 0.1 درصد حاوی اکسیژن و رطوبت است که باعث ایجاد تخلخل و اکسیداسیون در آلیاژهای نیکل می شود.

راه حل: همیشه خلوص 99.999% (5N) را مشخص کنید. نصب خشک کن خشک کن؛ با تجزیه و تحلیل گاز تایید کنید

اشتباه 3: مشخص کردن فلز پایه گوگردی بالا-

مشکل: گوگرد > 0.015 درصد به طور چشمگیری حساسیت ترک داغ را در جوش های لیزری آلیاژ نیکل افزایش می دهد.

راه حل: درخواست گواهی آسیاب. بررسی S <0.015٪ و P <0.015٪. مطالب ناسازگار را رد کنید.

اشتباه 4: نادیده گرفتن بازپخت محلول قبل از جوش-

مشکل: مواد سرد-کار شده یا کهنه شده دارای کاربید و تنش پسماند هستند که باعث ترک خوردن مایعات می‌شوند.

راه حل: محلول را قبل از جوشکاری در دمای 980-1080 درجه سانتیگراد آنیل کنید. با تست سختی تایید کنید

اشتباه 5: با فرض انتقال پارامترها بین لیزرها

مشکل: پارامترهای میانگین کیفیت پرتو، اندازه نقطه و ساختار حالت به طور مستقیم منتقل نمی شوند.

راه‌حل: دوباره-WPQR را برای هر سیستم لیزری واجد شرایط کنید. قبل از جوشکاری تولید کوپن های آزمایشی تولید کنید.

اشتباه 6: بدون محافظت از ریشه برای جوش-با نفوذ کامل

مشکل: بدون گاز پشتیبان، سمت ریشه اکسید می شود (شکر می شود) و باعث خوردگی و خرابی خستگی می شود.

راه حل: همیشه از گاز پشتیبان آرگون با سرعت 5-10 لیتر در دقیقه برای جوش های با نفوذ کامل استفاده کنید.

اشتباه 7: گرمای بیش از حد ورودی

مشکل: گرمای ورودی > 2.0 کیلوژول بر میلی متر عرض HAZ، بارش کاربید و حساسیت به ترک را افزایش می دهد.

راه حل: بهینه سازی پارامترها برای حداقل حرارت ورودی که به نفوذ کامل می رسد. بررسی با بررسی متالوگرافی

سوالات متداول

بیشتر آلیاژهای نیکل فرفورژه را می‌توان با موفقیت با لیزر جوش داد، از جمله Inconel 625، 718، 600، Hastelloy C-276، X، و Monel 400. با این حال، برخی از آلیاژهای سخت‌کننده بارندگی (مثلاً Inconel 7308، آلیاژهای آلومینیم و Reintane) بسیار دشوار هستند. باعث ایجاد ترک خوردگی در سن کرنش می شود. همیشه قبل از مشخص کردن جوش لیزری با تامین کننده آلیاژ برای رتبه جوشکاری مشورت کنید.

Q2: حداکثر ضخامت برای جوشکاری لیزر تک پاسه آلیاژهای نیکل چقدر است؟

برای جوشکاری لیزر فیبر حالت سوراخ کلید در 4-6 کیلووات، نفوذ کامل تک پاسی تا 8-12 میلی‌متر در آلیاژهای نیکل قابل دستیابی است. برای مقاطع ضخیم‌تر، جوشکاری چند پاسه یا جوشکاری هیبریدی قوس لیزری می‌تواند دامنه را تا 20-15 میلی‌متر افزایش دهد. بیش از 20 میلی متر، جوشکاری پرتو الکترونی یا GTAW با شکاف باریک مناسب تر است.

Q3: آیا آلیاژهای نیکل جوشکاری لیزری به فلز پرکننده نیاز دارند؟

برای مقاطع نازک (< 2mm) with good fit-up, autogenous laser welding (no filler) is possible. For thicker sections, joints with gaps, or dissimilar metal joints, filler metal is required. Use AWS-classified filler wire (ERNiCrMo-3 for Inconel 625, ERNiFeCr-2 for Inconel 718) at 0.8-1.2mm diameter, fed automatically into the weld pool.

Q4: چه خلوص گاز محافظ برای آلیاژهای نیکل جوشکاری لیزر مورد نیاز است؟

از آرگون با خلوص 99.999% (5N) به عنوان حداقل استاندارد استفاده کنید. خلوص کمتر (99.9%) حاوی 1000 ppm ناخالصی از جمله اکسیژن و رطوبت است که باعث تخلخل و اکسیداسیون می شود. یک خشک کن خشک کن در خط گاز نصب کنید. برای نفوذ عمیق تر، از آرگون با 30-50 درصد هلیوم با سرعت جریان 20-35 لیتر در دقیقه استفاده کنید.

Q5: چگونه از ترک خوردگی داغ در جوش های لیزری آلیاژ نیکل جلوگیری کنم؟

پیشگیری از ترک داغ مستلزم: (1) مشخص کردن فلز پایه با گوگرد <0.015٪ و فسفر <0.015٪. (2) استفاده از ورودی گرمای کم (0.5-1.0 kJ/mm) برای به حداقل رساندن زمان در محدوده دمایی حساس-ترک. (3) طراحی اتصالات با حداقل محدودیت. (4) استفاده از حالت لیزر پالسی برای کاهش متوسط ​​گرمای ورودی. و (5) استفاده از فلز پرکننده منطبق یا بیش از{10}}برای رقیق کردن عناصر تحریک کننده ترک.

Q6: آیا جوشکاری محلول قبل از جوش برای Inconel 625 ضروری است؟

بازپخت محلول قبل از جوش در 980 درجه سانتیگراد اکیداً توصیه می شود اما همیشه اجباری نیست. برای موارد زیر ضروری است: مواد سرد-(تنش پسماند را کاهش می دهد)، مواد با تاریخچه حرارتی ناشناخته، و کاربردهای حیاتی که به حداکثر مقاومت در برابر خوردگی نیاز دارند. برای محلول-مواد ذخایر آنیل شده در-خدمات غیر حیاتی، اگر حرارت ورودی کم نگه داشته شود، ممکن است از جوشکاری قبل از جوش صرفنظر شود (< 1.0 kJ/mm).

Q7: تفاوت بین حالت هدایت و جوشکاری لیزری حالت سوراخ کلید چیست؟

حالت هدایت (چگالی توان کمتر از 10 مگاوات بر سانتی‌متر مربع) جوش‌های عریض و کم عمق با حداقل HAZ ایجاد می‌کند. مورد استفاده برای مقاطع نازک (< 1mm) and when appearance is critical. Keyhole mode (power density > 10 MW/cm2) produces deep, narrow welds with deeper penetration. Used for thicker sections (>1mm) و زمانی که به نفوذ کامل نیاز است. حالت سوراخ کلید کارآمدتر است اما کنترل آن دشوارتر است.

Q8: آیا می توانم Inconel 625 را به فولاد ضد زنگ 316L با لیزر جوش دهم؟

بله. از فلز پرکننده Inconel 625 (ERNiCrMo-3)، حرارت ورودی کم (0.5-1.0 kJ/mm) استفاده کنید و پرتو لیزر را 0.5-1.0 میلی متر به سمت Inconel برگردانید تا رقیق شدن آهن به حداقل برسد. 100% بازرسی PT و RT را انجام دهید. خطر اصلی ترک خوردگی انجماد در مرز همجوشی به دلیل گرادیان های ترکیبی است. همیشه رویه (WPQR) را برای ASME IX واجد شرایط کنید.

Q9: چقدر می توانم آلیاژهای نیکل را با لیزر جوش دهم؟

لیزرهای فیبر می توانند آلیاژهای نیکل را به ضخامت 0.1 میلی متر در حالت پالسی با توان کم (50{5}}200 وات) و اندازه نقطه ظریف (30{7}}50 میکرومتر) جوش دهند. برای ضخامت 0.1{9}}0.5 میلی‌متر، از حالت هدایت با ورودی گرما با دقت کنترل شده برای جلوگیری از سوختن{10}}استفاده کنید. برای حفظ تحمل شکاف 10٪ ضخامت، جوشکاری بسیار نازک نیاز به نصب دقیق و آماده سازی لبه دارد.

Q10: برای جوش‌های لیزری آلیاژ نیکل چه بازرسی جوش{1} مورد نیاز است؟

حداقل: 100٪ بازرسی بصری (VT) و 100٪ تست نفوذ رنگ (PT). برای جوش‌های ساختاری حاوی فشار یا بحرانی: 100% تست رادیوگرافی (RT) یا توموگرافی کامپیوتری (CT) را در بخش ASME VIII اضافه کنید. برای صلاحیت روش: بررسی متالوگرافی مقاطع-در هر ASME IX. برای کاربردهای هسته ای: آزمایش نشت هلیوم و بررسی متالوگرافی را در بخش III ASME اضافه کنید.