ZASTOSOWANIE LASERA W TECHNOLOGIACH SPAWALNICZYCH

Prezentacja na temat: "ZASTOSOWANIE LASERA W TECHNOLOGIACH SPAWALNICZYCH"— Zapis prezentacji:

1 ZASTOSOWANIE LASERA W TECHNOLOGIACH SPAWALNICZYCH
Przygotował: Cezary Roczniak Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

2 plan prezentacji Co to jest laser ?
Historia rozwoju technologii laserowej Rodzaje laserów stosowanych w procesach technologicznych. Zastosowanie laserów Pokazy światła laserowego na Wałach von Plauena w Malborku Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

3 co to jest laser Słowo LASER oznacza: Wzmocnienie Światła Przez Wymuszoną Emisję Promieniowania Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

4 co to jest laser Laser to generator promieniowania, wykorzystujący zjawisko emisji wymuszonej. Promieniowanie lasera ma właściwości, trudne lub wręcz niemożliwe do osiągnięcia w innych typach źródeł promieniowania. Ma ono postać wiązki o bardzo małej rozbieżności. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

5 co to jest laser W skład wszystkich laserów wchodzą trzy podstawowe elementy: ośrodek czynny (wzmacniający światło), układ pompujący, układ luster tworzący komorę rezonatora optycznego. Zasada działania lasera W dużym uproszczeniu, zobrazowanie budowy i działania lasera przedstawia rysunek. Do ośrodka o właściwościach wzmacniających światło, dostarczana jest energia świetlna lub elektryczna ( proces ten nazywamy pompowaniem lasera ), co w efekcie powoduje emisję wymuszoną. Ośrodek wzmacniający umieszczony jest wewnątrz rezonatora składającego się z dwóch zwierciadeł, z których jedno jest całkowicie odbijające, drugie natomiast jest częściowo przepuszczalne. W wyniku emisji wymuszonej, wewnątrz rezonatora (zapewniającego sprzężenie zwrotne ), układ staje się generatorem światła. Poprzez zwierciadło półprzepuszczalne (emisyjne) , na zewnątrz układu wydostaje się część światła, stanowiąca użyteczną wiązkę laserową. Wiązka ta może zostać poddana dalszej obróbce na drodze optycznej, w celu przygotowania jej do określonych zadań. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

6 co to jest laser Ośrodek czynny – Materiał aktywny lasera (Laser-Aktives Material LAM) Zdolność magazynowania energii przez nanosekundy (inwersja) Zdolność emisji promieniowania (emisja stymulowana) Działanie lasera opiera się na dwóch zjawiskach – inwersji obsadzeń i emisji wymuszonej. W skład wszystkich laserów wchodzą trzy podstawowe elementy: ośrodek czynny, układ pompujący oraz komora rezonatora optycznego. Zadaniem układu pompującego jest dostarczenie energii w postaci fotonu, tak aby wzbudzić atom ośrodka czynnego na wyższy poziom energetyczny. To zjawisko nazywamy pompowaniem lasera. Po pewnej chwili, ok s cząsteczki te spontanicznie oddają energie w postaci nowego indywidualnego kwantu energii wypływającego w dowolnym kierunku. Ten proces nazywany emisją spontaniczną odbywa się w całej objętości ośrodka. Efekt wzmocnienia laserowego powstanie wtedy gdy przy bardzo intensywnym pompowaniu ośrodka czynnego wzbudzone będą prawie wszystkie cząsteczki. Taki efekt nazywamy inwersją obsadzeń. Wtedy istnieje duże prawdopodobieństwo, że kwant światła jednej cząsteczki trafi na inna cząsteczkę. Wpadający kwant światła pobudza trafioną cząstkę do emisji identycznego kwanta energii, co oznacza, że częstotliwość drgania nowego kwanta jest zsynchronizowania z wpadającym kwantem a kierunkiem rozprzestrzeniania się kwantów jest identyczny. Ten proces nazywamy emisją wymuszoną. Taki wzmacniacz laserowy zmienia się w generator, gdy ośrodek wzmacniający zostanie umieszczony w rezonatorze. Wówczas promieniowanie wzdłuż osi rezonatora będzie się odbijało od zwierciadła po jednej stronie oraz półprzewodnikowego lustra na drugim końcu. Pomiędzy zwierciadłami fale są wzmacniane wskutek emisji wymuszonej. Promieniowanie wychodzi z rezonatora w postaci wiązki światła o dużej mocy. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

7 co to jest laser Metody wzbudzania (pompowania) lasera
Elektryczne wyładowanie gazowe (DC lub AC) Naświetlanie promieniowaniem Pole elektryczne (Niskie napięcie DC) Działanie lasera opiera się na dwóch zjawiskach – inwersji obsadzeń i emisji wymuszonej. W skład wszystkich laserów wchodzą trzy podstawowe elementy: ośrodek czynny, układ pompujący oraz komora rezonatora optycznego. Zadaniem układu pompującego jest dostarczenie energii w postaci fotonu, tak aby wzbudzić atom ośrodka czynnego na wyższy poziom energetyczny. To zjawisko nazywamy pompowaniem lasera. Po pewnej chwili, ok s cząsteczki te spontanicznie oddają energie w postaci nowego indywidualnego kwantu energii wypływającego w dowolnym kierunku. Ten proces nazywany emisją spontaniczną odbywa się w całej objętości ośrodka. Efekt wzmocnienia laserowego powstanie wtedy gdy przy bardzo intensywnym pompowaniu ośrodka czynnego wzbudzone będą prawie wszystkie cząsteczki. Taki efekt nazywamy inwersją obsadzeń. Wtedy istnieje duże prawdopodobieństwo, że kwant światła jednej cząsteczki trafi na inna cząsteczkę. Wpadający kwant światła pobudza trafioną cząstkę do emisji identycznego kwanta energii, co oznacza, że częstotliwość drgania nowego kwanta jest zsynchronizowania z wpadającym kwantem a kierunkiem rozprzestrzeniania się kwantów jest identyczny. Ten proces nazywamy emisją wymuszoną. Taki wzmacniacz laserowy zmienia się w generator, gdy ośrodek wzmacniający zostanie umieszczony w rezonatorze. Wówczas promieniowanie wzdłuż osi rezonatora będzie się odbijało od zwierciadła po jednej stronie oraz półprzewodnikowego lustra na drugim końcu. Pomiędzy zwierciadłami fale są wzmacniane wskutek emisji wymuszonej. Promieniowanie wychodzi z rezonatora w postaci wiązki światła o dużej mocy. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

8 co to jest laser Właściwości wiązki laserowej duża gęstość mocy
monochromatyczność równoległość spójność (koherencja) polaryzacja liniowa Działanie lasera opiera się na dwóch zjawiskach – inwersji obsadzeń i emisji wymuszonej. W skład wszystkich laserów wchodzą trzy podstawowe elementy: ośrodek czynny, układ pompujący oraz komora rezonatora optycznego. Zadaniem układu pompującego jest dostarczenie energii w postaci fotonu, tak aby wzbudzić atom ośrodka czynnego na wyższy poziom energetyczny. To zjawisko nazywamy pompowaniem lasera. Po pewnej chwili, ok s cząsteczki te spontanicznie oddają energie w postaci nowego indywidualnego kwantu energii wypływającego w dowolnym kierunku. Ten proces nazywany emisją spontaniczną odbywa się w całej objętości ośrodka. Efekt wzmocnienia laserowego powstanie wtedy gdy przy bardzo intensywnym pompowaniu ośrodka czynnego wzbudzone będą prawie wszystkie cząsteczki. Taki efekt nazywamy inwersją obsadzeń. Wtedy istnieje duże prawdopodobieństwo, że kwant światła jednej cząsteczki trafi na inna cząsteczkę. Wpadający kwant światła pobudza trafioną cząstkę do emisji identycznego kwanta energii, co oznacza, że częstotliwość drgania nowego kwanta jest zsynchronizowania z wpadającym kwantem a kierunkiem rozprzestrzeniania się kwantów jest identyczny. Ten proces nazywamy emisją wymuszoną. Taki wzmacniacz laserowy zmienia się w generator, gdy ośrodek wzmacniający zostanie umieszczony w rezonatorze. Wówczas promieniowanie wzdłuż osi rezonatora będzie się odbijało od zwierciadła po jednej stronie oraz półprzewodnikowego lustra na drugim końcu. Pomiędzy zwierciadłami fale są wzmacniane wskutek emisji wymuszonej. Promieniowanie wychodzi z rezonatora w postaci wiązki światła o dużej mocy. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

9 historia rozwoju technologii laserowej
Teoria procesu emisji i absorpcji promieniowania elektromagnetycznego przez atomy (Albert Einstein) Maser (micro wave amplification by stimulated emission) (Charles H. Townes) Laser rubinowy (693 nm) działający w trybie impulsowym (Theodore Harold Maiman) Laser He-Ne (A. White) l = 633nm Laser neodymowy (L.F. Johnson)9 Pierwszy laser gazowy CO2 (C. Kumar N. Patel) Pierwszy polski laser He-Ne skonstruowany przez WAT 1917 1954 1960 1962 1963 Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

10 historia rozwoju technologii laserowej
Pierwszy laser Nd:YAG (J.E. Geusic) Pierwszy laserowy wskaźnik celu zostaje użyty na wojnie w Wietnamie Prezydent Ronald Reagan ogłasza inicjatywę obrony strategicznej zwaną „wojnami gwiezdnymi” - lasery umieszczone na orbicie Pojawia się nowy standard płyt Blue-ray Pierwszy laser o mocy 10 Peta Watów (1015) zbudowany w Kalifornii na potrzeby eksperymentalnego reaktora termojądrowego 1965 1972 1983 2006 2010 Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

11 rodzaje laserów stosowanych w procesach technologicznych
1111 rodzaje laserów stosowanych w procesach technologicznych Najważniejszy podział laserów, to podział ze względu na zastosowany materiał aktywny: lasery gazowe lasery na ciele stałym lasery półprzewodnikowe lasery na cieczy lasery na wolnych elektronach Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

12 rodzaje laserów stosowanych w procesach technologicznych
1212 rodzaje laserów stosowanych w procesach technologicznych Stały rozwój techniki laserowej powoduje, że dzisiaj dysponujemy ogromna liczbą typów laserów, które mogą emitować światło o niemal dowolnej długości fali. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

13 lasery gazowe Excimer CO2 HeNe  = 0.19 - 0,35 µm PL = 10 W - 1.000 W
1313 lasery gazowe Excimer  = ,35 µm PL = 10 W W CO2  = 10.6 µm PL = 1 W W HeNe  = 0.63 µm, PL = 1 mW - 10 mW Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

14 lasery gazowe LASER CO2 Zalety zwarta budowa
zintegrowane chłodzenie gazu stabilność termiczna wysoka jakość wiązki laserowej moc W cięcie do 45mm spawanie do 15mm długość fali 10,6µm Wady układy mechaniczne prowadzenia wiązki mała średnica ogniska wiązki laserowej prowadzenie promienia przez lustra konieczność intensywnego chłodzenia brak mobilności wysokie koszty eksploatacji Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

15 1515 lasery na ciele stałym Lasery na ciele stałym są to lasery, których ośrodek czynny jest: kryształem i ciałem amorficznym dielektrykiem i półprzewodnikiem Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

16 1616 lasery na ciele stałym Do pompowanie laserów na ciele stałym najczęściej wykorzystywane są źródła światła białego typu lampa błyskowa lub światłem diod półprzewodnikowych Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

17 lasery na ciele stałym LASERY PRĘTOWE
1717 lasery na ciele stałym LASERY PRĘTOWE Elementem czynnym laserów jest kryształ Y3Al5O12 – YAG (Yttrium Aluminum Garnet ) lub szkło kwarcowe domieszkowane pierwiastkami ziem rzadkich r T Paraboliczny profil temperaturowy Lasery prętowe pompowane lampowo lub diodowo Pmax = 4 kW  6 kW, sprawność ok. 26 % ,  = 1060 nm Chłodzenie boczne pompowanie boczne Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

18 lasery na ciele stałym LASERY DYSKOWE
1818 lasery na ciele stałym LASERY DYSKOWE r T Pompowanie quasi doczołowe Lasery dyskowe pompowane diodowo Pmax  16 kW, sprawność ok. 25 %,  = 1030 nm Płaski profil temperaturowy Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

19 lasery na ciele stałym LASERY DYSKOWE
1919 lasery na ciele stałym LASERY DYSKOWE zwarta budowa stabilność termiczna stabilność mechaniczna wysoka jakość wiązki zintegrowany układ chłodzenia stabilność długookresowa moc w do 6 wyjść Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

20 zastosowanie laserów Procesy wynikają ze złożenia czasu i intensywności promieniowania 108 106 104 Czas oddziaływania [s] (posuw, długość pulsu) Strumień mocy [W/cm²] (Moc, jakość wiązki, długość fali) Odparowanie Cięcie Spawanie Stapianie Wiercenie Jonizacja Topienie Podgrzanie Hartowanie Plazma Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

21 cięcie laserowe Jednym z pierwszych zastosowań promienia laserowego związanego z obróbka metali i spawalnictwem było ciecie laserowe. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

22 cięcie laserowe MODEL PROCESU
22 cięcie laserowe MODEL PROCESU Cięcie z odparowaniem Cięcie ze spalaniem Gaz tnący: O2 Głównie stal konstrukcyjna Duża wydajność (do 80% energii cięcia z reakcji egzotermicznej) Utlenione krawędzie Cięcie ze stapianiem Gaz tnący: N2 Głównie stal szlachetna, metale lekkie i kolorowe Stal konstrukcyjna do pokrywania proszkowego Nie utlenione krawędzie Mniejsza prędkość cięcia promień lasera obszar stopiony strefa wpływu ciepła kanał gazodynamiczny Gaz tnący 0,2-25 bar Stopiony materiał Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

23 cięcie laserowe ZALETY
duże prędkości i precyzja cięcia możliwość cięcia większości materiałów cięcie 2D i 3D wysokiej jakości powierzchnia po cięciu grubość cięcia do 45 mm. wydrążony laserowo poliamid stal konstrukcyjna - skala możliwości Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

24 cięcie laserowe PRZYKŁADY
24 cięcie laserowe PRZYKŁADY osłona kabla elementy implantów medycznych elementy precyzyjne precyzyjne elementy zatrzaskowe Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

25 cięcie laserowe PRZYKŁADY
25 cięcie laserowe PRZYKŁADY poszycie drzwi samochodowych ciecie 3D Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

26 napawanie laserowe Możliwe jest precyzyjne napawanie wszystkich znanych materiałów konstrukcyjnych, takich jak: stale nierdzewne, stopy kobaltu (stellity), stopy na bazie niklu i chromu, węgliki chromu i wolframu. Napawanie stosuje do naprawiania lub modyfikacji istniejących elementów oraz uszlachetniania powierzchni. Napawanie laserowe daje możliwość precyzyjnego wytworzenia funkcjonalnych warstw wierzchnich o dokładnie kontrolowanej grubości oraz doskonałych własnościach użytkowych, takich jak odporność na ścieranie, erozję, korozję, kawitację i agresywne chemicznie środowisko. laserowe to proces polegający na stapianiu materiału w postaci proszku lub drutu energią promieniowania laserowego w osłonie gazu z równoczesnym nadtapianiem podłoża. Oba materiały stopione razem powodują powstanie napoiny. Lasery są źródłem energii o bardzo dużej gęstości mocy, co umożliwia bardzo dokładne nagrzewanie i topienie, jak również odparowywanie wszystkich znanych materiałów konstrukcyjnych. Najczęściej gazem osłonowym i podającym proszek jest argon lub mieszanki argon + wodór. Podczas napawania materiał w postaci drutu lub proszku podawany jest w sposób ciągły do obszaru napawania i ulega stopieniu z bardzo dużą prędkością dzięki czemu na powierzchni materiału rodzimego tworzy się bardzo cienka napoina. Drut lub proszek ulega dokładnemu stopieniu z materiałem rodzimym na bardzo małej głębokości, tworząc wysokiej jakości połączenie metalurgiczne. Napoina jest nagrzewana i krzepnie w osłonie gazu obojętnego z prędkością rzędu 10-6°C/s. Zapewnia to wysoką czystość metalurgiczną i bardzo drobno-ziarnistą strukturę metalu napoiny jak również większą twardość w stosunku do innych metod napawania przy zachowaniu tego samego składu chemicznego. Dzięki dużej gęstości wiązki lasera ograniczamy wpływ ciepła, naprężeń i odkształceń działających na materiał rodzimy. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

27 napawanie laserowe PRZYKŁADY
laserowe to proces polegający na stapianiu materiału w postaci proszku lub drutu energią promieniowania laserowego w osłonie gazu z równoczesnym nadtapianiem podłoża. Oba materiały stopione razem powodują powstanie napoiny. Lasery są źródłem energii o bardzo dużej gęstości mocy, co umożliwia bardzo dokładne nagrzewanie i topienie, jak również odparowywanie wszystkich znanych materiałów konstrukcyjnych. Najczęściej gazem osłonowym i podającym proszek jest argon lub mieszanki argon + wodór. Podczas napawania materiał w postaci drutu lub proszku podawany jest w sposób ciągły do obszaru napawania i ulega stopieniu z bardzo dużą prędkością dzięki czemu na powierzchni materiału rodzimego tworzy się bardzo cienka napoina. Drut lub proszek ulega dokładnemu stopieniu z materiałem rodzimym na bardzo małej głębokości, tworząc wysokiej jakości połączenie metalurgiczne. Napoina jest nagrzewana i krzepnie w osłonie gazu obojętnego z prędkością rzędu 10-6°C/s. Zapewnia to wysoką czystość metalurgiczną i bardzo drobno-ziarnistą strukturę metalu napoiny jak również większą twardość w stosunku do innych metod napawania przy zachowaniu tego samego składu chemicznego. Dzięki dużej gęstości wiązki lasera ograniczamy wpływ ciepła, naprężeń i odkształceń działających na materiał rodzimy. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

28 spawanie laserowe MODEL PROCESU
28 spawanie laserowe MODEL PROCESU promień lasera obszar stopiony strefa wpływu ciepła kanał gazodynamiczny Gaz osłonowy 2-10 l/min Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

29 spawanie laserowe Zalety technologii Duża prędkość spawania
Minimalna strefa oddziaływania Wąski spaw przy dużej głębokości Minimalne obciążenie termiczne detalu Mała strefa oddziaływania cieplnego Minimalne odkształcenie dzięki małej ilości ciepła Obróbka bezkontaktowa, bez oddziaływania siły Możliwość uzyskania nieutlenionych krawędzi Bez materiału dodatkowego Elastyczność łączenia Zalety procesu produkcyjnego Elastyczność (geometria, materiał) Niskie koszty przy wysokiej produktywności Wysoka jakość (brak dodatkowej obróbki) Automatyzacja Pewność pracy Możliwość integracji w istniejące linie produkcyjne Proste sterowanie przez CNC Proste systemy mocowania (obróbka bez naprężeń) Minimalne zanieczyszczenia Możliwość łączenia z innymi metodami spawania Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

30 spawanie laserowe DOBÓR PARAMETRÓW URZĄDZENIA
30 spawanie laserowe DOBÓR PARAMETRÓW URZĄDZENIA Moc lasera w kW x 2 = głębokość spawu w mm przy przesuwie 1 m/min 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Prędkość spawania [m/min] 1 3 5 7 9 Głębokość spoiny (grubość blachy) [mm] TLF 20000 TLF 12000 TLF TLF TLF TLF TLF TLF TLF TLF TLF Uwaga: Jakość spawania zależy od materiału i urządzenia Warunki spawania: Spoina Gaz ochronny: Ar , He Bez drutu Czynniki wpływające na głębokość przetopu: moc lasera jakość promienia ogniskowa posuw materiał spoina Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

31 spawanie laserowe SPAWANIE LINIOWE I PUNKTOWE
Spawanie laserowe umożliwia łączenie pojedynczymi impulsami lasera lub w trybie ciągłym. Praca w trybie ciągłym W tym trybie pracy aktywne medium jest nieustannie wzbudzane, generując nieprzerwany promień lasera. Tryb impulsowy W trybie impulsowym aktywne medium nie jest wzbudzane nieustannie, lecz impulsowo. Promień lasera jest emitowany z przerwami. Ważnymi parametrami do obróbki materiału są tutaj czas trwania i energia takiego impulsu lasera, a także częstotliwość pulsowania. Spawanie laserowe rury ściegiem ciągłym Laserowe spawanie punktowe lampy ksenonowej Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

32 spawanie laserowe SPAWANIE Z GŁĘBOKIM WTOPIENIEM
Do procesu spawania z głębokim wtopieniem niezbędne są bardzo wysokie skupienia mocy rzędu około 1 MW na centymetr kwadratowy. Wówczas promień lasera nie tylko topi metal, lecz powoduje także jego parowanie. Głębokość spojenia jest do 10 razy większa od jego szerokości i może wynosić nawet 25 mm. Dzięki dużej prędkości obróbki strefa oddziaływania wysokiej temperatury jest mała, a odkształcenie nieznaczne. Metoda jest stosowana tam, gdzie wymagane są duże głębokości spawania lub jednoczesne zgrzewanie kilku warstw materiału Podczas parowania na roztopiony materiał działa ciśnienie i częściowo go wypiera. Przedmiot obrabiany ulega jeszcze głębszemu stopieniu. Powstaje głęboki, wąski, wypełniony parą otwór: kapilara wypełniona parą – zwana również Keyhole (angielski odpowiednik dziurki od klucza). Wypełniona parą kapilara jest otoczona roztopionym materiałem. Gdy laser przesunie się po łączeniu na przedmiocie obrabianym, wraz z nim przesuwa się także kapilara. Roztopiony metal opływa kapilarę i zastyga z tyłu. W ten sposób tworzy się wąska, głęboka spoina o równomiernej strukturze. Głębokość spojenia jest do 10 razy większa od jego szerokości i może wynosić nawet 25 mm. Na ściankach kapilary z roztopionym, płynnym materiałem promień lasera ulega wielokrotnemu odbiciu. Roztopiony materiał niemal całkowicie absorbuje promień lasera i wzrasta skuteczność procesu spawania. Podczas spawania laserami CO2 para w kapilarze również absorbuje światło lasera i ulega częściowej jonizacji. Powstaje plazma. Plazma również dostarcza energię do przedmiotu obrabianego. Dlatego spawanie z głębokim wtopieniem cechuje się wysoką skutecznością oraz dużymi prędkościami spawania. Dzięki dużej prędkości obróbki strefa oddziaływania wysokiej temperatury jest mała, a odkształcenie nieznaczne. Metoda jest stosowana tam, gdzie wymagane są duże głębokości spawania lub jednoczesne zgrzewanie kilku warstw materiału. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

33 spawanie laserowe ROBOTY SPAWALNICZE
Spawanie laserem jest procesem, który bardzo łatwo daje się zrobotyzować. W związku z tym w powszechnym użyciu, szczególnie przy dużych seriach produkcyjnych, są roboty spawalnicze. Podczas parowania na roztopiony materiał działa ciśnienie i częściowo go wypiera. Przedmiot obrabiany ulega jeszcze głębszemu stopieniu. Powstaje głęboki, wąski, wypełniony parą otwór: kapilara wypełniona parą – zwana również Keyhole (angielski odpowiednik dziurki od klucza). Wypełniona parą kapilara jest otoczona roztopionym materiałem. Gdy laser przesunie się po łączeniu na przedmiocie obrabianym, wraz z nim przesuwa się także kapilara. Roztopiony metal opływa kapilarę i zastyga z tyłu. W ten sposób tworzy się wąska, głęboka spoina o równomiernej strukturze. Głębokość spojenia jest do 10 razy większa od jego szerokości i może wynosić nawet 25 mm. Na ściankach kapilary z roztopionym, płynnym materiałem promień lasera ulega wielokrotnemu odbiciu. Roztopiony materiał niemal całkowicie absorbuje promień lasera i wzrasta skuteczność procesu spawania. Podczas spawania laserami CO2 para w kapilarze również absorbuje światło lasera i ulega częściowej jonizacji. Powstaje plazma. Plazma również dostarcza energię do przedmiotu obrabianego. Dlatego spawanie z głębokim wtopieniem cechuje się wysoką skutecznością oraz dużymi prędkościami spawania. Dzięki dużej prędkości obróbki strefa oddziaływania wysokiej temperatury jest mała, a odkształcenie nieznaczne. Metoda jest stosowana tam, gdzie wymagane są duże głębokości spawania lub jednoczesne zgrzewanie kilku warstw materiału. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

34 spawanie laserowe PRZYKŁADY ZASTOSOWAŃ – MOTORYZACJA
karoseria zespół napędowy przekładnie wały napędowe układ jezdny bezpieczeństwo poduszki powietrzne układy wydechowe elektronika Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

35 spawanie laserowe PRZYKŁADY ZASTOSOWAŃ – MOTORYZACJA
Spawanie tłumików materiał: stal kwasoodporna do 6 zespawanych powłok spawanie do 4 mm prędkość spawania do 6 m/min Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

36 spawanie laserowe PRZYKŁADY ZASTOSOWAŃ – KONSTRUKCJE NOŚNE
Parametry: materiał: stal niskostopowa długość: 2400mm grubość: 3mm laser: TLF 4000 turbo przesuw: v = 2 m/min Dodatek drutu ze względu na szerokość szczeliny. Zalety: minimalne odkształcenia, dostępność, automatyzacja, pewność procesu Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

37 spawanie laserowe PRZYKŁADY ZASTOSOWAŃ – HYDRAULIKA
Parametry: materiał: Stal kwasoodporna masa: kg głębokość: mm laser: TLF 3800 turbo przesuw: v = 1 m/min Zalety: oszczędność materiału, krótki czas produkcji, mało prac dodatkowych, pewność procesu Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

38 spawanie laserowe PRZYKŁADY ZASTOSOWAŃ – WYMIENNIKI
Zalety: wytrzymałość na rozciąganie wysoka prędkość spawania spoina wielokrotna szczelność spawu minimalne odkształcenia Obszary zastosowania: przemysł spożywczy przemysł chemiczny przemysł petrochemiczny Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

39 spawanie laserowe PRZYKŁADY ZASTOSOWAŃ – BRANŻE
samochody pojazdy szynowe stocznie lotnictwo przemysł ciężki AGD petrochemia budownictwo klimatyzacja, wentylacja telekomunikacja przemysł elektroniczny technika medyczna budowa maszyn Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

40 inne obszary zastosowań lasera WIERCENIE
40 inne obszary zastosowań lasera WIERCENIE Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

41 inne obszary zastosowań lasera ZNAKOWANIE
41 inne obszary zastosowań lasera ZNAKOWANIE Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

42 inne obszary zastosowań lasera UTWARDZANIE POWIERZCHNII
42 inne obszary zastosowań lasera UTWARDZANIE POWIERZCHNII Wiązkę laserową używa się do cięcia, spawania i przygotowania powierzchni, np. utwardzania, topienia powtórnego i usuwania. Temperatury potrzebne do zapalenia, stopienia i odparowania materiału można uzyskać przez skupienie wiązki laserowej w bardzo małym ognisku za pomocą soczewek i luster w głowicy roboczej. Ognisko znajduje się na różnych wysokościach względem przedmiotu obrabianego, np. na górnej powierzchni przedmiotu obrabianego podczas cięcia tlenem, w środku przedmiotu obrabianego podczas spawania laserowego lub blisko spodu przedmiotu obrabianego przy cięciu azotem. Mogą jednak występować znaczne odstępstwa od typowych reguł, jeżeli pewne materiały, wymagana jakość produkcji, proces produkcyjny lub dostępne natężenie wiązki wymuszają inne położenie ogniska. Ogniskowanie może być w ogóle niepotrzebne przy utwardzaniu powierzchni i innych pracach na dużych powierzchniach. W obróbce powierzchni wyróżnia się kilka różnych procesów, np. utwardzanie, modyfikowanie, wytwarzanie stopu i powlekanie. Przy utwardzaniu można uzyskiwać precyzyjnie określoną szerokość i głębokość twardych warstw. Modyfikowanie powierzchni dotyczy np. topienia powtórnego lub hartowania. Podczas wytwarzania stopu materiały gazowe lub stałe są doprowadzane do powierzchni, aby selektywnie zmieniać właściwości warstwy powierzchniowej. Podczas powlekania na przedmiot obrabiany nakładana jest warstwa polepszająca odporność na korozję i odporność na zużycie. Podczas tych procesów jako gazu osłonowego używa się zwykle argonu, a procesy realizuje się przy niskich mocach niezogniskowanej lub rozogniskowanej wiązki. Mniej operacji korygujących oraz możliwość obróbki także nieregularnych, trójwymiarowych przedmiotów to zalety utwardzania laserowego. Dzięki nieznacznemu rozgrzaniu elementu odkształcenie także jest niewielkie i obróbka korygująca zostaje zminimalizowana lub całkowicie wyeliminowana. Utwardzanie laserowe zalicza się do metod utwardzania warstw zewnętrznych. Stosuje się ją wyłącznie w obróbce materiałów żelaznych, które można utwardzać. Są to stale i żeliwa zawierające ponad 0,2 procenta węgla. Aby utwardzić przedmiot obrabiany, promień lasera rozgrzewa warstwę zewnętrzną z reguły do temperatury nieznacznie przekraczającej temperaturę topienia, czyli około 900 do 1400 stopni Celsjusza. Po osiągnięciu temperatury zadanej promień lasera przemieszcza się w kierunku posuwu i w trybie ciągłym rozgrzewa powierzchnię. Wysoka temperatura oddziaływuje na atomy węgla, które zmieniają swoje położenie w sieci krystalicznej metalu (austenityzacja). Gdy promień lasera posuwa się dalej, gorąca warstwa bardzo szybko ulega wystudzeniu przez otaczający ją materiał. Taki przypadek nazywa się samoutwardzeniem. Szybkie schłodzenie uniemożliwia przywrócenie pierwotnej struktury siatki krystalicznej metalu i powstaje martenzyt. Martenzyt jest bardzo twardym stopem żelaza. Przekształcenie w martenzyt prowadzi do zwiększenia twardości. Promień lasera utwardza zewnętrzną warstwę przedmiotu obrabianego. Typowe głębokości utwardzania zewnętrznej warstwy wynoszą od 0,1 do 1,5 mm, a w niektórych materiałach nawet 2,5 mm i więcej. Im większa ma być głębokość utwardzania zewnętrznej warstwy, tym większa musi być objętość wokół niej, aby szybko odprowadzić ciepło, umożliwiając dostatecznie szybkie schłodzenie utwardzanej strefy. Do utwardzania potrzebne jest względnie niskie skupienie mocy. Przedmiot ma być jednocześnie poddany obróbce powierzchniowej. Dlatego promień lasera jest formowany tak, aby obejmował jak największą powierzchnię. Powszechne są powierzchnie prostokątne. Do utwardzania używa się także optycznych układów skanujących. Powodują one bardzo szybki ruch wahadłowy promienia lasera o okrągłej ogniskowej. Na przedmiocie obrabianym powstaje linia o niemal równomiernym skupieniu mocy. W ten sposób utwardzenie może obejmować szerokość do 60 mm. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

43 inne obszary zastosowań lasera TECHNOLOGIA BLU RAY
43 inne obszary zastosowań lasera TECHNOLOGIA BLU RAY Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

44 inne obszary zastosowań lasera ZBROJENIA
44 inne obszary zastosowań lasera ZBROJENIA Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

45 inne obszary zastosowań lasera MEDYCYNA
45 inne obszary zastosowań lasera MEDYCYNA Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

46 inne obszary zastosowań lasera CIEKAWOSTKI
46 inne obszary zastosowań lasera CIEKAWOSTKI Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15 

47 zakończenie Dziękuję za uwagę.
47 zakończenie Technika laserowa to nie tylko cięcie czy spawania. To także rozrywka, uzbrojenie, medycyna zarówna ta ratująca życie jak i ta kosmetyczna. Laser to metrologia i meteorologia, chemia, biologia i archeologia. Laser to także telekomunikacja i… Dziękuję za uwagę. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, Stalowa Wola, tel. 15