Laserowe Technologie Metali
Wesołowski Wojciech Gr.21	20.03.97

Celem ćwiczenia było spawanie laserowe próbek wykonanych z różnych materiałów.

Przemysłowe spawanie laserowe prowadzi się na ogół z intesywnościami powyżej progowej wartości 10⁶ [W/cm²]. Plamka nagrzewania wiązką laserową przemieszcza się wzdłuż linii styku dwóch blach lub płyt metalowych. Powstaje wtedy zagłębienie zwane kapilarą odparowania, będące w pewnym sensie pułapką promieniowania. Towarzyszy temu topnienie i odparowanie metalu, jonizacja obecnych gazów i par z tworzeniem się plazmy oraz zestalenie stopionego materiału, po przejściu plamki nagrzewania. Zwykle d/b = 2/6, gdzie d - jest grubością blachy, a b - szerokością szwu spawalniczego.

Jako ochronę przed utlenianiem stosuje się obojętny gaz roboczy, przy niewielkim ciśnieniu. Średnica dyszy nasadki spawalniczej jest większa niż przy cięciu. Najlepiej opanowane jest spawanie blach ze stali niskowęglowych do grubości około 10 mm . W zakresie grubości od 2-10 mm, prędkość musi maleć od ok. 11 [m/min] do ok. 0.5 [m/min]. Uzyskiwana głębokość spawania rośnie z max gęstością strumienia energii i ze średnicą plamki, ale maleje z szybkością posuwu. Można uzyskiwać szwy spawalnicze przetopione na mniejszą głębokość niż grubość blach. Pole przekroju szwu spawalniczego jest wprost proporcjonalne do mocy [J/s] zastosowanego lasera i odwrotnie proporcjonalne do prędkości przesuwu v [mm/s]. Stosunek mocy do prędkości [J/mm] to energia na jednostkę długości szwu. Gaz roboczy stosowany do osłony chemicznej w istotny sposób wpływa na osiąganą prędkość posuwu i głębokość spawania przy wyższych gęstościach mocy. Przy spawaniu laserowym stosuje się komory podciśnieniowe. Powoduje to korzyści:

• obniżenie porowatości

• zwiększenie głębokości przetopienia

Koszt komór i utrudnienia manipulacyjne mogą być tu jednak decydujące. Stosowanie głębokiego podciśnienia jest o tyle nie wskazane, że opłaca się wtedy stosować spawanie wiązką elektronową w miejscu wiązki promieniowania laserowego. Spawanie laserowe stosuje się do wielu typów elementów maszyn np:

• Koła zębate przekładni samochodowych

• Popychacze kubkowe w silnikach

• Koła zamachowe silników.

SCHEMATY NIEKTÓRYCH POŁĄCZEŃ PRZEDSTAWIA RYSUNEK:

Parametry spawanych próbek:

Materiał	Średnica d [mm]	Moc P. [ W ]	Częstotliwość F [ Hz ]	Przemieszczenie u [ mm/min ]	Ciśnienie p.- gaz [ l/min ]	Wysokość h [ mm ]
St	3	2500	3000	1400	10(Ar)	15
1H18N9T	3	3200	3000	720	10(Ar)	15
Kątownik ze zwykłej blachy	2	2500	3000	720	10(Ar)	15
Dwie blachy	2	2500	3000	720	10(Ar)	15

Wyróżniamy dwa typy spawów:

• spaw przewodnościowy,

• spaw szczelinowy lub kapilarny -/ keyhole weld/.

Po spawaniu laserem przeprowadziliśmy próby wytrzymałościowe spawanych próbek na maszynie wytrzymałościowej. Po tej próbie nasze próbki uzyskały wymiary:

Materiał	Grubość [ mm ]	Szerokość [ mm ]	Uwagi
St3	3	20	bez przetopu
St3	3	20	z przetopem
1H18N9T	2	20	bez przetopu
1H18N9T	2	20	z przetopem

Wnioski:

Na wykresie wyraźnie widać, że jedna z krzywych dla jednej z próbek znacznie się różni od pozostałych. Spowodowane jest to najprawdopodobniej wadą wewnętrzną spoiny. Wykresy krzywych dla pozostałych próbek

zgadzają się kształtem z krzywą teoretyczną wytrzymałości na rozciąganie.

Spawanie laserowe ma swoje zalety. Są to m.in.:

• niewielka dyspersja ciepła,

• niewielka strefa zmian,

• możliwość spawania w pobliżu elementów wrażliwych na ciepło,

• dokładność spawania ,

• możliwość spawania materiałów trudnotopliwych,

• czystość spawania,

• możliwość spawania różnych materiałów,

• nie wymaga spoiwa,

• wysoka prędkość spawania,

• łatwość automatyzacji.

W spawaniu laserowym wyróżnić można też wady. Jest ono trudniejsze od zwykłego, ponieważ:

• wymaga większej mocy,

• są trudności z kontrolowaniem odległości,

• trzeba dobrać odpowiednie parametry ze względu na jakość spoiny.

---