LABORATORIUM LASEROWYCH TECHNOLOGI METALI
Data: 97.06.02	Temat: LASEROWA OBRÓBKA POWIERZCHNIOWA	Grupa: 22b M
Wykonał: Rafał Urbański		Zaliczenie:

1.Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z technikami spawania laserowego.

2.Część teoretyczna.

Laserowa obróbka powierzchniowa dotyczy cienkiej warstwy powierzchniowej obrabianego przedmiotu.

Rodzajów laserowej obróbki powierzchniowej należą:

− hartowanie,

− stapianie warstwy powierzchniowej,

− wzbogacanie warstwy powierzchniowej w składniki stopowe,

− nakładanie warstwy powierzchniowej.

Cechy laserowej obróbki powierzchniowej

Przy procesach obróbki powierzchni gęstość mocy wynosi ok. 10÷10² [W/mm²], jak widać jest ona kilka rzędów wielkości mniejsza niż przy cięciu, czy spawaniu (10⁴÷10⁶). Wynika stąd , że zależy nam jedynie na podgrzaniu lub co najwyżej stopieniu materiału

W procesach powierzchniowej obróbki laserowej wymagane jest równomierne rozłożenie mocy na oświetlanej wiązką powierzchni-dlatego inny kształt ma mod wiązki. Aby zachodziła większa absorpcja energii do metalu, jego powierzchnię pokrywa się różnymi absorberami. W tym przypadku bardzo korzystny jest laser wielomodowy, który w dodatku jest tańszy.

Mod do cięcia Mody o obróbki powierzchniowej

Sposoby otrzymywania wiązki prostokątnej:

Istnieją zasadniczo dwa sposoby równomiernego rozkładania energii wiązki:

− skanowanie (wiązka okrągła) - rozkład równomierny

− optyka segmentowa (lustra segmentowe) - dająca w przybliżeniu równomierny rozkład energii i mająca prostokątny kształt

W procesach laserowej obróbki powierzchniowej nie jest konieczny gaz, choć bywa stosowany w celu zapobieżenia utleniania materiału przedmiotu.

Główne zalety laserowej obróbki powierzchniowej:

− obróbka miejscowa - można jej poddawać tylko miejsca szczególnie narażone na uszkodzenie i nie ma potrzeby np. hartowania całego przedmiotu,

− brak obróbki wykończeniowej,

− proces bezdotykowy,

− łatwość automatyzacji,

− możliwość utwardzenia powierzchni zewnętrznej przy zachowaniu ciągliwego rdzenia,

− czystość procesu,

− hartowanie trudnodostępnych miejsc.

Hartowanie

Proces polega na tym, że w trakcie przesuwania wiązki następuje gwałtowne (T_topn <T_proc < A_C1 ) a następnie gwałtowne jego chłodzenie od wysokiej temperatury. Prędkość chłodzenia jest tak duża ,że zachodzi przemiana martenzytyczna. Chłodzenie następuje z dużą prędkością na skutek absorbcji (odprowadzania) ciepła (energii) do metalu (warstwa nagrzewana ma grubość tylko kilku mikronów). Warstwa nagrzewana nie może być zbyt gruba, ponieważ:

− gęstość mocy nie może być większa (następowało by topienie metalu)

− zmalałaby prędkość chłodzenia

Głębokość oddziaływania wiązki jest minimalna. Zachodzi gwałtowny spadek temperatury. Zahartowana warstwa nie jest zbyt gruba.

Stapianie warstwy powierzchniowej

Proces ten stosuje się w celu ujednorodnienie warstwy powierzchniowej i rozdrobnienie struktury metalu.

Wzbogacanie warstwy powierzchniowej w składniki stopowe

Celem procesu jest stopienie warstwy powierzchniowej z wprowadzeniem potrzebnego składnika. Może być on wprowadzony w postaci proszku, pasty, zawiesiny, folii. Może wchodzić w skład naparowywanej warstwy. Dodatek ten może być wprowadzony na powierzchnię przed procesem lub w trakcie (zależnie od przyjętej technologii).

Nakładanie warstwy powierzchniowej

Różni się od wzbogacania warstwy powierzchniowej, gdyż tutaj mamy do czynienia z inną technologią. Polega ona na pokryciu powierzchni warstwą innego materiału (materiał rodzimy ulega tylko nadtopieniu). Powłoki nakładane w ten sposób służą zwykle jako warstwy zabezpieczające przed środowiskiem (czyli przed korozją). Istnieją różne metody nakładania warstwy powierzchniowej w komorach próżniowych:

− naparowywanie - laser oświetla materiał, który ma być nałożony na przedmiot

− pirolityczna - pod wpływem temperatury wiązki następuje rozkład związku chemicznego, np. wzbogacanie tytanu azotem (z rozłożonego amoniaku) - tworzą się bardzo wytrzymałe i odporne azotki tytanu

Typy procesów w komorach próżniowych:

− naparowywanie − wprowadzona jest wiązka promieniowania laserowego; oświetlony wiązką materiał zostaje odparowany i osiada na żądanej powierzchni,

− pirolityczne naparowywanie − następuje rozkład związków chemicznych pod wpływem temperatury, np.: wzbogacanie tytanu azotem.

Przykładowe parametry hartowania stali gatunek 45 i odpowiednie twardości

P [W]	v [mm /min]	Pomiar twardości HV			Uwagi
		I	II	III
540	990	219	208	228
1232	990	217	235	217
1825	990	675	547	614
2448	990	639	666	725

3. Wyniki doświadczenia

Używaliśmy stali 45 o grubości 5mm, twardość materiału rodzimego wynosiła 260HV. Twardość poszczególnych próbek była mierzona w trzech miejscach.

Długość przekątnej odcisku przy badanej twardości.

Ilość mocy	Uzyskana twardość materiału	Twardość średnia
540 [W]	219 HV 208 HV 228 HV	218HV
1232 [W]	217 HV 235 HV 217 HV	223 HV
1825 [W]	675 HV 547 HV 614 HV	612 HV
2448 [W]	639 HV 666 HV 725 HV	676 HV

4. Wnioski.

Na podstawie uzyskany pomiarów widać różnice w twardości materiału. Różnice w wynikach zastały prawdopodobnie spowodowane niejednorodnością materiału oraz stopniem warstwy powierzchniowej. Wyniki pokazują jasno, że przy danej prędkości (990 [mm/min]) moc lasera powinna zbliżać się do 1.8 [kW]. Innym rozwiązaniem jest zmniejszenie prędkości - wtedy moc mogła by być odpowiednio mniejsza (chodzi o to, aby metal zdążył się nagrzać).

0,3 mm

---