Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/1

Spawanie laserowe -751

(Laser Beam Welding - LBW)

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/2

Co to jest światło?

To promieniowanie elektromagnetyczne o właściwościach

falowych, które porusza się z prędkością 300 000
km/sec i przenosi energię

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/3

Promień światła po przejściu przez pryzmat

Światło jest mieszaniną promieni o różnej długości fal

(różnych barw)

fioletowe –najkrótsze, czerwone -najdłuższe

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/4

Długość fali promieniowania elektromagnetycznego

1000m-1m 1m-1cm 0,03mm 790nm 390 nm

10 nm

300 pm

nm -nanometr=10

-9

m

pm –pikometr = 10

-12

m

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/5

Laser to urządzenie wytwarzające światło

monochromatyczne

tzn. składające się z promieni o

jednakowej długości fali

biegnących w

tym samym

kierunku

, w sposób uporządkowany

L

ight

A

mplification by

S

timulated

E

mission of

R

adiation

(wzmacnianie światła przez
wymuszoną emisję
promieniowania)

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/6

Cechy światła laserowego

• Minimalna rozbieżność wiązki (10 miliradianów -lasery

stałe, 2-5 miliradianów w laserach gazowych CO

2)

• Duża energia promieniowania, np. dla laserów

impulsowych 10

4

-10

7

J/mm

2

, a gęstość mocy nawet 10

9

-

10

11

W/mm

2

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/7

Absorbcja i odbicie

Wiązka światła laserowego padając na powierzchnię

metalu ulega

absorbcji

i odbiciu.

Najintensywniej

odbijają

światło wypolerowane

powierzchnie

aluminium i miedzi

.

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/8

Współczynnik

absorbcji energii

światła przez gładką

powierzchnię o temperaturze pokojowej jest bardzo mały

(1-5% –lasery gazowe, 2-30% lasery stałe)

Dopiero po przekroczeniu

progowej gęstości mocy

,

która wynosi:
• Dla stali węglowych, niskostopowych
i wysokostopowych –

1,5*10

3

W/mm

2

• Dla aluminium i miedzi –

1,5*10

4

W/mm

2

• Dla wolframu –

1,5*10

5

W/mm

2

współczynnik absorpcji gwałtownie wzrasta do 90%.

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/9

Współczynnik absorbcji

(czyli stosunek ilości energii

pochłoniętej do dostarczonej) wiązki laserowej zależy od

długości fali

promieniowania i

rodzaju i jakości

powierzchni

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/10

Z powodu odbijania się wiązki światła laserowego od

powierzchni spawanych blach

obszar spawania musi mieć

osłony

absorbujące światło odbite a spawacz specjalne

okulary wyposażone w odpowiednie filtry

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/11

Rodzaje stosowanych laserów

Najszersze zastosowanie w przemyśle spawalniczym

obecnie posiadają lasery:

lasery gazowe

w którym ośrodkiem czynnym jest CO

2

+N

2

+He oraz

stałe

z elementem czynnym:
• krystalicznym rubinem
• krystalicznym YAG (granat itrowo-glinowy o wzorze

Y

3

Al

5

O

12

)

• szklanym Nd:Glass (szkło optyczne z domieszką

Nd

2

O

3

)

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/12

Lasery gazowe

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/13

Rura lasera gazowego

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/14

Schemat budowy

lasera gazowego

o mocy 3,5 W o

powolnym przepływie podłużnym gazu laserowego

1- rura gazowa wypełniona
mieszanką CO

2

+ N

2

+He;

2- zwierciadło
nieprzepuszczalne o
promieniu krzywizny 3,0 m;

3- zwierciadło częściowo
przepuszczalne;

4- okienko Brewstera
wykonane z GaAs;

5- obudowa;

6- woda chłodząca;

7- źródło zasilania wysokim
napięciem 15 kV;

8- oporność balastowa 200
k

Ω;

9- przetwornik regulujący
długość fali wiązki
laserowej;

10- wiązka laserowa;

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/15

Ośrodek czynny laserów

gazowych

to

Mieszanka gazowa

CO

2

+N

2

+He

o stosunku ciśnień

3:3:20

o przepływie:
CO

2

=0,04-0,15 l/min

N

2

=0,4-0,5 l/min

He =0,9-2,0 l/min
Emituje światło o długości fali

10,6 mikrometrów

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/16

Wiązka laserów CO

2

może mieć kształt

pierścieniowy

o średnicy kilku do

kilkunastu centymetrów.

Jej przesyłanie wymaga

stacjonarnych układów optycznych

z

systemem luster, które utrudniają mobilność urządzeń

laserowych

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/17

Lasery stałe

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/18

Schemat budowy urządzenia do spawania laserowego

laserem stałym

.

1- pręt laserowy;

2- zwierciadło
nieprzepuszczalne;

3- zwierciadło
częściowo
przepuszczalne;

4- lampa błyskowa
pompująca;

5- reflektor;

6- wiązka laserowa;

7- zwierciadło
kierujące;

8- układ optyczny
ogniskujący;

9- spawany przedmiot.

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/19

Czynny element krystaliczny laserów stałych:

Pręty Rubinowe

–minerał bladoróżowego rubinu z domieszką

Cr

2

O

3

, emituje światło laserowe widzialne, krwistoczerwone

o

długości fali 0,6943 mikrometra

Pręty Nd:YAG

–materiał krystaliczny : granat itrowo-

aluminiowy Y

3

Al

5

O

12

z domieszką jonów neodymu Nd

3+

,

emituje promieniowanie niewidzialne w obszarze bliskiej
podczerwieni o

długości fali 1,06 mikrometrów

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/20

Itr (Y)–srebrzysty miękki metal, l.a. 39, gęstość 4,47

g/cm

3

, Tt=1530

o

C, reaguje z wodą na gorąco

Neodym (Nd) –srebrzysto żółty metal, l.a. 60, gęstość 7

g/cm

3

, Tt=1020

o

C, 1000$/kg

Nd:Glass

–pręty szklane z wysokogatunkowego szkła

optycznego z domieszką Nd

2

O

3

, emitują

promieniowanie

o długości 1,06 mikrometra

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/21

Wiązka laserów stałych

Wiązka laserów stałych o

puszczająca rezonator, w

przekroju poprzecznym ma kształt koła o średnicy
kilka mm do kilku cm .

Może być przesyłana

światłowodem

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/22

Układ optyczny lasera

na ciele stałym lub diodowego

doprowadzający wiązkę promieniowania laserowego do

obszaru spawania przewodem światłowodowym

Światłowód o stosunkowo małej średnicy

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/23

Parametry wiązki laserowej

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/24

Ważnym parametrem wiązki promieniowania laserowego jest BPP

BPP*-iloczyn parametrów wiązki [mm*mrad];
K-współczynnik propagacji wiązki;
M

2

-współczynnik powiększenia modowego wiązki

λ-długość fali promieniowania;

θo- kąt połówkowy dalekiej rozbieżności;
Wo-promień przewężenia wiązki.

Parametr jakości
wiązki

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/25

Porównanie jakości wiązki na podstawie parametru BPP

dla laserów do zastosowań technologicznych.

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/26

Ogniskowanie wiązki laserowej

Lambda

–długość wiązki,

f

–długość ogniskowa wiązki

K

–wskaźnik jakości ogniskowania wiązki

ds

K f

⋅ λ

⋅

do

:=

do

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/27

Efektywność spawania laserowego zależy od absorpcji energii wiązki
laserowej przez powierzchnie spawanego przedmiotu.

O zastosowaniu laserów decydują

• Sprawność energetyczna

(tj. współczynnik

przekształcania mocy elektrycznej w moc światła
laserowego)

• Współczynnik absorbcji

wiązki promieniowania

• Moc promieniowania

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/28

Sprawność energetyczna

Zależy od zastosowanego elementu czynnego. Teoretyczna

sprawność energetyczna wynosi:

Lasery Nd:YAG -ok.. 3-5%

Lasery gazowe -ok..

20-42%

Lasery diodowe -ok.. 30-50%

Praktyczna sprawność energetyczna nie przekracza

jednak:

Lasery Nd:YAG -ok.. 3%

Lasery gazowe -ok..

10%

Lasery diodowe -ok.. 30%

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/29

Dotychczasowa przewaga laserów gazowych CO

2

wynika

z wysokiej

sprawności energetycznej

oraz wysokiej

jakości emitowanej wiązki promieniowania.

Ten stan zmienia się na korzyść laserów krystalicznych

Nd:YAG.

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/30

Lasery Nd:YAG emitują wiązkę o

10-krotnie mniejszej

długości fali

(1,06 *10

-6

m) niż lasery CO

2.

(10,6 *10

-6

m).

Wiązkę ND-YAG można

silniej zogniskować i uzyskać

większą gęstość promieniowania

.

Ważną cechą laserów Nd:YAG jest

możliwość przesyłania

wiązki przez światłowody

, co upraszcza konstrukcję

urządzeń spawalniczych

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/31

Lasery w technice

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/32

Do jakich materiałów stosujemy obróbką laserową

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/33

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/34

Gęstość mocy uzyskiwana w różnych metodach spawania.

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/35

Lasery do spawania i cięcia -

Podstawowym elementem umożliwiającym zastosowanie

promienia laserowego do spawania lub cięcia jest

głowica optyczna

, która intensywnie skupia wiązkę

promieniowania laserowego. Do sprawnego
przeprowadzenia spawania czy cięcia należy uzyskać
właściwą koncentrację mocy

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/36

Spawanie laserowe 52 - głowica optyczna

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/37

Lasery spawalnicze to najczęściej automaty sterowane

komputerowo, w których

a)-stała jest

głowica optyczna

a przemieszcza się

przedmiot spawany umieszczony na stole sterowanym
w układzie XY lub

b) stały jest

stół

a głowica przemieszcza się w płaszczyźnie

XY

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/38

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/39

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/40

Spawanie można przeprowadzić dwoma sposobami

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/41

1 sposób:

spawanie z jeziorkiem (kondukcyjne -LASER

CONDUCTING WELDING -spawanie przewodnościowe).

energia przenoszona przez wiązkę laserową oddziaływuje na

powierzchnię i przenika w głąb materiału na skutek

przewodnictwa cieplnego.

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/42

Spawanie konduktywne (z jeziorkiem) pozwala na

uzyskanie wtopienia podobnego do uzyskiwanego

tradycyjnymi metodami spawania

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/43

Po przekroczeniu progowej gęstości mocy wtopienia gwałtownie wzrasta

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/44

Sposób 2:

Spawanie laserowe – z pełnym przetopieniem ( kapilarne,

z oczkiem)

W kanale parowym

występują

zjawiska podobne

do zjawisk

przy spawaniu

wiązką

Elektronów

Olbrzymia koncentracja
energii, ciśnienie wiązki

i par metalu i gazów

powodują szybkie

powstanie kapilary

wypełnionego głównie

przegrzanymi parami

metalu i gazami

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/45

Spawanie laserowe – z pełnym przetopieniem ( kapilarne, z oczkiem)

zapewnia znacznie większe wtopienia.

Laser CO

2 ,

stal nierdzewna

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/46

Spawanie kapilarne( z oczkiem) umożliwia uzyskiwanie spoin bardzo wąskich

i głębokich. Makrostruktury stopów magnezu o grubości 4,5mm, spawanych

laserem o mocy 2kW z prędkością 4m/min

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/47

Duże przetopienia i jednocześnie mała strefa SWC stwarzają złącza z

quasi symetrycznym stanem naprężeń co zmniejsza wielkość

odkształceń złączy

Odkształcenie złączy jest tak małe, że spawane

przedmioty mogą być wykonywane na gotowo, a po
spawaniu nie jest wymagana dodatkowa obróbka
mechaniczna.

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/48

Cechy spawania laserowego –

-łatwość ogniskowania, kierowania i przesyłania wiązki

laserowej (

światłowodem

) na duże odległości

-bardzo duża

gęstość mocy

10

2

-10

7

W/mm

2

(MMA –200

W/mm

2

)

-minimalne energie liniowe spawania
-duże prędkości spawania
-minimalne odkształcenie złącza
-bardzo wąska strefa SWC
-bezdotykowe oddziaływanie na metal
-łatwość automatyzacji

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/49

Spawać laserowo można

• W dowolnych pozycjach
• Przez „przeszkody” przeźroczyste
• Szeroki asortyment materiałów (stale węglowe, nisko i

wysoko stopowe, nikiel, kobalt, tytan...)

• W zakresie grubości od 0,0025mm do 32 mm
• Techniką „jeziorka” lub „oczka”

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/50

Spawanie laserem nie wymaga próżni, ponieważ wiązka

bez przeszkód przenika przez powietrze ale spoina

jest

narażona na zanieczyszczenia

i

wymagane jest

stosowanie gazów ochronnych

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/51

Parametry spawania laserowego

• Moc wiązki światła laserowego (kW)
• Energia impulsu światła (kJ), czas jego trwania

(milisekund) i częstotliwość występowania (Hz)

• Długość ogniska wiązki (mm) i jej położenie względem

materiału spawanego

• Średnica wiązki laserowej
• Prędkość spawania (m/min)
• Rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego (l/min)

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/52

Spawanie laserem CO

2

Lasery CO

2

są stosowane

częściej

niż lasery na ciele stałym,

mimo postępu w technice.

Koszt urządzenia na jeden kilowat

mocy emitowanego promieniowania jest dla laserów CO

2

niższy

.

Pracują one najczęściej w zakresie mocy średnich (1.5+3 kW) i

dużych (powyżej 3 kW). Lasery dużej mocy pracują

najczęściej w trybie ciągłym.

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/53

Moc laserów stosowanych przemysłowo nie przekracza na

ogół 10 kW, a w nielicznych jeszcze przypadkach osiąga
25 kW.

W zakresie mocy do 10 kW osiągane głębokości przetopienia

wynoszą 10-12 mm

natomiast w przypadku mocy rzędu

25 kW głębokość przetopienia wzrasta do 20 mm.

Prędkość spawania mieści się najczęściej w zakresie

0.1 + 7 m/min

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/54

Spawanie. Lasery CO

2

W przypadku

materiałów metalicznych

, proces spawania przy

użyciu lasera CO

2

jest

trudniejszy

niż proces, w którym

wykorzystywane jest promieniowanie laserów Nd:YAG

(na skutek słabszej absorpcji).

Spawanie techniką

głębokiego wtopienia

jest możliwe przy

dużym poziomie gęstości mocy, przy którym występuje
intensywne

tworzenie się plazmy

nad materiałem spawanym

(u wylotu kapilary).

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/55

Obłok plazmy powstający nad spawaną stalą 1H18N9, laserem o mocy 2kW

Wysokość obłoku około 2mm. Niebieski kolor –plazma w parach żelaza,

różowy –plazma argonowa

Charakterystyczny dla

pracy tych laserów,

przy spawaniu stali,

niebieski obłok plazmy

stanowi niejako

warunek

konieczny efektywnego

procesu spawania.

Plazma pochłania

jednak część

promieniowania i jej

ilość musi być pod

kontrolą

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/56

Spawanie laserem Nd:YAG

Zalety tych laserów wynikają z dziesięciokrotnie mniejszej

długości fali promieniowania. Taką wiązkę promieniowania
można

silniej skoncentrować,

jest ona także

lepiej

absorbowana

, szczególnie przez

powierzchnie metaliczne

o

dużej refleksyjności, jak np.

miedź

czy

aluminium

, stąd też są

nadal częściej wykorzystywane do spawania tych materiałów.

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/57

Nd:YAG,

Skuteczniejsza absorpcja promieniowania powoduje, że

technikę spawania z głębokim wtopieniem

można

stosować przy mniejszej gęstości mocy wiązki
promieniowania niż w laserach CO

2

, a pojawiający się

obłok plazmy

w mniejszym stopniu zakłóca proces

spawania.

Lasery Nd:YAG, wykorzystuje się z reguły w trybie pracy

impulsowej.

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/58

Spawanie laserem

Nd:YAG

Wiązkę promieniowania świetlnego emitowaną przez ośrodki

stałe (Nd: y AG, Nd-szkło ), stosuje się przede wszystkim do
spawania elementów

cienkościenych

.

W trybie pracy ciągłej lasery Nd:YAG osiągają średnią moc

rzędu 2 kW. W trybie pracy impulsowej średnia moc sięga
około 3 kW, (

w czasie trwania impulsu 0,3+20 ms może

dochodzić nawet do 40 kW

).

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/59

Lasery Nd:YAG o mocy 100-500 W znajdują zastosowanie do

spawania niewielkich elementów jak

przyrządy medyczne,

obudowy sprzętu elektronicznego.

Lasery Nd:YAG dużej mocy często są wyposażane w tzw.

miękką optykę i

współpracują z robotami

. Głównym

obszarem ich zastosowania jest łączenie elementów karoserii
samochodowych.

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/60

Przykład zastosowania laserów w produkcji samochodu

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/61

Technologia spawania

-parametry procesu spawania

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/62

Moc

lasera,

prędkość spawania, wielkość i położenie

ogniska

wiązki i

rodzaj i wydatek gazu osłonowego

to

podstawowe parametry procesu spawania

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/63

Moc lasera

przekłada się

na gęstość mocy

i kształt i głębokość przetopienia

(stal, g=4mm, laser gazowy CO

2

o mocy 1,5 kW)

I –8,5 kW/mm

2

II - 10,5 kW/mm

2

III - 12 kW/mm

2

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/64

Wpływ

prędkości spawania

na kształt i głębokość

przetopienia blachy stalowej g=4mm laserem gazowym

CO

2

o mocy 1,2 kW

I –0,126 m/min
II - 0,51 m/min
III – 1,02 m/min

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/65

Położenie ogniska wiązki lasera gazowego a głębokość i

kształt wtopienia

Ognisko wiązki

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/66

Spoina wymaga ochrony gazowej.

Wydatek gazu od 5-40 litrów/min

Różne sposoby

doprowadzenia gazu

ochronnego do

obszaru spawania

a-współosiowa

b-pierścieniowa

c-boczna

d-boczna do

usuwania obłoku

plazmy

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/67

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/68

Ochrona spoiny przed utlenianiem może być realizowana różnymi

sposobami

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/69

Ukosowanie blach do spawania złączy doczołowych

Bez mat. dodatkowego

Z mat. Dodatkowym –1 ścieg

Z mat. Dodatkowym –3 ściegi

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/70

Wymagana dokładność przygotowania brzegów w złączu

doczołowym

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/71

Wymagana dokładność przygotowania brzegów w złączu

zakładkowym

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/72

Wymagana dokładność przygotowania brzegów w spoinie

brzeżnej

Elementy miedziane ułatwiają
odprowadzenie ciepła

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/73

Przykłady złączy spawanych laserowo

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/74

Przykłady złączy spawanych laserowo

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/75

Koszty ale i

konserwatyzm konstruktorów i technologów

są

powodem braku należytego zainteresowania technologiami

laserowymi

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/76

Technologie laserowe mogą ułatwić wykonywanie wielu

węzłów konstrukcyjnych także w przemyśle stoczniowym

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/77

Parametry

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/78

Parametry

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/79

Parametry..

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/80

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/81

Makrostruktura złącza spawanego laserem Nd: YAG

rury o grubości 6mm. i Vs=1 m/min.

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/82

Porównanie struktury złącza (wykonanego na rurze o

grubości ścianki 1,7mm), metodą zgrzewania prądami

wysokiej częstotliwości (HF) i laserem

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/83

Spawanie laserowe (L) konkuruje głębokością wtopienia ze spawaniem

elektronowym (WE) ale go nie prześciga

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/84

Odmiany spawania laserowego –hybrydy...

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/85

Technika spawania z oczkiem, z podawaniem gorącego

drutu

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/86

Spawanie laserowe z materiałem dodatkowym

Jest stosowane w celu:
• Regulacji

składu chemicznego dla poprawy własności

mechanicznych

• Zmniejszenia zawartości

pęcherzy gazowych

• Zmniejszenia

wymagań dokładności przygotowania

brzegów

• Umożliwienia zastosowania laserów mniejszej mocy

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/87

...wzmocnione łukiem plazmowym

Znika

problem

niskiej

absorbcji!

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/88

Spawanie laserowo-plazmowe w istotny sposób zmienia ilość

energii lasera absorbowanej przez powierzchnię

Energia wprowadzona do materiału spawanego

nie jest prostą

sumą obu energii lecz jest jej zwielokrotnieniem.

W praktyce, oznacza to:

Zwiększoną prędkość

spawania, nawet do 3 razy!

Brak problemów przy spawaniu aluminium

Mniejszą tolerancję przygotowania krawędzi blach

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/89

Schemat zintegrowanego palnika laserowo-plazmowego

z 2 elektrodami

i z

elektrodą rurkową

Elektrody rurkowa

Elektrody prętowe

Dysza plazmowa

Wiązka laserowa

Plazma

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/90

Zintegrowany plazmotron wykorzystujący

laser YAG do spawania laserowo-mikroplazmowego

Światłowód czyni

taką głowicę
niezwykle
mobilną!

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/91

Porównanie przekroju spoiny oraz parametrów spawania

przy wykorzystaniu różnych metod spawania.

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/92

Napawanie z użyciem lasera

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/93

Przebieg procesu napawania laserowego z materiałem

dodatkowym w postaci proszku.

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/94

Przebieg procesu napawania laserowego drutem

podgrzewanym oporowo; h-odległość ogniskowa; L-

długość wolnego wylotu drutu

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/95

Podczas pracy z laserami wystepują następujące zagrożenia:
niebezpieczeństwo uszkodzenia oka,
niebezpieczeństwo uszkodzenia skóry,
niebezpieczeństwo porażenia prądem,
niebezpieczeństwa związane z produktami obróbki czyli np. pyły i gazy.

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/96

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/97

Zasady bezpiecznej pracy z laserami regulują następujące

normy:

PN-EN 60825-1:2000
PN-91/T-06700 Bezpieczeństwo przy promieniowaniu

emitowanym przez urządzenia laserowe. Klasyfikacja
sprzętu. Wymagania i wytyczne dla użytkownika

PN-91/T-06701 Bezpieczeństwo elektryczne urządzeń i

instalacji laserowych

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

16 października 2001

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze EWE I-1

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie laserowe

EWE I/98