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/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