LABORATORIUM LTM
Temat: Spawanie laserowe.
Data: 21. 04. 1997	Wykonała: Stępień Janusz	Grupa: 21 B

Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z podstawami teoretycznymi spawania laserowego ,a także praktyczne wykonanie procesu spawania..

Celem było także wykonanie statycznej próby rozciągania materiałów spawanych laserem podczas ćwiczenia . Celem było także wykonanie spawania laserowego różnych metali: elementów ze stali 1H18N9TL , oraz ze stali St3

Wstęp teoretyczny

Proces spawania laserowego w warunkach przemysłowych prowadzi się z intensywnościami powyżej progowej wartości 10⁶ [ W/cm² ].Plamka nagrzewania wiązką laserową przemieszcza się wzdłuż linii styku dwu blach lub płyt metalowych. Powstaje wtedy zagłębienie zwane kapilarą odparowania.

Towarzyszy temu topnienie i odparowanie metalu jonizacja obecnych gazów i par z tworzeniem się plazmy oraz zestalenie stopionego materiału po przejściu plamki nagrzewania .

d/ b = 2 do 6

gdzie :

d - grubość blachy,

b - szerokość szwu spawalniczego (Spawanie głębokie ).

Jako ochronę przed utlenieniem stosuje się obojętny gaz roboczy, przy niewielkim ciśnieniu . Średnica dyszy nasadki spawalniczej jest większa niż przy cięciu (np.: 6mm).

Najlepiej znane jest spawanie blach ze stali niskowęglowej do grubości

ok. 10 mm . W zakresie grubości od 2 - 10 mm , prędkość przesuwu musi maleć od ok 11 [ m/min ] do ok 0,5 [ m/ min ].

Uzyskiwana głębokość spawania rośnie z maksymalną gęstością strumienia energii i średnicą plamki , ale maleje z szybkością posuwu . Można uzyskiwać szwy spawalnicze przetopione na głębokość mniejszą niż grubość blach .

Pole przekroju szwu spawalniczego jest wprost proporcjonalne do mocy P_L [J/s] zastosowanego lasera i odwrotnie proporcjonalnie do prędkości przesuw v [ mm/ s ]. Stosunek P_L /v [ J/ mm ] to energia na jednostkę długości szwu.

Schemat3: Zjawiska przy spawaniu laserowym:

a­) termicznym , powierzchniowym ,

b) głębokim.

Gaz roboczy ( gaz obojętny np.: He , N₂ , Ar .)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 , które powodują :

- obniżenie porowatości,

- zwiększenie głębokości przetopienia.

Koszt komór i utrudnienia manipulacyjne mogą tu być jednak decydujące . Stosowanie głębokiego podciśnienia jest niewskazane ponieważ opłacalne jest spawanie wiązką elektronową w miejsce wiązki promieniowania laserowego .

Spawanie laserowe stosuje się do spawania wielu typów elementów maszyn na przykład takich jak:

- koła zębate przekładni samochodowych ,

- popychacze kubkowe w silnikach,

- koła zamachowe w silnikach .

Wydajność przy spawaniu różnymi metodami:

- spawanie acetylenowo -tlenowe 0,2 - 0,9 [ mm²/J]

- spawanie elektryczne 2 - 3 [ mm²/J]

- spawanie łukiem krytym 4 - 10 [ mm²/J]

- spawanie laserowe 15 - 25 [ mm²/J ]

- spawanie wiązką elektronów 20 - 30 [ mm²/J ]

- zgrzewanie prądem o dużej częstotliwości 65 - 100 [ mm²/J]

Przebieg ćwiczenia .

Podczas ćwiczenia wykonaliśmy spawanie za pomocą lasera następujących materiałów : St3 , 1H18N9.

Spawanie odbywało się z następującymi parametrami :

MATERIAL	d[mm]	P[W]	f[Hz]	V[mm/min]	gaz
St3	3	2500 40%	30000	1400	Ar	15
blacha nierdzewna 1H18N9T	2	2.5 [kW]	-//-	2[m/min]	Ar	15
duże blachy 1H18N9T	4	3500	-//-	720	-//-	-//-
Kątownik	ozn.20	2500	30000	720	Ar	15
blacha austenit. na wskroś	1.5	2500	30000	1000	Ar

Częstotliwość impulsów przy spawaniu dla wszystkich materiałów była taka sama i wynosiła 30000 [ Hz ].

Po spawaniu w laboratorium LTM wykonana została próba statycznego rozciągania , której wyniki oraz wykres dołączone są do sprawozdania .

Wnioski

Spawanie laserowe jest procesem bardzo zaawansowanym technologicznie i mającym dużą wydajność . Jednakże spawanie za pomocą lasera nie jest opłacalne w przypadku gdy grubość blachy przekracza 10 mm . Natomiast opłacalne jest w przypadku gdy jest ono wykonywane na skalę przemysłową ponieważ istnieje możliwość obsługi kilku stanowisk za pomocą jednej obrabiarki laserowej.

Bardzo dużą zaletą spawania laserowego jest jakość wykonywanych spoin ,a także możliwość spawania w miejscach nie dostępnych innymi metodami, na przykład wewnątrz spawanych elementów . Spawanie za pomocą obrabiarki laserowej nie jest w obecnych czasach rozpowszechnione ponieważ istnieje wiele innych metod spawania , które są łatwiej dostępne i biorąc pod uwagę koszt zakupu obrabiarki laserowej mniej kosztowne . Na podstawie wyników statycznej próby rozciągania możemy zauważyć ,że spawanie za pomocą obrabiarki laserowej pozytywnie wpływa na obrabiany materiał to znaczy własności łączonych elementów nie są zmniejszone lecz w niektórych przypadkach podwyższone .

---