POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA w KIELCACH
laboratorium laserowych technologii metali
TEMAT: TECHNOLOGIA SPAWANIA LASEROWEGO
imię i nazwisko	nr. ćwiczenia	data wykonania	ocena
Zięba Tomaszgr. 23M	4	97-04-24

Cel ćwiczenia:

Celem części teoretycznej ćwiczenia jest zapoznanie się z technologią spawania za pomocą obrabiarki laserowej. Celem części praktycznej jest spawanie kilku próbek wykonanych z różnych materiałów.

Wiadomości teoretyczne:

Przemysłowe spawanie laserowe prowadzi się na ogół 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 , będące w pewnym sensie pułapką promieniowania. Towarzyszy temu topnienie i odparowanie metalu , jonizacja obecnych gazów i par z tworzeniem się plazmy oraz zestalanie stopionego materiału po przejściu plamki nagrzewania. Zwykle δ/b=2:6 , gdzie δ 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 niskowęglowej do grubości ok. 10 mm. W zakresie grubości od 2 do 10 mm , prędkość musi maleć od ok. 11 [ m/min ] do ok. 0.5 [ m/min ]. Uzyskiwana głębokość spawania rośnie z maksymalną gęstością strumienia energii i ze 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 proporcjonalne do prędkości przesuwu ν [ mm/s ]. Stosunek P_L/ν [J/mm ] to energia na jednostkę długości szwu.

Gaz roboczy stosowany dla osłony chemicznej w istotny sposób wpływa na osiągalną prędkość posuwu i głębokość spawania przy wyższych gęstościach mocy. Przy spawaniu laserowym stosuje się komory podciśnieniowe. Ma to takie korzyści ,że następuje:

- obniżenie porowatości;

- zwiększenie głębokości przetopienia.

Kosz komór i utrudnienia manipulacyjne mogą tu być jednak decydujące. Stosowanie głębokiego podciśnienia jest o tyle niewskazane , że opłaca się wtedy stosować spawanie wiązką elektronową w miejsce wiązki promieniowania laserowego. Spawanie laserowe stosuje się do wielu typów elementów maszyn , takich jak:

- koła zębate przekładni samochodowych,

- popychacze kubkowe w silnikach,

- koła zamachowe silników.

Stosują je znane firmy jak Leybold , Daimler-Benz i in.

Poniższy rysunek przedstawia zjawiska zachodzące przy spawaniu laserowym termicznym , powierzchniowym

Przykłady połączeń spawanych

Parametry spawanych próbek

materiał	średnica d [mm]	moc P [W]	częstotliwość F[Hz]	przemie- szczenie 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 - /condaction weld/;

- spaw szczelinowy lub kapilarny - /keyhole weld/.

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

grubość szerokość uwagi

[mm] [mm]

St3 3 20 bez przetopu

St3 3 20 z przetopem

1H18N9T 2 20 bez przetopu

1H18N9T 2 20 z przetopem

Wnioski:

Na wykresie wyrażnie widać , iż 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.

Jak widać z przeprowadzonych badań siły potrzebne do zerwania próbki wachają się w granicach od 20 kN do 30 kN . Próbki wydłużyły się w granicach od 15 do 45 mm w zalężności od rodzaju próbki. Mogę stąd wnioskować , iż spawanie laserowe jest znaczniej lepsze od zwykłego i trwalsze. Jakość spoiny też jest zdecydowanie lepsza.

---