Technologia

 Jakość, wydajność i innowacyjność.

Podczas wytwarzania stopu materiały gazowe lub stałe są doprowadzane do powierzchni, aby selektywnie zmieniać właściwości warstwy powierzchniowej. Podczas powlekania na przedmiot obrabiany nakładana jest warstwa polepszająca odporność na korozję i odporność na zużycie. Podczas tych procesów jako gazu osłonowego używa się zwykle argonu, a procesy realizuje się przy niskich mocach niezogniskowanej lub rozogniskowanej wiązki.

Wycinanie laserowe zyskuje na popularności jako jedna z głównych metod cięcia stali. Spowodowane jest to wysoką precyzją, najwyższą jakością wycinanych detali oraz zadziwiającą prędkością cięcia. Technologia cięcia laserowego pozwala bez trudu ciąć stal, a także inne materiały z precyzją o wiele wyższą, aniżeli oferowaną przez inne technologie.

Cięcie laserowe stanowi nowoczesną metodę obróbki o podobnych parametrach wymiarowych jak klasyczna obróbka mechaniczna. Podstawowa różnica tkwi w stosowanym czynniku tnącym, który w przypadku cięcia laserowego stanowi gorący promień lasera oraz gaz techniczny o dużej czystości. W zależności od stosowanego urządzenia (przede wszystkim jego mocy) cięcie przeprowadza się na trzy sposoby: metodą spalania, stapiania lub sublimacji.

 Obróbka laserowa

W obróbce powierzchni wyróżnia się kilka różnych procesów, np. utwardzanie, modyfikowanie, wytwarzanie stopu i powlekanie. Przy utwardzaniu można uzyskiwać precyzyjnie określoną szerokość i głębokość twardych warstw.

Stosując laser, można zarządzać różnymi zadaniami cięcia: od szczelin o wymiarach podawanych w mikrometrach w układzie półprzewodników aż po cięcia jakościowe w 30-milimetrowych blachach stalowych.

Wycinanie laserowe, dzięki zastosowaniu nowoczesnych technologii, staje się coraz popularniejszą metodą. Cięcie laserem blach oraz innych materiałów polega na kierowaniu na nie wiązki lasera typu Fiber. Dzięki tej technologii możliwie jest osiągnięcie wyjątkowej dokładności, bowiem wiązka sterowana jest komputerowo i może odwzorowywać nawet najbardziej skomplikowane kształty, których odtworzenie przy ręcznej obróbce byłoby niemożliwe. Cięcie laserem stosowane jest przede wszystkim przy tych projektach, kiedy to zależy nam na dokładności, precyzji obróbki oraz szybkości.

Podczas wytwarzania stopu materiały gazowe lub stałe są doprowadzane do powierzchni, aby selektywnie zmieniać właściwości warstwy powierzchniowej. Podczas powlekania na przedmiot obrabiany nakładana jest warstwa polepszająca odporność na korozję i odporność na zużycie. Podczas tych procesów jako gazu osłonowego używa się zwykle argonu, a procesy realizuje się przy niskich mocach niezogniskowanej lub rozogniskowanej wiązki.

Obróbka laserowa coraz większe zastosowanie znajduje w przemyśle ciężkim. Powodem są własności promieniowania laserowego umożliwiających wykonanie wielu precyzyjnych operacji technologicznych na różnych materiałach, o różnych grubościach i przy różnych prędkościach.

 Cięcie laserowe

Ze względu na znakomitą jakość promienia, to właśnie lasery włóknowe są optymalnym wyborem przeznaczonym do pracy w zakresie cięcia i spawania precyzyjnego, obróbki mikromateriałów i znakowania laserowego. Za sprawą użycia laserów włóknowych tworzy się w spawaniu precyzyjnym wąskie spoiny i uzyskuje wąskie szczeliny cięcia przy spawaniu precyzyjnym – także przy dużych odstępach roboczych.

Przy cięciu laserem rozróżnia się cięcie tlenem i cięcie gazem obojętnym, np. azotem lub argonem. Jakość cięcia jest wyjątkowo dobra (tzw. „jakość laserowa”): precyzyjne kontury, równoległe krawędzie cięcia, gładkość powierzchni, brak zadziorów, brak podtopień itd.

Do najważniejszych zalet cięcia laserem stali można zaliczyć:

  • Wysoką jakość i precyzję cięcia,
  • Małą strefę wpływu ciepła,
  • Duże tempo pracy,
  • Krótki czas realizacji,
  • Oszczędność materiału,
  • Gładką i czystą powierzchnię,
  • Brak konieczności dalszej obróbki krawędzi,
  • Łatwość automatyzacji procesu,
  • Powtarzalność produktów.

 Spawanie laserowe.

Spawanie laserowe jest jednym z najnowocześniejszych procesów łączenia metali i ich stopów, konkurującym swymi cechami technologicznymi ze spawaniem elektronowym. Pozwala uzyskać wytrzymałą, spoinę bez dodatkowego stopiwa. Spawanie laserowe dzięki dużym prędkościom spawania znacznie podnosi wydajność procesu produkcyjnego. Ponadto ta technologia pozwala na tworzenie spoin, które zapewnią estetyczny wygląd wytwarzanym produktom. Spawanie laserowe umożliwia wykonanie w dowolnej pozycji wszelkiego typu i kształtu połączeń. Obejmuje zakres grubości od najcieńszych produkowanych w przemyśle folii i drutów do 12,5-25 mm.

Technologia spawania laserowego wykorzystuje wiązkę o dużej gęstości energii (około 1 MW/cm²). Skoncentrowana wiązka światła koherentnego nadtapia obszar styku łączonych przedmiotów. Spawanie odbywać się może techniką z jeziorkiem spoiny, jak w klasycznym spawaniu łukowym lub techniką z oczkiem spoiny.

Możliwa do uzyskania szerokość uzyskiwanych spoin to 0.2mm do 13mm. W praktyce wykorzystywane są głównie spoiny o małych szerokościach. Proces spawania materiału wiązką laserową można kontrolować zarówno mocą energii zasilania jak również lokalizacją punktu skupienia wiązki.

Lasery małej mocy wykorzystywane są w elektronice do spawania punktowego. Lasery dużej mocy (powyżej 1,5kW) pozwalają na spawanie większych elementów z grubego materiału do 25mm. Moc laserów przeznaczonych do przemysłowych zastosowań spawalniczych wynosi od 1 do 6 kW.

Dzięki tej technologii można łączyć wszystkie metale i stopy spawane dotychczas elektronowo. Dodatkowo nie ma ograniczeń, jeśli chodzi o spawanie stali nieuspokojonych, materiałów porowatych, spieków, staliw, itd. jak ma to miejsce przy spawaniu elektronowym. Spawanie laserowe jest szczególnie odpowiednie przy łączeniu dużej liczby małych przedmiotów o niewielkiej grubości z wydajnością przekraczającą 1200 złączy na godzinę. Spawanie laserowe jest również stosowane do łączenia części kół zębatych, złączy doczołowych płaskich i obwodowych różnorodnych konstrukcji nośnych, spawania wzdłużnego rur szczególnie w przemyśle spożywczym, kształtowników, rur z płytami sitowymi itp. o grubościach złączy dochodzących do 25 mm.

Główne zastosowanie znajduje spawanie laserowe w przemyśle lotniczym, kosmicznym, elektronicznym, spożywczym, elektrotechnicznym, medycynie - zapewniając doskonałą jakość połączeńI dużą wydajność.

Spawanie hybrydowe.

Spawanie hybrydowe umożliwia  unowocześnienie procesów technologicznych, a także realizowanie produkcji wyrobów nowych generacji, wyrobów zaawansowanych technologicznie, wykonanych z materiałów specjalnych i skonstruowanych w taki sposób, że jedynym spawalniczym źródłem ciepła możliwym do zastosowania w procesie ich łączenia jest wiązka promieniowania laserowego.

Spawanie hybrydowe (HLAW – hybrid laser arc welding)łączy zalety metody spawania laserowego oraz metody GMA - spawania łukowego z elektrodą topliwą. W wyniku połączenia dwóch niezależnych procesów spawania w jeden proces hybrydowy uzyskujemy synergiczny efekt oddziaływania obydwu źródeł ciepła i proces spawania hybrydowego wykazuje zalety takie jakie wykazuje każdy z procesów osobno. Wiązka lasera pozwalana na wykonanie  głębokich i wąskich wtopień przy niskiej energii liniowej, dzięki czemu w dużym stopniu eliminuje się odkształcenia i naprężenia spawalnicze. Natomiast zastosowanie drutu elektrodowego metody GMA powoduje wypełnienie szczeliny rowka spawalniczego stopionym materiałem elektrody, a niższa szybkość chłodzenia wpływa na obniżenie twardości spoin.

Podstawową cechą tej metody jest zachowanie dużej szybkości procesu oraz uzyskiwanie spoin o dużo wyższym stopniu elastyczności niż przy spawaniu laserowym. W pojedynczym ściegu proces  spawania hybrydowego pozwala osiągnąć rezultat, który zwykle wymaga wielowarstwowego spawania metodami łukowymi. Spoiny wykonane metodą spawania hybrydowego cechują się wysoką jakością. Na rysunku poniżej przedstawiono przekrój spoin wykonanych poszczególnymi metodami.

Zastosowanie:

Metoda spawania hybrydowego znajduje zastosowanie głównie do łączenia blach doczołowo w zakresie grubości od 2 do 10 mm (przy większych grubościach w kilku przejściach), spawania rur oraz wykonywania spoin pachwinowych (w kilku przejściach) dla szerokiej gamy materiałów:

  • stali stopowych i wysokostopowych,
  • aluminium i jego stopów,
  • stopów Ni-Cr,
  • blach karoseryjnych (oraz innych powlekanych).

 

Hartowanie laserowe.

Hartowanie laserowe przeprowadza się w celu uzyskania twardej i odpornej na ścieranie struktury warstwy wierzchniej. Może być stosowane do wszystkich materiałów, które podlegają hartowaniu ogniowemu i indukcyjnemu. Technologia ta jest w pełni zautomatyzowana, umożliwia hartowanie powierzchni płaskich, cylindrycznych i detali o skomplikowanej geometrii (wielowpusty, narządzia do pras krawędziowych, maryce, stemple, formy). W wyniku procesu otrzymujemy drobniejszą sieć krystaliczną w porównaniu do hartowania piecowego i indukcyjnego.

Proces ten polega na nagrzewaniu warstw zewnętrznych obrabianego materiału przez wiązkę laserową do temperatury przemiany austenitycznej z prędkością około 730 ˚C na sekundę.Prowadzi to do homogenizacji atomów węgla oraz rozrostu austenitu w materiale. W zależności od materiału temperatura przemiany austenitycznej wynosi od ok. 900°C do 1400°C a czas jej utrzymywania się od ok. 3s do 10s. Po osiągnięciu docelowej temperatury wiązka laserowa przesuwa się na kolejny obrabiany fragment powierzchni a powierzchnia, na którą przestaje padać wiązka lasera schładza się samoistnie. Proces podlega kontroli aż do temperatury topnienia. Dzięki szybkiemu schładzaniu struktura materiału nie powraca już do swojej pierwotnej formy i tworzy się bardzo twarda struktura martenzytyczna. Metoda hartowania laserowego jest przyjazna dla środowiska gdyż nie wymaga stosowania dodatkowych mediów chłodzących takich jak woda, olej czy sprężone powietrze.

Uzyskiwane twardości odpowiadają górnej granicy przemiany martenzytycznej, a głębokość hartowania zależy od rodzaju materiału i wynosi od 0,1 do 0,2 mm przy twardości od 35 do 68 HRC (w zależności od składu chemicznego).

Zastosowanie hartowania laserowego umożliwia obróbkę części, które dotąd nie mogły być hartowane innymi metodami. Stwarza to nowe możliwości konstrukcji i rozwoju.

Technologia hartowania laserowego znajduje zastosowanie praktycznie we wszystkich gałęziach przemysłu:

  • hutnictwie,
  • przetwórstwie stali,
  • przemyśle maszynowym,
  • lotnictwie, energetyce,
  • branży samochodowej,
  • górnictwie i wiertnictwie.

Deponowanie laserowe.

Technologia deponowania laserowego LDT (Laser Deposition Technology) to proces, w którym materiał w postaci proszku, drutu proszkowego lub drutu litego jest wprowadzany do zogniskowanej wiązki o dużej mocy w kontrolowanych warunkach atmosferycznych. Wiązka laserowa nadtapia powierzchnię metalu tworząc niewielkie jeziorko materiału bazowego. Materiał w postaci proszku dostarczany jest w sposób ciągły do jeziorka materiału bazowego i tam ulega stopieniu z bardzo dużą prędkością, w wyniku czego na powierzchni deponowanego elementu tworzy się cienka warstewka stopu materiału rodzimego i proszku. Powstaje wysokiej jakości połączenie metalurgiczne deponowanej warstwy z podłożem. Cały proces odbywa się w osłonie gazu obojętnego z prędkością rzędu 10⁶ ˚C/s. Zapewnia to bardzo wysoką czystość metalurgiczną i drobnoziarnistą strukturę powstałej warstwy. Deponowanie laserowe prowadzone jest wyłącznie automatycznie lub w sposób zrobotyzowany.

Możliwość sterowania z dużą dokładnością głębokością nadtopienia materiału rodzimego sprawia, że jego udział w napoinie może być bardzo mały, od ok. 3-5% do 10%. Jest to szczególnie ważne  gdy skład chemiczny materiału napawanego różni się znacznie od składu chemicznego materiału rodzimego. Oznacza to, że już w pierwszej warstwie można uzyskać wymagane własności eksploatacyjne, a naddatek na obróbkę ostateczną nie przekracza 0,1-0,3 mm. W zależności od stosowanej technologii (rodzaju urządzenia, kształtu materiału dodatkowego) możliwe jest wykonanie w jednym przejściu napoin 0,1-5 mm i szerokości do 5-20 mm przy prostym torze głowicy laserowej.