fajtái anyagmegmunkálás anyagmegmunk

Átírás

1 A lézeres l anyagegunk egunkálás noveber 24. A lézeres l anyagegunkálás fajtái Szerkezeti változás (structural change) Felületkeényítés (hardening) Deforáció és törés (deforation and fracture) Felszíni olvasztás (surface elting) Bevonatolás (cladding) Keveréses kötés (conduction joining) Vágás (cutting) Jelölés (arking) Hegesztés (keyhole welding) Terikus egunkálás (theral achinig) Aterális egunkálás (atheral processing)

2 Felszíni olvasztás NM: native aterial; HAZ: heat-affected zone; RZ: reelted zone Jellezők: nagyságrendjébe eső olvasztási élység esetén nyaláb kölcsönhatási idő ( s) teljesíténysűrűség néhányszor W -2 cw kw CO 2, Nd:YAG és dióda lézerek (10 5 K s -1 ) szub-µ-es élységek és kis kezelt felületek esetén ipulzusüzeű rubin, Nd:YAG és excier lézerek (10 9 K s -1 ) Kevéssé elterjedt (kevéssé isert; sok hagyoányos vetélytárs) Módozatok Felszíni olvasztás, újraolvasztás (elting, reelting) Felszíni ötvözés (surface alloying) Részecskebelövés (particle injection) A folyaat főbb lépései: fűtés kis energia input nagy fűtési sebesség: 10 5 Ks -1 () 10 9 Ks -1 (µ) olvadék zóna (elt pool) K/ gradiens Marangoni-effektus ez a doináns konvekciós echanizus az olvadék ált. a szélek felé áralik hoogén ötvözet hülés és egszilárdulás nagy hülési sebesség: 10 3 Ks -1 () Ks -1 (µ) hőérséklet gradiens: K -1 a deredési front nagy, 0,01-0,1s -1 sebességgel ozog neegyensúlyi folyaatok: aorf üvegesedés, elsődleges kristályosodás, poliorf kristályosodás, eutektikus kristályosodás részecskeerősített kopozit Mindig a inta felszíni rétegének JELENTŐS egolvadásával jár! dα <0 dt

3 Alkalas anyagok köre: féek és ötvözetek (aorfizálás, ötvözés, részecskebelövés) keráiák (pórusok lezárása) Megunkálási paraéterek: inert gáz (oxidáció, szennyeződés elkerülésére) növeli a hülési sebességet, de repedések kialakulásához vezethet előfűtés (csökkenti a repedések kialakulását, növeli az abszorbciót) Előnyök: a felület integritása nagy (töör, kis porozitású, összefüggő) jól tapad a hordozóhoz kis energiaigény kevesebb torzulás, csökkent igény utókezelésre hoogenizált felszíni réteg, ai (ált.) egyszersind keényebb is neegyensúlyi folyaatok fino ikroszerkezet, új fázisok a geoetria és az összetétel pontosan szabályozható (pl. korrozióvédele esetén kritikus) flexibilis könnyebb autoatizáció Hátrány: kb. egy nagyságrenddel nagyobb beruházást igényel int a hagyoányos elj. liitált fedettség (többszörös pásztázás)

4 Felszíni olvasztási si grafikon 1. ( Aq) = Aq 2rl net B vl L : térfogatra vonatkoztatott olvadáshő l : olvadék élység dienzióentés változókkal q * net = q * * * * 2lvL ahol l * l = r B L * = ρc L ( T T ) 0 Felszíni olvasztási si grafikon 2. λ= 25.5W a= T = 3300K T v = 1773K T = 298K K 1 2 s 1 Kalibrációs pont: 1,5 élység 100/perc 10kW lézerteljesítény ( A=0,45)

5 Felszíni ötvözési grafikon 1. Ipari alkalazás vezérűtengelyek vezérűtengely bütykeinek lézeres kezelése Lézerrel újraolvasztott terület (kb. 1)

6 A lézeres l anyagegunkálás fajtái Szerkezeti változás (structural change) Felületkeényítés (hardening) Deforáció és törés (deforation and fracture) Felszíni olvasztás (surface elting) Bevonatolás (cladding) Keveréses kötés (conduction joining) Vágás (cutting) Jelölés (arking) Hegesztés (keyhole welding) Terikus egunkálás (theral achinig) Aterális egunkálás (atheral processing) Bevonatolás A cél egy felszíni bevonat előállítása ely során a inta felszínét csak csekély értékben (kis élységben) olvasztjuk eg! clad = védőbevonat Egy lézerbevonatolt inta keresztetszeti képe.

7 Főbb ódozatok Bevonatoló eszközök

8 Bevonatolási grafikon 1. [ c( T T ) L ] Aq 2 ρ + = rblv 0 L : térfogatra vonatkoztatott olvadáshő l: olvadék élység dienzióentés változókkal * ( 1 L ) * * * q = 2lv + q * = Aq r λ B * ( T T ) ρc( T T ) 0 ahol l = l r B L * = L 0 Bevonatolási grafikon 2.

9 Bevonatolás turbina lapátok lézeres bevonatolása Lézer bevonatolt aluíniu 3D lézer bevonatolás Ipari alkalazások anuálisan javított lézerrel javított Nagy nyoású turbinalapát, elynek élét lézeres bevonatolással készítették

10 A lézeres l anyagegunkálás fajtái Szerkezeti változás (structural change) Felületkeényítés (hardening) Deforáció és törés (deforation and fracture) Felszíni olvasztás (surface elting) Bevonatolás (cladding) Keveréses kötés (conduction joining) Vágás (cutting) Jelölés (arking) Hegesztés (keyhole welding) Terikus egunkálás (theral achinig) Aterális egunkálás (atheral processing) Keveréses kötésk Alapja az összekötendő anyagok, vagy a kötőanyag egölesztése (olvasztása) azok jelentősebb elpárologtatása nélkül. Jellezők: teljesíténysűrűség néhányszor 10 3 W -2 néhányszor 10W-os CO 2, Nd:YAG és dióda lézerek felszíni olvasztás és hegesztés KÖZÉ esik

11 Típusai Keveréses hegesztés (conduction welding) direkt fűtés (jó hővezető anyagoknál) közvetett fűtés (átlátszó űanyagoknál) pontheggesztés (ipulzus üzeű lézerekkel) folytonos heggesztés (átfedő ip., vagy folytonos lézerrel) Forrasztás (soldering) filler (töltőanyag) op.-ja < 450 o C (-Pb, X Sn-Ag) nedvesítés! (a folyasztószer (flux, vagy reflux) szerepe a nedvesítés elősegítése és az olvadt filler védele) direct reflux soldering (pretinned surface) fluxless soldering (tisztább) Keény forrasztás (brazing) filler op.-ja > 450 o C erősebb kötés, int a forrasztás Al, Cu és Ag tartalú filler a keveréses hegesztés és a forrasztás tulajdonságait egyaránt utatja a forrasztandó anyag solidus görbéje a filler liquidus görbéje felett fut, és a kettő között forrasztunk Előnyök: gyors terikus ciklus fino ikroszerkezetű kötés heggesztési varrat, ill. visszaszilárdult filler töör, kopakt töítő kötés kis energiaigény kevesebb torzulás, csökkent igény utókezelésre a kötés az összekötendő anyagok inőségétől függetlenül egvalósítható új (koplex) geoetriák egvalósítására ad lehetőséget kis éret ( alatti kötés) ne jelent probléát hőérzékeny koponensek közelében is alkalazható (pl. forrasztás) könnyen autoatizálható ne igényel különösebben jó inőségű lézernyalábot Hátrány: vastagabb leezek kötésére kevéssé alkalas nagyobb beruházást igényel int a hagyoányos versenytársak

12 Keveréses hegesztési si grafikon 1. A felszíni olvasztás kapcsán egisert grafikonnal ekvivalens grafikonnal írható le. Keveréses hegesztési si grafikon 2. λ= 25.5W a= T = 3300K T v = 1773K T = 298K K 1 2 s 1

13 Műanyagok transzissziós hegesztése se a legtöbb űanyag átlátszó a 0,4-1.5µ hulláhossztartoányban teroplasztok kötése gyantával/pigenttel segített Rofin_transission_laser_welding.flv Ipari alkalazások 1. Lézeres ponthegesztés 350µ PI 50µ Cu Lézeres ponthegesztés

14 Transzissziós hegesztés Ipari alkalazások 2. Contour welding Siultaneous welding Mask welding Globo welding a) b) Contour Method Scan Method Curtain Method Siultaneous Welding Transzissziós hegesztés Ipari alkalazások 3.

15 Forrasztás Ipari alkalazások 4. Keény forrasztás Ipari alkalazások 5. acél/acél kötés autóipar aluíniu-alapú töltőnyag

16 A lézeres l anyagegunkálás fajtái Szerkezeti változás (structural change) Felületkeényítés (hardening) Deforáció és törés (deforation and fracture) Felszíni olvasztás (surface elting) Bevonatolás (cladding) Keveréses kötés (conduction joining) Vágás (cutting) Jelölés (arking) Hegesztés (keyhole welding) Terikus egunkálás (theral achinig) Aterális egunkálás (atheral processing) Vágás Megolvasztható anyagok esetén (féek, ötvözetek, teroplasztok) 10 4 W -2 Ne olvadó anyagok esetén (üvegek, keráiák, kopozitok) 10 6 W -2

17 Típusai Inert gázzal segített vágás (inert gas elt shearing) féek, ötvözetek, PE, PP, nylon, ABS, kopozitok levegő, N 2, Ar, He (10 bar) ax. 8 vastagság Aktív gázzal segített vágás (activ gas elt shearing) O 2 vagy levegő exoter reakció -> akár 50, de rosszabb vágatinőség Elpárologtatás (vaporization) ipulzuslézeres viszonylag lassú Kéiai bontás (cheical degradation) teroszet, fa, elasztoer az UV-ban (jellezően excier lézerrel) Karcolás (scribing) keráiák, üvegek, kopozitok repesztés Vágófejek

18 Ipari alkalazások 1.5 bar 3 bar rossz inőségű Trepanning