Munkagázok hatása a hegesztési technológiára és a hegesztési kötésre a CO 2 és a szilárdtest lézersugaras hegesztéseknél Fémgőz és plazma Buza Gábor, Bauer Attila Messer Innovation Forum 2016. december 1. Hotel Aquaworld
A tartalomról I. Az előző rész tartalmából II. A foton-elektron kölcsönhatásról és következményeiről bővebben III.A szilárdtestlézer fotonjai IV.Lézersugarak és hegesztési munkagázok
I. Az előző rész tartalmából A lézersugaras hegesztés típusai Hővezetéses hegesztés: védőgáz Mélyvarratos hegesztés: MUNKAGÁZ
Varratmélység [mm] I. Az előző rész tartalmából A CO 2 lézersugaras hegesztésre jellemző jelenség Hővezetéses hegesztés Mélyvarratos hegesztés Árnyékoló hatás Lézersugár intenzitása [W/cm 2 ]
I. Az előző rész tartalmából A munkagáz szerepe 1. Fémolvadék védelme az oxidációtól 2. Plazmanyomás biztosítása Leggyakoribb munkagázok: He, Ar, H 2, N 2, CO 2 és ezek keverékei Arányuk függ: gáz összetételétől gáz hőmérsékletétől lézersugár hullámhosszúságától (kvantum energia)
I. Az előző rész tartalmából Mi tartja az olvadékot? h
I. Az előző rész tartalmából A munkagáz összetétel mélyvarratos lézersugaras hegesztésre gyakorolt hatásának kísérleti vizsgálata 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Ar% 100 80 60 40 20 0 76 He% 0 20 40 60 80 100 19 H 2 % 5
I. Az előző rész tartalmából Varratmélység a fajlagos energiabevitel függvényében
Hogyan lesz a foton elektromágneses energiájából hőenergia? II. A foton-elektron kölcsönhatásról és következményeiről bővebben Foton Van elektromos és mágneses tere Gyorsítás Mekkora egy foton energiája? Elektron Ha mozog, van mágneses tere Növelt energiájú elektron Ütközés Atom (ion) energiája nő h: Planck-állandó, 6,626*10-34 Js c: fény terjedési sebessége vákuumban, 299 792 458 m/s ~ 3*10 8 m/s λ: a foton (pl.: fény) hullámhosszúsága (változó)
Fémek Energia, ev Röntgenszabadelektron-lézer (XFEL) A fotonok csak a szabadelektronoknak képesek az energiájukat átadni Az elektronok képesek egymásnak átadni az energiájukat (de csak a termodinamika II. főtétele szerint) 10 4 10 3 10 2 10 1 10 0 10-1 10-2 10-3 Tehetetlenségi összetartású plazma (NIF) Tokamak Parázskisülés Félvezetők Szigetelők Z-pinch 10 4 10 8 10 16 10 12 10 20 10 24 Elektronsűrűség, cm -3 II. A foton-elektron kölcsönhatásról és következményeiről bővebben
Foton energia, J Foton energia, ev Hullámhosszúság, nm Optikai sugárzás II., III. A foton-elektron kölcsönhatásról és következményeiről bővebben A szilárdtestlézer fotonjai 10-22 0,001 10 6 10-21 10-20 10-19 10-18 0,01 0,1 1 10 10 5 10 4 10 3 10 2 CO 2 lézersugár Nd:YAG lézersugár Látható fény 10-17 100 10 1 1,988*10-16 1241 10 0 10 16 10 17 10 18 10 19 10 20 10 21 10 22 10 23 Elektronsűrűség, cm -3 10 24 1 kw lézersugár teljesítmény = másodpercenként 5,35*10 18 Nd:YAG 5,18*10 18 Yb:YAG 5,33*10 19 CO 2 foton
CO 2 Szilárdtest III. A szilárdtestlézer fotonjai Lézersugár reflexió Lézersugár A lézersugár hullámhosszúságához képest nagy elektronsűrűség és hőmérséklet Munkadarab Hegesztési varrat
a a/2 c e A varratok mért geometriai adatai IV. Lézersugarak és hegesztési munkagázok b a Varrat mélység b Korona szélesség c Tölcsér mélység d f d Tölcsér szélesség e Korona kidudorodás (behorpadás) f Félérték szélesség α Tölcsérszög
IV. Lézersugarak és hegesztési munkagázok A fókusz helyzetének hatása (defókusz) pozitív nulla negatív A <A A
IV. Lézersugarak és hegesztési munkagázok Mi van a fókuszban?
IV. Lézersugarak és hegesztési munkagázok P (W) A legmélyebb és a legkarcsúbb varrat 3000 3500 v (m/perc) 1 5 Def. (mm) -3 0 Gáz 100% He 20%Ar 80%He Varrat mélység, mm 5,961 4,008 Karcsúság, mm/mm 3,4 12,64
Lézersugarak és hegesztési munkagázok A plazmafelhő tulajdonságainak hatása IV.
A relatív tölcsér térfogat max. és min. IV. Lézersugarak és hegesztési munkagázok P (W) v (m/perc) Def. (mm) Gáz 3000 1 0 20%Ar 80%He 3000 5 0 100%He Varrat mélység, mm 4,668 3,559 Relatív tölcsér térfogat ( ) V tölcsér V össz 3,4 0,862 0,23
IV. Lézersugarak és hegesztési munkagázok Tényleg a gáz teszi? Klaus Dilger: Unter Tiefdruck, Laser Community, 10.2012
IV. Lézersugarak és hegesztési munkagázok Hol tart ma a technika?
IV. Lézersugarak és hegesztési munkagázok A lézersugaras mélyvarratos hegesztés során alkalmazott munkagáznak tehát van befolyása a varrat alakjára, méreteire. Mi a magyarázata a gázösszetétel hatásának?
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET! www.bayzoltan.hu