Využití výkonových laserů ve strojírenské praxi svařování, dělení a další technologie RNDr.Libor Mrňa, Ph.D. • Ústav přístrojové techniky AV ČR • Dendera a.s. • VUT Brno, FSI, ÚST, odbor svařování a povrchových úprav Historie • Rubínový laser pro vrtání • CO2 laser 1965 • Svařování pacemakerů 1973 • Řezání materiálů 1977 Požadavky na lasery v průmyslu • Schopnost snášet průmyslové prostředí • Vícesměnný provoz • Malé požadavky na servis a údržbu Typy laserů v průmyslu CO2 laser • plynový laser (He + N2 + CO2) • buzení elektrickým výbojem • kontinuální i pulzní provoz • pracovní vlnová délka 10,6 µm • výkon do 20 kW • účinnost 5 – 10 % Nd-YAG laser • pevnolátkový laser • buzení optické (výbojky, polovod. lasery) • kontinuální i pulzní provoz • pracovní vlnová délka 1,06 µm • výkon cw do 6 kW • účinnost 2-3% Polovodičový laser • pevnolátkový laser • buzení průchodem el. proudu • kontinuální provoz • vlnová délka okolo 1 µm • výkon do 10 kW • účinnost až 40 % Diskový laser • varianta Nd-YAG laseru • lepší stabilita modu • kompaktnější konstrukce • buzení laserovými diodami • účinnost 30 – 40% Vláknový laser • vysoce kvalitní mod • modulární konstrukce • buzení pomocí LED • bez vodního chlazení • účinnost 30 – 40 % Technologie využívající laser • Většina metod využívá vysoké výkonové hustoty zaostřeného laserového svazku – 108 W.cm-2 • Pak přívod tepla do materiálu je řádově vyšší než odvod tepla materiálem • Dochází k lokálnímu přehřátí –až sublimace Dva režimy účinku laserového svazku na materiál Svařování materiálů laserem • při nízkých výkonových hustotách kondukční svařování • při vysokých pak penetrační svařování • vzniká key hole – lze vytvářet velmi hluboké svary • Vazba záření v key hole pomocí vícenásobných odrazů Svařování materiálů laserem Svařovací hlava • fokusace svazku • ochrana optiky – cross jet • přívod ochranné atmosféry Svařovací pracoviště – 3D Svařování materiálů laserem Remote welding Typy laserových svarů Natupo Průvarový Svařování laserem - příklady Karoserie auta Tailored blanks Svařování laserem - simulace Svařování laserem – diagnostika, řízení procesu • navádění laserového svazku do spoje • diagnostika svařovacího procesu • zpětnovazební řízení svařovacího procesu Dělení materiálu laserem • zaostřený paprsek se pohybuje po materiálu • dochází ke vzniku key hole skrz celou tloušťku • vzniká spára vyplněná roztaveným kovem • roztavený kov je nutné ze spáry odstranit řezným plynem • proudící plyn chrání fokusační optiku • tavné řezání – pomocí dusíku (do 15 mm) • oxidační řezání - pomocí kyslíku (do 30 mm) • sublimační řezání • řez je takřka kolmý k povrchu materiálu • 2D dělení - plechy • 3D dělení – profily, výlisky Výhody laserového řezání • vysoká řezná rychlost • kolmý řez • vysoká přesnost Dělení materiálů laserem - plošné Dělení materiálů laserem - příklady Sublimační řezání fólie Řezání profilů a trubek Další využití Povrchové zušlechťování Gravírování Pájení Hybridní svařování Laserové mikrotechnologie Mikrořezání Mikronavařování Laser - Microjet Laserové mikrotechnologie využití pikosekundových laserů Rychlost předávání energie • foton – elektron: 10 fs • elektron – elektron: 100 fs • elektron – mřížka: 10 ps • pohyb v mřížce: rychlost zvuku Budoucnost laserových technologií • Nárůst podílu pevnolátkových laserů v průmyslových aplikacích • Rozvoj pikosekundových aplikací • Pokles cen laserů (investičních i provozních) • Následné další rozšíření stávajících aplikací • Vývoj aplikací nových Co nabízí firma DENDERA a.s. JOB SHOP komplexního zpracování plechu Kanice 104 664 01 Bílovice nad Svitavou Nabízené technologie • Dělení materiálů laserem (ocel 20 mm, nerez 10 mm, hliník 6mm) do rozměru 3000 x 1500 mm • Ohraňování na CNC ohraňovacích lisech (délka až 3000 mm, síla až 15 mm) • Ruční svařování MIG/MAG, TIG, bodování • 2D svařování laserem (hloubka průvaru cca 5mm) • Pulzní navařování šroubů, lisování matic • Třískové obrábění (vrtání, zahlubování, závitování, frézování, soustružení) • Povrchové úpravy (mokrá a prášková barva, galvanizační úpravy Ni, Zn, černění, kataforéza, žárový Zn) Možnosti zadávání, spolupráce • Pracujeme na základě výkresové dokumentace dodané zákazníkem (náčrtky od ruky, technické výkresy, elektronická dokumentace ve formátech dxf a dwg). Jsme schopni vyrábět díly od jednoho kusu až do tisícikusových sérií. • Kromě prosté výroby jsme schopni zákazníkovi pomoci při návrhu a vývoji jeho výrobku s ohledem na instalované technologie, zajistíme výrobu prototypů. Strojní vybavení • 4 laserová řezací centra AMADA 4 kW • 2x ohraňovací lis AMADA (1000 a 2200 kN) • Robotizované ohýbací centrum ASTRO100 • Svářečky ESAB, bodovka TECNA