Лазерная обработка стали

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лазерная обработка материалов

ЛАЗЕРНАЯ РЕЗКА ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Используемые материалы: металлы, древесина, пластик, паронит, стекло, керамика и т.п. Площадь раскроя до 2,5х6 м. Применение лазера в 10 раз дешевле по сравнению с традиционным способом производства. Характерные толщины листов и режимы обработки для мощности 1.5 кВт представлены в таблице:

Характеристики толщин основных разрезаемых материалов при мощности лазера 5 кВт.

ПРИМЕНЕНИЕ МОЩНЫХ ЛАЗЕРОВ ДЛЯ РЕЗКИ ТОЛСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Качество и свойства реза

Плазменная и лазерная резка связана с возникновением на верхней или нижней кромке вырезаемого изделия побочных продуктов, так называемого грата. Нашими специалистами разработана и реализована на практике специальная технология, позволяющая свести к минимуму образование грата на вырезаемых деталях. Это достигается за счет использования инертных газов, либо кислорода и оптимального выбора скорости резки.

На графике показано, как зависит высота грата от скорости раскроя.

Высота грата при различных скоростях резки электротехнической стали 2412:

· толщина листа - 0,5 мм;

· технологический газ - азот;

· давление газа - 1,2 Мпа;

· мощность излучения - 550 Вт.

Еще одна, не менее важная проблема, это ширина реза. Нашими специалистами реализовано получение минимальной ширины за счет выбора оптимальных параметров фокусирующей системы, оптимальной скорости резки и давления газов в резаке.

Из следующего графика видно, как меняется ширина реза при увеличении скорости резки.

Ширина реза электротехнической стали 3413:

· толщина листа 0,5 мм;

· технологический газ - азот;

· давление газа - 1,2 Мпа;

· мощность излучения - 450 Вт;

· высота грата - 3 - 4 мкм.

Для сравнения: альтернативные способы резки

лазер резка сварка сталь

ЛАЗЕРНАЯ СВАРКА

Принцип: излучение фокусируется в точку стыка сжимаемых боковых кромок пластин, где образуется зона расплава. Процесс сварки осуществляется, как процесс сжатия расплавленных поверхностей с последующим затвердением расплава. Данный метод обладает рядом преимуществ по сравнению с другими схемами лазерной сварки. Он обеспечивает высокую эффективность поглощения излучения, быстрый нагрев и малые потери. Малая зона расплава позволяет реализовать высокую скорость сварки.

Технология лазерной сварки позволяет сваривать стальные детали с толщиной стенки до 10мм с минимальным тепловым влиянием со скоростью до 5 м/мин. Для непрерывной, равномерной по толщине стыка сварки труб высокого давления используется автоматизированный лазерный сварочный комплекс (АЛСК).

АЛСК существует в трех конфигурациях:

· стационарный АЛСК для сварки продольного шва в составе линии по производству труб;

· стационарный АЛСК для сварки на специальном стенде плетей из готовых труб;

· передвижной АЛСК для сварки плетей в трубопровод в полевых условиях.

Состав АЛСК:

· лазерная установка;

· лучепровод с фокусирующей системой и системой наведения луча в область сварки;

· механический манипулятор, обеспечивающий перемещение резака по линии сварки или перемещения резака и вращения трубы;

· автоматическая система управления;

· источники энергетического питания (в том числе и автономного типа);

· транспортирующее устройство.

Каждая из модификаций должна иметь свою конструкцию манипулятора. Передвижной АЛСК должен иметь специальный источник электрического питания и транспортирующее устройство.

Для всех трех модификаций АЛСК используется единый тип лазерного комплекса, включающего:

· лазерную установку - СО2 лазер;

· лучепровод с фокусирующей системой и системой наведения луча в область сварки;

· систему управления.

Основные технические характеристики одного модуля комплекса:

Особенности лазерной сварки

Лазерная сварка труб обеспечивает следующие основные преимущества по сравнению с другими методами сварки:

· высокую плотность потока энергии в зоне воздействия сфокусированного луча лазера;

· незначительное тепловое влияние на металл в околошовной зоне;

· малое деформирование свариваемых материалов;

· получение узкого шва при сварке металлов большой толщины;

· высокую скорость сварки;

· возможность автоматизации процесса сварки;

· низкий уровень энергетических затрат на единицу длины шва (сравнимый с электроннолучевой сваркой);

· шов не загрязняется материалом электродов, из области расплава улетучивается ряд вредных веществ, уменьшается число неметаллических включений и крупных (более 0,15 мм) пор;

· предел прочности сваренных образцов соответствует прочности основного металла, ударная вязкость превышает вязкость основного металла;

· возможность формирования структуры сварочного шва дополнительным воздействием газового потока.

ЛАЗЕРНАЯ ТЕРМООБРАБОТКА

Технология лазерной закалки применяется приемущественно для получения самозатачивающегося инструмента и упрочнения поверхности при абразивном износе. Лазерная термообработка применяется также в комплексе с механической обработкой после восстановления изношенных поверхностей валков прокатных станов методом лазерно-порошковой наплавки.

В настоящее время закалка деталей в автомобилестроении и машиностроении осуществляется в промышленных условиях (например, США, фирмы "General Motors Corp."). В частности, в автомобилестроении проводят селективную закалку полос картера рулевого управления автомобиля. Механическую обработку полос после закалки проводить не требуется.

На предприятии Electro-Motive Div (La Grange, США, предприятие фирмы General Motors) осуществляется закалка спиральной канавки в расточке гильзы цилиндра двигателя высокого сжатия для повышения сопротивления истиранию и продления срока ее службы. Решение о применении лазерной закалки было принято еще в 1973 г., когда выяснилось, что обычные методы закалки в данном случае не пригодны. Аналогичная технология была разработана нами и ПО з.-д. им. Малышева в 1988 и внедрена в серийное производство продукции гильз дизеля на ПО з.-д. им. Малышева (ныне дизельный завод, Украина, г. Харьков). Три лазера используются в серийном производстве продукции тепловозных и стационарных дизелей. Применение технологии позволило увеличить срок службы дизелей в 2,5-3 раза.

ЛАЗЕРНО-ПОРОШКОВАЯ НАПЛАВКА

Технология лазерной наплавки применяется для изготовления режущего инструмента с режущими поверхностями высокой твердости. Технология изготовления режущего инструмента включает предварительную лазерную термическую обработку корпуса инструмента из конструкционной стали, наплавку твердого покрытия (до 10 мм), придание нужной формы режущему инструменту лазерным лучом. Твердость наплавляемого слоя 66 - 72 HRS.

Лазерная металлургия

Воздействие мощного лазерного излучения на вещество, лазерная обработка материалов вполне соответствует фундаментальной задаче о многофазном течении газа при интенсивном выделении энергии. Уникальные свойства лазерного излучения, фокусировка его в малые пространственные и временные масштабы, открывает возможность принципиально изменять свойства материалов. Развивающееся новое научное направление, названное "лазерной металлургией", открывает перспективу создания биметаллических структур с заранее заданными свойствами. Исследование, как теоретически - построением численных моделей, так и экспериментально - динамики вещества и теплопереноса при воздействии излучением с различными длинами волн (от 0,2 до 10 мкм) на материалы - позволит не только развить традиционные методы технологической обработки (резка, сварка, упрочнение поверхности), но создать новые, например, лазерное трехмерное фрезерование металлических деталей.

Размещено на Allbest.ru