Varjenje jeklene pločevine z vlakenskim laserjem

Varjenje jeklene pločevine z vlakenskim laserjem

Laserski sistemi – Laboratorijske vaje 1

• Spoznavanje vlakenskega laserja• Izračun procesnih parametrov za dva načina

laserskega varjenja jeklene pločevine:– Sočelno – talilno– Prekrivno – parnično

• Izvedba laserskega varjenja

Namen vaje

Varjenje jeklene pločevine z vlakenskim laserjem

Laserski sistemi – Laboratorijske vaje 2

• Opis eksperimentalnega sistema• Izračun hitrosti pomika obdelovanca za

dva načina laserskega varjenja• Praktična izvedba obeh načinov

laserskega varjenja• Ovrednotenje zvarjencev

Naloga

Varjenje jeklene pločevine z vlakenskim laserjem

Laserski sistemi – Laboratorijske vaje 3

PAZITE NA VARNOST!!!

Varjenje jeklene pločevine z vlakenskim laserjem

Laserski sistemi – Laboratorijske vaje 4

Vlakenskilaser

• Dovodno optično vlakno• Kolimator vlakenskega

izvora• Objektiv za fokusiranje

varilnega žarka• Motorno gnana miza za

premikanje varjenca• Vpenjalo varjenca

Opis eksperimentalnega sistemaVarjenje jeklene pločevine z vlakenskim laserjem

Laserski sistemi – Laboratorijske vaje 5

Vlakenski laser

Varjenje jeklene pločevine z vlakenskim laserjem

Laserski sistemi – Laboratorijske vaje 5

�CW delovanje�Moč od 0 do 400W, krmiljenje s signalno napetostjo 0 do 10V�TEM00 rodovna struktura izhodnega žarka�Premer žarka na izstopu iz kolimatorja je 5mm

Objektiv in podajalna mizaVarjenje jeklene pločevine z vlakenskim laserjem

Laserski sistemi – Laboratorijske vaje 6

�Goriščna razdalja objektiva 200 mm�Nastavljanje delovne točke zdviganjem/spuščanjem objektiva na vodilu

�Nastavljiva hitrost podajanja v območju 0 do 50 mm/s�Podajanje in delovanje laserskega izvora krmilimo simultano s krmilno programsko opremo

Izračun hitrosti premikanja obdelovancaVarjenje jeklene pločevine z vlakenskim laserjem

Laserski sistemi – Laboratorijske vaje 7

Izračun hitrosti premikanja obdelovancaVarjenje jeklene pločevine z vlakenskim laserjem

Laserski sistemi – Laboratorijske vaje 8

cp 620J

kg K⋅:= ... specifièna toplota (povpreèje med 20°C in 1515°C) vir:

http://chem.lapeer.org/PhysicsDocs/Goals2000/Laser1.html

Lm 247000J

kg:= ... talilna latentna toplota vir: http://physics.info/heat-latent/

Lv 6090000J

kg:= ... uparilna latentna toplota vir: http://physics.info/heat-latent/

ρ 7800kg

m3

:= ... gostota jekla

vP 2⋅

cp ∆T⋅ Lm+ Lv+( ) ρ⋅ π⋅ a⋅ z⋅:=

P … moč laserja

Podatki:

Hitrost se izračuna ob predpostavki, da je čas vnosa energije v kontrolni volumen enak času prehoda žarka čez kontrolni volumen.

Enačba za izračun hitrosti:

v

2a = v*tprehoda

� Vizuelno ocenite teme in koren vara

� Določite širino vara in toplotno vplivane cone (HAZ)

� Odrežite 1 cm širok vzorec in izvedite upogibni preizkus. Vzorec vpenite v primež tako, da bo var cca 3 mm nadčeljustmi.

� Za krivljenje uporabite kladivo.

Ovrednotenje rezultatov - sočelno varjenje

Varjenje jeklene pločevine z vlakenskim laserjem

Laserski sistemi – Laboratorijske vaje 9

� Vizuelno ocenite teme in koren vara (prevarjenost spodnjega varjenca, ali sta oba kosa spojena)

� Določite širino vara in toplotno vplivane cone (HAZ)

� Odrežite 2 cm širok vzorec in izvedite upogibni preizkus kakor je prikazano na spodnji fotografiji.

� Porušitev zvara se odraža v strigumed zgornjo in spodnjo pločevino.

Ovrednotenje rezultatov - prekrivno varjenje

Varjenje jeklene pločevine z vlakenskim laserjem

Laserski sistemi – Laboratorijske vaje 10

� Izračunajte približno hitrost premikanja obdelovanca. Premer žarka(2a) in moč laserja (P) določi asistent.

� Izračunajte maksimalno intenziteto (Imax) laserske svetlobe na površiniobdelovanca. Žarek ima gaussov profil ( )!

� Po metodi podobnih trikotnikov izračunajte razdaljo med obdelovancem in lečo, da bo ustrezen premer žarka. Gorišče naj bonad obdelovancem. Goriščna razdalja leče je F=___ in BFL=___. Premer žarka pred zbiralno lečo je 5mm.

� Nastavite razdaljo med lečo in obdelovancem in izvedite prvi zvar z izračunano hitrostjo.

� Glede na stopnjo pretalitve po celotni debelini pločevine se odločite o korekciji hitrosti podajanja. Idealna je 100% pretalitev.

� Poiščite optimalno hitrost varjenja v petih poizkusih!

Napotki za izvedbo sočelnih zvarov s talilnim postopkom

Varjenje jeklene pločevine z vlakenskim laserjem

Laserski sistemi – Laboratorijske vaje 11

PAZITE NA VARNOST!!!

� Izračunajte premer žarka v gorišču (w0˝).� Izračunajte približno hitrost premikanja obdelovanca. Moč laserja (P)

določi asistent.� Izračunajte intenziteto laserske svetlobe na površini obdelovanca. � Nastavite razdaljo med lečo in obdelovancem in izvedite prvi zvar. � Glede na globino pretalitve-parnice se odločite o korekciji hitrosti

podajanja. Idealna je situacija, ko je parnica ravno dosegla zadnjopovršino.

� Poiščite optimalno hitrost varjenja v petih poizkusih!

Napotki za izvedbo prekrivnih zvarov s parničnim postopkom

Varjenje jeklene pločevine z vlakenskim laserjem

Laserski sistemi – Laboratorijske vaje 12

PAZITE NA VARNOST!!!

�Vizuelno:�Stopnja prevaritve�Topografija temena in korena zvara�Vsak vzorec oštevilčite in nanj napišite delovne

parametre (P, w, v in spredaj/zadaj) ter gafotografirajte.

�Trdnostno:�Po navodilih opisanih v predhodnih prosojnicah!�Rezultate fotografirajte!

Napotki za vrednotenje rezultatov

Varjenje jeklene pločevine z vlakenskim laserjem

Laserski sistemi – Laboratorijske vaje 13

PAZITE NA VARNOST!!!