SI25748A - Izboljšanje hrapavosti površine s laserjem - Google Patents

Izboljšanje hrapavosti površine s laserjem Download PDF

Info

Publication number
SI25748A
SI25748A SI201800264A SI201800264A SI25748A SI 25748 A SI25748 A SI 25748A SI 201800264 A SI201800264 A SI 201800264A SI 201800264 A SI201800264 A SI 201800264A SI 25748 A SI25748 A SI 25748A
Authority
SI
Slovenia
Prior art keywords
pulse
power
subpulse
longer
laser
Prior art date
Application number
SI201800264A
Other languages
English (en)
Inventor
Klemen Pompe
Janez 1000 Ljubljana Tušek
Mitja Virant
Robert IvanÄŤiÄŤ
Original Assignee
Intech-Les, Razvojni Center D.O.O.
Tkc D.O.O.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Intech-Les, Razvojni Center D.O.O., Tkc D.O.O. filed Critical Intech-Les, Razvojni Center D.O.O.
Priority to SI201800264A priority Critical patent/SI25748A/sl
Priority to PCT/SI2019/050020 priority patent/WO2020117130A1/en
Publication of SI25748A publication Critical patent/SI25748A/sl

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B23K26/3568—Modifying rugosity
    • B23K26/3576—Diminishing rugosity, e.g. grinding; Polishing; Smoothing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0626—Energy control of the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B23K26/355—Texturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04—Steel or steel alloys
    • B23K2103/05—Stainless steel

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Izum se nanaša na postopek izboljšanja hrapavosti, prednostno lasersko varjene površine avstenitnega nerjavečega jekla, s ponovnim prehodom po varu s spremembo varilnih parametrov in uporabo iste varilne opreme. Z laserjem v pulznem načinu delovanja lahko preko uporabniškega vmesnika določimo potek energije enega pulza. Oblika pulza predstavlja potek moči energije laserskega žarka v času enega pulza. Oblika pulza v izbranem časovnem intervalu za izboljšanje hrapavosti površine, prednostno varov avstenitnega nerjavečega jekla je sedeča: celoten pulz je sestavljen iz velikega števila podpulzov. Podpulzi so v dveh različnih časovnih intervalih; krajši in daljši in dveh nastavljenih močeh laserskega žarka v pulzu. Iz podpulzov različnih dolžin in moči laserskega pulza so sestavljene kombinacije podpulzov A,B in C, ki se v zaporedju ABBBC ponavljajo do izteka celotnega pulza. Rezultat takšne oblike pulza je izboljšanje hrapavosti površine za vsaj dva kakovostna razreda, določena v standardu SIST EN ISO1302.

Description

Izboljšanje hrapavosti površine z laserjem
Področje tehnike
Izum se nanaša na postopek izboljšanja hrapavosti prednostno lasersko varjene površine avstenitnega nerjavečega jekla, s ponovnim prehodom po zvaru s spremembo varilnih parametrov in uporabo iste varilne opreme.
Opis tehničnega problema
Lasersko varjenje, poleg izjemne natančnosti, nudi tudi druge zelo pomembne prednosti. Ena izmed teh je minimalno toplotno prizadeta okolica vara. To velja še posebej za laserske vare narejene v pulznem načinu delovanja laserjev. Lasersko varjenje tudi ne ustvarja zajed ob varu. Kljub, milimetrski širini vara, pa je var še vedno viden. V primeru, da je potrebno pločevino pri varjenju prevariti je potrebno variti z določeno energijo laserskega žarka, da ustvarimo koren vara. Ta energija pa povzroča razbrazdanost temena vara. To pa pri estetsko zahtevnih varih ni zaželeno.
Obstoječe stanje tehnike
Varjenje je spajanje kovinskih in nekovinskih strojnih ali konstrukcijskih delov v celoto. Nastali spoj mora obdržati čim bolj homogene in osnovnemu materialu enakovredne mehanske, fizikalne, kemijske in druge lastnosti. Vsi varjeni deli so najpogosteje iz istovrstnih ali vsaj zelo sorodnih materialov, ki imajo zelo podobno temperaturo tališča. Lasersko varjenje je varjenje z vodenim laserskim žarkom. Laserski žarek se usmeri na stik med dvema varjencema, med katerima se z vodeno energijo laserskega žarka ustvari varjeni spoj . Varjenci so običajno kovinski, lahko pa tudi iz drugih materialov.
Za lasersko varjenje se v glavnem uporabljajo laserji Nd:YAG ali modernejši vlakenski laserji. Vlakenski laserji lahko delujejo v kontinuiranem, kontinuirnem moduliranem ali pulznem načinu. Lasersko varjenje, poleg izjemne natančnosti, nudi tudi druge zelo pomembne prednosti. Ena izmed teh je minimalno toplotno prizadeta okolica vara. To velja še posebej za laserske vare narejene v pulznem načinu delovanja laserjev. Kljub izjemni natančnosti pa energija laserskega žarka povzroča razbrazdanost in hrapavost vara. Do zdaj je znanih veliko načinov zmanjševanja hrapavosti površine laserskega vara.
Patent EP0819036B1 opisuje metodo glajenja površine z uporabo laserja. Površina za obdelovanje je najprej izmerjena in strategija obdelovanja površine in parametri se določijo glede na izmerjeno površino in želeni končni rezultat. Predlagana je uporaba laserja z nižjo močjo. Bistvo izuma je prepoznavanje nepravilnosti na površini obdelovanca z uporabo 3D merilne opreme in določitev parametrov glede na izmerjene deviacije. V izumu niso navedeni parametri optimalne stopnje glajenja površin. Sama uporaba opisane 3D merilne opreme je zahtevna in zaradi zahtevane natančnosti povezana z velikimi stroški izvedbe.
Patent EP1516068B1 opisuje metodo glajenja in poliranja predvsem kovinskih površin s površinsko hrapavostjo minimalno 3pm z lasersko radiacijo. Metoda poteka v dveh stopnjah; grobim in finim obdelovanjem površine. V prvi stopnji se s pulznim delovanjem laserskega žarka stali površino do globine 5-100 pm z dolžino pulza >100 ps, v drugi stopnji se ostala mikro hrapavost odstrani z odparevanjem vrhov in taljenjem do globine, ki je manjša kot v prvem koraku. Za izvor laserskega žarka je uporabljen Nd:YAG laser, CO2 laser ali diodni laser, način delovanja laserja pa je pulzni ali kontinuirni. Patent ne govori o obliki pulza, definiran je samo čas pulza ki je v prvi stopnji >100 ps, v drugi stopnji pa >5 ps.
Patent EP1057577A2 opisuje metodo odpravljanja neravnin, por in razpok na površini laserskega vara z drugim prehodom laserja. Pri varjenju se uporabi manjša moč laserja (od 400 do 1200 W), v drugem prehodu, s katerim se odpravijo neravnine pore in razpoke, se uporabi več laserjev ( vzporedno ali zaporedno) in večja moč (od 1,5 do 10 kW). Metoda ne opiše oblike pulza za modifikacijo površine vara ampak se za odpravljanje neravnin, por in razpok na površini laserskega vara uporabi le večja moč laserja.
Predlagan izum rešuje tehnični problem s spremembo varilnih parametrov na opremi za lasersko varjenje brez dodatnih meritev površine in uporabe dodatnih laserjev. Izboljšanje hrapavosti površine vara dosežemo z isto opremo za lasersko varjenje s spremembo varilnih parametrov kot so manjša moč pulza, drugačen čas pulza, večja frekvenca in povečanje premera žarka.
Opis nove rešitve
Na laserski varilni opremi z delovanjem laserskega žarka v pulznem načinu delovanja lahko preko uporabniškega vmesnika določimo potek energije enega pulza. Z oblikovanjem pulzov lahko dosežemo različne oblike varov, temen varov, lahko pa se izognemo tudi morebitnim razpokam pri določenih materialih. Z rahlim povečanjem premera žarka oziroma defokusom in spremembo varilnih parametrov, kot so manjša moč pulza, drugačen čas pulza in večja frekvenca, dosežemo izboljšanje hrapavosti. Bistveno pa na izboljšanje vpliva oblika pulza. Oblika pulza predstavlja potek energije laserskega žarka v času enega pulza.
Oblika pulza v izbranem časovnem intervalu, ki je primerna za varjenje, prednostno avstenitnega nerjavnega jekla, je sledeča: do 25% časa trajanja enega pulza je energija konstanta in predstavlja 100% nastavljene moči laserskega žarka. Nato v preostalem času energija začne padati v treh korakih, temu sledi še kratko držanje energije pri približno 30 % nastavljene moči žarka, nato pa energija zvezno pada do izteka pulza.
Oblika pulza v izbranem časovnem intervalu za izboljšanje hrapavosti površine vara, prednostno varov avstenitnega nerjavnega jekla, je sledeča:
Pulz je sestavljen iz velikega števila podpulzov. Podpulzi so v dveh različnih časovnih intervalih; krajši in daljši in dveh nastavljenih močeh laserskega pulza; 100% nastavljene moči laserskega žarka in 0% nastavljene moči laserskega žarka.
Celotni pulz je sestavljen iz kombinacij podpulzov različnih dolžin in moči.
Kombinacija A je sestavljena iz več različnih podpulzov ki si sledijo v zaporedju: daljši podpulz 100% moči, krajši podpulz 0% moči, daljši podpulz 100% moči, daljši podpulz 0% moči.
Kombinacija B je sestavljena iz več različnih podpulzov ki si sledijo v zaporedju: krajši podpulz 100% moči, daljši podpulz 0% moči, krajši podpulz 0% moči, daljši podpulz 100%moči, krajši podpulz 0% moči, daljši podpulz 100% moči, krajši podpulz 0% moči, daljši podpulz 100% moči, daljši podpulz 0% moči.
Kombinacija C je sestavljena iz več različnih podpulzov ki si sledijo v zaporedju: krajši pulz 100% moči, daljši podpulz 0% moči, krajši pulz 100% moči, daljši pulz 0% moči.
Celotni pulz je sestavljen iz sledečega zaporedja kombinacij podpulzov: ABBBC. To zaporedje kombinacij podpulzov se ponavlja v časovnem intervalu enega pulza.
Rezultat takšne oblike pulza je izboljšanje hrapavosti površine za vsaj dva kakovostna razreda, določena v standardu SIST EN IS01302.

Claims (6)

  1. Patentni zahtevki
    1. Postopek izboljšanja hrapavosti površine z laserjem, označen s tem, da se hrapavost vara, prednostno nerjavečega jekla, izboljša s spremembo varilnih parametrov.
  2. 2. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da oblika pulza predstavlja potek energije laserskega žarka v izbranem času enega pulza.
  3. 3. Postopek po zahtevku 1 in 2, označen s tem, da je celoten pulz sestavljen iz velikega števila podpulzov različnih dolžin in nastavljenih moči laserskega pulza in sicer: krajši pulz 100% nastavljene moči laserskega pulza, krajši pulz 0% nastavljene moči laserskega pulza, daljši pulz 100% nastavljene moči laserskega pulza, daljši pulz 0% nastavljene moči laserskega pulza.
  4. 4. Postopek po zahtevku 1 do 3, označen s tem, da je celotni pulz sestavljen iz kombinacij podpulzov različnih dolžin in moči.
  5. 5. Postopek po zahtevku 1 do 4, označen s tem, da so kombinacije podpulzov A, B in C sestavljene iz več različnih podpulzov ki si sledijo v zaporedju:
    Kombinacija A: daljši podpulz 100% moči, krajši podpulz 0% moči, daljši podpulz 100% moči, daljši podpulz 0% moči.
    Kombinacija B: krajši podpulz 100% moči, daljši podpulz 0% moči, krajši podpulz 0% moči, daljši podpulz 100%moči, krajši podpulz 0% moči, daljši podpulz 100% moči, krajši podpulz 0% moči, daljši podpulz 100% moči, daljši podpulz 0% moči.
    Kombinacija C: krajši pulz 100% moči, daljši podpulz 0% moči, krajši pulz 100% moči, daljši pulz 0% moči.
  6. 6. Postopek po zahtevku 1 do 5, označen s tem, da je celotni pulz sestavljen iz kombinacij podpulzov ABBBC, ki se ponavljajo do izteka pulza.
SI201800264A 2018-12-07 2018-12-07 Izboljšanje hrapavosti površine s laserjem SI25748A (sl)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI201800264A SI25748A (sl) 2018-12-07 2018-12-07 Izboljšanje hrapavosti površine s laserjem
PCT/SI2019/050020 WO2020117130A1 (en) 2018-12-07 2019-09-23 Improving surface roughness with a laser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI201800264A SI25748A (sl) 2018-12-07 2018-12-07 Izboljšanje hrapavosti površine s laserjem

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SI25748A true SI25748A (sl) 2020-06-30

Family

ID=68393051

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SI201800264A SI25748A (sl) 2018-12-07 2018-12-07 Izboljšanje hrapavosti površine s laserjem

Country Status (2)

Country Link
SI (1) SI25748A (sl)
WO (1) WO2020117130A1 (sl)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020207915A1 (de) * 2020-06-25 2021-12-30 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines mit einer Kunststoffschicht überzogenen Metallbauteils

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL1028588C2 (nl) * 2005-03-22 2006-09-25 Fico Bv Werkwijze en inrichting voor het separeren van producten met een gecontroleerde snederand en gesepareerd product.

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020117130A1 (en) 2020-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Knappe et al. Scaling ablation rates for picosecond lasers using burst micromachining
US4159686A (en) Process for smoothing the eye of a needle and needle made thereby
JP6646018B2 (ja) 金属成形体の粗面化方法
TWI737802B (zh) 金屬成形體的粗面化方法
CN106735906B (zh) 一种钛合金板的激光焊接方法
Ascari et al. Nanosecond pulsed laser welding of high carbon steels
SI25748A (sl) Izboljšanje hrapavosti površine s laserjem
CN105189023B (zh) 用于在医疗装置中钻孔的激光系统
Laitinen et al. Effect of process parameters on the formation of single track in pulsed laser powder bed fusion
Fiorucci et al. Comparative study of surface structuring of biometals by UV nanosecond Nd: YVO4 laser
JP5245972B2 (ja) レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置
Herfurth et al. Micromachining with tailored nanosecond pulses
Mohid et al. Melted zone shapes transformation in titanium alloy welded using pulse wave laser
Patel et al. Parametric optimization of laser engraving process for different material using grey relational technique-a review
Kibria et al. RSM based experimental investigation and analysis into laser surface texturing on titanium using pulsed Nd: YAG laser
Zhang et al. Comparison of different laser-assisted electrochemical methods based on surface morphology characteristics
JP5814988B2 (ja) 鋳造用金型の表面改質方法
Unt et al. Laser scribing of stainless steel with and without work media
Elgazzar et al. Laser Surface Texturing of 304 Stainless Steel.
Wadekar et al. Effect of process parameters on laser cutting process: a review
Sokolov et al. The effect of joint edge surface preparation on the efficiency of fiber laser welding of low-alloyed steels
Uchtmann et al. Pulse shaping during laser percussion drilling by using fiber laser radiation
Gora et al. Laser polishing of additively manufactured CoCr and TI6AL4V parts and subsequent stress relieving
Tate et al. Fiber laser welding of high-n, High-Mn austenitic stainless steel
Sen et al. Parametric analysis on fiber laser surface texturing of hastelloy C-276

Legal Events

Date Code Title Description
OO00 Grant of patent

Effective date: 20200706