Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Natavování laserem s indukčním předehřevem
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Natavování laserem s indukčním předehřevem

U řady strojírenských technologií se využívá výkonových laserů pro natavení materiálů nebo jejich povrchových vrstev, a to ať už pro svařování, nebo pro tepelné povrchové úpravy materiálů (od zušlechťování povrchových vrstev přes místní vytvrzování až po navařování).

Ohřev laserovým paprskem má své specifické vlastnosti, které nelze plně nahradit žádným jiným způsobem. Fokusací paprsku lze dosáhnout v extrémně krátkém čase takových hodnot hustoty energie a teplot v místě dopadu paprsku na materiál, kdy se ještě nestačí uplatnit pomalé procesy vedení a sálání tepla. Energie laseru je navíc dokonale sterilní, nepřináší do ohřívaného místa žádné nečistoty a ohřev lze realizovat i ve vakuu nebo naopak za přivádění pracovního plynu. Vysoký teplotní gradient při zpracování laserem a následném chladnutí dílů může však vést při tepelném pnutí některých materiálů ke vzniku různých mikrotrhlin. Tomu se dá zabránit podle druhu technologie vhodným předehřevem materiálu, doposud většinou prováděným v průmyslových pecích. Takový postup není však pro pomalost předehřevu ve srovnání s vlastními sekundovými operacemi laseru příliš efektivní. Ve Fraunhofer Institutu Werkstoff- und Strahltechnik IWS v Drážďanech vyvinuli proto pro předehřev dílů indukční metodu, která oproti předehřevu v peci vykazuje i nižší investiční náklady a energetickou náročnost a navíc jen minimálně tepelně ovlivňuje okolní zónu prováděné operace.
Při laserovém svařování se nebezpečí vzniku trhlinek ve struktuře svaru váže na vyšší obsah uhlíku u svařovaných materiálů, u uhlíkových ocelí nad limitem C 0,25 % a u legovaných ocelí při obsahu uhlíku už nad 0,20 %. Indukčním předehřevem se dá dosáhnout nižšího teplotního gradientu a příznivější rychlosti ochlazování, což se na svaru projevuje jeho jemnozrnnou beztrhlinkovou strukturou. V IWS vyvinuli pro tento účel rovněž speciální kompaktní laserové zařízení s induktorem, jehož princip v současné době využívá automobilka Ford při sériové výrobě hnacích hřídelů převodovek, svařovaných ze tří dílů materiálové kombinace C38/26Mn5. Svařování touto metodou přináší oproti klasickému svařování vyšší pevnost v krutu a celý postup je i cenově výhodnější.
Vysoké odolnosti proti opotřebení bylo za pomoci indukčního ohřevu dosaženo při laserovém povrchovém ledeburitickém přetavení litinových dílů, kde oproti dřívějšímu postupu s natavením metodou WIG se získala daleko jemnější struktura materiálu i jeho jakostnější povrch. Natavená vrstva dosáhla podle zadání úkolu hloubky 0,1 - 1 mm při přírůstku tvrdosti větším než 100 HV, přičemž celý průběh procesu je možné optimálně řídit pro dosažení jemné beztrhlinkové pravidelné ledeburitické struktury.
Na stejném principu kombinace laseru a indukčního předehřevu jsou založené i procesy jakostního beztrhlinkového navařování u martenzitických ocelí, jako jsou kupříkladu oceli C45, 42CrMo4, 40Mn4 nebo 90MnCrV8, a to i při navařování vrstev křehčích materiálů. Indukční ohřev hraje důležitou roli i při navařování na substrát se špatnou svařitelností, jak ve Fraunhofer Institutu IWS prokázaly zkoušky s navařováním vrstvy Deloro 60 (60 HRC) na zušlechtěnou ocel, kde se tímto způsobem podařilo zvýšit rychlost povlakování až na desetinásobek oproti jen samotnému laserovému navařování bez předehřevu.
Indukční předehřev je výhodné používat i při povrchovém kalení laserovým paprskem, a to zvláště u jemnějších tenkých dílů nebo rotačních profilových dílů, kde oproti dřívějšímu jen indukčnímu kalení dává kalení laserem za indukčního ohřevu rovnoměrnější rozložení vytvrzené vrstvy u tvarových detailů.

Rozdílné mechanické vlastnosti

Jsou ale i další požadavky, které je třeba při natavování laserem respektovat. U celé řady součástí strojírenského charakteru - třeba klikových a vačkových hřídelů, ozubených kol, stěn válců spalovacích motorů nebo jiných namáhaných dílů - jsou kladeny značně rozdílné požadavky na vlastnosti povrchu výrobku a jeho jádra. Povrch musí být odolný proti korozi, jádro musí odolávat mechanickému namáhání. Konstrukční materiál by měl většinou vykazovat značnou houževnatost při velké povrchové tvrdosti. A jakou roli přitom může hrát u laserových operací právě průběh indukčního ohřevu, umožňuje ověřit víceúčelový komplex LIHM 1000, sestavený v IWS z pětiosého pohybového mechanismu s řízením Siemens 840 D, dvojice plynových CO2 laserů o výkonu 6 a 20 kW a 80kW indukčního generátoru, který nabízí manipulační prostor 720 x 330 x 400 mm. Přitom se pro úplnost ověřovacích zkoušek uvažuje o doplnění tohoto systému i o jiné typy laserů, ať už pevnolátkových nebo výkonových diodových, s vyzařováním na jiné délce vlnového spektra, a tedy i s rozdílnou kvalitou a fokusací laserového svazku.
O tom všem poskytne informace letošní 15. mezinárodní veletrh laserové techniky a optoelektroniky Laser 2001, který se koná na novém mnichovském výstavišti od 18. do 22. června. Pokud se na návštěvu veletrhu chystáte i vy, řadu užitečných služeb vám může poskytnout ještě před cestou brněnská společnost Expo-Consult & Service, zastoupení Mnichovských veletrhů v České republice.

Další články

Technologie spojování/ dělení materiálů
Obráběcí stroje a technologie

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: