Laserowe technologie wielowiązkowe oraz dynamiczne formowanie wiązki 25 październik 2017 Grzegorz Chrobak

Transkrypt

1 Laserowe technologie wielowiązkowe oraz dynamiczne formowanie wiązki 25 październik 2017 Grzegorz Chrobak Nasdaq: IPG Photonics(IPGP)

2 Zasada działania laserów włóknowych Modułowość laserów włóknowych IPG Zalety modułowości: Moc lasera jest skalowalna (obecnie 120 kw) Możliwość zwiększenia mocy lasera Moduły są redundantne Rekordowa sprawność (WPE) >50% Moduły: 750W -2000W Wszystkie połączone moduły mają tą samą długość fali (1070nm) Łącznik włókien Światłowód procesowy Złącze światłowodu

3 System Laserowy Trifocal Laser YLS-5000-BR został zaprojektowany jako dedykowany system laserowy do lutospawania

4 System Laserowy Trifocal Nowa koncepcja światłowodu procesowego trzy niezależne wiązki w jednym przewodzie Niezależna regulacja mocy poszczególnych wiązek Kompatybilne porty optyczne

5 System Laserowy Trifocal YLS-5000-BR Schemat układu wiązki: Światłowód procesowy Trifocal Ø plamka główna: 600 µm; Ø plamka pomocnicza : 100 µm Optyka procesowa Scansonic ALO3 Powiększenie: 1:5,2

6 System Laserowy Trifocal Lutospawanie jedną wiązką Lutospawanie wiązką Trifocal Wiązka główna 2 Materiał rodzimy 3 Materiał dodatkowy 4 Lutospoina 5 Wiązki pomocnicze (czyszczące) Materiał rodzimy: DX56D + Z100 Grubość: 0,7 mm Materiał dodatkowy: CuSi3 Średnica: Ø 1,6 mm

7 System Laserowy Trifocal Rozkład mocy poszczególnych wiązek: Zalety: Proces czyszczenia - usuwanie tlenków, Zwiększenie powtarzalności oraz własności wizualnych lutospoiny, Zwiększenie prędkości procesu lutospawania.

8 System Trifocal Lutospawanie blachy ocynkowanej Standardowy światłowód Światłowód Trifocal

9 System Trifocal Lutospawanie blachy ocynkowanej System Trifocal Jedna wiązka Wiązka główna: 3,0 kw Wiązki pomocnicze: 2 x 0,4 kw Gładka powierzchnia oraz regularny kształt lutospoiny Jedna wiązka Wiązka główna: 3,0 kw Wiązki pomocnicze: 0 kw Wiązka główna: 3,8 kw Wiązki pomocnicze: 0 kw

10 System Trifocal Lutospawanie blachy ocynkowanej Element klapy bagażnika Połączenie dachu/karoserii 0,8 mm 0,9 mm Materiał rodzimy: Stal cynkowana ogniowo Materiał dodatkowy: CuSi3 - Ø 1,6 mm Parametry procesu: ŁÓ / 400 4,5 /!" #$.. 4,2 / Materiał rodzimy: Stal cynkowana ogniowo Materiał dodatkowy: CuSi3, Ø 1,6 mm Parametry procesu: ŁÓ / 400 4,5 /!" #$.. 4,5 /

11 System Trifocal Spawanie Aluminium Spawanie aluminium systemem wielowiązkowym bez przygotowania materiału rodzimego: Czyszczenie, usuwanie warstw tlenków, Poprawa własności wizualnych złącza, Zwiększenie prędkości procesu spawania.

12 System Trifocal Spawanie Aluminium Geometria złącza element klapy bagażnia Proces spawania bez czyszczenia materiału rodzimego.

13 System Trifocal - Podsumowanie Jedno źródło wiele wiązek wyjściowych, Brak konieczności modyfikacji optyki procesowej, Niezależna regulacja parametrów każdej z wiązek, Czyszczenie materiału rodzimego, usuwanie tlenków, Zwiększenie powtarzalności złączy, Poprawa własności wizualnych złączy: regularne krawędzie, gładka powierzchnia oraz zmniejszenie ilości odprysków.

14 Dynamiczne formowanie wiązki 2 osiowy skaner FLW-D50 Maks. częstotliwość: 500 Hz Maks. moc: 12 kw (CW) Regulowana średnica oscylacji 5mm Maks. offset: 15 mm Zmienne geometrie skanowania Przykład: ogniskowa 500mm 1. Oscylacja 2. Śledzenie złącza 3. Śledzenie złącza + oscylacja

15 Dynamiczne formowanie wiązki 2-osiowy skaner 2 osiowy skaner FLW-D30 Maks. Częstotliwość oscylacji: 1000 Hz Maks. Moc: 6 kw (CW) Regulowana średnica oscylacji 5mm Maks. offset: 15 mm Tryb oscylacji Schemat Przykład spoiny Kołowy Oscylacja Kierunek spawania Liniowy Oscylacja Kierunek spawania Ósemka Oscylacja Kierunek spawania Nieskończoność Oscylacja Kierunek spawania

16 Dynamiczne formowanie wiązki 2-osiowy skaner

17 Dynamiczne formowanie wiązki Możliwośći technologiczne Przykład: Złącze doczołowe blach ze stali nierdzewnej o grubości 1,5 mm. 1. Wpływ dopasowania elementów na wynik spawania 2. Wpływ zmiany położenia miejsca spawania na wynik Wiązka lasera Wiązka lasera Amplituda oscylacji 1,7 mm Amplituda oscylacji 1,7 mm Materiał rodzimy Szczelina Materiał rodzimy Offset Szczelina [µm] Bez oscylacji O O X X X X X X X Z oscylacją O O O O O O X Offset [µm] Bez oscylacji O O O O X X X X X X X O dobry wynik - dopuszczalny X brak spoiny Z oscylacją O O O O O O O X

18 Dynamiczne formowanie wiązki Spawanie aluminium Materiał rodzimy: EN AW-6016-T6 (AlSi1,2Mg0,4) 1,5 mm, złącze narożne

19 Dynamiczne formowanie wiązki Spawanie aluminium Gładka powierzchnia, Ograniczenie porowatości, Ograniczenie ilości odprysków, Stabilny proces w szerokim zakresie parametrów. EN-AW mm Spoina 1 Spoina 2 Spoina 3 P L [kw] 1,7 4 2 v s [m/min] Częstotliwość [Hz] Średnica [mm] 1,3 1,8 1,8

20 Dynamiczne formowanie wiązki Spawanie aluminium Gładka powierzchnia, Ograniczenie porowatości, Ograniczenie ilości odprysków, Stabilny proces, szerokość spoiny 2 mm. Aluminium stop 5XXX + odlewniczy stop Aluminium P L [kw] 5,7 v s [m/min] 3,5 Częstotliwość [Hz] 120 Średnica [mm] 1,3

21 Dynamiczne formowanie wiązki Spawanie aluminium Stop aluminium AA6XXX Dopuszczalna szczelina 0.8 mm

22 Dynamiczne formowanie wiązki Spawanie materiałów różnoimiennych Zastosowanie odpowiednich parametrów oscylacji pozwala na zrównoważenie różnic pomiędzy spawanymi materiałami takich jak np. temperatura topnienia czy refleksyjność, Oscylacja pozwala na większą kontrolę temperatury topnienia oraz krzepnięcia warstwy międzymetalicznej co znacząco wpływa na jakość uzyskanego połączenia. Złącze rur ze stali nierdzewnej AISI 304 oraz miedzi beztlenowej Obraz przekroju złącza (analiza EDS)

23 Dynamiczne formowanie wiązki Spawanie miedzi Problemy przy laserowym spawaniu miedzi: Wysoki współczynnik odbicia dla laserów pracujących w zakresie bliskiej podczerwieni, Niskie napięcie powierzchniowe oraz lepkość powodują niestabilność procesu. Rozwiązanie: Lasery włóknowe o wysokiej jakości wiązki dzięki dużej gęstości mocy pozwalają na spawanie materiałów o wysokim współczynniku odbicia, Ruch plamki o wysokiej częstotliwości zapewnia dodatkową stabilizację procesu.

24 Dynamiczne formowanie wiązki Spawanie miedzi Średnica oscylacji A = 0,1 mm Średnica oscylacji A = 0,2 mm Średnica oscylacji A = 0,4 mm P = 1 kw V = 1 m/min Częstotliwość = 300 Hz

25 Dynamiczne formowanie wiązki Podsumowanie Główne zalety głowic oscylacyjnych: Zmniejszenie dynamiki procesu spawania laserowego, Zwiększenie kontroli nad procesem topnienia i krzepnięcia materiału, Ograniczenie porowatości spoiny, Poprawa własności wizualnych złączy, Poszerzenie pola parametrów optymalnych procesu spawania, Zwiększenie dopuszczalnych tolerancji przygotowania spawanych elementów.

26 Laboratorium 6-cio osiowy manipulator przemysłowy, 2-osiowy pozycjoner, Laser serii YLS o mocy 6 kw wyposażony w dwa porty wyjściowe światłowody o średnicy od 50µm do 1000µm, Głowica oscylująca FLW-D30 z 2-osiowym skanerem.

27 Laboratorium Laserowy System Spawalniczy LSS-2 Kleszcze spawalnicze współpracujący z laserem 3 kw.

28 Dziękuję za uwagę!