tehnologia laserilor
Post on 11-Oct-2015
75 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
1/28
Stagiu practica 2014
Nastase Eusebiu Eduard
Grupa:1033C
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
2/28
Institutul National pentru Fizica Materialelor (INCDFM), Bucuresti, este dedicat cercetarii
fundamentale si aplicate, cu un accent special in domeniul fizicii solidului si a materialelor.
INCDFM se dezvolta ca un CENTRU DE EXCELENTA pentru cooperari internationale (proiectede cercetare-dezvoltare si retele cu suport pentru UE, acorduri bilaterale) si educatie academica
(PhD, MSc, cursuri de formare), oferind un cadru pentru cercetarea interdisciplinara in stiinta
materialelor.
Institutul are un personal de 234 persoane, din care 186 sunt implicate direct in activitati de
cercetare, INCDFM are 150 de cercetatori, 15 conducatori de doctorat, 96 doctori, 40 doctoranzi
si 12 masteranzi, 30 de cercetatori ai institutului au experienta de lunga durata in laboratoarele
din strainatate. Obiective: Elaborarea, caracterizarea si studiul proprietatilor fizice alematerialelor noi legate de produse de inalta tehnologie si dispozitive. Dezvoltarea de tehnici
analitice si metode aplicate in stiinta materialelor. Formarea de oameni de stiinta tineri,
doctoranzi si masteranzi, studenti si tehnicieni. Colaborarea cu universitati si alte institutii de
invatamant superior. Dezvoltarea colaborarii internationale pe baza de proiecte la nivel european
sau bilateral.
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
3/28
Tehnologia laserilor
Principiul funcionrii laserului
Laserul este un dispozitiv complex ce utilizeazun mediu activ laser, ce poate fi solid, lichid sau gazos.
Mediul activ, cu o compoziie i parametri determinai,primeste energie din exterior prin ceea ce se numetepompare. Pomparea se poate realiza electric sau optic,
folosind o surs de lumin (flash, alt laser) si duce laexcitarea atomilor din mediul activ, adic aducerea unoradin electronii din atomii mediului pe niveluri deenergie superioare. Fa de un mediu aflat nechilibrutermic, acest mediu pompat ajunge s aib mai multielectroni pe strile de energie superioare, fenomennumit inversie de populaie. Un fascicul de lumin caretrece prin acest mediu activat va fi amplificat prin
dezexcitarea stimulat a atomilor, proces n care
un foton care interacioneaz cu un atom excitat determinemisia unui nou foton, de aceeai direcie, lungime de und,faz i stare de polarizare. Astfel este posibil ca pornind dela un singur foton, generat prin emisie spontan, s seobin un fascicul cu un numr imens de fotoni, toi avndaceleai caracteristici cu fotonul iniial. Acest fapt determincaracteristica de coeren a fasciculelor laser.
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
4/28
Dupa Brotherton, etapele
efectului laser se prezinta ca
in figura. Faza 1 corespunde
momentului la care atomii nusunt excitati. In momentul
amorsarii flash-ului, atomii
sunt excitati si emit fotoni in
toate directiile (2).
Datorita reflexiilor succesive
intre cele doua oglinzi, fotonii
se reflecta, produc alteciocniri, incep sa se formeze
ca fascicul (3, 4, 5). Radiatia
laser finala (6) iese prin
suprafata argintata, partial
reflectanta, ca un fascicul
coerent, intens luminos si de
culoare rosie.
Intensitatea radiatiei laseruluieste mai importanta ca aceea
a emisiunii spontane, iar
largimea spectrului sau mai
mica, datorita proprietatii de
cavitate rezonanta, constituita
de cele doua oglinzi.
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
5/28
APLICATII ALE LASERILOR
Gravare
Depunere
Sudare
Taiere
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
6/28
Gaurirea
Proprietatea razei de laser de a fi focalizata prin lentile si reflectata printr-un sistem opticdeci dirijata in oricepunct doritindica de la inceput precizia unei astfel de prelucrari. Procesul de gaurire poate fi urmarit cu unmicroscop prevazut cu o diafragma de siguranta sau cu o instalatie de supraveghere T.V. Se pot selectadiferite lungimi de impulsuri (in general, 5 ms pentru suduri si 0,5ms pentru gauriri).
Gaurirea materialelor foarte dure si gaurirea la diferite unghiuri raman proprii numai instalatiilor de gaurire culaser. Un exemplu clasic de utilizare ni-l ofera constructia de avioane, unde sunt necesare gauri cu diametrulde 0,5mm in unghi de 70, in aliaje pe baza de nichel-cobalt.
Timpul de gaurire, in functie de tensiunea flash-ului, pentru diferite metale.Curba timpului de gaurire in functie de grosimea placii este lineara si ne arata ca la aluminiu cresterea
este de 80s la fiecare 0,1mm, in timp ce la nichel avem aproximativ 95s, iar la wolfram si cupru150s.
O data cu cresterea tensiunii flash-ului, la o placa de aceeasi grosime de 0,5mm, timpul de gaurire scadehiperbolic, dar anumite limite nu pot fi depasite (100s la fier, 75s la aluminiu).
O comparatie intre o gaurire cu laser si una realizata cu o tehnologie clasica indica unele avantaje sidezavantaje. La gaurirea cu spiral, gaura este aproape perfect cilindrica, pe cand la cea executata curaze laser, ea este usor conica, iar calitatea suprafetei este inferioara. Insa, faptul ca se pot gauri celemai dure materiale fara o uzura a 'sculelor', faptul ca se pot executa gauri sub diferite unghiuri cuprecizii satisfacatoare constituie avantaje evidente, care trebuie luate in consideratie. Dezavantajulunei reproductibilitati nu tocmai perfecte la gaurirea cu laser trebuie atribuit exclusiv unor abateri de laparametrii ideali ai razei laser.
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
7/28
Taierea
Pentru operatiile de taiere se folosesc obisnuit laseri cu CO2, cu diametrul fasciculului de 3-30 mm si
lungimea de unda de 10,6 m, activate cu curent continuu sau cu impulsuri electrice. Laserul cu CO2
este preferat si datorita costului sau scazut.
La taierea aliajelor pe baza de titan, raza laser este focalizata pe un punct spre care este condus
coaxial un jet de oxigen cu presiune mare, obtinandu-se un arzator de taiere laser, la care laserul
este sursa de caldura, similar cu acetilena la un arzator de taiere cu acetilena.
Avantajul taierii cu laser consta in faptul ca taierea este mult mai ingusta, iar viteza de taiere este
foarte mare. Viteza maxima de taiere, Vt ce se obtine depinde de viteza de avans Va:
(6)
in care deste diametrul razei laser, iar Dduritatea materialului.Laserul produce putin zgomot si praf, poate taia foarte usor forme complexe, fara sa exercite forte
mecanice asupra materialului pe care il taie, ceea ce il recomanda a fi utilizat cu mare succes la
trasajul pe materiale metalice si nemetalice, urmele lasate avand adancimi si latimi de ordinul a
25m. Vitezele de taiere a unor materiale sunt date in tabelul urmator:
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
8/28
Sudura
Pentru sudarea componentelor cu sectiuni relativ mici si pentru suduri adanci cap la cap la
materiale cu o grosime relativ mare(0,5-5cm), se utilizeaza din ce in ce mai mult instalatii de sudura
cu laser.
Datorita zonei inguste de topire si de influenta termica si ca urmare a fluxului termic redus in piesa,
se obtin cusaturi ireprosabile si legaturi perfecte ale imbinarilor. Conditia principala ramane
absorbtia radiatiei laser de catre material, la lungimea de unda respectiva. Pentru
= 0,6943m, toate materialele prezinta o absorbtie suficient de mare, ceea ce nu se intampla insa
in cazul laserului cu CO2la = 10,6m. Este de notat faptul ca, la o sudare cu radiatie laser
continua, materialul se topeste pe baza conductibilitatii termice, iar zona de topire se formeaza mai
lent decat la sudarea cu impulsuri. Adancimea zonei de topire depinde de intensitatea fasciculului,
precum si de parametrii termofizici (conductibilitatea termica, temperatura punctului de topire etc.) ai
materialului. Spre deosebire de gaurire, la sudarea cu laser, este nevoie de o intensitate mai mica infocar. Altfel, are loc o vaporizare prematura, iar pe cusatura apar cute mai groase. Randamentul
sudarii cu laser este micsorat si de gradul de reflexie al razei laser la suprafata metalului. La un
laser cu rubin reflectia la otel este de aproximativ 60%, iar la aur chiar de 90%.
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
9/28
LASER TRUDISK 3001
-Laser disc TruDisk 3001(Trumpf Gmbh) cu urmatoarele caracteristici:
-putere la piesa 3000 W
calitate fascicul 4 mm mrad
posibilitate de stocare a 199 programe laser- Laser pulsat cu durata a pulsului de 0.2-50 ms, putere medie 60 W, putere la varf 5
kW
Laser pulsat cu durata de puls
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
10/28
APARATE LASER TRUDISK
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
11/28
Metoda Vickers
Duritatea reprezinta capacitatea unui corp de a se opune tendintei de distrugere a
straturilor superficiale de catre un alt corp, care actioneaza asupra sa cu presiuni localizatepe arii foarte reduse si care nu capata deformatii permanente.
MICRODURIMETRU FM 700
Metoda de determinare a duritatii Vickers
utilizeaza ca penetrator o piramida de diamant cu
baza un patrat. Deoarece diamantul are cea mai mare
duritate dintre toate materialele utilizate in industrie,metoda poate fi aplicata fara limite la determinarea
duritatii. Se recomanda, indeosebi, la determinarea
duritatii materialelor ce au duritatea probabila mai
mare de 300 daN/mm2. La materialele a caror duritate
este mai mica decat aceasta valoare se foloseste
metoda Brinell.
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
12/28
Testul de Microduritate
Dupa cum se vede in tabelul de mai sus duritatea scade pe masura ce testele avansau spre centrul
probei,astfel duritatea cea mai mare fiinda la exterior.
Microduritatea Vickers s-a calculat cu relatia: Hv=1,8544P/D^2 [kg/mm^2] unde P este sarcina in
kg si d este media dintre cele doua diagonale in milimetri a a indentarii masurate folosind unmicroscop.
Testele de microduritate au fost efectuate cu microdurimetrul
FM700 cu sarcinia de 50gf, dotat cu o camera digitala.
Microduritatea Vickers(HV) se calculeaza prin raportul dintre forta
de apasare P si aria suprafetei laterale a amprentei remanente
produsa de piramida de diamant cu baza un patrat. Urma lasata
este ca o piramida dreapta cu diagolala D,avand acelasi unghi ca
si corpul de patrundere.
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
13/28
Procesul de electroliza
Electrolizaeste procesul de orientare i separare a ionilor unui electrol i t(substana crei molecule prin dizolvare sau topire se disociaz n ion i, permind trecereacurentului electriccontinuu) cu ajutorul curentului electric continuu.
In procesul de electroliza, ionii pozitivi sau cationii sunt dirijati inspre catod(polulnegativ), iar ionii negativi sau anionii inspre anod (pol pozitiv) unde isi pierd sarcinile si se
depun sau intra in reactie chimica. La anod exista un proces de oxidare , in timp ce la
catod unul de reducere.
La nivelul electrozilor se realizeaza o transformare a ionilor, printr-un schimb de electroni:
anionii cedeaza anodului electroni (acest proces fiind numit oxidare), iar cationii primesc
electroni (proces numit reducere). In general, in urma proceselor de oxidare, anionii se
degaja sub forma de gaze sau, pentru solutiile acizilor, vor forma impreuna cu apa acidul
respectiv. Cu exceptia hidrogenului, cationii se depun pe catod sub forma unui strat de
substanta (in general la catod are loco depunere de metal), justificand utilizarea
proceselor de electroliza in domenii diferite
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
14/28
La densitati mari de curent, din cauza degajarii de oxigen, nichelul are
tendinta de pasivare. Locurile ce devin pasive, din anod, se dizolva greu
electrolitul devine din ce in ce mai acid
Conductibilitatea electrica a solutiilor de saruri de nichel este relativmica, ceea ce n-ar permite folosirea in practica industriala a intensitatilor
de curent mare, in vederea accelerarii procesului de depunere, astfel s
pentru remedierea acesor situatii se folosesc in solutia electrolitului asa
numite sarurile de conducere care contin cationi cu un potential redoxmai negatic decat Ni de aceea acestea nu se reduc o data cu nichelul pe
catod, dar avand o monbilitate mare, asigurand un abundent transport de
sarcini electrice.
Depunerea electrolitica
Depunerea nichelului pe obiecte din alama,cuprusau otel se realizeaza in majoritatea cazurilor prinelectroliza. Ionul de nichel din solutia de electrolitse depune pe obiectul metalic legat in circui la
catod, conform ecuatiei:
De aceea , solutia din care se executa electrolizacontine o sare solubila de nichel. Pentrumentinerea unei concentratii aproximativ egale deioni de nichel in solutie se foloseste un anod denichel care se oxideaza electrochimic.
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
15/28
Aparatul de depunere electrolitica
Un aparat de electroliz se compune din urmtoarele pri principale :1. O surs de curent electric( pil, acumulator sau dinam ),posednd un pol negativ i un pol pozitiv ;2. Electrolitul sau lichidul supus electrolizei, coninut ntr-un vas de form adecvat ;3. Doi electrozi construii dintr-un material bun conductor de electricitate ( un metal saucrbune deelectrozi ) , muiai n electrolit .
Unul din electrozi, numit catod , este legat printr-un conductor electric ( o srm, de obicei decupru )de polul negativ, iar cellalt electrod, numit anod , este legat n mod similar de polul pozitiv al surseide curent .Electroliii , ca i metalele, permit trecerea curentului electric, sunt conductori electrici. Mecanismul conducerii curentului electric este ns diferit. Prin metale trec numai electroni. Metalul nu sufer prin aceasta nici o modificate chimic. Electricitatea este transportat prin electrolii de ctre ioni. Ionii pozitivi se mic spre electrodul negativ ( catod ) de care sunt atrai ; de aceea ionii pozitivi sunt numii cationi .
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
16/28
http://lori.academicdirect.org/free/Cursuri_L
aboratoare/ac_chimie/11_Nichelare.pdf
GLOW DISCHARGE OPTICAL EMISSION SPECTROSCOPY
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
17/28
GLOW DISCHARGE OPTICAL EMISSION SPECTROSCOPY
Spectrometrul GDOES
O sursa cu descarcare luminoasa care este folosita ca o sursa de pulverizare si
o sursa de excitare care este componentul princial in orice spectometru GD-OES.(descarcare luminoasa a spectroscopului cu emisie optica) Zona de pulverizare
deprinde in principal de anodul folosit care permite diametre de la1 mm pana la 8mm.
Procesul de pulverizare este initiat prin ionizarea gazului de argonului in anod prin
aplicarea unui curent de inalta tensiune [DC sau RF]. Acesta ionizeaza atomii de
argon (plasma) si diferentei mare de potential dintre anod si catod, accelereaza ionii
cu o energie cinetica pana la 100 electroV spre catod. Acest bombardament al ionilor
de argon forteaza atomii sa paraseasca suprafata aceasta creand craterul
caracteristic.
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
18/28
In plus atomii,unii fiind electroni liberi,numiti electroni secundari sunt deasemenea
generati In timpul procesului de pulverizare. Electronii secundari sunt accelerati spreplasma si mentine activitatea plasmei prin coliziunea cu electroii liberi, ionii de argon sau
atomii de argon metastabili.
Adancimea profilului analizat permite sa detecteze concentratia chimica a probei
supusa , adancimea pulverizatiei tipica variaza, in functie de proba, de la cateva straturi
atomice pana la 200 m.
Instrumentele foloseste fotomultiplicatorul (PTM) tehnologia este capabila sa detecteze
pana la cele mai subtiri straturi de numai cativa atomi facand pana la 2000 de masuratori
pe secunda
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
19/28
Principiul de functionare a spectroscopului cu emisie optica
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
20/28
http://www.ttonline.ro/sectiuni/calitate-
control/articole/2014-rugozitatea-
suprafetelor
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
21/28
Rugozitatea suprafetelor
Ansamblul neregularitilor ce formeaz relieful suprafeei reale i care sunt
definite convenional n limitele unei seciuni fr abateri de form, reprezintrugozitatea suprafeei.
Aceste neregulariti apar n urma micrii oscilatorii a vrfului sculei, frecrii tiuluisculei pe suprafaa piesei, vibraiilor de nalt frecven ale sculei sau ale mainii-unelte.
Caracteristicile rugozitii sunt, de obicei, msurate de-a lungul axei piesei dar si n jurul
axei acesteia.
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
22/28
Scanarea cu interferometrul utilizeaz ca surslumina alb. Un sistem de acionare piezo este folositpentru a examina lentila obiectivului n vecintatea unuipunct focal. Componenta msurat este, n modobinuit, poziionat pe o platform x/y de mareprecizie. Pe msur ce sistemul optic este ,,deplasat"de ctre sistemul de acionare piezo, punctul focal esteobservat pentru fiecare pixel din matricea sistemului
CCD. Beneficiul unui astfel de sistem este faptul c un
numr considerabil de puncte pot fi msurate curezoluii nalte, laterale (aproximativ 0,3 micrometri) iverticale (mai mici de 0,1 nanometri) n doar cteva
secunde. Prin schimbarea amplificrii lentilelorobiectivului se pot evalua zone mai mari efectund o
singur msurare. n acest caz, rezoluia lateral esteredus proporional.
Msurarea rugozitii CCI
Instrumentele moderne ofer un mod avansat de msurare a structurilor nanometriceutiliznd interferometria. Folosesc un algoritm inovator, ce gsete legtura dintre coerenapunctelor maxime i poziia fazei unui model de interferen, algoritm generat de o unitatede scanare optic.
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
23/28
Treapta strat W
Rugozitate strat W
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
24/28
http://plasmajet.ro/metalizare-prin-
electroscanteie/
http://plasmajet.ro/metalizare-prin-
electroscanteie/romanian.tungstenalloy.ne
t/Tungsten-cover-plate/
http://www.ifa-mg.ro/iter.php
http://plasmajet.ro/metalizare-prin-electroscanteie/http://plasmajet.ro/metalizare-prin-electroscanteie/http://plasmajet.ro/metalizare-prin-electroscanteie/romanian.tungstenalloy.net/Tungsten-cover-plate/http://plasmajet.ro/metalizare-prin-electroscanteie/romanian.tungstenalloy.net/Tungsten-cover-plate/http://plasmajet.ro/metalizare-prin-electroscanteie/romanian.tungstenalloy.net/Tungsten-cover-plate/http://plasmajet.ro/metalizare-prin-electroscanteie/romanian.tungstenalloy.net/Tungsten-cover-plate/http://plasmajet.ro/metalizare-prin-electroscanteie/romanian.tungstenalloy.net/Tungsten-cover-plate/http://plasmajet.ro/metalizare-prin-electroscanteie/romanian.tungstenalloy.net/Tungsten-cover-plate/http://plasmajet.ro/metalizare-prin-electroscanteie/romanian.tungstenalloy.net/Tungsten-cover-plate/http://plasmajet.ro/metalizare-prin-electroscanteie/romanian.tungstenalloy.net/Tungsten-cover-plate/http://plasmajet.ro/metalizare-prin-electroscanteie/romanian.tungstenalloy.net/Tungsten-cover-plate/http://plasmajet.ro/metalizare-prin-electroscanteie/romanian.tungstenalloy.net/Tungsten-cover-plate/http://plasmajet.ro/metalizare-prin-electroscanteie/romanian.tungstenalloy.net/Tungsten-cover-plate/http://plasmajet.ro/metalizare-prin-electroscanteie/romanian.tungstenalloy.net/Tungsten-cover-plate/http://plasmajet.ro/metalizare-prin-electroscanteie/romanian.tungstenalloy.net/Tungsten-cover-plate/http://plasmajet.ro/metalizare-prin-electroscanteie/http://plasmajet.ro/metalizare-prin-electroscanteie/http://plasmajet.ro/metalizare-prin-electroscanteie/http://plasmajet.ro/metalizare-prin-electroscanteie/http://plasmajet.ro/metalizare-prin-electroscanteie/ -
5/20/2018 Tehnologia laserilor
25/28
METALIZAREA PRIN PULVERIZARE
Este un procesul de acoperire cu metale sau aliaje metalice, proiectate cu ajutorul unuijet de
gaz(comprimat) pe suprafeele de prelucrat. Termenul de metalizarese refer la acoperireaoricror feluri de suprafee, metalice, nemetalice. Exist i teorii de acoperire unde metalizareapriveste doar suprafee nemetelice. Materialele acoperitoare sunt de regul n stare de pulberetopit (atomizat), dar sunt si metode ce fac excepie de la aceasta.
Metalizarea prin electroscanteie
Procedeul este cunoscut si sub denumirea de Electro-Spark Deposition (ESD)depunere prinscanteie electrica.
Procesul ESD utilizeaza energia stocata in condensatori pe care o transfera la un electrod
consumabil din: carburi (de W, Ti, Cr etc), otel inoxidabil, inconel, aluminiu etc., pentru o durata
foarte scurta de 1/ 1000 secunde. Temperatura scanteii la varful electrodului este intre 8.000 si
25.000 grade C, materialul (electrodul) ionizat este transferat la suprafata substratului, producandun aliaj cu acesta si o depunere peste interfata aliata electrodsubstrat.Stratul depus are o aderenta metalurgica pe substratul impregnat sau aliat cu materialul
electrodului.
Impregnarea se realizeaza mai ales atunci cand electrodul este o carbura (W,C, Ti,C).
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
26/28
In timpul depunerii prin ESD,substratul nu se incalzeste.
Caracteristicile stratului depus sunt
controlate din parametrii procesului:
energia scanteii, tensiunea, durata
scanteii, inductanta, frecventa,
temperatura, numarul de treceri,
forta de apasare, viteza etc. Pe
substrat se depune un strat cu o
grosime de 0,03 -0,17 mm si o
aliere in substrat, sau impregnare,
pe o adancime de 0.03 mm.
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
27/28
METALIZAREA A.C. H.VA.F.
Metalizarea A.C.H.V.A.F. = combustie activata in aercombustibil cu vitezaridicata (2500-2600 m/s). Sistemul A.C.H.V.A.F. este o instalatie industriala robusta
pentru aplicatiide metalizare (acoperire) de calitate exceptionala in productia de masasau unicate. Este cea mai buna solutie de inlocuire a CROMARII DURE
ELECTROCHIMICE. Sistemul A.C.H.V.A.F. datorita puterii enorme a jetului sau,sistemul permite obtinerea de acoperiri (in special carburi) foarte dense si fara limita de
grosime.
Schema procesului de metalizare A.C. H.V.A.F
METALIZARE CU SISTEMUL QUASAR A C H V A F
-
5/20/2018 Tehnologia laserilor
28/28
METALIZARE CU SISTEMUL QUASAR A.C.-H.V.A.F.
Sistemul Quasar A.C. - H.V.A.F. este compusdintr-un tablou de control, un pistol demetalizare si un alimentator de pulbere.
Pistolul de metalizare TSR3000HX
TSR3000HX este o noua generatie de pistol A.C.H.V.A.F.Pistolul foloseste microinjectie de hidrogen pentru a creste cu 15-25% eficienta depunerii siimbunatatirea calitatii acoperirii,este mai usor, mai economic si mai eficient. Poate fi configuratcu sase tipuri de diuze, doua pentru carburi si patru pentru metale.Jetul de pulbere este extrem de concentrat, desi largimea lui poate fi controlata, dupa scopulurmarit, din configuratia injectorului de pulbere.
top related