Obróbka powierzchni

Cięcie i łączenie to nie jedyne dziedziny zastosowania technologii laserowych w obróbce materiałów. Oprócz nich lasery stosowane są także w tzw. obróbce powierzchniowej, czyli penetracji na bardzo płytką głębokość, w wyniku której następuje modyfikacja właściwości fizycznych obrabianej powierzchni. Tak zmodyfikowany komponent charakteryzuje się lepszymi parametrami mechanicznymi.


Czyszczenie powierzchni


Pozostałe po obróbce zabrudzenia, smary, farba czy nawet ślady rdzy mogą zostać skutecznie usunięte za pomocą czyszczenia laserowego. Laser generuje krótkie impulsy, które są nośnikiem bardzo dużej porcji energii. W momencie interakcji impulsu z powierzchnią następuje zjawisko ablacji, czyli sublimacja zewnętrznej warstwy przy minimalnym naruszeniu samego materiału. W efekcie wszelkie zabrudzenia powierzchniowe zostają w łatwy sposób usunięte, co pozwala na przygotowanie komponentu pod dalszą obróbkę. Dużą zaletą ablacji laserowej jest bezkontaktowość i brak konieczności stosowania dodatkowych środków chemicznych czy narzędzi, a tym samym ekologiczny charakter całego procesu.


Hartowanie laserowe


Proces hartowania stali polega na podgrzaniu materiału powyżej temperatury austenityzowania, wygrzaniu przez określony czas, a następnie schłodzeniu z prędkością krytyczną w celu uzyskania struktury martenzytycznej. W klasycznym podejściu tego typu obróbka zajmuje wiele czasu - ze względu na zastosowanie pieca do nagrzewania komponentu, dzięki któremu proces przemiany struktury krystalograficznej zachodzi na całej powierzchni elementu.

W przypadku hartowania laserowego powierzchnia jest obrabiana kolejnymi przejazdami wiązki po materiale. Punkt skupienia wiązki zostaje dobrany w taki sposób, aby uzyskać jak największą plamkę (najczęściej o profilu prostokątnym) oraz relatywnie niską moc i tym samym nie dopuścić do stopienia materiału. W momencie dostarczania energii do materiału następuje jego podgrzanie powyżej temperatury austenityzowania, na skutek czego stal zyskuje strukturę austenitu. Po przesunięciu lasera w inny punkt następuje gwałtowne chłodzenie hartowanego miejsca, gdyż ciepło z pola roboczego ulega rozproszeniu w głąb materiału (tzw. zjawisko samohartowania), co prowadzi do powstania martenzytu.

Grubość obrobionej warstwy jest zależna od mocy lasera i prędkości posuwu: im większa szybkość, tym mniejsza jest głębokość przemian. Z reguły sięga ona od około 0,5 mm do nawet 2 mm. W hartowaniu laserowym można wykorzystać głowice skanujące, które dodatkowo zwiększają prędkość procesu i zapewniają równomierne hartowanie materiału.


Usuwanie powłok i warstw


Podobnie jak w przypadku laserowego czyszczenia powierzchni, w procesie usuwania powłok zachodzi zjawisko fizyczne nazywane ablacją. Laser w trybie pracy impulsowej generuje pojedyncze impulsy dużej mocy, które - w wyniku dostarczenia energii z wiązki do komponentu -powodują odparowywanie najbardziej zewnętrznej warstwy materiału. Jednocześnie obróbka jedynie w minimalnym stopniu narusza materiał bazowy.

Laserowo można usuwać powłoki z takich materiałów jak metale, tworzywa sztuczne, szkło czy kompozyty. Szczególne zainteresowanie usuwaniem powłok tą metodą obserwuje się w przemyśle ciężkim, stoczniowym oraz lotnictwie. Spowodowane jest to głównie niskimi kosztami procesu, jego bezkontaktowością oraz brakiem konieczności stosowania dodatkowych narzędzi czy chemikaliów, co przekłada się bezpośrednio na wysoką ekonomikę i ekologiczność obróbki.



W skrócie

  • Rodzaje obróbki: czyszczenie powierzchni, hartowanie laserowe, usuwanie powłok i warstw
  • Obrabiane materiały: metale, tworzywa sztuczne, szkło, kompozyty
  • Zalety: bezkontaktowość, brak konieczności stosowania środków chemicznych czy narzędzi, duża szybkość procesu
  • Branże: przemysł ciężki, przemysł stoczniowy, lotnictwo
PolandEnglish