Title: TAGLIO E SALDATURA LASER
1TAGLIO E SALDATURA LASER
Prof. Gino Dini Università di Pisa
Ultimo aggiornamento 9/11/11
2Lavorazioni tramite energia termica
Laser Beam Machining (LBM)
3Lavorazioni tramite energia termica
Laser Beam Machining (LBM)
fotoni
lente di focalizzazione
gas dapporto
pezzo
4Luce laser
- non monocromatica
- non coerente
- elevata divergenza
- bassa intensità luminosa
- monocromatica
- coerente
- bassa divergenza
- elevata intensità luminosa
5Brillanza di alcune sorgenti
Sorgente Schermo TV Luna LED Cielo chiaro Fiamma
di candela Sole allorizzonte Lampada ad
incandescenza Lampada a vapori di mercurio Sole
allo zenit Laser focalizzato in continua Laser
focalizzato impulsato
Brillanza (stilb) 0,08 0,25 0,68 0,80 1,00 600,00
1.000,00 30.000,00 165.000,00 10.000.000.000,00 10
0.000.000.000.000,00
6Effetto laser
7Effetto laser
8Effetto laser
9Distribuzione di Boltzmann
E
E2
T
E1
N2
N1
N
10Inversione della popolazione
E
E2
E1
N2
N1
N
11Materiale a 3 livelli energetici
E
E3
E2
T
E1
N3
N1
N2
N
12Materiale a 3 livelli energetici
E
E3
E2
E1
N3
N1
N2
N
13Materiale a 3 livelli energetici
14Materiale a 4 livelli energetici
E
E3
E2
T
E1
E0
N3
N0
N2
N1
N
15Materiale a 4 livelli energetici
E
E3
E2
E1
E0
N3
N0
N2
N1
N
16Materiale a 4 livelli energetici
17Direzionalità del fascio
18Direzionalità del fascio
19Direzionalità del fascio
20Direzionalità del fascio
21Modi risonanti della cavità
m 12
l1
l2
m 14
L
22Caratteristiche sorgente laser
- Regime emissione energia
- Materiale attivo
- Distribuzione energetica del fascio
23Materiale attivo
- laser a gas
- laser allo stato solido
- laser allo stato liquido
- laser a semi-conduttori
24Laser a gas
25Transizioni del laser He-Ne
E
3,39 mm
1s
3s
3p
3s
2s
0,6328 mm
1,15 mm
2p
Elio
Neon
26Transizioni del laser a CO2
E
N2 eccitato
CO2 eccitato
10,6 mm
Azoto
CO2
27Laser allo stato solido
28Tabella riassuntiva
Laser Lunghezza donda Potenza
Regime mm W He-Ne 0,6328
1,15 3,39 0,001 - 0,05 continuo CO2 10,6
fino a 20.000 continuo o
impulsato Rubino 0,6943 500 J
impulsato Nd-vetro 1,06 5.000 J
impulsato Nd-YAG 1,06 fino a 1.000
continuo o impulsato
29Spettro
30Modi trasversali di un laser
31Esempio di sorgente laser CO2
Soitaab SL50
32Esempio di sorgente laser CO2
Soitaab SL50
Potenza 5.000 W Campo di variazione 1.000 -
5.000 W Stabilità della potenza 2 Lunghezza
donda 10,6 mm Modo trasversale TEM0,0 e
TEM1,1 Diametro del fascio in uscita 44
mm Divergenza del fascio 3 mrad per
TEM0,0 Tempo di riscaldamento 10
33Esempio di sorgente laser CO2
Soitaab SL50
Energia assorbita 130.000 kVA Tensione di
alimentazione 380 V trifase Portata acqua
raffreddamento 760 litri/min Consumo
gas CO2 8,5 litri/h He 113
litri/h N2 51 litri/h Peso
complessivo 6400 kg
34Interazione con il materiale
testa laser
gas protettivo
fusione e vaporizzazione
35Micro-foratura con fascio laser
36Micro-foratura con fascio laser
37Percussion drilling
38Percussion drilling rifocalizzazione
39Trepanning
40Taglio con fascio laser
41Micro-taglio con fascio laser
42Taglio con fascio laser
43Macchina per il taglio laser
Soitaab LBS 2.5
Area di lavoro X Y 3000 x 2000 mm Escursione
testa laser Z 200 mm
44Macchina per il taglio laser
Soitaab LBS 2.5
Velocità rapido 45 m/min Velocità di
lavoro fino a 15 m/min Accelerazione
massima 5 m/s2 Precisione di posizionamento
0,1 mm Consumo gas per il taglio O2 1.500 -
3.000 litri/min Peso 11.700
kg Programmazione linguaggio ISO
45Saldatura con fascio laser
46Saldatura con fascio laser
47Saldatura keyhole
48Altre applicazioni industriali
- Misura
- Trattamenti termici
- Marcatura
- Rapid Prototyping
49Vantaggi dellLBM nei processi produttivi
- elevati valori di densità di potenza
- assenza contatto utensile-pezzo
- assenza usura utensile
- fascio facilmente direzionabile
- zona termicamente alterata ridotta
- ridotte distorsioni termiche
50Svantaggi dellLBM
- impianti costosi
- danneggiamento termico sui materiali sensibili al
calore - superfici craterizzate
- elevata precisione di posizionamento dei pezzi
- influenza della riflettività
51Sistemi produttivi con sorgenti laser
- Problematiche
- Utilizzo unica sorgente per più robot
- Trasporto fascio fino al polso
52Impiego sorgente laser time sharing (1)
Robot 1
Robot 2
53Impiego sorgente laser time sharing (1)
Robot 1
Robot 2
54Impiego sorgente laser time sharing (1)
Robot 1
Robot 2
55Impiego sorgente laser time sharing (1)
Robot 1
Robot 2
56Impiego sorgente laser time sharing (2)
Robot 1
Robot 2
57Impiego sorgente laser time sharing (2)
Robot 1
Robot 2
58Impiego sorgente laser energy sharing (1)
100
30
70
Robot 1
Robot 2
59Impiego sorgente laser energy sharing (2)
100
70
30
Robot 1
Robot 2
60Trasmissione fascio robot a portale
61Trasmissione fascio robot articolato (1)
62Trasmissione fascio robot articolato (2)
tubo con specchi
testa laser
sorgente laser
63Trasmissione fascio robot articolato (3)
64Sensori