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TAGLIO E SALDATURA LASER. Ultimo aggiornamento: 9/11/ 11. Prof. Gino Dini – Università di Pisa. Lavorazioni tramite energia termica. Laser Beam Machining (LBM). Lavorazioni tramite energia termica. Laser Beam Machining (LBM). fotoni. lente di focalizzazione. gas d’apporto. pezzo.
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TAGLIO E SALDATURA LASER Ultimo aggiornamento: 9/11/11 Prof. Gino Dini – Università di Pisa
Lavorazioni tramite energia termica Laser Beam Machining (LBM)
Lavorazioni tramite energia termica Laser Beam Machining (LBM) fotoni lente di focalizzazione gas d’apporto pezzo
Luce laser • non monocromatica • non coerente • elevata divergenza • bassa intensità luminosa • monocromatica • coerente • bassa divergenza • elevata intensità luminosa
Brillanza di alcune sorgenti Sorgente Schermo TV Luna LED Cielo chiaro Fiamma di candela Sole all’orizzonte 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 10.000.000.000,00 100.000.000.000.000,00
Distribuzione di Boltzmann E E2 T E1 N2 N1 N
Inversione della popolazione E E2 E1 N1 N2 N
Materiale a 3 livelli energetici E E3 E2 T E1 N3 N2 N1 N
Materiale a 3 livelli energetici E E3 E2 E1 N1 N3 N2 N
Materiale a 3 livelli energetici p rapida laser
Materiale a 4 livelli energetici E E3 E2 T E1 E0 N3 N2 N1 N0 N
Materiale a 4 livelli energetici E E3 E2 E1 E0 N3 N1 N2 N0 N
Materiale a 4 livelli energetici rapida p laser rapida
Modi risonanti della cavità m = 12 l1 l2 m = 14 L
Caratteristiche sorgente laser • Regime emissione energia • Materiale attivo • Distribuzione energetica del fascio
Materiale attivo • laser a gas • laser allo stato solido • laser allo stato liquido • laser a semi-conduttori
Transizioni del laser He-Ne E 3,39 mm 1s 3s 3p 3s 2s 0,6328 mm 1,15 mm 2p Elio Neon
Transizioni del laser a CO2 E N2 eccitato CO2 eccitato 10,6 mm Azoto CO2
Tabella riassuntiva Laser Lunghezza d’onda 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
Esempio di sorgente laser CO2 Soitaab SL50
Esempio di sorgente laser CO2 Soitaab SL50 Potenza: 5.000 W Campo di variazione: 1.000 - 5.000 W Stabilità della potenza: ± 2% Lunghezza d’onda: 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’
Esempio 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
Interazione con il materiale testa laser gas protettivo fusione e vaporizzazione
Trepanning filmato
Taglio con fascio laser filmato
Macchina per il taglio laser Soitaab LBS 2.5 Area di lavoro X Y: 3000 x 2000 mm Escursione testa laser Z: 200 mm
Macchina 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
Saldatura con fascio laser filmato
Altre applicazioni industriali • Misura • Trattamenti termici • Marcatura • Rapid Prototyping filmato
Vantaggi dell’LBM 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
Svantaggi dell’LBM • impianti costosi • danneggiamento termico sui materiali sensibili al calore • superfici craterizzate • elevata precisione di posizionamento dei pezzi • influenza della riflettività