Hartowanie Laserowe

Firma ALOtec Dresden GmbH została utworzona w 1998 roku w wyniku outsourcingu z Instytutu Materiałoznawstwa i Technologii Wiązki Laserowej Instytutu Fraunhofera (IWS) Technische Universitaaet w Dresden. Ich głównym obszarem działalności jest laserowa obróbka materiałów. Ponadto firma zajmuje się budową maszyn pod zamówienie Klienta oraz świadczy usługi hartowania laserowego na swoich maszynach. Najważniejsze cechy technologii laserowego hartowania obejmują:

• wszechstronność zastosowania w konstrukcji maszyn, wytwórstwie narzędzi oraz form,
• wysoka twardość powierzchni przy zachowaniu plastyczności rdzenia,
• hartowanie powierzchni roboczych o dowolnych konturach,
• kamera termowizyjna do stałego monitorowania mocy wiązki laserowej,
• kontrola jakości procesu z równoczesnym zapisem rejestru zdarzeń.

Hartowanie – pełna kontrola dzięki najnowszym technologiom

Wykorzystywany do hartowania światłowodowy laser jest o wysokiej mocy – nawet do 10 kW. Gwarantuje szybkie i kontrolowane nagrzewanie materiału, prowadząc do selektywnego hartowania bez naruszenia struktury całego elementu. System wyposażony został w kamerę monitorującą moc wiązki laserowej w czasie rzeczywistym, co zapewnia nieprzerwaną kontrolę nad jakością procesu. Dodatkowo każda operacja jest rejestrowana w postaci zapisu zdarzeń, umożliwiając pełną analizę parametrów i identyfikowalność dla celów kontroli jakości. Ważnym elementem systemu pozostaje robot-manipulator 3D, który pozwala na swobodne prowadzenie głowicy laserowej w przestrzeni oraz dokładne odwzorowanie nawet skomplikowanych kształtów. W połączeniu z przechylnym i obrotowym stołem możliwe jest precyzyjne pozycjonowanie detalu, co zwiększa efektywność , a także dokładność procesu. Całość odbywa się w specjalnie przygotowanej kabinie ochronnej, która zabezpiecza operatora przed promieniowaniem laserowym oraz dba o bezpieczne warunki pracy.

Technologia hartowania laserem – jak działa?

Rośnie znaczenie hartowania laserowego w przemyśle i budowie maszyn. Jest to proces, w którym wiązka lasera bezpośrednio oddziałuje na obrabiany przedmiot, dostarczając mu energii cieplnej. Materiał nagrzewa się miejscowo do temperatury przemiany austenitycznej. Prowadzi to do homogenizacji atomów węgla oraz rozrostu austenitu w materiale. W zależności od rodzaju materiału temperatura przemiany austenitycznej wynosi od ok. 900°C do 1400°C, a czas jej utrzymywania waha się od ok. 3 do 10 sekund. Do najważniejszych zalet hartowania laserowego należą:

• stosowane do wszystkich dających się hartować stali z wystarczającą zawartością węgla (min. 0,25%),
• szerokość śladu hartowniczego wynosi od 1 do 50 mm w zależności od zastosowanego układu optycznego oraz maksymalnej mocy lasera,
• głębokość hartowania wynosi max. 2 mm i jest uzależniona od rodzaju materiału,
• zmniejszenie naddatków materiału na dalszą obróbkę dzięki miejscowemu wprowadzeniu w krótkim czasie ograniczonej ilości ciepła,
• temperatura hartowania jest kontrolowana z dokładnością do ok. 10°K,
• hartowanie dowolnie wybranych powierzchni detalu – powstaje twarda warstwa powierzchniowa z miękkim rdzeniem oraz obszary niezmodyfikowane w procesie,
• brak konieczności stosowania dodatkowych mediów chłodzących, jak woda i powietrze

Ograniczenia techniczne i zasady skutecznego hartowania laserowego

Należy unikać nakładania na siebie śladów hartowniczych, ponieważ z powodu podwójnego odpuszczania, we wspólnym obszarze występuje zjawisko obniżonej twardości hartowniczej. Minimalna odległość wynosi ok. 1,0–1,5 mm. W strefie nakładania warstw powstaje mniej zahartowana o powierzchnia o twardości obniżonej o kilka jednostek. Z kolei hartowanie większych powierzchni polega na pokrywaniu tego obszaru równoległymi lub meandrycznymi ścieżkami hartowniczymi. Skuteczność zależy m.in. od zastosowanego układu optycznego – odstęp głowicy lasera od obrabianego przedmiotu wynosi ok. 100–350 mm. Ważne jest również zagwarantowanie swobodnego dostępu głowicy lasera do obrabianego przedmiotu, a także stosowanie zabezpieczeń oraz środków ochrony osobistej z uwagi na szkodliwy wpływ promieniowania laserowego.

Regulacja mocy lasera

Regulacja mocy lasera składa się z systemu pomiaru temperatury E-MAqS i z kontrolera LompocPro. Dzięki ich kombinacji uzyskiwany jest równomierny ślad hartowniczy mimo zmiennej geometrii detalu. Nie występują nadtopienia krawędzi ani zagłębień. Od niedawna można to stosować również w przypadku proszkowego napawania laserowego. Najważniejsze zalety tego rozwiązania to:

• sterowanie z funkcją rozpoznawania punktów krytycznych,
• eliminacja nadtopień na krawędziach, zagłębieniach oraz innych miejscach krytycznych,
• dokumentowanie procesu nakładania wybranych śladów hartowniczych w pliku tekstowym lub jako plik wideo,
• możliwość zapisu projektów seryjnych oraz parametrów materiałowych,
• pomiar maksymalnej temperatury w rejonach krytycznych,
• możliwość integracji systemu skanującego.

Parametry i technologie wykorzystywane w urządzeniach do hartowania

Ważny element systemu stanowi zaawansowany układ pomiaru temperatury, który pozwala na dokładny odczyt w zakresie od 700°C do 1500°C. Dzięki wysokiej częstotliwości pomiaru sięgającej 200 Hz oraz rozdzielczości przestrzennej powyżej 0,1 mm możliwe jest precyzyjne śledzenie zmian temperaturowych na powierzchni detalu. Zakres pomiarowy obejmuje odległości od 50 do 1000 mm, a zastosowanie zmiennej optyki opracowanej we współpracy z IWS Fraunhofer Institut pozwala na elastyczne dostosowanie pola pomiarowego do kształtu i wymiarów obrabianego elementu. Urządzenia wykorzystują oprogramowania LompocPro oraz E-MAqS. Zostały one opracowane przez Wydział Materiałoznawstwa i Wiązki Laserowej Instytutu Fraunhofera IWS. Są ciągle rozwijane we współpracy z partnerami z przemysłu.

Zaawansowane hartowanie laserowe detali wielkogabarytowych

Przy obróbce detali wielkogabarytowych konieczne jest stosowanie zmiennej optyki w celu osiągania zmiennej szerokości śladu hartowniczego. Za pomocą opracowanego przez Instytut Fraunhofera systemu skanującego „LASSY” można zmienić szerokość i odchylenia od kierunku prostoliniowego śladu hartowniczego w czasie trwania procesu. Dodatkowo istnieje opcja zmiany mocy lasera w obszarze skanowania. Dzięki możliwości synchronizacji pracy skanera z oprogramowaniem LompocPro i kamery E-MAqS przy regulacji mocy lasera udało się wyeliminować efekty uboczne spowodowane m.in. przez interferencje.

Usługi laserowe i rozwiązania dopasowane do potrzeb Klienta

Oferujemy dopasowanie oprogramowania do potrzeb Klienta. Istnieje możliwość integracji systemu skanującego do systemu programowania offline SKM DCAM 2010. Ponadto świadczymy doradztwo technologiczne w zakresie hartowania diodowym laserem światłowodowym. Wykonujemy swoje usługi w siedzibie firmy w Dreźnie, aczkolwiek oferujemy również przyjazd do Klienta z urządzeniem mobilnym. Można u nas również zakupić urządzenia do hartowania, napawania albo spawania laserowego. Zapraszamy do kontaktu.