ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ LASER ΣΤΗΝ

ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ

ΝΙΚΟΛΟΥΔΗ ΧΡΙΣΤΙΝΑ

ΥΠΕΥΘΥΝΗ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ :Μ. ΜΑΚΡΟΠΟΥΛΟΥ

ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ 2012

Βασικά μέρη laser

• Ενεργό μέσο• Μέσο διέγερσης• Οπτικό σύστημα

Τυπικά χαρακτηριστικάlaser

Μονοχρωματικότητα Κατευθυντικότητα Χωρική συμφωνία Χρονική συμφωνία

Laser στην αυτοκινητοβιομηχανία

CO2 Nd:YAG Disk Laser Diode Laser Fiber Laser

CO2 LASER Μήκος κύματος 10,6μm CO2(10-20%) , N2(10-20%) , He(rest) μίγμα αερίων Συνεχώς και παλμικά(15kW , MW) Μέση ισχύς (συνεχή λειτουργία)

45kW max , 500W-10kW normal

Automotive ind. μεγάλη ισχύ : 2,5-7 kW τομές/συγκολλήσεις μικρή ισχύ : χάραξη απόδοση max 20-25% ,normal 10-20%

Nd : YAG LASERNeodymium yttrium-aluminium garnet

Εκπέμπει στα 1,06 μm Ενεργό μέσο Nd σε κρύσταλλο YAG Συνεχώς και παλμικά (150W , 4kW) Automotive ind. 3 – 6 kW

Disk Laser Χαρακτηριστικά

Μήκος κύματος 1,03μm Yb : YAG (ytterbium) Μέση Ισχύς 6kW Μεγάλη αποδοτικότητα 10-15%

Πρόσφατες εξελίξεις Διαθέσιμα στο εμπόριο : 1-4kW 150-200μm διάμετρος ακτίνας (μικρές

διατομές σε ανοξείδωτο ατσάλι και κράμα αλουμινίου)

Fiber laser Χαρακτηριστικά

Μήκος κύματος 1,07μm Ενεργό μέσο οπτική ίνα ενισχυμένη με σπάνια στοιχεία (υττέρβιο,έρβιο,νεοδύμιο κ.α.) Μέγιστη ισχύς 20kW (2001 100W) Μέγιστη αποδοτικότητα 10-25%

Πρόσφατες εξελίξεις Στο εμπόριο 10kW και άνω Προγραμματισμός fiber laser 100kW Στα 6,9kW είναι ικανό να διεισδύσει σε μεγάλο βάθος με

μεγάλη ταχύτητα Είναι ικανό να αντικαταστήσει CO2 laser υψηλής ποιότητας

στη συγκόλληση από απόσταση και στη σάρωση

Εφαρμογές των laser στηναυτοκινητοβιομηχανία

Συγκόλληση Welding Soldering Brazing

Κοπή / Τομή(cutting)

Αποκόλληση(ablation)

Χάραξη(marking)

Welding Συμβατική συγκόλληση

Περιορισμοί ταχύτητας και παραγωγικότητας Πολλές συγκολλήσεις Μεγάλη θερμική ισχύς εισόδου Παραμορφώσεις Δύσκολη αυτ/ποιηση

Συγκόλληση laser Διείσδυση 1.9cm με μια φορά Υψηλές ταχύτητες σάρωσης Πρόβλεψη ακριβείας (σφάλμα ±0.005cm) Χαμηλή θερμική ισχύς εισόδου μικρές παραμορφώσεις Αυτοματοποίηση

Welding Το welding γίνεται με τρεις τρόπους:

• Conduction welding• Keyhole weld• Laser Powder Fusion/Deposition welding LPF / LPD

Conduction welding Τήξη χωρίς εξάχνωση Μεταφορά θερμότητας

μέσω θερμικής αγωγιμότητας Χαρακτηριστικά

Μικρό βάθος Μικρές γεωμετρικές αναλογίες (πλάτος προς βάθος = 1) Υψηλή αισθητική

ΕφαρμογέςΣυγκόλληση λεπτών δοκιμίων όπως φύλλα ,καλώδια , λεπτοί σωλήνες κ.α.

Keyhole weld Εξάχνωση εγκοπή Σταθεροποίηση εγκοπής

λόγω της πίεσης από τους παραγόμενους ατμούς

ΧαρακτηριστικάΜεγάλο βάθος

Μεγάλες αναλογίες (βάθος προς πλάτος 10:1)

Laser Powder Fusion Στρώμα τηγμένου υλικού Ψεκασμός σκόνης μετάλλου Χαρακτηριστικά

Συγκολλήσεις 0.03cm Καμία θερμική παραμόρφωση Αυτομ/ποιηση

Κατασκευές τμημάτων για μηχανική ενδυνάμωση του αυτ/του

Remote weldingΑυξημένη παραγωγικότητα

Remote weldingΑυξημένη ευελιξίαΠροσαρμοσμένα σχέδια συγκόλλησης επιτρέπουν την βέλτιστη δύναμη των αρθρώσεων και αυξημένη ευελιξία σχεδιασμού , λόγω : σχεδόν όλα τα σχήματα ραφής συγκόλλησης σχεδόν κάθε προσανατολισμό των ραφών

συγκόλλησης ορίζει ο χρήστης τη διανομή των ραφών

συγκόλλησης βέλτιστη ροή των δυνάμεων

Remote weldingBody-In-White

Programmable Focusing Optics(PFO)

Απαιτήσεις τελικού προϊόντος Μείωση αναλογιών Αύξηση απόδοσης Μείωση κόστους Μείωση βάρους

Welding : Audi Q5 door Remote welding PFO 45 ραφές

(25-40mm) σε λιγότερο από 30sec

Tailor Welded Blanks Μείωση βάρους

Λιγότερο υλικό Λιγότερο βάρος μεταφοράς

Μεγαλύτερη ευστάθεια Καλύτερες επιδόσεις συντριβής

Μειωμένη ποσότητα εξαρτημάτων

Μικρότερο κόστος Εργαλείων Σχηματισμού /Μορφοποίησης Εφοδιασμών /Υλικοτεχνικής υποστήριξης

Laser Soldering Έγχυση μετάλλου πλήρωσης (solder) Μέταλλο πλήρωσης χαμηλότερη

θερμοκρασία τήξης Δεν τήκονται τα υλικά του δοκιμίου Laser ισχύος 30-50W Μήκη κύματος 808-980nm

Laser Brazing Παρόμοια διαδικασία με το soldering Πρωτοπόροι Audi (πίσω φτερό TT) και

VW (πορτμπαγκάζ Bora) Σωστή επιλογή υλικού πλήρωσης Το υλικό βάσης δεν πρέπει να λιώσει Δέσμη laser 2-3mm διάμετρο Το καλώδιο 1mm διάμετρο Απόκλιση 0.3mm της δέσμης μονομερής

υγροποίηση και σφάλματα σύνδεσης

Laser Brazing

Laser Cutting CO2 και Nd:YAG Nd διάτρηση ,μεγάλη ισχύς ,χαμηλή

ταχύτητα Nd:YAG διάτρηση και χάραξη ,πολύ

μεγάλη ισχύς CO2 αλουμίνιο ,ανοξείδωτο

ατσάλι ,τιτάνιο

Laser Ablation Συνήθως παλμικά laser Βελτίωση ασφαλείας κατά τη συντριβή

και μείωση βάρους μεταφοράς Tailored blanks ατσαλιού μαγγανίου-

βορίου υψηλής αντοχής Απομάκρυνση επίστρωσης αλουμινίου-

πυριτίου Καλύτερες δυνατές οικονομικές οριακές

συνθήκες

Laser Marking Πάνω από 10000 μέρη αυτ/του Το κάθε υλικό φέρει διαφορετική σήμανση

Διασφάλιση ποιότητας Απαιτήσεις ανίχνευσης

Οι σημάνσεις πρέπει να ξεπερνούν τη διάρκεια ζωής του αυτ/του

Αντοχή σε ακραίες συνθήκες Laser Markers

Σημάνσεις διαρκείας Σήμανση/Χάραξη μικρών τμημάτων με υψηλή

απόδοση Πλήρη ενσωμάτωση στις γραμμές παράγωγης Διαδικασία ευέλικτη ,ελεγχόμενη μέσω λογισμικού

εξατομικευμένα περιεχόμενα σήμανσης

Βιβλιογραφία Larsson ,J. ,(2007) , Laser welding, structural adhesive

bonding, for body-in-white assembly ,(http://www.thefabricator.com/article/laserwelding/laser-welding-structural-adhesive-bonding-for-body-in-white-assembly)

Khan ,M.A. ,(2010) , Laser welding : a joining process used for fuel injector

http://laserdeposition.net Hoffman et al. , Proceedings of the Second International

WLT ,at Conference on Lasers in Manufacturing 2003,Munich, June 2003

http://www.trumpf-machines.com http://www.rofin.com http://

www.seas.virginia.edu/research/lam/pdfs/speaker%20presentations/Havrilla-UofV_Laser%20Based%20Manufacturing%20in%20the%20Automotive%20Industry.pdf

http://www.laserline-inc.com

ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ ΠΟΛΥ ΓΙΑ ΤΗΝ

ΠΡΟΣΟΧΗ ΣΑΣ