This paper presents preliminary, experimental results of a new, hybrid method of increasing the surface roughness of metal objects. In this new approach, metal objects are melted with a mobile laser beam while they are being rotated. A vibration generator provides circular vibrations with an amplitude of 3 mm, and the vibration plane is perpendicular to the moving laser beam. The melting tests were performed using flat carbon steel samples at a predetermined frequency of circular vibrations. The effects of laser power and laser beam scanning velocity on the melted shapes were studied. All laser melting procedures were performed at a vibration frequency of 105 Hz. The melted samples were subjected to microscopic evaluation and the Ra parameter, which characterises mean roughness, was measured using a profilometer. Melting metal samples with physically smooth surfaces (Ra = 0.21 µm) resulted in surface structures of varied roughness values, with Ra ranging from 5 µm to approximately 58 µm. The studies were undertaken to employ this technology for the purpose of passive heat exchange intensification of heating surfaces in practical applications.
PL
W artykule zaprezentowano wstępne wyniki eksperymentalne nowej hybrydowej metody zwiększania chropowatości powierzchni elementów metalowych. W metodzie tej wykorzystuje się przetapianie ruchomą wiązką laserową elementów metalowych poddanych równocześnie wibracji kołowej. Generator drgań wytwarza wibrację kołową o amplitudzie 3 mm, a płaszczyzna wibracji jest prostopadła do osi przemieszczającej się wiązki laserowej. Próbom przetapiania przy ustalonej częstotliwości wibracji kołowej poddano płaskie próbki ze stali węglowej. Badano wpływ mocy laserowej oraz prędkości skanowania wiązki laserowej na kształt przetopień. Wszystkie przetopienia laserowe wykonywano przy częstotliwości wibracji f = 105 Hz. Otrzymane przetopy poddane zostały obserwacjom mikroskopowym oraz pomiarom profilometrycznym parametru Ra charakteryzującego średnią chropowatość. W wyniku przetapiania technicznie gładkich powierzchni próbek metalowych (Ra = 0,21 µm), uzyskano struktury o zróżnicowanych chropowatościach, dla których Ra mieścił się w przedziale od ok. 5 µm do ok. 58 µm. Badania prowadzono pod kątem potencjalnych możliwości stosowania tej technologii do pasywnej intensyfikacji wymiany ciepła powierzchni płyt grzewczych.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W obecnej pracy przedstawiono półanalityczny cieplny kondukcyjny model (rozwiązany metodą funkcji Green'a) przeznaczony do obliczania temperatur w otoczeniu jeziorka spawalniczego w spawanym laserowo materiale. W modelu tym ruchoma wiązka laserowa o rozkładzie Gaussowskim jest pochłaniana w materiale zgodnie z prawem Beera-Lamberta ze stałym współczynnikiem tłumienia. Przyczyną takiego tłumienia jest obecność dwóch mechanizmów absorpcji w kanaliku parowym: Fresnela i przez plazmę. Temperatury teoretyczne porównano z wynikami doświadczalnymi. Temperatury obliczone przy uwzględnieniu zjawiska tłumienia dokładniej odtwarzają rzeczywiste pole temperatur wokół jeziorka spawalniczego.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W przypadku kontroli spawania laserowego za pomocą termografii podczerwonej informacje o głębokości spawania uzyskuje się mierząc (przy użyciu czujnika punktowego) temperaturę określonego miejsca na powierzchni obrabianej części. Aby taki sposób kontrolowania jakości spawu był skuteczny, wybór miejsca pomiaru musi być właściwy. W celu określenia optymalnego położenia czujnika temperatury analizowano - za pomocą modelu spawania laserowego - wpłw głębokości spawania laserowego na kształt powierzchniowych pól temperatur. Obliczone temperatury porównano z temperaturami zmierzonymi za pomocą termograficznej kamery pracującej na podczerwień w trakcie prób spawania doczołowego płaskich metalowych elementów.
EN
A review of the surface temperature field contours with reference to the laser welding depth dimension for recommendation of optimum position of the working temperature gauge.
W obecnej pracy modelowano profile spawu uzyskanego z głębokiego spawania laserowego płaskiego detalu ze stali węglowej za pomocą półanalitycznego kondukcyjnego modelu rozwiązanego metodą Funkcji Greena. W celu otrzymania profili spawu bardziej odpowiadających profilom rzeczywistym, ruchome źródło ciepła w modelu jest tłumione eksponencjalnie zgodnie z prawem Beera-Lamberata. Wyniki obliczeń były częściowo porównane z wynikami eksperymentalnymi.
EN
The paper deals with modelling of welds profiles produced in laser keyhole welding of homogenous steel plates with finite thicknesses using a semianalytical heat conduction model solved by Green's Function Method. The moving heat source in the model is attenuated according to a Beer-Lambert law, in order to obtain the theoretical results closer to real profiels. The results of calculations were compared with experiment data.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W obecnej pracy modelowano profile spoin punktowych uzyskanych z głębokiego spawania laserowego płaskiego detalu ze stali węglowej C48 za pomocą pół-analitycznego kondukcyjnego medelu rozwiązanego metodą Funkcji Green’a. W celu otrzymania profili spawu bardzej odpowiadających profilom rzeczywistym, stacjonarne źródło ciepła w modelu jest tłumione eksponencjalnie zgodnie z prawem Beer’a-Lambert’a. Wyniki obliczeń były porównane z wynikami eksperymentalnymi.
EN
Profiles of joints resulting from laser beam spot welding of a flat workpiece of carbon steel were computed. A semi-analytical conduction model solved with Green’s function method was used in computations. In the model, the fixed heat source was attenuated exponentially in accordance with Beer-Lambert law. Computational results were compared with those in the experiment.
W poniższej pracy modelowano profile spawu punktowego uzyskanego z głębokiego spawania laserowego płaskiego detalu ze stali węglowej C48 za pomocą półanalitycznego kondukcyjnego modelu rozwiązanego metodą Funkcji Green'a. W celu otrzymania profili spawu bardziej odpowiadających profilom rzeczywistym, stacjonarne źródło ciepła w modelu jest tłumione eksponencjalnie zgodnie z prawem Beer'a-Lambert'a. Wyniki obliczeń były częściowo porównane z wynikami eksperymentalnymi.
EN
Profiles of joints resulting from laser beam spot welding of a flat workpiece of carbon steel were computed. A semi-analytical conduction model solved with Green's function method was used in computations. In the model, the fixed heat source was attenuated exponentially in accordance with Beer-Lambert law. Computational results were compared with those in the experiment.
Przedstawiono efektywność wymiany ciepła podczas wrzenia płynu chłodniczego przepływającego przez pionowy minikanał, asymetrycznie ogrzewany powierzchnią rozwiniętą teksturowaniem laserowo-wibracyjnym. Analizy efektywności wymiany ciepła dokonano na podstawie lokalnych współczynników przejmowania ciepła na styku powierzchnia grzejna–płyn. Zastosowanie powierzchni grzejnej rozwiniętej teksturowaniem laserowo-wibracyjnym wspomogło osiągnięcie efektywniejszej wymiany ciepła podczas wrzenia nasyconego w porównaniu z powierzchnią gładką, gdyż uzyskano wyższe wartości współczynników przejmowania ciepła.
EN
This chapter discusses the efficiency of flow boiling heat transfer for a fluid flowing through a vertical minichannel heated asymmetrically with a surface enhanced by vibrationassisted laser texturing. The study of the heat transfer efficiency involved analysing the local values of the heat transfer coefficients at the interface between the heated surface and the fluid. The use of an enhanced surface produced by vibration-assisted laser texturing contributed to more efficient saturated flow boiling heat transfer than that observed for a smooth surface because higher values of the heat transfer coefficients were obtained.
The paper describes applications of the vibration-assisted laser surface texturing and spark erosion process as methods of modifying properties and structures of metal surfaces. Practical aspects of the use of produced surfaces in the heat exchanger with a minichannel have been described. Compared with smooth surfaces, developed metal surfaces obtained by vibration-assisted laser surface texturing and electromachining show more effective heat transfer. The local heat transfer coefficient for the saturated boiling region obtained for developed surfaces had the values significantly higher than those obtained for the smooth plate at the same heat flux. The experimental results are presented as the heated plate temperature (obtained from infrared thermography) and relationships between the heat transfer coefficient and the distance along the length of the minichannel for the saturated boiling region.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Dokonano wstępnej analizy wpływu maksymalnej temperatury powierzchni i szybkości obróbki na szerokość zahartowanej ścieżki. Eksperyment dotyczył hartowania laserowego płaskich próbek wykonanych ze stali węglowej C45. Próbki naświetlane były wiązką laserową o symetrii kołowej.
EN
Preliminary analysis of the effect of temperature and scanning speed on width of the laser beam hardened track has been carried out. Experiment related to grade C45 carbon steel plate hardening process with use of laser beam. Samples were treated with laser beam of circular symmetry.
The paper deals with the laser beam welding of tips to central and side spark plug electrodes made of a nickel-chromium alloy. The tips attached to the central electrodes were made from a solid iridium wire 0.8 mm in diameter and 2 mm in length, while the tips connected to the side electrodes were made from a platinum wire 1.5 mm in diameter and 0.25 mm in thickness. In both cases, accurate positioning of the tips was required before they were resistance welded to the electrodes. Then, a fillet weld was produced with an Nd:YAG laser using single, partly overlapping conductive pulses. The laser welding was performed at different laser power levels and pulse durations. Metallographic sections of the joints were prepared to observe changes in the microstructure and determine their correlation with the changes in the process parameters. The results were used to select appropriate welding parameters for the materials joined. The microscopic analysis indicated welding imperfections such as micro cracks at the interface between the elements joined. The tips welded to the spark plug electrodes can help extend the service life of spark plugs in highly corrosive environments.
W niniejszym artykule dokonano wstępnej analizy wpływu temperatury powierzchni i szybkości obróbki na szerokość zahartowanej ścieżki. Eksperyment dotyczył hartowania laserowego płaskich próbek wykonanych ze stali węglowej. Próbki naświetlane były wiązką laserową o symetrii kołowej.
EN
The continnius increase of laser beam quality, power, and high automatization of laser process contribute to the wieder utilization of the laserbeam hardening in the industrial environment. To obtain good efficiency of the laser hardening the process parameters have to be chosen properly. In the present experimental study, an attempt was made to determine the effect of maximum surface temperature and scanning velocity on the width of hardened by laser trace. It refers to laser hardening of carbone steel plate sheets.
W przedstawionej pracy badano zmiany struktury, mikrotwardości i odporności na korozję próbek ze stopu tytanu po kształtowaniu wiązką laserową. Powierzchnie próbek były skanowane wiązką lasera CO2 o mocy 1.5 kW i o średnicy 1.8 mm. Mierzono elektrochemiczne charakterystyki materiału kształtowanego laserowo i wyjściowego. Badano efekty korozji w wodnym roztworze 20%H2SO4+5%NaCl w temperaturze pokojowej i w temperaturze wrzenia. Przeprowadzone wstępne wyniki wskazują, że mikrostruktura ulega istotnej zmianie a odproność na korozję w agresywnym korozyjnym środowisku nieznacznie wzrasta w obszarach poddanych laserowemu kształtowaniu.
EN
In the present work have been investigated changes of structure, microhardness as well as resistance on corrosion for titanium alloy samples after laser forming. Surfaces of the samples were scanned by a cw-laser CO2 beam (power 1.5 kW and diameter 1.8 mm). The electrochemical characteristics of non-treated zones and laser formed zones of titanium alloy surfaces have been found with the help of potentiostate. Working environment was a water solution 20% H2SO4+5% NaCl at room temperature and boiling temperature. Preliminary obtained results show that the microstructure undergoes essential changes and the resistance on corrosion in the aggressive corrosive environment imperceptibly increases in the sample areas submitted to the laser forming.