En bok om laser

En bok om laser
En bok om ett av vår framtids
viktigaste arbetsredskap.
2
Kostnadseffektiv
bearbetning av stål.
För att kunna tillgodose marknadens behov av effektiv
bearbetning av stålprodukter har Häfla Bruk investerat
i den modernaste lasertekniken. Anledningarna till
detta är flera.
Laserskärning är en mycket kostnadseffektiv bearbetning av stål. Den används för såväl tjocka som tunna
material och fördelarna jämfört med traditionell stansning är flera:
Effektivare utnyttjande av materialet eftersom figurerna anpassas till varandra på plåten. Kostnaden för
stansverktyg försvinner. Risken för skador på materialet från stansverktyget elimineras. Man kan skära figurer och former som ingen annan teknik klarar. Man
kan arbeta direkt från Cad-ritningarna i datorn. Kapaciteten är överlägsen andra tekniker.
För Häfla Bruk är satsningar på ny teknik en självklarhet och laser är vår framtids kanske viktigaste arbetsredskap.
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
3
En bakgrund med tradition.
4
Häfla Bruk har en historia som sträcker sig tillbaka till
år 1682 då landshövdingen Jacob Henriksson Flemming fick tillstånd att tillverka 300 skeppund smidbart
järn vid Häfla Övre Bruk. Trots krisen i den svenska
järnhanteringen under 1800-talet kunde Häfla Bruk
behålla sin småskalighet och överleva in i nutiden.
Den ursprungliga hammarsmedjan var i drift i 242 år
och finns ännu kvar som ett byggnadsminne. Stångjärnshammaren är landets enda bevarade från denna
tid.
Skeppund, (troligen av medellågty. schippunt, av schip »skepp« och punt
»pund«), viktenhet enligt 1665 års system. För viktualier, främst livsmedel,
var 1 skeppund (v 170,0 kg) = 20 lispund = 400 skålpund. För metaller var 1
skeppund stapelstadsvikt (v 136 kg) = 20 markpund (lispund stapelstadsvikt)
= 400 mark.
(Fakta från Nationalencyklopedin).
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
5
En framtid med innovation.
6
I dag är Häfla Bruk en modern industrianläggning med
tillverkning av stålprodukter till byggnadsindustrin.
Utvecklingen är stark och förutom att investera i
nybyggda lokaler så satsar företaget på att utveckla
maskinparken. Man arbetar med den modernaste tekniken när det gäller plåtbearbetning och laserskärning.
Dels för att försörja den egna produktionen av bland
annat trappor, garageinredningar och förrådsinredningar, men också för att kunna erbjuda kunderna
bästa möjliga förutsättningar för legoproduktion.
Hävla, ort i Finspångs kommun, Östergötland (Östergötlands län), 25 km
norr om Finspång. I Hävla finns det industrihistoriska minnesmärket Häfla
Hammarsmedja, som grundades 1682.
Finspång, [fi´n-], tätort och centralort i Finspångs kommun, Östergötland
(Östergötlands län); 12 796 inv. (2000). Finspång, som ligger n.v. om sjön
Glan, är gammal bruksort med betydande industriverksamhet. Bland företagen märks SSAB Tunnplåt AB, Alstrom Power och SAPA AB.
(Fakta från Nationalencyklopedin).
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
7
Att använda ljus
som ett verktyg.
8
Tekniken att använda laserljus har funnits i nästan ett
halvt sekel, men ändå känns det som om vi blickar in i
framtiden varje gång ordet laser kommer på tal. Det
finns ett spänningsmoment i detta ord som används i
så många olika sammanhang. Vi använder laser både
till att skära i fartygsplåt och operera våra ögon. Med
laser kan vi mäta avståndet till månen, spela musik i
vår CD-spelare och läsa av priset på köttfärsen i ICAbutiken.
Men vad är egentligen laser? En spännande ljuseffekt i
Star Wars-filmerna eller ett operationsverktyg med stor
precision, oavsett om det handlar om att bygga fartyg
eller om avancerade medicinska operationer? Och varför kan man skära plåt med laserljus, men inte med
ljuset från en vanlig glödlampa?
Häfla Bruk använder laser i sin dagliga produktion och
vi vill i den här boken berätta lite om hur laser fungerar och dess olika användningsområden. När du läst
boken, vet du lite mer om ett av de bästa och mest effektiva verktygen inom tillverkningsindustrin. På köpet har du fått veta lite mer om skeppund, titan och
vindsurfing.
Trevlig läsning.
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
9
Varde ljus.
10
I begynnelsen skapade Gud himmel och jord.
Jorden var öde och tom, djupet täcktes av mörker och
en gudsvind svepte fram över vattnet.
Gud sade: »Ljus, bli till!« Och ljuset blev till.
Gud såg att ljuset var gott, och han skilde ljuset från
mörkret.
Gud kallade ljuset dag, och mörkret kallade han natt.
Det blev kväll och det blev morgon.
Det var den första dagen.
(Första Moseboken)
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
11
Ljus är vågor som syns.
12
Det som vi uppfattar som ljus är en form av elektromagnetisk strålning. Det finns många olika sorters
elektromagnetisk strålning men gemensamt för dem
alla är de består av energi som överförs som en vågrörelse av elektriska och magnetiska fält.
Det är stora skillnader mellan de olika typerna av elektromagnetisk strålning. Våglängderna för långvågsnavigation är sex kilometer och privatradio 10 meter.
FM-bandet och TV1 har en våglängd på tre meter medan TV2 har våglängden sex decimeter. Röntgenstrålar
har korta våglängder och strålning från exempelvis
radonhus och kärnreaktoravfall har ännu kortare våglängder.
Det är elektromagnetisk strålning inom våglängdsområdet 390–770 nanometer vi uppfattar som ljus.
En nanometer är inte längre än en miljarddels meter.
Många vågor på en meter för lite ljus alltså.
Elektromagnetisk strålning, strålningsfenomen i vilket energi överförs som
en vågrörelse av elektriska och magnetiska fält (elektromagnetiska vågor).
Strålningens växelverkan med materia sker genom utbyte av kvanta, fotoner.
Elektromagnetisk strålning karakteriseras av tre storheter: energi (frekvens,
våglängd), utbredningsriktning och polarisation.
(Fakta: Nationalencyklopedin)
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
13
Våglängden avgör ljusets färg.
14
Om vi betraktar ljus som en vågrörelse så är det frekvensen på vågrörelsen som bestämmer ljusets färg.
Vi känner igen färgspektrat från regnbågen där rött
har längst våglängd. Därefter följer orange, gult, grönt,
blått, indigo och violett med kortast våglängd. Dessa
färger befinner sig inom det frekvensområde som vi
människor uppfattar som ljus.
På varsin sida om detta färgspektra finns infraröd och
ultraviolett. Elektromagnetisk strålning som vi inte
kan se. Infrarött ljus används bland annat till TV-fjärrkontroller, den ultravioletta strålningen används till
exempel vid solarier.
Fjärrkontroll. Vid fjärrstyrning av TV/video skickas en order i form av en digital signal, modulerad på en bärvåg av infrarött ljus, från en sändare, kallad
fjärrkontroll. Ordern kan t.ex. vara att öka ljudvolymen eller byta kanal. En
speciell mottagare för ljus, som sitter på TV:n/videon, avkodar ordern och
verkställer den. Den digitala överföringen tillåter att ett mycket stort antal
olika order kan utföras.
(Fakta: Nationalencyklopedin)
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
15
Inget rör sig snabbare än ljuset.
16
Redan år 1676 lyckades den danske astronomen Ole
Rømer mäta ljusets hastighet genom att observera
Jupitermånen Ios förmörkelser jämfört med Jordens
läge i förhållande till Jupiter. Genom århundradena
förfinades metoderna tills den Internationella Unionen
för Mått och Vikt år 1983 definierade måttenheten en
meter som den sträcka ljuset tillryggalägger i tomrum
på 1/299 792 458 sekund. Ljusets hastighet är alltså lite
drygt en miljard kilometer i timmen. Enligt relativitetsteorin kan ingen energi överföras med högre hastighet
än ljusets.
Jorden rör sig runt solen med en hastighet av 107 000
kilometer i timmen. Skulle denna drygt 937 miljoner kilometer långa sträcka göras med ljusets hastighet skulle varje år vara cirka 56 minuter långt. Nästan en kvart
för varje årstid alltså.
Relativitetsteorin, fysikalisk teori som beskriver rummets och tidens egenskaper. Den formulerades av Albert Einstein och utgör ett av den moderna
fysikens fundament som starkt har påverkat vår vetenskapliga världsbild.
Enligt relativitetsteorin finns en högsta möjlig hastighet som är ljusets hastighet i vakuum, c. Vidare beror tidsintervall mellan händelser, liksom
avstånd i rummet, på den relativa hastigheten mellan observatör och det
observerade. Klockor i rörelse går långsammare än klockor i vila, och föremål
i rörelse förkortas i rörelseriktningen. Den som återvänder efter en rymdfärd
har åldrats mindre än de som stannade kvar på jorden. Relativitetsteorin
säger också att massa, m, är en form av energi, E, som kan omvandlas till
andra energiformer enligt formeln E=mc2. (Fakta: Nationalencyklopedin)
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
17
Ljuset sprids, bryts,
reflekteras eller absorberas.
18
Olika saker händer när ljus möter materia – processer
som har fått stor användning både inom naturvetenskaplig forskning och i tekniska tillämpningar.
Att ljuset sprids är det vanligaste fenomenet.
Solnedgångens röda och himlens blå färg uppstår när
ljuset träffar luftmolekyler och andra små partiklar i
atmosfären. Havets blå färg kommer framför allt från
reflekterat himmelsljus. Består luften av damm eller
vätskepartiklar får vi en grå himmel.
När ljus passerar från ett medium till ett annat kan det
brytas, reflekteras och polariseras. Ljusets brytning i
ett prisma och regnbågens färgskiftningar är exempel
på detta.
Ljuset kan också absorberas vilket innebär att ljusets
energi tränger in i och upptas av den mötande materian. Klorofyll samlar exempelvis upp ljusenergi och
ser till att växter blir gröna.
Klorofyll, (fr. chlorophylle, av grek. chlaro´s »gulgrön«, »ljusgrön« och
phy´llon »blad«), sammanfattande namn på de gröna föreningar som deltar
i fotosyntesen i växter, alger, cyanobakterier och andra fotosyntetiska bakterier. Alla organismer som utvecklar syrgas genom fotosyntesen innehåller
klorofyll a. Växter innehåller dessutom klorofyll b. Klorofyll b deltar genom att
samla upp ljusenergi och avge till klorofyll a.
Fotosyntes, (nylatin photosy´nthesis), den process genom vilken växter, alger
och fototrofa bakterier omvandlar ljus till kemiskt bunden energi.
(Nationalencyklopedin)
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
19
Den oorganiserade glödlampan.
20
Foton är den minsta mängden elektromagnetisk strålningsenergi och vanligt ljus består av fotoner. Ljus från
exempelvis glödlampor är inkoherent. Det betyder att
många olika ljusfotoner oorganiserat sprids i många
riktningar samtidigt. Ljuset från en glödlampa består av
många färger med olika frekvenser som tillsammans
bildar ett vitt ljus. Detta ljus uppfattas också som suddigt på lite avstånd och dess styrka mattas av relativt
snart.
Glödlampor omvandlar bara ungefär en tiondel av den elektriska energin till
ljus. Resten blir värme. Lysrör däremot gör ljus av ungefär hälften av elströmmen. Därför är de billiga i drift. Det finns numera lysrörslampor som har samma fattning som glödlampor och kan användas på samma sätt.
(Nationalencyklopedin)
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
21
Det organiserade laserljuset.
22
Laser är en förkortning för Light Amplification by
Stimulated Emission of Radiation. Översatt till svenska
blir det ljusförstärkning genom stimulerad emission av
strålning.
Dessa två processer, ljusförstärkningen och emissionen
(utsändandet) av strålning är gemensamt för alla lasertyper.
Lasern genererar ett extremt rent ljus med en enda våglängd. Jämför med glödlampans många olika frekvenser. Ljuset från lasern är också koherent, ljusfotonerna
är identiska och svänger i takt och fas samtidigt som de
sprids i en gemensam riktning. Energin som denna
laserstråle levererar mäts med enheten watt.
Laserljus finns som högeffekts- och lågeffektslaser och
ljuset kan vara av alla färger, men även osynligt.
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
23
Lasertekniken är ett
halvt sekel gammal.
24
Redan Einstein på sin tid var inne på teorier som kom
att lägga grunden för dagens laserteknik. Det var dock
inte förrän 1960 som laser först visades upp då amerikanen Tomas Maiman demonstrerade sin rubinlaser. Man
fick fram en intensiv röd blixt ur en rubinstav och den
första lasern hade sett dagens ljus.
Efter rubinlasern kom gaslasern och på senare tid halvledarlasern eller diodlaser, den i dag mest använda lasertypen.
Vi kan alltså tacka Einstein för att snabbköpskassörskan så snabbt kan få reda på vad ett halvt kilo köttfärs
kommer att kosta oss.
Rubinlaser, kristallaser med kromjonerna i rubin som aktivt medium.
Gaslaser, lasertyp där det aktiva mediet utgörs av en atomär eller molekylär
gas. Gaslasrar av olika slag utnyttjar i allmänhet en elektrisk urladdning för
pumpprocessen. Höga pulsenergier eller kontinuerliga uteffekter på upp till
kilowattnivåer kan uppnås.
Diodlaser, halvledarlaser, diodliknande halvledararrangemang med dopat
material i vilket laserverkan kan uppkomma. Diodlasrar används i varje CDspelare, i streckkodsläsare i snabbköpskassor m.fl. vardagliga tillämpningar.
Färgämneslaser, våglängdsvariabel laser där det aktiva mediet utgörs av ett
organiskt färgämne. Bland tillämpningsområden kan nämnas kemisk analys,
undersökningar av atmosfärens luftföroreningar med laser-radar (lidar) och
laserbaserad isotopseparation.
(Fakta från Nationalencyklopedin)
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
25
Så fungerar en laser.
STRÅLNINGSMEDIUM
Glastub
Metallplatta, fungerar som
katod för att leda elektricitet
till gasblandningen
Gas in (ex. Helium/Neon)
100%
reflekterande
spegel
Delvis
transparent
spegel
Laserstråle
FÖRSTÄRKARE
Laserresonator eller
laserkavitet. Glasrör med
speglar i varje ände.
ENERGIKÄLLA
Elektrisk ström tillförs. När energi tillförs avger
katoden en elektrisk urladdning som ger upphov
till en spontan emission (utsändande av strålning)
som i sin tur bidrar till den stimulerade emission
som åstadkoms i förstärkaren.
26
Ljuset förstärks varje
gång det studsar mellan
speglarna
Laserstrålen som pressas ut
genom den delvis transparenta
spegeln består av fotoner med
samma frekvens, därav den
rena färgen. Fotonerna är också
identiska och svänger i takt
(de är koherenta) vilket gör ljusstrålen intensivare och den når
betydligt längre utan att förändras jämfört med vanligt ljus.
Oavsett vilken typ av laser man använder så består den
av en energikälla, ett strålningsmedium och en förstärkare. Bland gaslasrar är exemplevis en blandning
mellan helium och neon ett vanligt strålningsmedium.
Energikällan kan vara vanlig ström och förstärkaren
utgörs av två speglar.
Lasern kan liknas vid en glastub fylld med gas. Glastubens ändar är täckta med flata parallella speglar,
varav den ena är delvis transparent. När energi tillförs
avges en elektrisk urladdning som ger upphov till en
ljusstråle (en spontan emission). Denna ljusstråle bidrar
till en stimulerad emission, fler identiska parallella ljusstrålar skapas.
Ljusförstärkningen framställs genom att fotonerna studsar fram och tillbaka mellan speglarna samtidigt som de
ger upphov till nya stimulerade emissioner. Efter ett
dussintal varv mellan speglarna har flera miljarder fotoner bildats med sådan stor energi att de bildar en stråle
som tränger igenom den delvis transparenta spegeln.
På mindre än en miljondels sekund har energin som
tillfördes omvandlats till en intensiv laserstråle.
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
27
Ett ljus med styrka.
28
En laserstråle är ett ljus med två viktiga egenskaper –
det är koherent och monokromt. Det vill säga att ljusstrålarna är parallella och de har samma våglängd.
Medan vanligt ljus blir suddigt på håll så sprider laserljuset inte ut sig på samma sätt. Att ljusstrålarna är
parallella är viktigaste anledningen till laserljusets
styrka. Laserstrålar som inte drar mer ström än vanliga
glödlampor kan användas för att skära och bearbeta
material.
Är laserljus farligt för ögat?
I en handhållen scanner sitter en så kallad laserdiod som sänder ut rött ljus.
Det är dock ett mycket svagt laserljus och synen skadas inte, om man inte på
nära håll riktar scannern mot ögat. Inte heller ljuset från en laserpekare är
farligt. Laserljus kan vara skadligt, eftersom det är långt mer koncentrerat än
vanligt ljus, men på avstånd sprids laserljus som annat ljus och blr därför
mindre farligt. Innehåller luften damm eller andra små partiklar, kommer de
ytterligare att bidra till spridning av ljuset. Dessutom är ögat utrustat med
det som kallas skyddsreflex och därför kommer man oundvikligen att titta
bort om man bländas av en lasetstråle. Ur säkerhetssynpunkt skiljer man
mellan fyra klasser av laserljus och ljuset från scannrar och pekare hör till de
låga klasserna. Endast lasrar i klass 4 kan på allvar skada synen, men då är
det också fråga om verktyg som används vid operationer eller svetsning.
(Fakta från Illustrerad Vetenskap)
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
29
Laser inom vetenskapen.
30
Vetenskapen är i dag beroende av lasern. Stora avstånd
kan mätas upp med liten felmarginal och laser kan också användas för att undersöka kemiska reaktioner.
Exempelvis kan jordbävningar med stor sannolikhet
förutses genom observationer av kontinenternas olika
rörelser. Dessa observationer sker med hjälp av laserljus
som studsas på reflektorbärande satelliter. Jämförelser
med tidigare signaler visar förändringar i kontinenternas positioner.
Avståndet mellan jorden och månen mäts med hjälp av
laserljus som reflekteras mot en spegel som de första
astronauterna på månen placerade där. Tiden det tar för
det utsända ljuset att återvända multipliceras med ljushastigheten och avståndet registreras.
Atmosfärforskare använder laser för att undersöka
atmosfärens sammansättning, föroreningarnas transport, temperaturer och vindar. Tekniken bygger på att
ljuset sprids och reflekteras olika för olika ämnen.
Laserljus avslöjar också i detalj hur molekyler är
bundna, böjs, vibrerar och roterar. Den informationen
kan ge oss klarhet i kemiska reaktioner.
I någon form kommer lasertekniken till användning
inom all avancerad forskning.
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
31
Laser inom medicinen.
32
Tidigt insåg man att lasern kunde bli ett viktigt medicinskt verktyg. I dag använder man den på flera sätt
inom sjukvården. Man kan utnyttja den infraröda laserstrålens värmeutveckling och skära med den i vävnad.
Med lasrar som utsänder kraftiga pulser kan man förgasa vävnad, en metod som är viktig inom ögonkirurgi.
Med andra typer av lasrar kan man behandla hudmissfärgning och ta bort vårtor och tatueringar. Laser används också inom tandvården, och dessutom bland annat till att avlägsna tumörer, binda ihop blodådror och
nerver och till att avlägsna njursten.
Medicinsk laser. Det finns många olika typer av medicinsk laser:
Högeffektslaser används ofta för att skära, koagulera samt förånga vävnad.
Gruppen kallas också kirurgisk laser eftesom den kan ersätta skalpellen hos
en kirurg.
Lågeffektslaser (LLLT – Low Level Laser Treatment) används för att stimulera
cellers funktion. Den biologiska effekten är inte termisk som oftast är fallet
hos kirirgisk laser. Det rena ljuset hos en laser orsakar en fotokemisk reaktion
i cellerna. Laserns ljus absorberas av cellerna vilket stimulerar till ökad produktion av energiföreningar och bidrar till att cellens ursprungliga funktion
återställs, att smärta lindras och att läkning kan påskyndas. En lågnivålaser
är speciellt effektiv på de delar av kroppen där cellerna utsätts för stress.
(Fakta från European Clinic)
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
33
Laser inom industrin.
34
Inom industrin används laser till såväl produkter som
processer. Informationen på en CD-skiva både lagras
och läses med hjälp av laser. Tusentals spår med gropar
motsvarande ettor och släta partier motsvarande nollor
avläses med hjälp av laserstrålen. Den omvandlar informationen till digital data. Den digitala informationen
som transporteras via fiberoptik sänds med hjälp av laser där ettor motsvarar en puls och nollor inget ljus över
huvud taget.
Vapenindustrin använder lasern ibland annat målsökande robotar och bomber medan kärnkraftindustrin
använder högenergilaser till att framställa kärnreaktorbränsle. Uran 238 berikas till användbart uran 235 genom att energi i form av laserljus tillförs.
Vid byggnation och inom lantmäteriet används laser
som mätinstrument. Tekniken är samma som den som
rymdforskarna använder för att mäta avståndet till månen.
Inom bil- och metallindustrin används lasern till att
svetsa och skära olika metalldelar. En kraftig och intensiv laserstråle kan till och med smälta samman metallstycken.
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
35
Olika typer av laser.
36
Laser är alltså en optisk strålkälla som producerar ljusstrålar med energi som kan koncentreras till en sådan
intensitet att den kan utnyttjas som redskap inom en
mängd områden. De viktigaste för materialbearbetning
är att strålen är parallell och att ljuset har en bestämd
våglängd. Andra egenskaper av vikt är exempelvis uteffekt, energifördelning i strålen och pulsbarhet.
Lasern benämns vanligen efter vilken typ av lasermedium som används. Koldioxidlaser, neodymlaser och
helium-neonlaser är några av de vanligaste benämningarna. Inom de olika användningsområdena utnyttjar
lasern effekter från några milliwatt till flera tiotals
kilowatt.
Koldioxidlaser, kontinuerlig eller pulsad gaslaser som arbetar i det infraröda
området.
Neodymlaser, laser vars aktiva medium är trevärda neodymjoner inbäddade i
speciella kristallmaterial, t.ex. yttrium-aluminium-granat (YAG), eller i glas.
Lasern, som kan vara pulsad eller kontinuerlig, emitterar strålning vid ca 1 λm
våglängd.
Helium-neonlaser, typ av gaslaser. Kontinuerlig laserverkan erhålls genom att
en urladdning (typiskt 1 000 V, 10 mA) drivs genom ett glasrör innehållande
en förtunnad gasblandning av helium och neon (totaltryck ca 100 Pa).
Metastabila atomtillstånd i heliumatomen alstras, och via kollisioner överförs
deras energi till neonatomer. Då dessa genom stimulerad emission övergår till
lägre liggande energitillstånd uppkommer laserverkan inom den av två speglar bestående laserkavitet som innesluter urladdningsröret. Uteffekten är
oftast ett fåtal mW, i undantagsfall upp till 100 mW. (Nationalencyklopedin)
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
37
Laserbearbetning
med hög precision.
38
Om laserljuset fokuseras på en yta så kan den höga
energiintensiteten användas till att bearbeta materialet
som då förångas. På så sätt kan man skära konturer i
stålplåt, men metoden kan användas även på andra
svårbearbetade material som exempelvis keramik.
Fördelen med tekniken är framför allt att den ger ett
finare snitt (0,025 till 0,5 millimeter) och mindre värmepåverkan i arbetsmaterialet. Till fördelarna hör också
bland annat att skärriktningen kan ske i alla tänkbara
kombinationer av x- och y-led vilket skiljer metoden
från andra där man använder knivar eller sågar.
Bräckliga eller tunna delar kan skäras utan fixering.
Förutom skärning används laser inom industrin också
till bland annat svetsning och materialhärdning.
Laserbearbetning, fokusering av laserljus på en yta så att den höga energiintensiteten kan användas till att bearbeta (förånga) materialet. Metoden används inom verkstadsindustrin för att skära t.ex. stålplåt till olika konturer.
Den ersätter ofta konventionell gasskärning och ger finare snitt och mindre
värmepåverkad zon i arbetsmaterialet. Med laserbearbetning kan även vissa
annars svårbearbetade material, t.ex. keramer, skäras.
Lasersvetsning, svetsmetod för tunnare metall och plast där erforderligt
svetsvärme genereras av en högenergilaser. Lasersvetsning ger svetsförband
med mycket hög precision och är en metod på snabb frammarsch.
Laserhärdning, användning av laserljusets höga energiinnehåll för att ge
metaller önskade ytegenskaper. Med denna metod kan tunna ytskikt snabbt
hettas upp och kylas av, varvid materialet härdas.
(Fakta från Nationalencyklopedin)
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
39
Lasersvetsning.
40
Under senare år har tekniken att svetsa med hjälp av
laser utvecklats. Fördelarna jämfört med traditionell
svetsning är flera; minskade värmeskador större precision, inget tillsatsmaterial och det är lättare att svetsa
på svåråtkomliga ställen. Lasertekniken används från
mikrosvetsning av elektronik till svetsning av tunga
maskindetaljer. Lämpligt att lasersvetsa kan vara detaljer i rostfritt eller härdat material, komponenter som
kräver hög precision och svetsning i normalt svårsvetsat material som till exempel tantal, titan, zirkonium
etcetera.
Tantal, efter grekiska mytologins Tantalos, metalliskt grundämne i periodiska
systemets grupp 5, besläktat med vanadin och niob, kemiskt tecken Ta.
Titan, namngivet efter titanerna, i grekisk mytologi tolv odödliga barn till
Uranos (Himlen) och Gaia (Jorden), grundämne, lättmetall, homolog till zirkonium och hafnium i periodiska systemets grupp 4 (titangruppen), kemiskt
tecken Ti. Titan är en stålglänsande metall. Den kan lätt bearbetas vid rumstemperatur till folie, tråd och rör. Metallen används i flygplan, rymdfarkoster,
flygmotorer och fartyg (särskilt ubåtar) och som behållare för utbränt kärnbränsle. Används även till smycken tillsammans med silver och guld.
Zirkonium, metalliskt grundämne i periodiska systemets grupp 4, titangruppen, kemiskt tecken Zr.
(Fakta från Nationalencyklopedin)
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
41
Andra användningsområden
för laser inom industrin.
42
Lasermärkning finns inom de flesta industribranscher.
Lasergravering kan användas för exempelvis tillverkning av verktyg för tillverkning av modellbilar och modelltåg. Borrning med hjälp av laser är vanlig framför
allt inom flyg- och rymdindustrin med dess krav på
avancerad och rationell bearbetning av motorkomponenter. Laser är också utmärkt för tillverkning av prototyper i plast eller metall, en tillverkning som ofta är
speciell och sker i korta serier.
Rymdteknik, teknik för att bygga och sända upp bemannade och obemannade farkoster i rymden i syfte att utnyttja eller utforska den.
Rymdfart, färd med bemannad eller obemannad rymdfarkost mellan himlakroppar eller i kretsbana kring dem. Mer än 250 personer har gjort rymdfärder. Den första bemannade genomfördes av Sovjetunionens Jurij Gagarin 12
april 1961 och inledde ett intensivt skede av bemannad rymdfart som kulminerade med den amerikanska landningen på månen med Apollo 11 i juli 1969
och de därpå följande fem månfärderna. Tolv personer har varit på månen.
(Fakta från Nationalencyklopedin)
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
43
Laserskärning – så går det till.
Laserljus
Skärgas
Lins
Skärmunstycke
Fokus för laserstrålen
Skärgasstråle
Smält eller
stelnat lager
Arbetsstycke
Skärriktning
Snittskåran
Slaggstråle (järn och järnoxid
44
Internationellt används laser inom industrin för skärning, märkning, svetsning och mikrobearbetning.
Verksamheten i Sverige domineras av skärning framför
allt i metaller. Skärning av tjockt material där den praktiska gränsen för stålplåt ligger på cirka 25 millimeter.
Skärningen går till så att laserstrålen, med hjälp av
speglar eller fiberoptik riktas mot skärhuvudet. Där
fokuseras den via en lins till en liten punkt nära ytan
på arbetsstycket. Den intensiva ljusstrålen smälter eller
förångar materialet i den exponerade punkten och ett
smalt snitt bildas när arbetsstycket flyttas åt sidan.
Ett bra lasersnitt har bra rätvinklighet, hög ytjämnhet
och saknar skägg i underkanten. I och med att den
värmepåverkade zonen i materialet är smal får detaljerna små deformationer.
Laserskärning är en kostnadseffektiv process med låga
drifts- och handhavandekostnader där flexibiliteten och
precisionen är maximal. Materialutnyttjandet är högt
eftersom detaljerna taggas in i varandra. Vinsterna med
att skära med laser gör den till ett attraktivt alternativ
jämfört med traditionella skärande metoder.
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
45
Olika typer av skärgas.
46
I skärhuvudet, mellan linsen och arbetsstycket, finns
en gaskammare med ett munstycke placerat ovanför
arbetsstycket. Munstycket ger ett gasflöde som är
koaxialt med laserstrålen.
Skärgasen som tillförs laserstrålen är oftast syrgas, luft
eller kvävgas/argon och den har flera uppgifter. Den
skyddar fokuseringslinsen från materialstänk och blåser bort smält och förångat material. Används syrgas
förstärks skärprocessen genom oxidering och förbränning av det upphettade materialet. Används kvävgas
skyddas arbetsstyckets snittytor mot oxidation.
Valet av skärgas beror på vilket material som ska skäras, krav på snittkvalitet, skärhastighet och produktionsekonomi.
Syre, (en försvenskning av fr. oxygène, jfr oxygen), oxygen, gasformigt
grundämne hörande till syregruppen (kalkogenerna) i periodiska systemets
grupp 16, kemiskt tecken O, som syrgas O2.
Kväve, nitrogen, gasformigt grundämne i periodiska systemets grupp 15,
huvudbeståndsdel i atmosfären, kemiskt tecken N, som kvävgas N2.
(Fakta från Nationalencyklopedin)
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
47
Val av skärgas.
48
Oxygen är den dominerande gasen för skärning av kolstål. Materialet reagerar med gasen på så sätt att ökad
värme uppstår och genom den reaktionen kan en hög
skärhastighet uppnås. Nackdelen är oxiderade snittytor
vilket kan ställa till problem vid exempelvis pulverlackering.
Nitrogen reagerar inte med materialet och används därför vid skärning av rostfritt stål. Skärhastigheten är
lägre, men snittytorna blir renare utan oxidbeläggningar, vilket är nödvändigt för att förhindra rost i det
rostfria materialet. Nitrogen kräver högre lasereffekt än
oxygengas vilket större åtgång av såväl gas som energi.
Argon används ofta vid skärning av metaller som titan
och zirkonium. De reagerar häftigt i kontakt med oxygen och är känsliga för kontakter med nitrogen.
Ställs speciella krav på snittkvaliteten kan man använda blandningar av gaser. Nitrogen och hydrogen ger en
jämn snittyta i eloxerat aluminiummaterial. Nitrogenoxygenblandningar kan användas för att öka skärhastigheten i aluminiumlegeringar. Argon-helium används
för högeffektiv skärning av titan och zirkonium.
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
49
Kunskap om teknik och material
är avgörande för resultatet.
50
Laserskärning ger möjlighet till mycket hög kvalitet på
det bearbetade materialet, men kraven på den som ska
utföra arbetet är stora. Det krävs ett optimalt samspel
mellan laserkällan, fokuseringssystemet, skärgastillförseln, materialet och programmeringen av skärbanorna
för att resultatet ska bli lyckat. En god kunskap om
laserteknik och skärprocessen är en förutsättning för
att kunna utnyttja tekniken optimalt.
Duktiga laseroperatörer ger högre produktivitet och i
Sverige utbildas produktionspersonal i laserskärteknik
ända uppe på högskolenivå.
Som laseroperatör arbetar du med programmering och drift av NC-styrda
lasersystem. Du som söker skall ha tekniskt gymnasium eller motsvarande
erfarenhet samt kunskaper om CNC- programmering. Kunskaper i materiallära är meriterande. Du skall god känsla för kvalitet och kundens behov.
Du är kunnig i ritningsläsning och är flexibel, noggrann, ansvarsfull samt
tycker om att arbeta i både grupp som självständigt.
(Ur annons från bemanningsföretaget Bemannus)
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
51
Vad kan man skära
med laser?
52
Med laser kan man skära med både hög precision och
hastighet. Fördelarna jämfört med klippning och stansning eller konventionell gasskärning är liten formförändring, spänningsfria och gradfria snitt, liten värmepåverkad zon, små materialförluster och en bullerfri
bearbetning.
Många olika typer av material kan laserskäras. Metaller
som kolstål, rostfria stål, verktygsstål, aluminiumlegeringar, titanlegeringar, kopparlegeringar, wolfram, molybden, guld och silver. Organiska material som gummi,
kompositer, läder, trä, papper och textilier. Oorganiskt
material som kvarts, glas och keramik.
Det är nog inte bara materialet till vindsurfingbrädan
som skurits till med hjälp av laser, seglet är förmodligen
också laserskuret.
Vindsurfing, brädsegling (eng. windsurfing), en tävlings- och fritidssport där
seglaren står på en bräda, akter om dess mast, och håller riggen med ett
grepp om bommen. Segelbrädan som utvecklades från vågsurfbrädan på
USAs västkust på 1960-talet, tillverkas numera vanligen i skumfylld armerad
plast. Riggen består av ett segel med en area av 3– 9 kvm på en mast med en
i alla riktningar vridbar led i mastfoten samt en tudelad bom som sträcker ut
seglet. Under brädan finns akterut en fast fena och längre förut oftast ett
uppfällbart centerbord. Brädan styrs med hjälp dels av vinden, genom att
riggen fälls framåt eller bakåt, dels av vattnet, genom att brädan kantställs.
Funboard-klassen seglas i tre former: bansegling, slalom och vågsegling; de
två senare på kortare brädor utan centerbord. Regattaklasserna seglas på
dels olympisk bana, dels sjubojarsbana. (Nationalencyklopedin)
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
53
Den bästa metoden.
54
Att skära med laser är den bästa metoden för serie- och
stycktillverkning av detaljer för många olika produkter.
Lasertekniken klarar figurer och former som man aldrig
kan uppnå med någon annan metod och erbjuder
obegränsade möjligheter både vad gäller konstruktion,
kapacitet och materialval.
Laserskärning är också en teknik som klarar snabba
omställningar och måttändringar och därför ger stor
flexibilitet i produktionen. Snitten är gradfria och det
finns stor frihet vid detaljutformningen. Materialet behöver heller inte efterbearbetas vilket sparar arbetstid.
Stål, legering med järn som huvudbeståndsdel och en kolhalt mindre än två
procent. Det vanligaste legeringsämnet i stål är kol. Kolinnehållet gör att stålet kan härdas till önskvärd hårdhet genom lämplig värmebehandling. Om
kolhalten i en järnlegering är högre än två procent talar man istället om gjutjärn, tackjärn eller råjärn. Stål är det i särklass viktigaste och mest producerade metalliska materialet. Det som gör stål så användbart är att det relativt
billigt kan framställas med en mängd olika egenskaper, beroende på vilka legeringsämnen som tillsätts. En kromtillsats på över 13 procent ger t.ex. rostbeständighet under normala betingelser.
Stålen kan indelas efter många olika principer. I kommersiella sammanhang
skiljer man mellan handelsstål och specialstål. Handelsstål (t.ex. många konstruktionsstål) har låga halter av legeringsämnen och är billigare än specialstål (t.ex. rostfritt stål och verktygsstål) som har högre halt av legeringsämnen. Efter användningen talar man om t.ex. byggnadsstål, konstruktionsstål,
verktygsstål, fjäderstål, rostfritt stål, syrabeständigt stål eller djuppressningsstål.. (Nationalencyklopedin)
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
55
Vad kan vi göra för dig?
56
Häfla Bruk är din nya samarbetspartner när det gäller
laserskärning. Vi har, med vår erfarenhet och kunskap,
förutsättningar att utnyttja tekniken optimalt. Vi har
investerat i marknadens modernaste laserskärningsmaskiner och alla delar i vår produktion är under noggrann kvalitetskontroll. Vår kunniga personal står redo
att hjälpa dig med dina önskemål när det gäller laserskärning av stål.
Vad kan vi göra för dig?
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
57
58
Produkter från Häfla Bruk:
Gallerdurk
Lättdurk
Raka trappor
Spiraltrappor
Designade trappor
Ramper
Räcken
Sträckmetall
Maskinskydd
Garage, förråd och staket
Entrégaller
Takprodukter
Varmförzinkning
Laserskärning
Häfla Bruks AB – www.hafla.se
59
RUDIN & CO REKLAMBYRÅ
0606
610 14 Rejmyre, Sweden
Tel 0151-52 40 00. Fax 0151-52 4 040
[email protected] www.hafla.se