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
8 Att använda ljus som ett verktyg.
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
10 Varde ljus.
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
12 Ljus är vågor som syns.
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
14 Våglängden avgör ljusets färg.
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
16 Inget rör sig snabbare än ljuset.
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=mc 2. (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
20 Den oorganiserade glödlampan.
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
22 Det organiserade laserljuset.
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. Glastub 100% reflekterande spegel STRÅLNINGSMEDIUM Gas in (ex. Helium/Neon) Metallplatta, fungerar som katod för att leda elektricitet till gasblandningen Delvis transparent spegel Laserstråle 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. FÖRSTÄRKARE Laserresonator eller laserkavitet. Glasrör med speglar i varje ände. 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. 26
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
28 Ett ljus med styrka.
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
30 Laser inom vetenskapen.
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
32 Laser inom medicinen.
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
34 Laser inom industrin.
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
36 Olika typer av laser.
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
38 Laserbearbetning med hög precision.
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 Lins Skärgas 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
46 Olika typer av skärgas.
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 O 2. Kväve, nitrogen, gasformigt grundämne i periodiska systemets grupp 15, huvudbeståndsdel i atmosfären, kemiskt tecken N, som kvävgas N 2. (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