Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Design of Experiment for Laser cutting in Superalloy Haynes 282
Karlstad University, Faculty of Health, Science and Technology (starting 2013), Department of Engineering and Physics, Science, Mathematics and Engineering Education Research.
2016 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

This project aims to investigate the effect of varying different laser cutting parameters on the laser cut surface. The parameters that were varied were cutting speed, beam effect, gas pressure and focal point. The statistical method Design of Experiment was used to plan the experiments and two full factorial test plans were set up, one with argon as cooling and protective gas and one with nitrogen. Sheet metal consisting of the superalloy HAYNES ® 282 with a thickness of 2,54 mm was investigated. Samples from the material were cut with different laser cutting parameters according to the test plans. The samples were evaluated by measuring cracks, recast layer thickness, surface irregularity, burr height and distance to beam deflection point on the cut surface. The resulting data was inserted as responses into the statistical program Modde 10.1 for analysis.

Modde 10.1 provided models of high significance for the responses of Recast layer, Tav; Recast layer, Tmax; Burrheight, max and Distance to deflection point for the argon series and Recast layer, Tav and Recast layer, Tmax for the nitrogen series.

The results showed that both recast layer thickness and burr height decreases with increased values of cutting speed, gas pressure and focal point as well as decreased values of beam effect within the parameter window investigated. They also showed that distance to deflection point increased with increasing values of gas pressure and focal point and with decreased values of cutting speed and beam effect within the parameter window.

The results also showed that for the samples cut with argon as cooling and assistant gas the parameters that affects the recast layer thickness the most are focal point and gas pressure, whereas for the nitrogen series it is gas pressure and beam effect. The parameter with greatest effect on burr height is the cutting speed and for the distance to deflection point it is focal point and gas pressure that have the greatest effect.

When comparing the argon and the nitrogen series to each other it can be seen that the argon series generate less recast layer from the entry of the cut until between 60 – 80 % into the cut, after which the argon series bypasses the nitrogen series in amount of recast layer produced in the cutting process in the majority of the places measured.

Abstract [sv]

Projektet syftar till att undersöka effekten på den laserskurna ytan då laserskärningsparametrar varieras. Parametrarna som varierades var skärhastighet, lasereffekt, gastryck och fokalpunkt. Den statistiska metoden Design of Experiments användes för att planera experimenten. Två stycken fullskaligt faktoriella försöksplaner skapades, en med argon som skärgas och en med kväve som skärgas. Undersökningen gjordes på plåt bestående av superlegeringen HAYNES ® 282 med en tjocklek på 2,54 mm. Provbitar från materialet skars ut utifrån försöksplanerna med olika laserinställningar under skärprocessen. Provbitarna utvärderades genom att mäta sprickor, tjockleken på det omsmälta materialet, ytojämnheten, gradhöjden och avståndet till laserstrålens avböjningspunkt på den laserskurna ytan. Resultaten användes för analys i det statistiska programmet Modde 10.1.

Modde 10.1 bidrog med modeller av hög signifikans för responserna Recast layer, Tav; Recast layer, Tmax; Burrheight, max and Distance to deflection point för argonserien och Recast layer, Tav och Recast layer, Tmax för kväveserien.

Resultaten visar att både tjockleken på omsmält material och gradhöjden avtar med ökande värden på skärhastighet, gastryck och fokalpunkt samt minskande värden på lasereffekt inom det undersökta parameterfönstret. De visade också att till laserstrålens avböjningspunkt på den laserskurna ytan ökade med ökande värden på gastryck och fokalpunkt och med minskande värden på skärhastighet och lasereffekt inom parameterfönstret.

Resultaten visade också att de parametrar som i störst utsträckning påverkar tjockleken på det omsmälta materialet för provbitarna i argonserien är fokalpunkt och gastryck, medan det för kväveserien är gastryck och lasereffekt. Parametern som har högst inverkar på gradhöjden är skärhastigheten, medan fokalpunkt och gastryck har störst effekt på avståndet till laserstrålens avböjningspunkt på den laserskurna ytan.

Om kväveserien och argonserien jämförs med varandra kan det observeras att argonserien generellt genererar mindre omsmält material än kväveserien från det att laserstrålen träder in i materialet till dess att den är mellan 60 och 80 % in i snittet, vartefter argonserien går förbi kväveserien i mängd omsmält material på majoriteten av mätställen.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , 85 p.
Keyword [en]
DOE, laser cutting, Haynes 282, superalloy, nitrogen, argon
National Category
Metallurgy and Metallic Materials
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kau:diva-44516OAI: oai:DiVA.org:kau-44516DiVA: diva2:950713
External cooperation
GKN Aerospace Sweden AB
Subject / course
Mechanical Engineering
Educational program
Engineering: Mechanical Engineering, spec. in Materials Engineering (300 ECTS credits)
Supervisors
Examiners
Available from: 2016-08-16 Created: 2016-07-20 Last updated: 2016-08-16Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Design of Experiment for Laser cutting in Superalloy Haynes 282(4406 kB)9 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 4406 kBChecksum SHA-512
e2193e95dad8c0871af287e1733ddf7b73a38f1aac94fcd2b6643dab0fcdafc7b66c9e7047f3c4aaad3a5ab541bc6931c0dced1b6a7d1fce977e112f72cb1f20
Type fulltextMimetype application/pdf
PÖ, examensarbete(2802 kB)0 downloads
File information
File name FULLTEXT02.jpgFile size 2802 kBChecksum SHA-512
6200cf11b4d20a402164e5f0cbe23848621ec517e311b94a8091c2ca7b13873912a8e288ef6fa78c5f651ed52be8a209cfa24da3b171058ceb77c0ef6b83b570
Type fulltextMimetype image/jpeg

By organisation
Science, Mathematics and Engineering Education Research
Metallurgy and Metallic Materials

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 9 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 17 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link