Master's Thesis

Surface hardening by laser using beam oscillation (wobble)

Final Thesis 5.13 MB Appendix 7.89 MB

Author of thesis: Bc. Tomáš Knápek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. RNDr. Libor Mrňa, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jaroslav Kubíček, IWE

Abstract:

This thesis addresses the topic of laser surface hardening using beam oscillation, known as
“wobble.” The introductory chapter provides an overview of the theoretical foundations of the
work, which will help the reader better understand the essence of the thesis. This is followed
by a description of the practical experiment, in which a YLS-600 fiber laser was used in
combination with an ABB IRB 2400 robotic arm. This was followed by an evaluation of a set
of surface-hardened chromium steel samples, from which metallographic sections were
prepared, allowing for an assessment of the quality of the hardened surface as well as the
material’s hardness. The conclusion of the thesis includes a technical and economic evaluation
aimed at demonstrating the effectiveness of the selected surface hardening method.

Keywords:

surface hardening, laser, wobble, beam oscillation, steel 17 022

Date of defence

18.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Diplomant seznámil komisi s obsahem a výsledky své diplomové práce a zodpověděl otázky vedoucího, oponenta a dalších členů komise. V průběhu obhajoby byly zodpovězeny následující doplňující otázky: 1. Blíže popište metodiku provedených experimentů. Jaká byla opakovatelnost výsledků? částečně zodpovězeno 2. Z čeho jste vycházel při stanovení hodinové sazby? zodpovězeno 3. Jaká je doba návratnosti investice do strojního zařízení v běžné praxi? částečně zodpovězeno 4. Jaké je využití Vašich výsledků v praxi? částečně zodpovězeno Otázky členů komise byly částečně zodpovězeny.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Manufacturing Technology

Study programme

Manufacturing Technology (N-STG-K)

Specialization

Manufacturing Technology and Management in Industry (STM)

Composition of Committee

doc. Ing. Karel Kouřil, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Miroslav Jopek, Ph.D. (místopředseda)
doc. RNDr. Libor Mrňa, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jan Řehoř, Ph.D. (člen)
Ing. Michael Fafílek, Ph.D. (člen)
Ing. Martina Sasínková, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Dvořáček, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. RNDr. Libor Mrňa, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá moderní technologií povrchového kalení materiálů laserem. Specifické je zde využití laserové svařovací hlavy s oscilací svazku. V tomto případě je právě tzv. wobble režim využit pro zvětšení laserového spotu a tím snížení plošné intenzity záření vhodné pro povrchové kalení. V průběhu semestru byl Bc. Tomáš Knápek vcelku aktivní, v rámci konzultací byla probírána metodika experimentu, metody vyhodnocení a celková koncepce diplomové práce. Experimentální práce a vyhodnocení byly provedeny na ÚPT AV ČR, student se účastnil všech těchto aktivit. Stanovené cíle práce považuji za splněné ve všech bodech.

Při řešení uplatnil student vcelku pragmatický přístup, v závěru provedl zhodnocení dosažených výsledků jak z hlediska technického, tak z hlediska ekonomického. Práci proto doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu C

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Jaroslav Kubíček, IWE

Diplomová práce Bc. Tomáše Knápka s názvem „Povrchové kalení laserem s využitím oscilace svazku (wobble)“ obsahuje 43 stran textu, obrázků a celkem 6 videopříloh. V úvodní části je proveden rozbor zadání a vlastní studie zaměřená na laserové technologie, kalení, přípravu vzorků, měření tvrdosti, ale velmi obecně, bez návaznosti na experimentální práci. Kapitola 2.8 popisuje základní materiál ocel X20Cr13 kde u hodnoty tvrdosti by měl být uveden stav tepelného zpracování – žíhání na měkko. Diagram obr.16 Fe-C je určen pro uhlíkové oceli a ne pro vysokolegované korozivzdorné, pro které je určen Schaefflerův diagram. Experimentální práce byla zaměřena na povrchové kalení rozkmitáním na tři oscilační křivky. V práci není uveden rozměr zkušebního vzorku, délka kalené oblasti a také zda byl vzorek po každé kalící stopě ochlazen na teplotu okolí a jak. V experimentu nebylo povrchově kaleno 14 vzorků, ale jeden vzorek se 14 kalenými stopami. Jednotlivé stopy byly hodnoceny měřením tvrdosti a tvaru stopy ohřátého materiálu. Podle povrchového reliéfu je vizuálně viditelné, že většina stop byla ohřáta nad teplotu tavení oceli, o čemž svědčí i dendritická stavba povrchu. Měření tvrdosti je vypovídající o průběhu prokalení ho hloubky. Zajímavé by bylo také měření v určité hloubce rovnoběžné s povrchem, zvláště u překrytí kalených stop. Postrádám v přílohách materiálový list oceli X20Cr13. Závěrečná část experimentu ekonomickému vyhodnocení při nasazení technologie kalení laserem. Je provedena správně, jen o 50% skutečném záření laseru v pracovní době můžeme polemizovat.

DP má celkově průměrnou úroveň, je psána technicky správně, bez překlepů a má dostatečnou obrázkovou dokumentací. Diplomant prokázal schopnost samostatné odborné práce. DP doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti D
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Vyhledejte materiálový list X20Cr13.
  2. Uvádíte zmrazování některých kalených ocelí, jaký je hlavní důvod?
  3. Je možné laserem kalit tenké průřezy?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová