Giriş:
Derin nüfuziyetli lazer kaynağını duydunuz mu? Derin Nüfuziyetli Lazer Kaynağı gelişmiş bir kaynak tekniğidir. Derin Nüfuziyetli Lazer Kaynağı (DPLW), tipik olarak metaller olmak üzere çeşitli malzemelerde derin ve dar kaynak dikişleri oluşturmak için yüksek enerjili bir lazer ışını kullanır. Bu yazıda, nasıl çalıştığını ve artılarını ve eksilerini inceleyeceğiz.
Lazer Kaynak Prensibi
Sürekli veya darbeli lazer ışınları lazer kaynağı sağlayabilir. Lazer kaynağının prensibi, ısı iletim kaynağı ve lazer derin penetrasyon kaynağı olarak ikiye ayrılabilir.
- Güç yoğunluğu 104~105 W/cm2'den az olduğunda, ısı iletim kaynağıdır. Şu anda, nüfuz derinliği sığdır ve kaynak hızı yavaştır;
- Güç yoğunluğu 105~107 W/cm2'den büyük olduğunda, metal yüzey ısıtılarak "oyuklara" gömülür ve derin nüfuziyet kaynağı oluşturur. Hızlı kaynak hızı ve büyük bir en-boy oranı özelliklerine sahiptir.
Isı iletimli lazer kaynağının prensibi, lazer radyasyonunun işlenecek yüzeyi ısıtmasıdır. Ve yüzey ısısı, ısı iletimi yoluyla içeriye yayılır. Lazer darbe genişliği, enerji, tepe gücü ve tekrarlama frekansı gibi lazer parametrelerini kontrol ederek, iş parçası belirli bir erimiş havuz oluşturmak için eritilir. Dişli ve metalurjik ince levha kaynağı için kullanılan lazer kaynak makinesi esas olarak derin penetrasyonlu lazer kaynağını içerir.
Aşağıda derin nüfuziyetli lazer kaynağı prensibine odaklanılmaktadır.
Derin Penetrasyon Lazer Kaynağı Prensibi
Lazer derin nüfuziyet kaynağı, malzemelerin bağlantısını tamamlamak için genellikle sürekli lazer ışınları kullanır. Metalürjik fiziksel süreci elektron ışını kaynağına çok benzer. Enerji dönüşüm mekanizması "anahtar deliği" yapısı aracılığıyla tamamlanır. Yeterince yüksek güç yoğunluklu lazer ışınımı altında, malzeme buharlaşır ve küçük gözenekler oluşturur. Buharla dolu bu küçük delik, gelen ışının neredeyse tüm enerjisini emen bir kara cisim gibidir. Boşluktaki denge sıcaklığı yaklaşık 2500°C'ye ulaşır. Isı, boşluğu çevreleyen metali eritmek için yüksek sıcaklıktaki boşluğun dış duvarından iletilir.
Küçük delik, ışının ışınlaması altında duvar malzemesinin sürekli buharlaşmasıyla oluşan yüksek sıcaklıktaki buharla doldurulur. Küçük deliğin duvarları erimiş metal ile çevrilidir. Sıvı metal katı malzemelerle çevrilidir (çoğu geleneksel kaynak işleminde ve lazer iletim kaynağında, enerji önce iş parçasının yüzeyinde biriktirilir ve daha sonra iletim yoluyla iç kısma taşınır).
Gözenek duvarının dışındaki sıvı akışı ve duvar katmanının yüzey gerilimi, gözenek boşluğunda sürekli olarak üretilen buhar basıncı ile dinamik bir denge sağlar. Işın sürekli olarak küçük deliğe girer ve malzeme küçük delikten akar. Işın hareket ettikçe, küçük delik her zaman kararlı bir akış durumundadır. Yani, küçük delik ve deliği çevreleyen erimiş metal, önde giden ışının ileri hızıyla ilerleyecek ve erimiş metal küçük delik tarafından bırakılan boşluğu dolduracak ve buna göre yoğunlaşacak, böylece kaynak oluşacaktır.
Derin Penetrasyon Lazer Kaynağının Özellikleri
1) Yüksek en-boy oranı
Erimiş metal, sıcak buharın silindirik boşluğu etrafında oluşup iş parçasına doğru uzandıkça kaynak derinleşir ve daralır.
2) Minimum ısı girişi
Küçük delikteki sıcaklık çok yüksek olduğundan, eritme işlemi son derece hızlı gerçekleşir, iş parçasına ısı girişi çok düşüktür ve termal deformasyon ve ısıdan etkilenen bölge küçüktür.
3) Yüksek yoğunluk
Çünkü yüksek sıcaklıktaki buharla dolu küçük gözenekler, kaynak havuzunun çalkalanmasına ve gaz kaçışına elverişlidir, bu da gözeneksiz bir penetrasyon kaynağı ile sonuçlanır. Kaynak sonrası yüksek soğutma hızı, kaynak yapısını kolayca daha ince hale getirebilir.
4) Güçlü kaynaklar
Alevli ısı kaynağı ve metalik olmayan bileşenlerin yeterli emilimi nedeniyle, kirlilik içeriği azalır ve erimiş havuzdaki inklüzyonların boyutu ve dağılımı değişir. Kaynak işlemi elektrot veya dolgu teli gerektirmez ve erime bölgesi daha az kirlenir, böylece kaynağın mukavemeti ve tokluğu en azından ana metalinkine eşit veya hatta daha yüksek olur.
5) Hassas kontrol
Odaklanan ışık noktası küçük olduğundan, kaynak dikişi yüksek hassasiyetle konumlandırılabilir. Lazer çıkışının "ataleti" yoktur, yüksek hızda durdurulabilir ve yeniden başlatılabilir. Karmaşık iş parçası, sayısal kontrol ışın hareketi teknolojisi ile kaynaklanabilir.
6) Temassız atmosferik kaynak işlemi
Enerji foton ışınından gelir, iş parçası ile fiziksel temas yoktur. Dolayısıyla iş parçasına herhangi bir dış kuvvet uygulanmaz. Ayrıca manyetizma ve hava lazer ışığını etkilemez.
Derin Penetrasyon Lazer Kaynağının Avantaj ve Dezavantajları
Avantajlar
1) Odaklanmış lazer, geleneksel yöntemlerden çok daha yüksek bir güç yoğunluğuna sahiptir. Bu nedenle kaynak hızı hızlıdır ve ısıdan etkilenen bölge ve deformasyon küçüktür. Titanyum gibi kaynaklanması zor malzemeler de kaynaklanabilir.
2) Işık demetinin iletilmesi ve kontrolü kolaydır, torç ve nozulu sık sık değiştirmeye gerek yoktur. Elektron ışını kaynağı için vakum gerekmez. Bu, yardımcı duruş süresini önemli ölçüde azaltır. Dolayısıyla yük faktörü ve üretim verimliliği yüksektir.
3) Arıtma etkisi ve yüksek soğutma hızı nedeniyle kaynak mukavemeti, tokluk ve kapsamlı performans yüksektir.
4) Düşük ortalama ısı girişi ve yüksek işleme hassasiyeti nedeniyle, yeniden işleme maliyeti azaltılabilir; ayrıca, lazer kaynağının işletme maliyeti de düşüktür, bu da iş parçası işleme maliyetini azaltabilir.
5) Işın yoğunluğunu ve ince konumlandırmayı etkili bir şekilde kontrol edebilir, bu da otomatik çalışmayı gerçekleştirmeyi kolaylaştırır.
Dezavantajlar
1) Kaynak derinliği sınırlıdır.
2) İş parçasının montaj gereksinimleri yüksektir.
3) Lazer sistemine yapılan tek seferlik yatırım nispeten yüksektir.