Giriş:
Lazer kaynak, malzemeleri birleştirmek için lazer olarak bilinen son derece odaklanmış bir ışık enerjisi demeti kullanan bir işlemdir. Peki, lazer kaynak nasıl çalışır? Bu makale size cevabı verecektir.
Nasıl? lazer kaynak İş mi?
1. Lazer Işınının Üretimi
İşlem, genellikle bir lazer rezonatöründen gelen yüksek yoğunluklu bir tutarlı ışık demeti üretmekle başlar. Lazer ışını, katı hal, gaz veya fiber lazerler gibi farklı lazerler kullanılarak üretilebilir.
2. Lazer Işınını Odaklama
Üretildikten sonra, lazer ışını küçük ve yoğun bir noktaya odaklanmak için bir dizi ayna ve merceğe yönlendirilir. Bu odaklanma çok önemlidir. Lazer ışınının enerji yoğunluğunu artırarak, etkileşime girdiği malzemeyi eritmesine veya buharlaştırmasına olanak tanır.
3. Malzeme Hazırlığı
Kaynaktan önce birleştirilecek malzemeler temizlenerek ve düzgün bir şekilde konumlandırılarak hazırlanır. Yüzey hazırlığı, uygun bağlanma ve kaynak kalitesinin sağlanması için önemlidir.
4. Kaynak İşlemi
Odaklanmış lazer ışını, kaynak yapılacak malzemeler arasındaki bağlantıya yönlendirilir. Yoğun ışın yüzeye çarptığında, malzemeyi hızla ısıtır, eritir veya buharlaştırır. Üretilen ısı yerelleştirilir ve çevredeki malzemenin ısıdan etkilenen bölgesi (HAZ) en aza indirilir.
5. Malzemelerin Birleştirilmesi
Malzeme eridikçe veya buharlaştıkça, eklem arayüzünde erimiş bir havuz oluşturur. Erimiş malzeme soğur ve katılaşır, malzemeler arasında bir füzyon bağı oluşturur. Lazer ışını, tüm uzunluğu kaynaklamak için eklem boyunca hareket ettirilir.
6. Kontrol ve İzleme
Lazer kaynak işlemleri genellikle güç, ışın odağı ve hız parametrelerini kontrol etmek için sensörler ve izleme sistemleri içerir. Bu, kaynak işlemi üzerinde hassas kontrol sağlar ve tutarlı kalitenin korunmasına yardımcı olur.
Lazer kaynak işleminin önemli parametreleri
1. Güç yoğunluğu
Güç yoğunluğu, lazer işlemedeki en kritik parametrelerden biridir. Daha yüksek bir güç yoğunluğu kullanılarak, yüzey tabakası bir mikro saniye içinde kaynama noktasına kadar ısıtılabilir ve bu da kapsamlı buharlaşmayla sonuçlanır. Bu nedenle, yüksek güç yoğunluğu delme, kesme ve gravür gibi malzeme çıkarma işlemlerinde fayda sağlar. Daha düşük güç yoğunlukları için, yüzey sıcaklığının kaynama noktasına ulaşması birkaç milisaniye sürer. Yüzey tabakası buharlaşmadan önce, alt tabaka erime noktasına ulaşır ve kolayca iyi bir erimiş kaynak oluşturur.
2. Lazer darbe dalga formu
Yüksek yoğunluklu bir lazer ışını bir malzemenin yüzeyine çarptığında, lazer enerjisinin 60 ila 98%'si metal yüzeyinde yansıtılacak ve kaybolacaktır. Bunlara altın, gümüş, bakır, alüminyum, titanyum ve güçlü yansıma ve hızlı ısı transferi olan diğer malzemeler dahildir. Bir lazer darbe sinyali sırasında, metalin yansıtıcılığı zamanla değişir. Malzemenin yüzey sıcaklığı erime noktasına yükseldiğinde yansıtıcılık hızla azalacaktır. Yüzey eridiğinde, yansıma belirli bir değerde sabitlenir.
3. Lazer darbe genişliği
Darbe genişliği, darbeli lazer kaynak için önemli bir parametredir. Penetrasyon derinliği ve ısıdan etkilenen bölge, darbe genişliğini belirler. Darbe genişliği ne kadar uzunsa, ısıdan etkilenen bölge o kadar büyüktür. Penetrasyon derinliği, darbe genişliğinin 1/2 kuvvetiyle artar. Ancak, darbe genişliğini artırmak, tepe gücünü azaltacaktır. Bu nedenle, darbe genişliğini artırmak genellikle termal iletim kaynağı için kullanılır. Oluşturulan kaynak boyutu geniş ve sığdır, bu da özellikle ince ve kalın levhaların üst üste kaynaklanması için uygundur.
Ancak, daha düşük tepe gücü aşırı ısı girişine neden olur. Her malzemenin penetrasyonu en üst düzeye çıkaran optimum bir darbe genişliği vardır.
4. Odaklanma miktarı
Lazer kaynaklama genellikle belirli bir miktarda odak dışılık gerektirir. Bunun nedeni, lazer odağındaki noktanın merkezindeki güç yoğunluğunun çok yüksek olması ve kolayca deliklere buharlaşabilmesidir. Güç yoğunluğu dağılımı, lazer odağından uzaktaki her düzlemde nispeten düzgündür.
5. Kaynak hızı
Kaynak hızı, penetrasyon derinliği üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Hızı artırmak, penetrasyonu daha sığ hale getirecektir. Ancak, çok düşük bir hız, aşırı malzeme erimesine ve iş parçasının içinden kaynak yapılmasına neden olacaktır. Bu nedenle, belirli bir lazer gücü ve belirli bir kalınlıkla belirli bir malzeme için uygun bir kaynak hızı aralığı vardır ve maksimum penetrasyon, ilgili hız değerinde elde edilebilir.
6. Koruyucu gaz
Lazer kaynak sırasında erimiş havuzu korumak için genellikle inert gazlar kullanılır. Helyum, argon, nitrojen ve diğer gazlar çoğu uygulamada koruma için sıklıkla kullanılır. Koruyucu gazın ikinci işlevi, odaklama merceğini metal buharı kirliliğinden ve sıvı damlacık püskürtmesinden korumaktır. Yüksek güçlü lazer kaynak sırasında, püskürtme çok güçlüdür ve merceği korumak için gereklidir. Koruyucu gazın üçüncü işlevi, yüksek güçlü lazer kaynak tarafından üretilen plazma kalkanını etkili bir şekilde dağıtmaktır. Metal buharı lazer ışınını emer ve onu bir plazmaya iyonize eder. Çok fazla plazma mevcutsa, plazma lazer ışınını bir dereceye kadar tüketecektir.
7. Soğutma ve Son İşlem
Kaynaktan sonra, kaynaklanmış eklem, kaynağın tamamen katılaşması için soğutmaya tabi tutulabilir. Uygulamaya bağlı olarak, istenen yüzey kalitesini ve kaynak bütünlüğünü elde etmek için taşlama veya parlatma gibi ek son işlem adımları gerekebilir.
Lazer kaynağının avantajları
Lazer kaynak, geleneksel kaynak yöntemlerine göre birçok avantaj sunar. Bunlar arasında yüksek hassasiyet, hızlı işlem hızları, minimum bozulma ve çeşitli malzemeleri kaynaklama yeteneği bulunur. Bu özellikler, onu otomotiv, havacılık, elektronik ve tıbbi cihaz üretimi dahil olmak üzere birçok sektörde tercih edilen bir seçenek haline getirir.
Lazer kaynak yöntemi ile yüksek kalitede birleştirme mukavemeti ve geniş en/boy oranı elde edilebilmekte olup, kaynak hızı da nispeten hızlıdır.
Lazer kaynak yöntemi vakum ortamı gerektirmediğinden, uzaktan kumanda ve otomasyonlu üretimde lensler ve optik fiberler kullanılabilir.
Lazer kaynak, büyük bir güç yoğunluğuna sahip olup, titanyum, kuvars vb. gibi kaynaklanması zor malzemeler üzerinde iyi bir kaynak etkisine sahiptir. Farklı özelliklere sahip malzemeleri kaynaklayabilir.
Mikro kaynak mümkündür. Odaklandıktan ve doğru bir şekilde konumlandırıldıktan sonra, lazer ışını çok küçük bir nokta elde edebilir. Otomatik üretim için büyük miktarlarda üretilen mikro ve küçük iş parçalarının montaj kaynağında kullanılabilir.