Lazer Kaynak Nedir ?

Lazer Kaynak Nedir ?

21 Temmuz 2018 Kapalı Yazar: admin

Lazer Kaynak Nedir ?

Lazerin endüstriyel önemi her şeyden önce onun sıra dışı özelliğinden kaynaklanmaktadır. Kesme, talaş kaldırma, delme, kaynak, sertleştirme, alaşımlama, kaplama ve ergitme gibi lazer ışını ile gerçekleştirilen işlem tekniklerinde geleneksel yöntemlere göre çok büyük üstünlükler sağlamaktadır.

Lazer ışını ile malzemelerin işlenmesinde yüksek işlem hızı, yüksek esneklik, yüksek işlem kalitesi , tam otomasyon ve diğer yöntemler ile melez işlem kabiliyeti gibi ortaya çıkan üstünlükler, lazeri her geçen gün daha da tercih edilen bi yöntem haline getirmektedir. Bu üstün özelliklerinin yanında, lazerin kullanımı özellikle aşağıdaki durumlar için büyük avantajlar sağlamaktadır.

  • Parçanın üretim şeması tamamen değişecekse,
  • Maliyet düşecekse,
  • Kalitede artma sağlanacaksa,
  • Diğer yöntemler ile üretim mümkün değilse,
  • Kuvvet değişmeden veya düşük ısıl etki ile çalışma gerekecekse,
  • Küçük parçalarda büyük şekillendirme olacaksa,
  • Yüksek derecede otomasyon gerekli ise.

Laser ışınının malzeme ile etkileşimi ile oluşan olaylar önemli derecede lazerin güç yoğunluğuna, dalga boyuna, ışının polarizasyonuna ve ayrıca ışın ile etkileşim halindeki malzemeye bağlıdır.

Lazerin Esasları ve Özellikleri

LASER, akronim yazım kuralı ile Light Amplification by Stimulated Emission of Radition cümlesindeki baş harflerden elde edilmiştir. Anlamı, Işınlandırmanın uyarılmış yayımı ile ışığın kuvvetlendirilmesi demektir.

lazer kaynak

lazer kaynak

Laser ışınımın oluşumu yukarıdaki şemada açıklanmaktadır.

Laser ışını üretmek için termodinamik dengede olan bir konumdan aktif laser ortamına enerji transfer edilmelidir. Tam ve kısmi yansıtıcı aynalara sahip olan resonatör, yükseltgen enerjinin bir kısmını laser etkisi ile elektromanyetik bir ışın olarak yönlendirmektedir. Bu ışın tek renkli, ardışık ve olağan dışı kuvvetli bir düzen ile yönlendirilmektedir. Bu olayın gerçekleşmesini sağlayan teknik cihaz tam olarak ışın kaynağı olarak adlandırılmaktadır.

Lazer Türleri



  • Nd:YAG Lazeri

Bir Itrium Alüminyum-Granat ( YAG ) lazerinin yapısı yakut lazerininkine benzer biçimde açıklanabilmektedir. Etkin lazer iyonları, etkin lazer ortamında %0.5-%3 oranında bulunurlar. Laser ışını yukarıdaki şemada gösterildiği gibi elde edilmektedir.

Lambalardan çıkan ışık, altın veya alüminyum ile kaplı duvarlardan yansıyarak aynı zamanda laser etkin ortamı uyarmakta ve lazer etkin ortamdan ışınlama gerçekleştirilmektedir.

  • CO2 Lazeri

CO2 Lazeri, yüksek güç üretebildiği için aynı zamanda endüstriyel laser olarak da adlandırılmaktadır. CO2 moleküllerinin uyarılması, elektronların ve N2 moleküllerinin çarpışması ile gerçekleşir. N2 moleküllerinin lazer gazında yer alması ile bir yandan uyarılma işlemine katkı sağlamakta, bir yandan da önemli derecede enerji depolama işlemini yürütmektedir. N2 moleküllerinin derişimi CO2 moleküllerine göre 5 kat büyük olabilmektedir.

Çok güçlü bir lazer tipi olduğundan dolayı bu tip cihazların soğutma sistemi iyi olmak zorundadır.

Lazer Kaynak Tipleri

Lazer ışın kaynağı ergitme kaynak grupları içerisinde yer almaktadır. Buna karşın geleneksel ergitme kaynak yöntemlerine göre önemli derecede farklılıklar içermektedir.

Derin Kaynak



Lazer ışını ile malzemenin etkileşim zamanı içinde buharlaşma sıcaklığına ulaşılırsa, derin kaynak etkisi oluşup, çok ince bir buhar aralığı ortaya çıkar. Bu tip kaynakta odaklama fazladır.

Not : Lazer ‘in gücü ne kadar zayıfsa, odaklanabilirliği o kadar iyidir. Odaklama kabiliyetinin iyi olması, istenilen ergitme derinliğinin ayarlanmasını sağlar.

Yüksek sıcaklıklar, etkileşim bölgesinde lazer ışınının daha küçük çaplara odaklanmasıyla elde edilir.Lazer ışını, malzemenin yüzeyinden daha derin noktalarına, oluşan buhar kanalı ile ulaşır. Buna ” Key hole “ denir.

Kaynaklı birleşmeler, oluşturulmuş ergiyik fazın katılaşması ile elde edilir. Lazer ile yüksek kaynak hızlarına ulaşıldığından, katılaşma hızı da görece yüksek olmaktadır. Bu nedenle özellikle alaşımsız ve düşük alaşımlı çeliklerin lazer kaynaklarında mikro yapıya ve malzemenin son özelliklerine soğumanın etkisi büyüktür.

Darbeli Lazer İle Kaynak

Lazer kaynak uygulaması ilk olarak darbeli lazer ışını ile gerçekleştirilmiştir. Bunun temel nedeni, geniş bir sahada uygulanan nokta kaynağının özellikle duraklamalı lazer ışını ile çok basit bir biçimde gerçekleştirilebilmesindendir. Bu yöntem ile kaynak dikişleri, üst üste binmiş ve ard arda gerçekleştirilen nokta kaynaklarından ibarettir.

https://www.youtube.com/watch?v=b5Xi1LfeJdw

Laser nokta kaynağında, güç yoğunluğu ve etkileşim zamanı birbirleri ile tam uyumludurlar. Düşük bir güç yoğunluğu ile buharlaşma sıcaklığına ya hiç ulaşılamaz veya lazer darbesinin uygulanmasından sonra oluşur; ergiyik bölgenin kesiti yarı dairesel ve derinliği düşüktür. Yükselen güç yoğunluğu ergiyiğin aşırı ısınmasını ve buhar fazının oluşumunu sağlamaktadır. Oluşan buharın basıncı ise sıvıyı püskürterek, yüzeyde malzeme kaybına yol açmaktadır. Güç yoğunluğu daha da arttırılacak olursa, nokta kaynağı sonrasında gözenekli yapı oluşumu söz konusudur.

Laser darbesinden sonra ergiyen malzeme katılaşır. Isı akışının etkisi ile kristalleşmenin yönü, kenarlardan içeriye doğru dairesel şekildedir. Katılaşma cephelerinin birbirileri ile çakıştığı kaynak noktasının merkezinde, boşluk ve çatlak oluşum hassasiyeti yüksektir.

Sıcak çatlak oluşumu kaynak koşulları ve malzemeye bağlı olarak gözlemlenirken, çatlak, katılaşma sırasında veya hemen sonrasında düşük sıcaklıklara kısa sürede inilmesi ile ortaya çıkar.

Punta kaynağında sıcak çatlak ve gözenek oluşumu özellikle uygun güç / zaman profili ile önlenebilmektedir. Bu nedenle darbeli lazer ile nokta kaynağında hem katılaşma cephelerini hem de gerilim alanlarını etkilemek için uygun darbe şekli seçilmelidir.

Sürekli Laser İle Kaynak

Malzemedeki laser ışınının hareketli olması nedeni ile sürekli laser ışını ile derin kaynakta buhar kanalı devamlıdır. Derin kaynak etkisinin oluşumu kritik güç yoğunluğunun aşılması ile gerçekleştirilir.

Kaynak dikişinin dayanımı dikişin şekli ile ilişkilidir. Bu da seçilen kaynak yöntemi ve bu yöntemin çeşitlerine bağlıdır. Farklı yöntemlere bağlı olarak oluşan önemli kaynak dikişleri, ince dikiş, elektron ışın  ve laser ışın kaynağı, plazma kaynağı ve TIG kaynağı olarak elde edilmektedir. Bu farklı dikiş türleri, kaynak yöntemlerine ve kullanılan koruyucu gazın çeşidine göre ortaya çıkmaktadır.

Avantajlar

Geleneksel kaynak  yöntemlerine göre daha hızlı bir kaynak yöntemidir.

Daha önceki yazılarımızda da bahsettiğimiz üzere, ne kadar fazla kaynak dikişi var ise, malzeme dayanımı o kadar kötüdür. Laser kaynağının avantajı da burada ortaya çıkmaktadır. Kaynak dikişi diğer kaynak yöntemlerine göre daha dardır.

ITAB alanı daha dardır. Bu da bozulan yapının diğer kaynak yöntemlerine göre daha az olduğunu gösterir.

İstenilen yere odaklanarak, çok kalın malzemeler kaynak edilebilir.

Dezavantajlar

Yatırım maliyetinin yüksek olması

Parçalarının ve bakımlarının pahalı olması

Görece yeni bir yöntem olduğu için, alanında uzman kişilerin çok olmayışı.

 

ITAB ile ilgili hazırlamış olduğumuz makalemize aşağıdaki linkten ulaşabilirsiniz…

https://www.metalurjimalzeme.net/itab-haz-heat-affected-zone/

 

Please follow and like us: