|
Sayfa 2 / 3 İletimsel Lazer Kaynağı
Malzemelerin kaynatılmasında kullanılan lazer iletim (Conduction laser
welding) prensibinin ana fiziksel temeli, malzemenin lazer ışın enerjisini yutarak,
kaynama noktasına ulaşabilmesidir. Kaynama noktasına ulaşan malzemelere uygulanan sabit bir kuvvet, bu malzemelerde birleşmeye sebep olur. İletimsel lazer kaynağı, lazer güç yoğunluğunun malzemenin kaynama noktasına ulaştırılmasına yetmediği fakat malzemeyi eritebildiği durumlarda kullanılır. Tam olarak derinlemesine nüfuz eden kaynak ise ince malzemelerde yapılabilir. İletim lazer kaynağında dikiş formunun yüksek oranda en boy oranına sahip olması mümkün değildir. Eğer yüksek güç yoğunluklu lazerler kullanılarak ince metallerin kaynatılması istenirse kaynatma yerine kesme işlemi oluşur. Bazı araştırmalar, iletim lazer kaynağının kalınlığı 0,5 mm‘nin altında olan saç malzemelerin kaynatılması için uygun olduğunu gösteriyor. Genellikle iş parçası yüzeyinin altına odaklanan lazer ışın
demeti yüzeye çarpar. Bu demetin bir kısmı malzeme tarafından yutulur bir kısmı ise
yansıtılır. Malzeme tarafından yutulan yüksek güçlü ve kısa süreli lazer ışın darbeleri
sayesinde meydana çıkan ısı, konveksiyon ve radyasyon şeklinde yayılma imkanı
bulamadan iletim yolu ile malzemenin kalınlık ekseni boyunca derinliklere yayılır. Bu
yüzden malzemenin odak lekesi çapındaki silindirik kısmın derinlik boyunca
sıcaklığının aynı olduğu kabul edilmektedir. Lazer ışık enerjisini yutarak eriyen metalin oluşturduğu kaynak çukuru, lazer ışın demetinin uzaklaştırılması ile katılaşır.
Lazer Kaynağı Sırasında Metalin Oksitlenmeden Korunması
Eriyen metalin oksitlenmesini önlemek için koruyucu gaz kullanmak gerekir.
Lazer ışın demeti ve koruyucu gaz kenarlara açılan delikler ile iş parçası üzerine
yönlendirilebilir. Bu amaçla en yaygın olarak argon veya helyum gazlarının CO2 gazı
ile karışımı kullanılmaktadır.
Lazer Kaynak Kalitesini Etkileyen Parametreler
Lazer iletim kaynağının kalitesini etkileyen esas parametreler şunlardan
oluşmaktadır. Lazerin dalga boyu ve kullanılan merceklerin lazer demetini yutma oranı,
Lazer ışının gücü, Lazer ışınının leke boyutu, Lazerin çalışma modu (Sürekli
dalga veya darbeli), Lazer ışınının odak uzaklığı ve odak noktası, İş Parçasının kimyasal
bileşemi, İş parçasının fiziksel geometrisi, Iş parçasının kalınlığı, İş parçasının yüzey
durumu, Koruyucu Gaz: Karışım oranı, akış hızı, basınç, meme boyutu ve pozisyonu,
Kaynak karakteristiği: Kaynak hızı, birleştirme geometrisi, aralık toleransı.
Kaynağın malzemeye nüfuz derinliği güç yoğunluğu ve kaynak hızına bağlıdır.
Malzemeye uygulanan güç yoğunluğu artıkça ve kaynak hızı azaldıkça nüfuz derinliği
artar. İlk önce üretim hızının olması gereken en alt hız değeri başlangıç kaynak hızı
olarak seçilir. Bu hızda istenen nüfuz derinliğini sağlayan lazer çıkış gücü belirlenir.
Malzemeye en uygun olan güç yoğunluğu ise denemeler sonucunda bulunur. Genellikle
lazer kaynağı için gerekli işlem parametreleri seçilirken teoriler üzerinden,
denemelerden ve geçmişte yapılan deneyimlerden faydalanılır. Teorik hesaplamaların
ışığında, çeşitli parametreler için değişik değerler denenerek en uygun olanı seçilir.
Kaynak hızının, iş parçasına uygulanan güç yoğunluğunun ve odak noktasının yanlış
seçilmesi, merceklerin kirliliği, gerek kaynak ortamının sağlanmaması vs. gibi hatalar
kaynağın bozuk olmasına sebep olmaktadır.
Lazer ışının leke çapı
Bir çok işlemlerde çok küçük bir alana yüksek bir güç yoğunluğunun
uygulanması gerekir. Lazer ışın demetinin mikronluk bir alana odaklanabilir olması, bu
talebi karşılayan teknolojik araçlar arasında lazerlerin bir ayrıcalığa sahip olmasını
sağlamaktadır.
Lazer ışın demetinin odaklanma kalitesi, çaprazlama elektromanyetik moduna
(Transverse Electro-magnetic Mode: TEM) bağlıdır. İdeal bir lazer ışın demetinin
kesitindeki enerji dağılımı Gausyendir. Gerçek bir lazerin elde edildiği optik çukurun
özelliklerine bağlı olarak demet kesitindeki enerji dağılımı Gausyenlikten sapmalar
göstermektedir. Lazer demetinin ideal durumdan sapması demet kalitesi olarak
tanımlanır ve M2 ile sembolize edilir. TEM lazer ışın demetinin kesiti boyunca enerji
dağılımını karakterize etmektedir. TEM 0,0 , M2 = 1 olan ideal bir Gausyen demettir ve
çok küçük bir leke çapında odaklanarak en yüksek güç yoğunluğu sağlamaktadır. Lazer ışının odak derinliği
Odaklanan ışın demetinin odak leke çapı, odak bölgesinin belirli bir bölgesinde
yaklaşık olarak sabit kalır. Odak leke çapının yaklaşık olarak sabit kaldığı mesafeye
odak derinliği denir. Materyal işlemede odak leke çapının iş parçası üzerindeki
pozisyonu çok iyi bir şekilde tayin edilmesi gerekir. Odak leke çapının derinliği ışın
demetinin mod şekline bağlı olarak değişir. Lazer ışının güç yoğunluğu
Malzeme üzerinde bir işlem yapmak için lazer cihazının gücünden daha ziyade,
malzemeye uygulanan güç yoğunluğu önemlidir. Lazer ışınının Güç Yoğunluğu (Pd),
birim alana düşen ışın demet gücüne denir. Lazer ışınlarının uyumluluğu (Coherence),
ve ışın demetinin odaklanabilmesi çok büyük güç yoğunluğunun elde edilmesini
mümkün kılmaktadır.
Malzeme parametreleri
Metaller, lazer ışığını geçirmezler ve malzeme yüzeyine çarpan ışın demeti
yüksek oranda yansır. Lazer ışını, çoğu metal tarafından yansıtıldığı için çarptığı
metalın yüzeyine yakın bir bölgede küçük derinlikte ve genişlikte bir çukur açılabilir.
Paslanmaz çelik saç lazer ışın demetinin % 98’ini yansıtır . Malzeme sıcaklığının
artması ile yüzey yansıması azalır. Yutma, malzeme tarafından tutulan lazer enerjisinin
malzeme yüzeyine çarpan lazer enerjisine oranı olarak belirlenir. Yutma, malzemenin
cinsine, yüzey şartlarına, lazer ışınının dalga boyuna ve lazer ışın demetinin malzeme
yüzeyine çarpma açısına bağlıdır. Lazer ışınının malzeme tarafından maksimum oranda
yutulması, demetin malzeme yüzeyine 90° açı ile çarpmasında meydana gelmektedir.
Lazer kaynağında iş parçasına transfer edilen ısı miktarı, bu parça tarafından yutulan
enerjiden hesaplanabilir. Malzemenin odak lekesi çaplı silindirik kısmına aktarılarak ısıya dönüşen enerji, malzemede ısıl yayılmaya sebep olur
|
Dökümanlar 
