Lazer kaynağı, sürekli veya darbeli lazer jeneratörü ile gerçekleştirilebilir. Lazer kaynağının prensibi, ısı iletim kaynağı ve lazer derin füzyon kaynağı olarak ikiye ayrılabilir. Güç yoğunluğu 10⁴~10⁵ W/cm²'den az olduğunda ısı iletim kaynağı yapılır; bu durumda erime derinliği azdır ve kaynak hızı yavaştır. Güç yoğunluğu 10⁵~10⁷ W/cm²'den fazla olduğunda ise metal yüzey ısı etkisiyle "anahtar deliği" şeklinde içe doğru kıvrılır ve derin füzyon kaynağı oluşur; bu da hızlı kaynak hızı ve geniş derinlik-genişlik oranı özelliklerine sahiptir.
Bugün, lazer derin kaynak işleminin kalitesini etkileyen başlıca faktörler hakkındaki bilgileri ele alacağız.
1. Lazer Gücü
Lazer derin kaynak yönteminde, lazer gücü hem nüfuz derinliğini hem de kaynak hızını kontrol eder. Kaynak derinliği, ışın gücü yoğunluğuyla doğrudan ilişkilidir ve gelen ışın gücünün ve ışın odak noktasının bir fonksiyonudur. Genel olarak, belirli bir çaptaki lazer ışını için, nüfuz derinliği ışın gücünün artmasıyla artar.
2. Odak Noktası
Lazer kaynak işleminde en önemli değişkenlerden biri ışın noktası boyutudur çünkü güç yoğunluğunu belirler. Ancak, birçok dolaylı ölçüm tekniği mevcut olmasına rağmen, yüksek güçlü lazerler için bunu ölçmek zorlu bir iştir.
Işın odağının kırınım sınırı nokta boyutu, kırınım teorisine göre hesaplanabilir, ancak zayıf odak yansımasının varlığı nedeniyle gerçek nokta boyutu hesaplanan değerden daha büyüktür. En basit ölçüm yöntemi, kalın kağıdın yakılıp polipropilen plakadan geçirilmesinden sonra odak noktasının ve perforasyonun çapını ölçen izo-sıcaklık profili yöntemidir. Bu yöntem, ölçüm uygulaması yoluyla lazer gücü boyutunu ve ışın etki süresini kontrol etmeyi sağlar.
3. Koruyucu Gaz
Lazer kaynak işleminde, erimiş havuzu korumak ve kaynak işlemi sırasında iş parçasının oksidasyonunu önlemek için genellikle koruyucu gazlar (helyum, argon, azot) kullanılır. Koruyucu gaz kullanımının ikinci nedeni, odaklama merceğini metal buharlarından kaynaklanan kirlenmeden ve sıvı damlacıklarının sıçramasından korumaktır. Özellikle yüksek güçlü lazer kaynağında, püsküren parçacıklar çok güçlü hale gelir, bu nedenle merceği korumak gerekir. Koruyucu gazın üçüncü etkisi ise, yüksek güçlü lazer kaynağıyla üretilen plazma kalkanını dağıtmada çok etkili olmasıdır. Metal buharı lazer ışınını emer ve bir plazma bulutuna iyonlaşır. Metal buharının etrafındaki koruyucu gaz da ısı nedeniyle iyonlaşır. Çok fazla plazma varsa, lazer ışını bir şekilde plazma tarafından tüketilir. İkinci enerji olarak, plazma çalışma yüzeyinde bulunur, bu da kaynak derinliğini daha sığ ve kaynak havuzu yüzeyini daha geniş hale getirir.
Uygun koruyucu gaz nasıl seçilir?
4. Emilim Oranı
Malzemenin lazer emilimi, emilim oranı, yansıtıcılık, ısı iletkenliği, erime sıcaklığı ve buharlaşma sıcaklığı gibi malzemenin bazı önemli özelliklerine bağlıdır. Tüm faktörler arasında en önemlisi emilim oranıdır.
Malzemenin lazer ışınını emme oranını etkileyen iki faktör vardır. Birincisi, malzemenin direnç katsayısıdır. Malzemenin emme oranının direnç katsayısının kareköküyle orantılı olduğu ve direnç katsayısının sıcaklıkla değiştiği bulunmuştur. İkincisi, malzemenin yüzey durumu (veya yüzey işlemesi) ışının emme oranı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir ve bu da kaynak etkisini önemli ölçüde etkiler.
5. Kaynak Hızı
Kaynak hızı, nüfuz derinliği üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Hızın artırılması nüfuz derinliğini azaltırken, çok düşük hız ise malzemelerin aşırı erimesine ve iş parçasının kaynakla delinmesine yol açar. Bu nedenle, belirli bir lazer gücü ve belirli bir kalınlık için belirli bir malzeme için uygun bir kaynak hızı aralığı vardır ve bu hız değerinde maksimum nüfuz derinliği elde edilebilir.
6. Odaklama Lensinin Odak Uzaklığı
Kaynak tabancasının başlığına genellikle bir odaklama merceği takılır ve genellikle 63~254 mm (çap 2,5"~10") odak uzaklığı seçilir. Odaklama noktası boyutu, odak uzaklığıyla orantılıdır; odak uzaklığı ne kadar kısa olursa, nokta o kadar küçük olur. Bununla birlikte, odak uzaklığı aynı zamanda odak derinliğini de etkiler, yani odak derinliği odak uzaklığıyla eş zamanlı olarak artar, bu nedenle kısa odak uzaklığı güç yoğunluğunu artırabilir, ancak odak derinliği küçük olduğundan, mercek ile iş parçası arasındaki mesafe hassas bir şekilde korunmalıdır ve penetrasyon derinliği büyük olmaz. Kaynak sırasında sıçramaların ve lazer modunun etkisi nedeniyle, gerçek kaynakta kullanılan en kısa odak uzaklığı çoğunlukla 126 mm'dir (çap 5"). Dikiş büyük olduğunda veya nokta boyutunu artırarak kaynağın büyütülmesi gerektiğinde 254 mm (çap 10") odak uzaklığına sahip bir mercek seçilebilir. Bu durumda, derin penetrasyon deliği etkisini elde etmek için daha yüksek lazer çıkış gücüne (güç yoğunluğuna) ihtiyaç duyulmaktadır.
El tipi lazer kaynak makinesinin fiyatı ve konfigürasyonu hakkında daha fazla soru.
Yayın tarihi: 27 Eylül 2022