Lazer Kaynağı Nasıl Çalışır?

Lazer kaynağı, metalleri veya termoplastikleri birleştirmek için konsantre bir lazer ışını kullanan hassas ve verimli bir kaynak işlemidir. Bu gelişmiş teknik, minimum bozulma ile yüksek hızlı kaynak imkanı sunarak otomotiv, havacılık, elektronik ve tıbbi cihaz üretimi dahil olmak üzere çeşitli sektörlerde tercih edilen bir seçenek haline getirir.

Lazer Kaynağının Kökeni

Lazer kaynağının kökenleri, lazerin icadını takiben 1960'ların başına kadar uzanmaktadır. Başlangıçta bilimsel ve endüstriyel uygulamalar için geliştirilen lazer teknolojisi, nokta atışı hassasiyetle yoğun ısı sağlama kabiliyeti nedeniyle hızla kaynak alanına girmiştir. On yıllar boyunca, lazer teknolojisindeki gelişmeler lazer kaynağının yeteneklerini ve uygulamalarını sürekli olarak geliştirmiştir.

Lazer Kaynağı Nasıl Çalışır?

Lazer kaynağı, yüksek yoğunluklu bir lazer ışınını birleştirilecek malzemelere odaklayarak çalışır. Lazer ışını hedeflenen alandaki malzemeyi ısıtır ve eriterek erimiş bir havuz oluşturur. Lazer bağlantı boyunca hareket ettikçe, erimiş malzeme katılaşarak güçlü ve hassas bir kaynak oluşturur. Süreç büyük bir hassasiyetle kontrol edilebilir, bu da karmaşık ve yüksek kaliteli kaynaklara olanak tanır.

Lazer Kaynak Makinelerinin Çalışma Prensibi

Lazer kaynak makinelerinin temel prensibi, lazerlerin yüksek enerji yoğunluğuna dayanmaktadır. Bir lazer, optik sistemler tarafından küçük bir alana odaklanan parlak, yönlü bir ışın üretir. Bu ışın iş parçası yüzeyine çarptığında, yüksek enerji yüzey malzemesini anında eriterek lokalize yüksek sıcaklıkta bir erimiş havuz oluşturur. Lazerin süresi ve enerji dağılımı hassas bir şekilde kontrol edilerek güçlü ve yüksek kaliteli kaynaklar oluşturulur.

Enerji Dönüşümü ve Transfer Süreci

Lazer kaynağı, lazerin optik bir yoldan iletilen ve küçük bir noktaya odaklanan bir ışın üretmesiyle başlar. Malzeme lazer enerjisini emerek ısıya dönüştürür. Bu, yerel sıcaklığı hızla artırarak erimeye ve hatta buharlaşmaya neden olur. Erimiş malzemeler karışır ve soğuduktan sonra katılaşarak bir kaynak oluşturur.

Kaynak Modları ve Kontrolü

Lazer kaynağı, sürekli dalga ve darbeli dalga kaynağı gibi çeşitli modları içerir. Lazer gücü, darbe genişliği ve frekans gibi parametrelerin ayarlanması, farklı malzemelere ve kaynak ihtiyaçlarına uyum sağlar. Oksidasyonu önlemek ve kaynak kalitesini sağlamak için genellikle koruyucu gazlar kullanılır.

Lazer Kaynak Türleri

1. Isı İletim Kaynağı

Isı iletim kaynağı, ince malzemeler ve küçük parçalar için kullanılan bir lazer kaynak tekniğidir. Lazer ışını malzemenin yüzeyini ısıtır ve ısı iletim yoluyla içeriye doğru yayılarak birleşme alanındaki malzemeyi eritir. Bu, lazer hareket ettikçe katılaşan ve bir kaynak oluşturan sığ bir erimiş havuz oluşturur. Bu yöntem, yüzey ısıtmasına ve sınırlı derinlik penetrasyonuna dayandığı için yaklaşık 1 mm kalınlığındaki malzemelerin kaynağı için idealdir.

2. Lazer Derin Penetrasyon / Anahtar Deliği Kaynağı

Lazer derin nüfuziyet kaynağı, iş parçasını hızla ısıtmak ve lokal olarak eritmek için yüksek enerjili bir lazer ışını kullanır ve minimum ısıdan etkilenen bölge ile güçlü ve hassas bir kaynak oluşturur. Bu yöntem verimli, hassas ve çeşitli metallere ve kalınlıklara uyarlanabilir olduğundan havacılık ve otomotiv üretimi gibi sektörler için idealdir.

3. Lazer-Ark Hibrit Kaynağı

Lazer-ark hibrit kaynağı, lazerlerin yüksek enerji yoğunluğunu ve hassasiyetini ark kaynağının verimliliği ve maliyet etkinliği ile birleştirerek geniş uygulama olanaklarına sahip çok yönlü, kararlı ve verimli bir kaynak yöntemi ortaya çıkarır.

4. Lazer Plazma Koaksiyel Hibrit Kaynak

Lazer plazma koaksiyel hibrit kaynak, çeşitli metal malzemelerin kaynağı için yüksek enerji yoğunluklu bir ısı kaynağı oluşturmak üzere lazer ve plazma ark kaynağını birleştirir. Bu teknoloji, hem lazer hem de plazma kaynağının avantajlarından yararlanırken, her ikisinin de bireysel sınırlamalarının üstesinden gelir. Tipik olarak lazer kaynağı ile ilişkili artık gerilimi ve kaynak gözenekliliği kusurlarını azaltır ve plazma ark kaynağında yaygın olan verimsizlikleri ve büyük termal deformasyonları giderir.

Lazer Kaynakta Ne Tür Lazerler Kullanılır?

Lazer kaynağında her biri benzersiz avantajlar sunan çeşitli lazer türleri kullanılır. En yaygın türleri şunlardır:

1. CO2 Lazerler:

CO2 lazerler, hem metal hem de metal olmayan malzemeleri kesmek, kazımak ve kaynak yapmak için yaygın olarak kullanılan endüstriyel lazerlerdir. Mükemmel ışın kalitesi, küçük ışın çapı, düzgün enerji dağılımı ve yüksek güç yoğunluğu sunarlar. CO2 lazerler, önemli miktarda güç tüketmelerine ve nispeten büyük boyutta olmalarına rağmen uyarlanabilirlikleri ve kararlılıklarıyla bilinir.

2. Fiber Lazerler:

Fiber lazerler iletim ortamı olarak optik fiberleri kullanır, bu da onları kompakt, güç yoğunluğu yüksek, enerji tasarruflu ve son derece esnek hale getirir. İletişim ve malzeme işleme gibi alanlarda en iyi seçimdir. Fiber lazerlerin avantajları arasında yüksek güç yoğunluğu, mükemmel ışın kalitesi, kararlı optik yollar ve uzun hizmet ömrü yer alır. Çelik, bakır, alüminyum ve paslanmaz çelik gibi metal malzemelerin kaynaklanması ve işlenmesi için çok uygundurlar.

3. Nd:YAG (Neodimyum Katkılı İtriyum Alüminyum Garnet) Lazerler:

Nd lazerler 1,064 mikrometre dalga boyuna sahip katı hal lazerleridir. Küçük bir nokta çapına ve yüksek ışın enerjisi yoğunluğuna sahiptirler, bu da onları malzeme yüzeyleri ve küçük bileşenler üzerinde ayrıntılı çalışma için uygun hale getirir. Nd lazerler kaynak, kesme, işaretleme ve yüzey işleme uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

4. Yarı İletken Lazerler:

Yarı iletken lazerler veya lazer diyotlar, kazanç ortamı olarak yarı iletken malzemeler kullanır. Kompakt, yüksek verimli ve uygun maliyetlidirler. Yüksek enerji yoğunluğu ve hızlı tepki süreleriyle bilinen bu lazerler telekomünikasyon, veri depolama, tıbbi cihazlar ve malzeme işleme için idealdir.

6. Femtosaniye Lazerler:

Femtosaniye lazerler yalnızca birkaç femtosaniye (saniyenin katrilyonda biri) süren ultra kısa darbeler üretir. Bu lazerler son derece yüksek hassasiyet ve enerji yoğunluğu sunarak mikro işleme, tıbbi cerrahi ve bilimsel araştırma gibi minimum ısı etkisi ve yüksek doğruluk gerektiren uygulamalar için idealdir.

Lazer Kaynak Makinesi Çeşitleri

Aşağıda bazı yaygın lazer kaynak makineleri türleri verilmiştir ：

• Otomatik Lazer Kaynak Makineleri: Yüksek hassasiyetli ve sürekli kaynak için otomatik robotik sistemlerle entegre edilmiştir. Büyük ölçekli endüstriyel üretim için idealdir.
• Fiber İletimli Lazer Kaynak Makineleri: Esnek iletim ve uzaktan çalıştırma için fiber optik kullanın. Kapalı alanlar veya uzun mesafeli operasyonlar için uygundur.
• Galvo Taramalı Lazer Kaynak Makineleri: Hassas kaynak için yüksek hızlı tarama kullanın, elektronik ve tıbbi cihazlar gibi hassas ürünlerin toplu kaynağı için idealdir.
• El Tipi Lazer Kaynak Makineleri: Hafif ve esnektir, inşaat, dekorasyon ve bakım sektörlerinde yerinde operasyonlar için uygundur.

Lazer Kaynak Uygulamaları

Lazer kaynağı, aşağıdakiler de dahil olmak üzere birçok sektörde çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır:

• Otomotiv Endüstrisi: Araç gövde panelleri, şanzıman bileşenleri ve egzoz sistemlerinin kaynağı için.
• Havacılık ve Uzay Endüstrisi: Uçak bileşenlerini, türbin kanatlarını ve yakıt tanklarını birleştirmek için.
• Elektronik Endüstrisi: Mikroelektronik cihazların, sensörlerin ve konektörlerin kaynağı için.
• Tıbbi Cihaz Üretimi: Cerrahi aletlerin, implantların ve tıbbi aletlerin hassas kaynağı için.
• Takı Yapımı: Değerli metallerde karmaşık ve hassas kaynaklar oluşturmak için.

Lazer kaynağının nasıl çalıştığını ve çeşitli türlerini anlamak, endüstrilerin kendi özel ihtiyaçları için doğru yöntemi seçmelerine yardımcı olarak ürün kalitesini ve üretim verimliliğini artırabilir.