Lazer Kaynak Nedir?

Lazer kaynağı, bir kaynak oluşturmak üzere metalleri veya termoplastikleri birleştirmek için yüksek hassasiyetli bir lazer ışını kullanan bir işlemdir. Konsantre bir ısı kaynağı olarak lazer kaynağı, ince malzemeleri yüksek kaynak hızlarında kaynaklayabilir. Ancak daha kalın malzemelerde, kare kenarlı parçalar arasında dar ve derin kaynaklar üretilebilir.

Lazer Kaynak Nedir?

Laser welding or laser beam welding (LBW) is a process that uses a concentrated heat source in the form of a laser to melt materials that fuse as they cool. Laser welding is a versatile process because it can weld thin materials quickly while forming narrow and deep welds on thicker materials.
Lazer kaynağı, metalleri ve termoplastikleri eritmek için yüksek hassasiyetli bir lazer ışını kullanır, bu nedenle işlemin doğruluğu ve kesinliği, düşük termal bozulma ile sonuçlanır ve bu da onu hassas malzemelerin kaynağı için ideal hale getirir. Bu işlem genellikle otomatiktir ve yüksek lehimleme oranlarına izin verir.
Lazer kaynak makineleri, geleneksel kaynak işlemlerinden daha pahalıya mal olurken, lazer kaynağının ek dolgu malzemesi ve son işlem gerektirmemesi nedeniyle işletme maliyetleri daha düşüktür. Ayrıca, daha yüksek kaynak hızları, saatte daha fazla parçanın üretilmesini sağlar. Lazer kaynak teknolojisi, TIG, MIG ve SMAW gibi geleneksel ark kaynağı işlemlerinden önemli ölçüde farklıdır. Modern kaynak uygulamaları, iş parçasındaki bir alanı tam olarak belirlemek için gelişmiş optiklere sahip programlanabilir robotlar kullanır.

Lazer Kaynak Çeşitleri

Lazer kaynağı iki farklı modda çalışır: ısı iletimi kaynağı ve derin delik kaynağı. Hepsinin özel uygulamalara uygun benzersiz çalışma ilkeleri vardır ve lazer ışınının kaynak yaptığı malzemeyle etkileşime girme modu, ışının iş parçasına çarptığı güç yoğunluğuna bağlı olacaktır.

Isı İletim Kaynağı

Bu yöntemde, alt tabakanın yüzeyini eritmek için odaklanmış bir lazer ışını kullanılır. Bu işlem genellikle 500W'ın altında düşük güçlü bir lazerle yapılır ve esas olarak yüksek kaynak mukavemeti gerektirmeyen kaynaklar üretmek için kullanılır. Eklem soğuduğunda ve katılaştığında, hassas ve pürüzsüz bir kaynak oluşturur. Isı transferi yöntemleri kullanılarak oluşturulan kaynaklar genellikle herhangi bir ek bitirme gerektirmez ve kullanıma hazırdır.
Isı iletimli kaynak yöntemlerinde enerji kaynak bölgesine sadece ısı iletimi ile girer, bu da kaynak derinliğini sınırlar, bu nedenle işlem ince malzemelerin birleştirilmesi için idealdir. Bu tip kaynak genellikle estetiğin istendiği görünür kaynaklar için kullanılır.
Isı iletimi kaynağının iki alt kategorisi vardır:

Doğrudan Isıtma – Bir lazer ışınını doğrudan metal bir yüzeye uygulama yeteneği.
Enerji Transferi – Lazer ışını tarafından uygulanan enerjiyi emmek için dikişe emici mürekkep uygulanır.

Derin Delik Kaynak

İşlemi derin delik kaynağı modunda çalıştırmak, tekdüze bir yapıya sahip derin, dar kaynaklar üretir. Bu işlem sırasında lazer ışını metali, temas yüzeyinden buharlaşacak ve metalin derinliklerine nüfuz edecek şekilde ısıtır. Bu sadece metali eritmekle kalmaz, aynı zamanda buharlaştırarak, anahtar deliği boşluğu veya buhar kapiler adı verilen dar, buharla dolu bir boşluk oluşturur. Lazer ışını iş parçasından geçerken erimiş metal ile dolar. Anahtar deliği kaynağı yüksek hızlı bir işlemdir, bu nedenle ısıdan etkilenen bölgenin deformasyonu ve oluşumu minimumda tutulur.

Lazer Kaynak İşlemi

Lazer kaynağı, iki metal yüzey arasındaki bağlantı noktasına ısı uygulamak için yüksek güçlü yoğunluklu bir lazer kullanarak çalışır. Malzeme ek yerlerinde eriyecek ve katılaştıkça metaller arasında füzyona izin verecektir.
Lazer kaynağı tipik olarak, esnek optik fiberlerin rehberliğinde yüksek hızda ve hassasiyetle büyük miktarda enerji uygulayabilen kaynak robotları tarafından gerçekleştirilir. Bu, minimum bozulma ile dar bir kaynak oluşturmak için bağlantıda yeterli miktarda metalin eritilmesiyle sonuçlanır. El tipi lazer kaynak makineleri, hantal endüstriyel makinelere harika bir alternatiftir, ancak lazer kaynak makinelerinin güvenliği sorgulanabilir ve özel koruyucu giysiler giyilmesini gerektirir.
Kaynak işlemi atmosferik koşullar altında gerçekleştirilebilir, ancak daha reaktif malzemeler için kirlenme riskini ortadan kaldırmak için inert bir gaz kalkanı önerilir. Elektron ışını kaynağına benzer şekilde, lazer kaynağı vakumda yapılabilir, ancak ekonomik olarak uygun görülmedi. Bu nedenle lazer kaynak makineleri, kaynak alanına inert gaz sağlayan gaz nozulları ile donatılmıştır.
Many laser welding applications do not require additional filler material. However, some challenging materials and applications require filler materials to produce satisfactory welds. Adding filler material improves the weld profile, reduces solidification cracking, imparts better mechanical properties to the weld, and allows for a more precise joint fit. The filler material can be in powder form or filler wire. However, since the powder is generally more expensive for most materials, it is more common to use wire stock. The four most common types of joints used with laser welding are butt welds, edge flange welds, filler lap welds, and lap welds.
Yumuşak çelik, paslanmaz çelik, alüminyum, titanyum ve daha fazlası dahil olmak üzere çeşitli metal malzemeler üzerinde lazer kaynağı yapılabilir. Yüksek karbonlu çeliğin lazer kaynağı, hızlı soğuma hızı ve çatlama eğilimi nedeniyle genellikle tavsiye edilmez.

Lazer Tipi

Lazer kaynak makineleri kaynak işlemleri için başlıca 3 türe ayrılır: gaz lazer (CO2), katı hal lazer ve fiber lazer.

Gaz lazeri (CO2)

CO2 lazer kaynağı, CO2'nin ana bileşen olduğu ve ek olarak nitrojen ve helyumun bulunduğu karışık bir gazdır. Bu lazerler, gaz moleküllerini uyarmak için düşük akımlarda ve yüksek voltajlarda sürekli veya darbeli modda çalıştırılabilir. CO2 lazerler, iki ışının üretildiği ve seri veya yan yana düzenlendiği çift ışınlı lazer kaynağı gibi özel durumlarda da kullanılır.

Katı Hal Lazeri

Katı hal lazerleri, lazer ışığı üretmek için yakut, cam veya itriyum, alüminyum ve granat (YAG) veya itriyum vanadat kristalleri (YVO4) gibi mineralleri lazer diyotları aracılığıyla pompalamak için diyot pompalı katı hal (DPSS) teknolojisini kullanır. Bu lazerler sürekli dalga veya darbeli ışın modunda çalışır. Darbe modu, nokta kaynağına benzer ancak tam nüfuziyetli bir bağlantı oluşturur. Modern fiber lazerlerle karşılaştırıldığında, bu tür lazerin birçok dezavantajı vardır, ancak katı hal lazerlerinin hala mükemmel ışın kararlılığı ve kalitesine ve ayrıca yüksek verimliliğe sahip olduğunu inkar edemeyiz.
Semiconductor-based lasers are also in the solid state but are generally considered a different class than solid-state lasers. These lasers are only good for cheaper smaller projects. However, they are sometimes used when welding in hard-to-reach areas because the equipment is more compact. The beam quality is much poorer than other types of lasers, so it is not common in industrial environments.

Fiber Lazer

Fiber lazerler, daha yüksek lazer gücü, daha iyi kalite ve daha güvenli çalışma sunan yeni bir katı hal lazer sınıfıdır. Bir fiber lazerde, lazer ışını, fiber pompa lazer diyotundan gelen ham ışığı emdiğinde üretilir. Bu geçişi sağlamak için fiber, nadir toprak elementleri ile katkılanır. Farklı doping elemanları kullanarak, çok çeşitli dalga boylarında lazer ışınları üretmek mümkündür, bu da fiber lazerleri lazer kaynağı ve lazer kesim dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için ideal kılar. Ancak standart lazer kesim kafalarının kaynak için kullanılamayacağını ve lazer kaynak kafalarının çoğu endüstriyel uygulamanın kesme hızı ve kalite gereksinimlerini karşılayamayacağını belirtmekte fayda var.

Lazer Kaynağı Kullanmak İçin Güvenlik Yönergeleri Nelerdir?

El tipi bir lazer kaynak makinesinin kullanımı kolay olmasına ve yerleşik güvenlik özelliklerine sahip olmasına rağmen, bunun güçlü bir endüstriyel ekipman parçası olduğunu unutmamak önemlidir. Bir lazer kaynak makinesinde çalışırken, lazer ışınının vücut ve gözler için tehlikeli olabileceğini unutmayın. Lazer kaynak ışınları görünmez ışıktır, bu nedenle güvenlik için görsel işaretlere güvenemezsiniz.
Lazer kaynak makineleri Sınıf IV lazerler olmasına ve güvenlik özellikleri sisteme entegre edilmiş olmasına rağmen, bir lazer güvenlik programı oluşturulurken geleneksel kaynak güvenlik gerekliliklerinin de uygulanması gerekir. İzlenecek bazı genel kurallar şunlardır:

Yanmayan giysiler, uzun kollu giysiler veya kaynak kıyafeti giyin. Lazer kontrollü bir alandaki herkes, lazer tipine uygun lazer güvenlik gözlükleri ve geleneksel bir kaynak kaskı dahil olmak üzere kişisel koruyucu ekipman kullanmalıdır.
Lütfen lazer ışığının yansıtılabileceğini göz önünde bulundurarak çalıştırma güvenlik prosedürlerini takip edin.
Üretici tarafından sağlanan ekipman kılavuzunda belgelenen güvenlik gereksinimlerine ve prosedürlerine tam olarak aşina olana kadar asla elde taşınan bir lazer kaynak makinesini çalıştırmayın.

Lazer Kaynağın Avantajları

Düşük ısı girişi ve hassas lazer güç kontrolü sayesinde mükemmel kaynak kalitesi.
Hızlı kaynak hızı ve düşük birim maliyet.
Daha büyük kaynak derinlikleri, yüksek mukavemetli kaynaklar oluşturur.
Diğer yöntemlerle birleştirilemeyen kaynak malzemesi kombinasyonlarına izin verir.
Basit kaynak ekipmanı, özel koşullar altında kaynağa izin verir.

Lazer Kaynağının Dezavantajları

İlk yatırım yüksektir.
Dar toleranslar, mükemmel iş parçası uyumu ve lazer hizalaması gerektirir.
Yüksek yansıtıcılığa ve iletkenliğe sahip malzemeler (alüminyum ve bakır) karmaşık kaynak sonuçları üretebilir (CO2 lazerlerinde).
Hızlı katılaşma gözenekliliğe ve kırılganlığa neden olabilir.
Lazer optikler çok kırılgandır ve kolayca zarar görebilir.

Lazer Hibrit Kaynak

Lazer hibrit kaynak, elektrik arkı ve lazer ışınının kaynak yöntemlerini birleştirir. İki kaynak yöntemi aynı anda aynı kaynak alanına etki eder, bu nedenle kaynak etkisi ark ve lazer ışını kaynağının avantajlarına sahiptir ve benzersiz bir kaynak işlemi oluşturur. Lazer kaynağı hemen hemen her ark kaynağı işlemiyle birlikte kullanılabilse de, öne çıkan ve daha yaygın olarak kullanılan birkaç işlem vardır.
Üç ana lazer hibrit kaynak türü vardır:

MIG eklemeli kaynak (genellikle lazer hibrit kaynakla eşanlamlıdır)
TIG katkı kaynağı

plazma ark kaynağı

Hibrit kaynak işlemi, lazer kaynağının derin nüfuzunu ve ark kaynağı işlemleriyle karşılaştırılabilir bir kaynak kapağı profili sunar. Koruyucu gaz ve diğer ark kaynağı sarf malzemelerinin kullanımı, kaynak özelliklerinin lazer kaynağından daha iyi kontrol edilmesini sağlar. Lazer hibrit kaynak şüphesiz gelecekte gemi yapımı, demiryolu, otomotiv endüstrileri ve büyük boru hattı kaynak projelerinde giderek daha fazla kullanılacak olan gelişmekte olan bir süreçtir.

Sıkça Sorulan Sorular

Lazer Kaynak Gaz Gerektirir mi?

Lazerler, uygulamaya ve kaynak yapılan malzemeye bağlı olarak gazlı veya gazsız olarak gerçekleştirilebilir. Bazı durumlarda, kaynak alanı çevresinde koruyucu bir atmosfer oluşturmak için argon, helyum veya nitrojen gibi bir koruyucu gaz kullanılabilir. Bu özellikle titanyum veya alüminyum gibi oksidasyona duyarlı malzemeleri kaynak yaparken önemlidir. Kullanılan gazın türü, kaynak yapılan malzemeye, kaynak işlemine ve kullanılan ekipmana bağlıdır.
Bazı durumlarda, belirli bir kaynak etkisi elde etmek için bir gaz karışımı kullanılabilir. Örneğin, paslanmaz çeliği kaynaklamak için bir helyum ve argon karışımı kullanılabilirken, alüminyumu kaynaklamak için genellikle nitrojen kullanılır. Gaz kullanımı, lazer kaynağının önemli bir yönüdür ve kaynağın kalitesine ve güvenilirliğine katkıda bulunur.

Lazer Kaynak Güçlü mü?

Yes, laser welding is a robust and reliable welding method. Laser welding uses a highly focused laser beam to melt and fuse metal surfaces to form a strong, high-quality bond. The heat generated by the high-power laser beam is highly concentrated, resulting in minimal deformation and a very narrow heat-affected zone.
Lazer kaynağının gücü, kaynak yapılan metalin türü ve kullanılan özel kaynak işlemi dahil olmak üzere çeşitli faktörlere bağlıdır. Güçlü ve güvenilir bir kaynak sağlamak için lazer gücü, hız ve darbe süresi gibi uygun hazırlık ve kaynak parametreleri dikkatle kontrol edilmelidir. Genel olarak lazer kaynağı, kaynak işlemi sırasında oluşan ısıyı ve bozulmayı en aza indirdiği için ince malzemelerin kaynağında özellikle etkilidir.
Lazer kaynağı, havacılık, otomotiv ve tıbbi cihaz üretimi gibi güç ve hassasiyetin kritik olduğu uygulamalarda yaygın olarak kullanılır. Bununla birlikte, kaynak mukavemetinin aynı zamanda uygun kaynak tasarımına ve uygulamasına da bağlı olduğunu belirtmekte fayda var, bu nedenle deneyimli kaynakçıları ve mühendisleri sürece dahil etmek çok önemlidir.

Lazerle Hangi Metalleri Kaynak Yapabilirsiniz?

Lazer kaynağı, aşağıdakiler de dahil olmak üzere birçok farklı metal türünü birleştirmek için kullanılabilen yüksek hassasiyetli bir kaynak yöntemidir:

Çelik: Lazer kaynağı, düşük ısı girişi ile yüksek kaliteli kaynaklar sağlayabildiğinden, yumuşak çelik, paslanmaz çelik ve yüksek dayanımlı çelik dahil olmak üzere çeşitli çelik sınıflarını kaynaklamak için yaygın olarak kullanılır.
Alüminyum: Lazer kaynağı, yüksek yansıtıcılığı ve termal iletkenliği nedeniyle alüminyum kaynağı için etkili bir yöntemdir.
Bakır: Lazer kaynağı, bakır ve pirincin kaynağı için de etkilidir, geleneksel kaynak teknikleri bakırın kaynaklanması zordur, genellikle elektronik ve sıhhi tesisat uygulamalarında kullanılırlar.
Titanyum: Lazer kaynağı, yüksek erime noktası ve reaktivitesi nedeniyle sıklıkla titanyumu kaynaklamak için kullanılır.
Altın ve Gümüş: Lazer kaynağı, genellikle kuyumculuk ve diğer üst düzey uygulamalarda kullanılan altın ve gümüş gibi değerli metalleri kaynaklamak için de kullanılabilir.
Nikel ve Alaşımları: Lazer kaynağı, genellikle havacılık ve diğer yüksek performanslı uygulamalarda kullanılan Inconel gibi nikel ve alaşımlarını kaynaklamak için kullanılabilir.
Magnezyum: Magnezyum, özellikle otomotiv ve havacılık endüstrilerinde lazer kullanılarak kaynak yapılabilen hafif bir metaldir.

Lazer kaynağı, hem demir içeren hem de içermeyen çok çeşitli metalleri birleştirmek için kullanılabilen çok yönlü bir kaynak yöntemidir. Bununla birlikte, belirli bir metal için lazer kaynağının tam olarak uygunluğu, metalin spesifik özelliklerine ve kaynak uygulamasının gerekliliklerine bağlı olacaktır.

Lazer Kaynakta Kaynak Teli Kullanılır mı?

Genel olarak, lazer kaynağında kaynak teli kullanılmaz. MIG (metal inert gaz) veya TIG (tungsten inert gaz) kaynağı gibi diğer kaynak işlemlerinin aksine, lazer kaynağı iki metal parçasını birleştirmek için kaynak teli gibi bir dolgu malzemesi gerektirmez. Lazer kaynağı, iki metal parçasını eritmek ve birleştirmek için odaklanmış, yüksek yoğunluklu bir lazer ışını kullanır. Lazer ışını tarafından üretilen ısı, ek kaynak malzemesi olmadan metali eritmek için genellikle yeterlidir.
Bununla birlikte, bazı durumlarda, mukavemetini artırmak veya birleştirilen iki parça arasındaki boşluğu doldurmaya yardımcı olmak için bağlantıya az miktarda dolgu malzemesi eklenebilir. Bu dolgu malzemesi genellikle tel veya toz halindedir ve derze manuel veya otomatik bir işlemle eklenir. Ek olarak, hibrit lazer kaynağı gibi bazı lazer kaynak teknikleri, daha kararlı bir ark oluşturmak ve sıçramayı azaltmak için kaynak teli kullanabilir.

Lazer Kaynağın Kusurları Nelerdir?

Lazer kaynak, otomotiv, havacılık ve tıp dahil olmak üzere çeşitli sektörlerde yaygın olarak kullanılan bir işlemdir. Lazer kaynağının yüksek hassasiyet, hızlı hız ve küçük deformasyon gibi birçok avantajı olmasına rağmen, kaynak işleminde bazı potansiyel kusurlar da vardır. Lazer kaynağının bazı tuzakları şunları içerir:

Gözeneklilik: Kaynak işlemi sırasında sıkışan gazların neden olduğu, kaynaklı bağlantıyı zayıflatabilen ve mukavemetini azaltabilen, kaynak malzemesinde küçük boşlukların veya gözeneklerin oluşumu.
Çatlaklar: Lazer kaynağı, özellikle malzemenin yüksek bir termal genleşme katsayısına sahip olması veya kaynak hızının çok yavaş olması durumunda, kaynaklı malzemenin çatlamasına yol açabilen, oldukça konsantre bir ısıdan etkilenen bölge oluşturabilir.
Eksik Füzyon: Baz metali veya dolgu metalini tamamen eritmek için yetersiz lazer gücü, kaynağın eksik füzyonuna neden olarak zayıf veya eksik bir bağlantıya neden olur.
Alttan kesme: Ana malzemenin aşırı erimesi, kaynağın kenarında oyuklara veya çentiklere neden olarak bağlantının gücünü zayıflatabilir.
Eğilme: Lazer kaynağı, kaynak malzemesinin genleşmesine ve büzülmesine neden olarak çok fazla ısı üretir. Bu, özellikle ince veya kırılgan malzemeler için ürünün boyutsal doğruluğunu ve kalitesini etkileyebilecek şekilde kaynaklı malzemenin deformasyonuna veya bükülmesine neden olabilir.
Oksidasyon: Lazer kaynağı sırasında oksijene maruz kalmak, temel malzemenin oksidasyonuna neden olarak bağlantıların zayıflamasına ve korozyon direncinin azalmasına neden olabilir.
Eklem Montajına Duyarlılık: Lazer kaynağı, kaynak yapılan iki parçanın hassas hizalanmasını gerektirir. Boşluk boyutlarındaki herhangi bir yanlış hizalama veya değişiklik, kaynak kalitesini etkileyecektir.

Bu kusurları en aza indirmek için, lazer gücü, kaynak hızı ve ışın odaklaması dahil olmak üzere lazer kaynak işlemi parametreleri optimize edilmeli ve uygun dolgu malzemeleri ve koruyucu gazlar kullanılmalıdır. Ek olarak, uygun yüzey işleme, bağlantı tasarımı ve kaynak sonrası ısıl işlem de lazer kaynak kusurlarının oluşumunu azaltmaya yardımcı olabilir.

özetle

Lazer kaynağı, yüksek hassasiyetli kaynak için kullanılır ve herhangi bir elektrot kullanmadığından nihai kaynak sonucu hafif ama güçlü olacaktır. İlk yatırım pahalıdır, ancak lazer kaynağının kalitesi ve özellikleri kolayca kopyalanamaz. Lazerler daha güçlü ve enerji verimli hale geldikçe, lazer kaynağının geleceği parlak görünüyor!

Lazer Ekipmanı

İletişim bilgileri

Lazer Çözümleri Alın