Lazer takı kaynak makinesinin prensibi nedir?

Bir lazer takı kaynak makinesi, takıların metal bileşenlerini hassas bir şekilde birleştirmek için lazer ışını ısı kaynağı olarak kullanan yüksek teknolojili bir cihazdır. Çalışma prensibi lazer ile madde arasındaki etkileşimine dayanır. Temel ilke, iş parçasının çok küçük bir bölgesine yüksek enerji yoğunluğunda bir lazer ışını odaklayarak hızlı erime ve katılaşma yoluyla kaynak yapmaktır.
I. Temel Çalışma Prensibi: Lazer ile Metal Arasındaki Etkileşim
Enerji Emme ve Dönüşümü:
Belirli bir dalga boylarına sahip bir lazer ışını bir metalin yüzeyine tutulduğunda, metaldeki serbest elektronlar fotonların enerjisini soğurur. Takı kaynak makineleri genellikle pulslu Nd:YAG lazerler veya fiber lazerler kullanır ve bu lazerler altın, gümüş, platin ve paladyum gibi çoğu takı metalince etkili bir şekilde soğurulabilen yaklaşık 1064 nm dalga boyuna sahip yakın kızılötesi ışık yayar.
Isı birikimi ve erime:
Enerjiyi soğuran elektronlar kafesle çarpışarak enerjiyi ısıya dönüştürür. Aşırı kısa bir sürede (genellikle milisaniye veya mikrosaniye mertebesinde), lazer odak noktasındaki metalin sıcaklığı keskin bir şekilde artar ve erime noktasına ulaşıp onu aşarak yerel bir eriyik havuzu oluşturur. Lazer enerjisinin yüksek yoğunluğu nedeniyle ısı etkisi altındaki bölge çok küçüktür ve çevre malzeme temel olarak ısıdan zarar görmez.
Eriyik havuzunun katılaşması ve birleşmesi:
Lazer darbesi sona erdikten sonra ısı kaynağı anında kaybolur. Erimiş metal, etrafındaki matrisden ısıyı hızlı bir şekilde ileterek soğur ve katılaşır. Erimiş bölgedeki metal ve ana metal katılaşma sürecinde ortak bir kristal yapı oluşturur ve böylece güçlü bir metalürjik bağlantı sağlanır.
II. Sistemin Temel Bileşenleri
Lazer jeneratörü: Sistemin temel bileşeni olup lazer üretmekten sorumludur. Modern cihazlar genellikle yüksek verimlilik, iyi ışın kalitesi ve bakım gerektirmeme avantajlarına sahip olan fiber lazerleri kullanır.
Işık yönlendirme ve odaklama sistemi: Reflektörlerden, optik fiberlerden ve odaklama lenslerinden oluşur. Fonksiyonu, lazer jeneratörünün ürettiği lazer ışığını iş parçası üzerine hassas bir şekilde yönlendirmek ve odaklamak suretiyle çok yüksek enerji yoğunluğuna sahip bir ışık noktası oluşturmakdır.
İş tezgahı ve pozisyonlandırma sistemi: İş parçalarının veya lazer başlıklarının sabitlenmesi ve hassas bir şekilde hareket ettirilmesi için kullanılır. Genellikle mikroskoplar, CCD kamera sistemleri veya çapraz hizalama ışıkları ile donatılmıştır ve kaynak noktalarının hassas konumlandırmasını sağlar.
Kontrol sistemi: Lazer parametrelerini (darbe enerjisi, darbe süresi, frekans ve kaynak yolu gibi) ayarlamak ve tüm kaynak sürecini kontrol etmek için entegre bir bilgisayar ve yazılım kullanılır.
Koruyucu gaz sistemi: Kaynak bölgesine inert gaz (örneğin argon) üflenir, böylece yüksek sıcaklıktaki metalin havadaki oksijenle reaksiyona girmesi önlenir ve kaynak noktası parlak ve temiz kalır.
III. Çalışma Süreci
Fonksiyon: Kaynak yapılacak takı iş parçasını iş tezgahına sabitleyin ve görsel sistem kullanarak lazer odak noktasını kaynak alanıyla hassas olarak hizalayın.
Parametreleri ayarlayın: Metal malzeme, kalınlık ve kaynak gereksinimlerine göre kontrol sisteminde uygun lazer gücü, darbe süresi ve frekans değerlerini ayarlayın.
Korumalı gazı serbest bırakın: İnert gazın kaynak alanını kaplamasını sağlamak için gaz hattını başlatın.
Lazeri başlatın: Cihazı çalıştırın ve lazer, önceden ayarlanmış parametrelere göre iş parçasının yüzeyine etki eden darbeli lazer ışını çıkarır.
Lehim noktasını oluşturma: Lazer enerjisi metali anında eriterek bir ergimiş havuz oluşturur. Lazer durduktan sonra ergimiş havuz katılaşır ve tek bir lehim noktasının kaynaklanmasını tamamlar. İş parçası veya lazer başlığı hareket ettirilerek sürekli nokta kaynağı veya dikiş kaynağı yapılabilir.
IV. Teknik Özellikler ve Uygulama Avantajları
Temassız işlem: Lazer başlığı iş parçasına temas etmez, bu da mekanik stresi ortadan kaldırır. İnce ve küçük takı bileşenleri için uygundur.
Küçük ısı etki alanı: Enerji çok yoğun hale getirilir ve bu da iş parçasının genel olarak ısınmasını önler. Bu, özellikle tanzanit ve opal gibi ısıya duyarlı taşlar ile emaye malzemelerin termal hasar görmesini engeller.
Yüksek kaynak mukavemeti: Metalürjik bir birleştirme yöntemidir ve kaynak noktasının mukavemeti ana malzemenin mukavemetine yakındır.
Aşırı yüksek hassasiyet: Nokta çapı mikrometre seviyesine ulaşabilir ve minimum ek parlatma işlemi gerektiren neredeyse görünmez kaynak imkanı sunar.
Geniş uygulama malzeme yelpazesi: K altını, platin, gümüş ve titanyum alaşımı gibi çeşitli yaygın takı metallerinin kaynak işleminde kullanılabilir.
Lazer takı kaynak makinesinin prensibi, metali eriterek metalürjik bağlanmayı sağlamak için yüksek enerji yoğunluğuna sahip bir lazer ışınının lokal ve anlık olarak ısıtılmasıdır. Bu teknolojinin özü, lazer enerjisinin hassas kontrolüne dayanır ve böylece takı endüstrisinin gerektirdiği hassas, temiz ve verimli kaynak etkisini sağlar.