Boyar Madde Laserleri: Organik moleküller (100 nm) Yarı İletkenli Laserler: AsGa Serbest Elektronlu Laserler: Yüksek enerjili elektronlar laser, akronim yazı

Katı Laserler : a) Yakut kristali (Al2O3 ve Cr3+); Dalga Boyu: 694,3 nm’dir. Başıboş çalışmada bir yakut laseri 30 - 40 kW, darbeli çalışmada ise 30 – 100 MW güç sağlar.

• Katı Laserler : a) Yakut kristali (Al2O3 ve Cr3+); Dalga Boyu: 694,3 nm’dir. Başıboş çalışmada bir yakut laseri 30 - 40 kW, darbeli çalışmada ise 30 – 100 MW güç sağlar.

• b) Nd:YAG; dalga boyu 1,06 mikrometre

• Gaz Laserleri: He-Ne, Ar, CO2 (10,6), He-Cd (metal buharı), HF(2,7) veya DF(3,8)

• Boyar Madde Laserleri: Organik moleküller (100 nm)

• Yarı İletkenli Laserler: AsGa

• Serbest Elektronlu Laserler: Yüksek enerjili elektronlar

LASER, akronim yazım kuralı ile Light Amplification by Stimulated Emission of Radition cümlesindeki baş harflerden elde edilmiş bir kelime olup, “ışınlandırmanın uyarılmış yayımı ile ışığın kuvvetlendirilmesi” şeklinde tercüme edilebilir.

• LASER, akronim yazım kuralı ile Light Amplification by Stimulated Emission of Radition cümlesindeki baş harflerden elde edilmiş bir kelime olup, “ışınlandırmanın uyarılmış yayımı ile ışığın kuvvetlendirilmesi” şeklinde tercüme edilebilir.

Farklı laser ortamları ve uyarma yöntemleri ile üretilmiş bu laserlerin tümünde ortak olan yönler;

• Farklı laser ortamları ve uyarma yöntemleri ile üretilmiş bu laserlerin tümünde ortak olan yönler;

• homojen (eş dağılımlı) bir ortam

• enerjinin bir kısmını laser ışınına çeviren, enerji nakli için ayrıca uyarı düzeni sağlayan ve ışının ortamı pek çok kereler katetmesi ve gücünün artışını sağlamak amacıyla resonatörde mevcut olan aynalardır

Radyo dalgaları ile ışık dalgaları kuşkusuz aynı kökenlidir; yani her ikisi de elektromanyetik dalga yayınımıdır.

• Radyo dalgaları ile ışık dalgaları kuşkusuz aynı kökenlidir; yani her ikisi de elektromanyetik dalga yayınımıdır.

• Sadece frekansları, dolayısı ile dalga boyları farklıdır.

• Radyo dalgaları sürekli bir enerji akışı sunarken, ışık ise enerji darbelerinden oluşmaktadır.

• Her bir darbenin enerjisi ise h . v kadardır (h:Planck sabiti ve v: frekans).

• Esasında sürekli olarak algılanabilen ışık, gerçekte milyonlarca küçük enerji paketlerinden oluşmaktadır.

Laser ışını üretmek için termodinamik dengede olan bir konumdan aktif laser ortamına enerji transfer edilmelidir.

• Laser ışını üretmek için termodinamik dengede olan bir konumdan aktif laser ortamına enerji transfer edilmelidir.

• Tam ve kısmi yansıtıcı aynalara sahip olan resonatör, yükseltgenen enerjinin bir kısmını laser etkisi ile elektromanyetik bir ışın olarak yönlendirmektedir.

• Bu ışın tek renkli, ardışık ve olağan dışı kuvvetli bir düzen ile yönlendirilmektedir.

• Bu olayların gerçekleşmesini sağlayan teknik cihaz, tam olarak ışın kaynağı olarak adlandırılmaktadır

Laseri başlatmak için ulaşılmış yayınımı olanaklı kılacak enerji düzeylerine sahip atomlar, moleküller, iyonlar, vb. gibi kurucu öğelerden oluşan etkin bir ortam gereklidir.

• Laseri başlatmak için ulaşılmış yayınımı olanaklı kılacak enerji düzeylerine sahip atomlar, moleküller, iyonlar, vb. gibi kurucu öğelerden oluşan etkin bir ortam gereklidir.

• Frekansı ışınımsal geçişe karşılık gelen tek renkli bir ışık demeti etkin bir ortama gönderildiğinde, buradan uyarılmış yayınımla yükseltilmiş olarak ve aynı doğrultuda çıkar.

• Bu yükseltici ortamı, ışıma üretecine dönüştürmek için bir rezonans boşluğuna yerleştirmek gerekir. Bir laserde bu boşluk, birbirine koşut ve yayımlanan ışımaya dik iki aynadan oluşur (Pèrot-Fabry Boşluğu).

• Aynalardan biri, üretilen ışımanın dışarı çıkabilmesini sağlamak için kısmen geçirgendir. Aynalar arasındaki uzaklık birkaç santimetreden birkaç metreye kadar değişebilir.

Laser ışını yönlendirilmiştir; demetin ıraksaması birkaç saniyelik bir açı ile sınırlandırılabilir; küçük bir uzay açısı içinde çok büyük bir enerji veya güç elde edilebilir.

• Laser ışını yönlendirilmiştir; demetin ıraksaması birkaç saniyelik bir açı ile sınırlandırılabilir; küçük bir uzay açısı içinde çok büyük bir enerji veya güç elde edilebilir.

• Laser demeti odaklandığında, kullanılan optik düzeneğin odağında birkaç dalga boyu kadar çok küçük boyutlu bir odak noktası, dolayısı ile birim yüzey başına çok büyük bir enerji yoğunluğu elde edilir.

Laser ışını tek renklidir ve ışını oluşturan laser özelliği ile belirlenmiş elektromanyetik dalgalar ile yayınır. Malzeme işleminde kullanılan laser ışınında genellikle laser, kızılötesi bölgede yer alır; yani dalga boyu 750 nm’den büyüktür.

• Laser ışını tek renklidir ve ışını oluşturan laser özelliği ile belirlenmiş elektromanyetik dalgalar ile yayınır. Malzeme işleminde kullanılan laser ışınında genellikle laser, kızılötesi bölgede yer alır; yani dalga boyu 750 nm’den büyüktür.

• Laser ışını ardışıktır. Ardışıklık, laser ışınının elektromanyetik dalgalarının eşit fazda olması durumu olarak ortaya çıkmaktadır.

• Laser ışını kurallı olarak polarize olmaz. Buna karşın laser sitemleri doğrusal (lineer) polarize olmuş ışın yayındırırlar; yani, tek renkli ve ardışık ışığın titreşim yüzeyinin yeri sabittir.

Laser ışını yaklaşık paraleldir. Laserde sadece elektromanyetik dalgalar kuvvetlendirilir. Laser ışın kaynağından ışının uzaklaşması ile paralellik bozulmaya başlar (ışın ıraksaklaşır).

• Laser ışını yaklaşık paraleldir. Laserde sadece elektromanyetik dalgalar kuvvetlendirilir. Laser ışın kaynağından ışının uzaklaşması ile paralellik bozulmaya başlar (ışın ıraksaklaşır).

• Işın kesitinde laser ışınının sabit bir güç yoğunluğu yoktur. Işın kesitinde güç yoğunluğunun dağılımı Mod olarak tanımlanır (TEM = Elektromanyetik modda yayınım) ve her şeyden önce laserin yapısına ve laser etkin ortamının türüne bağlı olarak mod değişir. Mod düzeni ve laser ışınının ıraksaması, laser ışınının kalitesini belirler.

• Laser ışını iyi odaklanabilir. Işın kaynağının çıkışında laser ışınının güç yoğunluğu 103 W/cm2’ye kadarken ve bu güç yoğunluğu malzemenin ısıtılması için yeterliyken, kaynak ve kesme işlemlerinin yapılabilmesi için, ışının yarıçapı 0,5 mm değerinin altına düşürülerek odaklanması ile, bu güç yoğunluğu değeri 105 – 107 W/cm2 değerine yükseltilmektedir.

Sürekli dalga (cw: continuous wave) çalışma şekli

• Sürekli dalga (cw: continuous wave) çalışma şekli

• Darbeli çalışma (benzer biçimde süper darbeli)

• HF-Uyarılma

• darbe zamanı 0,5 ms

• durma zamanı 1,5 ms

• darbe frekansı 500 Hz

• ortalama laser gücü %25

Sürekli dalga (cw) işletmesi

• Sürekli dalga (cw) işletmesi

• Darbeli işletme (benzer biçimde darbeli şekillendirme)

• Q-anahtar işletmesi.

Işının soğurulan kısmı ısıya dönüştürülür. Bunun sonucunda, metallerde etki derinliğinin düşük olması nedeni ile ısı yüzeyde soğurulur ve gelen laser ışını yüzeyde ısı kaynağı oluşturur.

• Işının soğurulan kısmı ısıya dönüştürülür. Bunun sonucunda, metallerde etki derinliğinin düşük olması nedeni ile ısı yüzeyde soğurulur ve gelen laser ışını yüzeyde ısı kaynağı oluşturur.

• Yüzeyin ısınması malzeme içine doğru ısı akışını etkilemektedir. Bu durum için çevredeki ısıl kayıplar ihmal edilerek laser ışınındaki belirli güç yoğunluğu dağılımı ile yüzeydeki sıcaklığın değişimi hesaplanabilir. Genel olarak bir güç yoğunluk dağılımındaki sıcaklığın değişimi aşağıdaki gibi hesaplanabilir:

T (t) : Zaman bağlı olarak ışın merkezindeki sıcaklık

• T (t) : Zaman bağlı olarak ışın merkezindeki sıcaklık

• I : Laser ışınının güç yoğunluğu

• rF : Odak yarıçapı

• λW : Isıl geçirgenlik

• κ : Sıcaklık geçirgenliği

Laser cihazı,

• Laser cihazı,

• Laser ışınını laser cihazından parçaya kadar taşıyan elemanlar (gerekli olma durumunda)

• Sirküler (dairesel) polarizasyon

• Işının yönlenmesi

• Işının taşınımı

• Işının odaklanması

• Işının şekli

• Yönlendirici(ler) / Laser parametrelerinin tespiti

• İşlem gören parça için düzenek

• Işının ve/veya parçanın hareketini sağlayan elemanlar (CNC ile doğrusal ve/veya dairesel hareketlerin denetimi)

• Soğutma, işlem gazı ve ilave malzeme için gerekli olan donanımlar

• Parçanın yönlendirilmesi, gazların ve curufların uzaklaştırılması için gerekli donanım

Laser ışını ile kaynak kendi içinde iki gruba ayrılır:

• Laser ışını ile kaynak kendi içinde iki gruba ayrılır:

• ısı iletim kaynağı

• derin kaynak

Bir malzemenin kaynak edilebilirliğini etkileyen parametreler:

• Bir malzemenin kaynak edilebilirliğini etkileyen parametreler:

Isıtma ve Yüksek Sıcaklık Fazı:

• Isıtma ve Yüksek Sıcaklık Fazı:

• Alaşımsız ve düşük alaşımlı çeliklerin laser kaynağı ile oluşan ısı tesiri altındaki bölgede ısınmanın ve yüksek sıcaklık fazına ulaşmanın sonucunda aşağıdaki oluşumlar gerçekleşmektedir:

• 400-500 0C sıcaklıklarından itibaren: toparlama - yeniden kristalleşme olayları, karbür büyümesi (ITAB’da 0,1-0,9 mm aralığında) .

• 1000-1100 0C sıcaklıklarından itibaren: özel karbürlerin çözünmesi veya karbonitrür oluşumu, tane büyümesi (ITAB’da 0,1-0,9 mm aralığında).

Soğutma Fazı:

• Soğutma Fazı:

• 1) Alaşımsız ve düşük alaşımlı çeliklerin kaynak bölgesindeki (ergiyen bölge ve ısı etkisi altındaki bölge) doku ve malzeme özellikleri her şeyden önce östenit fazınının soğuma hızına bağlıdır.

• 2) Bunun için özellikle 800-500 0C sıcaklıkları arasındaki sıcaklık değişimini gösteren t8/5 değerinin önemi büyüktür.

• 3) Ön ısıtma yapılmadan gerçekleştirilen laser kaynağında t8/5 değeri yaklaşık olarak 1 s, 300 0C ön ısıtma yapılarak gerçekleştirilen laser kaynağında t8/5 8 s ve 400 0C ön ısıtmada ise t8/5 yaklaşık 15 s’dir.

4) Kaynak için zaman-sıcaklık-dönüşüm (ZSD) diyagramlarında t8/5 değeri yaklaşık 1 saniyenin altına düştüğünde, alaşımsız ve mikroalaşımlı çelikler için martenzitik dönüşüm oluşmaktadır. Daha uzun t8/5 değerlerinde ise baynit (Bainit), ince lamelli perlit ve ferrit oluşumu da sözkonusudur.

• 4) Kaynak için zaman-sıcaklık-dönüşüm (ZSD) diyagramlarında t8/5 değeri yaklaşık 1 saniyenin altına düştüğünde, alaşımsız ve mikroalaşımlı çelikler için martenzitik dönüşüm oluşmaktadır. Daha uzun t8/5 değerlerinde ise baynit (Bainit), ince lamelli perlit ve ferrit oluşumu da sözkonusudur.

• 5) Düşük miktarda alaşım elementi ilavesi ile ferrit ve perlit oluşumları daha uzun zamanlara kaydırılabilmektedir. Bu nedenle martenzitik dokunun oluşumunu engellemek için, böylesi alaşımlarda ön tavlama sıcaklıkları 500-600 0C aralıklarına kadar yükselmesi mümkündür.

Isıtma ve Yüksek Sıcaklık Fazı

• Isıtma ve Yüksek Sıcaklık Fazı

• • 240 0C sıcaklığından itibaren: aşırı yaşlanma ve toparlanma,

• • 400-500 0C sıcaklıklarından itibaren: çözme tavı ve yeniden kristalleşme,

• • 500-600 0C sıcaklıklarından itibaren: tane sınırı ergimesi

Soğutma fazı:

• Soğutma fazı:

• Soğuma görece yüksek olduğu için, kaynak dikişindeki katılaşma hızı da yüksektir. Katılaşma hızına bağlı olarak özellikle AlMgSi1 alaşımında gerilim alanlarının oluşumu nedeni ile sıcak çatlak gözlemlenmektedir

çok dar dikiş geometrisi,

• çok dar dikiş geometrisi,

• büyük derinlik / genişlik oranı,

• dar ITAB,

• yüksek laser güçleri ile hızlı kaynak,

• kaynak işlemi sırasında laser gücünün kolay biçimde düzenlenebilmesi

Laser Gücü ve Kaynak Hızı:

• Laser Gücü ve Kaynak Hızı:

Odak Yeri:

• Odak Yeri:

İşlem Gazı:

• İşlem Gazı:

• İşlem gazı kullanılması ile plazma parçacıkları ve işlem gazı parçacıklarının çarpışmaları sonucunda metal buhar plazmasında elektronlar ve iyonlar ile yeni bir bileşim oluşumuna etki edilmektedir. Böylece yeni bileşim oranı ile düşen bir elektron yoğunluğu sonucunda laser ışınının plazma tarafından soğurulma derecesi daha düşük değerlerde kalmaktadır.

Helyum: CrNi çelikleri gibi yüksek alaşımlı çelikler ve titanyum alaşımları için, oksidasyona karşı iyi derecede bir koruma sağlamaktadır.

• Helyum: CrNi çelikleri gibi yüksek alaşımlı çelikler ve titanyum alaşımları için, oksidasyona karşı iyi derecede bir koruma sağlamaktadır.

• Karbondioksit: Genellikle alaşımsız malzemelerin kaynağında kullanılmaktadır.

• Argon:Alaşımlı çelikler için iyi bir oksidasyon koruyucusudur.

• Azot:Azot, kaynak dikiş yüzeyini bir miktar bozmasına karşın, helyum gazına göre daha hızlı kaynak yapmaya olanak sağlamaktadır

Malzeme Kombinasyonu Kaynak Dikişinin Sertliği (HV3)

• Malzeme Kombinasyonu Kaynak Dikişinin Sertliği (HV3)

• C10/C10 325

• C15/C15 370

• St37-2/St37 440

• 16 MnCr 5/16 MnCr 420

• Ck35/Ck35 600

• C35/C35 600

• C45/C45 680

1) Soğuk İş Çeliği - Yapı Çeliği Çiftinin Laser Kaynağı

• 1) Soğuk İş Çeliği - Yapı Çeliği Çiftinin Laser Kaynağı

• (X 210 Cr 12 / St 37 ) + X 2CrNiMo 19 12

2) Küresel Grafitli Dökme Demir - Sementasyon Çeliği Çiftinin Laser Kaynağı (GGG-50 / 16 MnCr 5)

• 2) Küresel Grafitli Dökme Demir - Sementasyon Çeliği Çiftinin Laser Kaynağı (GGG-50 / 16 MnCr 5)

3) Krom Çeliği - Sıcağa Dayanıklı Çelik Döküm Çiftinin Laser Kaynağı (X 20 Cr 13 / G-X 15 CrNiCo 21 20 20)

• 3) Krom Çeliği - Sıcağa Dayanıklı Çelik Döküm Çiftinin Laser Kaynağı (X 20 Cr 13 / G-X 15 CrNiCo 21 20 20)

Laserin kullanımı özellikle yararlıdır, eğer:

• Laserin kullanımı özellikle yararlıdır, eğer:

• 1) Parçanın üretim şeması tamamen değişecekse,

• 2) Maliyet düşecekse,

• 3) Kalitede artma sağlanacaksa,

• 4) Diğer yöntemler ile üretim mümkün değilse,

• 5) Kuvvet değişmeden veya düşük ısıl etki ile çalışma gerekecekse,

• 6) Küçük parçalarda büyük şekillendirme olacaksa,

• 7) Yüksek derecede otomasyon gerekli ise.

2000 mm’ye kadar tek pasoda kaynak edilebilirlik,

• 2000 mm’ye kadar tek pasoda kaynak edilebilirlik,

• Tozaltı kaynağına giöre %15-20 daha az toz tüketimi,

• Yüksek ergime verimlerine ulaşılabilme,

• Kaynak dikişi ve ITAB’da daha kontrollü soğutma,

• Çatlamaya ve gözenek oluşumuna karşı daha fazla emniyet,

• Uygulamaya göre tek veya çok elektrod kullanma olasılığı,

• Elektrod seçiminde serbestlik (çıplak, örtülü ve band elektrod).

Kaynak Tozları

• Kaynak Tozları

•  

• Düşük ergime ve yüksek buharlaşma noktalarına sahip olmalı

• Ergiyik curufun, kararlı ark oluşturma eğilimi düşük olmalı

• Ergiyik curufun kaynak yönüne doğru ilerlemesi için orta derece viskoziteye sahip olmalı

• Ergiyik curuf yüksek elektrik iletkenliğine sahip olmalı