01 Kalın plaka lazer-ark hibrit kaynağı
Kalın levha (kalınlık ≥ 20 mm) kaynağı, havacılık, denizcilik ve gemi yapımı, demiryolu taşımacılığı gibi önemli alanlarda büyük ekipmanların üretiminde kilit rol oynamaktadır. Bu bileşenler genellikle büyük kalınlık, karmaşık bağlantı şekilleri ve karmaşık çalışma ortamlarıyla karakterize edilir. Kaynak kalitesi, ekipmanın performansı ve ömrü üzerinde doğrudan etkiye sahiptir. Yavaş kaynak hızı ve ciddi sıçrama sorunları nedeniyle, geleneksel gaz korumalı kaynak yöntemi, düşük kaynak verimliliği, yüksek enerji tüketimi ve büyük artık gerilim gibi zorluklarla karşı karşıya kalmakta ve sürekli artan üretim gereksinimlerini karşılamakta zorlanmaktadır. Bununla birlikte, lazer-ark hibrit kaynak teknolojisi, geleneksel kaynak teknolojisinden farklıdır. Başarılı bir şekilde, geleneksel kaynak teknolojisinin avantajlarını bir araya getirmektedir.lazer kaynağıArk kaynağı ile birleştirildiğinde, Şekil 1'de gösterildiği gibi, geniş nüfuz derinliği, yüksek kaynak hızı, yüksek verimlilik ve daha iyi kaynak kalitesi gibi özelliklere sahiptir. Bu nedenle, bu teknoloji geniş ilgi görmüş ve bazı önemli alanlarda uygulanmaya başlanmıştır.
Şekil 1. Lazer-ark hibrit kaynak prensibi.
02Kalın plakaların lazer-ark hibrit kaynağı üzerine araştırma
Norveç Endüstriyel Teknoloji Enstitüsü ve İsveç'teki Lule Teknoloji Üniversitesi, 45 mm kalınlığındaki mikro alaşımlı yüksek mukavemetli düşük alaşımlı çelik için 15 kW güç altında kompozit kaynaklı bağlantıların yapısal homojenliğini inceledi. Osaka Üniversitesi ve Mısır Merkezi Metalurji Araştırma Enstitüsü, alt kısımdaki tümsek sorununu çözmek için alt astar kullanarak, kalın plakaların (25 mm) tek geçişli lazer-ark hibrit kaynak işlemi üzerine araştırma yapmak için 20 kW'lık bir fiber lazer kullandı. Danimarkalı Force Technology Şirketi, 40 mm kalınlığındaki çelik plakaların 32 kW'ta hibrit kaynağı üzerine araştırma yapmak için seri halde iki adet 16 kW'lık disk lazer kullandı ve Şekil 2'de gösterildiği gibi, yüksek güçlü lazer-ark kaynağının açık deniz rüzgar enerjisi kule tabanı kaynaklarında kullanılmasının beklendiğini belirtti. Harbin Welding Co., Ltd., yüksek güçlü katı lazer-eritme elektrot ark hibrit ısı kaynağı kaynağının temel teknolojisine ve ekipman entegrasyon teknolojisine ülkede ilk sahip olan şirkettir. Yüksek güçlü katı hal lazer-çift telli eritme elektrotlu ark kaynak teknolojisi ve ekipmanının ülkemizde üst düzey ekipman üretiminde başarıyla uygulandığı ilk örnektir.
Şekil 2. Lazer kurulum yerleşim şeması
Yurt içi ve yurt dışındaki kalın levhaların lazer-ark hibrit kaynağına ilişkin mevcut araştırma durumuna göre, lazer-ark hibrit kaynak yöntemi ve dar aralıklı oluk kombinasyonunun kalın levhaların kaynağını sağlayabileceği görülmektedir. Lazer gücü 10.000 watt'ın üzerine çıktığında, yüksek enerjili lazer ışınımı altında, malzemenin buharlaşma davranışı, lazer ve plazma arasındaki etkileşim süreci, erimiş havuz akışının kararlı durumu, ısı transfer mekanizması ve kaynak metalurjik davranışında çeşitli derecelerde değişiklikler meydana gelir. Güç 10.000 watt'ın üzerine çıktıkça, güç yoğunluğundaki artış, küçük deliğin yakınındaki alanda buharlaşma derecesini yoğunlaştıracak ve geri tepme kuvveti, küçük deliğin kararlılığını ve erimiş havuz akışını doğrudan etkileyerek kaynak işlemini etkileyecektir. Bu değişiklikler, lazer ve kompozit kaynak işlemlerinin uygulanmasında göz ardı edilemeyecek bir etkiye sahiptir. Kaynak işlemindeki bu karakteristik olaylar, kaynak işleminin kararlılığını doğrudan veya dolaylı olarak bir ölçüde yansıtır ve hatta kaynağın kalitesini belirleyebilir. Lazer ve ark olmak üzere iki ısı kaynağının birleşme etkisi, iki ısı kaynağının kendi özelliklerini tam olarak ortaya koymasını ve tek başına lazer kaynağı ve ark kaynağına göre daha iyi kaynak etkileri elde edilmesini sağlar. Lazerle kendiliğinden kaynak yöntemine kıyasla, bu kaynak yöntemi güçlü boşluk uyarlanabilirliği ve geniş kaynak kalınlığı avantajlarına sahiptir. Kalın plakaların dar boşluklu lazer tel dolgu kaynak yöntemine kıyasla, yüksek tel erime verimliliği ve iyi oluk kaynaşma etkisi avantajlarına sahiptir. Ayrıca, lazerin arkı çekmesi arkın kararlılığını artırarak lazer-ark hibrit kaynağını geleneksel ark kaynağına göre daha hızlı hale getirir.lazer dolgu teli kaynağınispeten yüksek kaynak verimliliği ile.
03 Yüksek güçlü lazer-ark hibrit kaynak uygulaması
Yüksek güçlü lazer-ark hibrit kaynak teknolojisi, gemi inşa endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Almanya'daki Meyer Tersanesi, gövde düz plakaları ve takviye elemanlarının kaynaklanması için 12 kW'lık bir CO2 lazer-ark hibrit kaynak üretim hattı kurarak, tek seferde 20 metre uzunluğunda köşe kaynakları oluşturmayı ve deformasyon derecesini 2/3 oranında azaltmayı başarmıştır. GE, USS Saratoga uçak gemisinin kaynaklanması için maksimum 20 kW çıkış gücüne sahip bir fiber lazer-ark hibrit kaynak sistemi geliştirmiş, bu sayede 800 ton kaynak metalinden tasarruf sağlamış ve işçilik saatlerini %80 oranında azaltmıştır (Şekil 3). CSSC 725, kaynak deformasyonunu %60 oranında azaltabilen ve kaynak verimliliğini %300 oranında artırabilen 20 kW'lık bir fiber lazer yüksek güçlü lazer-ark hibrit kaynak sistemi kullanmaktadır. Şanghay Waigaoqiao Tersanesi ise 16 kW'lık bir fiber lazer yüksek güçlü lazer-ark hibrit kaynak sistemi kullanmaktadır. Üretim hattı, 4-25 mm kalınlığındaki çelik levhaların tek taraflı tek geçişli kaynak ve çift taraflı şekillendirme işlemlerini gerçekleştirmek için lazer hibrit kaynak + MAG kaynak teknolojisini kullanmaktadır. Yüksek güçlü lazer-ark hibrit kaynak teknolojisi zırhlı araçlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Kaynak özellikleri şunlardır: kalın ve karmaşık metal yapıların kaynaklanması, düşük maliyet ve yüksek verimlilikte üretim.
Şekil 3. USS Sara Toga uçak gemisi
Yüksek güçlü lazer-ark hibrit kaynak teknolojisi, bazı endüstriyel alanlarda ilk kez uygulanmaya başlanmış olup, orta ve büyük duvar kalınlıklarına sahip büyük yapıların verimli üretiminde önemli bir yöntem haline gelecektir. Şu anda, fotoplazma ve ark arasındaki etkileşim ile ark ve erimiş havuz arasındaki etkileşim gibi yüksek güçlü lazer-ark hibrit kaynak mekanizması üzerine yapılan araştırmalar yetersizdir ve bu konuda daha fazla çalışma yapılması gerekmektedir. Yüksek güçlü lazer-ark hibrit kaynak işleminde, dar işlem aralığı, kaynak yapısının düzensiz mekanik özellikleri ve karmaşık kaynak kalite kontrolü gibi birçok çözülmemiş sorun bulunmaktadır. Endüstriyel sınıf lazerlerin çıkış gücü kademeli olarak arttıkça, yüksek güçlü lazer-ark hibrit kaynak teknolojisi hızla gelişecek ve çeşitli yeni lazer hibrit kaynak teknolojileri ortaya çıkmaya devam edecektir. Yerelleştirme, büyük ölçekli üretim ve akıllılaştırma, gelecekte yüksek güçlü lazer kaynak ekipmanlarının geliştirilmesinde önemli eğilimler olacaktır.
Yayın tarihi: 24 Nisan 2024
