Mikro ve Küçük Parçalar İçin Kaynak Yöntemleri Lazer kaynağı, ısı kaynağı olarak yüksek enerji yoğunluklu lazer ışını kullanan verimli ve hassas bir kaynak yöntemidir. Lazer malzeme işleme teknolojisinin önemli uygulamalarından biridir. 1970'lerde esas olarak ince duvarlı malzemelerin ve düşük hızlı kaynakların kaynaklanmasında kullanılıyordu ve kaynak işlemi ısı iletimi tipine aitti. Spesifik olarak, lazer radyasyonu iş parçasının yüzeyini ısıtır ve yüzeydeki ısı termal iletim yoluyla içeriye doğru yayılır. Lazer darbelerinin genişliği, enerjisi, tepe gücü ve tekrarlama frekansı gibi parametreler kontrol edilerek, iş parçası belirli bir erimiş havuz oluşturacak şekilde eritilir. Eşsiz avantajları nedeniyle, aşağıdaki alanlarda başarıyla uygulanmıştır:Mikro ve küçük parçaların hassas kaynaklanması.Çin'in lazer kaynak teknolojisi, dünyanın en gelişmiş seviyeleri arasında yer almaktadır. Lazer kullanarak 12 metrekareden büyük karmaşık titanyum alaşımlı parçaları şekillendirme teknolojisine ve yeteneğine sahip olup, birçok yerli havacılık araştırma projesinin prototip ve ürün üretiminde kullanılmıştır. Ekim 2013'te, Çinli bir kaynak uzmanı, kaynak alanındaki en yüksek akademik ödül olan Brook Ödülü'nü kazanarak Çin'in dünya standartlarında lazer kaynak seviyesini teyit etmiştir.
## Gelişim Tarihi Dünyanın ilk lazer ışını, 1960 yılında yakut kristallerinin flaş lambasıyla uyarılmasıyla üretildi. Kristalin termal kapasitesiyle sınırlı olduğundan, yalnızca düşük frekanslı çok kısa darbeli ışınlar üretebiliyordu. Anlık darbe tepe enerjisi 10^6 watt'a kadar ulaşabilse de, yine de düşük enerjili çıkışa aitti. Uyarıcı element olarak neodimyum (Nd) içeren neodimyum katkılı itriyum alüminyum garnet (Nd:YAG) kristal çubuk, 1-8 kW gücünde sürekli tek dalga boylu bir lazer ışını üretebilir. 1,06 μm dalga boyuna sahip YAG lazeri, esnek bir optik fiber aracılığıyla lazer işleme kafasına bağlanabilir; bu da esnek ekipman düzeni ve 0,5-6 mm kalınlığındaki iş parçalarının kaynaklanması için uygunluk özelliği sağlar. Karbon dioksiti uyarıcı olarak kullanan (10,6 μm dalga boyuna sahip) CO₂ lazeri, 25 kW'a kadar çıkış enerjisi elde edebilir ve 2 mm kalınlığındaki plakaların tek geçişte tam penetrasyonlu kaynak işlemini gerçekleştirebilir. Endüstriyel sektörde metal işleme alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. 1980'lerin ortalarında, yeni bir teknoloji olarak lazer kaynağı, Avrupa, Amerika Birleşik Devletleri ve Japonya'da geniş ilgi gördü. 1985 yılında, ThyssenKrupp Steel AG (Almanya) ve Volkswagen AG (Almanya), Audi 100 gövdesinde dünyanın ilk lazer kaynaklı levhasını başarıyla uygulamak için iş birliği yaptı. 1990'larda, Avrupa, Kuzey Amerika ve Japonya'daki büyük otomobil üreticileri, otomobil gövdesi üretiminde lazer kaynaklı levha teknolojisini yaygın olarak kullanmaya başladı. Hem laboratuvarlardan hem de otomobil üreticilerinden elde edilen pratik deneyimler, lazer kaynaklı levhaların otomobil gövdesi üretiminde başarıyla uygulanabileceğini kanıtlamıştır. Lazerle özel kaynaklama, farklı malzeme, kalınlık ve kaplamalara sahip çeşitli çelikleri, paslanmaz çelikleri, alüminyum alaşımlarını vb. otomatik olarak birleştirerek ve kaynak yaparak entegre bir plaka, profil veya sandviç panel oluşturmak için lazer enerjisi kullanır. Bu, bileşenlerin farklı malzeme performans gereksinimlerini karşılar ve en hafif ağırlık, optimum yapı ve en iyi performansla ekipmanın hafifliğini sağlar. Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri gibi gelişmiş ülkelerde,lazer terzi kaynakLazer kaynak teknolojisi sadece ulaşım ekipmanları imalat sanayinde değil, inşaat, köprüler, ev aletleri levha kaynak üretimi ve haddeleme hatlarında çelik levha kaynağı (sürekli haddelemede levha bağlantısı) gibi alanlarda da yaygın olarak kullanılmaktadır. Dünyaca ünlü lazer kaynak şirketleri arasında Soudonic (İsviçre), ArcelorMittal Grubu (Fransa), ThyssenKrupp TWB (Almanya), Servo-Robot (Kanada) ve Precitec (Almanya) bulunmaktadır. Çin'de lazer kaynaklı levha teknolojisinin uygulaması henüz yeni başlamıştır. 25 Ekim 2002'de Çin'in ilk profesyonel ticari lazer kaynaklı levha üretim hattı resmi olarak faaliyete geçmiştir. Bu hat, ThyssenKrupp TWB'den (Almanya) Wuhan ThyssenKrupp Zhongren Laser Tailor Welding tarafından tanıtılmıştır. Daha sonra, Shanghai Baosteel Arcelor Laser Tailor Welding Co., Ltd., FAW Baoyou Laser Tailor Welding Co., Ltd. ve diğer işletmeler de üretime geçmiştir. 2003 yılında yabancı ülkeler çift ışınlı CO₂ lazer dolgu teli kaynağını gerçekleştirdiler veYAG lazer dolgu teli kaynağıA318 alüminyum alaşımlı alt duvar paneli yapısı için geliştirilen bu teknoloji, geleneksel perçinli yapının yerini alarak uçak gövdesinin ağırlığını %20 azalttı ve maliyeti %20 düşürdü. Gong Shuili, lazer kaynak teknolojisinin Çin'in geleneksel havacılık imalat sanayisinin dönüşümünde ve yükseltilmesinde önemli bir rol oynayacağına inanıyordu. Hemen bir dizi ilgili ön araştırma projesine başvurdu, bir araştırma ekibi kurdu ve Çin'deki araştırma projelerine "çift ışınlı lazer kaynak" teknolojisini tanıtmada öncülük etti. Başından beri bu teknolojiyi uçak imalatında uygulamayı planlıyordu. Çinli uzman ekip, ön teknolojiyi bir uçak tasarım enstitüsüne raporladı ve çift ışınlı lazer kaynağının avantajlarını ve uygulanabilirliğini tanıttı. Çok sayıda doğrulama ve değerlendirmeden sonra, tasarım enstitüsü bu teknolojiyi belirli bir uçak için nervürlü duvar panellerinin imalatında uygulamaya karar verdi ve "çift ışınlı lazer kaynak" teknolojisini uçak imalatında uygulama ilk hedefine ulaşıldı. Hafif alaşımlar için lazer kaynak dolgu telinin hassas kontrolü gibi temel teknolojilerde çığır açtı, entegre ve yenilikçi çift ışınlı lazer dolgu teli hibrit kaynak cihazı geliştirdi, Çin'in ilk yüksek güçlü çift ışınlı lazer dolgu teli kaynak platformunu kurdu, büyük ince duvarlı yapılarda T-birleşimlerinin çift ışınlı ve çift taraflı senkronize kaynağını gerçekleştirdi ve bunu ilk kez havacılık nervürlü duvar panellerinin kilit yapısal parçalarının kaynak imalatında başarıyla uygulayarak Çin'in yeni uçaklarının geliştirilmesinde önemli bir rol oynadı. 2003 yılında, HG Laser tarafından sağlanan ilk yerli büyük ölçekli çevrimiçi şerit kaynak komple ekipman seti çevrimdışı kabulden geçti. Bu ekipman lazer kesim, kaynak ve ısıl işlemi entegre ederek HG Laser'ı bu tür ekipmanı üretebilen dünyanın dördüncü işletmesi haline getirdi. 2004 yılında, HG Laser Farley Laserlab'ın "Yüksek Güçlü Lazer Kesim, Kaynak ve Kombine Kesim-Kaynak İşleme Teknolojisi ve Ekipmanı" projesi, Ulusal Bilim ve Teknoloji İlerleme Ödülü'nde İkincilik Ödülü'nü kazanarak, bu teknoloji ve ekipmanın Ar-Ge yeteneğine sahip Çin'deki tek lazer işletmesi oldu. Endüstriyel lazer sektörünün hızlı gelişimiyle birlikte, pazar lazer işleme teknolojisi için daha yüksek talepler ortaya koydu. Lazer teknolojisi, tek uygulamadan çeşitlendirilmiş uygulamalara doğru kademeli olarak kaydı. Lazer işleme açısından, artık sadece kesim veya kaynakla sınırlı değil. Kesim ve kaynağı birleştiren entegre lazer işleme ekipmanına olan pazar talebi artıyor ve böylece entegre lazer kesim ve kaynak ekipmanları ortaya çıkıyor. HG Laser Farley Laserlab, şu anda dünyanın en büyük formatlı entegre lazer kesim ve kaynak ekipmanı olan 9x3 metrelik ultra büyük formatlı Walc9030 entegre kesim ve kaynak makinesini geliştirdi. Walc9030, entegre bir büyük formatlı kesim ve kaynak ekipmanıdır.lazer kesim ve lazer kaynak fonksiyonlarıProfesyonel bir kesme başlığı ve bir kaynak başlığı ile donatılmış olup, iki işleme başlığı tek bir ışın demetini paylaşmaktadır. Sayısal kontrol teknolojisi, birbirleriyle etkileşime girmemelerini sağlar. Ekipman, kesme ve kaynak gerektiren iki işlemi aynı anda tamamlayabilir. Önce kesme sonra kaynak veya önce kaynak sonra kesme arasında serbestçe geçiş yapabilir, böylece ek ekipmana ihtiyaç duymadan tek bir ekipmanla hem lazer kesme hem de kaynak fonksiyonlarını gerçekleştirebilir. Bu, uygulama üreticileri için ekipman maliyetlerinden tasarruf sağlar, işleme verimliliğini ve işleme aralığını artırır. Dahası, kesme ve kaynağın entegrasyonu sayesinde işleme hassasiyeti tamamen garanti edilir ve ekipman performansı verimli ve istikrarlıdır. Ayrıca, ultra büyük plakaların özel kaynaklanması sırasında plakaların termal deformasyon zorluklarının üstesinden gelmiş ve ultra uzun uçan optik yolların istikrarlı bir şekilde gerçekleştirilmesini sağlamıştır. 6 metre uzunluğunda ve 1,5 metre genişliğinde iki düz plakayı aynı anda kaynaklayabilir ve kaynak yüzeyi ek bir işlem sonrası gerektirmeden pürüzsüz ve düzdür. Aynı zamanda, ikincil konumlandırmaya gerek kalmadan tek bir şekillendirme işleminde 3 metre genişliğinde, 6 metreden uzun ve 20 mm'den ince levhaları kesebilmektedir. Çin Bilimler Akademisi Shenyang Otomasyon Enstitüsü, IHI Şirketi (Japonya) ile uluslararası işbirliği yürütmüştür. “Tanıtım, sindirme, özümseme ve yeniden inovasyon” ulusal bilimsel ve teknolojik geliştirme stratejisini izleyerek, çeşitli kilit teknolojilerin üstesinden gelmiştir.lazer terzi kaynakEylül 2006'da Çin'in ilk komple lazer kaynaklı üretim hatlarını geliştirdi ve düzlemsel ve uzamsal eğrilerin lazer kaynağını gerçekleştiren robotik bir lazer kaynak sistemi başarıyla geliştirdi. Ekim 2013'te, Çinli bir kaynak uzmanı, kaynak alanındaki en yüksek akademik ödül olan Brook Ödülü'nü kazandı. İngiltere'deki Kaynak Enstitüsü (TWI), her yıl 120'den fazla ülkede 4.000'den fazla üye birim arasından adayları öneriyor ve nihayetinde kaynak veya birleştirme bilimi ve teknolojisine ve endüstriyel uygulamasına yaptığı olağanüstü katkılar nedeniyle bir uzmana bu ödülü veriyor. Bu ödül, sadece Gong Shuili ve ekibinin başarısının değil, aynı zamanda AVIC'in malzeme birleştirme teknolojisinin ilerlemesini teşvik etmedeki rolünün de bir teyidi niteliğindedir.
## Yapısal Parametreler
### Çalışma Prensibi Optik bir osilatör ve osilatör boşluğunun her iki ucundaki aynalar arasına yerleştirilmiş bir ortamdan oluşur. Ortam yüksek enerjili bir duruma uyarıldığında, her iki uçtaki aynalar arasında ileri geri yansıyan ve fotoelektrik birleşme etkisi oluşturan aynı fazlı ışık dalgaları üretmeye başlar. Bu, ışık dalgalarını yükseltir ve yeterli enerji elde edildiğinde lazer ışını yayılır. Lazer ayrıca, elektrik enerjisi, kimyasal enerji, termal enerji, ışık enerjisi veya nükleer enerji gibi birincil enerji kaynaklarını belirli optik frekanslarda (ultraviyole ışık, görünür ışık veya kızılötesi ışık) elektromanyetik radyasyon ışınlarına dönüştüren bir cihaz olarak da tanımlanabilir. Bu dönüşüm, belirli katı, sıvı veya gaz ortamlarında kolayca gerçekleştirilebilir. Bu ortamlar atom veya molekül formunda uyarıldığında, neredeyse aynı faza ve neredeyse tek bir dalga boyuna sahip bir ışık ışını üretirler - lazer. Faz içi özelliği ve tek dalga boyu nedeniyle, sapma açısı çok küçüktür ve kaynak, kesme ve ısıl işlem gibi işlevler sağlamak üzere yüksek oranda yoğunlaşmadan önce uzun bir mesafeye iletilebilir. ### Lazerlerin Sınıflandırılması Kaynak için kullanılan başlıca iki lazer türü vardır: CO₂ lazerler ve Nd:YAG lazerler. Hem CO₂ lazerler hem de Nd:YAG lazerler çıplak gözle görülemeyen kızılötesi ışık yayarlar. Nd:YAG lazer tarafından üretilen ışın, esas olarak 1,06 μm dalga boyuna sahip yakın kızılötesi ışıktır. Isı iletkenleri, bu dalga boyundaki ışık için nispeten yüksek bir emilim oranına sahiptir ve çoğu metal için yansıtma oranı %20-30 arasındadır. Yakın kızılötesi ışın, standart optik lensler kullanılarak 0,25 mm çapa odaklanabilir. CO₂ lazerinin ışını ise 10,6 μm dalga boyuna sahip uzak kızılötesi ışıktır. Çoğu metalin bu tür ışık için yansıtma oranı %80-90 arasındadır, bu nedenle ışın demetini 0,75-1,0 mm çapa odaklamak için özel optik lensler gereklidir. Nd:YAG lazerlerinin gücü genellikle yaklaşık 4.000-6.000 W'a ulaşabilir ve maksimum güç şu anda 10.000 W'a ulaşmıştır. Buna karşılık, CO₂ lazerlerinin gücü kolayca 20.000 W'a veya daha da yükseğe ulaşabilir. Yüksek güçlü CO₂ lazerleri, anahtar deliği etkisiyle yüksek yansıtma sorununu çözer. Işık noktasıyla ışınlanan malzeme yüzeyi eridiğinde bir anahtar deliği oluşur. Buharla dolu bu anahtar deliği, gelen ışığın enerjisinin neredeyse tamamını emen bir kara cisim gibidir. Anahtar deliğinin içindeki denge sıcaklığı yaklaşık 25.000°C'ye ulaşır ve yansıtma oranı birkaç mikrosaniye içinde hızla azalır. CO₂ lazerlerinin geliştirme odağı hala ekipman geliştirme ve araştırmaya yoğunlaşsa da, artık maksimum çıkış gücünü artırmak değil, ışın kalitesini ve odaklama performansını iyileştirmek üzerinedir. Ayrıca, 10 kW'ın üzerindeki güçte CO₂ lazer kaynağı için argon koruyucu gaz olarak kullanıldığında, genellikle güçlü plazma oluşturur ve bu da penetrasyon derinliğini azaltır. Bu nedenle, plazma oluşturmayan helyum, yüksek güçlü CO₂ lazer kaynağı için genellikle koruyucu gaz olarak kullanılır. Yüksek güçlü Nd:YAG kristallerini uyarmak için diyot lazer kombinasyonlarının uygulanması, lazer ışınlarının kalitesini büyük ölçüde iyileştirecek ve daha verimli lazer işleme sağlayacak önemli bir araştırma ve geliştirme konusudur. Yakın kızılötesi bölgede lazerleri uyarmak ve çıkış vermek için doğrudan diyot dizilerinin kullanılması, ortalama 1 kW güç ve yaklaşık %50 fotoelektrik dönüşüm verimliliği elde etmiştir. Diyotların ayrıca daha uzun bir kullanım ömrü (10.000 saat) vardır, bu da lazer ekipmanının bakım maliyetini azaltmaya yardımcı olur. Diyot pompalamalı katı hal lazer (DPSSL) ekipmanlarının geliştirilmesi de ilerleme kaydediyor.
Yayın tarihi: 27 Ağustos 2025
