Esas olarak uyarlanabilirlik sorununu çözmek için çift ışınlı kaynak yöntemi önerilmiştir.lazer kaynağıMontaj doğruluğunu artırmak, kaynak işleminin stabilitesini iyileştirmek ve özellikle ince levha kaynağı ve alüminyum alaşım kaynağı için kaynak kalitesini artırmak amacıyla çift ışınlı lazer kaynağı kullanılır. Çift ışınlı lazer kaynağı, aynı lazeri kaynak için iki ayrı ışına ayırmak için optik yöntemler kullanabilir. Ayrıca, CO2 lazer, Nd:YAG lazer ve yüksek güçlü yarı iletken lazer gibi iki farklı lazer türünü birleştirebilir. Işın enerjisini, ışın aralığını ve hatta iki ışının enerji dağılım modelini değiştirerek, kaynak sıcaklık alanı rahat ve esnek bir şekilde ayarlanabilir, deliklerin oluşum modeli ve erimiş havuzdaki sıvı metalin akış modeli değiştirilebilir, böylece kaynak işlemi için daha iyi bir çözüm sunulur. Geniş seçim yelpazesi, tek ışınlı lazer kaynağında bulunmayan bir özelliktir. Sadece yüksek lazer kaynak penetrasyonu, hızlı hız ve yüksek hassasiyet avantajlarına sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda geleneksel lazer kaynağıyla kaynak yapılması zor olan malzemelere ve bağlantılara da büyük uyum sağlar.
Prensibiçift ışınlı lazer kaynağı
Çift ışınlı kaynak, kaynak işlemi sırasında aynı anda iki lazer ışını kullanılması anlamına gelir. Işın düzeni, ışın aralığı, iki ışın arasındaki açı, odaklama konumu ve iki ışının enerji oranı, çift ışınlı lazer kaynağında ilgili ayarlardır. Normalde, kaynak işlemi sırasında çift ışınları düzenlemenin genellikle iki yolu vardır. Şekilde gösterildiği gibi, biri kaynak yönü boyunca seri olarak düzenlenmesidir. Bu düzenleme, erimiş havuzun soğuma hızını azaltabilir. Kaynağın sertleşme eğilimini ve gözenek oluşumunu azaltır. Diğeri ise, kaynak boşluğuna uyumu iyileştirmek için kaynağın her iki tarafında yan yana veya çapraz olarak düzenlenmesidir.
Çift ışınlı lazer kaynak prensibi
Çift ışınlı kaynak, kaynak işlemi sırasında aynı anda iki lazer ışını kullanılması anlamına gelir. Işın düzeni, ışın aralığı, iki ışın arasındaki açı, odaklama konumu ve iki ışının enerji oranı, çift ışınlı lazer kaynağında ilgili ayarlardır. Normalde, kaynak işlemi sırasında çift ışınları düzenlemenin genellikle iki yolu vardır. Şekilde gösterildiği gibi, biri kaynak yönü boyunca seri olarak düzenlenmesidir. Bu düzenleme, erimiş havuzun soğuma hızını azaltabilir. Kaynağın sertleşme eğilimini ve gözenek oluşumunu azaltır. Diğeri ise, kaynak boşluğuna uyumu iyileştirmek için kaynağın her iki tarafında yan yana veya çapraz olarak düzenlenmesidir.
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, tandem olarak düzenlenmiş çift ışınlı lazer kaynak sisteminde, ön ve arka ışınlar arasındaki mesafeye bağlı olarak üç farklı kaynak mekanizması bulunmaktadır.
1. Birinci tip kaynak mekanizmasında, iki ışık demeti arasındaki mesafe nispeten büyüktür. Bir ışık demeti daha yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir ve kaynakta delikler oluşturmak için iş parçasının yüzeyine odaklanır; diğer ışık demeti daha düşük enerji yoğunluğuna sahiptir ve yalnızca kaynak öncesi veya kaynak sonrası ısıl işlem için ısı kaynağı olarak kullanılır. Bu kaynak mekanizması kullanılarak, kaynak havuzunun soğuma hızı belirli bir aralıkta kontrol edilebilir; bu da yüksek karbonlu çelik, alaşımlı çelik vb. gibi yüksek çatlak hassasiyetine sahip bazı malzemelerin kaynaklanması için faydalıdır ve ayrıca kaynağın tokluğunu da artırabilir.
2. İkinci tip kaynak mekanizmasında, iki ışık demeti arasındaki odak mesafesi nispeten küçüktür. İki ışık demeti, kaynak havuzunda iki bağımsız delik oluşturarak sıvı metalin akış düzenini değiştirir ve yapışmayı önlemeye yardımcı olur. Kenar ve kaynak dikişi şişmeleri gibi kusurların oluşmasını ortadan kaldırabilir ve kaynak oluşumunu iyileştirebilir.
3. Üçüncü tip kaynak mekanizmasında, iki ışın arasındaki mesafe çok küçüktür. Bu durumda, iki ışın kaynak havuzunda aynı anahtar deliğini oluşturur. Tek ışınlı lazer kaynağıyla karşılaştırıldığında, anahtar deliği boyutu daha büyük olduğu ve kapanması zor olduğu için kaynak işlemi daha kararlı olur ve gazın boşaltılması daha kolaylaşır; bu da gözenek ve sıçramayı azaltmaya ve sürekli, düzgün ve güzel kaynaklar elde etmeye yardımcı olur.
Kaynak işlemi sırasında, iki lazer ışını birbirine belirli bir açıyla da yönlendirilebilir. Kaynak mekanizması, paralel çift ışınlı kaynak mekanizmasına benzer. Test sonuçları, birbirine 30° açıyla ve 1~2 mm mesafede iki yüksek güçlü optik kaynak lazeri kullanılarak, lazer ışınının huni şeklinde bir anahtar deliği elde edilebileceğini göstermektedir. Anahtar deliği boyutu daha büyük ve daha kararlıdır, bu da kaynak kalitesini etkili bir şekilde iyileştirebilir. Pratik uygulamalarda, farklı kaynak koşullarına göre iki ışın demetinin karşılıklı kombinasyonu değiştirilerek farklı kaynak işlemleri elde edilebilir.
6. Çift ışınlı lazer kaynak yönteminin uygulanması
Çift ışın elde etmek için iki farklı lazer ışını birleştirilebilir veya bir lazer ışını, optik spektrometri sistemi kullanılarak kaynak için iki lazer ışınına bölünebilir. Bir ışık ışınını farklı güçlere sahip iki paralel lazer ışınına bölmek için bir spektroskop veya özel bir optik sistem kullanılabilir. Resimde, ışın bölücü olarak odaklama aynaları kullanılarak ışık bölme prensiplerinin iki şematik diyagramı gösterilmektedir.
Ayrıca, bir reflektör ışın ayırıcı olarak da kullanılabilir ve optik yoldaki son reflektör ışın ayırıcı olarak kullanılabilir. Bu tip reflektöre çatı tipi reflektör de denir. Yansıtıcı yüzeyi düz bir yüzey değil, iki düzlemden oluşur. İki yansıtıcı yüzeyin kesişme çizgisi, şekilde gösterildiği gibi, bir çatı sırtına benzer şekilde, ayna yüzeyinin ortasında bulunur. Paralel bir ışık demeti spektroskopa düşer, iki düzlem tarafından farklı açılarda yansıtılarak iki ışık demeti oluşturur ve odaklama aynasının farklı konumlarına düşer. Odaklamadan sonra, iş parçasının yüzeyinde belirli bir mesafede iki ışık demeti elde edilir. İki yansıtıcı yüzey arasındaki açıyı ve çatının konumunu değiştirerek, farklı odak mesafelerine ve düzenlemelerine sahip bölünmüş ışık demetleri elde edilebilir.
İki farklı tür kullanıldığındalazer ışınları tÇift ışın oluşturmak için birçok kombinasyon mevcuttur. Ana kaynak işinde Gauss enerji dağılımına sahip yüksek kaliteli bir CO2 lazeri, ısıl işlem işinde ise dikdörtgen enerji dağılımına sahip bir yarı iletken lazer kullanılabilir. Bir yandan bu kombinasyon daha ekonomiktir. Diğer yandan, iki ışın demetinin gücü bağımsız olarak ayarlanabilir. Farklı birleştirme şekilleri için, lazer ve yarı iletken lazerin örtüşme pozisyonu ayarlanarak ayarlanabilir bir sıcaklık alanı elde edilebilir; bu da kaynak işlemi kontrolü için çok uygundur. Ayrıca, YAG lazeri ve CO2 lazeri kaynak için çift ışın oluşturacak şekilde birleştirilebilir, sürekli lazer ve darbeli lazer kaynak için birleştirilebilir ve odaklanmış ışın ve odaklanmamış ışın da kaynak için birleştirilebilir.
7. Çift ışınlı lazer kaynağının prensibi
3.1 Galvanizli sacların çift ışınlı lazer kaynağı
Galvanizli çelik levha, otomotiv endüstrisinde en yaygın kullanılan malzemedir. Çeliğin erime noktası yaklaşık 1500°C iken, çinkonun kaynama noktası sadece 906°C'dir. Bu nedenle, füzyon kaynak yöntemi kullanıldığında, genellikle büyük miktarda çinko buharı oluşur ve bu da kaynak işleminin kararsız olmasına ve kaynakta gözenekler oluşmasına neden olur. Bindirme kaynaklarında, galvaniz tabakasının buharlaşması sadece üst ve alt yüzeylerde değil, aynı zamanda birleşim yüzeyinde de meydana gelir. Kaynak işlemi sırasında, çinko buharı bazı bölgelerde erimiş havuz yüzeyinden hızla dışarı atılırken, diğer bölgelerde çinko buharının erimiş havuzdan kaçması zordur. Havuzun yüzeyinde kaynak kalitesi çok kararsızdır.
Çift ışınlı lazer kaynağı, çinko buharının neden olduğu kaynak kalitesi sorunlarını çözebilir. Bir yöntem, çinko buharının kaçışını kolaylaştırmak için iki ışının enerjisini makul bir şekilde eşleştirerek erimiş havuzun kalma süresini ve soğuma hızını kontrol etmektir; diğer yöntem ise önceden delme veya oluk açma yoluyla çinko buharını serbest bırakmaktır. Şekil 6-31'de gösterildiği gibi, kaynak için CO2 lazeri kullanılır. YAG lazeri, CO2 lazerinin önünde bulunur ve delik açmak veya oluk açmak için kullanılır. Önceden işlenmiş delikler veya oluklar, daha sonraki kaynak sırasında oluşan çinko buharı için bir kaçış yolu sağlayarak, buharın erimiş havuzda kalmasını ve kusurlar oluşturmasını önler.
3.2 Alüminyum alaşımının çift ışınlı lazer kaynağı
Alüminyum alaşım malzemelerinin özel performans özellikleri nedeniyle, lazer kaynağında aşağıdaki zorluklar mevcuttur [39]: alüminyum alaşımının lazer emilim oranı düşüktür ve CO2 lazer ışın yüzeyinin ilk yansıtıcılığı %90'ı aşmaktadır; alüminyum alaşım lazer kaynak dikişlerinde gözenek oluşumu, çatlaklar, kaynak sırasında alaşım elementlerinin yanması vb. kolayca meydana gelir. Tek lazer kaynağı kullanıldığında, anahtar deliğinin oluşturulması ve kararlılığın korunması zordur. Çift ışınlı lazer kaynağı, anahtar deliğinin boyutunu artırarak, anahtar deliğinin kapanmasını zorlaştırır ve bu da gaz deşarjı için faydalıdır. Ayrıca soğuma hızını azaltabilir ve gözenek ve kaynak çatlaklarının oluşumunu azaltabilir. Kaynak işlemi daha kararlı olduğundan ve sıçrama miktarı azaldığından, alüminyum alaşımlarının çift ışınlı kaynağıyla elde edilen kaynak yüzeyi şekli de tek ışınlı kaynağa göre önemli ölçüde daha iyidir. Şekil 6-32, 3 mm kalınlığındaki alüminyum alaşım alın kaynağının CO2 tek ışınlı lazer ve çift ışınlı lazer kaynağı kullanılarak elde edilen kaynak dikişinin görünümünü göstermektedir.
Araştırmalar, 2 mm kalınlığındaki 5000 serisi alüminyum alaşımının kaynaklanmasında, iki ışın arasındaki mesafenin 0,6~1,0 mm olması durumunda kaynak işleminin nispeten kararlı olduğunu ve oluşan anahtar deliği açıklığının daha büyük olduğunu, bunun da kaynak işlemi sırasında magnezyumun buharlaşmasına ve kaçmasına elverişli olduğunu göstermektedir. İki ışın arasındaki mesafe çok küçükse, tek bir ışının kaynak işlemi kararlı olmayacaktır. Mesafe çok büyükse, Şekil 6-33'te gösterildiği gibi kaynak penetrasyonu etkilenecektir. Ayrıca, iki ışının enerji oranı da kaynak kalitesi üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. 0,9 mm aralıkla seri olarak düzenlenmiş iki ışın kaynak için kullanıldığında, önceki ışının enerjisi, önceki ve sonraki iki ışının enerji oranı 1:1'den büyük olacak şekilde uygun şekilde artırılmalıdır. Bu, kaynak dikişinin kalitesini iyileştirmeye, erime alanını artırmaya ve kaynak hızı yüksek olduğunda bile pürüzsüz ve güzel bir kaynak dikişi elde etmeye yardımcı olur.
3.3 Eşit olmayan kalınlıktaki plakaların çift kiriş kaynağı
Endüstriyel üretimde, farklı kalınlık ve şekillerdeki iki veya daha fazla metal levhanın kaynaklanarak birleştirilmiş bir levha oluşturulması sıklıkla gereklidir. Özellikle otomobil üretiminde, özel kaynaklı levhaların kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Farklı özelliklere, yüzey kaplamalarına veya niteliklere sahip levhaların kaynaklanmasıyla mukavemet artırılabilir, sarf malzemeleri azaltılabilir ve kalite düşürülebilir. Panel kaynaklarında genellikle farklı kalınlıktaki levhaların lazer kaynağı kullanılır. En büyük sorun, kaynak yapılacak levhaların yüksek hassasiyetli kenarlara sahip olması ve yüksek hassasiyetli montajın sağlanması gerekliliğidir. Eşit olmayan kalınlıktaki levhaların çift ışınlı kaynağı, levha aralıklarındaki, alın kaynaklarındaki, göreceli kalınlıklardaki ve levha malzemelerindeki farklı değişikliklere uyum sağlayabilir. Daha büyük kenar ve aralık toleranslarına sahip levhaları kaynaklayabilir ve kaynak hızını ve kaynak kalitesini artırabilir.
Shuangguangdong'un eşit olmayan kalınlıktaki plakaların kaynak işleminde kullanılan ana proses parametreleri, şekilde gösterildiği gibi kaynak parametreleri ve plaka parametreleri olarak ikiye ayrılabilir. Kaynak parametreleri arasında iki lazer ışınının gücü, kaynak hızı, odak konumu, kaynak başlığı açısı, çift ışınlı alın kaynağının ışın dönüş açısı ve kaynak ofseti vb. yer alır. Plaka parametreleri ise malzeme boyutu, performansı, kesme koşulları, plaka aralıkları vb. içerir. İki lazer ışınının gücü, farklı kaynak amaçlarına göre ayrı ayrı ayarlanabilir. Odak konumu genellikle ince plakanın yüzeyinde bulunur ve bu sayede istikrarlı ve verimli bir kaynak işlemi elde edilir. Kaynak başlığı açısı genellikle 6 derece civarında seçilir. İki plakanın kalınlığı nispeten büyükse, pozitif bir kaynak başlığı açısı kullanılabilir, yani lazer ince plakaya doğru eğilir (resimde gösterildiği gibi); plaka kalınlığı nispeten küçükse, negatif bir kaynak başlığı açısı kullanılabilir. Kaynak ofseti, lazer odağı ile kalın plakanın kenarı arasındaki mesafe olarak tanımlanır. Kaynak ofsetini ayarlayarak, kaynak çukurunun miktarı azaltılabilir ve iyi bir kaynak kesiti elde edilebilir.
Geniş aralıklı plakaları kaynak yaparken, iyi bir aralık doldurma yeteneği elde etmek için çift ışın açısını döndürerek etkili ışın ısıtma çapını artırabilirsiniz. Kaynağın üst kısmının genişliği, iki lazer ışınının etkili ışın çapı, yani ışının dönüş açısı tarafından belirlenir. Dönüş açısı ne kadar büyük olursa, çift ışının ısıtma aralığı o kadar geniş ve kaynağın üst kısmının genişliği o kadar büyük olur. İki lazer ışını kaynak işleminde farklı roller oynar. Biri esas olarak dikişe nüfuz etmek için kullanılırken, diğeri esas olarak kalın plaka malzemesini eriterek aralığı doldurmak için kullanılır. Şekil 6-35'te gösterildiği gibi, pozitif bir ışın dönüş açısı altında (ön ışın kalın plakaya, arka ışın kaynağa etki eder), ön ışın kalın plakaya çarparak malzemeyi ısıtır ve eritir, arkadaki lazer ışını ise nüfuz etme işlemini gerçekleştirir. Öndeki ilk lazer ışını kalın plakayı yalnızca kısmen eritebilir, ancak kaynak işlemine büyük katkı sağlar çünkü sadece daha iyi boşluk doldurma için kalın plakanın yan tarafını eritmekle kalmaz, aynı zamanda kaynak malzemesini önceden birleştirerek sonraki ışınların kaynak işlemlerini kolaylaştırır ve daha hızlı kaynak yapılmasını sağlar. Negatif dönüş açısına sahip çift ışınlı kaynakta (ön ışın kaynağa, arka ışın ise kalın plakaya etki eder), iki ışının etkisi tam tersidir. İlk ışın kaynağı eritir, sonraki ışın ise boşluğu doldurmak için kalın plakayı eritir. Bu durumda, ön ışının soğuk plaka üzerinden kaynak yapması gerekir ve kaynak hızı pozitif ışın dönüş açısına göre daha yavaştır. Ayrıca, önceki ışının ön ısıtma etkisi nedeniyle, sonraki ışın aynı güç altında daha fazla kalın plaka malzemesini eritecektir. Bu durumda, sonraki lazer ışınının gücü uygun şekilde azaltılmalıdır. Buna karşılık, pozitif ışın dönüş açısı kullanmak kaynak hızını uygun şekilde artırabilir ve negatif ışın dönüş açısı kullanmak daha iyi boşluk doldurma sağlayabilir. Şekil 6-36, farklı ışın dönüş açılarının kaynak kesiti üzerindeki etkisini göstermektedir.
3.4 Büyük ve Kalın Plakaların Çift Işınlı Lazer Kaynağı Lazer güç seviyesinin ve ışın kalitesinin iyileştirilmesiyle, büyük ve kalın plakaların lazer kaynağı gerçeğe dönüşmüştür. Bununla birlikte, yüksek güçlü lazerlerin pahalı olması ve büyük ve kalın plakaların kaynaklanmasının genellikle dolgu metali gerektirmesi nedeniyle, gerçek üretimde belirli sınırlamalar vardır. Çift ışınlı lazer kaynak teknolojisinin kullanımı, yalnızca lazer gücünü artırmakla kalmaz, aynı zamanda etkili ışın ısıtma çapını da artırır, dolgu telini eritme yeteneğini artırır, lazer deliğini stabilize eder, kaynak stabilitesini iyileştirir ve kaynak kalitesini artırır.
Yayın tarihi: 29 Nisan 2024
