Nokta kaynağı, yüksek hızlı ve uygun maliyetli bir birleştirme yöntemidir. Hava geçirmezlik gerektirmeyen bindirme bağlantılarıyla ince levha bileşenlerinin birleştirilmesi için uygundur. Direnç nokta kaynağı, ark nokta kaynağı, yapıştırıcı nokta kaynağı gibi birçok nokta kaynağı türü vardır.kompozit nokta kaynağıve lazer nokta kaynağı. Günümüzde direnç nokta kaynağı üretimde yaygın olarak kullanılmaktadır. Otomotiv sektörünü örnek alacak olursak, araç gövde paneli bileşenlerinin montajı sırasında 3.000 ila 4.000 kaynak noktasına ihtiyaç duyulmaktadır; bu da 250 ila 300 robotun yanı sıra destekleyici kontrol sistemleri ve diğer yardımcı ekipmanları gerektirmektedir. Ancak direnç nokta kaynağının esnekliği düşüktür. Hızlı ekonomik gelişmeyle birlikte, otomotiv bileşenlerinin geometrik şekil ve yapılarının güncelleme döngüsü çok kısa hale gelmiştir. Yeni ürün ve modellerin yükseltilmesi, verimli ve esnek yeni bir nokta kaynak teknolojisi gerektirmektedir. Bu nedenle, lazer nokta kaynak teknolojisi giderek dikkat çekmekte ve otomotiv endüstriyel üretiminde yaygın olarak uygulanması beklenmektedir. Havacılık alanında da lazer nokta kaynağı alternatif bir teknoloji olarak test edilmektedir. Uzun zamandır, havacılık ürünlerinin bindirme bağlantıları genellikle perçinleme kullanılarak yapılıyordu; bu da birçok üretim süreci ve ağır iş yükü gerektiriyordu. Alüminyum alaşımları, titanyum alaşımları ve kompozit malzemeler gibi yeni malzemelerin artan uygulamasıyla birlikte, geleneksel birleştirme yöntemlerinin yerine yeni kaynak teknolojilerinin benimsenmesi ana akım bir trend haline gelmiştir. Bu yöntem, üretim verimliliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda yapısal ağırlığı azaltır ve havacılık ürünleri için büyük önem taşıyan yeni yapısal tasarım gereksinimlerini karşılar. Lazer nokta kaynağının yüksek hassasiyeti ve esnekliği, özellikle havacılık sektöründe, direnç nokta kaynağı ve perçinleme gibi geleneksel işlemlerin yerini alabilmesi açısından, pratik üretimde önemli avantajlar sağlar.
I. Lazer Nokta Kaynağının Tanımı ve Özellikleri
Tanım
Lazer nokta kaynağı, tek bir lazer darbesi (t > 1ms) veya aynı konumda bir dizi lazer darbesi kullanılarak iş parçalarının eritilmesi ve birleştirilmesi işlemine verilen addır.
Lazer nokta kaynağı, temelde diğer lazer kaynak işlemlerine benzer; tek fark, nokta kaynağı sırasında lazer ışını ile iş parçası arasında göreceli bir yer değiştirme olmamasıdır. Lazer nokta kaynağı iki tipe ayrılır: ısı iletimli kaynak ve delikli kaynak. Isı iletimli nokta kaynağında, lazer metali buharlaştırmadan sadece eritebilir. Bu yöntem, elektronik bileşenlerin Nd:YAG lazer nokta kaynağı gibi 0,5 mm'den daha ince metallerin kaynaklanması için daha uygundur. Delikli lazer nokta kaynağında ise lazer, delik yoluyla doğrudan malzemenin içine girebilir, lazer enerjisinin kullanım oranını artırır ve daha büyük bir penetrasyon derinliği elde eder. Geleneksel dirençli nokta kaynağı, elektrik akımıyla üretilen direnç ısısını kullanarak iş parçalarını eritip kaynak noktaları oluştururken, lazer nokta kaynağının ısı kaynağı lazer radyasyonundan gelir ve bu da kaynak noktası şekillerinde önemli ölçüde farklılıklara yol açar.
Lazer nokta kaynağının ayarlanabilir parametreleri genellikle lazer gücü, nokta kaynak süresi ve odaklama miktarıdır. Darbeli modda nokta kaynağı için parametreler ayrıca darbe dalga biçimi, frekans ve görev döngüsünü de içerir. Bunlar arasında lazer gücü esas olarak kaynak noktasının nüfuz derinliğini etkilerken, nokta kaynak süresi kaynak noktasının yanal boyutunu daha fazla etkiler. Genel olarak, lazer etki süresi ne kadar uzun olursa, kaynak noktasının üst ve alt yüzeylerinin boyutu ve birleşme yüzeyinin boyutu o kadar büyük olur. Odaklama miktarındaki değişiklikler esas olarak nokta çapını ve iş parçası yüzeyine etki eden enerji yoğunluğunu etkiler, bu nedenle kaynak noktasının genel şeklini önemli ölçüde etkiler.
Özellikler
- Lazer ısı kaynağı kullanılarak yapılan nokta kaynağı, yüksek hız, yüksek hassasiyet, düşük ısı girişi ve minimum iş parçası deformasyonu sağlar.
- Nokta kaynak pozisyonlarındaki serbestlik derecesi büyük ölçüde artırılarak, her pozisyonda nokta kaynak yapılması ve kolayca gerçekleştirilmesi sağlanmıştır.tek taraflı nokta kaynağıBu da ürün tasarım özgürlüğünü önemli ölçüde artırır.
- Lazer nokta kaynağı, bindirme bağlantılarının boyutu konusunda düşük gereksinimlere sahiptir. Bindirme miktarı ve kaynak noktaları arasındaki mesafe gibi parametreler üzerinde minimum kısıtlama vardır ve akım şöntlemesinin etkisini dikkate almaya gerek yoktur.
- Farklı kalınlıktaki plakaların, farklı malzemelerin ve özel malzemelerin (alüminyum alaşımları, galvanizli saclar) kaynaklanmasında lazer nokta kaynağı, geleneksel nokta kaynak yöntemlerinden daha iyi performans gösterir.
- Çok sayıda yardımcı ekipmana ihtiyaç duymaz, ürün değişikliklerine hızla uyum sağlayabilir ve pazar taleplerini karşılayabilir.
II. Lazer Nokta Kaynağının Hata Analizi
Lazer nokta kaynağında en sık görülen kusurlar çatlaklar, gözenekler ve sarkmalardır ve bunlar aşağıda tek tek analiz edilmiştir.
1. Çatlaklar
Çatlaklar yüzey çatlakları ve boyuna çatlaklar olmak üzere ikiye ayrılır. Lazer nokta kaynağı sırasında ısıtma ve soğutma hızları çok hızlıdır, bu da ısıtılan alan ile çevredeki metal arasında büyük bir sıcaklık farkına neden olur ve kolayca çatlak oluşumuna yol açar. Çatlak oluşumu malzeme ile yakından ilişkilidir; örneğin, alüminyum alaşımları, paslanmaz çeliğe göre lazer nokta kaynağı sırasında çok daha yüksek oranda çatlama eğilimindedir. Çatlak oluşumunu bastırmanın etkili bir yöntemi, metal katılaşma sürecinin soğutma hızını kontrol etmek ve iç gerilimi azaltmak için darbe dalga formunu optimize etmektir.
2. Gözenekler
Lazer nokta kaynaklarındaki gözenekli kusurlar (gözenekler) küçük gözenekler ve büyük gözenekler olarak ikiye ayrılabilir. Küçük gözenekler esas olarak metal katılaşması sırasında sıvı metaldeki hidrojenin çözünürlüğünün azalmasından, ayrıca anahtar deliğindeki metalin hızlı buharlaşmasından ve erimiş havuzun bozulmasından kaynaklanır. Büyük gözenekler ise esas olarak lazer nokta kaynağı sırasında çok hızlı soğuma hızından kaynaklanır; bu da anahtar deliği çevresindeki metalin geri dolması için yeterli zaman bırakmaz. Genel olarak, küçük gözenekler uzun darbeli nokta kaynağında, büyük gözenekler ise kısa darbeli nokta kaynağında daha sık oluşur.
Lazer nokta kaynağında gözeneklerin en sık görüldüğü iki yer vardır: biri kaynak noktasının ortasındaki erime bölgesine yakın, diğeri ise kaynağın köküdür. X-ışını ile elde edilen erime görüntüleri, erime bölgesine yakın gözeneklerin esas olarak anahtar deliği kapanırken oluşan daralmadan kaynaklandığını; kaynak kökündeki gözeneklerin ise esas olarak anahtar deliği oluşumundan sonra lazerin hızla kaybolması nedeniyle anahtar deliğinin çökmesinden kaynaklandığını göstermektedir.
3. Sarkma
Lazer nokta kaynağında sarkma belirgin bir olgudur. Kaynak noktası yüzeyindeki merkezi sarkma ve çevresindeki metal birikimi, metal buharlaşmasının oluşturduğu geri tepme kuvvetinin sıvı metali kaynak noktası yüzeyine itmesinden kaynaklanır. Soğuma işlemi sırasında, yüzeyde biriken metal hızla katılaşır ve tamamen geri doldurulamaz. Ayrıca, hızlı metal buharlaşması ve sıçraması nedeniyle oluşan malzeme kaybı da merkezi sarkmaya katkıda bulunan bir diğer faktördür. Darbe süresi, hem kaynak noktası yüzeyinin sarkması hem de gözenek oluşumu üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Darbe dalga biçimi ve süresinin optimize edilmesiyle tatmin edici kaynak noktaları elde edilebilir.
4. Kaynak Noktaları Üzerinde Odaklanma Bozukluğu Miktarının Etkisi
Odaklanmama miktarındaki değişiklikler, nokta çapını ve enerji yoğunluğunu doğrudan değiştirir. Odaklanmama miktarı hem negatif hem de pozitif yönde arttığında, nokta çapı artar ve enerji yoğunluğu azalır. Lazer nokta kaynağı sırasında, nokta çapı ile test parçasına düşen lazerin oluşturduğu ilk anahtar deliğinin boyutu arasında belirli bir ilişki vardır; enerji yoğunluğu ise erimiş havuzun genişleme hızını belirler. Odaklanmama miktarının mutlak değeri küçük olduğunda, lazer nokta çapı küçüktür, lazer güç yoğunluğu yüksektir ve kaynak noktası erimiş havuzunun genişleme hızı hızlıdır, ancak ilk anahtar deliğinin çapı küçüktür. Aksine, odaklanmama miktarı büyük olduğunda, ilk anahtar deliğinin çapı büyüktür, ancak erimiş havuzun genişleme hızı yavaşlar ve sonuçta oluşan kaynak noktası boyutu büyük olmayabilir. Bu nedenle, odaklanmama miktarındaki değişiklik sırasında, nokta çapının ve kaynak noktasının yüzey güç yoğunluğunun kapsamlı etkisi, kaynak noktasının boyutunu belirler.
III. Lazer Nokta Kaynak Teknolojisinin Uygulanması
Lazer nokta kaynağı, yüksek hız, geniş nüfuz derinliği, minimum deformasyon özelliklerine sahiptir ve basit kaynak ekipmanlarıyla oda sıcaklığında veya özel koşullar altında gerçekleştirilebilir. Ayrıca, yüksek frekanslı darbeli lazerlerin (saniyede 40'tan fazla darbe frekansına sahip) ortaya çıkması, lazer nokta kaynağının seri otomatik üretimde mikro ve küçük bileşenlerin montajı ve kaynaklanmasında geniş uygulama alanı bulmasını sağlamıştır. Cam ve metal arasındaki bağlantı, ısıya duyarlı yarı iletken devrelerdeki bağlantı noktaları ve tellerdeki farklı metaller arasındaki bağlantı gibi küçük ısıdan etkilenen bölge gerektiren küçük elektronik bileşenlerin kaynaklanmasında, lazer nokta kaynağı, kirlilik içermeyen kaynak noktaları ve yüksek kaynak kalitesi ile geleneksel nokta kaynak işlemlerine (örneğin, dirençli nokta kaynağı) göre daha avantajlıdır. Şekil 6-60, otomotiv farlarının üretiminde lazer nokta kaynağının bir uygulama örneğini göstermektedir: 500W'lık katı hal darbeli lazer, çok yüksek darbe frekansıyla dört benzer kaynak noktası oluşturur.
Yüksek darbe enerjisi kullanılarak mikro yapılar üzerinde yüksek hassasiyetli nokta kaynağı yapılırken, darbeli Nd:YAG lazerler teknik ve ekonomik avantajlara sahiptir. Çoğu endüstriyel nokta kaynağı uygulamasında, ortalama gücü 50 W ve darbe gücü > 2 kW olan darbeli katı hal lazerler temel olarak kullanılır. Lazer, optik fiberler veya kombine odaklama lensleri aracılığıyla doğrudan iş parçasına etki edebilir.
Lazer nokta kaynağı, çok çeşitli malzemelere uygulanabilir. Örneğin, lityum pillerin nokta kaynağı yapılırken, Nd lazeri kullanılır:YAG lazer nokta kaynak teknolojisiFarklı metalleri birleştirmek için kullanılan optik fiber kaynak yöntemi, TIG kaynağı ve dirençli nokta kaynağına göre daha verimlidir. Özellikle üretim sırasında lazerlerin iletilmesi için optik fiberler kullanıldığından, çeşitli çalışma tezgahları arasında hızlı ve esnek bir şekilde geçiş yapmak kolaydır.
Özetle, lazer nokta kaynağının özellikleri şunlardır:
- Lazer gücündeki artışla birlikte, kaynak noktasının yüzey çapı yukarı ve aşağı doğru dalgalanırken, füzyon yüzeyinin ve alt yüzeyin çapı yavaşça artar. Kaynak noktasının kesit şeklindeki değişim belirgin değildir. Süre arttıkça, kaynak noktasının boyutu hızla artar ve füzyon yüzeyi çapının değişim hızı, üst ve alt yüzey çaplarının değişim hızından daha büyüktür. Odaklanma miktarındaki değişim, kaynak noktasının boyutunu önemli ölçüde etkiler. Doğrudan nokta çapını ve lazer güç yoğunluğunu değiştirir ve bu iki faktörün kapsamlı etkisi kaynak noktasının boyutunu belirler.
- Tam penetrasyon durumunda, lazer nokta kaynağının yüzeyinde belirgin bir sarkma görülür. Lazer gücü ve süresi arttıkça, kaynak noktası yüzeyindeki sarkma derinliği de artar. Süre veya boşluk boyutu büyük olduğunda, alt yüzeyde de girinti görülebilir.
- Aradaki boşluk arttıkça, kaynak noktasının genel deformasyonu, merkezde sarkma ve girinti belirginleşir. Kaynak yüzeyi küçülür ve mukavemet hızla azalır. Günümüzde dirençlerin, pillerin ve elektronik alanının kaynaklanmasında, genellikle iki lazer ışık kaynağı içeren bir tasarımla, iki noktanın aynı anda kaynaklanması işlemi yaygın olarak kullanılmaktadır.
Yayın tarihi: 27 Ekim 2025
