Lazer Kaynağı: Prensip, Özellikleri ve Güvenlik Yönleri

Bu makaleyi okuduktan sonra öğreneceksiniz: - 1. Lazer Kaynağına Giriş 2. Lazer Kaynağının İlke ve Mekanizması 3. Yakut Lazer Ekipmanı ve Kurulumu 4. İşlem 5. Proses Parametreleri 6. Kaynak Karakteristikleri 7. Kaynak Bağlantı Tasarımı 8. Uygulamalar 9. Varyantlar 10. Otomasyon 11. Güvenlik Yönleri.

Lazer Kaynağına Giriş:

Lazer (uyarılmış radyasyon emisyonu ile ışık amplifikasyonu) kaynağı, belki de sürekli büyüyen kaynak işlemleri ailesine en son eklenen üründür. Lazer ışını oldukça yönlü, güçlü, tek renkli (bir dalga boyunda) ve uyumludur, yani tüm dalgalar fazdadır. Böyle bir ışın, 10 ⁹ W / mm2'ye ulaşabilen çok yüksek bir enerji yoğunluğu veren çok küçük bir noktaya odaklanabilir.

Böylece, bir lazer ışını, elektron ışını gibi bilinen herhangi bir materyali eritebilir veya buharlaştırabilir. Üç temel lazer türü vardır; katı hal lazeri, gaz lazeri ve yarı iletken lazer. Lazer tipi kalıcı kaynağa bağlıdır.

Katı hal lazerleri, yakut, safir gibi kristallerden ve neodimyum yitriyum alüminyum granat (Nd-YAG) çubuklar gibi bazı yapay katkılı kristallerden yararlanır. Katı-hal lazeri ilk başarılı lazerdi ve böyle bir lazerle, örneğin bir yakut lazeri gibi devam etme mekanizmasını açıklamak kolaydır.

Lazer Kaynak İlkesi ve Mekanizması:

Bir lazerin işlevi ışığı yükseltmektir. Sıradan bir ışık lazer ışığı olarak kullanılamaz, çünkü sıradan bir ışık kaynağından yayılan enerji tutarsızdır ve geniş bir spektral aralıkta dağılır ve tek renkli tek renkli kaynaklar yoktur. Sıradan bir ışık oluşturan farklı renkteki değişken dalga boyları nedeniyle, yoğunluğundan ödün vermeden keskin bir odakta toplanması mümkün değildir.

Bu nedenle çalışması için lazer, elektromanyetik enerjinin veya foton olarak adlandırılan enerji parçacıklarının atomlar tarafından emilmesiyle uyarılan veya indüklenen radyasyon emisyonuna bağlıdır. Bu enerji emildiğinde, atomdaki elektronlar dönüşlerini arttırır ve atomlarının uyarılmış duruma girmesine neden olarak yörüngelerini genişletir.

Bu uyarılmış durum kısa ömürlüdür ve atom hemen bir ara seviyeye veya geçilebilir duruma düşer. Bu geri bırakmada atom ısı enerjisini kaybeder ancak foton enerjisini korur. Atomun kendiliğinden ve rasgele düştükten hemen sonra, Şekil 14.17'de gösterildiği gibi, foton enerjisini veya kuantum enerjisini serbest bırakarak tekrar temel durumuna geri dönmesi. Bu otomatik olarak uyarılmadan orijinal enerji seviyesine geri dönüş, kendiliğinden emisyon olarak adlandırılır.

Bir atom uyarılmış bir durumda kaldığı sürece, spontan emisyon durumunda enerjisi atom tarafından serbest bırakılan fotonun aynısına eşit olan bir dış foton olayı dalgası tarafından bir foton yayması için uyarılabilir veya uyarılabilir. Buna endüklenmiş veya uyarılmış radyasyon emisyonu denir.

Sonuç olarak, ortaya çıkan dalga, uyarılan atom tarafından yayılan dalga tarafından büyütülür. Bir lazer ışını üretmek için yayılan dalganın tam olarak neden olduğu dalgayla aynı fazda olması gerekir. Bu şekilde lazerler, elektriksel ışık, termal veya kimyasal enerjiyi, elektromanyetik spektrumun ultraviyole, görünür veya kızıl ötesi bölgelerinde monokromatik, uyumlu radyasyona dönüştürebilir.

Endüstriyel amaçlar için kullanılan katı hal lazerler arasında, kalıcı malzeme oldukça yakuttır. Yakut, yaklaşık% 0-05'in krom atomu olduğu alüminyum oksittir. Krom atomları sadece lazer hareketi için aktif iyonlar sağlamakla kalmaz, aynı zamanda yakutun karakteristik kırmızı rengini verir. Krom iyonları yeşil ışıkla uyarıldığında kırmızı ışık yayar. Lazer hareketinin gerçekleşmesi için, uyarılan emisyon prosesi, foton absorpsiyonunun zıt işleminden daha sık gerçekleşmelidir. Kuantum teorisine göre, gerçekleşen bu iki işlemin olasılığı sadece Boltzmann'ın oranına göre dahil olan enerji seviyesinin göreceli popülasyonuna bağlıdır.

N2 / N ₁ = exp E ₁ - E ₂ / kT ……. (14.3)

nerede,

N ₁ = Düşük enerji seviyesindeki E ₁ atom sayısı _,

N ₂ = Yüksek enerji seviyesindeki E ₂ atom sayısı _,

T = Mutlak sıcaklık,

k = Boltzmann sabiti.

Lazer emisyonu, üst seviye, alt olanın pahasına yerleştirildiğinde elde edilir. Böyle bir duruma nüfus çevrimi denir ve buna ulaşma yöntemine PUMPING adı verilir. Katı hal lazerleri, bir flaş tüpü tarafından optik olarak pompalanır.

Aktif ortamın milyarlarca atomu, molekülü veya iyonu pompalandığında enerjiyi emer, çok kısa ama rastgele bir yaşam süresi boyunca tutarlar, yaşamları sona erdiğinde enerjilerini her bir foton formunda bırakır ve eskilerine geri dönerler. tekrar pompalanana kadar durumu belirtin. Serbest bırakılan fotonlar, lazerin optik eksenine göre her yöne hareket eder.

Bir foton enerjilendirilmiş başka bir atomla, vb. Çarpışırsa, fotonun erken ayrılmasını sağlar ve iki foton bir sonraki çarpışmaya kadar faz boyunca ilerler. Lazerin optik eksenine paralel hareket etmeyen fotonlar sistemden hızla kaybolur.

Eksene paralel ilerleyenler, lazer boşluğunu kısmen ileten aynadan terk etmeden önce, aynalar tarafından sağlanan optik geri besleme ile önemli ölçüde uzatılmış yol uzunluklarına sahiptir. Bu işlem, istenen güç seviyesine sahip, yüksek derecede paralel bir tutarlı ışık ışını elde etmede yardımcı olur.

Işın Gücü ve Modu:

Bir lazer çıkış ışınının çapındaki güç yoğunluğu aynı değildir ve lazer aktif ortamına, iç boyutlarına, optik geri besleme tasarımına ve kullanılan uyarma sistemine bağlıdır. Güç dağılımını gösteren bir lazer ışınının enine kesit profiline enine elektromanyetik mod (TEM) denir. Birçok farklı TEM'ler tasarlanabilir ve her tür bir sayı ile derecelendirilir.

Genel olarak, sayı ne kadar yüksek olursa, lazer kaynağı sırasında çok önemli olan yüksek güç yoğunluğunu elde etmek için lazer ışınını ince bir noktaya odaklamak o kadar zor olur. TEM ₀₀, TEM ₁₀, TEM ₁₁, TEM ₁₁ ve TEM ₂₀ içeren lazerler ve bu modların kombinasyonları sıklıkla kullanılır. Şekil 14.17 (A), bu modların kiriş gücü profillerinin temel şekillerini göstermektedir. Bazı lazerler birkaç farklı mod üretir ve bunlar genellikle çok modlu çalışmaya sahip olarak adlandırılır.

Ruby Laser Ekipmanı ve Lazer Kaynağı Kurulumu:

Ruby-laser cihazı temel olarak bir lazer kafası ve bir güç kaynağından oluşur. Şekil 14.18 böyle bir lazerin şemasını göstermektedir. Yaklaşık 5-15 mm çapında ve yaklaşık 100 ila 200 mm uzunluğunda bir yakut çubuktan oluşur. Yakut çubuğun çapı ve uzunluğu, lazer emisyonunun gücünü belirler.

Uçları optik düzlemlere parlatılır ve daha sonra bir ucunda% 100 yansıtıcı bir yüzey elde etmek için gümüşleştirilir ve lazer ışını çıktısını sağlayan diğer ucunda% 90-98 yansıtır. İki yansıtma ucu arasındaki mesafe, aralığın bir bütünleşik yarı dalga boyunda olduğu frekanslarda rezonans boşluğunu sağlar.

Yansıtıcı yüzeyler, iki kaplama türünden biri tarafından üretilir. Bir tür kaplama, alüminyum, gümüş veya altın gibi ince bir metal katman biriktirilerek üretilir. Bununla birlikte, böyle bir metalik kaplama kullanımı ile yanabilir ve böylece yansıtıcı kalitesini kaybedebilir.

Dielektrik ayna üreten, dayanıklı malzemenin uçlarını iletken olmayan birkaç filmle kaplayarak daha yüksek performanslı bir yansıtıcı kaplama üretilebilir. Dielektrik ayna, çoğunlukla sülfitler ve florürlerden oluşan çok katmanlı filmler tarafından yansıtılan ışık dalgaları arasındaki girişime bağlıdır.

Cilalı yakut çubuğu lazer kafasının ortasına yerleştirilir ve şeffaf bir cam tüp içine alınır. Soğuk azot gazı, yakut çubuğunun yüzeyi üzerinde dolaşır ve cam tüpün dışındaki bir geri dönüş yolu ile dışarı akar. Cam tüp ve flaş tüp arasında bir vakum kalkanı sağlamak için boşaltılmış çift duvarlı bir cam tüp vardır.

Çift cidarlı vakum tüpü, lazer kafasına yalıtılmış bir hortumla kazanılan bir soğuk gaz kaynağı sağlayan sıvı azot içerir. Vakum tüpü flaş tüpünden yakut çubuğuna ısı akışını önler, ancak ışığın iletimi fazla etkilenmez.

Çift eliptik yansıtıcı silindirik bir mahfaza içindeki bir dış kabuk, Şekil 14.19'da gösterildiği gibi yakut çubuğa azami ışık verecek şekilde tüm düzeneği sarmak için sağlanmıştır. Xenon flaş lambası ve dış kabuk arasında ark oluşmasını önlemek için bir bastırıcı sağlanmıştır. Flaş lambası sıcakken en verimlidir. Bu nedenle, sıcak tutmak ve aynı zamanda nemden kaynaklanan ark oluşumunu önlemek için sıcak lamba flaş lambasının üzerinden sürekli olarak sirküle edilir.

Lazer kaynak ünitesinin güç besleme sistemi, flaş tüpü için güç ünitesinden, selenoidle çalışan panjurdan ve bir banktaki ışık transformatöründen ve lazer kafasından oluşur. Flaş tüpüne 18 KV beslemesiyle enerji verilir. Flaş tüpü devresi, deşarj zamanını değiştirmek için ayarlanabilen bobinler içerir; bu da, flaş tüpü tarafından atılan ışık atımının süresini değiştirir.

Bir yakut lazeri pompalamak için genellikle iki tungsten elektrotunu çevreleyen optik olarak şeffaf kuvarsdan üretilmiş bir ampulden oluşan Xenon flaş tüpü kullanılır. Lamba söndüğünde, ampulün içindeki basınç 10 atmosferdir. Xenon lambasının gücü, en az 70 volt yük gerilimi olmayan ve düşme volt amper karakteristiğine sahip bir dc kaynağı ile sağlanır.

Xenon flaş lambaları, saniyede binlerce flaş hızında yüzlerce saat boyunca sürekli olarak çalıştırılabilir. Yoğun bir tekli flaş kaynağı, on milyonlarca tepe mum gücüne kadar değişen bir çıkışa sahip olabilir ve kısa bir ark ışık kaynağı, 1µ.sn (bir mikrosaniye) kadar kısa bir flaş süresine sahip olabilir. Lamba bu şekilde çalıştırıldığında, elektrik enerjisini, lazer pompalama işlemi olan ışık enerjisine dönüştürmek için etkili bir cihaz haline gelir.

Lazer ışığı neredeyse tek renkli, esasen çarpışmış ve tutarlı olduğundan, prizma ve mercek gibi yaygın olarak kullanılan optik cihazları kullanarak odaklanmak kolaydır. Bununla birlikte, ışın aynı zamanda halojenür mercekler ve bir ayna sistemi tarafından da odaklanmaktadır.

Lazerler düşük güçlü (10 KW) lazerler olarak sınıflandırılır.

Lazer Kaynağının Çalışması:

Yakut lazeri bir Xenon veya Krypton flaş tüpü ile pompalanır. Flaş tüpü çubuğu aydınlattığında, krom atomlarının çoğu uyarılmış bir duruma sürülür. Lazer aksiyonu yakut çubukta, krom atomlarının yarısından fazlası yüksek enerji seviyesine veya metastaz durumuna pompalanırken popülasyon inversiyonuna neden olur. Uyarılmış bir atom kendiliğinden yakut çubuğunun ekseni boyunca bir foton yayınlarsa lazer hareketi başlar.

Bu foton, ikinci (veya indüklenmiş) bir foton yayınlaması için başka bir uyarılmış atomu uyaracaktır. Bu işlem birikimli olarak devam eder, çünkü fotonlar çubuk uçlarından yansıtılır ve rezonans boşluğunu art arda bir dalga cephesi oluşturarak hareket ettirir. Yakut çubuğun her iki ucundan bu çoklu yansımaların bir sonucu olarak, ışın gücü muazzam bir seviyeye yükseltilir.

Flaş tüpünden gelen ışığın yoğunluğu bir miktar kritik seviyeyi aşarsa, kalıcı hareket gerçekleşir ve saniyenin binde biri oranında 6943A dalga boyuna sahip güçlü bir foton ışını yayılır. Çıkış lazer ışını oldukça yönlü, güçlü, tek renkli ve uyumludur.

Bir merceğin bulunduğu yerdeki bir ışık ışınının enerji yoğunluğu denklemde verilmiştir:

ρ = E / V ……… .. (144)

nerede,

ρ = enerji yoğunluğu,

E = ışın enerjisi,

V = odaklanma hacmi.

Bir lazer ışınının odak hacmi çok küçük. Bu nedenle, odaktaki böyle bir ışının enerji yoğunluğu, 10 ⁷ W / cm2'ye ulaşan çok yüksek olabilir. Bir lazer darbesinin süresi kısadır, ^10-9 saniye arasındadır.

Lazer kaynağında, darbelerin maksimum süreye ve minimum aralıklara, yani yüksek darbe tekrarlama frekansına (PRF) sahip olması önemlidir. Bununla birlikte, yakut lazerler düşük verimliliktedir ve pompalama enerjisinin büyük bir kısmı ısıya dönüştürülür. Bu da yakut çubuğunun çok ısınmasına neden olur ve bu nedenle flaş tüpü yüksek PRF'lerde düzgün çalışamaz.

Bu, optik pompalamanın ürettiği ısının mümkün olduğunca çekilmesini gerektirir; örneğin, 400W ortalama çıktılı bir katı hal lazer için, soğutma sistemi yaklaşık 15 KW atık ısıyı uzaklaştırmalıdır. Böylece, PRF ve lazerlerin güç çıkışı soğutma sistemleri ile sınırlıdır. Yakut lazerlerin verimliliği çok düşüktür; yaklaşık% 0-1. Bununla birlikte, bu gerçeğe rağmen, yakut lazerler kaynak aracı olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır.

Mevcut kaynak lazerleriyle, PRF dakikada 1 ile 100 arasında değişebilir. Tek bir lazer darbesinin nüfuz ettiği alan mm'nin bir kesridir. Bu nedenle, bu tür lazerlerin sadece spot bağlantılar kurmak için daha popüler kullanılmasının nedeni budur.

Düşük PRF ve düşük güç çıkışları nedeniyle, lazerler, henüz ağır metallerde çok dar ve derin penetrasyon kaynakları yapabilen EBW işlemine dayanamazlar. Bununla birlikte, elektron ışını kaynağına kıyasla lazer ışını kaynağı daha çok yönlüdür çünkü havadaki metalleri, gaz kalkanında ve hatta vakumda kaynak yapabilir. Ayrıca, bir lazer ışını saydam malzemelerin arasından kaynak yapabilir, çünkü lazer ışığının geçişini engellemez.

Bir lazerden gelen ışığın çoğu, yakut çubuğunun yanlarından geçer ve lazer ışınının bir parçası olmaz. Elde edilen son derece düşük verimliliğe rağmen, bu enerji kayıpları kabul edilebilir, çünkü bir lazerden odaklanan ışığın spot ışığı, uzun süre harekete geçmeye başlayan flaş lambasından gelen ışıktan milyonlarca kat daha yoğundur ve ışıktan çok daha fazladır. bu dalga boyu, güneş yüzeyinin eşdeğer bir alanından yayılır.

Yakut çubuktan yayılan lazer ışığı, bir prizma, bir lens ve bir aksesuar lensten oluşan bir optik sistem tarafından uygun şekilde şekillendirilir ve çalışmaya yönlendirilir. Kirişi 0-25 ila 0-05 mm çapındaki bir noktaya odaklamak için, gerekirse optik sisteme birkaç yardımcı lens dahil edilebilir. Odaklanan noktadaki enerji yoğunluğu o kadar yüksektir ki, bilinen herhangi bir malzeme bu tür bir odaklanmış lazer ışını ile eritilebilir, buharlaştırılabilir veya kaynaklanabilir.

Bir elektron ışını değilken bir lazer ışını kısmen pürüzsüz metal yüzeyler tarafından yansıtılır veya yansıtılır. Bir lazer ışınının önemli bir kısmı yansıtıldığında, iş parçasına enerji transferini engelleyebilir. Bununla birlikte, odaklanmış bir lazer ışınının enerji yoğunluğu 10 KW / mm2'yi aştığında, yüzey tarafından absorbe edilen enerji oranında belirgin bir değişiklik Şekil 14.20'de gösterildiği gibi gerçekleşir.

Bu eşik seviyesi aşıldığında, gelişmiş bir enerji transferi gerçekleşir ve lazer ışını, anahtar deliği tipinde bir penetrasyona neden olur. Enerji transferindeki bu gelişme, çalışma yüzeyi üzerinde plazmanın gelişmesiyle ilişkilidir. Bu ilk aşamada bir avantaj olsa da, kaynak havuzu üzerinde aşırı plazma oluşumu sonuçta kirişe engel olur.

Düzgün şekilli boncuklar üretmek için kaynak havuzunu bir miktar inert gazla korumak esastır ve helyumun amacına en iyi şekilde hizmet ettiği bulunmuştur.

Lazer ışınıyla kaynak yapmak, 1, 5 kw'lık bir güç seviyesinin altında gerçekten uygulanabilir değildir; bu seviyenin üstünde ise maksimum penetrasyon kabiliyeti yaklaşık 2 mm / kw'dir.

Lazer Kaynak için Proses Parametreleri:

Proses parametrelerinin seçimi, üç faktöre dayanır:

(i) İlişkili olarak istenen enerji giriş seviyesini elde etmek için kapasitör sayısını ve karşılık gelen voltajı,

E = 1 / 2CV ² ……… .. (14-5)

nerede,

C = kapasitans

V = voltaj

(iii) Işın noktasının boyutunu ve şeklini kontrol etmek için doğru optik seçimi,

(iii) Işın odak noktasının iş parçası yüzeyinde veya üstünde seçimi.

İstenilen enerji seviyesini elde etmek için kullanılan kapasitör sayısı kritik bir konudur. Devredeki kapasitör sayısındaki artış, puls ışınının gücünün düşmesiyle daha uzun puls döngüsü süresine neden olur.

Alttan kesme olmaksızın tam nüfuzlu bir ses kaynağı elde etmek için aşağıdakiler istenmektedir:

(i) Lazer ışını gücü metali eritmek için yeterli olmalı, ancak seçilen kaynak hızında buharlaşacak kadar yüksek olmamalıdır,

(ii) Darbe döngüsü süresi, ısının malzemenin kalınlığı boyunca gerçekleştirilmesi için yeterince uzun olmalıdır.

Diğer bir faktör, iş parçasının yüzeyine göre kirişin odak noktasının yeridir. Maksimum penetrasyon, ışın yüzeyin biraz altına odaklandığında meydana gelir. Kiriş yüzeye odaklandığında veya iş parçası içinde derin olduğunda delinme azdır. Işın gücündeki artışla penetrasyon derinliği artar.

Lazer Kaynağı için Kaynak Özellikleri:

Çelik, bakır, nikel, paslanmaz çelikler, alüminyum alaşımları, demir-nikel bazlı alaşımlar, titanyum ve refrakter metaller ve alaşımlarla benzer ve farklı metal birleştirmeler üretmek için lazer kaynağı kullanılmıştır.

İşe çok düşük spesifik enerji girişi nedeniyle, ısıdan etkilenen bölge ve kaynağa bitişik malzemeye verilen termal zarar en aza indirilir. Bazı gemi yapım çeliklerinde kök gözenekliliği gözlenmiştir ve bunun yetersiz hız / ışın gücü oranından kaynaklandığı düşünülmektedir.

Çift geçişli kaynaklarda kök gözenekliliği gaz çıkışı ve bunun giderilmesi için yeterli zaman ile ilişkilidir. Yeterli süneklik, bu çeliklerdeki kaynakların çoğunda, yan bükme testi ile gösterilmiştir. Otojen derin penetrasyon lazer kaynakları, dolgu metali kullanarak geleneksel ark kaynağı ile olumlu şekilde karşılaştırılan mekanik özellikler gösterir.

Kaynak metali arıtması, çelik kaynağı sırasında, kirişin metalde metalik olmayan katmalar tarafından tercihli olarak emilmesinden dolayı buharlaşma ve ayrılmalarıyla sonuçlanan belirli koşullar altında meydana gelir. Birkaç farklı demir bazlı alaşımın lazer kaynağı sırasında füzyon bölgesi saflaştırmasının gözlemlenmesi, bunun, derin penetrasyonlu, otomatik lazer kaynağının benzersiz bir özelliği olabileceğini göstermektedir.

Çelik kaynakların metalografik muayenesi de, kaplamalı raf enerjisindeki ve nispeten kaba tanecik boyutundaki artıştan ve dolayısıyla yüksek geçiş sıcaklığındaki artıştan sorumlu olduğu düşünülen içerme içeriğinde bir düşüş olduğunu ortaya koydu.

Yaygın olarak kullanılan yapısal alaşımlardan, alüminyum alaşımlarının, ilk başlangıç ​​yüzey yansıtıcılıkları ve ark kaynağındakine benzer porozite oluşumları nedeniyle lazer kaynağı için en zor olduğu kanıtlanmıştır.

Korozyona dayanıklı çelik ve titanyum alaşımlarının kaynağında yapılan çalışmalar, yüksek kaliteli bağlantıların 0-1 ila 2 mm kalınlığındaki levhalarda yapılabileceğini göstermiştir. Kaynaklar vakumludur ve ana metalin gücünün% 90'ına sahiptir. Bu tür kaynaklar için kullanılan kaynak hızı 17-25 cm / dak.

Lazer Kaynak için Kaynak Ortak Tasarım:

Lazer kaynağında kullanılan mafsal tasarımları ve fittingler genellikle elektron ışını kaynağı için kullanılanlara benzer. Bununla birlikte, sac metalin lazer kaynağı için kullanılan bağlantı tasarımlarından bazıları Şekil 14.21'de de gösterilmiştir. Malzeme kalınlığının% 3'ünü aşan derz boşluğu normalde dolgular altında sonuçlanabilir. Kaynak için aşırı enerji kullanılıyorsa benzer sonuçlar elde edilir, bu da düşüşe neden olur. Dolgu altı, birincil kaynak geçişi veya kozmetik bir ikinci geçiş sırasında dolgu metalinin eklenmesiyle giderilir. Kaynak metali kimyasını değiştirmek için bazen dolgu metali eklenir. Böyle bir durumda, istenen bir dolgu ilavesi sağlamak için dar aralıklı bir kare oluk veya bir oluk kullanılabilir.

Genel olarak konuşursak, kaynak eklemi hazırlığı için iyi bilinen prosedür lazer kaynağı için de geçerlidir. Yatay veya düşey ve yatay kaynaklar gibi konum dışı kaynakların anahtar deliği kaynak modunda iyi koşullar altında yapılabilmesi için aşağı veya düz kaynak konumu tercih edilir.

Lazer Kaynak Uygulamaları:

Lazer kaynağının en büyük avantajları arasında, son derece küçük bir alanı etkileyen yoğun ısı üretimidir, dolayısıyla bir kaynak yapmak için enerji girişi gereksinimi düşüktür. İşlemin bu özelliğinden dolayı, çok çeşitli fiziksel özelliklere sahip farklı metalleri kaynaklamak için kullanılabilir. Ayrıca, nispeten yüksek elektrik direncine sahip metaller ve oldukça farklı olan bileşenleri, boyutları ve kütleleri kaynaklanabilir.

Normal olarak, lazer kaynağında hiçbir dolgu metali kullanılmaz, bu nedenle, lazer ışınının bu noktada odaklanması şartıyla, belirli bir pozisyondaki herhangi bir bileşen kaynak yapılabilir. Yüksek hassasiyetli kaynaklar, mm'lik bir kısmın metal kalınlığında bile yapılabilir. Lazer kaynağında çok yüksek ısınma ve soğuma oranları nedeniyle, tane büyümesinin yanı sıra, gerilimi azaltan ve kaynağı düzeltmek ortadan kalkar.

Günümüz lazerlerine özellikle uygun uygulamalardan biri, mikro bağlantıların yapılmasıdır. Bu nedenle, lazer kaynağı özellikle ince kablo uçlarını mikro devre kartlarında, katı hal devrelerinde ve mikro modüllerde filmlere yönlendirmek için radyo mühendisliği ve elektronik için uygundur.

Lazer ışını, mikroelektronikte kullanılan metalin en çeşitli bileşenlerini, örneğin altın ve silikon, altın ve germanyum, nikel ve tantal, bakır ve alüminyum gibi kaynakların hepsini lazer ışını kaynağı ile başarıyla kaynaklayabilir.

Paralel konfigürasyonda 0.5 mm çapında nikel tellerin kaynağı, 0.125 mm kalınlığında nikel şeritlerin nokta kaynağı, elektronik modüllerin hermetik sızdırmazlığı ve 0.25 mm et kalınlığındaki titanyum tüpün 0.625 mm kalınlığında titanyum diske kaynak yapılması, kullanım hakkında bildirilen bazı özel uygulamalardır. Lazer ışın kaynağı.

Lazer Işını Kaynağının Çeşitleri:

Yakut lazer gibi katı hal lazerlerin yanı sıra, ayrıca, kalıcı malzemelerin neodim oksit çözeltileri, bazı boyalar, vb. Gibi sıvılar olduğu lazerler de vardır. İnorganik sıvı lazerler, katı hal darbeli kapasitelere ve performansa çok yakındır. lazerler ancak atım gücü açısından onları aşarlar çünkü kalıcı elementleri hacimseldir.

Üçüncüsü ve en verimli lazer sınıfı, kalıcı malzemelerin galyum ve indiyum arsenit gibi yarı iletken tek kristalleri, kadmiyum, selenyum ve kükürt vb. Gibi tek yarı iletken kristalleridir. Yarı iletken lazerler küçüktür, düşük girdi gerektirirler. enerji ve% 70'e kadar yüksek verime sahip.

Dördüncü ve belki de en önemli lazer sınıfı, gazları ve bunların hidrojen, azot, argon ve karbondioksit gibi karışımlarını kullanandır. Gaz lazerleri, % 15 ila 25 arasında oldukça yüksek verim ile birlikte sürekli dalga (CW) işleminde en geniş radyasyon spektrumuna ve en yüksek güç çıkışına sahiptir.

Tüm bu varyasyonlar arasında CO2 gaz lazerleri ve ND: YAG lazerleri endüstriyel uygulamalar için en yaygın şekilde kullanılmaktadır, çünkü bunlar dayanıklı multikilowatt işlemine dayanıklıdır ve bu nedenle burada ayrıntılı olarak tartışılmaktadır.

Lazer Işını Kaynağında Otomasyon:

İnsan gözü, spektrumun görünür bölgesinde (yani, 0.3 ila 0.7 um arasındaki dalga boyu) olması koşuluyla lazer ışınını gözlemlemek için kullanılabilir. Bununla birlikte, çoğu zaman kaynak için kullanılan lazer ışığı, daha popüler bazı lazer ışını dalga boylarının bazılarının spektrum konumu ile ilgili kılavuzlar sağlayan, Şekil 14.45'ten görüldüğü gibi insan gözüyle görünmezdir. Bu nedenle, kaynak işleminde lazer ışınının etkili ve başarılı bir şekilde kullanılması için otomasyon kullanılması zorunludur, aksi takdirde kabul edilemez kalitede imalatla sonuçlanabilir veya hatta ciddi kazalara yol açabilir.

Otomasyon veya daha yüksek verimlilik gerektiğinde, lazer ışını konumlandırmak ve konumlandırmak için lazer ışını konum dedektörleri kullanılır. Bu amaçla, pozisyon dedektörleri lazer ışınının bir veya iki boyutlu tespiti için kullanılabilir. Bir çeyrek dedektörlü bir lazer hizalama sisteminin basitleştirilmiş bir diyagramı Şekil 14.46'da gösterilmektedir. Dedektörün her bir kadranı, aldığı ışık gücüyle orantılı bir elektriksel çıkış sinyali üreten ayrı bir fotodiyottur.

Eğer gelen lazer ışını dedektör üzerinde merkezlenmişse, kadran dedektörünün her bir parçası aynı miktarda güç alır. Lazer ışını ortalanmadığında, dedektörün bir veya iki kadranı daha fazla ışık gücü alır. Dedektör merkezine göre lazer ışını konumu vermek için kadran dedektörlerinden gelen çıktıları kullanan sistemler tasarlanmıştır. Bilgisayarlı görüntü sistemlerinde son gelişmeler, endüstride yaygın olarak bulunan iki boyutlu diyot dizili dedektör sistemlerini sağlamıştır. Bir boyutlu merkezleme astarı için fotodiyot veya yanal etki fotodiyotları kullanılabilir.

Otomatik / Robotik bir sistem ile birlikte uygun bir konum algılayıcısının kullanılması, kaynaklı imalatta istenen kaliteyi elde etmek mümkündür.

Lazer Kaynağının Güvenlik Yönleri:

Lazer ışını kaynağıyla ilgili normal tehlikeler arasında göz hasarı, cilt yanıkları, solunum sistemi üzerindeki etki, elektrik çarpması, kimyasal tehlikeler ve kriyojenik soğutucu maddelerin kullanılma tehlikeleri bulunur.

Lazer ışınları normal çalışma sırasında X ışınları üretmez, ancak göz görme hasarına veya ciddi yanıklara neden olabilecek yüksek yoğunluklu ışık üretir. Dalga boyu 0, 4 ile 1, 4 µm arasındaysa, insan oküler sistemi olay ışınını retinaya 1050 kez odaklar. Bu dalga boyu bölgesine oküler odak bölgesi veya retina tehlikesi bölgesi denir.

Gözün renk algıladığı oküler netleme bölgesinin görünür oranı sadece yaklaşık 0, 4 ila 0, 7 um arasında değişmektedir. 0.7 ila 1.4 um arasındaki dalga boyları retina tarafından tespit edilmez, gözle odaklanabilir olmalarına rağmen oküler sistem tarafından görülmezler.

Bu nedenle, kirişin dalga boyu oküler odak bölgesinde ise, retina dokularında göz hasarı meydana gelir, çünkü çok az enerji kornea, lens ve sulu dokular tarafından emilir. Bununla birlikte, odaklanabilir bölge dışındaki dalga boyları, özellikle korneaya zarar veren gözün dış bileşenleri tarafından emilir.

Bu nedenle, lazer ışınının dalga boyu bilgisine sahip olmak zorunludur ve Şekil 14.45 gerekli bilgiyi sağlar.

Spesifik lazer sistemi için uygun gözlüklerin kullanılmasına özen gösterilmelidir. Daha uzun kızılötesi dalga boylarında, örneğin 10, 6 µm CO2 dalga boyunda CO2 lazer, sıradan cam bile opaktır.

Lazerlerin etrafındaki çalışma alanlarının açık renklerle boyanması ve parlak bir şekilde aydınlatılmasını sağlamak yaygın bir uygulamadır.

Cilt, tüm lazer dalga boylarını emer ancak cilt hasarı için göz hasarından çok daha fazla enerji gerekir ve darbeli lazerlerden daha fazla enerji harcanması gerekir. Bir lazer minimum 0, 25 saniye boyunca sürekli radyasyon yayarsa, sürekli dalga lazeri olarak kabul edilir. Excimer ve CO2 lazerleri cilde zarar verebilmeleri bakımından özeldir. Aleve dayanıklı uzun kollu gömlekler ve eldivenler çoğu durumda yeterli cilt koruması sağlar.

Lazer ışını elektrostatik veya elektromanyetik alanlardan sapmasa da, ışın, gözü veya cildi etkileyebilecek düz metal yüzeyler tarafından kısmen yansıtılır veya yansıtılır ve lazer yanıkları derinleşir ve iyileşmesi çok yavaş olabilir.

Lazer sistemlerinin çoğu, yüksek voltajlı yüksek amper akımının kullanılmasını içerir, bu nedenle ölümcül elektrik çarpması olasılığı vardır. Infact, lazerler ile hemen hemen tüm ciddi veya ölümcül kazalar elektrik kaynağı ile olmuştur. Bu nedenle, doğrudan yüksek güçlü bir lazeri kullanırken asla yalnız çalışmayın.

Plastikler üzerinde derin penetrasyon ve deneme kaynağı sırasında toksik veya ince metal dumanlar oluşabilir. Şiddetli plazma üretimi, havalandırma ve egzoz sistemleri için yeterli tedarik gerektiren ozon üretebilir.

Sonuç olarak, lazerin diğer herhangi bir yüksek enerjili alet kadar güvenli olduğu ve uygun şekilde kullanılması gerektiği söylenebilir. Doğru şekilde nasıl kullanılacağını öğrenmek kullanıcının sorumluluğundadır.