Yirminci yüzyıl, geniş ekonomik ve toplumsal faydalar yaratmak için elektrik enerjisinin kullanılmasıyla karakterize edildi. Elektriğin sağladığı gelişmelere örnek olarak ulaşım, ısıtma, aydınlatma ve son zamanlarda bilgi ve iletişim teknolojilerindeki patlamalı genişleme sayılabilir. Geleceğe bakıldığında, enerjinin ışık biçimindeki yenilikçi uygulamaları, yirmi birinci yüzyılı şekillendirme potansiyeline sahiptir.
Yaklaşık kırk yıl önce, uyarılmış radyasyon emisyonuyla (kısaltma lazeri veren) ışık amplifikasyonu ilkesi ilk kez öne sürüldü ve o zamandan beri lazerler güvenilir ve verimli endüstriyel araçlar olarak olgunlaştı. Tipik uygulamalar arasında sanat eseri ve binaların temizlenmesi, cerrahi, otomotiv üretimi ve gemi yapımı yer alır. Mevcut makale, lazerlerin imalat araçları olarak kullanımını ele almaktadır.
Tüm üreticiler sürekli olarak rakiplerine karşı rekabet avantajı elde etmeye çalışır ve her üretim yolunun avantaj ve dezavantajları, üretim başlamadan önce kapsamlı bir şekilde değerlendirilir. Lazerlerle fabrikasyon veya imalat birkaç potansiyel fayda sunar:
Artan üretkenlik - düşük maliyetle daha hızlı parça üretimi.
İyileştirilmiş kalite - örneğin, minimum bozulma ve dolayısıyla daha düşük yeniden işleme seviyeleri.
Gelişmiş performans - bu, daha uzun ömürler veya korozyona veya yüksek sıcaklığa karşı daha yüksek direnç ile görülebilir. Ek olarak, lazer onarım teknolojileri, aksi takdirde tükenen bileşenlerin ömrünün önemli ölçüde uzamasına neden olabilir.
Alternatif teknolojilerin mevcut olmadığı yeni üretim yolları ve bileşenleri.
Bununla birlikte, üretim yolunun seçimi esasen ekonomiktir. Sonuç olarak, bireysel üreticiler arasındaki rekabete çok benzeyen bir rekabet avantajı elde etmek için üretim teknolojileri arasında sürekli bir savaş vardır.
Bu zorluğa yanıt vermek için, mevcut teknolojinin sınırlamalarını ele almak ve potansiyeli en üst düzeye çıkarmak için lazer malzeme işlemede gelişmeler yapılmaktadır. Bu belge, biraz seçici bir şekilde, lazerlerle üretime yönelik gelişmeleri ve fırsatları üç geniş temada açıklamaktadır:
Süreç Geliştirme.
Yeni Üretim.
Yeni Lazer Kaynakları.
Süreç Geliştirmeleri
Hibrit lazer Arkı
Üretilen dar derin penetrasyon kaynağı nedeniyle, lazer kaynağı diğer kaynak yöntemlerine göre çeşitli avantajlar sunar:
Yüksek katılım oranları.
Düşük sarf malzemesi maliyetleri.
Takım tezgahı süreçlerinde olduğu gibi yüksek tekrarlanabilirlik.
Düşük personel seviyeleri.
Montajda daha fazla hassasiyete ve daha az düzeltme çalışmasına yol açan düşük distorsiyon seviyeleri.
Bununla birlikte, lazer kaynağı zorlu bir süreçtir ve tatmin edici kalite ve performansa sahip kaynaklar üretmek için montaj ve çelik bileşimi gibi bir dizi parametrenin çok sıkı kontrolü gerekir.
Önerilen makale:
gazaltı kaynak firmaları hakkında bilgi almak ve diğer metal işleme hizmetlerine ulaşmak için ilgili sayfayı ziyaret edebilirsiniz.
İki kaynak işleminin tek bir işlem bölgesinde birleştirildiği hibrit lazer ark kaynağı yoluyla geliştirilmiş bir uygulama aralığı mevcuttur. Mevcut seçenekler arasında CO 2 , Nd:YAG, diyot veya fiber lazerin gaz metal ark kaynağı, gaz tungsten ark kaynağı veya plazma ark kaynağı gibi bir ark kaynağı işlemiyle birleştirilmesi veya hatta iki farklı lazer kaynağının birleştirilmesi yer alır.
Tek başına lazer gücü kullanımıyla karşılaştırıldığında, hibrit lazer ark kaynağı şunları sunar:
Artırılmış seyir hızı (x2) veya arttırılmış penetrasyon (x1.3)
Fit-up boşluğuna karşı geliştirilmiş tolerans.
Kaynak metali mikro yapısını, birleştirme kalitesini ve birleştirme özelliklerini iyileştirmek için dolgu malzemesi ekleyebilme.
Potansiyel olarak geliştirilmiş enerji bağlantısı.
Artan ısı girişi ve azaltılmış sertlik.
Bununla birlikte, artan karmaşıklığı ('daha fazla şey ters gidiyor'); ek kaynak parametreleri tanımlama ihtiyacı; ve iki ayrı süreç için optimum prosedürlerden basitçe belirlenemeyeceği için süreç parametrelerini yeniden belirleme gerekliliği.
Bununla birlikte, hibrit lazer ark kaynağı artık hem otomotiv hem de gemi inşa endüstrilerinde bir üretim sürecidir ve gaz iletim boru hatlarının çevre kaynağı için aday bir süreç olduğu gösterilmiştir.
İkiz Nokta Lazer Kaynağı
Otojen lazer kaynağı şu anda otomotiv endüstrisinde özel olarak hazırlanmış boşlukların imalatı için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, sürecin iki dezavantajı vardır; boşlukları doldurma yeteneği zayıftır ve farklı kalınlıktaki çelik saclar birleştirildiğinde kaynak dikişi profili sıklıkla düzensizdir. Bu sınırlamaların üstesinden gelmek için, anahtar deliği kaynağını makul hızlarda sürdürmek için toplam nokta boyutunu yeterince küçük tutarken lazer noktasını uzatmak için yöntemler geliştirilmiştir.
Anahtar deliğinin kaynak yönüne dik olarak uzatılması, boşluk köprüleme kapasitesini artırır ve böylece montaj toleranslarının gevşetilmesini sağlar. Benzer şekilde, anahtar deliğinin kaynak yönüne paralel olarak uzatılması, sıkışan gaz kabarcıklarının ve metal buharının kaçmasına yardımcı olur. Böylece teknik, gözenekliliği azaltır ve Zn kaplı çelikleri kaynak yaparken Zn buharı sürüklenme olasılığını en aza indirir.
Anahtar deliğinin uzatılması, birbirine çok yakın odaklanmış noktalara sahip iki lazer kullanılarak elde edilebilir, ancak önceden tanımlanmış konumlarda iki odaklanmış nokta oluşturmak için bir ışın ayırıcıya sahip tek bir lazer kaynağı kullanmak çok daha avantajlıdır. Ek olarak, lazer enerjisinin iki nokta arasında eşit olarak bölünmesi gerekmez; enerji, herhangi bir uygun oranda iki nokta arasında paylaştırılabilir. Bu, özellikle farklı kalınlıktaki iki sac arasında alın kaynağı yaparken kullanışlıdır. Kaynak yönüne dik olarak hizalanmış iki nokta kullanılarak, enerjinin büyük kısmı daha kalın levha üzerindeki lazer noktasına yönlendirilebilir ve böylece bağlantı kalitesi iyileştirilebilir.
Daha kalın malzemenin kenarı erimemiş, bu da şekillendirme işleminde sorunlara neden olabilir. Daha kalın tabakanın kenarı, daha iyi şekillendirilebilirlik ve iyileştirilmiş görünüme sahip özel bir iş parçasına yol açacak şekilde net bir şekilde eritilir.
Daha genel bir durumda, uyarlanmış enerji dağılımlarına sahip lazer kaynağı, lazer enerjisinin bir kısmını kaynak yapmak için kullanırken geri kalanını veya hatta enerjinin çoğunu uygun enerjiyi sağlamak için kullanarak nikel bazlı havacılık alaşımlarını ve diğer yüksek performanslı malzemeleri kaynaklama fırsatı sunar.
Yeni Üretim Süreçleri
Alüminyumun Çeliğe Lazerle Birleştirilmesi
Özellikle otomotiv sektöründe ağırlığı azaltmak için alüminyumun artan kullanımı, çeliği alüminyuma birleştirmek için sağlam ve güvenilir bir yönteme olan ihtiyacın artmasına yol açmıştır. Mekanik birleştirme, yapışkanla birleştirme, direnç kaynağı ve ruloyla birleştirme gibi teknikler bir süredir mevcuttur, ancak bağlantı yerleri zayıf mukavemet veya korozyon direncinden muzdarip olabilir.
Malzemelerin farklı genleşme katsayıları nedeniyle çeliği alüminyuma birleştirirken geleneksel ergitme kaynak tekniklerinin uygulanması zordur. Ek olarak, bağlantı arayüzünde kırılgan intermetalik bileşikler oluşturma eğilimi vardır.
Bu sınırlamaların üstesinden gelmek için nispeten yeni bir füzyon işlemi olan lazer birleştirme geliştirilmiştir. Odaklanmamış bir lazer ışını çelik levhaya yönlendirilerek yerel ısınmaya neden olur ancak erime olmaz. Isı çelik boyunca iletilir ve çok daha düşük bir erime noktasına sahip olan bitişik alüminyumun yerel olarak erimesine neden olur. Erimiş alüminyum çeliği ıslatır ve ardından katılaşarak bir bağ oluşturur. İşlem, Şekil 6'da şematik olarak gösterildiği gibi hem bindirme birleştirmelere hem de alın birleştirmelere uygulanabilir, ancak en çok bindirme birleştirmelere uygundur. Ancak uygulamada, çeliğin erimesini önlemek için ısı girişini yeterince iyi kontrol etmek çok zordur, ancak çeliğin yerel olarak erimesi gerçekleştiğinde bile nispeten güçlü bir bağ oluşur.
Lazer birleştirme, kaplanmamış çeliğe açıkça uygulanabilir, ancak teknik, beyaz fabrikasyonda otomotiv gövdesinde tipik olarak kullanılan Zn kaplı çeliklerin birleştirilmesi için de kullanılabilir. Arayüzde açıkça intermetalikler oluşur, ancak intermetaliklerin bağlantı kuvvetini önemli ölçüde etkilememesini sağlamak için proses kontrol önlemleri uygulanabilir.
Lazerle Doğrudan Metal Biriktirme
Uçak motoru bileşenleri gibi yüksek değerli uygulamalar için, aşınmış veya yerel olarak hasar görmüş parçaları değiştirmek yerine onarmak genellikle ekonomik olarak caziptir. Aday bir onarım teknolojisi, tozu bir substrat malzemesi üzerine eritmek için bir lazerin kullanıldığı lazerle doğrudan metal biriktirmedir (DLMD). Tozun alt katman üzerine yerleştirildiği yaklaşımların aksine, toz, bir meme yoluyla alt katman üzerindeki lazer noktasına beslenir. Bu, soğutulduğunda alt tabaka üzerinde katı bir toz malzeme tortusu bırakan erimiş bir havuzun oluşumuyla sonuçlanır.
Lazer biriktirmenin diğer toz biriktirme tekniklerine göre iki ana avantajı vardır. Birincisi, işlem, sıvılaşma çatlaması olasılığını azaltan düşük ısı girdili bir işlemdir. İkinci olarak, çok küçük nokta boyutlarının kullanılması, son derece doğru ve tekrarlanabilir birikimlerin yapılmasını sağlar. Ek olarak, eriyik havuzunun ö
zelliklerini izleyen ve tortu kalitesini korumak için süreci gerektiği gibi ayarlayan uyarlanabilir kontrol sistemleri geliştirilmiştir.
Bununla birlikte, onarıma ek olarak, orijinal parça yapımı için doğrudan lazer metal kaplama uygundur. Bir parça oluşturulurken toz bileşimini değiştirerek, doğrudan konumla ilgili belirli performans özelliklerine sahip fonksiyonel olarak derecelendirilmiş bir bileşen geliştirilebilir. Süreç, hızlı prototipleme için de kullanılabilir.
Bununla birlikte, işlemin yaygın kabul görmesi için, biriktirme hızlarını, biriktirme verimliliğini artırmaya ve yüksek doğruluk ve kalite için uygun işleme parametrelerini oluşturmaya yönelik geliştirme gereklidir.
Son Sözler
Bu, lazer malzemeleri işlemedeki gelişmelerin bir şekilde seçici ve öznel bir incelemesi olmuştur. On yıl önce yazılmış benzer bir makale, artık ticari üretim yolları haline gelen bazı gelişmeleri (ve bazılarının erken vaatlerini yerine getirmediğini) tespit edebilirdi. Bundan on yıl sonra, şu anda öngörülemeyen teknolojilerin geliştirilme aşamasında olması muhtemeldir. Bununla birlikte, lazerlerle üretimin hem şimdi hem de gelecekte rekabet avantajı sağlayabileceği açık.
