Burak Dönmez Laseral Endüstriyel Lazer Sistemleri San. ve Tic. Ltd. Şti.
Kalıp sektörü, üretim süreçlerine en fazla katkı sağlayan sektörlerden biridir. Hatalı işleme maruz kalan veya üretim esnasında hasar gören kalıpların onarımı büyük bir önem teşkil etmektedir ve kaynak, kalıp bakım ve onarım için bir gerekliliktir. Şekillendirme, delme, kesme veya metal döküm kalıpları kullanımları sırasında büyük zorlamalar altında kalırlar ve elde edilecek ürünlerin boyutlarında da kalıptaki zorlanmalardan meydana gelebilecek aşınma veya hasarlardan dolayı değişkenlikler meydana gelir. Geleneksel onarım metotları kalıbın şeklini, metalin kimyasal özelliğini ve sertliğini bozmaktadır. Her bozulan kalıp yeni bir maliyet, her yeni maliyet de firma kârlılığını etkileyen bir faktördür. Bu problemin çözüm yolu ise lazer ile dolgu kaynağıdır. Lazer sayesinde ön ısıtma-soğutma işlemleri yapılmadan orijinal kalıbın kalitesi yakalanacak şekilde onarım yapılabilmektedir.
Lazer Işın Kaynağı
Lazer ışın kaynağı, birleştirilecek yüzeylere çarpan konsantre ve uyumlu bir ışık demetinin uygulanmasından elde edilen ısı ile malzemelerin kaynamasını sağlayan bir kaynak yöntemidir. Lazer ışın kaynağı, yüksek kaynak hızları, ince ve küçük kaynak dikişleri ve düşük termal bozulma ile birleşmesi gereken bileşenleri birleştirmek için esas olarak kullanılır. Yüksek kaynak hızları, mükemmel bir otomatik çalışma ve işleme sırasında kaliteyi çevrimiçi kontrol etme olanağı, modern endüstriyel üretimde lazer kaynağını ortak birleştirme metodu haline getirmektedir. Lazer teknolojileri, hem küçük atölyeler hem de büyük endüstriyel üreticiler için çeşitli metal birleştirme, kompleks montaj, otomasyon ve onarım uygulamaları için tasarlanmış lazer kaynak sistemleri sunmaktadır. Ortak sanayi uygulamaları olan nokta kaynağı, dikiş kaynağı, mikro kaynak, köşe kaynağı, alın kaynağı, bindirme kaynağı, dolgu kaynağı, tarayıcı kaynak yöntemleriyle birçok farklı geometride ve malzeme türünde kaynak imkanı sağlar. Uygulama yelpazesi ile, tıbbi teknoloji içindeki gözeneksiz dikişlerin, mücevherat endüstrisinde hassas punta kaynağının, takım ile kalıp imalatı ve onarımının, otomobil yapımında komple otomobil gövdeleri üzerinde kaynağın, elektronikte mikro bileşenlerin, bilgisayar bileşenleri ve pil kaynağının, havacılık, otomotivde hassas kaynakların en iyi şekilde yapılmasını kapsar. Odaklanmış lazer ışını bilinen herhangi bir enerji kaynağının en yüksek enerji konsantrasyonuna sahiptir. Lazer ışını, kesin bir noktaya konsantre olabilen bir elektromanyetik enerji veya ışık kaynağıdır. Odaklanmış nokta boyutu, bir mercek seçeneği ve ana malzeme arasındaki mesafeyle kontrol edilir. Kaynak ve kesim için keskin odaklanmış bir nokta kullanılır. Büyük noktalar ise ısıl işlem için kullanılır.
Metaller ve Polimerlerin Kaynağı
Lazer ışını çok çeşitli malzemeler üzerinde kaynak yapmak için kullanılabilir. Karbon çeliği, paslanmaz çelik, alaşımlı çelikler, Alüminyum, Magnezyum, Titanyum ve kombinasyonları için kullanıldığı gibi polimerlerin kaynağında da kaliteli ve yüksek mukavemetli kaynak sonuçları vermektedir.
Avantajları
• Açık havada kullanılabilir, vakuma gerek duymaz.
• Uyumlu ve tekrarlanabilir kaynaklar.
• Minimum güç kaybı, yüksek verimlilik.
• Işın manipülasyonunun esnekliği.
• Isıdan etkilenen bölge dar (HAZ).
• Düşük toplam termik girdi, bileşenin en az distorsiyonu.
• Farklı materyallerin kaynak imkanı.
• Dolgu malzemesi genelde gerekli değildir.
• İkincil işlem gerektirmez
• Yüksek doğruluk ve kontrol.
• Kolay, hızlı ve otomatik.
• Derin ve dar kaynaklar üretir.
• Kaynaklarda düşük bozulma.
• Yüksek kaliteli ve kozmetik görünümü iyi kaynak.
• Yüksek mukavemetli kaynaklar.
• Küçük, ince bileşenler kaynaklayabilir.
• Malzemelerle temasız kaynak.
• Ulaşılması güç alanlarda kaynak yapma becerisi.
• Çok yönlü (Lazerle kesme ve delme için aynı alet kullanılabilir).
Sınırlamaları
• Hızlı soğutma hızı bazı metallerde (özellikle yüksek C’lu) çatlamaya neden olabilir.
• Ekipman için yüksek yatırım maliyeti.
• Lazerin optik yüzeyleri kolayca hasar görebilir.
• Bakım masrafları (Fiber lazer teknolojisiyle ortadan kalkmaktadır.)
Lazer Dolgu Kaynağı
Lazer ile dolgu kaynak işlemi sırasında, tel veya toz gibi dolgu malzemesi ve temel malzeme lazer ışınlarıyla eritilir ve metalürjik olarak bağlanır.
Tel ile lazer dolgu kaynağı, onarımların yapılmasına, aşınma direncinin iyileştirilmesine, küçük tasarım değişikliklerinin yapılmasına ve imalat hatalarının düzeltilmesine olanak tanır. Bütün bunlar lazer teknolojisi ile elde edilebilecek mükemmel kalite ve esneklikle yapılabilir. Lazer ışını manuel veya otomatik olarak eklenen dolgu teli ile iş parçası arasında kesin ve yüksek mukavemetli bir bağlantı sağlar. Tel çapları 0,1 mm ile 1 mm’ye kadar olan uygulamalar gerçekleştirilebilir. Düşük ısı girişi, hızlı ısıtma ve soğutma ve atım şekillendirmesi ile lazer ışını enerjisinin kesin kontrolü, iş parçasının termal yükünü en aza indirgemek için yardımcı olur. Diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında, iş parçasındaki mikro yapısal dönüşüm daha düşüktür.
Toz ile lazer dolgu kaynağı, çeşitli bileşenlerin onarımı için kullanılabilir; Aşınma ve aşınmayı önlemek amacıyla koruyucu katmanların uygulanması için de kullanılabilir. Toz ile lazer dolgu kaynağı, takım ve kalıp yapımı ve onarımı gibi uygulamalarda faydalıdır, aynı zamanda petrol, gaz, havacılık ve otomotiv endüstrisinde de kullanılmaktadır.
Lazer Dolgu Kaynağı ile Kalıp Onarımı
Nd: YAG Lazer veya Fiber Lazer kaynak işlemi, lazer kaynağı ile kalıp onarımı, onarılacak olan aşınmış ya da hasar görmüş kalıp yüzeyi ile dolgu malzemesini kalıp malzemesi ile eriten lazer ışını arasında dolgu malzemesinin beslenmesi ile gerçekleştirilir. Dolgu malzemesi ilavesi hem manuel hem de otomatik olarak yapılabilir.
Manuel olarak tel, işlenecek kalıp malzemesiyle sıkı temas halinde elle tutulur. Bu nispeten yavaş ama çok etkili bir süreçtir. Manuel tamir için gereken beceri seviyesi, uygulamaya bağlı olarak önemli ölçüde değişir.
Otomatik olarak, otomatik Nd: YAG Lazer veya Fiber Lazer kaynak sistemlerinden biriyle entegre olan ve kalıp tamirinde kaynak hızını ve kaynak tutarlılığını büyük ölçüde arttıran otomatik dolgu tel besleme sistemi bu işlemde kullanılır. Otomatik kaynak tel besleme sistemi sayesinde kaynak operatörünün beceri düzeyi dramatik bir şekilde azaltılır ve kaynak hızı büyük ölüde artar.
Toz beslemeli lazer dolgu kaynaklarında ise lazer kaynak makinesi oluşturacağı modelin katmanlarına göre daha önceden programlandığı hareketlerini otomatik olarak gerçekleştirir. Bu hareketleri sırasında özel nozulu ile tozu, koruyucu gazı ve lazer ışınını malzeme üzerine tek bir noktadan ileterek geçtiği hatlar boyunca metal tozunu koruyucu gaz altında ergitir ve ana malzemeyle metalurjik bağlar oluşturmasını sağlar.
Dolgu Telinin Boyutu
Kullanılacak dolgu telinin boyutu şunlara bağlıdır:
• Tamir edilecek kalıp alanının kalınlığı.
• Onarım alanını oluşturmak için gerekli malzeme hacmi.
Daha küçük çaplı teller, lazer enerjisini veya atımlarını en aza indirgemek ve onarım alanının mümkün olan en düşük distorsiyonu gerektiğinde ısı girdisini en aza indirmek için kullanılmalıdır. Onarım bölgesi oldukça büyük olduğunda ve onarım alanının kalınlığı arttıkça daha büyük teller kullanılır.
Dolgu Telinin Türü
Dolgu telinin türü seçimi bağlıdır:
• Onarılan kalıp malzemesinin türü.
• Elde edilen kaynak metalinin sertlik gereksinimleri.
• Onarım alanının durumu (Kaplamalar, çatlaklar, önceden yapılmış işlemler vb.).
• Kalıbın zarar görme nedeninin analizi.
Oluşan Kaynak Metalinin Sertliği
Ortaya çıkan kaynak metalinin sertliği aşağıdakilere bağlı olarak değişir:
• Tamir edilen kalıp malzemeleri
• Kullanılan dolgu malzemesi türü
• Dolgu malzemesinin kalıp ana malzemesiyle kaynak nüfuziyetini etkileyen lazer parametre seçimi.
Lazer Dolgu Kaynağı İle Kalıp Onarımının Avantajları
• Kalıp tamirinden önce kalıp ön ısıtması gibi herhangi bir işleme gerek duyulmaz.
• Kalıbın cinsine ve sertliğine uygun teller ile dolgu yapıldığından kalıbın metalik özellikleri dolgu yapılan bölgede de korunmuş olur.
• Isıdan etkilenen alan (HAZ) oldukça küçüktür. Metalin aşırı ısınmasıyla ortaya çıkabilecek çarpılma, eğrilme vb. sorunlar ile karşılaşılmaz
• Lazer ışınının gücü sayesinde, kalıbın metalik özelliklerini taşıyan dolgu teli ve kalıp eriyerek metalurjik bağlar oluşturur. Böylece, yapılan kaynağın atması, kopması veya kırılması söz konusu olmaz.
• Lazer ışını atımlarının senkronizasyonu sayesinde, katmanlar arası boşluklar görülmez.
• Kalıp üzerinde çeşitli şekillerde kaynak yapılabilir. Çatlak, kırık veya aşınmış yüzeyin geometrisi nasıl olursa olsun kaynak işlemleri istenildiği gibi uygulanabilir.
• Optik sistem sayesinde, diğer onarım yöntemlerinin ulaşamayacağı yerlere ulaşabilir ve kaynak yapılacak kalıbın sürekli olarak hareket ettirilmesine gerek duyulmaz.
• Kalıbın çatlak bölgelerinde, lazer kaynağı ile çatlağın sonuna kadar inilerek en sağlam kaynak yapılabilmesi mümkündür.
• Taşınması zor olan kalıplar, mobil lazer kaynak sistemleri sayesinde kalıpların bulunduğu yerde onarılabilir. Böylece hem zamandan hem de iş gücünden tasarruf etme olanağı doğar.
Lazer Kaynağı ile Kalıp Onarımında Dikkat Edilmesi Gerekenler
• Kalıp malzemeleri, herhangi bir kaynak işlemi ile etkili bir şekilde kaynak yapmak için karmaşık malzemelerdir. Bir kaynak metalürjisi mühendisliği bilgisi, bu temel malzemelerin kaynak ısısı ve kullanılan dolgu malzemesi türü ile nasıl etkileşime girdiğini anlamada bir zorunluluktur. Materyal etkileşimi ne kadar çok anlaşılırsa, onarım alanında gelecekteki hasar ya da başarısızlık olasılığı da o kadar düşük olur.
• Özellikle, kaynağın çatlaması önlenmelidir. Nispeten sert malzemelerdeki çatlaklar hızla yayılabilir, bu da parçanın bozulmasına neden olur. Yanlış dolgu malzemesinin kullanılması veya yanlış kaynak teknikleri kaynakta çatlamaya neden olabilir. Farklı dolgu teli ve kalıp malzeme kombinasyonları için metalografik analiz ve kapsamlı görsel kontrol tamamlanmalıdır. Genel olarak, karbon içeriği ne kadar yüksekse, kaynaktaki çatlak duyarlılığı da o kadar yüksek olur.
• Alüminyum ve bakır alaşım malzemeleri, bu malzemelerin lazer ışığına yüksek doğal yansıma özelliğinden dolayı lazer kaynak onarımında ilginç bir zorluk oluşturmaktadır. Bu alaşım türlerinin onarımı için özel teknikler geliştirilmiştir.
. . .
İçerik sadece atıfta bulunularak yayınlanabilir: Demir Çelik Store. Editöryal görüş, yazarın görüşüne aykırı olabilir.
