Lazer Kaynağında Koruyucu Gaz Seçimi
Kaynak sonrası aşırı sıçrama, estetik olmayan kaynak şekli ve çok sayıda gözenek gibi kaynak kusurlarıyla karşılaştınız mı? Bunun yanlış lazer kaynak işlem parametresi ayarlarından kaynaklandığını düşünüyor olabilirsiniz; ancak koruyucu gazın doğru kullanımı, kaynak şekli ve performansı üzerinde etkili olan kritik bir faktördür. En uygun koruyucu gazı seçmek, kaynak kalitesini ve verimliliğini artırmak için uygulanabilecek bir yöntemdir.
Koruyucu gaz bu kadar önemliyse, işlevi tam olarak nedir? Hangi tür koruyucu gazı seçmelisiniz? Kaynak sırasında koruyucu gaz nasıl uygulanmalıdır?
Koruyucu Gazın Rolü
Lazer kaynakta koruyucu gaz, kaynak oluşumunu, kaynak kalitesini, kaynak nüfuziyetini ve kaynak genişliğini etkiler. Çoğu durumda koruyucu gazın üflenmesi kaynak üzerinde olumlu bir etki yaratır; ancak olumsuz etkiler de yaratabilir.
Olumlu Etkiler
1) Doğru şekilde uygulanan koruyucu gaz, kaynak banyosunu etkili bir şekilde korur ve oksitlenmeyi azaltır veya tamamen önler.
2) Doğru şekilde uygulanan koruyucu gaz, kaynak sırasında sıçramayı etkili bir şekilde azaltır.
3) Doğru şekilde uygulanan koruyucu gaz, katılaşma sırasında kaynak banyosunun düzgün yayılmasını sağlar ve böylece düzgün ve estetik açıdan çekici bir kaynak oluşturur.
4) Doğru şekilde uygulanan koruyucu gaz, lazer ışınını engelleyen metal buharı bulutları veya plazma bulutlarının koruyucu etkisini etkili bir şekilde azaltarak lazerin etkin kullanım oranını artırır.
5) Doğru şekilde uygulanan koruyucu gaz, kaynak gözenekliliğini etkili bir şekilde azaltır.
Gaz türü, gaz debisi ve uygulama yöntemi doğru seçildiği sürece ideal sonuçlar elde edilebilir.
Ancak koruyucu gazın yanlış kullanımı kaynak işlemine de olumsuz etki edebilir.
1) Yanlış koruyucu gaz uygulaması kaynak kalitesini kötüleştirebilir:
① Yanlış gaz türünün seçilmesi, kaynak çatlaklarına neden olabilir ve kaynakın mekanik özelliklerini azaltabilir;
② Yanlış gaz akış hızının seçilmesi, kaynak oksidasyonunu daha da artırabilir (akış hızı ne kadar yüksek ne kadar düşük olursa olsun) ve ayrıca kaynak banyosuna ciddi bir müdahaleye neden olabilir; bu da kaynak çökmesine veya düzensiz oluşuma yol açabilir;
③ Yanlış gaz uygulama yönteminin seçilmesi, korumanın etkisiz hale gelmesine veya tamamen ortadan kalkmasına neden olabilir; ayrıca kaynak oluşumunu da olumsuz etkileyebilir;
2) Koruyucu gaz uygulaması, özellikle ince levha kaynaklarında kaynak nüfuziyetini etkileyebilir ve kaynak nüfuziyetini azaltabilir.
Koruyucu Gaz Türleri
Yaygın olarak kullanılan lazer kaynak koruyucu gazları arasında N2, Ar ve He bulunur. Bunların fizikokimyasal özellikleri farklıdır ve dolayısıyla kaynak üzerindeki etkileri de değişir.
Azot (N2)
En ucuz olan, ancak bazı paslanmaz çeliklerin kaynak edilmesi için uygun olmayan gazdır. Azot (N2), iyonlaşma enerjisi açısından orta düzeydedir; argondan (Ar) daha yüksek, helyumdan (He) ise daha düşüktür. Lazer ışınımı altında iyonlaşma derecesi genellikle düşüktür; bu da plazma bulutu oluşumunu etkili bir şekilde azaltarak lazerin etkin kullanım oranını artırır. Ancak azot, belirli sıcaklıklarda alüminyum alaşımları ve karbon çeliği ile kimyasal olarak tepkimeye girerek nitrürler oluşturabilir. Bu durum kaynak dikişinin kırılganlığını artırır ve tokluğunu azaltır; dolayısıyla kaynak birleşiminin mekanik özelliklerini önemli ölçüde olumsuz etkiler. Bu nedenle azot, alüminyum alaşımı ve karbon çelik kaynaklarının korunması için önerilmez.
Öte yandan azotun paslanmaz çelik ile gerçekleştirdiği kimyasal tepkime sonucu oluşan nitrürler, kaynak dikişinin dayanımını artırarak mekanik özelliklerini iyileştirir. Bu nedenle azot, paslanmaz çelik kaynaklarında koruyucu gaz olarak kullanılabilir.
Argon (Ar)
nispeten ucuzdur, yüksek yoğunluğa sahiptir ve iyi koruma sağlar. Kaynak yüzeyi, helyum ile yapılan kaynaklara kıyasla daha pürüzsüzdür. Ancak yüksek sıcaklıklı metal plazması tarafından kolayca iyonize olur; bu da lazer ışınının bir kısmını iş parçasına ulaşmaktan alıkoyarak etkili kaynak gücünü azaltır ve kaynak hızını ile nüfuz derinliğini engeller. Ar (Argon), en düşük iyonizasyon enerjisine sahip olsa da lazer ışınımı altında iyonlaşma derecesi görece yüksektir; bu durum plazma bulutlarının oluşumunu kontrol etmeyi zorlaştırır ve lazerin etkin kullanım oranını belirli ölçüde etkiler. Bununla birlikte argon çok düşük reaktifliğe sahiptir ve yaygın metallerle kimyasal olarak tepkimeye girmesi zordur. Ayrıca argon ucuzdur. Bununla birlikte argonun yüksek yoğunluğu, ergimiş kaynak banyosunun üzerinde yerleşmesini kolaylaştırır ve kaynak banyosu için daha iyi koruma sağlar. Bu nedenle, argon geleneksel koruyucu gaz olarak kullanılabilir.
Helyum (He)
Daha pahalıdır ancak en iyi etkiyi sağlar; lazeri iş parçası yüzeyine hiçbir engel olmadan doğrudan geçirmeye olanak tanır. En yüksek iyonlaşma enerjisine sahip olmakla birlikte, lazer ışınımı altında iyonlaşma derecesi çok düşüktür; bu da plazma bulutlarının oluşumunu etkili bir şekilde kontrol etmeyi sağlar. Lazer metaller üzerinde iyi bir etki gösterir ve He (Helyum), çok düşük reaktifliğe sahiptir; temelde metallerle kimyasal olarak tepkimeye girmez. Kaynak dikişleri için mükemmel bir koruyucu gazdır. Ancak He çok pahalıdır ve genellikle seri üretimde kullanılmaz. Genellikle bilimsel araştırma veya yüksek katma değerli ürünler için kullanılır.
Koruyucu Gaz Enjeksiyon Yöntemleri
Şu anda koruyucu gazların uygulanmasında iki ana yöntem vardır: Birincisi, koruyucu gazın eksen dışı yan üflemesi… Paralel yan üflemeli koruyucu gaz
Diğer tür, koaksial koruyucu gazdır.
Koaksial Koruyucu Gaz
Bu iki üfleme yöntemi arasında yapılacak seçim, çeşitli faktörlerin bir araya gelmesine bağlıdır; ancak genellikle yan üflemeli koruyucu gaz kullanımı önerilir.
Koruyucu Gaz Üfleme Yöntemlerini Seçme İlkeleri
Öncelikle, "kaynak oksidasyonu" teriminin bir konuşma dilinde kullanılan ifade olduğunu belirtmek gerekir. Teorik olarak, bu ifade kaynak dikişi ile havadaki zararlı bileşenler arasındaki kimyasal bir reaksiyonu ifade eder ve bu durum kaynak kalitesinde bir düşüşe neden olur. Yaygın örnekler arasında kaynak metali ile havadaki oksijen, azot ve hidrojenin belirli sıcaklıklarda tepkimeye girmesi yer alır.
Kaynak oksidasyonunu önlemek, bu zararlı bileşenler ile kaynak metalinin yüksek sıcaklıkta temasını azaltmak ya da tamamen engellemekle sağlanır. Bu yüksek sıcaklık, yalnızca ergimiş banyo metalini değil, aynı zamanda kaynak metalinin erimesinden başlayıp katılaşıncaya kadar ve sıcaklığının belirli bir seviyenin altına düşene kadar geçen tüm süreyi de kapsar.
Örneğin, titanyum alaşımı kaynaklarında hidrojen 300 °°C üzerinde hızla emilir, oksijen 450 °°C üzerinde, azot ise 600 °C. Dolayısıyla titanyum alaşımı kaynak dikişleri, katılaştıktan sonra ve sıcaklık 300 °C'nin altına düştüğü süre boyunca etkili bir korumaya ihtiyaç duyar. °C; aksi takdirde "oksidlenecektir."
Yukarıdaki açıklama netleştirdiği üzere, üflemeli koruyucu gaz yalnızca kaynak banyosunu zamanında korumakla kalmaz, aynı zamanda yeni katılaşmış alanı da korur. Bu nedenle Şekil 1’de gösterilen eksen dışı yan üflemeli koruyucu gaz yöntemi genellikle tercih edilir; çünkü Şekil 2’de gösterilen eşmerkezli koruma yöntemine kıyasla daha geniş bir koruma alanı sunar ve özellikle yeni katılaşmış kaynak alanına daha iyi koruma sağlar.
Mühendislik uygulamaları için eksen dışı yan üflemeli koruyucu gaz tüm ürünler için uygun değildir. Belirli özel ürünlerde yalnızca eşmerkezli koruyucu gaz kullanılabilir. Seçim mutlaka ürün yapısı ve birleştirme tipine göre uyarlanmalıdır.
Belirli Koruyucu Gaz Üfleme Yöntemi Seçimi
1) Düz Kaynaklar
Şekil 3’te gösterildiği gibi, ürünün kaynak şekli doğrusaldır. Birleştirme türü, başlık birleşimi, bindirme birleşimi, köşe birleşimi veya üst üste binen kaynak olabilir. Bu tür ürünler için Şekil ’de gösterilen eksen dışı yan üflemeli koruyucu gaz yöntemi tercih edilir.
2) Düzlemsel Kapalı Şekilli Kaynaklar
Ürünün kaynak şekli, düzlemsel bir daire, düzlemsel bir çokgen veya düzlemsel çok parçalı bir çizgi gibi kapalı bir şekildedir. Birleştirme türü, başlık birleşimi, bindirme birleşimi veya üst üste binen kaynak birleşimi olabilir. Bu tür ürünler için eksenel (koaksial) koruyucu gaz tercih edilir.
Düzlemsel kapalı şekil kaynağı
Koruyucu gaz seçimi, kaynak üretim kalitesini, verimliliğini ve maliyetini doğrudan etkiler. Ancak kaynak malzemelerinin çeşitliliği nedeniyle gerçek kaynak uygulamalarında kaynak gazı seçimi oldukça karmaşıktır. Kaynak malzemesi, kaynak yöntemi, kaynak pozisyonu ve istenen kaynak sonucu gibi faktörlerin bütüncül olarak değerlendirilmesi gerekir. Daha uygun bir kaynak gazının seçilmesi ve daha iyi kaynak sonuçlarının elde edilmesi için yalnızca kaynak testleri yoluyla mümkün olur.
