Mikro kaynak için lazer için çeşitli seçenekler vardır. Burada bir lazerin diğerine göre neden ve ne zaman seçilebileceğini ve özel uygulamanız için en iyi seçeneğin nasıl seçileceğini dikkate almanız gereken faktörler bulunmaktadır.

Sekil 1A.

Şekil 1B.

Şekil 1C.

Mikro kaynak için dört lazer kullanılabilir: darbeli neodimyum katkılı itriyum alüminyum garnet (Nd:YAG), sürekli dalga (CW) fiber, yarı sürekli dalga (QCW) fiber ve nanosaniye fiber. Her lazer türü, belirli uygulamalar için en iyi şekilde çalışan benzersiz özellikler sunar. Burada darbeli Nd:YAG lazerin üç fiber lazer seçeneğiyle karşılaştırılması ve neden ve ne zaman birinin diğerine tercih edilebileceğine dair bir tartışma bulunmaktadır. Bazı durumlarda birkaç seçenek işe yarayabilir; bu durumda sahip olma maliyeti ve servis kolaylığı teraziyi etkileyebilir.

ND:YAG – MİKRO KAYNAK İÇİN MÜKEMMEL PİK GÜÇLER VE DARBE GENİŞLİKLERİ
Nd:YAG lazerde aktif kazanç ortamı, itriyum alüminyum garnetin ana kristaline katkılı neodimyumdur. Bu katı malzeme çubuğu tipik olarak 0,1 ila 0,2 inç çapında ve yaklaşık 4 inç uzunluğundadır. Mikro kaynak Nd:YAG lazerleri, flaş lambaları kullanılarak optik olarak pompalanır ve tipik olarak 1064 nm dalga boyunda ışık yayar, ancak frekansı iki katına çıkarılabilir (532 nm, yeşil). Lazerin optik tasarımı nispeten basittir: Kalbi, flaş lambası voltajını çalıştıran ve kontrol eden ve dahili optik geri bildirimi kullanarak lazer darbesi sırasında tepe gücünün ve darbe genişliğinin hassas kontrolünü sağlayan güç kaynağıdır. Mükemmel darbe kontrolüyle Nd:YAG lazer aynı zamanda küçük lazer boyutlarında yüksek tepe güçleri sunar ve bu da büyük optik nokta boyutuyla kaynak yapılmasına olanak tanır. Bu, maksimum parça uyumu ve lazerden bağlantı noktasına hizalama uyumu anlamına gelir. Bir örnek, 600 mikron nokta boyutuna sahip çelik ve alüminyumu kaynaklamak için yeterli olan 6 kW tepe gücü sağlayabilen 25 W'lık bir lazerdir.

Darbeli Nd:YAG lazer onlarca yıldır piyasadadır ve açık ara en geniş kurulum tabanına sahiptir. Günümüzün lazer ortamında, ısıya duyarlı paketlerde nüfuziyet ve dikiş kaynağında 0,02'nin altındaki punta kaynağı uygulamasına en uygunudur (bkz. Şekil 1A, 1B, 1C ).

FİBER LAZERLER – SEÇİLEBİLİR IŞIN KALİTESİYLE MÜKEMMEL ODAKLANABİLİRLİK
Bir fiber lazer, tipik olarak 10 ft ila 30 ft uzunluğunda ve 10 mikron ila 50 mikron çapında olan esnek katkılı cam fiber içinde üretilir. İtterbiyum katkı maddesi olarak kullanılıyor çünkü iyi bir dönüşüm verimliliği sağlıyor ve mevcut lazer dağıtım bileşenleriyle iyi uyum sağlayan bir mikrona yakın çıkış dalga boyu sağlıyor. Lazer tamamen bir fiber içerisinde üretilir, bu nedenle ortamı boşluk aynalarına hizalamaya gerek yoktur ve darbeli Nd:YAG lazerde olduğu gibi optikleri ve hizalamayı korumaya da gerek yoktur. Çok verimli lazerleme işlemi, fiber lazerin küçük olabileceği, hava soğutmalı olabileceği ve yüksek priz verimliliği sağlayabileceği anlamına gelir.

Şekil 2.

Fiber lazerin benzersiz özellikleri, “odaklanabilirliği” ve her kaynak uygulaması için ayarlanabilen ışın kalitesi aralığıdır. Işın kalitesi spektrumunun iki ucu, tek mod ve çoklu moddur: tek mod, ışın kalitesi veya M2'nin 1,2'den küçük olmasıyla tanımlanırken, çoklu mod genellikle M2/2'nin üzerindedir. Mod, lazerin ne kadar iyi ışınlanabileceğini tanımlar. odaklanmış ve lazer boyunca güç yoğunluğu dağılımı (bkz. Şekil 2 ).

Tek modlu ve çok modlu lazerler arasındaki farklar Şekil 3'te gösterilmektedir . Tüm kaynaklar 0,06 kalınlığında paslanmaz çelik olarak gösterilmektedir: (a) 30 mikron nokta boyutunda 300 ipm'de 1,2 M2 değerine sahip 500 W tek modlu fiber lazeri temsil eder, (b) 30 mikron nokta boyutunda 700 W çok modlu bir lazeri gösterir 150 mikron nokta boyutuyla 100 ipm'de 15'lik bir M2 değeri ve (c) 250 mikron nokta boyutuyla 80 ipm'de 15 M2 değeriyle 1 kW'lık çok modlu bir fiber lazeri gösterir.

Şekil 3.

Sürekli Dalga (CW) Fiber Lazerler
Yüksek hızlı dikiş kaynağı uygulamaları için, bu lazer sürekli dalga modunda çalıştırılır; bu, lazer çıkışının kapatılıncaya kadar açık kalması anlamına gelir. Tek bir kaynağın veya bir dikişin nokta kaynağı için, lazer çıkışı darbeli veya daha doğrusu modüle edilebilir; böylece lazer hızlı bir şekilde açılıp kapatılabilir. CW lazerin tepe gücü, maksimum ortalama gücüyle aynıdır, bu nedenle odaklanmış nokta boyutları, 1 kW'ın altındaki güç seviyelerinde kaynak yapmak için yeterli güç yoğunluğunu elde etmek amacıyla genellikle 100 mikronun altındadır. Optik nokta boyutunun küçük olması nedeniyle bindirme ve köşe kaynağı geometrileri tercih edilir. Parça uyumu iyiyse veya dikiş konumu görüş sistemi kullanılıyorsa alın kaynağı mümkündür. Bunun bir alternatifi, yalpalama olarak bilinen, kaynak yönüne yanal hareket oluşturabilen ve eklem hizalama hassasiyetini azaltmak için kaynağı etkili bir şekilde genişletebilen bir tarama kafası kullanmaktır.

CW fiber lazerler, 500 W lazer için 0,06 derinliğe kadar genel dikiş kaynağına, aynı ve farklı malzemelerin yüksek hızlı dikiş kaynağına ve çapı 100 mikronun altında nokta kaynakları üretmeye çok uygundur.

Şekil 4.

Yarı Sürekli Dalga (QCW) Fiber Lazerler
QCW fiber lazerin tepe gücü ve darbe genişliği özellikleri, parametre aralığı o kadar geniş olmasa da Nd:YAG lazerinkine benzer. CW fiber lazerlere benzer şekilde, QCW lazerler, uygulamanın gerektirdiği şekilde 0,001 inç ila 0,04 inç nokta boyutlarıyla tek moddan çoklu moda kadar seçenekler sunar (bkz. Şekil 4 ). Bu lazerler, birçok mikro kaynak uygulamasını oldukça kapsamlı bir şekilde kapsamalarına rağmen, küçük nokta boyutu uygulamalarında ve nüfuziyet uygulamalarında da parlar.

Nanosaniye Fiber
Nanosaniye fiber lazer, kaynak için sunulan lazerlere daha yeni eklenen bir üründür. Lazer markalama uygulamalarında kullanılan lazerin aynısıdır ve belirli kaynak uygulamaları için çok etkili bir şekilde yeniden kullanılabilecek, çok uygun maliyetli bir çözümdür. Nanosaniyelik lazer, multi-kilovatlık tepe gücü sağlar, ancak darbe genişlikleri yaklaşık 60 nanosaniye ila 250 nanosaniye arasında olup, 20 kHz ila 500 kHz arasında iletilebilir. Bu yüksek tepe gücü, çelik, bakır ve alüminyum dahil hemen hemen her metalin kaynaklanmasına olanak sağlar. Çok kısa darbe genişlikleri, küçük parçaların kaynaklanması için çok hassas kontrolün yanı sıra, farklı malzemelerin kaynaklanması olanağı sağlar.

Şekil 5.

SONUÇ
Mikro kaynak için lazer için çok sayıda seçenek olsa da, CW fiber ve nanosaniye fiberin kendine özgü uygulama özellikleri vardır. Nd:YAG, mükemmel mikro kaynak kapasitesine sahip yerleşik bir kaynaktır; CW fiber lazerler mükemmel hız/penetrasyon özellikleri ve iletken ve farklı malzemeleri kaynaklama yeteneği sağlar; QCW fiber, ek küçük nokta ve nüfuz özellikleriyle Nd:YAG lazere benzer yetenekler sunar; ve son olarak nanosaniye lazer, bazı farklı malzemelerin yapıştırılmasının yanı sıra ince malzemeler ve ince nokta uygulamaları için 400 nanosaniyenin altındaki darbeleri kullanarak mükemmel kontrol sağlar. CW lazerler gerektiğinde basitçe kapatılır ve açılır, ancak darbeli bir çıkış sağlayacak şekilde modüle edilebilir. Nd:YAG ve QCW fiber tipik olarak 0,2 kW ila 4 kW tepe gücünde ve 0,1 ms ila 10 ms darbe genişliğindedir. Ns fiber lazerler yaklaşık 10 kW tepe gücünde ve 60 ns ila 200 ns arası darbe genişliklerinde çalışır (bkz. Şekil 5 ).

Tablo 1.

En ilginç eşleşme, benzer kaynak yetenekleri sunan Nd:YAG ve QCW fiber lazerdir: her ikisi de büyük çaplı (>200 mikron) nokta ve dikiş kaynağı için yüksek tepe gücüne ve milisaniyelik darbe genişliklerine sahiptir. Nd:YAG lazer uzun zamandır piyasadadır ve çok geniş bir kurulum tabanına ve son kullanıcı aşinalığına sahiptir; QCW lazer ise bazı güçlü sahip olma maliyeti özelliklerine sahip nispeten yeni bir lazerdir. Kaynak açısından bakıldığında oldukça yakındırlar; Ölçeğe yön veren dikkate alınması gereken noktalar, sahip olma maliyeti ve servis kolaylığıdır. QCW lazer, bakım maliyetlerini azaltan flaş lambaları kullanmaz. Nd:YAG lazer sahada tamamen kullanılabilir. Bu durumda seçim, kullanıcının çalıştırması daha ucuz olan bir lazere mi yoksa 7/24 bakımı yapılabilecek bir lazere mi ihtiyaç duyduğuna bağlı olarak bir nevi ekipman tercihi haline gelebilir. Tablo 1, mikro kaynak için lazerlerin özelliklerinin genel bir özetini sunmaktadır. Bilgiler, belirli bir uygulama için hangi lazerin en iyi seçenek olacağına rehberlik etmek için kullanılabilir.