Lazer kaynakta azot saflığını etkileyen faktörler nelerdir?

Giriş

Lazer kaynak, modern üretimde hassasiyeti, yüksek hızda çalışması ve ısıdan etkilenme bölgesinin minimal olmasıyla tanınan devrim niteliğinde bir teknik olarak öne çıkmıştır. Bu süreçte azot, koruyucu gaz olarak önemli bir rol oynamaktadır. Yüksek saflıkta azot, kaynak banyosunun oksidasyonunu engellemek, gözenekliliği azaltmak ve kaynak kalitesini genel olarak artırmak için gereklidir. Ancak, istenen azot saflığına ulaşmak ve bunu sürdürülebilir hale getirmek birkaç faktörle etkilenmektedir. Bu faktörleri bu makalede detaylı olarak inceleyeceğiz.

1. Azot Kaynağı

1.1 Atmosferik Üretim

Lazer kaynakta kullanılan azot genellikle havadan elde edilir. Hava yaklaşık %78 azot, ayrıca oksijen, argon ve diğer gazlerin iz miktarda yer aldığı bir yapıya sahiptir. Havadan azot elde edebilmek için basınç değişimi ile adsorpsiyon (PSA) ya da membran ayırma gibi yöntemler kullanılır. PSA yönteminde hava sıkıştırılır ve genellikle zeolitlerden oluşan adsorban malzemelerden geçirilir. Bu malzemeler azota göre oksijen ve diğer safsızlıklar için daha yüksek bir ilgiye sahiptir. Sonuç olarak azot gazı ayrıştırılır ve toplanır. Ancak yüksek saflıkta azot üretimi açısından PSA sisteminin verimliliği adsorban kalitesine, çalışma basıncı ve sıcaklığına, gelen hava akış hızına bağlı olarak değişir. Zamanla adsorban doymuş hale gelirse ya da bozulursa azot saflığında düşüş meydana gelebilir. Örneğin, PSA ünitesi uygun şekilde bakımlı değilse ve adsorban etkili bir şekilde yenilenmezse oksijen ve diğer safsızlıklar geçmeye başlayabilir ve azot saflığı istenen %99.99 (veya bazı durumlarda daha yüksek değerler) düzeyinden daha düşük bir değere düşebilir.

Öte yandan membran ayırma, yarı geçirgen bir membran kullanır. Sıkıştırılmış hava bu membrandan geçerken, oksijen gibi daha küçük molekül boyutuna sahip gazlar, azot gazına göre membran boyunca daha kolay geçer. Azot zengin akışkan daha sonra toplanır. Ancak membran bütünlüğü ve membran boyunca oluşan basınç farkı gibi faktörler saflığı etkileyebilir. Zarar görmüş bir membran, daha fazla kirliliğin geçmesine izin vererek azot saflığını düşürebilir.

1.2 Sıvı Azot

Sıvı azot, lazer kaynak için başka bir azot kaynağıdır. Kriyojenik tanklarda depolanır ve kullanılmadan önce buharlaştırılır. Sıvı azot genellikle çok yüksek bir saflığa sahiptir, çoğu zaman %99,999'un üzerindedir. Ancak, buharlaşma süreci sırasında kontaminasyon riski vardır. Eğer buharlaştırma ekipmanı temiz değilse veya teslimat sisteminde bir kaçak varsa, ortamdan gelen nem veya diğer gazler azotla karışabilir ve saflığını düşürebilir. Örneğin, kriyojenik tankın izolasyonu zarar görürse, sıcak hava girebilir, bu da buharlaşırken nemin yoğunlaşmasına ve potansiyel olarak azotun kontamine olmasına neden olabilir.

2. Malzemelere Göre Gerekli Olan Saflık

2.1 Paslanmaz Çelik Kaynağı

Paslanmaz çelik lazer kaynak yapılırken yüksek azot saflığı çok önemlidir. Paslanmaz çelik, yüzeyinde koruyucu bir oksit tabakası oluşturan krom içerir. Kaynak sırasında azot saflığı yeterli değilse, oksijen erimiş metal ile reaksiyona girerek bu koruyucu oksit tabakasının oluşumunu engelleyebilir. Bu durum, kaynaklı bağlantının korozyon direncinin azalmasına neden olabilir. Yüksek kaliteli paslanmaz çelik lazer kaynakları için genellikle %99,995 veya üzeri azot saflık seviyeleri önerilir. Bu saflıktaki en küçük bir sapma bile kaynak yüzeyinde görünür oksidasyona neden olabilir; bu da sadece estetiği değil, aynı zamanda kaynaklı parçanın uzun vadeli performansını da etkiler.

2.2 Alüminyum ve Alaşımları

Alüminyum ve alaşımları oksijene karşı çok reaktiftir. Bu malzemelerin lazer kaynağı sırasında azot, ergimiş havuzun oksidasyonunu önlemek için koruyucu gaz olarak kullanılır. Ancak farklı alüminyum alaşımları azot saflığına değişik duyarlılık gösterebilir. Örneğin, havacılık uygulamalarında kullanılan bazı yüksek dayanımlı alüminyum alaşımları genellikle %99.999 saflık düzeyinde çok saf azot gerektirir. Daha düşük saflıktaki azot kaynakta safsızlıklar oluşturabilir ve bu da kaynak porozitesine veya birleşimin mekanik dayanımının azalmasına neden olabilir. Buna karşılık, daha az kritik uygulamalarda kullanılan bazı yaygın alüminyum alaşımları için yaklaşık %99.99 saflık düzeyindeki azot yeterli olabilir; ancak yine de önemli ölçüde sapma kaynak hatalarına neden olabilir.

3. Ekipmana Bağlı Faktörler

3.1 Gaz Teslimat Sistemi

Bir lazer kaynağı kurulumundaki gaz teslimat sistemi boruları, vanaları ve debi ölçerleri içerir. Bu komponentler temiz değilse veya azotla ya da hava içindeki safsızlıklarla reaksiyona girebilecek malzemelerden yapılmışlarsa azot saflığını etkileyebilirler. Örneğin, borular paslıysa demir oksit partikülleri azot akışına taşınabilir. Uygun şekilde kapatılmamış vanalar hava sızdırarak sisteme hava girmesine neden olabilir ve bu da azotu seyrelterek saflığını düşürebilir. Debi ölçerlerin doğru şekilde kalibre edilmesi gerekir. Yanlış debi oranı, azot ile kaynak alanı içindeki çevre havası arasında uygun dengenin sağlanmasına engel olabilir. Azot debisi çok düşükse kaynak banyosunu etkili şekilde koruyamayabilir ve oksijenin girmesine izin vererek çalışma alanında azotun etkili saflığını düşürebilir.

3.2 Lazer Kaynak Makinesi Tasarımı

Lazer kaynak makinesinin kendisinin tasarımı, azot saflığını etkileyebilir. Bazı lazer kaynak makineleri, kaynak alanı etrafında daha iyi kapatılmış odalara sahiptir ve bu da daha yüksek saflıkta azot ortamının korunmasına yardımcı olur. Kötü kaliteli contalara sahip makinelerde hava, kaynak bölgesine sızabilir ve azotu seyrekleştirir. Ayrıca, azotu ileten gaz membaşlarının konumu ve yönü önemlidir. Membaşlar iyi tasarlanmamış veya yanlış konumlandırılmışsa, azot kaynak havuzu çevresinde eşit şekilde dağılmayabilir. Bu da azot konsantrasyonunun daha düşük olduğu bölgelerde, bu kritik alanlarda saflığın etkili bir şekilde azalmasına neden olabilir.

4. Çevresel Faktörler

4.1 Nem

Çevre ortamındaki nem, azot saflığını etkileyen önemli bir faktör olabilir. Havadaki nem, özellikle gaz dağıtım sisteminde kaçaklar varsa ya da azot üretimi sürecinde azot akışına girebilir. Su buharı, kaynak sırasında sıcak metal ile reaksiyona girerek kaynakta gözeneklere neden olabilecek hidrojenin oluşmasına yol açabilir. Yüksek nem oranına sahip ortamlarda, azot besleme hattında nem gidermek amacıyla kurutucu cihazlar kullanmak gibi özel önlemler alınmalıdır. Azot içindeki su buharının çok küçük miktarları bile kaynak kalitesi üzerinde olumsuz etki yaratabilir; bu nedenle yüksek kaliteli lazer kaynakları elde etmek için azot içindeki nem oranının düşük tutulması hayati öneme sahiptir.

4.2 Sıcaklık

Sıcaklık değişimleri aynı zamanda azot saflığını da etkileyebilir. PSA gibi bazı azot üretimi yöntemlerinde, adsorban maddelerin adsorpsiyon kapasitesi sıcaklıkla etkilenebilir. Daha yüksek sıcaklıklar, havadan safsızlıkları giderme konusunda adsorbanın verimliliğini azaltarak daha düşük saflıkta azot çıktısına neden olabilir. Ayrıca gaz dağıtım sisteminde sıcaklık değişimleri boruların ve valflerin genlemesine veya büzüşmesine neden olabilir. Bu bileşenler, sıcaklık kaynaklı değişimlere karşı uygun şekilde tasarlanmazsa, sızıntılara neden olabilir ve hava girmesine izin vererek azot saflığını düşürebilir.

5. Sıkça Sorulan Sorular ve Cevaplar

Soru 1: Lazer kaynak için yüksek saflıkta azot yerine normal sıkıştırılmış hava kullanabilir miyim?

Cevap: Normal sıkıştırılmış hava önemli miktarda oksijen içerir (yaklaşık %21). Lazer kaynak sırasında oksijen, ergimiş metal ile reaksiyona girerek oksidasyona, gözenek oluşumuna ve kaynak dikişinin mekanik özelliklerinin azalmasına neden olur. Kaynak banyosu çevresinde inert bir ortam oluşturmak ve bu sorunlerin önlenmesi için yüksek saflıkta azot kullanılır. Bu nedenle lazer kaynak için normal sıkıştırılmış hava kullanmak uygun değildir.

Soru 2: Lazer kaynak sisteminizde azot saflığını ne sıklıkla test etmelisiniz?

Cevap: Lazer kaynak işlemi devam ediyorsa günde en az bir kez azot saflığını test etmeniz önerilir. Ancak, aşırı gözeneklilik veya oksidasyon gibi kötü kaynak kalitesinin herhangi bir belirtisi varsa, azot saflığı hemen test edilmelidir. Ayrıca, azot üretimi sisteminde, gaz dağıtım sisteminde veya ortamda herhangi bir değişiklik olmuşsa, kaliteli kaynak işleminin sürekliliği için saflığın test edilmesi çok önemlidir.

Soru 3: Lazer kaynak düzeneğimdeki azot saflığının gerekenden daha düşük olduğunu tespit edersem ne yapabilirim?

Cevap: Öncelikle azot üretimi sisteminin kontrol edin. Bu bir PSA sistemi ise, adsorbanın doğru şekilde yenilendiğinden ve doymuş olup olmadığını kontrol edin. Membran ayırma sistemleri için membranı herhangi bir hasar açısından inceleyin. Gaz dağıtım sisteminde borular, vanalar ve bağlantı noktalarında sızıntı olup olmadığını kontrol edin. Kirli bileşenleri temizleyin. Sıvı azot kullanıyorsanız, buharlaşma ekipmanının temiz olduğundan ve dağıtım hatlarının kontaminasyondan arındırıldığından emin olun. Sorun devam ederse, konuyla ilgili ekipman üreticisi veya bir uzman teknisyenle iletişime geçmeyi değerlendirin.