Lazer kaynağı, yoğun ısı girdisi, dar kaynak dikişleri ve düşük deformasyon ile karakterize edilen, metal işleme endüstrilerinde yaygın olarak kullanılan yüksek enerji yoğunluklu bir kaynak yöntemidir. Kaynak sırasında, kaynak alanı oksijene veya oksitleyici gazlara maruz kalırsa, oksidasyon meydana gelebilir ve bu da mekanik performansı ve görünüm kalitesini olumsuz etkileyen siyah, sarı, mavi veya oksit renkli kaynak yüzeylerine neden olur. Bu makale, kaynak oksidasyonunun ana nedenlerini malzeme özellikleri, çevresel faktörler, gaz koruması ve proses parametreleri açısından analiz etmektedir.
1. Kaynak Oksidasyonunun Temel Mekanizması
Kaynak oksidasyonu, yüksek sıcaklıktaki metalin oksijen veya oksitleyici gazlarla reaksiyona girmesiyle meydana gelir. Lazer kaynak bölgesinin sıcaklığı 1000℃–3000℃'ye ulaşabilir ve erimiş havuz ve ısıdan etkilenen bölge termal olarak aktive edilmiş durumda kalır, bu da oksijenin nüfuz etme ve oksit katmanları oluşturma eğilimini artırır. Yaygın oksidasyon reaksiyonları şunları içerir:
Metal + O₂ → Metal oksit
Alaşım elementlerinin tercihli oksidasyonu (örneğin, Cr, Mn, Ti, Al)
Bu nedenle, oksidasyon derecesi sıcaklık, malzeme bileşimi ve oksijen konsantrasyonu ile yakından ilişkilidir.
2. Kaynak Oksidasyonunun Ana Nedenleri
(1) Yetersiz Gaz Koruması
Bu, lazer kaynağı sırasında oksidasyonun en yaygın nedenidir ve tipik olarak şunları içerir:
Yetersiz gaz akışı, eksik oksijen izolasyonu ile sonuçlanır
Yanlış nozül açısı, eksik kapsama alanına neden olur
Uygun olmayan gaz türleri (örneğin, argondan daha az inert olan azot)
Gaz difüzörü veya koruma yapısı yetersizlikleri
Koruyucu gazların genel anti-oksidasyon etkinliği yaklaşık olarak şöyledir:
Argon ＞ Helyum ＞ Azot ＞ Korumasız
Koruma yetersizse, erimiş havuz soğuma sırasında havaya maruz kalır, bu da oksidasyonu artırır.
(2) Kaynak Ortamında Yüksek Oksijen Konsantrasyonu
Kaynak ortamı yetersiz havalandırma veya düşük gaz saflığı nedeniyle aşırı oksijen içeriyorsa, koruma etkinliği azalır. Yaygın koşullar şunlardır:
Aşırı oksijen içeriğine sahip düşük saflıkta koruyucu gaz
Ortam hava akışı, kaynak bölgesine oksijen sokar
Gaz hattı sızıntısı hava sokar
Örneğin, endüstriyel argon saflığı %99,99'dan düşükse, kaynak oksidasyonu önemli ölçüde artabilir.
(3) Yüksek Oksidasyon Eğilimli Malzemeler
Farklı malzemeler farklı kimyasal reaktivite sergiler. Aşağıdaki elementleri içeren metaller daha fazla oksidasyona eğilimlidir:
Cr, Mn, Si, Al, Ti ve diğer aktif elementler
Yüksek manganezli çelik, paslanmaz çelik, titanyum alaşımları ve magnezyum alaşımları
Örnekler:
Paslanmaz çelik, 600℃'nin üzerinde krom oksit oluşturan krom içerir ve bu da renk bozulmasına yol açar.
Titanyum alaşımları, 400℃'nin üzerinde oksijenle reaksiyona girerek kaynak renk bozulmasına ve gevrekleşmeye neden olur.
Bu nedenle, malzeme özellikleri oksidasyon davranışında kritik bir rol oynar.
(4) Aşırı Lazer Isı Girdisi
Isı girdisi, erimiş havuz sıcaklığını ve süresini belirler. Aşırı ısı girdisi şunlara neden olur:
Daha yüksek erimiş havuz sıcaklıkları ve yoğunlaşmış oksidasyon
Daha uzun soğuma süreleri, oksidasyon maruziyet pencerelerini artırır
Elde edilen kaynak renk bozulması genellikle şu sırayı izler:
Altın → Mavi → Mor → Gri/Siyah
Daha koyu renkler genellikle daha yüksek oksidasyon seviyelerini gösterir.
(5) Düşük Kaynak Hızı
Kaynak hızı, erimiş havuz maruz kalma süresi ile ters orantılıdır:
Yavaş hız → Daha uzun maruz kalma → Artan oksidasyon
Hızlı hız → Daha kısa maruz kalma → Azaltılmış oksidasyon
Oksidasyon renk bozulması, özellikle düşük hızlarda ince sac kaynaklarında yaygındır.
(6) Kaynak Sonrası Korumadan Yoksunluk
Bazı malzemeler soğuma sırasında kaynak sonrası koruma gerektirir; aksi takdirde, malzeme sıcak kalırken oksidasyon meydana gelebilir. Tipik durumlar şunları içerir:
Arka gaz koruması gerektiren titanyum alaşımları
İç koruma (argon geri temizleme) gerektiren paslanmaz çelik borular
Yetersiz kaynak sonrası koruma, görünür termal renk bozulması ve oksit katmanları ile sonuçlanır.
3. Kaynak Oksidasyonunun Etkileri
Kaynak oksidasyonu sadece görünümü etkilemekle kalmaz, aynı zamanda şunlara da neden olabilir:
Azaltılmış korozyon direnci (krom oksidasyonu, paslanmaz çelik pasivasyonunu azaltır)
Azaltılmış süneklik ve tokluk (örneğin, titanyum gevrekleşmesi)
Artan çatlak hassasiyeti
Azaltılmış yorulma performansı
Artan işlem sonrası gereksinimler (asit temizleme veya mekanik temizleme)
Bu nedenle, yüksek kaynak kalitesi gereksinimleri olan endüstriler oksidasyon seviyelerini kontrol etmelidir.
Lazer kaynağı sırasında kaynak oksidasyonu, esas olarak yetersiz koruma, malzeme oksidasyon eğilimi, yüksek çevresel oksijen seviyeleri, yüksek ısı girdisi ve uygunsuz kaynak hızlarından kaynaklanır. Oksidasyonu azaltmak için, gaz koruma stratejileri, proses parametreleri, ekipman tasarımı ve çevresel koşullar kombinasyon halinde optimize edilmelidir.