gemi inşaatı ve deniz yapılarında lazer ışın imalat yöntemlerinin

Yorumlar

Transkript

gemi inşaatı ve deniz yapılarında lazer ışın imalat yöntemlerinin
Gemi Mühendisliği ve Sanayimiz Sempozyumu,
24-25 Aralık 2004
GEMİ İNŞAATI VE DENİZ YAPILARINDA
LAZER IŞIN İMALAT YÖNTEMLERİNİN UYGULANMASI
Hüseyin ÖZDEN1, K. Turgut GÜRSEL2
ÖZET
Büyük tonajlı yolcu ve yük gemilerinin yapımında, sondaj ve sevkiyat platformları
gibi deniz yapılarında, kaynak bağlantılarının produktivitesine ve kalitesine büyük önem
verilir. Kaynak öncesi ve sonrası mekanik ve/veya ısıl işlemlere tabi tutulmadan, lazer
yöntemi ile metallerin kaynağı, kaynak konstrüksiyonlarının maliyetini büyük ölçüde
düşürmektedir. Bunun yanı sıra kaynak işlemi süresince, malzeme ve enerji kullanımında
küçümsenmeyecek miktarda tasarrufa gidilmektedir. Günümüzün lazer kaynak teknolojisi
ile çok ince levhalar (nano, 10-9 ölçümler mertebesinde) işlenebilirken, tek taraflı, (tek
pasolu) 15 mm, çift taraflı 30 mm kalınlığa kadar çelik levhaların kaynağı da mümkün
olabilmektedir. Bunların dışında, lazer ışın imalat yöntemlerinin çok sayıda üstünlüğü
bulunmaktadır. Bu yöntemler, daha önce imkansız olarak değerlendirilen, yeni pek çok
gemi ve deniz yapısına uygulanabilmektedir. Lazer ışını imalat yöntemi yakın gelecekte
tersanelerin vazgeçilmez bir çok amaçlı imalat yöntemi ve aracı olarak da
değerlendirilmektedir.
Anahtar kelimeler: Gemi inşaatı, Gemi konstrüksiyonu, Lazer, Çok amaçlı araç, Lazer
ışın kaynağı, Prodüktivite, Kalite
1. Giriş
Lazer ışın teknolojisi mühendisliğin pek çok alanında kullanım alanı bulmaktadır.
Şekil 1’de lazer kaynağının yıllara göre gelişen kullanımı görülmektedir. Önümüzdeki 5 ile
10 yıl içerisinde bu teknolojinin kullanımının katlanacağı, lazerle kaynak ve kesme imalat
yöntemlerinin konvansiyonel imalat yöntemlerinin yerini alacağı bu diyagramdan
anlaşılmaktadır. Şekil 2’de ise, kaynak konstrüksiyonlu bir mamulün üretiminde lazer
imalat yöntemi, konvansiyonel imalat yöntemi ile karsılaştırılmaktadır. Lazer ışın ile üretim
1
2
Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İzmir; [email protected]
Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İzmir; [email protected]
240
çok kısa sürede, yaklaşık ¼ oranında gerçekleşmektedir. [1-14]. Bu yöntem, ince ve kalın
saçların ve yüksek alaşımlı malzemelerin kaynağına, otomasyona uygun oluşu, ekonomik
ve kaliteli bir üretim sağlaması nedeniyle günümüzde otomotiv endüstrisinde yaygın olarak
kullanılmaktadır. Modern gemilerin yapımında da tercih edilmeye başlanmıştır. Yakın
gelecekte, uçak yapımında da perçinlerin yerini alarak daha hafif, sağlam ve ekonomik
uçakların yapımına imkan verecektir. Bu alanda da çok yoğun olarak araştırmalar
sürdürülmekte ve yeni teknolojiler geliştirilmektedir. Orta ve küçük ölçekli işletmelerde
lazer imalat yöntemleri beklenenden çok daha hızlı yayılmaktadır. Lazer teknolojisi ile
ilgili mühendislik bürolarının sayısında da hızlı bir artış gözlenmekte olup, bu bürolar
otomotiv endüstrisine olduğu gibi üretim sektörüne de teknik danışmanlık ve eğitim
hizmetleri vermektedirler.
Şekil 1. Lazer ışın teknolojisin yıllara
Şekil 2 Yöntemlerin üretim zamanı
ve kullanım alanlarına göre gelişimi, [5]. açısından karşılaştırılması, [8]
Türkiye´de lazer imalat yöntemleri ile ilgili kayda değer gelişmeye
rastlanmamaktadır. Bunun nedenlerinden biri, lazer ışın kaynak makine fiyatlarının çok
yüksek oluşu ve bunların üretimlerinin yüksek teknolojiyi gerektirmesidir. Ayrıca, bu
teknolojiyi kullanabilecek personel eksikliği diğer bir neden olarak sayılabilir. Bir fizibilite
araştırmasında Türkiye’de henüz lazer kaynak teknolojisini uygulayacak firma ve
elemanların bulunmadığı ortaya çıkmıştır. 20. yüzyıla elektron damgasını vururken, 21.
yüzyılın teknolojisini
photonun (yani optikal ışık, ışının)
belirleyeceği tahmin
edilmektedir. Lazer imalat yöntemlerinin günümüzdeki pazar ve müşteri alanları için;
otomotiv, raylı, deniz ve hava taşıma araçları, çeşitli uzay ve makine sistemleri, iletişim,
haberleşme, bilgisayar, elektrik-elektronik cihazlar, devreler gibi genel bir sıralama
yapılabilir. Ülkemizin geleceğe yönelik yatırım yapabilmesi, nitelikli eleman
yetiştirilebilmesi ve bundan sonra yapılacak çalışmalara zemin olabilmesi için
üniversitelerin alt yapısının desteklenmesi gerekmektedir. Böylece, üniversitelerimiz lazer
ışın imalat yöntemleri gibi ekonomik ve kaliteli yeni teknolojilerin ülkemize yerleşmesine
öncülük edecektir. Bununla birlikte bu yöntemin farklı uygulamalarıyla ilgili çalışmalar da
yapılabilecektir.
241
2. Lazer İle İlgili Genel Bilgiler
Lazer İngilizce, laser; Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
(uyarılmış radyasyon salınımlarıyla ışığın kuvvetlendirilmesi) sözcüklerinin baş harflerinin
alınmasından türetilmiştir. Lazer, tek renkli güçlü ışık üreten bir cihazdır. Lazer ışığı ise,
yüksek genlikli, aynı fazda, birbirine paralel, tek renkli (monochrom) aynı frekanslı
dalgalardan oluşmaktadır. Prensip olarak lazer ışınının elde edilmesi; ısıtılan materyallerin,
örneğin, bir metal telin sıcaklığının artırılması ile kızıllaşarak ışık yaymasına
benzemektedir. Isı enerjisi metal atomlarını enerji vererek, üst kat enerji seviyelerinde (E2)
hareketliliklerini sağlarlar. Daha sonra bu atomlar, kendiliğinden ve aniden 10-8 s gibi bir
zaman süresinde alt kat enerji seviyelerine (E1) geçerler. Bu geçiş esnasında daha evvel
alınan enerji, elektromanyetik dalgalar, Photon yani ışın olarak geri verilmektedir. Işın
frekansı,
v=
E1E2
h
(1)
bağıntısından hesaplanmaktadır. Burada h = 6.623.10-32 Js olup, Planck kuantum sabitidir.
Bu ışınlardan bir kısmı çıplak gözle görülebilmektedir.
Şekil 3. Lazer ışın cihazının şematik yapısı
Şekil 3’de lazer ışın cihazının şematik yapısı verilmektedir. Enerji kaynağına bağlı
güçlü bir lamba ile, örneğin kripton lambası ile lazer aktif maddesine ışık
pompalanmaktadır. Pompalanan ışık maddenin atomlarını ivmelendirerek manyetik
dalgalar halinde proton üretmesini sağlar. Burada lazer aktif maddesi (lazermedyumu) katı,
(Nd-YAG-lazer, dalga boyu; λ=1,06 µm) sıvı (renkli sıvı eriyik) ve (CO2-Lazer, λ=10,6
µm, excimer-lazer, λ=175-482 nm) gaz fazında olabilir. Lazer ortamından çıkan lazer
ışınları rezonatör aynalar vasıtasıyla güçlü bir ışık demetine dönüştürülür. Işık demeti lazer
tipine göre ayna ve mercek sistemleri ile veya ışık kablosu (10 mm çaplı fiber optik kablo)
yardımıyla istenilen yere iletilmektedir. Lazer ışınlarının ışın kablosu ile iletimi lazer
ışınının dalga boyuna göre değişmektedir. Örneğin düşük dalga boyutlu Nd-YAG-lazer
kaynağında ışın kablosu kullanılırken, CO2-kaynağında ışın iletimi ayna sistemleri ile
242
gerçekleşmektedir. Elde edilen ışının absorbsiyon veya yansıtma yatkınlığı da ısının dalga
boyuna ve malzemeye göre değişmektedir. Örneğin, Nd-YAG-lazer ışını, CO2-lazer ışınına
göre metaller tarafından daha iyi absorbe edilmektedir, [1-30].
Seçilen lazer aktif maddesine göre; yakut lazeri, helyum-neon lazeri, karbon
dioksit-nitrojen lazeri, excimer lazeri, kripton lazeri, neodymium lazeri gibi lazer tipleri
bulunmaktadır. Katı, sıvı veya gaz fazındaki lazer aktif kaynak ortamına göre de ışın,
morötesi, yeşil, mavi, kırmızı veya kızılötesi gibi farklı renkleri bulundurur. Lazer ışığından
kaynaklanan tehlikelerde, öncelikle lazerin güçlü kesici özelliği düşünülerek, lazerin
yakıcılık niteliği vurgulanır. Gerçekte, alınan önlemlerle bu tehlike önemli oranda
önlenmiştir. Ancak, lazerin yarattığı en önemli risk gözler içindir. Lazer ışınının bazı
önemli özellikleri şunlardır: [1-30].
•
•
•
•
•
•
•
•
•
En büyük özelliği dağılmaz olması ve yön verilebilmesidir
Ayrıca lazer ışınları, aynı fazda üretilen ışık dalgaları olduğu için şiddetleri büyük
olur.
Ergitme kaynağında, örneğin yaygın olarak kullanılan ark kaynağında, metaller
ergitilerek kaynak dikişi oluşturulurken, lazer ışın kaynağında bu işlem, çok küçük
boyutlarda ve kısa sürede malzemeler buharlaştırılarak gerçekleştirilir.
Son derece düzgün bir ışıktır ve çok az sapar. Yoğun bir şekilde hedefe
yönlendirilebilir.
Lazer ışını küçük bir noktaya yüksek enerji verebilir ve böylece çok hassas işler
yapılabilir.
Lazer ışını, dalga boyu tek olduğundan monokromatik özellik taşır. Frekans dağılım
aralığı, frekansının bir milyonda biri civarındadır. Bu nedenle istenilen frekansta çok
sayıda dalga, lazer dalgası üzerine bindirilmek suretiyle haberleşmede iyi bir sinyal
jeneratörü olarak iş görür. Aynı anda birçok bilgi bir yerden başka yere
gönderilebilir.
Lazer ışını dağılmaz olduğundan kısa darbeler halinde yayılabilmesi mümkündür.
Bu özellik sayesinde kayıpsız yüksek enerji naklinin yapılması sağlanabilir.
Lazer, kendisinde bulunan yüksek enerji sayesinde imalat endüstrisinde, kesme,
kaynak ve delme işlerinde kullanılır.
Lazer ışını tek dalga boyuna sahip olduğu için lazer cinsine göre çeşitli renkte ışınlar
elde etmek mümkündür.
3. Lazer Işın Kaynağı
Lazer imalat yöntemleri ile ilgili bilimsel çalışmalar, teknolojisi gelişmiş, ABD,
Avrupa Birliği, Japonya gibi ülkelerde yoğun bir şekilde sürdürülmektedir. Bu çalışmaların
sonucu olarak günümüzde güçlü, çok amaçlı kullanımlı ve daha hesaplı lazer kaynak
makineleri dünya piyasasına sürülmektedir. CO2-lazer kaynak makinelerinin gücü 40 kW’a
ulaşmıştır. CO2-lazer kaynak makineleri ile tek taraflı 15 mm, çift taraflı 30 mm
kalınlığındaki çelik levhalar kaynak edilebilmektedir [1-14]. Bunun yanında Nd-YAGlazer, Dioden-lazer ve Ytterbium-Faserlazer makineleri gibi kaynak makineleri ile, nano
243
ölçümler düzeyinde farklı malzemeler işlenebilmekte ve kalın malzemelerin kaynağı
yapılabilmektedir. Bunlar arasında malzemeler üzerine nano ölçümler düzeyinde sırlar,
kaplamalar, delikler, oyuklar yapılabilmektedir. Ayrıca, lazer imalat yöntemleri ile nanoteknolojisi de daha önem kazanmaktadır, (10-9 ölçüm büyüklüğünde, mikroskop altında
işlenebilen makine sistemleri, elektronik devreler vb.) [1-11].
Son iki yılda lazer kaynak makinelerinde gözlenen fiyat düşüşleri yanında, küçük
boyutlu, güçlü ve mobil özellikleri sayesinde lazer imalat yöntemleri beklenenden çok
daha hızlı gelişip yayılmaktadır. Günümüzde bu yöntemler atölye tipi işletmelerde de
kullanılmaya başlanmıştır. Bu hızlı artış literatür ve internet sayfaları aracılığıyla da
görülmektedir. Lazer imalat yöntemlerinin kullanımı şu sıralar yoğun olarak otomotiv
endüstrisinde kabul görmüştür. Bu sektördeki pek çok konvansiyonel imalat yöntemi, yerini
lazer imalat yöntemlerine bırakmaktadır. Yeni tip otomobil modellerinin kaliteli ve
ekonomik olarak üretiminde lazer imalat yöntemlerinin kullanımı zorunlu hale gelmiştir.
Uçak, gemi gibi gerek hafif gerekse de ağır konstrüksiyonlarda uygulanan lazer imalat
yöntemleri, otomasyona uygunluğu, yüksek kaliteli ve hızlı kesme-kaynak işlemleri
nedeniyle tercih edilmektedir. Lazer imalat yöntemleri ile otomobil üretiminde olduğu gibi
daha sağlam, çok daha hafif gemi ve uçakların yapımı da mümkün olmaktadır. Sanayinin
diğer sektörlerinde bu imalat yönteminin kullanımı hızla yayılmaktadır. Lazer ışın
kaynağının önemli özellikleri aşağıdaki gibi sıralanabilir [1-30].
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Temassız (aktif, pasif elektrotsuz) ve aşınmasız kaynak gerçekleştirilir.
Yüksek yoğunluklu, noktasal enerji aktarımı söz konusudur.
Kaynak işlem hızı çok yüksektir. Lazer gücüne göre lazer kaynak hızı ve kaynak
malzemesi derinliği Şekil 4’de verilmektedir.
Programlama ve otomasyona çok yatkın olması,
Çok amaçlı kullanımı (kesme, kaynak, kaplama, doldurma, delme, sertleştirme gibi),
Tekrarlanabilir, güvenilir ve kaliteli kaynak bağlantılarının gerçekleştirilmesi,
Derin ve dar nüfuzlu, düşük artık gerilmeli kaynak bağlantılarına olanak verir. Lazer
ışın kaynak bağlantılarının makro yapılarının görünümü Şekil 5’de şematik olarak
görülmektedir. Kaynak malzemesinin ve ısıdan etkilenen bölgenin ITAB hacimleri,
ergitme kaynak yöntemlerine göre çok küçüktür.
Farklı özellikteki malzemelerin, malzeme kombinasyonlarının kaynağında
kullanılabilmesi,
Doğrudan işlem kontrolüne uygun olması,
Mekanik ve teknolojik değerleri yüksek kaynak bağlantılarının elde edilmesi,
Konvansiyonel kaynak yöntemleri ile erişilmesi kısıtlı veya imkansız olan bazı
bağlantı yerlerinin kaynağının mümkün olması,
Daha önceleri imkansız olarak değerlendirilen yeni pek çok konstrüksiyon lazer
imalat yöntemi ile üretilebilmektedir.
244
Şekil 4. Kaynak dikişi derinliğinin Güç, Hıza göre değişimi
Şekil 5. Kaynak dikişlerinin makro yapılarının karşılaştırılması
Lazer imalat yöntemlerinin çok sayıdaki olumlu özellikleri yanında olumsuz
özellikleri de bulunmaktadır [8,11,13,14,16,21,22,29]:
•
Henüz gelişme safhasında bulunmaktadır.
•
Lazer kaynak makineleri ve ekipmanları henüz pahalıdır.
•
Alın kaynağında, kaynak bölgesinde yüksek hassasiyet bulunmaktadır. En ufak
sapmalar, aralıklar kaynak sarkması gibi bağlantı hatalarına neden olabilmektedir.
•
İmalat yöntemi ile ilgili parametre sayısının çok fazla oluşu ve bu parametrelerin
kaynak işlemine ve kalitesine olan etkilerinin henüz tam bilinememesi söz
konusudur.
•
Lazer ışın kaynağına uyumlu yeni konstrüksiyonlar henüz geliştirilmemiştir.
•
Lazer ışın imalat yöntemi ile ilgili bilgi ve tecrübe noksanlığı ve bu yöntemi
uygulayacak yetişmiş elamanların eksikliği başlangıçta önemli bir problemdir.
Bu alanda günümüzde gerçekleştirilen bilimsel araştırmalar;
•
•
•
•
Güç ve verimi daha yüksek, optimal boyutlu, taşınabilir, maliyeti daha düşük lazer
makinelerinin geliştirilmesi,
Lazer ışın kaynak makinelerinin ve ekipmanlarının, işletmelerdeki mevcut üretim
bantlarına ve üretim portallarına entegrasyonunun basitleştirilmesi,
Lazer imalat yöntemleri ile ilgili parametre araştırmaları,
Lazer imalat yöntemlerine uygun yeni tasarımların ve tekniklerin geliştirilmesi
üzerine yoğunlaşmaktadır.
245
3. Lazer Işın İmalat Yöntemlerinin Gemi ve Deniz Yapılarında Kullanımı
Gemi yapım maliyetini, güvenlik ve kaliteden ödün vermeden önemli ölçüde
düşürmek için, kaynak bağlantı malzemesi hacminin azaltılması ve kaynak öncesi ve
sonrası ısıl/mekanik işlemlerden tamamen veya kısmen vazgeçilmesi gerekmektedir. Son
yıllarda ise yüksek mukavemetli, alaşımlı çelik saç ve komposit malzemeler kullanarak,
önemli ölçüde gemi ağırlığını düşürmek ve kaynak hacmini azaltmak üzerine
çalışılmaktadır. Kaynak ağzı açılmadan ve kaynak öncesi/sonrası, ısıl/mekanik işlemlere
tabi tutulmadan kabul edilebilir kalitede kaynak bağlantılarının elde edilmesi, günümüzün
teknolojik imkanları ile mümkün olmaktadır. Örneğin, lazer ışını gibi güçlü akonvansiyonel
kaynak yöntemlerinin kullanılması ile kalın saçların kaynağı daha ekonomik ve daha
kaliteli olmaktadır. Diğer taraftan bazı tersaneler, dünya pazarında rekabet şanslarını
koruyabilmek ve/veya artırabilmek için, sektörel gemi inşaat yöntemini uygulamaktadırlar
(Şekil 6). Bu yöntemde, geminin gövde parçaları ayrı yerlerde genellikle kapalı mekanlar
içerisinde, tam-otomatik ve/veya kısmi-otomatik imalat yöntemleri ya da uzaktan
kumandalı bilgisayar destekli imalat yöntemleri kullanılarak hazırlanmaktadırlar. Daha
sonra gemi gövde parçaları (sektörel gemi gövdeleri) kızak üzerinde birbirlerine kaynakla
eklenerek denize indirilmekte ve bu çelik tekne üzerinde diğer inşaat işlemleri
tamamlanmaktadır. [8,11,13,14,16,21,22,29].
Şekil 6. Gemi inşaatında üretim aşamaları
Programlama ve otomasyona olan yatkınlığı, kalın ve yüksek alaşımlı ve farklı
metallerin kaynağına elverişliliği ve diğer olumlu özellikleri nedeniyle de lazer ışın imalat
yöntemi, tersanelerde son yıllarda büyük bir uygulama alanı bulmaktadır. Bu sektörde de,
bilhassa Almanya, Japonya gibi gemi sanayisi gelişmiş ülkelerde lazer ışın kaynak
makineleri, konvansiyonel kaynak makinelerinin yerini almaktadır. Örneğin Almanya’da
Meyer Werft, Blohm&Voss gibi tersanelerde CO2-lazer kaynak makineleri, büyük
kompleks üretim bantlarına ve üretim portallarına entegre edilmiş olarak yıllardan beri
kullanılmaktadır. Şekil 7’de tonlarca ağırlıktaki bir gemi gövdesinin, üç boyutlu üretim
portalı verilmektedir
246
Şekil 7. Gemi imalatı safhaları ve 3-boyutlu hareket
kabiliyetli üretimportalı, (Meyer Werft)
Tersanelerde, metallerin kaynağında gücü yüksek CO2-lazer, ND-YAG-lazer,
Ytterbium-faserlazer (P=10kW, λ=1070 nm) ve diyot lazer kullanılmaktadır. CO2-lazeri,
tersanelerde, önceleri yüksek gücü nedeniyle (P=40kW) kesme işlerinde daha sonraları ise
kaynak işlerinde de kullanım alanı bulmuştur. CO2-lazer kaynağında ışın uzak mesafelerden
bir kayba uğramadan ayna sistemleri aracılığıyla parça bağlantı yerlerine ulaştırılmaktadır.
Bu yöntemde, lazer kaynak kafası, yani kaynak ışığı sabit iken kaynak parçaları genelde 3
boyutlu ve hareketli portal üzerinde hareket ettirilmektedir. Bu yöntemin, üretim
portallarının karmaşık ve ağır yapısı, kaynak işlemi sırasında ortaya çıkan titreşimlerin
kaynak kalitesine olan olumsuz etkisi gibi bazı sakıncaları bulunmaktadır. Makine ve
ekipmanın pahalı oluşu nedeniyle kullanımları sınırlı kalmıştır. Yüksek gücü ve büyük
dalga boyu ( λ=10,6 µm ) nedeniyle CO2-lazeri tersanelerde, levhaların kesiminde halen
tercih edilmektedir. [8,11,13,14,16,21,22,29].
Son yıllarda Nd-YAG-katı lazer kaynak makinelerinin maksimal gücü, yaklaşık
P=10 kW’a kadar ulaşmıştır. Bu yüksek güç, tersanelerde kalın metallerin kaynağı için
yeterli görülmektedir. Nd-YAG-katı lazer ışını, kısa dalga boyutudur ve metaller tarafından
iyi absorbe edilmektedir. Lazer kaynak ışınının aynı kaynak makinesinden prizler
yardımıyla birden fazla ışın kabloları halinde istenilen yere iletilmesi nedeniyle
tersanelerde kullanım alanı bulmaktadır. Bu yöntemde, kaynak yeri sabit iken lazer kaynak
ışını hareketli olmaktadır. Diğer bir tercih nedeni ise, mevcut konvansiyonel üretim
bantlarına, tezgahlarına ve portallarına uygunluğu ve entegre edilebilmesidir. Bu yöntemin
tersanelerde mevcut konvansiyonel kaynak yöntemleri ile de bir entegrasyonu mümkündür.
Örneğin, her iki yöntemin iyi özelliklerini taşıyan bir sistemin (hybrit-kaynağı)
gerçekleşmesi, CO2-lazer yöntemine göre daha elverişli sonuçlar vermektedir.
Bilindiği gibi tersanelerde bir çok kaynak ve kesme işi, örneğin tamir işleri,
tutturma, puntalama vb. gibi kaynak dikişleri elle yapılmaktadır. Burada E, MIG,
MIG/MAG manuel kaynak yöntemleri kullanılmaktadır. Manuel kaynak yönteminde lazer
ışın kaynağının birçok iyi özelliklerinden faydalanmak için de manuel kaynak yöntemine
247
uygun lazer kaynak makineleri ve ekipmanları piyasaya sürülmektedir. Katı Nd-YAGlazer makineleri manuel kaynak yönteminde uygundur. Üretim yerinde bulunan ışın prizleri
ve ışın kabloları aracılığıyla, elle hareket ve kontrol edilen lazer kaynak kafası ile kaynak
dikişi gerçekleştirilmektedir. Küçük işletmelerde ve/veya doğrudan üretim yerlerinde
taşınabilir ve çok amaçlı lazer kaynak makinelerine olan gereksinime paralel olarak,
Ytterbium-Faserlazer (P=10kW, λ=1070 nm) mobil kaynak makineleri geliştirilmiştir. Bu
kaynak makinelerinin randımanı, % 12 nin üzerindedir. (Harcanan elektrik enerjisinin %12
sinin kaynak dikişinde kullanılma oranı!) Bu verim diğer lazer kaynak makinelerinde çok
daha düşüktür. Örneğin Nd-YAG-lazer kaynak makilerinin da bu oran % 2- ile % 6
arasında değişmektedir. Bu lazer kaynak makinesi, bilinen konvansiyonel kaynak
makinelerine benzer şekilde donatılmaktadır. Kaynak elektrik kablosu yerine burada
kaynak ışın kablosu, elektrik kaynak pensi yerine lazer kaynak kafası ve ekipmanları ile
bulunmaktadır. Mobil lazer kaynak makinelerinde ışın, kablolar (fiber optik) vasıtasıyla,
kaynak yapılacak yere odaklanmaktadır. Bu yöntemde parçalar sabit veya hareketli
olabilmektedir.
Tersanelerde lazer ışın teknolojisinin uygulanması ile ilgili bilgilere literatürde çok
az rastlanmasının nedenlerinden biri, teknolojinin henüz gelişme aşamasında oluşudur.
Özellikle, yurtdışında özel sektör destekli olarak yürütülen bilimsel araştırma projelerinin
sonuçlarının rekabet koşulları sebebiyle dışarıya sızdırılmaması söz konusudur. Kamusal
kaynaklı, temel bilimsel çalışmaların sonuçları ise yayınlanmaktadır. Lazer ışın kaynak
dikişlerinin mekanik-teknolojik özellikleri yanında, metalografik özellikleri, incelenerek,
yöntemin üstünlükleri ve dezavantajları hakkında gerekli sonuçlara varmak mümkündür.
Lazer ışın kaynağına uyumlu yeni gemi konstrüksiyonları hakkında bilgi yok denecek
kadar azdır. Bilinen konvansiyonel kaynak yöntemlerine göre, ulaşılması imkansız veya
kısıtlı, karmaşık bölgeleri olan bir çok yeni konstrüksiyonda; lazer ışın kaynak teknolojisi
rahatlıkla kullanılabilmektedir. Örneğin çift bordalı gemilerin yapımı, lazer ışın ile
kolaylaşmaktadır. Erişilemeyen veya kısıtlı olarak erişilen problemli kaynak dikiş yerleri,
lazer kaynağı ile halledilmektedir. Şekil 8, 9, ve 10’da lazer kaynak yöntemine uygun
olarak tasarlanan bazı stifnerli levhalar, sualtı boru ve parça kaynak kontrüksiyonları
verilmektedir.
Şekil 8. Levha-takviye, kaynakları Şekil 9. Lazer kaynağına uyumlu kaynak
(Levha-stifner-kaynakları)
konstrüksiyonları
248
Şekil 10. Lazer kaynak yöntemlerine uygun alternatif
sualtında boru kaynak konstrüksiyonları
4. Sonuç
Lazer imalat yöntemleri daha önceleri imkansız olarak değerlendirilen yeni pek
çok konsrüksiyonun üretimini mümkün kılmıştır. Lazer çok amaçlı kullanıma açık bir araç
(Multi-tools) olarak dünyada değerlendirilmektedir. Sanayisi gelişmiş ülkelerde lazer
teknolojisi üzerine özel ve resmi bilimsel araştırma-geliştirme kuruluşlarında yoğun ve
geniş çaplı çalışmalar sürdürülmektedir. Bu ülkelerin üniversitelerinde bu alanda yoğun
bilimsel araştırma-geliştirme çalışmaları sürdürülerek, lazer teknolojisi ile ilgili enstitüler
ve anabilim dalları açılmıştır. Bunun sonucu olarak her geçen gün piyasaya lazer teknolojisi
ile ilgili yenilikler sürülmektedir.
Türkiye’de ise lazer imalat yöntemleri ile ilgili kayda değer bir etkinlik
gözlenmemektedir. Sadece bazı otomotiv firmalarında lazer ışın makineleri kesme işlerinde
kullanılmaktadır. Bir fizibilite araştırmasında, Türkiye’de henüz lazer kaynak teknolojisini
uygulayacak firmaların ve elemanların bulunmadığı ortaya çıkmıştır. Ancak, önümüzdeki
yıllarda lazer teknolojisinin Türkiye’de de kabul göreceği gerçeği göz ardı edilmemelidir.
Çünkü, lazer ışın kaynağının, yakın gelecekte tersaneler için vazgeçilmez bir çok amaçlı
imalat yöntemi olacağı düşünülmektedir. Eğer Türkiye, belli sanayi ürünlerinde dünya
pazarlarında rekabet edebilme şansını kaybetmek istemiyorsa ve pazar payını yeni, ucuz ve
kaliteli sanayi ürünleri ile genişletmek istiyorsa lazer imalat teknolojisini derhal kullanmak
zorundadır.
Kaynaklar
[1] Internet, www.de.trumpf.com ; „TRUMPF, GmbH, CO2-Laser, Informationsmaterial“,
[2] Internet, www.photonag.com ; „ PHOTON AG, Laserstrahlschweißen, Informationsmaterial“
[3] Internet, www.lhz.de ;Hannover-Laser-Zentrum, D-Hannover
[4] Internet, www.jenoptik.com ; JENOPTIK Laser, Optik, Systeme GmbH, D-07739
[5] Internet, www.wlt.de ; WLT Wıssenschaftlıche Gesellschaft Lasertechnık e.V.
249
[6] Internet, www.laserverbund.de ; D-Berlın-Brandenburg, e.V.
[7] Internet, www.ilt.fhg.de ; Fraunhofer Institute for Lasertechnology ILT, D-Aachen
[8] Dilthey U.; „Laserstrahlschweißen...“ DVS-Verlag, Düsseldorf, 2000
[9] Dorn L., u.a.: „Schweißen und Löten mit Festkörperlasern“ Springer, D-Berlin, 1992.
[10]N.N.: „ Laser in der Produktion : Praxisbeispiele und Entscheidungshilfen für den Einsatz bei
Laserstrahlschweißen“, VDI-Berichte ; 1621, VDI-Verl., D- Düsseldorf , 2001
[11]Dilthey U., u.a., „Laserstrahlschweißen von Dickteilen, Mech., Techn. Eigenschaften der
Schweißverbindungen“ , Blech, Rohre, Profile 38, 1991, S.521-527
[12]Barthel, J. Steffensen B.: “Lasertechnik in der industriellen Materialbearbeitung“ Blech, Rohre,
Profile 43, H.6, 1996
[13]U. Jasnau, J. Hoffman, P. Seyffarth, “ Möglichkeiten der Laserstrahl-Handbearbeitung im
Schiffbau, SLV-R28.11.2002, Rostock
[14]P. Seyffarth, “ Anwendungen von Lasertechnologien für große Bauteile des Schiffbaus und der
Maritimen Technik
[15]Meiners E.: „Höchsleistungs-CO2-Laseranwendungen zum Schneiden und Schweißen“ DVSBerichte Bd. 221, DVS-Verlag, D-Düsseldorf, 2002
[16]Kalla G.U.; „Einflussgrößen auf die Nahteigenschaften CO2-Laserstrahlgeschweißter
Stahlbleche in Dicken von 10 mm bis 20 mm“, DVS-Berichte Bd. 167, DVS-Verlag,
Düsseldorf 1994
[17]Funk M.: „ Absorption von CO 2 -Laserstrahlung beim Laserstrahlschweißen von Grobblech“ ,
Aachen : Shaker, 1994.
[18]N.N.; „Gesellschaft Produktionstechnik : Laser in der Produktion : Praxisbeispiele und
Entscheidungshilfen für den Einsatz bei Laserstrahlschweißen ; Tagung Düsseldorf, 16. Mai
2001 / VDI-Gesellschaft Produktionstechnik. - Düsseldorf : VDI-Verl., 2001,
[19]Allmen, M.E. v., A. Blatter: „Laser-Beam Interactions with Materials“, Springer-Verlag Berlin,
Heidelberg, New York, London, Paris, Tokyo, 1995
[20]Roland, F.: „Laserstrahlgeschweißte Sandwichpaneele für den Schiff- und Stahlbau“. in:
Jüptner. W., Sepold, G. (Hrsg.): „Lasermaterialbearbeitung im Transportwesen“, Beiträge zum 3.
Laseranwenderforum 1997 (LAF‘97), Strahltechnik 5, BIAS-Verlag, Bremen 1997
[21]N.N.; „Welding in shipbuilding” lectures of international conference of the International Institute
of Welding (IIW), Hamburg, Germany, September 17 - 18, 1998, DVS-Berichte ; 195, DVSVerl., D- Düsseldorf, 1998.
250
[22]Oezden H, Dorn L., Shrestha S..; „Laserstrahlschweissen im Schiffbau und meerestechnischen
Anlagen“ DMS-Pamukkale Üniversitesi, 2004, Denizli
[23]Maly H.; „ Laserstrahlschweißen mit Zusatzwerkstoff : Untersuchungen zur Beeinflussung der
Nahteigenschaften von Grobblechen , Diss. RWTH Aachen, 1998.
[24]Behler, K.: Schweißen mit C02-Lasem in: „Werkstoffbearbeitung mit Laserstrahlung“. G.
Herziger, P. Loosen (Hrsg.), Hanser Verlag, München 1993
[25]Locke, E. W.: “Deep Penetration Welding with High Power C02-Laser”, IEEE QE-8, Nr. 2.
1972, S. 132-136
[26]Beyer E.. R. Irnhoff,, J. Neuenhahn: “ A New Welding Technique and Device tor Enhanced
Welding Efficiency Proc”, IBEC ‘94, USA
[27]Zopf, P.: „Bauteilgestaltung für das Schweißen mit Festkörperlaser“, Hauser Verlag, München
1995
[28]Radaj, D., R. Koller, U. Dilthey, 0. Buxbaum: „Laserschweißgerechtes Konstruieren“ ,
Fachbuchreihe Schweißtechnik Band 116, DVS-Verlag, Düsseldorf 1994
[29]Özden H., Gemi inşaatında kalın çelik sac kaynak bağlantılarının isletme mukavemeti” Ulusal
Kaynak Semp. Kocaeli 2003, TMMOB, MMO-Kocaeli Şubesi
[30]Hornig. J.: „Laserbearbeitung bei BMW: Lasermaterialbearbeitung im Transportwesen“,
Beiträge zum 3. Laseranwenderforum 1997 (LAF97), Strahltechnik 5, BIAS-Verlag, Bremen
1997, S. 139
[31]Neumann, A: „Schweißtechnisches Handbuch für Konstrukteure, Teil 1: Grundlagen,
Tragfähigkeit, Gestaltung“, DVS-Verlag, Düsseldorf 1990.
251

Benzer belgeler