Derin etkili laser nokta kaynağı esnasında ortaya çıkan ısı transferi modelinin incelenmesi

Abstract

ÖZET Laser işlem hızının büyük ve işleme hassasiyetinin yüksek olması ve laserle iş parçası arasında mekanik bir temasın olmaması nedeni ile takım tezgahı olarak endüstride kullanılmaktadır. İmalatta ge nellikle delme, kesme, kaynak vb. işlemlerde başarı ile uygulan maktadır. Isı etki sahasının sınırlı ve kaynak yapılmış yüzeyin sertliğinin az olması nedeniyle laser kaynağı çok kullanışlı hale gelmiştir. Laser kaynağının önemli uygulamalarından birisi, kaynak çapı bölgesinin lmm mertebesinde olduğu ve ısı etkileşim bölge sinin bir milimetrenin kesirleri mertebesinde olduğu nokta kayna ğıdır. Kaynak esnasında laser-metal etkileşiminden dolayı karmaşık bir fiziki olay ortaya çıkar. Bu olay esnasında yüzeyde buharlaşma olması problemi daha da karmaşık yapar. Bu -fizik olayda, ısı transferi mekanizması önemli rol oynar ve işleme kalitesine etki eder. Bugüne kadar yapılan çalışmalarda, kabul lerdeki eksiklikler ve yanlış sınır şartı seçimleri teorik ve deneysel çalışmalar arasında büyük farklara neden olmuştur. Bu nedenle bu olayın araştırılması gerekmektedir. Bu çalışmada, iki boyutta yeni bir ısı analizi geliştirilmiş, elde edilen ısı iletim denkleminin sonlu farklar yaklaşımı kullanılarak explicit ve implicit çözümleri gerçekleştirilmiştir. Explicit çözümü sağlayan bir Fortran 77 programı geliştirilmiş ve elde edilen sıcaklık dağılımları üç farklı ısıl özelliğe sahip malzeme için karşılaştı rılmışt ır. Buna ilaveten, farklı gaz ortamlarında yapılan nokta kaynaklarının mekanik ve metalurjik özelliklerindeki değişimlerde incelenmiştir.

VI SUMMARY Laser is used as a machine tool in industry because of its process velocity and sensivity. There is no mechanical contact between work-piece and laser. It can be applied succesfully in manu-factuing in the process of cutting, welding, drilling and etc. Laser welding is especially useful when it is essential to limit the size of the heat-affected zone and to reduce the roughness of the welded surface. One of the important applications of laser welding in the spot welding where the diameter of the weld section is of the order of a fraction of a milimetre. During welding, due to laser- metal interaction, the complicated physical phenemenon occurs. Vaporization of a surface makes this physical phenemenon even more complicated. However, this phenemenon affects the machining characteristics and plays a major role in processing. Bo far, in the previous studies, there areimportant defectives occur in the analysis. This is because the false boundary conditions were used in solving the problem so that there were important errors occur between theorical and numerical results. Consequently detailed investigation in to the heat transfer mechanisms become necessary. A new model for the heat transfer mechanism is established. This model governs two dimensional heat conduction equation which is solved by using finite differences method. Explicit and implicit methods are examined. A Fortran 77 program, which gives explicit results, is developed. By using its outputs, the two dimensional temperature distributions inside the work-pieces are obtained. In addition, the changes in the mechanical and metalurjical properties the spot welds obtained in the different gas atmospheres are examined.