Fiber lazer kesim, yüksek güç yoğunluklu bir lazer ışınının malzemeyi dar bir bölgede eritmesi ve eriyiğin bir yardımcı gaz jetiyle kesik boşluğundan uzaklaştırılması prensibiyle çalışan termal bir kesim yöntemidir. Son yıllarda sac işlemede CO₂ lazerin yerini büyük ölçüde almış; ince ve orta kalınlıkta hız, kalın sacda ise artan güç sayesinde kesim kapasitesi bakımından standart yöntem hâline gelmiştir.
Bu yazıda fiber lazerin fiziksel çalışma prensibini, yardımcı gaz seçiminin kenar kalitesine etkisini, lazerin diğer termal kesim yöntemleriyle karşılaştırmasını, kesim kalitesinin EN ISO 9013'e göre nasıl tanımlandığını ve lazerle kesilecek parçalar için tasarım kurallarını ele alıyoruz.
Çalışma prensibi
Fiber lazerde ışın, nadir toprak elementi (genellikle iterbiyum) katkılı optik fiberlerde, diyot lazerlerle pompalanarak üretilir. Üretilen ışın esnek bir fiber kabloyla kesim kafasına taşınır; kafadaki optikler ışını çok küçük bir odak noktasına toplar. Odakta ulaşılan güç yoğunluğu metali anında eritir, koaksiyel nozuldan çıkan gaz jeti eriyiği kesik boşluğunun altından dışarı atar. Kafa CNC kontrollü olarak parça konturu boyunca ilerler; kafa ile sac arasındaki mesafe kapasitif bir sensörle sürekli sabit tutulur.
Fiber lazerin dalga boyu yaklaşık 1 µm'dir; CO₂ lazerin dalga boyu ise yaklaşık 10,6 µm'dir. Metaller kısa dalga boyunu daha iyi soğurduğu için fiber lazer aynı güçte daha verimli keser; alüminyum, pirinç ve bakır gibi yansıtıcı metallerde de kullanılabilir. Işının aynalar yerine fiberle taşınması optik hizalama ihtiyacını ortadan kaldırır ve bakım gereksinimini azaltır.
Kesim sonucunu belirleyen başlıca proses parametreleri; lazer gücü, kesim hızı, odak konumu, nozul çapı, nozul-sac mesafesi ve gaz basıncıdır. Bu parametreler malzeme ve kalınlığa göre kesim tablolarında tanımlanır ve kalın sacda kenar kalitesi için ince ayar gerektirir. Her kontur, malzemenin delinmesiyle (piercing) başlar; kalın sacda delme süresi kesim süresinin önemli bir bölümünü oluşturabilir ve delme noktası parça konturunun dışına, hurda bölgeye yerleştirilir.
Yardımcı gaz: oksijen, azot ve basınçlı hava
Yardımcı gaz, kesimin fiziğini ve kenarın özelliklerini belirler. Oksijenle kesimde gaz, demirle ekzotermik reaksiyona girer ve kesime ek enerji sağlar; bu sayede kalın karbon çelik görece düşük güçle kesilebilir, ancak kenarda ince bir oksit tabakası oluşur. Azotla kesimde gaz reaksiyona girmez, yalnızca eriyiği yüksek basınçla dışarı atar; kenar oksitsiz ve parlaktır, fakat daha fazla lazer gücü ve gaz tüketimi gerekir. Basınçlı hava, ince ve orta kalınlıkta ekonomik bir ara çözümdür.
Karbon çelikte azotlu kesim, oksijenle kesime göre çok daha yüksek lazer gücü gerektirir; bu nedenle pek çok tesiste ince ve orta kalınlıklarla sınırlı kalır, kalın sac oksijenle kesilir. 20 kW fiber lazerimizde karbon çeliği 20 mm kalınlığa kadar azotlu karışım gaz (mix gas) teknolojisiyle kesiyoruz: azot ağırlıklı, az oranda oksijen içeren bir karışım. Bu yöntemde kesim kenarındaki oksitlenme en aza iner; kesim yüzeyleri daha temiz, köşeler, küçük delikler ve ince detaylar daha keskin ve ölçüye sadık çıkar. Kenarda kalın bir oksit tabakası oluşmadığı için astarlama, boyama, toz boya, kaplama ve sıcak daldırma galvaniz gibi sonraki proseslerde kesim kenarlarında çok daha stabil sonuçlar alınır. Daha kalın plakalar oksijenle kesilir.
| Gaz | Mekanizma | Kenar | Tipik kullanım |
|---|---|---|---|
| Oksijen (O₂) | Reaktif kesim; ekzotermik reaksiyon ek enerji sağlar | İnce oksit tabakası; boya ve bazı kaynak uygulamaları öncesi temizlik gerekebilir | Orta ve kalın karbon çelik |
| Azot (N₂) | Ergitme kesimi; gaz yalnızca eriyiği atar | Oksitsiz, parlak; doğrudan boya, kaplama, galvaniz veya kaynağa uygun | Paslanmaz, alüminyum, görünür veya boyanacak parçalar |
| Azotlu karışım gaz (N₂ + az O₂) | Ağırlıklı ergitme kesimi; az oksijen kesimi hızlandırır | Oksitlenmesi en aza inmiş; boya, kaplama ve galvanize uygun | Tesisimizde karbon çelikte 20 mm'ye kadar |
| Basınçlı hava | Ergitme ağırlıklı; az miktarda oksidasyon | Hafif oksitli; çoğu genel uygulama için yeterli | İnce ve orta kalınlıkta genel imalat |
Lazer gücü ve kalınlık kapasitesi
Lazer gücü iki şeyi belirler: kesilebilecek maksimum kalınlık ve belirli bir kalınlıkta kesim hızı. Güç arttıkça ince sacda hız artar, kalın sacda ise kesim kararlılığı ve kenar kalitesi iyileşir; azotla kesilebilen kalınlık da yükselir. Kalınlık arttıkça kesim hızı doğrusal olmayan biçimde düşer ve delme (piercing) süresi uzar; bu nedenle kalın sacda makine gücü parça başı maliyeti doğrudan etkiler.
20 kW fiber lazerimizle karbon çelikte 30 mm'ye kadar lazer kalitesinde kesim yapıyoruz. Bu kalınlığın üzerindeki plakalarda ve bazı ağır konstrüksiyon parçalarında plazma ve oksijen kesim daha ekonomik bir alternatiftir. Hangi yöntemin uygun olduğu kalınlığa, tolerans beklentisine ve kenar kalitesine göre parça bazında değerlendirilir.
Lazer, plazma ve oksijen kesim karşılaştırması
Üç yöntem de termal kesimdir, ancak enerji kaynağı ve kesik genişliği farklıdır. Aşağıdaki tablo, yöntemleri genel karakterleri üzerinden karşılaştırıyor; kesin sınırlar ekipmana ve malzemeye göre değişir.
| Özellik | Fiber lazer | Plazma | Oksijen (oksi-yakıt) |
|---|---|---|---|
| Kesik genişliği | Çok dar | Orta | Geniş |
| Ölçü hassasiyeti | Yüksek | Orta | Düşük–orta |
| Isıl etki bölgesi | Dar | Orta | Geniş |
| Küçük delik ve ince detay | Çok iyi | Sınırlı | Uygun değil |
| Kenar dikliği | İyi | Hafif açılı kenar eğilimi | Kalın plakada iyi |
| Malzeme | Karbon çelik, paslanmaz, alüminyum, kaplamalı sac | İletken metaller | Yalnızca karbon ve düşük alaşımlı çelik |
| Ekonomik alan | İnce ve orta kalınlık; yüksek güçte kalın sac | Orta ve kalın plaka | Çok kalın plaka |
Kesim kalitesi: EN ISO 9013 ve ölçü hassasiyeti
Termal kesimlerin kalitesi EN ISO 9013 ile tanımlanır. Standart, kesim yüzeyini iki temel parametreyle sınıflandırır: diklik veya açısal tolerans (u) ve ortalama profil yüksekliği (Rz5), yani kesim yüzeyindeki çizgilenmenin derinliği. Ayrıca parça ölçüleri için tolerans sınıfları tanımlar. Kesim kalitesinin teknik resimde bu standarda atıfla belirtilmesi, tedarikçiyle ortak ve ölçülebilir bir referans oluşturur.
Kesim kalitesini etkileyen diğer unsurlar şunlardır: kalın sacda kesim yüzeyinin alt bölümünde belirginleşen çizgilenme; alt kenarda kalabilen cüruf (dross); kesik boşluğunun koniklik eğilimi ve dar bir ısıl etki bölgesi. Tesisimizde lazer kesimde ±0,1 mm hassasiyetle çalışıyoruz. Kalın malzemede ve kritik kenarlarda beklenen kaliteyi teklif aşamasında belirtmek, doğru parametre ve gaz seçimini sağlar.
Malzemeye göre dikkat edilecekler
Karbon çelik (siyah sac, DKP, HRP): Lazer kesimin en yaygın malzemesidir. Tesisimizde 20 mm'ye kadar azotlu karışım gazla, daha kalın plakalarda oksijenle kesilir. Hadde tufalı ve yüzey pası kesim kalitesini olumsuz etkileyebilir. Paslanmaz çelik (304/316): Korozyon dayanımını korumak ve oksitsiz kenar elde etmek için azotla kesilir. Alüminyum: Yüksek ısıl iletkenlik ve yansıtıcılık nedeniyle fiber lazerin avantajlı olduğu bir malzemedir; azotla kesilir.
Galvanizli ve Zn-Al-Mg kaplı sac: Kesim kenarında kaplama yerel olarak buharlaşır; kesim parametreleri kaplamaya zarar vermeyecek şekilde ayarlanır. Aşınma plakaları (Hardox): Termal kesim, kesim kenarında sertliği yerel olarak etkileyebilir; lazerin dar ısıl etki bölgesi bu açıdan avantaj sağlar. Kestiğimiz malzemelerin tam listesi lazer kesim sayfasındadır.
Lazer kesime uygun tasarım kuralları
Delik çapı ve kalınlık. İnce sacda malzeme kalınlığından küçük delikler kesilebilir; kalın karbon çelikte ise delik çapı kalınlığa yaklaştıkça veya altına indikçe delik geometrisi ve kenar kalitesi zorlaşır. Bu tür deliklerin sonradan delme veya talaşlı işlemle açılması değerlendirilmelidir.
Detaylar arası mesafe. Kenara veya birbirine çok yakın kesimler ısı birikimine ve çarpılmaya yol açar. Dar köprüler, ince dilimler ve yakın delikler özellikle kalın sacda kesim kalitesini düşürür.
Büküm öncesi tasarım. Bükülecek parçalarda büküm hattı köşelerine boşaltma (relief) kesimi eklenmesi yırtılmayı önler; büküm hattına çok yakın delikler bükümden sonra şekil değiştirir. Lazer kesimle açılan geçme (tab-slot) detayları, kaynaklı montajda fikstür ihtiyacını azaltır ve parçaların doğru konumlanmasını sağlar.
Çizim dosyası. DXF veya DWG dosyası 1:1 ölçekte ve milimetre biriminde olmalı; konturlar kapalı, çift çizgiler ve gereksiz katmanlar temizlenmiş olmalıdır. Ölçü, yazı ve kesilmeyecek çizgilerin ayrı katmanda tutulması, dosyanın doğrudan kesim programına aktarılmasını kolaylaştırır. Parça işaretleme (markalama) gerekiyorsa ayrı katmanda belirtilmelidir.
Yerleşim ve mikro bağlantılar. Parçalar sac levha üzerinde yerleşim planına (nesting) göre dizilir. Küçük parçaların kesim sırasında devrilip kafaya çarpmaması için mikro bağlantılar (micro-joint) bırakılabilir; bu bağlantılar kenarda küçük bir iz bırakır. Görünür kenarlarda iz istenmiyorsa bunun çizimde veya teklif talebinde belirtilmesi gerekir. Düz kenarlı parçalarda ortak kenar kesimi (common-line) hem süreyi hem fireyi azaltır.
Boru ve profil lazer kesim
Boru-profil lazer ünitesi, kutu profil ve borunun etrafında dönerek çalışır ve delik, slot, kertik, gönye ve uç formlarını tek bağlamada üretir. Geleneksel yöntemde testere kesimi, delme ve markalama ayrı operasyonlardır; tek bağlamada üretim hem süreyi hem de operasyonlar arası ölçü sapmasını azaltır.
Lazerle açılan geçme ve konumlama detayları, kaynaklı çerçevelerde parçaların birbirine doğru açıyla oturmasını sağlar ve montaj fikstürü ihtiyacını azaltır. Tesisimizde sac lazerin yanında ayrı bir boru-profil lazer ünitesi bulunur; kesilen parçalar aynı tesiste 1.000 tonluk abkantla 8 metreye kadar bükülebilir, gerektiğinde kaynak ve montaja hazır teslim edilebilir.
Teklif için gönderilmesi gerekenler
Hızlı ve doğru bir teklif için şunları paylaşın: çizim (DXF/DWG tercih edilir; PDF teknik resim veya ölçülü kroki de olur); malzeme ve kalınlık (örneğin S235JR 10 mm, AISI 304 2 mm); adet ve varsa yıllık ihtiyaç; kenar beklentisi (boyanacak, kaynaklanacak, görünür yüzeyde kullanılacak, gerekiyorsa EN ISO 9013 kalite sınıfı); ek işlemler (büküm, kaynak, montaj); teslim yeri.
Fiyatı belirleyen kalemleri ayrıntılı olarak lazer kesim fiyatı nasıl belirlenir yazısında ele aldık. Fason kesim kapasitemiz için fason lazer kesim sayfasına bakabilir, dosyalarınızı teklif formu üzerinden gönderebilirsiniz.