Dasar-Dasar Pengelasan Laser: Menguasai Teknik Fusi Non-Kontak

Dasar-Dasar Pengelasan Laser

Pengelasan laser adalah proses non-kontak yang memerlukan akses ke zona las dari satu sisi bagian yang dielas.

• Las terbentuk ketika cahaya laser intensif dengan cepat memanaskan material—biasanya dihitung dalam milidetik.
• Biasanya ada tiga jenis las:
– Mode konduksi.
– Mode konduksi/penetrasi.
– Mode penetrasi atau keyhole.
• Las mode konduksi dilakukan pada densitas energi rendah membentuk nugget las yang dangkal dan lebar.
• Mode konduksi/penetrasi terjadi pada densitas energi menengah, dan menunjukkan penetrasi lebih dalam dari mode konduksi.
• Las mode penetrasi atau keyhole ditandai oleh las yang dalam dan sempit.
– Dalam mode ini cahaya laser membentuk filamen material yang diuapkan yang dikenal sebagai “keyhole” yang memasuki material dan menyediakan saluran untuk cahaya laser agar dapat diangkut secara efisien ke dalam material.
– Pengiriman energi langsung ke dalam material tidak bergantung pada konduksi untuk mencapai penetrasi, sehingga meminimalkan panas ke dalam material dan mengurangi zona terpengaruh panas.

Las Konduksi

• Penggabungan konduksi menggambarkan keluarga proses di mana sinar laser difokuskan:
– Untuk memberikan densitas daya pada urutan 10³ Wmm⁻²
– Melelehkan material untuk membuat sambungan tanpa penguapan yang signifikan.
• Las konduksi memiliki dua mode:
– Pemanasan langsung
– Transmisi energi.

Pemanasan Langsung

• Selama pemanasan langsung,
– aliran panas dikendalikan oleh konduksi termal klasik dari sumber panas permukaan dan las dibuat dengan melelehkan sebagian material dasar.
• Las konduksi pertama dibuat pada awal tahun 1960-an, menggunakan laser ruby dan CO2 pulsed daya rendah untuk konektor kawat.
• Las konduksi dapat dibuat dalam berbagai logam dan logam campuran dalam bentuk kawat dan lembar tipis dalam konfigurasi yang berbeda menggunakan:
– Laser CO2, Nd:YAG, dan dioda dengan tingkat daya pada urutan puluhan watt.
– Pemanasan langsung oleh sinar laser CO2 juga dapat digunakan untuk las lap dan las abut pada lembar polimer.

Las Transmisi

• Las transmisi adalah cara yang efisien untuk menggabungkan polimer yang mentransmisikan radiasi inframerah dekat dari laser Nd:YAG dan dioda.
• Energi diserap melalui metode serapan antarmuka baru.
• Komposit dapat digabungkan jika properti termal matriks dan penguat serupa.
• Mode transmisi energi las konduksi digunakan dengan material yang mentransmisikan radiasi inframerah dekat, terutama polimer.
• Tinta yang menyerap ditempatkan di antarmuka las lap. Tinta menyerap energi sinar laser, yang diinduksi ke dalam ketebalan terbatas material sekitar untuk membentuk film antarmuka cair yang membeku sebagai las yang digabungkan.
• Las lap bagian tebal dapat dibuat tanpa melelehkan permukaan luar las.
• Las abut dapat dibuat dengan mengarahkan energi ke garis las dengan sudut melalui material di satu sisi las, atau dari satu ujung jika material sangat transmisif.

Las Solder dan Brazing

• Dalam proses las solder dan brazing, sinar digunakan untuk melelehkan tambahan filler, yang membasahi tepi las tanpa melelehkan material dasar.
• Las solder mulai mendapatkan popularitas pada awal tahun 1980-an untuk menggabungkan kawat komponen elektronik melalui lubang pada papan sirkuit tercetak. Parameter proses ditentukan oleh properti material.

Las Penetrasi Laser

• Pada densitas daya tinggi semua material akan menguap jika energi dapat diserap. Oleh karena itu, saat melas dengan cara ini, lubang biasanya terbentuk oleh penguapan.
• “Lubang” ini kemudian dilewati melalui material dengan dinding cair yang menutup di belakangnya.
• Hasilnya dikenal sebagai “las keyhole. Ini ditandai oleh zona fuasi bersegi paralel dan lebar sempit.

Efisiensi Pengelasan Laser

• Istilah untuk mendefinisikan konsep efisiensi ini dikenal sebagai “efisiensi penggabungan”.
• Efisiensi penggabungan bukanlah efisiensi sebenarnya karena memiliki satuan (mm2 yang digabungkan / kJ yang disuplai).
– Efisiensi = V.t / P (kebalikan dari energi spesifik dalam pemotongan) di mana V = kecepatan travers, mm/s; t = ketebalan yang dielas, mm; P = daya insiden, KW.

Efisiensi Penggabungan

• Semakin tinggi nilai efisiensi penggabungan, semakin sedikit energi yang dihabiskan untuk pemanasan yang tidak perlu.
– Zona terpengaruh panas (HAZ) lebih rendah.
– Distorsi lebih rendah.
• Las resistensi paling efisien dalam hal ini karena energi fuasi dan HAZ hanya dihasilkan pada antarmuka resistensi tinggi yang akan dielas.
• Laser dan sinar elektron juga memiliki efisiensi yang baik dan densitas daya tinggi.

Variasi Proses

• Pengelasan Laser Diperkuat oleh Ark.
– Ark dari tongkat TIG yang dipasang dekat titik interaksi sinar laser secara otomatis akan terkunci pada hot spot yang dihasilkan laser.
– Suhu yang diperlukan untuk fenomena ini sekitar 30°C di atas suhu sekitar.
– Efeknya adalah untuk mengstabilkan ark yang tidak stabil karena kecepatan traversnya atau untuk mengurangi resistensi ark yang stabil.
– Penguncian hanya terjadi untuk ark dengan arus rendah dan consequently jet katoda yang lambat; yaitu, untuk arus kurang dari 80A.
– Ark berada di sisi yang sama dari workpiece seperti laser yang memungkinkan penggandaan kecepatan las dengan peningkatan biaya modal yang modest.
• Pengelasan Laser Twin Beam
– Jika dua sinar laser digunakan secara bersamaan maka ada kemungkinan untuk mengontrol geometri kolam las dan bentuk manik las.
– Menggunakan dua sinar elektron, keyhole dapatディstabilkan yang menyebabkan lebih sedikit ombak pada kolam las dan memberikan penetrasi serta bentuk manik yang lebih baik.
– Kombinasi sinar laser excimer dan CO2 menunjukkan coupling yang ditingkatkan untuk pengelasan material dengan reflectivitas tinggi, seperti aluminium atau tembaga dapat diperoleh.
– Coupling yang ditingkatkan dianggap terutama karena:
• mengubah reflectivitas oleh rippling permukaan yang disebabkan oleh excimer.
• efek sekunder dari coupling melalui plasma yang dihasilkan excimer.