Pengelasan laser merupakan salah satu aspek penting dari penerapan teknologi pemrosesan laser, sekaligus teknologi pengelasan yang paling menarik dan menjanjikan di abad ke-21. Dibandingkan dengan metode pengelasan tradisional, pengelasan laser memiliki banyak keunggulan, kualitas pengelasan yang lebih tinggi, dan efisiensi yang lebih cepat. Saat ini, teknologi pengelasan laser telah banyak digunakan di bidang manufaktur, metalurgi serbuk, industri otomotif, industri elektronik, biomedis, dan bidang lainnya.
Berdasarkan mekanisme pembentukan kolam las, pengelasan laser memiliki dua mekanisme pengelasan dasar: pengelasan konduksi panas dan pengelasan penetrasi dalam (lubang kecil). Panas yang dihasilkan oleh pengelasan konduksi panas disebarkan ke benda kerja melalui perpindahan panas, sehingga permukaan las meleleh, pada dasarnya tidak ada fenomena penguapan, yang sering digunakan dalam pengelasan komponen berdinding tipis berkecepatan rendah. Pengelasan fusi dalam menguapkan material dan membentuk sejumlah besar plasma. Karena panas yang besar, akan ada lubang di ujung depan kolam lelehan. Pengelasan penetrasi dalam dapat mengelas benda kerja secara menyeluruh, dan energi masukannya besar, kecepatan pengelasannya cepat, merupakan mode pengelasan laser yang paling banyak digunakan.
Terdapat banyak parameter proses yang memengaruhi kualitas pengelasan laser, seperti kepadatan daya, bentuk gelombang pulsa laser, defokus, kecepatan pengelasan, dan gas peniup tambahan.
1. Kepadatan daya laser Kepadatan daya adalah salah satu parameter paling penting dalam pemrosesan laser. Dengan kepadatan daya yang lebih tinggi, lapisan permukaan dapat dipanaskan hingga titik didih dalam rentang waktu mikrodetik, menghasilkan sejumlah besar penguapan. Oleh karena itu, kepadatan daya yang tinggi sangat menguntungkan untuk pemrosesan penghilangan material, seperti pelubangan, pemotongan, dan pengukiran. Untuk kepadatan daya rendah, dibutuhkan beberapa milidetik agar suhu permukaan mencapai titik didih, dan sebelum lapisan permukaan menguap, lapisan bawah mencapai titik leleh, yang mudah membentuk pengelasan fusi yang baik. Oleh karena itu, dalam pengelasan laser konduksi panas, kisaran kepadatan daya adalah 104-106 W/cm2.
2. Bentuk gelombang pulsa laser
Bentuk gelombang pulsa laser bukan hanya parameter penting untuk membedakan penghilangan material dari peleburan material, tetapi juga parameter kunci untuk menentukan volume dan biaya peralatan pemrosesan. Ketika sinar laser intensitas tinggi mengenai permukaan material, permukaan material akan mengalami refleksi dan kehilangan energi laser sebesar 60 ~ 90%, terutama emas, perak, tembaga, aluminium, titanium, dan material lainnya yang memiliki refleksi kuat dan perpindahan panas yang cepat. Reflektansi logam bervariasi seiring waktu selama sinyal pulsa laser. Ketika suhu permukaan material naik hingga titik leleh, reflektivitas menurun dengan cepat, dan ketika permukaan berada dalam keadaan leleh, refleksi stabil pada nilai tertentu.
3. Lebar Pulsa Lebar pulsa adalah parameter penting dalam pengelasan laser pulsa. Lebar pulsa ditentukan oleh kedalaman penetrasi dan zona yang terpengaruh panas. Semakin panjang lebar pulsa, semakin besar zona yang terpengaruh panas, dan kedalaman penetrasi meningkat dengan 1/2 daya lebar pulsa. Namun, peningkatan lebar pulsa akan mengurangi daya puncak, sehingga peningkatan lebar pulsa umumnya digunakan untuk pengelasan konduksi panas, menghasilkan ukuran las yang lebar dan dangkal, terutama cocok untuk pengelasan tumpang tindih pelat tipis dan tebal. Namun, daya puncak yang lebih rendah mengakibatkan masukan panas berlebih, dan setiap material memiliki lebar pulsa optimal yang memaksimalkan penetrasi.
4. Pengelasan laser defokus biasanya memerlukan sejumlah defokus tertentu, karena fokus laser di pusat titik dengan kepadatan daya yang terlalu tinggi, mudah menguap ke dalam lubang. Distribusi kepadatan daya relatif seragam di setiap bidang yang jauh dari fokus laser. Ada dua metode defokus: defokus positif dan defokus negatif. Jika bidang fokus terletak di atas benda kerja, itu adalah defokus positif; jika tidak, itu adalah defokus negatif. Menurut teori optik geometris, ketika jarak antara bidang defokus positif dan negatif dengan bidang pengelasan sama, kepadatan daya pada bidang yang sesuai kira-kira sama, tetapi bentuk kolam las yang sebenarnya diperoleh berbeda. Dalam kasus defokus negatif, penetrasi yang lebih besar dapat diperoleh, yang terkait dengan proses pembentukan kolam leleh.
5. Kecepatan pengelasan. Kecepatan pengelasan menentukan kualitas permukaan pengelasan, penetrasi, zona yang terpengaruh panas, dll. Kecepatan pengelasan akan memengaruhi masukan panas per satuan waktu. Jika kecepatan pengelasan terlalu lambat, masukan panas terlalu besar, sehingga benda kerja terbakar. Jika kecepatan pengelasan terlalu cepat, masukan panas terlalu kecil, sehingga benda kerja yang dilas menjadi buram. Mengurangi kecepatan pengelasan biasanya digunakan untuk meningkatkan penetrasi.
6. Peniupan Gas Pelindung Tambahan Peniupan gas pelindung tambahan merupakan proses penting dalam pengelasan laser daya tinggi. Di satu sisi, untuk mencegah material logam dari percikan dan mencemari cermin fokus; di sisi lain, untuk mencegah plasma yang dihasilkan dalam proses pengelasan terlalu terfokus dan mencegah laser mencapai permukaan material. Dalam proses pengelasan laser, helium, argon, nitrogen, dan gas lainnya sering digunakan untuk melindungi kolam lelehan, sehingga benda kerja terlindungi dari oksidasi dalam teknik pengelasan. Faktor-faktor seperti jenis gas pelindung, ukuran aliran udara, dan sudut peniupan sangat berpengaruh pada hasil pengelasan. Metode peniupan yang berbeda juga memiliki pengaruh tertentu pada kualitas pengelasan.
Helium tidak mudah terionisasi (memiliki energi ionisasi yang tinggi), sehingga memungkinkan laser melewatinya dengan lancar dan energi pancaran mencapai permukaan benda kerja tanpa hambatan. Ini adalah gas pelindung paling efektif yang digunakan dalam pengelasan laser, tetapi harganya relatif mahal. Argon lebih murah dan lebih padat, sehingga memiliki perlindungan yang lebih baik. Namun, argon mudah terionisasi oleh plasma logam bersuhu tinggi, sehingga menghalangi sebagian pancaran dari benda kerja, mengurangi daya laser efektif pengelasan, tetapi juga merusak kecepatan dan penetrasi pengelasan. Permukaan las yang dilindungi oleh argon lebih halus daripada yang dilindungi oleh helium. Nitrogen adalah gas pelindung termurah, tetapi tidak cocok untuk beberapa jenis pengelasan baja tahan karat, terutama karena masalah metalurgi, seperti penyerapan, yang terkadang menciptakan pori-pori di zona sambungan.
Sebagai teknologi pengelasan baru, pengelasan laser memiliki karakteristik kepadatan energi tinggi, kecepatan tinggi, presisi tinggi, penetrasi dalam, dan kemampuan adaptasi yang kuat. Penerapannya semakin luas, yang tidak hanya dapat meningkatkan efisiensi produksi, tetapi juga meningkatkan kualitas pengelasan. Teknologi pengelasan laser tentu akan memainkan peran yang lebih penting di bidang pengolahan material.
Waktu posting: 28 Maret 2023
