Penerapan teknologi pengelasan hibrida laser-busur daya tinggi di berbagai bidang utama.

01 Pengelasan hibrida laser-busur pelat tebal

Pengelasan pelat tebal (ketebalan ≥ 20mm) memainkan peran kunci dalam pembuatan peralatan besar di bidang-bidang penting seperti kedirgantaraan, navigasi dan pembuatan kapal, transportasi kereta api, dll. Komponen-komponen ini biasanya dicirikan oleh ketebalan yang besar, bentuk sambungan yang kompleks, dan lingkungan layanan yang kompleks. Kualitas pengelasan berdampak langsung pada kinerja dan umur peralatan. Karena kecepatan pengelasan yang lambat dan masalah percikan yang serius, metode pengelasan berpelindung gas tradisional menghadapi tantangan seperti efisiensi pengelasan yang rendah, konsumsi energi yang tinggi, dan tegangan sisa yang besar, sehingga sulit untuk memenuhi persyaratan manufaktur yang terus meningkat. Namun, teknologi pengelasan hibrida laser-busur berbeda dari teknologi pengelasan tradisional. Teknologi ini berhasil menggabungkan keunggulan daripengelasan laserdan pengelasan busur, dan memiliki karakteristik kedalaman penetrasi yang besar, kecepatan pengelasan yang cepat, efisiensi tinggi, dan kualitas las yang lebih baik, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Oleh karena itu, teknologi ini telah menarik perhatian luas dan mulai diterapkan di beberapa bidang utama.

Gambar 1 Prinsip pengelasan hibrida laser-busur

02 Penelitian tentang pengelasan hibrida laser-busur pada pelat tebal

Institut Teknologi Industri Norwegia dan Universitas Teknologi Lule di Swedia mempelajari keseragaman struktural sambungan las komposit di bawah daya 15 kW untuk baja paduan rendah berkekuatan tinggi mikro-paduan setebal 45 mm. Universitas Osaka dan Institut Penelitian Metalurgi Pusat Mesir menggunakan laser serat 20 kW untuk melakukan penelitian tentang proses pengelasan hibrida laser-busur satu lintasan pada pelat tebal (25 mm), menggunakan lapisan bawah untuk mengatasi masalah punuk bawah. Perusahaan Teknologi Force Denmark menggunakan dua laser cakram 16 kW secara seri untuk melakukan penelitian tentang pengelasan hibrida pelat baja setebal 40 mm pada daya 32 kW, menunjukkan bahwa pengelasan laser-busur daya tinggi diharapkan dapat digunakan dalam pengelasan dasar menara tenaga angin lepas pantai, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Harbin Welding Co., Ltd. adalah yang pertama di negara ini yang menguasai teknologi inti dan teknologi integrasi peralatan pengelasan sumber panas hibrida busur elektroda peleburan laser padat daya tinggi. Ini adalah kali pertama teknologi dan peralatan pengelasan hibrida busur elektroda lebur kawat ganda laser padat daya tinggi berhasil diterapkan pada peralatan kelas atas di negara saya.

Gambar 2. Diagram tata letak instalasi laser

Berdasarkan status penelitian terkini tentang pengelasan hibrida laser-busur pada pelat tebal di dalam dan luar negeri, dapat dilihat bahwa kombinasi metode pengelasan hibrida laser-busur dan alur celah sempit dapat mencapai pengelasan pelat tebal. Ketika daya laser meningkat hingga lebih dari 10.000 watt, di bawah iradiasi laser berenergi tinggi, perilaku penguapan material, proses interaksi antara laser dan plasma, keadaan stabil aliran kolam lelehan, mekanisme perpindahan panas, dan perilaku metalurgi lasan akan berubah dalam berbagai tingkat. Seiring peningkatan daya hingga lebih dari 10.000 watt, peningkatan kepadatan daya akan mengintensifkan tingkat penguapan di area dekat lubang kecil, dan gaya rekoil akan secara langsung memengaruhi stabilitas lubang kecil dan aliran kolam lelehan, sehingga memengaruhi proses pengelasan. Perubahan ini memiliki dampak yang tidak dapat diabaikan pada implementasi laser dan proses pengelasan kompositnya. Fenomena karakteristik dalam proses pengelasan ini secara langsung atau tidak langsung mencerminkan stabilitas proses pengelasan sampai batas tertentu, dan bahkan dapat menentukan kualitas lasan. Efek gabungan dari dua sumber panas laser dan busur dapat membuat kedua sumber panas tersebut memanfaatkan karakteristiknya masing-masing dan menghasilkan efek pengelasan yang lebih baik daripada pengelasan laser tunggal dan pengelasan busur. Dibandingkan dengan metode pengelasan autogen laser, metode pengelasan ini memiliki keunggulan adaptabilitas celah yang kuat dan ketebalan yang dapat dilas besar. Dibandingkan dengan metode pengelasan pengisian kawat laser celah sempit pada pelat tebal, metode ini memiliki keunggulan efisiensi peleburan kawat yang tinggi dan efek fusi alur yang baik. Selain itu, daya tarik laser terhadap busur meningkatkan stabilitas busur, membuat pengelasan hibrida laser-busur lebih cepat daripada pengelasan busur tradisional.pengelasan kawat pengisi laserdengan efisiensi pengelasan yang relatif tinggi.

03 Aplikasi pengelasan hibrida laser-busur daya tinggi

Teknologi pengelasan hibrida laser-busur daya tinggi banyak digunakan dalam industri pembuatan kapal. Galangan Kapal Meyer di Jerman telah membangun jalur produksi pengelasan hibrida laser-busur CO2 12kW untuk pengelasan pelat datar lambung dan penguat guna mencapai pembentukan las fillet sepanjang 20m dalam sekali jalan dan mengurangi tingkat deformasi hingga 2/3. GE mengembangkan sistem pengelasan hibrida laser-busur serat dengan daya keluaran maksimum 20kW untuk mengelas kapal induk USS Saratoga, menghemat 800 ton logam las dan mengurangi jam kerja hingga 80%, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. CSSC 725 mengadopsi sistem pengelasan hibrida laser-busur daya tinggi laser serat 20kW, yang dapat mengurangi deformasi pengelasan hingga 60% dan meningkatkan efisiensi pengelasan hingga 300%. Galangan Kapal Shanghai Waigaoqiao menggunakan sistem pengelasan hibrida laser-busur daya tinggi laser serat 16kW. Lini produksi ini mengadopsi teknologi proses baru pengelasan hibrida laser + pengelasan MAG untuk mencapai pengelasan satu sisi satu lintasan dan pembentukan dua sisi pelat baja setebal 4-25 mm. Teknologi pengelasan hibrida laser-busur daya tinggi banyak digunakan pada kendaraan lapis baja. Karakteristik pengelasannya adalah: pengelasan struktur logam kompleks dengan ketebalan besar, biaya rendah, dan manufaktur efisien tinggi.

Gambar 3. Kapal induk USS Sara Toga

Teknologi pengelasan hibrida laser-busur daya tinggi telah diterapkan di beberapa bidang industri dan akan menjadi sarana penting untuk manufaktur efisien struktur besar dengan ketebalan dinding sedang dan besar. Saat ini, masih kurang penelitian tentang mekanisme pengelasan hibrida laser-busur daya tinggi, yang perlu diperkuat lebih lanjut, seperti interaksi antara fotoplasma dan busur serta interaksi antara busur dan kolam lelehan. Masih banyak masalah yang belum terselesaikan dalam proses pengelasan hibrida laser-busur daya tinggi, seperti jendela proses yang sempit, sifat mekanik struktur las yang tidak merata, dan kontrol kualitas pengelasan yang rumit. Seiring dengan peningkatan daya keluaran laser kelas industri secara bertahap, teknologi pengelasan hibrida laser-busur daya tinggi akan berkembang pesat, dan berbagai teknologi pengelasan hibrida laser baru akan terus bermunculan. Lokalisasi, skala besar, dan inteligensi akan menjadi tren penting dalam pengembangan peralatan pengelasan laser daya tinggi di masa depan.