Pengelasan laserdapat dicapai dengan menggunakan sinar laser kontinu atau berdenyut. Prinsip daripengelasan laserdapat dibagi menjadi pengelasan konduksi panas dan pengelasan penetrasi dalam laser. Ketika kepadatan daya kurang dari 104~105 W/cm2, itu adalah pengelasan konduksi panas. Saat ini, kedalaman penetrasi dangkal dan kecepatan pengelasan lambat; ketika kepadatan daya lebih besar dari 105~107 W/cm2, permukaan logam akan cekung menjadi “lubang” karena panas, membentuk pengelasan penetrasi dalam, yang memiliki karakteristik kecepatan pengelasan cepat dan rasio aspek besar. Prinsip konduksi termalpengelasan laseradalah: radiasi laser memanaskan permukaan yang akan diproses, dan panas permukaan berdifusi ke bagian dalam melalui konduksi termal. Dengan mengontrol parameter laser seperti lebar pulsa laser, energi, daya puncak, dan frekuensi pengulangan, benda kerja dilebur untuk membentuk kumpulan lelehan tertentu.
Pengelasan penetrasi dalam laser umumnya menggunakan sinar laser kontinu untuk menyelesaikan penyambungan material. Proses fisik metalurginya sangat mirip dengan pengelasan berkas elektron, yaitu mekanisme konversi energi diselesaikan melalui struktur “lubang kunci”.
Di bawah iradiasi laser dengan kepadatan daya yang cukup tinggi, material menguap dan terbentuk lubang-lubang kecil. Lubang kecil berisi uap ini seperti benda hitam, menyerap hampir seluruh energi pancaran sinar datang. Suhu kesetimbangan di dalam lubang mencapai sekitar 2500°C. Panas berpindah dari dinding luar lubang bersuhu tinggi, menyebabkan logam di sekitar lubang meleleh. Lubang kecil diisi dengan uap suhu tinggi yang dihasilkan oleh penguapan material dinding secara terus menerus di bawah iradiasi balok. Dinding lubang kecil dikelilingi oleh logam cair, dan logam cair dikelilingi oleh bahan padat (dalam sebagian besar proses pengelasan konvensional dan pengelasan konduksi laser, energi pertama kali disimpan di permukaan benda kerja dan kemudian diangkut ke bagian dalam melalui transfer ). Aliran cairan di luar dinding lubang dan tegangan permukaan lapisan dinding sefase dengan tekanan uap yang dihasilkan secara terus menerus di dalam rongga lubang dan menjaga keseimbangan dinamis. Sinar cahaya terus menerus memasuki lubang kecil, dan material di luar lubang kecil terus mengalir. Saat berkas cahaya bergerak, lubang kecil selalu dalam keadaan aliran yang stabil.
Artinya, lubang kecil dan logam cair yang mengelilingi dinding lubang bergerak maju dengan kecepatan maju dari pilot beam. Logam cair mengisi celah yang tersisa setelah lubang kecil dihilangkan dan mengembun, dan lasan terbentuk. Semua ini terjadi begitu cepat sehingga kecepatan pengelasan dapat mencapai beberapa meter per menit.
Setelah memahami konsep dasar rapat daya, pengelasan konduktivitas termal, dan pengelasan penetrasi dalam, selanjutnya kita akan melakukan analisis perbandingan rapat daya dan fase metalografi dari diameter inti yang berbeda.
Perbandingan percobaan pengelasan berdasarkan diameter inti laser yang umum di pasaran:
Kepadatan daya posisi titik fokus laser dengan diameter inti berbeda
Dari perspektif kepadatan daya, dengan daya yang sama, semakin kecil diameter inti, semakin tinggi kecerahan laser dan semakin terkonsentrasi energinya. Jika laser diibaratkan sebagai pisau tajam, semakin kecil diameter inti maka semakin tajam lasernya. Kepadatan daya laser berdiameter inti 14um lebih dari 50 kali lipat dari laser berdiameter inti 100um, dan kemampuan pemrosesannya lebih kuat. Pada saat yang sama, kerapatan daya yang dihitung di sini hanyalah kerapatan rata-rata sederhana. Distribusi energi sebenarnya merupakan perkiraan distribusi Gaussian, dan energi pusatnya akan beberapa kali lipat kepadatan daya rata-rata.
Diagram skema distribusi energi laser dengan diameter inti berbeda
Warna diagram distribusi energi adalah distribusi energi. Semakin merah warnanya, semakin tinggi energinya. Energi merah adalah tempat terkonsentrasinya energi. Melalui distribusi energi laser pada berkas laser dengan diameter inti berbeda, terlihat bagian depan berkas laser tidak tajam dan berkas lasernya tajam. Semakin kecil, semakin terkonsentrasi energinya pada satu titik, semakin tajam energinya dan semakin kuat kemampuan penetrasinya.
Perbandingan efek pengelasan laser dengan diameter inti berbeda
Perbandingan laser dengan diameter inti berbeda:
(1) Percobaan menggunakan kecepatan 150mm/s, pengelasan posisi fokus, dan bahan aluminium seri 1, tebal 2mm;
(2) Semakin besar diameter inti, semakin besar lebar leleh, semakin besar zona yang terkena panas, dan semakin kecil rapat daya satuan. Ketika diameter inti melebihi 200um, tidak mudah untuk mencapai kedalaman penetrasi pada paduan reaksi tinggi seperti aluminium dan tembaga, dan pengelasan penetrasi dalam yang lebih tinggi hanya dapat dicapai dengan daya tinggi;
(3) Laser inti kecil memiliki kepadatan daya tinggi dan dapat dengan cepat membuat lubang kunci pada permukaan material dengan energi tinggi dan zona kecil yang terpengaruh panas. Namun, pada saat yang sama, permukaan lasan kasar, dan kemungkinan keruntuhan lubang kunci tinggi selama pengelasan kecepatan rendah, dan lubang kunci ditutup selama siklus pengelasan. Siklusnya panjang, dan rawan terjadi cacat seperti cacat dan pori-pori. Sangat cocok untuk pemrosesan berkecepatan tinggi atau pemrosesan dengan lintasan berayun;
(4) Laser berdiameter inti besar memiliki titik cahaya yang lebih besar dan energi yang lebih tersebar, sehingga lebih cocok untuk peleburan kembali permukaan laser, pelapisan, anil, dan proses lainnya.
Waktu posting: 06 Okt-2023
