Dibandingkan dengan teknologi pengelasan tradisional,pengelasan lasermemiliki keunggulan yang tak tertandingi dalam akurasi pengelasan, efisiensi, keandalan, otomatisasi, dan aspek lainnya. Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi ini telah berkembang pesat di bidang otomotif, energi, elektronik, dan bidang lainnya, dan dianggap sebagai salah satu teknologi manufaktur yang paling menjanjikan di abad ke-21.
1. Gambaran umum balok gandapengelasan laser
Balok gandapengelasan laserSalah satu metode yang diusulkan adalah menggunakan metode optik untuk memisahkan laser yang sama menjadi dua berkas cahaya terpisah untuk pengelasan, atau menggabungkan dua jenis laser yang berbeda, seperti laser CO2, laser Nd:YAG, dan laser semikonduktor daya tinggi. Semua dapat digabungkan. Metode ini diusulkan terutama untuk mengatasi masalah adaptabilitas pengelasan laser terhadap akurasi perakitan, meningkatkan stabilitas proses pengelasan, dan meningkatkan kualitas hasil pengelasan. Pengelasan berkas gandapengelasan laserDapat dengan mudah dan fleksibel menyesuaikan medan suhu pengelasan dengan mengubah rasio energi pancaran, jarak antar pancaran, dan bahkan pola distribusi energi dari kedua pancaran laser, mengubah pola keberadaan lubang kunci dan pola aliran logam cair di kolam lebur. Memberikan pilihan proses pengelasan yang lebih luas. Tidak hanya memiliki keunggulan dari ukuran yang besarpengelasan lasermemiliki daya tembus yang tinggi, kecepatan cepat, dan presisi tinggi, tetapi juga cocok untuk material dan sambungan yang sulit dilas dengan metode konvensional.pengelasan laser.
Untuk balok gandapengelasan laserPertama-tama, kita akan membahas metode implementasi laser berkas ganda. Literatur yang komprehensif menunjukkan bahwa ada dua cara utama untuk mencapai pengelasan berkas ganda: pemfokusan transmisi dan pemfokusan refleksi. Secara spesifik, salah satunya dicapai dengan menyesuaikan sudut dan jarak kedua laser melalui cermin pemfokus dan cermin kolimasi. Yang lainnya dicapai dengan menggunakan sumber laser dan kemudian memfokuskannya melalui cermin refleksi, cermin transmisi, dan cermin berbentuk baji untuk mencapai berkas ganda. Untuk metode pertama, ada tiga bentuk utama. Bentuk pertama adalah menggabungkan dua laser melalui serat optik dan memisahkannya menjadi dua berkas yang berbeda di bawah cermin kolimasi dan cermin pemfokus yang sama. Yang kedua adalah dua laser mengeluarkan berkas laser melalui kepala pengelasan masing-masing, dan berkas ganda dibentuk dengan menyesuaikan posisi spasial kepala pengelasan. Metode ketiga adalah berkas laser pertama-tama dipisahkan melalui dua cermin 1 dan 2, dan kemudian difokuskan oleh dua cermin pemfokus 3 dan 4 secara masing-masing. Posisi dan jarak antara kedua titik fokus dapat disesuaikan dengan mengatur sudut kedua cermin fokus 3 dan 4. Metode kedua adalah menggunakan laser solid-state untuk memisahkan cahaya guna menghasilkan berkas ganda, dan mengatur sudut serta jaraknya melalui cermin perspektif dan cermin fokus. Dua gambar terakhir di baris pertama di bawah menunjukkan sistem spektroskopi laser CO2. Cermin datar diganti dengan cermin berbentuk baji dan ditempatkan di depan cermin fokus untuk memisahkan cahaya guna menghasilkan cahaya paralel berkas ganda.
Setelah memahami penerapan balok ganda, mari kita perkenalkan secara singkat prinsip dan metode pengelasannya. Pada balok gandapengelasan laserDalam proses pengelasan, terdapat tiga susunan berkas umum, yaitu susunan seri, susunan paralel, dan susunan hibrida. Kain, yaitu, terdapat jarak baik dalam arah pengelasan maupun arah vertikal pengelasan. Seperti yang ditunjukkan pada baris terakhir gambar, menurut bentuk lubang kecil dan kolam lelehan yang berbeda yang muncul di bawah jarak titik yang berbeda selama proses pengelasan seri, dapat dibagi lagi menjadi lelehan tunggal. Ada tiga keadaan: kolam lelehan tunggal, kolam lelehan umum, dan kolam lelehan terpisah. Karakteristik kolam lelehan tunggal dan kolam lelehan terpisah mirip dengan karakteristik lelehan tunggal.pengelasan laser, seperti yang ditunjukkan pada diagram simulasi numerik. Terdapat efek proses yang berbeda untuk berbagai jenis.
Tipe 1: Dengan jarak titik tertentu, dua lubang kunci berkas membentuk lubang kunci besar umum di kolam lelehan yang sama; untuk tipe 1, dilaporkan bahwa satu berkas cahaya digunakan untuk membuat lubang kecil, dan berkas cahaya lainnya digunakan untuk perlakuan panas pengelasan, yang dapat secara efektif meningkatkan sifat struktural baja karbon tinggi dan baja paduan.
Tipe 2: Meningkatkan jarak antar titik pada kolam lelehan yang sama, memisahkan kedua berkas menjadi dua lubang kunci independen, dan mengubah pola aliran kolam lelehan; untuk tipe 2, fungsinya setara dengan pengelasan dua berkas elektron, mengurangi percikan las dan lasan yang tidak beraturan pada panjang fokus yang sesuai.
Tipe 3: Meningkatkan lebih lanjut jarak antar titik dan mengubah rasio energi kedua berkas, sehingga salah satu dari kedua berkas digunakan sebagai sumber panas untuk melakukan pemrosesan pra-pengelasan atau pasca-pengelasan selama proses pengelasan, dan berkas lainnya digunakan untuk menghasilkan lubang kecil. Untuk tipe 3, penelitian menemukan bahwa kedua berkas membentuk lubang kunci, lubang kecil tersebut tidak mudah runtuh, dan hasil pengelasan tidak mudah menghasilkan pori-pori.
2. Pengaruh proses pengelasan terhadap kualitas pengelasan
Pengaruh rasio energi berkas seri terhadap pembentukan sambungan las
Ketika daya laser 2kW, kecepatan pengelasan 45 mm/s, jumlah defokus 0mm, dan jarak antar berkas 3 mm, bentuk permukaan las saat mengubah RS (RS= 0,50, 0,67, 1,50, 2,00) adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar. Ketika RS=0,50 dan 2,00, lasan lebih banyak penyok, dan terdapat lebih banyak percikan di tepi lasan, tanpa membentuk pola sisik ikan yang teratur. Hal ini karena ketika rasio energi berkas terlalu kecil atau terlalu besar, energi laser terlalu terkonsentrasi, menyebabkan lubang laser berosilasi lebih serius selama proses pengelasan, dan tekanan balik uap menyebabkan semburan dan percikan logam kolam leleh di dalam kolam leleh; Masukan panas yang berlebihan menyebabkan kedalaman penetrasi kolam leleh di sisi paduan aluminium menjadi terlalu besar, menyebabkan cekungan akibat gaya gravitasi. Ketika RS=0,67 dan 1,50, pola sisik ikan pada permukaan las seragam, bentuk las lebih indah, dan tidak ada retakan panas pengelasan, pori-pori, dan cacat pengelasan lainnya yang terlihat pada permukaan las. Bentuk penampang las dengan rasio energi sinar RS yang berbeda ditunjukkan pada gambar. Penampang las berbentuk "gelas anggur" yang khas, menunjukkan bahwa proses pengelasan dilakukan dalam mode pengelasan penetrasi dalam laser. RS memiliki pengaruh penting pada kedalaman penetrasi P2 las pada sisi paduan aluminium. Ketika rasio energi sinar RS=0,5, P2 adalah 1203,2 mikron. Ketika rasio energi sinar RS=0,67 dan 1,5, P2 berkurang secara signifikan, yaitu masing-masing 403,3 mikron dan 93,6 mikron. Ketika rasio energi sinar RS=2, kedalaman penetrasi las pada penampang sambungan adalah 1151,6 mikron.
Pengaruh rasio energi berkas paralel terhadap pembentukan sambungan las.
Ketika daya laser 2,8 kW, kecepatan pengelasan 33 mm/s, jumlah defokus 0 mm, dan jarak antar berkas 1 mm, permukaan las yang diperoleh dengan mengubah rasio energi berkas (RS=0,25, 0,5, 0,67, 1,5, 2, 4) ditunjukkan pada gambar. Ketika RS=2, pola sisik ikan pada permukaan las relatif tidak beraturan. Permukaan las yang diperoleh dengan lima rasio energi berkas berbeda lainnya terbentuk dengan baik, dan tidak ada cacat yang terlihat seperti pori-pori dan percikan. Oleh karena itu, dibandingkan dengan pengelasan berkas ganda seri, hasilnya lebih baik.pengelasan laserPermukaan las yang menggunakan sinar ganda paralel lebih seragam dan indah. Ketika RS=0,25, terdapat sedikit cekungan pada lasan; seiring peningkatan rasio energi sinar secara bertahap (RS=0,5, 0,67 dan 1,5), permukaan lasan menjadi seragam dan tidak terbentuk cekungan; namun, ketika rasio energi sinar meningkat lebih lanjut (RS=1,50, 2,00), terdapat cekungan pada permukaan lasan. Ketika rasio energi sinar RS=0,25, 1,5 dan 2, bentuk penampang lasan berbentuk "gelas anggur"; ketika RS=0,50, 0,67 dan 1, bentuk penampang lasan berbentuk "corong". Ketika RS=4, tidak hanya retakan yang terbentuk di bagian bawah lasan, tetapi juga beberapa pori-pori terbentuk di bagian tengah dan bawah lasan. Ketika RS=2, pori-pori proses yang besar muncul di dalam lasan, tetapi tidak ada retakan yang muncul. Ketika RS=0,5, 0,67 dan 1,5, kedalaman penetrasi P2 dari lasan pada sisi paduan aluminium lebih kecil, dan penampang lasan terbentuk dengan baik dan tidak ada cacat pengelasan yang jelas terbentuk. Hal ini menunjukkan bahwa rasio energi berkas selama pengelasan laser berkas ganda paralel juga memiliki dampak penting pada penetrasi lasan dan cacat pengelasan.
Sinar paralel – pengaruh jarak antar sinar terhadap pembentukan sambungan las.
Ketika daya laser 2,8 kW, kecepatan pengelasan 33 mm/s, jumlah defokus 0 mm, dan rasio energi berkas RS=0,67, ubah jarak antar berkas (d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm) untuk mendapatkan morfologi permukaan las seperti yang ditunjukkan pada gambar. Ketika d=0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, permukaan las halus dan rata, dan bentuknya indah; pola sisik ikan pada las teratur dan indah, dan tidak ada pori-pori, retakan, dan cacat lainnya yang terlihat. Oleh karena itu, di bawah empat kondisi jarak antar berkas, permukaan las terbentuk dengan baik. Selain itu, ketika d=2 mm, terbentuk dua las yang berbeda, yang menunjukkan bahwa dua berkas laser paralel tidak lagi bekerja pada kolam lelehan, dan tidak dapat membentuk pengelasan hibrida laser dua berkas yang efektif. Ketika jarak antar berkas sinar adalah 0,5 mm, lasan berbentuk "corong", kedalaman penetrasi P2 lasan pada sisi paduan aluminium adalah 712,9 mikron, dan tidak ada retakan, pori-pori, dan cacat lainnya di dalam lasan. Seiring dengan peningkatan jarak antar berkas sinar, kedalaman penetrasi P2 lasan pada sisi paduan aluminium menurun secara signifikan. Ketika jarak antar berkas sinar adalah 1 mm, kedalaman penetrasi lasan pada sisi paduan aluminium hanya 94,2 mikron. Seiring dengan peningkatan jarak antar berkas sinar lebih lanjut, lasan tidak membentuk penetrasi yang efektif pada sisi paduan aluminium. Oleh karena itu, ketika jarak antar berkas sinar adalah 0,5 mm, efek rekombinasi dua berkas sinar adalah yang terbaik. Seiring dengan peningkatan jarak antar berkas sinar, masukan panas pengelasan menurun tajam, dan efek rekombinasi laser dua berkas sinar secara bertahap memburuk.
Perbedaan morfologi las disebabkan oleh perbedaan aliran dan pembekuan pendinginan kolam lelehan selama proses pengelasan. Metode simulasi numerik tidak hanya dapat membuat analisis tegangan kolam lelehan lebih intuitif, tetapi juga mengurangi biaya eksperimen. Gambar di bawah menunjukkan perubahan pada kolam lelehan samping dengan satu berkas, susunan yang berbeda, dan jarak titik. Kesimpulan utama meliputi: (1) Selama pengelasan dengan satu berkaspengelasan laserDalam prosesnya, kedalaman lubang kolam lelehan adalah yang terdalam, terjadi fenomena runtuhan lubang, dinding lubang tidak beraturan, dan distribusi medan aliran di dekat dinding lubang tidak merata; di dekat permukaan belakang kolam lelehan, aliran balik kuat, dan terdapat aliran balik ke atas di bagian bawah kolam lelehan; distribusi medan aliran permukaan kolam lelehan relatif seragam dan lambat, dan lebar kolam lelehan tidak merata sepanjang arah kedalaman. Terdapat gangguan yang disebabkan oleh tekanan rekoil dinding di kolam lelehan di antara lubang-lubang kecil pada balok ganda.pengelasan laser, dan selalu ada sepanjang arah kedalaman lubang kecil. Seiring bertambahnya jarak antara kedua berkas, kepadatan energi berkas secara bertahap beralih dari keadaan puncak tunggal ke keadaan puncak ganda. Terdapat nilai minimum di antara kedua puncak, dan kepadatan energi secara bertahap menurun. (2) Untuk berkas gandapengelasan laserKetika jarak antar titik adalah 0-0,5 mm, kedalaman lubang kecil kolam lelehan sedikit berkurang, dan perilaku aliran kolam lelehan secara keseluruhan mirip dengan perilaku aliran sinar tunggal.pengelasan laser(3) Ketika jarak antar titik di atas 1 mm, lubang-lubang kecil terpisah sepenuhnya, dan selama proses pengelasan hampir tidak ada interaksi antara kedua laser, yang setara dengan dua pengelasan laser sinar tunggal berurutan/dua paralel dengan daya 1750 W. Hampir tidak ada efek pemanasan awal, dan perilaku aliran kolam leleh mirip dengan pengelasan laser sinar tunggal. (3) Ketika jarak antar titik 0,5-1 mm, permukaan dinding lubang-lubang kecil lebih rata dalam dua susunan, kedalaman lubang-lubang kecil secara bertahap berkurang, dan bagian bawah secara bertahap terpisah. Gangguan antara lubang-lubang kecil dan aliran kolam leleh permukaan paling kuat pada jarak 0,8 mm. Untuk pengelasan seri, panjang kolam leleh secara bertahap meningkat, lebarnya paling besar ketika jarak antar titik 0,8 mm, dan efek pemanasan awal paling jelas ketika jarak antar titik 0,8 mm. Efek gaya Marangoni secara bertahap melemah, dan lebih banyak cairan logam mengalir ke kedua sisi kolam leleh. Buat distribusi lebar lelehan lebih seragam. Untuk pengelasan paralel, lebar kolam lelehan secara bertahap meningkat, dan panjangnya maksimum pada 0,8 mm, tetapi tidak ada efek pemanasan awal; aliran balik di dekat permukaan yang disebabkan oleh gaya Marangoni selalu ada, dan aliran balik ke bawah di bagian bawah lubang kecil secara bertahap menghilang; medan aliran penampang tidak sebaik pada pengelasan seri, gangguan hampir tidak memengaruhi aliran di kedua sisi kolam lelehan, dan lebar lelehan terdistribusi tidak merata.
Waktu posting: 12 Oktober 2023
