Metode pengelasan berkas ganda diusulkan, terutama untuk mengatasi masalah adaptabilitaspengelasan laserUntuk meningkatkan akurasi perakitan, meningkatkan stabilitas proses pengelasan, dan meningkatkan kualitas las, terutama untuk pengelasan pelat tipis dan pengelasan paduan aluminium. Pengelasan laser berkas ganda dapat menggunakan metode optik untuk memisahkan laser yang sama menjadi dua berkas cahaya terpisah untuk pengelasan. Ia juga dapat menggabungkan dua jenis laser yang berbeda, seperti laser CO2, laser Nd:YAG, dan laser semikonduktor daya tinggi. Dengan mengubah energi berkas, jarak antar berkas, dan bahkan pola distribusi energi kedua berkas, medan suhu pengelasan dapat disesuaikan dengan mudah dan fleksibel, mengubah pola keberadaan lubang dan pola aliran logam cair di kolam lebur, memberikan solusi yang lebih baik untuk proses pengelasan. Ruang pilihan yang luas tidak tertandingi oleh pengelasan laser berkas tunggal. Ia tidak hanya memiliki keunggulan penetrasi pengelasan laser yang besar, kecepatan tinggi, dan presisi tinggi, tetapi juga memiliki kemampuan adaptasi yang besar terhadap material dan sambungan yang sulit dilas dengan pengelasan laser konvensional.
Prinsippengelasan laser sinar ganda
Pengelasan sinar ganda berarti menggunakan dua sinar laser secara bersamaan selama proses pengelasan. Susunan sinar, jarak antar sinar, sudut antara kedua sinar, posisi fokus, dan rasio energi kedua sinar merupakan parameter penting dalam pengelasan laser sinar ganda. Biasanya, selama proses pengelasan, umumnya ada dua cara untuk mengatur sinar ganda. Seperti yang ditunjukkan pada gambar, salah satunya diatur secara seri sepanjang arah pengelasan. Pengaturan ini dapat mengurangi laju pendinginan kolam lelehan. Mengurangi kecenderungan pengerasan lasan dan pembentukan pori-pori. Cara lainnya adalah mengaturnya berdampingan atau menyilang di kedua sisi lasan untuk meningkatkan kemampuan adaptasi terhadap celah lasan.
Prinsip pengelasan laser sinar ganda
Pengelasan sinar ganda berarti menggunakan dua sinar laser secara bersamaan selama proses pengelasan. Susunan sinar, jarak antar sinar, sudut antara kedua sinar, posisi fokus, dan rasio energi kedua sinar merupakan parameter penting dalam pengelasan laser sinar ganda. Biasanya, selama proses pengelasan, umumnya ada dua cara untuk mengatur sinar ganda. Seperti yang ditunjukkan pada gambar, salah satunya diatur secara seri sepanjang arah pengelasan. Pengaturan ini dapat mengurangi laju pendinginan kolam lelehan. Mengurangi kecenderungan pengerasan lasan dan pembentukan pori-pori. Cara lainnya adalah mengaturnya berdampingan atau menyilang di kedua sisi lasan untuk meningkatkan kemampuan adaptasi terhadap celah lasan.
Untuk sistem pengelasan laser dua berkas yang disusun secara tandem, terdapat tiga mekanisme pengelasan berbeda tergantung pada jarak antara berkas depan dan belakang, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
1. Pada jenis mekanisme pengelasan pertama, jarak antara kedua berkas cahaya relatif besar. Satu berkas cahaya memiliki kepadatan energi yang lebih besar dan difokuskan pada permukaan benda kerja untuk menghasilkan lubang kunci pada pengelasan; berkas cahaya lainnya memiliki kepadatan energi yang lebih kecil. Hanya digunakan sebagai sumber panas untuk perlakuan panas pra-pengelasan atau pasca-pengelasan. Dengan menggunakan mekanisme pengelasan ini, laju pendinginan kolam las dapat dikontrol dalam rentang tertentu, yang bermanfaat untuk pengelasan beberapa material dengan sensitivitas retak tinggi, seperti baja karbon tinggi, baja paduan, dll., dan juga dapat meningkatkan ketangguhan las.
2. Pada mekanisme pengelasan tipe kedua, jarak fokus antara kedua berkas cahaya relatif kecil. Kedua berkas cahaya menghasilkan dua lubang kunci independen di dalam kolam las, yang mengubah pola aliran logam cair dan membantu mencegah terjadinya penggumpalan. Hal ini dapat menghilangkan terjadinya cacat seperti tepi dan tonjolan manik las serta meningkatkan pembentukan las.
3. Pada jenis mekanisme pengelasan ketiga, jarak antara kedua berkas cahaya sangat kecil. Pada saat ini, kedua berkas cahaya menghasilkan lubang kunci yang sama di kolam las. Dibandingkan dengan pengelasan laser berkas tunggal, karena ukuran lubang kunci menjadi lebih besar dan tidak mudah tertutup, proses pengelasan lebih stabil dan gas lebih mudah dikeluarkan, yang bermanfaat untuk mengurangi pori-pori dan percikan, serta menghasilkan lasan yang kontinu, seragam, dan indah.
Selama proses pengelasan, kedua berkas laser juga dapat dibuat pada sudut tertentu satu sama lain. Mekanisme pengelasannya mirip dengan mekanisme pengelasan berkas ganda paralel. Hasil pengujian menunjukkan bahwa dengan menggunakan dua laser berdaya tinggi dengan sudut 30° satu sama lain dan jarak 1~2 mm, berkas laser dapat menghasilkan lubang kunci berbentuk corong. Ukuran lubang kunci lebih besar dan lebih stabil, yang secara efektif dapat meningkatkan kualitas pengelasan. Dalam aplikasi praktis, kombinasi timbal balik dari kedua berkas cahaya dapat diubah sesuai dengan kondisi pengelasan yang berbeda untuk mencapai proses pengelasan yang berbeda.
6. Metode implementasi pengelasan laser berkas ganda
Akuisisi berkas ganda dapat diperoleh dengan menggabungkan dua berkas laser yang berbeda, atau satu berkas laser dapat dibagi menjadi dua berkas laser untuk pengelasan menggunakan sistem spektrometri optik. Untuk memisahkan berkas cahaya menjadi dua berkas laser paralel dengan daya berbeda, spektroskop atau sistem optik khusus dapat digunakan. Gambar tersebut menunjukkan dua diagram skematik prinsip pemisahan cahaya menggunakan cermin fokus sebagai pemisah berkas.
Selain itu, reflektor juga dapat digunakan sebagai pemisah berkas cahaya, dan reflektor terakhir dalam jalur optik dapat digunakan sebagai pemisah berkas cahaya. Jenis reflektor ini juga disebut reflektor tipe atap. Permukaan reflektifnya bukanlah permukaan datar, tetapi terdiri dari dua bidang. Garis perpotongan kedua permukaan reflektif terletak di tengah permukaan cermin, mirip dengan bubungan atap, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Berkas cahaya paralel menyinari spektroskop, dipantulkan oleh dua bidang pada sudut yang berbeda untuk membentuk dua berkas cahaya, dan menyinari posisi yang berbeda pada cermin fokus. Setelah difokuskan, dua berkas cahaya diperoleh pada jarak tertentu di permukaan benda kerja. Dengan mengubah sudut antara kedua permukaan reflektif dan posisi atap, berkas cahaya terpisah dengan jarak fokus dan susunan yang berbeda dapat diperoleh.
Saat menggunakan dua jenis yang berbedasinar laser tUntuk membentuk berkas ganda, terdapat banyak kombinasi. Laser CO2 berkualitas tinggi dengan distribusi energi Gaussian dapat digunakan untuk pekerjaan pengelasan utama, dan laser semikonduktor dengan distribusi energi persegi panjang dapat digunakan untuk membantu pekerjaan perlakuan panas. Di satu sisi, kombinasi ini lebih ekonomis. Di sisi lain, daya kedua berkas cahaya dapat disesuaikan secara independen. Untuk berbagai bentuk sambungan, medan suhu yang dapat disesuaikan dapat diperoleh dengan menyesuaikan posisi tumpang tindih laser dan laser semikonduktor, yang sangat cocok untuk pengendalian proses pengelasan. Selain itu, laser YAG dan laser CO2 juga dapat dikombinasikan menjadi berkas ganda untuk pengelasan, laser kontinu dan laser pulsa dapat dikombinasikan untuk pengelasan, dan berkas terfokus dan berkas tidak terfokus juga dapat dikombinasikan untuk pengelasan.
7. Prinsip pengelasan laser berkas ganda
3.1 Pengelasan laser sinar ganda pada lembaran galvanis
Lembaran baja galvanis adalah material yang paling umum digunakan dalam industri otomotif. Titik leleh baja sekitar 1500°C, sedangkan titik didih seng hanya 906°C. Oleh karena itu, ketika menggunakan metode pengelasan fusi, biasanya dihasilkan uap seng dalam jumlah besar, yang menyebabkan proses pengelasan menjadi tidak stabil dan membentuk pori-pori pada lasan. Untuk sambungan tumpang tindih, penguapan lapisan galvanis tidak hanya terjadi pada permukaan atas dan bawah, tetapi juga terjadi pada permukaan sambungan. Selama proses pengelasan, uap seng dengan cepat keluar dari permukaan kolam lelehan di beberapa area, sementara di area lain uap seng sulit keluar dari kolam lelehan. Pada permukaan kolam lelehan, kualitas pengelasan sangat tidak stabil.
Pengelasan laser berkas ganda dapat mengatasi masalah kualitas pengelasan yang disebabkan oleh uap seng. Salah satu metodenya adalah mengontrol waktu keberadaan dan laju pendinginan kolam leleh dengan mencocokkan energi kedua berkas secara wajar untuk memfasilitasi keluarnya uap seng; metode lainnya adalah melepaskan uap seng dengan cara melubangi atau membuat alur terlebih dahulu. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6-31, laser CO2 digunakan untuk pengelasan. Laser YAG berada di depan laser CO2 dan digunakan untuk mengebor lubang atau memotong alur. Lubang atau alur yang telah diproses sebelumnya menyediakan jalur keluar untuk uap seng yang dihasilkan selama pengelasan selanjutnya, mencegahnya tetap berada di kolam leleh dan membentuk cacat.
3.2 Pengelasan laser sinar ganda pada paduan aluminium
Karena karakteristik kinerja khusus material paduan aluminium, terdapat beberapa kesulitan dalam menggunakan pengelasan laser [39]: paduan aluminium memiliki tingkat penyerapan laser yang rendah, dan reflektivitas awal permukaan sinar laser CO2 melebihi 90%; sambungan las laser paduan aluminium mudah menghasilkan pori-pori, retakan; pembakaran elemen paduan selama pengelasan, dll. Ketika menggunakan pengelasan laser tunggal, sulit untuk membuat lubang kunci dan menjaga stabilitas. Pengelasan laser sinar ganda dapat meningkatkan ukuran lubang kunci, sehingga sulit bagi lubang kunci untuk tertutup, yang bermanfaat untuk pelepasan gas. Hal ini juga dapat mengurangi laju pendinginan dan mengurangi terjadinya pori-pori dan retakan pengelasan. Karena proses pengelasan lebih stabil dan jumlah percikan berkurang, bentuk permukaan las yang diperoleh dengan pengelasan sinar ganda paduan aluminium juga jauh lebih baik daripada pengelasan sinar tunggal. Gambar 6-32 menunjukkan tampilan sambungan las pengelasan tumpul paduan aluminium setebal 3 mm menggunakan laser sinar tunggal CO2 dan pengelasan laser sinar ganda.
Penelitian menunjukkan bahwa ketika mengelas paduan aluminium seri 5000 setebal 2 mm, ketika jarak antara kedua berkas adalah 0,6~1,0 mm, proses pengelasan relatif stabil dan bukaan lubang kunci yang terbentuk lebih besar, yang kondusif untuk penguapan dan pelepasan magnesium selama proses pengelasan. Jika jarak antara kedua berkas terlalu kecil, proses pengelasan berkas tunggal tidak akan stabil. Jika jarak terlalu besar, penetrasi pengelasan akan terpengaruh, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6-33. Selain itu, rasio energi kedua berkas juga memiliki dampak besar pada kualitas pengelasan. Ketika dua berkas dengan jarak 0,9 mm disusun secara seri untuk pengelasan, energi berkas sebelumnya harus ditingkatkan secara tepat sehingga rasio energi kedua berkas sebelum dan sesudahnya lebih besar dari 1:1. Hal ini membantu meningkatkan kualitas sambungan las, meningkatkan area peleburan, dan tetap mendapatkan sambungan las yang halus dan indah ketika kecepatan pengelasan tinggi.
3.3 Pengelasan balok ganda pada pelat dengan ketebalan tidak sama
Dalam produksi industri, seringkali diperlukan pengelasan dua atau lebih pelat logam dengan ketebalan dan bentuk yang berbeda untuk membentuk pelat sambungan. Terutama dalam produksi otomotif, penerapan pelat yang dilas sesuai pesanan semakin meluas. Dengan mengelas pelat dengan spesifikasi, lapisan permukaan, atau sifat yang berbeda, kekuatan dapat ditingkatkan, bahan habis pakai dikurangi, dan kualitas ditingkatkan. Pengelasan laser pada pelat dengan ketebalan berbeda biasanya digunakan dalam pengelasan panel. Masalah utamanya adalah pelat yang akan dilas harus dibentuk terlebih dahulu dengan tepi yang sangat presisi dan memastikan perakitan yang sangat presisi. Penggunaan pengelasan sinar ganda pada pelat dengan ketebalan yang tidak sama dapat beradaptasi dengan berbagai perubahan celah pelat, sambungan tumpul, ketebalan relatif, dan material pelat. Hal ini dapat mengelas pelat dengan toleransi tepi dan celah yang lebih besar serta meningkatkan kecepatan pengelasan dan kualitas las.
Parameter proses utama pengelasan pelat dengan ketebalan tidak sama di Shuangguangdong dapat dibagi menjadi parameter pengelasan dan parameter pelat, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Parameter pengelasan meliputi daya kedua sinar laser, kecepatan pengelasan, posisi fokus, sudut kepala pengelasan, sudut rotasi sinar sambungan tumpul dua sinar, dan offset pengelasan, dll. Parameter pelat meliputi ukuran material, kinerja, kondisi pemotongan, celah pelat, dll. Daya kedua sinar laser dapat disesuaikan secara terpisah sesuai dengan tujuan pengelasan yang berbeda. Posisi fokus umumnya terletak di permukaan pelat tipis untuk mencapai proses pengelasan yang stabil dan efisien. Sudut kepala pengelasan biasanya dipilih sekitar 6 derajat. Jika ketebalan kedua pelat relatif besar, sudut kepala pengelasan positif dapat digunakan, yaitu laser dimiringkan ke arah pelat tipis, seperti yang ditunjukkan pada gambar; ketika ketebalan pelat relatif kecil, sudut kepala pengelasan negatif dapat digunakan. Offset pengelasan didefinisikan sebagai jarak antara fokus laser dan tepi pelat tebal. Dengan menyesuaikan offset pengelasan, jumlah lekukan las dapat dikurangi dan penampang las yang baik dapat diperoleh.
Saat mengelas pelat dengan celah besar, Anda dapat meningkatkan diameter pemanasan efektif berkas dengan memutar sudut berkas ganda untuk mendapatkan kemampuan pengisian celah yang baik. Lebar bagian atas lasan ditentukan oleh diameter berkas efektif dari kedua berkas laser, yaitu sudut rotasi berkas. Semakin besar sudut rotasi, semakin lebar jangkauan pemanasan berkas ganda, dan semakin besar lebar bagian atas lasan. Kedua berkas laser memainkan peran yang berbeda dalam proses pengelasan. Satu terutama digunakan untuk menembus sambungan, sementara yang lain terutama digunakan untuk melelehkan material pelat tebal untuk mengisi celah. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6-35, di bawah sudut rotasi berkas positif (berkas depan bekerja pada pelat tebal, berkas belakang bekerja pada lasan), berkas depan mengenai pelat tebal untuk memanaskan dan melelehkan material, dan berkas laser berikutnya menciptakan penetrasi. Sinar laser pertama di bagian depan hanya dapat melelehkan sebagian pelat tebal, tetapi sangat berkontribusi pada proses pengelasan, karena tidak hanya melelehkan sisi pelat tebal untuk pengisian celah yang lebih baik, tetapi juga menyatukan material sambungan terlebih dahulu sehingga sinar berikutnya lebih mudah mengelas melalui sambungan, memungkinkan pengelasan yang lebih cepat. Dalam pengelasan sinar ganda dengan sudut rotasi negatif (sinar depan bekerja pada lasan, dan sinar belakang bekerja pada pelat tebal), kedua sinar memiliki efek yang persis berlawanan. Sinar pertama melelehkan sambungan, dan sinar kedua melelehkan pelat tebal untuk mengisi celah. Dalam hal ini, sinar depan diperlukan untuk mengelas melalui pelat dingin, dan kecepatan pengelasan lebih lambat daripada menggunakan sudut rotasi sinar positif. Dan karena efek pemanasan awal dari sinar sebelumnya, sinar kedua akan melelehkan lebih banyak material pelat tebal dengan daya yang sama. Dalam hal ini, daya sinar laser kedua harus dikurangi secara tepat. Sebagai perbandingan, menggunakan sudut rotasi sinar positif dapat meningkatkan kecepatan pengelasan secara tepat, dan menggunakan sudut rotasi sinar negatif dapat mencapai pengisian celah yang lebih baik. Gambar 6-36 menunjukkan pengaruh sudut rotasi sinar yang berbeda terhadap penampang las.
3.4 Pengelasan Laser Dua Sinar pada Pelat Tebal Besar Dengan peningkatan tingkat daya laser dan kualitas sinar, pengelasan laser pada pelat tebal besar telah menjadi kenyataan. Namun, karena laser daya tinggi mahal dan pengelasan pelat tebal besar umumnya membutuhkan logam pengisi, terdapat keterbatasan tertentu dalam produksi aktual. Penggunaan teknologi pengelasan laser dua sinar tidak hanya dapat meningkatkan daya laser, tetapi juga meningkatkan diameter pemanasan sinar efektif, meningkatkan kemampuan melelehkan kawat pengisi, menstabilkan lubang kunci laser, meningkatkan stabilitas pengelasan, dan meningkatkan kualitas pengelasan.
Waktu posting: 29 April 2024
