Pengelasan titik adalah metode penyambungan yang cepat dan hemat biaya. Metode ini cocok untuk menyambungkan komponen pelat tipis dengan sambungan tumpang tindih yang tidak memerlukan kekedapan udara. Terdapat banyak jenis pengelasan titik, seperti pengelasan titik resistansi, pengelasan titik busur, pengelasan titik perekat,pengelasan titik komposit, dan pengelasan titik laser. Saat ini, pengelasan titik resistansi banyak digunakan dalam produksi. Mengambil industri otomotif sebagai contoh, 3.000 hingga 4.000 titik las dibutuhkan selama perakitan komponen panel bodi mobil, yang membutuhkan 250 hingga 300 robot, bersama dengan sistem kontrol pendukung dan peralatan bantu lainnya. Namun, pengelasan titik resistansi memiliki fleksibilitas yang buruk. Dengan perkembangan ekonomi yang pesat, siklus pembaruan bentuk dan struktur geometris komponen otomotif menjadi sangat singkat. Peningkatan produk dan model baru membutuhkan jenis teknologi pengelasan titik baru yang efisien dan fleksibel. Oleh karena itu, teknologi pengelasan titik laser secara bertahap menjadi fokus perhatian dan diharapkan akan diterapkan secara luas dalam produksi industri otomotif. Di bidang kedirgantaraan, pengelasan titik laser juga sedang diuji sebagai teknologi alternatif. Untuk waktu yang lama, sambungan tumpang tindih produk kedirgantaraan umumnya menggunakan paku keling, yang melibatkan banyak proses produksi dan beban kerja yang berat. Dengan meningkatnya penerapan material baru seperti paduan aluminium, paduan titanium, dan material komposit, mengadopsi teknologi pengelasan baru untuk menggantikan metode penyambungan tradisional telah menjadi tren utama. Hal ini tidak hanya meningkatkan efisiensi produksi tetapi juga mengurangi berat struktural dan memenuhi persyaratan desain struktural baru, yang sangat penting untuk produk kedirgantaraan. Presisi tinggi dan fleksibilitas tinggi dari pengelasan titik laser memberikan keuntungan signifikan dalam produksi praktis, terutama di industri penerbangan, di mana ia dapat menggantikan proses tradisional seperti pengelasan titik resistansi dan peng铆ingan.
I. Definisi dan Karakteristik Pengelasan Titik Laser
Definisi
Pengelasan titik laser mengacu pada proses peleburan dan penyambungan benda kerja menggunakan satu pulsa laser (t > 1ms) atau serangkaian pulsa laser pada posisi yang sama.
Pengelasan titik laser pada dasarnya mirip dengan proses pengelasan laser lainnya; satu-satunya perbedaan adalah tidak adanya perpindahan relatif antara sinar laser dan benda kerja selama pengelasan titik. Pengelasan titik laser dibagi menjadi dua jenis: pengelasan konduksi termal dan pengelasan lubang kunci. Dalam pengelasan titik konduksi termal, laser hanya dapat melelehkan logam tanpa menguapkannya. Metode ini lebih cocok untuk pengelasan logam dengan ketebalan kurang dari 0,5 mm, seperti pengelasan titik laser Nd:YAG pada komponen elektronik. Dalam pengelasan titik laser lubang kunci, laser dapat langsung masuk ke bagian dalam material melalui lubang kunci, meningkatkan tingkat pemanfaatan energi laser dan mencapai kedalaman penetrasi yang lebih besar. Pengelasan titik resistansi tradisional melelehkan benda kerja untuk membentuk titik las menggunakan panas resistansi yang dihasilkan oleh arus listrik, sedangkan sumber panas pengelasan titik laser berasal dari radiasi laser, sehingga menghasilkan bentuk titik las yang sangat berbeda.
Parameter yang dapat disesuaikan pada pengelasan titik laser umumnya meliputi daya laser, waktu pengelasan titik, dan jumlah defokus. Untuk pengelasan titik menggunakan mode pulsa, parameter juga meliputi bentuk gelombang pulsa, frekuensi, dan siklus kerja. Di antara parameter tersebut, daya laser terutama memengaruhi kedalaman penetrasi titik las, sedangkan waktu pengelasan titik memiliki dampak yang lebih besar pada ukuran lateral titik las. Secara umum, semakin lama waktu aksi laser, semakin besar ukuran permukaan atas dan bawah titik las serta ukuran permukaan fusi. Perubahan jumlah defokus terutama memengaruhi diameter titik dan kepadatan energi yang bekerja pada permukaan benda kerja, sehingga memiliki dampak signifikan pada bentuk keseluruhan titik las.
Karakteristik
- Dengan laser sebagai sumber panas, pengelasan titik menawarkan kecepatan tinggi, presisi tinggi, masukan panas rendah, dan deformasi benda kerja minimal.
- Derajat kebebasan dalam posisi pengelasan titik sangat ditingkatkan, memungkinkan pengelasan titik di semua posisi dan mudah diwujudkan.pengelasan titik satu sisi, sehingga secara signifikan meningkatkan kebebasan dalam desain produk.
- Pengelasan titik laser memiliki persyaratan rendah untuk ukuran sambungan tumpang tindih. Terdapat batasan minimal pada parameter seperti jumlah tumpang tindih sambungan dan jarak antar titik las, dan tidak perlu mempertimbangkan dampak pengalihan arus.
- Untuk pengelasan pelat dengan ketebalan tidak sama, material yang berbeda, dan material khusus (paduan aluminium, lembaran galvanis), pengelasan titik laser memberikan hasil yang lebih baik daripada metode pengelasan titik tradisional.
- Tidak memerlukan banyak peralatan pendukung, dapat beradaptasi dengan cepat terhadap perubahan produk, dan memenuhi permintaan pasar.
II. Analisis Cacat pada Pengelasan Titik Laser
Retak, pori-pori, dan kendur adalah cacat paling umum dalam pengelasan titik laser, yang dianalisis satu per satu di bawah ini.
1. Retakan
Retakan terbagi menjadi retakan permukaan dan retakan memanjang. Laju pemanasan dan pendinginan selama pengelasan titik laser sangat cepat, menghasilkan gradien suhu yang besar antara area yang dipanaskan dan logam di sekitarnya, yang dengan mudah menyebabkan pembentukan retakan. Terjadinya retakan sangat berkaitan dengan material; misalnya, paduan aluminium memiliki kecenderungan yang jauh lebih tinggi untuk retak selama pengelasan titik laser daripada baja tahan karat. Metode yang efektif untuk menekan pembentukan retakan adalah dengan mengoptimalkan bentuk gelombang pulsa untuk mengontrol laju pendinginan proses pembekuan logam dan mengurangi tegangan internal.
2. Pori-pori
Cacat berpori (pori-pori) pada las titik laser dapat dibagi menjadi pori-pori kecil dan pori-pori besar. Pori-pori kecil terutama disebabkan oleh penurunan kelarutan hidrogen dalam logam cair selama pembekuan logam, serta penguapan logam yang cepat di lubang kunci dan gangguan pada kolam lelehan. Pori-pori besar terutama disebabkan oleh laju pendinginan yang terlalu cepat selama pengelasan titik laser, yang menyisakan waktu yang tidak cukup bagi logam di sekitar lubang kunci untuk terisi kembali. Umumnya, pori-pori kecil cenderung terbentuk pada pengelasan titik pulsa panjang, sedangkan pori-pori besar cenderung terjadi pada pengelasan titik pulsa pendek.
Terdapat dua lokasi di mana pori-pori paling mungkin muncul dalam pengelasan titik laser: satu di dekat zona fusi di tengah titik las, dan yang lainnya di akar las. Gambar peleburan yang ditangkap oleh sinar-X menunjukkan bahwa pori-pori di dekat zona fusi terutama disebabkan oleh penyempitan ketika lubang kunci tertutup; untuk pori-pori di akar las, terutama terbentuk oleh runtuhnya lubang kunci karena hilangnya laser dengan cepat setelah pembentukan lubang kunci.
3. Melorot
Pengenduran (sagging) adalah fenomena yang jelas terlihat dalam pengelasan titik laser. Pengenduran di bagian tengah permukaan titik las dan penumpukan logam di sekitarnya disebabkan oleh gaya rekoil yang dihasilkan oleh penguapan logam yang mendorong logam cair ke permukaan titik las. Selama proses pendinginan, logam yang menumpuk di permukaan membeku dengan cepat dan tidak dapat terisi kembali sepenuhnya. Selain itu, kehilangan material yang disebabkan oleh penguapan logam yang cepat dan percikan merupakan faktor lain yang berkontribusi terhadap pengendapan di bagian tengah. Waktu pulsa memiliki dampak signifikan baik pada pengendapan permukaan titik las maupun pembentukan pori-pori. Titik las yang memuaskan dapat diperoleh dengan mengoptimalkan bentuk gelombang dan waktu pulsa.
4. Dampak Jumlah Defokus pada Titik Las
Perubahan jumlah defokus secara langsung mengubah diameter titik dan kepadatan energi. Ketika jumlah defokus meningkat baik ke arah negatif maupun positif, itu berarti diameter titik meningkat dan kepadatan energi menurun. Selama pengelasan titik laser, terdapat hubungan tertentu antara diameter titik dan ukuran lubang kunci awal yang terbentuk oleh laser yang mengenai benda uji, sementara kepadatan energi menentukan laju ekspansi kolam lelehan. Ketika nilai absolut jumlah defokus kecil, diameter titik laser kecil, kepadatan daya laser tinggi, dan laju ekspansi kolam lelehan titik las cepat, tetapi diameter lubang kunci awal kecil. Sebaliknya, ketika jumlah defokus besar, diameter lubang kunci awal besar, tetapi laju ekspansi kolam lelehan melambat, dan ukuran titik las yang dihasilkan mungkin tidak besar. Oleh karena itu, selama perubahan jumlah defokus, efek komprehensif dari diameter titik dan kepadatan daya permukaan titik las menentukan ukuran titik las.
III. Penerapan Teknologi Pengelasan Titik Laser
Pengelasan titik laser memiliki kecepatan tinggi, kedalaman penetrasi besar, deformasi minimal, dan dapat dilakukan pada suhu ruangan atau dalam kondisi khusus dengan peralatan pengelasan sederhana. Selain itu, munculnya laser pulsa frekuensi tinggi (dengan frekuensi lebih tinggi dari 40 pulsa per detik) telah memungkinkan penerapan pengelasan titik laser secara luas dalam perakitan dan pengelasan komponen mikro dan kecil dalam produksi otomatis massal. Saat mengelas komponen elektronik kecil yang membutuhkan zona yang terkena panas kecil—seperti sambungan antara kaca dan logam, sambungan pada sirkuit semikonduktor yang sensitif terhadap panas, dan sambungan antara logam yang berbeda dalam kawat—pengelasan titik laser lebih menguntungkan daripada proses pengelasan titik tradisional (misalnya, pengelasan titik resistansi), dengan titik las bebas polusi dan kualitas pengelasan yang tinggi. Gambar 6-60 menunjukkan contoh aplikasi pengelasan titik laser dalam produksi lampu depan otomotif: laser pulsa solid-state 500W menghasilkan empat titik las serupa dengan frekuensi pulsa yang sangat tinggi.
Saat melakukan pengelasan titik presisi tinggi pada struktur mikro menggunakan energi pulsa tinggi, laser Nd:YAG pulsa memiliki keunggulan teknis dan ekonomis. Dalam sebagian besar aplikasi pengelasan titik industri, laser solid-state pulsa dengan daya rata-rata 50W dan daya pulsa > 2kW pada dasarnya digunakan. Laser dapat bekerja langsung pada benda kerja melalui serat optik atau lensa fokus gabungan.
Pengelasan titik laser dapat diaplikasikan pada berbagai macam material. Misalnya, saat melakukan pengelasan titik pada baterai Li, menggunakan Nd:Teknologi pengelasan titik laser YAGPenyambungan logam yang berbeda lebih efisien daripada pengelasan TIG dan pengelasan titik resistansi. Secara khusus, karena serat optik digunakan untuk mengirimkan laser selama produksi, maka akan lebih mudah untuk berpindah dengan cepat dan fleksibel antar berbagai meja kerja.
Singkatnya, pengelasan titik laser memiliki karakteristik sebagai berikut:
- Dengan meningkatnya daya laser, diameter permukaan titik las berfluktuasi naik turun, sementara diameter permukaan fusi dan permukaan bawah meningkat perlahan. Perubahan bentuk penampang titik las tidak begitu jelas. Seiring bertambahnya durasi, ukuran titik las meningkat dengan cepat, dan laju perubahan diameter permukaan fusi lebih besar daripada laju perubahan diameter permukaan atas dan bawah. Perubahan jumlah defokus memiliki dampak signifikan pada ukuran titik las. Hal ini secara langsung mengubah diameter titik dan kepadatan daya laser, dan efek komprehensif dari kedua faktor ini menentukan ukuran titik las.
- Dalam kasus penetrasi penuh, terlihat jelas adanya penurunan pada permukaan las titik laser. Dengan peningkatan daya dan durasi laser, kedalaman penurunan pada permukaan titik las meningkat. Ketika durasi atau ukuran celah besar, permukaan bawah juga dapat menunjukkan lekukan.
- Saat celah membesar, deformasi keseluruhan titik las, penurunan di bagian tengah, dan lekukan menjadi jelas. Permukaan fusi menyusut, dan kekuatannya menurun dengan cepat. Saat ini, dalam pengelasan resistor, baterai, dan bidang elektronik, proses pengelasan dua titik secara simultan umum digunakan, yang biasanya mengadopsi desain dengan dua sumber cahaya laser.
Waktu posting: 27 Oktober 2025
