Parameter Proses Utama Pengelasan Laser

1) Kekuatan Laser. Ada ambang batas kepadatan energi laser dalam pengelasan laser, di bawahnya kedalaman lelehan dangkal, dan begitu nilai ini tercapai atau dilampaui, kedalaman leleh meningkat secara substansial. Hanya ketika kepadatan daya laser pada benda kerja melebihi ambang batas (tergantung material), plasma dihasilkan, yang menandai stabilisasi pengelasan fusi yang dalam. Jika daya laser di bawah ambang batas ini, benda kerja hanya mengalami pencairan permukaan, yaitu pengelasan hasil dalam jenis perpindahan panas yang stabil. Ketika kepadatan daya laser mendekati kondisi kritis pembentukan lubang kecil, pengelasan fusi yang dalam dan pengelasan konduksi alternatif dan menjadi proses pengelasan yang tidak stabil, menghasilkan fluktuasi besar pada kedalaman lelehan. Dalam pengelasan fusi dalam laser, daya laser mengontrol kedalaman penetrasi dan kecepatan pengelasan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Kedalaman pengelasan lelehan terkait langsung dengan kepadatan daya balok dan merupakan fungsi dari kekuatan balok dan titik fokus balok. Secara umum, untuk diameter tertentu dari balok laser, kedalaman leleh meningkat seiring dengan meningkatnya daya balok.

2) Tempat fokus balok. Ukuran spot balok adalah salah satu variabel terpenting dalam pengelasan laser, karena menentukan kepadatan daya. Namun, pengukurannya merupakan tantangan untuk laser daya tinggi, meskipun banyak teknik pengukuran tidak langsung sudah tersedia.

Ukuran spot batas difraksi fokal balok dapat dihitung dari teori difraksi cahaya, tetapi titik aktual lebih besar dari nilai yang dihitung karena adanya penyimpangan lensa fokus. Metode pengukuran nyata yang paling sederhana adalah metode profil isotermal, yaitu untuk mengukur titik fokus dan diameter perforasi setelah terbakar dan menembus pelat polipropilen dengan kertas tebal. Metode ini harus diukur dengan praktik, menguasai ukuran kekuatan laser dan waktu aksi balok.

3) Nilai penyerapan material. Penyerapan laser oleh material tergantung pada beberapa sifat penting dari material, seperti laju penyerapan, reflektifitas, konduktivitas termal, suhu leleh, suhu penguapan, dll. Yang paling penting adalah laju penyerapan.

Faktor -faktor yang mempengaruhi laju penyerapan material ke sinar laser mencakup dua aspek: pertama, resistivitas material. Setelah mengukur laju penyerapan permukaan material yang dipoles, ditemukan bahwa laju penyerapan material sebanding dengan akar kuadrat dari koefisien resistivitas, yang pada gilirannya bervariasi dengan suhu; Kedua, keadaan permukaan (atau selesai) material memiliki efek yang lebih penting pada laju penyerapan balok, sehingga memiliki efek yang signifikan pada efek pengelasan.

Panjang gelombang output laser CO2 biasanya 10,6μm, keramik, kaca, karet, plastik dan non-logam lainnya pada laju penyerapannya pada suhu kamar sangat tinggi, sementara bahan logam pada suhu kamar pada penyerapannya sangat buruk, sampai bahan yang pernah meleleh atau bahkan menguap, penyerapannya meningkat tajam. Penggunaan lapisan permukaan atau generasi permukaan metode film oksida untuk meningkatkan penyerapan material ke balok sangat efektif.

4) Kecepatan pengelasan. Kecepatan pengelasan memiliki dampak besar pada kedalaman lelehan, meningkatkan kecepatan akan membuat kedalaman lelehan dangkal, tetapi kecepatannya terlalu rendah dan akan menyebabkan pencairan material yang berlebihan, lasan benda kerja melalui. Oleh karena itu, kekuatan laser tertentu dan ketebalan tertentu dari bahan tertentu memiliki kisaran kecepatan pengelasan yang sesuai, dan di mana nilai kecepatan yang sesuai dapat diperoleh ketika kedalaman lelehan maksimum. Gambar 2 memberikan hubungan antara kecepatan pengelasan dan kedalaman lelehan baja 1018.

5) Gas Pelindung. Proses pengelasan laser sering menggunakan gas inert untuk melindungi kolam leleh, ketika beberapa bahan yang dilas terlepas dari oksidasi permukaan, maka juga tidak mempertimbangkan perlindungan, tetapi untuk sebagian besar aplikasi sering digunakan helium, argon, nitrogen dan gas lainnya untuk perlindungan, sehingga benda kerja dari oksidasi selama proses pengelasan.

Helium tidak mudah terionisasi (energi ionisasi tinggi), memungkinkan laser untuk melewati dan energi balok untuk mencapai permukaan benda kerja tanpa hambatan. Ini adalah gas pelindung paling efektif yang digunakan dalam pengelasan laser, tetapi lebih mahal.

Argon lebih murah dan lebih padat, sehingga melindungi lebih baik. Namun, itu rentan terhadap ionisasi plasma logam suhu tinggi, yang menghasilkan pelindung bagian dari balok ke benda kerja, mengurangi daya laser yang efektif untuk pengelasan dan juga mengganggu kecepatan pengelasan dan kedalaman lelehan. Permukaan bagian yang dilas lebih halus dengan perlindungan argon daripada dengan perlindungan helium.

Nitrogen adalah gas pelindung termurah, tetapi tidak cocok untuk beberapa jenis pengelasan stainless steel, terutama karena masalah metalurgi, seperti penyerapan, yang kadang -kadang menghasilkan porositas di zona pangkuan.

Peran kedua menggunakan gas pelindung adalah untuk melindungi lensa fokus dari kontaminasi uap logam dan sputtering tetesan cair cair. Ini terutama diperlukan dalam pengelasan laser daya tinggi, di mana ejecta menjadi sangat kuat.

Fungsi ketiga dari gas pelindung adalah bahwa ia efektif dalam menyebarkan perisai plasma yang diproduksi oleh pengelasan laser berdaya tinggi. Uap logam menyerap sinar laser dan terionisasi ke dalam awan plasma, dan gas pelindung di sekitar uap logam juga terionisasi oleh panas. Jika terlalu banyak plasma, sinar laser dikonsumsi oleh plasma sampai batas tertentu. Kehadiran plasma sebagai energi kedua pada permukaan kerja membuat kedalaman lelehan lebih dangkal dan permukaan kolam las lebih lebar. Laju kompleksasi elektron meningkat dengan meningkatkan jumlah tabrakan elektron-ion dan atom netral-atom untuk mengurangi kepadatan elektron dalam plasma. Semakin ringan atom netral, semakin tinggi frekuensi tabrakan, semakin tinggi laju senyawa; Di sisi lain, hanya energi ionisasi tinggi dari gas pelindung, agar tidak meningkatkan kepadatan elektron karena ionisasi gas itu sendiri.

Seperti dapat dilihat dari meja, ukuran awan plasma bervariasi dengan gas pelindung yang digunakan, dengan helium menjadi yang terkecil, diikuti oleh nitrogen, dan yang terbesar ketika argon digunakan. Semakin besar ukuran plasma, semakin dangkal kedalaman leleh. Alasan untuk perbedaan ini pertama kali disebabkan oleh tingkat ionisasi molekul gas yang berbeda dan juga karena perbedaan difusi uap logam yang disebabkan oleh kepadatan gas pelindung yang berbeda.

Helium adalah yang paling terionisasi dan paling tidak padat, dan dengan cepat menghilangkan uap logam yang naik dari kolam logam cair. Oleh karena itu, penggunaan helium sebagai gas pelindung dapat memaksimalkan penekanan plasma, sehingga meningkatkan kedalaman lelehan dan meningkatkan kecepatan pengelasan; Tidak mudah untuk menyebabkan porositas karena bobotnya yang ringan dan kemampuan untuk melarikan diri. Tentu saja, dari hasil pengelasan kami yang sebenarnya, efek perlindungan dengan gas argon tidak buruk.

Awan plasma pada kedalaman lelehan di zona kecepatan pengelasan rendah adalah yang paling jelas. Ketika kecepatan pengelasan meningkat, pengaruhnya akan melemah.

Gas pelindung dikeluarkan melalui bukaan nozzle pada tekanan tertentu untuk mencapai permukaan benda kerja. Bentuk hidrodinamik nosel dan ukuran diameter outlet sangat penting. Itu harus cukup besar untuk menggerakkan gas pelindung yang disemprotkan untuk menutupi permukaan pengelasan, tetapi untuk secara efektif melindungi lensa dan mencegah kontaminasi uap logam atau kerusakan spatter logam pada lensa, ukuran nozzle juga harus dibatasi. Laju aliran juga harus dikontrol, jika tidak, aliran laminar gas pelindung menjadi turbulen dan atmosfer menjadi terlibat dalam kolam cair, akhirnya membentuk porositas.

Untuk meningkatkan efek perlindungan, juga cara peniup lateral tambahan yang tersedia, yaitu, melalui nosel berdiameter yang lebih kecil akan menjadi gas pelindung ke sudut tertentu langsung ke dalam lubang las cair yang dalam. Gas pelindung tidak hanya menekan awan plasma pada permukaan benda kerja, tetapi juga memberikan pengaruh pada plasma di lubang dan pembentukan lubang kecil, lebih lanjut meningkatkan kedalaman fusi dan mendapatkan jahitan las yang lebih dalam dan lebih lebar daripada yang diinginkan. Namun, metode ini membutuhkan kontrol yang tepat dari ukuran dan arah aliran gas, jika tidak mudah untuk menghasilkan turbulensi dan merusak kolam leleh, yang mengakibatkan proses pengelasan sulit untuk distabilkan.

6) Panjang fokus lensa. Pengelasan biasanya digunakan untuk memfokuskan cara konvergensi laser, pilihan umum 63 ~ 254mm (2.5 '~ 10 ') panjang fokus lensa. Ukuran spot yang terfokus sebanding dengan panjang fokus, semakin pendek focal length, semakin kecil titiknya. Tetapi panjang fokus juga mempengaruhi kedalaman fokus, yaitu, kedalaman fokus meningkat secara bersamaan dengan panjang fokus, sehingga panjang fokus yang pendek dapat meningkatkan kepadatan daya, tetapi karena kedalaman fokus yang kecil, jarak antara lensa dan benda kerja harus dipertahankan secara akurat, dan kedalaman leleh tidak besar. Due to the influence of the spatter generated during the welding process and the laser mode, the actual welding using the shortest depth of focus more focal length 126mm (5'). When the seam is large or the weld seam needs to be increased by increasing the spot size, a lens with a focal length of 254mm (10') can be selected, in which case a higher laser output power (power density) is required to achieve a deep Lelehkan efek lubang kecil.

Ketika daya laser melebihi 2kW, terutama untuk sinar laser CO2 10.6μm, karena penggunaan bahan optik khusus untuk membentuk sistem optik, untuk menghindari risiko kerusakan optik pada lensa fokus, sering memilih metode pemfokusan refleksi, umumnya menggunakan cermin tembaga yang dipoles untuk reflektor. Karena pendinginan yang efektif, sering direkomendasikan untuk fokus berkas laser daya tinggi.

7) Posisi titik fokus. Pengelasan, untuk mempertahankan kepadatan daya yang cukup, posisi titik fokus sangat penting. Perubahan dalam posisi titik fokus relatif terhadap permukaan benda kerja secara langsung mempengaruhi lebar dan kedalaman lasan. Gambar 3 menunjukkan efek posisi titik fokus pada kedalaman leleh dan lebar jahitan baja 1018. Dalam sebagian besar aplikasi pengelasan laser, titik fokus biasanya diposisikan sekitar 1/4 dari kedalaman lelehan yang diinginkan di bawah permukaan benda kerja.

8) Posisi balok laser. Ketika laser mengelas bahan yang berbeda, posisi balok laser mengontrol kualitas akhir lasan, terutama dalam kasus sambungan pantat yang lebih sensitif terhadap ini daripada sambungan pangkuan. Misalnya, ketika roda gigi baja yang dikeraskan dilas ke drum baja ringan, kontrol yang tepat dari posisi balok laser akan memfasilitasi produksi lasan dengan komponen karbon yang dominan rendah, yang memiliki ketahanan retak yang lebih baik. Dalam beberapa aplikasi, geometri benda kerja yang akan dilas membutuhkan balok laser untuk dibelokkan oleh sudut. Ketika sudut defleksi antara sumbu balok dan bidang sambungan dalam 100 derajat, penyerapan energi laser oleh benda kerja tidak akan terpengaruh.

9) Pengelasan titik awal dan akhir dari kenaikan bertahap daya laser, kontrol penurunan bertahap. Pengelasan fusi laser dalam, terlepas dari kedalaman lasan, fenomena lubang kecil selalu ada. Ketika proses pengelasan diakhiri dan sakelar daya dimatikan, kawah akan muncul di ujung lasan. Selain itu, ketika lapisan laser laser menutupi lasan asli, akan ada penyerapan yang berlebihan dari balok laser, yang mengakibatkan overheating atau porositas lasan.

Untuk mencegah fenomena di atas, titik awal dan stop point dapat diprogram sehingga daya start dan stop menjadi dapat disesuaikan, yaitu daya awal meningkat secara elektronik dari nol ke nilai daya yang ditetapkan dalam periode waktu yang singkat dan waktu pengelasan disesuaikan, dan akhirnya daya secara bertahap dikurangi dari daya yang ditetapkan ke nilai nol ketika label diakhirinya.