1.Pdetildari lpengelasan aser
Pengelasan laser dapat dilakukan dengan sinar laser yang terus menerus atau berdenyut. Prinsip pengelasan laser dapat dibagi menjadi pengelasan konduksi termal dan pengelasan penetrasi dalam laser. Ketika kepadatan daya kurang dari 104 ~ 105W / cm2, itu adalah pengelasan konduksi panas. Saat ini, kedalaman pengelasan dangkal dan kecepatan pengelasan lambat. Ketika kerapatan daya lebih dari 105 ~ 107W / cm2, permukaan logam dimasukkan ke dalam" rongga" di bawah aksi panas, membentuk pengelasan fusi yang dalam. Rasio aspek lebar dan cepat.
Prinsip pengelasan laser konduksi termal adalah: radiasi laser memanaskan permukaan yang akan diproses, dan panas permukaan disebarkan ke dalam dengan konduksi termal. Dengan mengontrol parameter laser seperti lebar pulsa laser, energi, daya puncak, dan frekuensi pengulangan, benda kerja dilebur untuk membentuk kolam cair tertentu.
Mesin las laseruntuk pengelasan roda gigi dan pengelasan lembaran metalurgi terutama melibatkan pengelasan penetrasi dalam dengan laser. Berikut ini berfokus pada prinsip pengelasan penetrasi dalam laser.
Pengelasan penetrasi dalam laser umumnya menggunakan sinar laser kontinu untuk menyelesaikan sambungan material. Proses fisik metalurgi sangat mirip dengan pengelasan berkas elektron, yaitu mekanisme konversi energi diselesaikan melalui" lubang kunci" struktur. Di bawah iradiasi laser dengan kepadatan daya yang cukup tinggi, bahan menguap dan membentuk lubang kecil. Lubang berisi uap ini seperti benda hitam, yang menyerap hampir semua energi pancaran sinar. Suhu kesetimbangan di dalam rongga mencapai sekitar 2500 ° C. Panas ditransfer dari dinding luar rongga suhu tinggi, yang melelehkan logam yang mengelilingi rongga. Lubang kecil diisi dengan uap suhu tinggi yang dihasilkan oleh penguapan terus menerus dari bahan dinding di bawah balok. Empat dinding lubang kecil mengelilingi logam cair, dan logam cair mengelilingi bahan padat. (Dalam kebanyakan proses pengelasan konvensional dan pengelasan konduksi laser, energinya adalah yang pertama (disimpan di permukaan benda kerja, dan kemudian ditransfer ke interior melalui transfer). Aliran cairan dan tegangan permukaan dinding di luar dinding pori konsisten dengan uap tekanan terus menerus dihasilkan di dalam rongga pori dan menjaga keseimbangan dinamis. Sinar cahaya terus menerus memasuki lubang kecil, dan material di luar lubang kecil terus mengalir. Saat sinar bergerak, lubang kecil selalu dalam kondisi aliran yang stabil. Artinya, lubang kecil dan logam cair yang mengelilingi dinding lubang bergerak maju dengan kecepatan maju dari balok utama. Logam cair mengisi celah yang tersisa setelah lubang kecil dihilangkan dan mengembun dengannya, dan lasan terbentuk. Semua Hal ini terjadi sangat cepat sehingga kecepatan pengelasan dapat dengan mudah mencapai beberapa meter per menit.
2.Parameter proses utama pengelasan penetrasi dalam laser
(1)Kekuatan laser. Ada ambang batas kepadatan energi laser dalam pengelasan laser. Di bawah nilai tersebut, kedalaman penetrasi sangat dangkal. Begitu mencapai atau melebihi nilai ini, kedalaman penetrasi akan sangat meningkat. Plasma dihasilkan hanya jika kepadatan daya laser pada benda kerja melebihi ambang batas (tergantung material), yang menandakan pengelasan penetrasi dalam yang stabil. Jika daya laser lebih rendah dari ambang batas ini, hanya permukaan benda kerja yang meleleh, yaitu, pengelasan dilakukan dalam jenis konduksi panas yang stabil. Namun, ketika kepadatan daya laser mendekati kondisi kritis untuk pembentukan lubang kecil, pengelasan penetrasi dalam, dan pengelasan konduktif dilakukan secara bergantian, yang menjadi proses pengelasan yang tidak stabil, yang mengakibatkan fluktuasi besar pada kedalaman penetrasi. Dalam pengelasan dalam laser, daya laser mengontrol kedalaman penetrasi dan kecepatan pengelasan. Kedalaman penetrasi las secara langsung berhubungan dengan kepadatan daya balok dan merupakan fungsi dari daya balok datang dan titik fokus balok. Secara umum, untuk sinar laser berdiameter tertentu, kedalaman penetrasi meningkat dengan meningkatnya daya pancaran.
(2)Titik fokus sinar. Ukuran titik balok adalah salah satu variabel terpenting untuk pengelasan laser karena menentukan kepadatan daya. Namun untuk laser berkekuatan tinggi, pengukurannya merupakan masalah yang sulit, walaupun sudah ada banyak teknik pengukuran tidak langsung.
Ukuran titik batas difraksi titik sinar dapat dihitung menurut teori difraksi cahaya, tetapi karena aberasi lensa pemfokusan, ukuran titik sebenarnya lebih besar dari nilai yang dihitung. Metode pengukuran yang paling sederhana adalah profil isotermal, yang mengukur titik fokus dan diameter perforasi setelah pembakaran dan penetrasi papan polypropylene dengan kertas tebal. Metode ini mengukur daya laser dan waktu pancaran melalui praktik pengukuran.
(3)Nilai serapan material. Penyerapan laser oleh suatu bahan bergantung pada beberapa sifat penting dari bahan tersebut, seperti absorptivitas, reflektifitas, konduktivitas termal, suhu leleh, suhu penguapan, dll. Yang terpenting adalah absorptivitas.
Faktor-faktor yang mempengaruhi tingkat penyerapan sinar laser oleh material meliputi dua aspek: Pertama, resistivitas material&# 39. Setelah mengukur absorbansi permukaan material yang dipoles, ditemukan bahwa absorbansi material sebanding dengan akar kuadrat dari resistivitas, dan resistivitas bervariasi dengan suhu dan perubahan; kedua, keadaan permukaan (atau kehalusan) material memiliki pengaruh yang lebih penting pada laju penyerapan balok, yang memiliki pengaruh signifikan pada efek pengelasan.
Panjang gelombang keluaran laser CO2 biasanya 10,6 μm. Non logam seperti keramik, kaca, karet, dan plastik memiliki daya serap yang tinggi pada suhu ruang, dan bahan logam memiliki daya serap yang buruk pada suhu ruang hingga bahan tersebut meleleh bahkan gas. Daya serapnya meningkat tajam.
Sangat efektif untuk meningkatkan penyerapan berkas cahaya dengan metode pelapisan permukaan atau pembentukan film oksida di permukaan.
(4)Kecepatan pengelasan. Kecepatan pengelasan berdampak lebih besar pada kedalaman penetrasi. Meningkatkan kecepatan akan membuat kedalaman penetrasi menjadi lebih dangkal, tetapi kecepatan yang terlalu rendah akan menyebabkan pelelehan material dan pengelasan benda kerja yang berlebihan. Oleh karena itu, ada kisaran kecepatan pengelasan yang sesuai untuk material tertentu dengan daya laser tertentu dan ketebalan tertentu, dan kedalaman penetrasi maksimum dapat diperoleh pada nilai kecepatan yang sesuai.
(5)Gas pelindung. Proses pengelasan laser sering kali menggunakan gas lembam untuk melindungi kolam lelehan. Ketika beberapa bahan dilas, oksidasi permukaan dapat diabaikan, tetapi perlindungan tidak dipertimbangkan, tetapi untuk sebagian besar aplikasi, helium, argon, nitrogen, dan gas lainnya sering digunakan untuk melindungi benda kerja. Terlindung dari oksidasi selama pengelasan.
Helium tidak mudah terionisasi (energi ionisasi lebih tinggi), yang memungkinkan laser lewat dengan lancar, dan energi pancaran mencapai permukaan benda kerja tanpa hambatan. Ini adalah gas pelindung paling efektif yang digunakan dalam pengelasan laser, tetapi lebih mahal.
Argon lebih murah dan memiliki kepadatan lebih tinggi, sehingga efek perlindungannya lebih baik. Namun, ini rentan terhadap ionisasi plasma logam suhu tinggi. Akibatnya, ini melindungi bagian dari pancaran sinar ke benda kerja, mengurangi daya laser efektif untuk pengelasan, dan merusak kecepatan pengelasan dan penetrasi. Permukaan lasan yang dilindungi dengan argon lebih halus daripada yang dilindungi dengan helium.
Nitrogen adalah gas termurah sebagai gas pelindung, tetapi tidak cocok untuk pengelasan jenis baja tahan karat tertentu, terutama karena masalah metalurgi, seperti penyerapan, dan terkadang pori-pori terbentuk di area tumpang tindih.
Peran kedua menggunakan gas pelindung adalah untuk melindungi lensa fokus dari kontaminasi uap logam dan percikan tetesan cairan. Terutama selama pengelasan laser daya tinggi, karena ejeksi menjadi sangat kuat, saat ini lensa lebih perlu dilindungi.
Fungsi ketiga dari gas pelindung adalah untuk secara efektif menghilangkan pelindung plasma yang dihasilkan oleh pengelasan laser daya tinggi. Uap logam menyerap sinar laser dan terionisasi menjadi awan plasma. Gas pelindung yang mengelilingi uap logam juga diionisasi dengan pemanasan. Jika terlalu banyak plasma, sinar laser dikonsumsi oleh plasma sampai batas tertentu. Plasma ada di permukaan kerja sebagai energi kedua, yang membuat penetrasi lebih dangkal dan permukaan kolam pengelasan lebih lebar. Laju rekombinasi elektron ditingkatkan dengan meningkatkan tumbukan elektron dengan ion dan atom netral, sehingga dapat mengurangi kerapatan elektron dalam plasma. Semakin ringan atom netral, semakin tinggi frekuensi tumbukan, dan semakin tinggi laju rekombinasi; Sebaliknya, hanya gas pelindung dengan energi ionisasi tinggi yang tidak akan meningkatkan kerapatan elektron akibat ionisasi gas itu sendiri.
Helium memiliki ionisasi terendah dan kerapatan terendah, dan dapat dengan cepat menghilangkan uap logam yang meningkat yang dihasilkan dari kumpulan logam cair. Oleh karena itu, penggunaan helium sebagai gas pelindung dapat menekan plasma secara maksimal, sehingga meningkatkan kedalaman penetrasi dan kecepatan pengelasan; bisa lepas karena sifatnya yang ringan dan tidak mudah menimbulkan pori-pori. Tentu saja, dari efek pengelasan kami yang sebenarnya, efek perlindungan dengan argon tidak buruk.
Pengaruh awan plasma pada penetrasi paling jelas di wilayah kecepatan pengelasan rendah. Saat kecepatan pengelasan meningkat, efeknya berkurang.
Gas pelindung dikeluarkan ke permukaan benda kerja melalui nosel dengan tekanan tertentu. Bentuk hidrodinamik nosel dan diameter saluran keluar sangat penting. Itu harus cukup besar untuk menggerakkan gas pelindung yang disemprotkan untuk menutupi permukaan pengelasan, tetapi untuk melindungi lensa secara efektif dan mencegah polusi uap logam atau percikan logam dari kerusakan lensa, ukuran nosel juga harus dibatasi. Laju aliran juga harus dikontrol, jika tidak, aliran laminar dari gas pelindung menjadi turbulen, atmosfer ditarik ke dalam kolam cair, dan akhirnya, pori-pori terbentuk.
Untuk meningkatkan efek proteksi, metode side blowing tambahan juga dapat digunakan, yaitu gas pelindung langsung diinjeksikan ke dalam lubang kecil pengelasan penetrasi dalam melalui nosel berdiameter kecil pada sudut tertentu. Gas pelindung tidak hanya menekan awan plasma pada permukaan benda kerja, tetapi juga memberikan pengaruh pada plasma di dalam lubang dan pembentukan lubang kecil, dan kedalaman penetrasi selanjutnya ditingkatkan untuk mendapatkan pengelasan yang ideal dengan kedalaman- perbandingan lebar. Namun, metode ini membutuhkan kontrol yang tepat dari besaran dan arah aliran gas, jika tidak, turbulensi kemungkinan besar akan terjadi dan merusak kolam cair, yang membuat proses pengelasan sulit untuk distabilkan.
(6)Panjang fokus lensa. Saat pengelasan, pemfokusan biasanya digunakan untuk menyatukan laser. Umumnya, digunakan lensa dengan panjang fokus 63 ~ 254mm (2,5" ~ 10"). Ukuran titik fokus berbanding lurus dengan panjang fokus. Semakin pendek panjang fokusnya, semakin kecil titik fokusnya. Namun demikian, panjang fokus juga memengaruhi kedalaman fokus, yaitu, kedalaman fokus meningkat secara serempak dengan panjang fokus, sehingga panjang fokus yang pendek dapat meningkatkan kerapatan daya, tetapi karena kedalaman fokus kecil, jarak antara lensa dan lensa. benda kerja harus dirawat secara akurat, dan kedalaman penetrasi tidak besar. Karena efek spatters dan mode laser yang dihasilkan selama pengelasan, kedalaman fokus terpendek yang digunakan dalam pengelasan sebenarnya sebagian besar adalah panjang fokus 126mm (5 ”). Jika jahitannya besar atau perlu menambah las dengan menambah ukuran titik, Pilih lensa dengan panjang fokus 254mm (10 ”). Dalam kasus ini, untuk mencapai efek lubang jarum leleh dalam, diperlukan daya keluaran laser (kerapatan daya) yang lebih tinggi.
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 pemfokusan, metode pemfokusan refleksi adalah sering digunakan, dan cermin tembaga yang dipoles umumnya digunakan sebagai cermin. Karena pendinginannya yang efektif, sering kali direkomendasikan untuk pemfokusan sinar laser daya tinggi.
(7)Posisi fokus. Untuk menjaga kepadatan daya yang cukup selama pengelasan, posisi fokus sangat penting. Perubahan posisi relatif fokus dan permukaan benda kerja secara langsung mempengaruhi lebar dan kedalaman pengelasan.
Pada sebagian besar aplikasi pengelasan laser, posisi titik fokus biasanya disetel sekitar 1/4 dari kedalaman penetrasi yang diperlukan di bawah permukaan benda kerja.
(8)Posisi sinar laser. Saat laser mengelas bahan yang berbeda, posisi sinar laser mengontrol kualitas akhir pengelasan, terutama untuk sambungan pantat, yang lebih sensitif daripada sambungan pangkuan. Misalnya, saat roda gigi baja yang diperkeras dilas ke drum baja karbon rendah, kontrol posisi sinar laser yang benar akan bermanfaat untuk produksi pengelasan yang terutama terdiri dari komponen rendah karbon, yang memiliki ketahanan retak yang lebih baik. Dalam beberapa aplikasi, geometri benda kerja yang dilas membutuhkan sinar laser untuk dibelokkan dengan suatu sudut. Ketika sudut defleksi antara sumbu berkas dan bidang sambungan berada dalam 100 derajat, penyerapan energi laser benda kerja&# 39 tidak akan terpengaruh.
(9)Daya laser pada awal dan akhir pengelasan dikontrol secara bertahap. Dalam pengelasan dalam laser, lubang kecil selalu ada terlepas dari kedalaman las. Saat proses pengelasan dihentikan dan power switch dimatikan, lesung pipit akan muncul di ujung pengelasan. Selain itu, ketika lapisan pengelasan laser menutupi lapisan pengelasan asli, penyerapan sinar laser yang berlebihan dapat terjadi, yang mengakibatkan panas berlebih pada pengelasan atau pembentukan porositas.
To mencegah terjadinya fenomena yang disebutkan di atas, program dapat dibuat untuk titik awal dan akhir daya, sehingga waktu mulai dan akhir daya dapat disesuaikan, yaitu daya awal dinaikkan dari nol menjadi nilai daya yang ditetapkan dalam waktu singkat dengan metode elektronik, dan pengelasan disesuaikan Waktu, dan akhirnya daya secara bertahap dikurangi dari daya yang ditetapkan ke nol saat pengelasan dihentikan.
3.Fitur, kelebihan, dan kekurangan pengelasan fusi dalam laser
(1)Karakteristik pengelasan penetrasi dalam laser
①Rasio aspek tinggi. Karena logam cair terbentuk di sekitar rongga uap suhu tinggi silinder dan meluas ke arah benda kerja, lapisan las menjadi dalam dan sempit.
②Masukan panas minimum. Karena suhu pada lubang kecil sangat tinggi, proses peleburan terjadi sangat cepat, masukan panas ke benda kerja sangat rendah, dan distorsi panas serta zona yang terpengaruh panas kecil.
③Kepadatan tinggi. Karena lubang kecil yang diisi dengan uap suhu tinggi kondusif untuk pengadukan kolam pengelasan dan keluarnya gas, menghasilkan pembentukan lasan penetrasi bebas pori. Tingkat pendinginan yang tinggi setelah pengelasan memudahkan untuk membuat miniatur struktur las.
④Lasan yang kuat. Karena sumber panas panas dan penyerapan komponen non-logam yang cukup, kandungan pengotor berkurang, ukuran inklusi dan distribusinya di kolam cair diubah. Proses pengelasan tidak memerlukan elektroda atau kabel pengisi, dan zona leleh kurang tercemar, membuat kekuatan dan ketangguhan las setidaknya setara atau bahkan lebih besar dari logam induk.
⑤Kontrol yang tepat. Karena titik fokusnya kecil, pengelasan dapat diposisikan dengan akurasi tinggi. Keluaran laser tidak memiliki" inersia" dan dapat dihentikan serta dimulai ulang dengan kecepatan tinggi. Teknologi pemindahan balok CNC dapat mengelas benda kerja yang kompleks.
⑥Proses pengelasan atmosfer non-kontak. Karena energi berasal dari berkas foton dan tidak ada kontak fisik dengan benda kerja, tidak ada gaya luar yang diterapkan pada benda kerja. Selain itu, baik magnet maupun udara tidak berpengaruh pada laser.
(2)Akeuntungan dari pengelasan dalam laser
①Laser terfokus memiliki kepadatan daya yang jauh lebih tinggi daripada metode konvensional, menghasilkan kecepatan pengelasan yang lebih cepat, zona dan deformasi yang lebih sedikit terkena panas, dan pengelasan material yang sulit dilas seperti titanium.
②Karena balok mudah untuk dikirim dan dikendalikan, tidak perlu sering mengganti obor las dan nosel, dan tidak ada ruang hampa yang diperlukan untuk pengelasan berkas elektron, yang secara signifikan mengurangi waktu tambahan untuk mematikan, sehingga faktor beban dan efisiensi produksi tinggi.
③Karena efek pemurnian dan laju pendinginan yang tinggi, lasan memiliki kekuatan, ketangguhan, dan kinerja yang komprehensif.
④Karena input panas rata-rata yang rendah dan akurasi pemesinan yang tinggi, biaya pemrosesan ulang dapat dikurangi; Selain itu, biaya operasi pengelasan laser juga lebih rendah, yang dapat mengurangi biaya pemrosesan benda kerja.
⑤Ini dapat secara efektif mengontrol intensitas sinar dan pemosisian yang baik, dan mudah untuk mewujudkan operasi otomatis.
(3)Kerugian dari pengelasan dalam laser
①Wkedalaman eldingaku sTerbatas.
②Persyaratan perakitan benda kerja tinggi.
③Oinvestasi baru dalam sistem lasertinggi.