Las Laser – Pengaruh Parameter Osilasi ing Las Laser Mode Cincin sing Bisa Diatur (ARM) saka Paduan Aluminium
1. Abstrak
Panliten iki nyelidiki efek amplitudo lan frekuensi osilasi marang kualitas permukaan, makro lan mikrostruktur, lan porositas mode dering sing bisa diatur (ARM).laser sing dilas osilasiPelat paduan aluminium A5083. Asil kasebut nuduhake yen kanthi nambah amplitudo lan frekuensi osilasi, kualitas permukaan las saya apik. Nalika amplitudo mundhak, penampang las malih saka bentuk "goblet" dadi bentuk "bulan sabit". Analisis mikrostruktural nuduhake yen ukuran butiran las ora mudhun kanthi nambah amplitudo lan frekuensi osilasi amarga kompetisi antarane efek pengadukan lan pangurangan laju pendinginan. Porositas las mudhun kanthi nambah parameter osilasi, tekan porositas pungkasan 0,22% nalika amplitudo 2 mm. Tomografi sinar-X telung dimensi luwih ngonfirmasi pengaruh osilasi ing distribusi pori: pori-pori gedhe cenderung nglumpuk ing mburi blumbang cair, dene pori-pori cilik nuduhake simetri sing luwih apik. Riset iki menehi wawasan sing penting kanggo ngoptimalake parameter osilasi kanggo entuk pengelasan laser berkualitas tinggi ing aplikasi paduan aluminium A5083.
2 Latar Belakang Industri
Paduan aluminium nduweni kaluwihan bobot entheng, kekuatan spesifik dhuwur, lan tahan korosi sing apik, lan digunakake sacara wiyar ing otomotif, rel kecepatan tinggi, aerospace lan industri liyane. Pengelasan laser nduweni kaluwihan efisiensi dhuwur, zona sing kena pengaruh panas cilik, lan deformasi pengelasan cilik. Mulane,Las laser minangka metode pengelasan sing ekonomis sing cocog kanggo pelat kandel, sing bisa nyuda jumlah las. Porositas minangka cacat sing signifikan ing pengelasan laser saka paduan aluminium, sing mengaruhi sifat mekanik sambungan sing dilas kanthi serius. Mulane, panliten ekstensif wis ditindakake kanggo nyuda lan ngilangi pembentukan porositas, kalebu ngoptimalake gas pelindung, ngetrapake teknologi dual-beam, nggunakake sistem daya laser termodulasi, lan nggunakake metode sinar osilasi. Teknologi pengelasan osilasi laser unggul amarga kemampuane kanggo nggabungake kaluwihan pengelasan laser karo karakteristik dhewe. Nggunakake pengelasan osilasi laser ora mung bisa nyuda porositas nanging uga nambah mikrostruktur las lan nambah kualitas las. Akeh panliten sing utamane fokus ing macem-macem aspek pengelasan osilasi laser, kalebu pengurangan porositas, optimalisasi distribusi energi, penyempurnaan struktur butiran, lan karakterisasi aliran leleh ing blumbang leleh. Distribusi energi laser nduweni peran penting ing distribusi suhu lan ambane penetrasi pengelasan laser. Ing amplitudo osilasi tartamtu, kanthi tambah frekuensi pemindaian, proses pengelasan transisi saka pengelasan penetrasi jero menyang pengelasan sing ora stabil, lan pungkasane menyang pengelasan konduksi panas. Asil kasebut nuduhake yen nambah amplitudo lan frekuensi pemindaian bisa nyuda porositas, nanging uga nyuda ambane penetrasi las kanthi signifikan, saengga nyuda sifat mekanik las. Ing taun-taun pungkasan, laser mode dering sing bisa diatur (ARM) wis dikembangake, sing mbagi energi laser dadi inti kanthi kapadhetan energi sing dhuwur lan cincin kanthi kapadhetan energi sing sithik, kanthi tujuan kanggo nyetabilake bolongan kunci lan ningkatake kualitas pengelasan. Para peneliti wis nggunakake pengelasan osilasi laser ARM kanggo ngelas paduan aluminium kekuatan tinggi 6xxx ing rasio daya inti/cincin lan jembar osilasi sing beda. Asil eksperimen nuduhake yen faktor utama sing mengaruhi geometri las yaiku jembar osilasi, tinimbang rasio daya inti-cincin. Nanging, distribusi pori lan mekanisme inhibisi ing superposisi osilasi lan laser ARM durung ditliti. Ing makalah iki, teknologi pengelasan osilasi laser ARM anyar diadopsi kanggo nyuda porositas las, entuk ambane penetrasi sing luwih dhuwur lan kualitas las sing luwih apik. Panliten lengkap babagan distribusi energi laser, prilaku dinamis kolam cair, lan mikrostruktur ing frekuensi lan amplitudo osilasi sing beda ditindakake.
3. Tujuan lan Prosedur Eksperimental
Teknologi pengelasan osilasi laser bunder digunakake kanggo ngelas paduan aluminium. Bahan dhasar (BM) yaiku paduan aluminium 5083-O kanthi dimensi 300mm × 100mm × 5mm (dawa × jembar × kekandelan), lan komposisi kimiane dituduhake ing tabel. Sadurunge ngelas, sampel dipoles kanggo mbusak film oksida permukaan, banjur diresiki nganggo aseton ing bak ultrasonik sajrone 15 menit kanggo mbusak lenga permukaan.sistem pengelasan laserUmume kasusun saka robot Kuka, laser disk TruDisk 8001, lan pemindai galvanometer PFO 3D. Laser disk TruDisk 8001 digunakake minangka sumber laser mode cincin sing bisa diatur, kanthi rasio inti/serat cincin 100/400 μm lan daya output maksimum 8 kW (dawane gelombang 1030 nm, parameter kualitas sinar 4,0 mm·rad). Sinar laser kasusun saka bagean inti lan bagean cincin, ing ngendi laser ing bagean inti tengah ngasilake bolongan kunci (60% saka energi laser), lan laser ing bagean cincin njamin distribusi suhu sing apik (40% saka energi laser), kaya sing dituduhake ing Gambar (b). Dawane fokus kolimator lan lensa fokus yaiku 138 mm lan 450 mm. Sajrone proses pengelasan, kamera kecepatan tinggi Phantom V1840 lan sumber cahaya frekuensi tinggi Cavilux digunakake kanggo ngawasi proses pengelasan kanthi wektu nyata, kanthi kecepatan pemotretan 5000 fps lan wektu paparan 1 μs. Ing panliten iki, lintasan osilasi sinar bunder, jalur gerakan laser, lan kecepatan sesaat ditetepake kaya sing dituduhake ing gambar.
4 Asil lan Diskusi
4.1 Karakteristik Morfologi Las Morfologi permukaan las ing macem-macem mode osilasi laser dituduhake ing gambar. Asil kasebut nuduhake yen permukaan las saka pengelasan garis lurus konvensional kasar (kasar 78,01 μm), kanthi kontinuitas riak las sing kurang apik lan panyebaran las sing ora cukup. Pembentukan las sing ora cukup, percikan sing parah, lan undercut uga diamati. Kanthi tambahing amplitudo lan frekuensi osilasi, permukaan las nuduhake sisik iwak sing padhet lan seragam. Kasar permukaan las kanthi amplitudo osilasi 0,5 mm, 1 mm, lan 2 mm yaiku 80,71 μm, 49,63 μm, lan 31,12 μm. Ora ana penyimpangan utawa tonjolan sing disebabake dening percikan. Asil kasebut nuduhake yen frekuensi osilasi sing luwih dhuwur nyebabake aliran kolam cair sing luwih teratur, efek pengadukan sinar laser sing luwih kuat, lan permukaan las sing luwih ideal. Sejatine, bentuk las laser ana hubungane karo gerakan sinar laser. Sajrone pengelasan, owah-owahan ing amplitudo lan frekuensi osilasi ngowahi kecepatan pengelasan, saengga mengaruhi kapadhetan energi linier lan total input panas laser. Morfologi penampang las kasebut awujud "goblet", sing kasusun saka rong bagean: bagean ngisor yaiku "batang", lan bagean ndhuwur yaiku "mangkuk". Ambane penetrasi lan "batang" ditetepake minangka H1 lan H2, lan jembar las ("mangkuk") lan "batang" ditetepake minangka W1 lan W2. Ambane las W1 lan W2 mundhak kanthi sinkron karo paningkatan amplitudo osilasi, lan morfologi las mboko sithik owah saka bentuk "goblet" dadi bentuk "bulan sabit". Kapadhetan energi laser maksimum katon ing tumpang tindih lintasan. Mbandhingake Gambar (b, d) lan (c, e), bisa dideleng manawa paningkatan frekuensi pemindaian bakal nambah area tumpang tindih lintasan ing sadawane jalur pemindaian, nggawe distribusi energi laser luwih seragam. Nanging, pangurangan kapadhetan energi maksimum bakal nyebabake penurunan ambane las.
4.2 Prilaku Kolam Cair Kanggo njlentrehake pengaruh jalur pemindaian marang prilaku kolam cair, sistem kamera kecepatan tinggi digunakake kanggo mirsani proses evolusi kolam cair lan lubang kunci. Gambar (a) nuduhake proses evolusi kolam cair ing sangisore jalur garis lurus. Gambar (bf) minangka diagram evolusi kolam cair ing sangisore parameter osilasi sing beda. Kanthi tambah frekuensi lan amplitudo osilasi, bagean mburi kolam cair dadi luwih bunder amarga ekspansi jembar kolam cair. Nalika dawa kolam cair mundhak, fluktuasi permukaan sing disebabake dening erupsi lubang kunci mudhun sajrone propagasi mundur. Mulane, logam cair cair dadi padhet kanthi lancar lan teratur ing sisih mburi kolam cair, mbentuk sisik iwak las sing seragam lan padhet. Gambar kasebut nuduhake owah-owahan area bukaan lubang kunci sajrone pengelasan laser, sing asale saka gambar fotografi kecepatan tinggi kolam cair. Kaya sing dituduhake ing Gambar (a), sajrone pengelasan garis lurus, ukuran bukaan lubang kunci nuduhake fluktuasi sing jelas. Ana sawetara conto penutupan bolongan kunci (0 mm²), kanthi rata-rata area bukaan bolongan kunci 0,47 mm². Peningkatan amplitudo osilasi uga bisa nyuda fluktuasi lan ningkatake stabilitas. Iki amarga ing pengelasan osilasi, proporsi energi sing luwih gedhe disebarake menyang loro-lorone sisih. Mulane, outlet ing bolongan kunci ngembang, lan amplitudo osilasi mundhak, saengga nambah area bukaan. Peningkatan amplitudo ngembangake rentang pengadukan sinar laser, sing nyebabake ekspansi radius gerakan periodik bolongan kunci. Amarga viskositas logam cair lan tekanan hidrodinamik sing tumindak cedhak tembok bolongan kunci, gerakan arus eddy kedadeyan ing kolam cair pengelasan cedhak bukaan bolongan kunci. Ekspansi area bukaan bolongan kunci nambah stabilitas, nyegah pembentukan gelembung, lan kanthi signifikan nyegah porositas.
4.3 Mikrostruktur Gambar iki nuduhake morfologi EBSD saka penampang las ing frekuensi lan amplitudo osilasi sing beda-beda. Cedhak garis fusi las laser, butiran dendrit kolumnar tuwuh menyang pusat las. Kaya sing dituduhake ing Gambar (a), antarane wilayah "mangkuk" lan "batang", bedane sing jelas ing distribusi butiran kolumnar bisa diamati. Butiran kolumnar disebarake kanthi bentuk U ing sadawane tembok "mangkuk", dene ing wilayah "batang", butiran kolumnar disebarake kanthi bentuk U ing sadawane garis fusi. Sajrone pemadatan las, butiran sing sebagian padat ing zona fusi tumindak minangka situs nukleasi kanggo ngarep pemadatan lan luwih seneng tuwuh tegak lurus karo wates kolam cair ing sadawane arah gradien suhu maksimum. Fenomena iki kedadeyan amarga kapadhetan daya laser sing dhuwur nyebabake panas banget ing njero kolam las. Gradien termal G sing luwih dhuwur lan tingkat pertumbuhan moderat R nggawe G/R luwih gedhe tinimbang ambang batas kanggo transformasi mikrostruktur, sing nyebabake pembentukan butiran kolumnar. Gradien suhu G ing pusat las mudhun, nyebabake rasio G/R mudhun kanthi bertahap ing ngisor ambang transformasi mikrostruktur, transisi menyang butiran sing padha aksis. Butiran sing padha aksis dumunung ing bagean tengah "mangkuk" lan "batang". Amarga "batang" las sempit lan cedhak karo bahan dasar, mula bakal padhet kanthi lengkap sadurunge wilayah "mangkuk" sajrone pendinginan. Bagean "batang" sing padhet tumindak minangka situs nukleasi ing sisih ngisor "mangkuk", sing ningkatake pertumbuhan butiran kolom munggah. Gambar kasebut nuduhake proses pengelasan garis lurus lan osilasi. Dituduhake manawa owah-owahan posisi sinar laser sing terus-terusan ing pengelasan osilasi laser bakal nambah dawa kolam cair antara, nglelehke maneh logam sing wis padhet, sing nyebabake penurunan tingkat pertumbuhan butiran r. Iki bisa nyebabake penurunan G/R ing zona butiran sing padha aksis ngisor.
4.4 Distribusi Porositas Tomografi sinar-X telung dimensi digunakake kanggo nindakake inspeksi lengkap babagan las, kanggo entuk distribusi telung dimensi pori-pori ing las, kaya sing dituduhake ing gambar. Porositas diitung minangka volume total pori-pori dibagi karo volume total las. Kanthi mbandhingake morfologi pori lan distribusi las osilasi laser garis lurus lan las osilasi laser bunder, ditemokake yen las osilasi laser garis lurus ngemot pori-pori volume gedhe, kanthi porositas 2,49%, sing luwih dhuwur tinimbang bunder.las osilasi laserKanthi mbandhingake Gambar (b, c) lan (d, e), bisa dideleng yen nambah frekuensi osilasi mbantu nyegah pembentukan pori-pori. Mbandhingake Gambar (b, d) lan (c, e), bisa dideleng yen nambah amplitudo osilasi uga nduweni peran penting kanggo nyegah pembentukan pori-pori. Nalika amplitudo osilasi ditambah maneh dadi 2 mm (Gambar (f)), porositas luwih suda dadi 0,22%, mung kari volume cilik lan pori-pori cilik. Gambar kasebut nggambarake distribusi area pori ing jarak sing beda-beda saka garis tengah las, sing makili porositas adhedhasar ukuran area pori. Kanggo pengelasan garis lurus, area pori disebarake kanthi simetris ing sadawane garis tengah las, lan mboko sithik mudhun kanthi tambah jarak saka garis tengah las. Asil kasebut nuduhake yen pori-pori sing diinduksi lubang kunci utamane terkonsentrasi ing mburi blumbang cair ing garis tengah las. Kanggo pengelasan osilasi laser, simetri distribusi pori dadi luwih lemah. Gambar kasebut nuduhake area pori ing jarak sing beda-beda saka permukaan las, ing ngendi garis abang makili wates antarane wilayah "mangkuk" lan "batang". Ing kasus pori gedhe sing dominan (Gambar (ac)), area pori ing ndhuwur wates nyumbang luwih saka 85%. Iki amarga transisi kontur ing wates itudinal sing dawa luwih cenderung njebak gelembung ing blumbang las, lan gelembung sing kejebak cenderung migrasi munggah ing sangisore pengaruh daya apung. Ing kasus pori cilik sing dominan (Gambar (df)), pori-pori kasebut dikonsentrasi ing area kasebut ing jarak 0,5 mm ing ngisor garis wates. Wektu pendinginan sing cendhak lan pamindahan munggah sing cilik bisa dadi alesan kanggo fenomena iki.
5 Dudutan
(1) Mode osilasi laser sing beda-beda nduweni efek sing jelas ing permukaan las. Amplitudo lan frekuensi sing luwih dhuwur bisa ningkatake kualitas permukaan, dene parameter osilasi sing gedhe banget bisa nambah kekasaran lan nyebabake cacat cekung.
(2) Wangun las utamane ditemtokake dening parameter osilasi laser, sing mengaruhi kecepatan pengelasan, distribusi energi, lan total input panas. Kanthi tambahing amplitudo osilasi, morfologi las owah saka "goblet" dadi "bulan sabit", lan rasio aspek mudhun.
(3) Kanthi tambahing amplitudo lan frekuensi osilasi, blumbang cair dadi luwih amba lan bagean mburi dadi bunder. Efek osilasi nambah dawa blumbang cair, sing migunani kanggo metune gelembung lan pemadatan sing seragam. Sajrone pengelasan garis lurus, area bukaan bolongan kunci fluktuatif; relatif, fluktuasi iki bisa dikurangi, ningkatake stabilitas pengelasan.
(4) Nambah amplitudo lan frekuensi osilasi nyuda gradien termal lan tingkat pertumbuhan, sing migunani kanggo mbentuk ukuran butir sing gedhe. Nanging, efek pengadukan laser kondusif kanggo nyaring ukuran butir lan ningkatake kekuatan tekstur. Ing parameter laser sing beda-beda, kekerasan las tetep relatif stabil, rada luwih murah tinimbang bahan dasar, sing bisa uga amarga ilang penguapan magnesium.
(5) Tomografi sinar-X telung dimensi nuduhake yen pengelasan garis lurus nduweni porositas sing luwih dhuwur (2,49%) lan volume pori sing luwih gedhe tinimbang pengelasan osilasi. Nambah parameter osilasi bisa nyuda porositas kanthi signifikan, malah tekan 0,22% nalika amplitudo 2 mm. Distribusi area pori owah karo osilasi: pori-pori gedhe nglumpuk ing mburi blumbang cair, lan pori-pori cilik nduweni simetri sing luwih apik. Pori-pori gedhe utamane disebar ing ndhuwur wates antarane wilayah "mangkuk" lan "batang", dene pori-pori cilik dikonsentrasi ing ngisor wates.
Wektu kiriman: 14 Agustus 2025
