Pengelasan sinar laser lan pengelasan busur wis suwe digunakake kanggo produksi industri, lan ngidini spektrum panggunaan sing amba ing bidang teknologi sambungan bahan. Saben proses kasebut nduweni area aplikasi tartamtu, kaya sing diterangake dening proses fisik transportasi energi menyang benda kerja lan dening aliran energi sing bisa dipikolehi. Energi kasebut ditularake saka sumber sinar laser menyang bahan kanggo diproses kanthi radiasi koheren inframerah energi dhuwur, nggunakake kabel serat optik. Busur ngirim panas sing dibutuhake kanggo pengelasan kanthi arus listrik dhuwur sing mili menyang benda kerja liwat kolom busur. Radiasi laser ndadékaké zona sing kena pengaruh panas sing sempit banget kanthi rasio ambane pengelasan karo jembar jahitan (efek pengelasan jero). Kemampuan jembatan celah saka proses pengelasan laser sithik banget, amarga diameter fokus sing cilik, nanging ing sisih liya bisa tekan kecepatan pengelasan sing dhuwur banget. Proses pengelasan busur nduweni kapadhetan energi sing luwih murah, nanging nyebabake titik fokus sing luwih gedhe ing permukaan benda kerja lan ditondoi kanthi kecepatan pangolahan sing luwih alon. Kanthi nggabungake loro proses kasebut, sinergi sing migunani bisa digayuh. Pungkasanipun, iki ndadekake bisa entuk kaluwihan kualitas lan keuntungan teknik produksi, uga efisiensi biaya sing luwih apik. Proses iki nawakake aplikasi sing menarik lan ekonomis, ing industri otomotif, utamane amarga toleransi sing luwih dhuwur diidini ing las, tingkat sambungan sing luwih dhuwur bisa ditindakake, lan parameter mekanik/teknologi sing apik banget bisa digayuh.
1. Pambuka:
Wiwit taun 1970-an, wis dingerteni kepiye carane nggabungake cahya laser lan busur dadi proses pengelasan gabungan, nanging sajrone wektu sing suwe, ora ana karya pangembangan luwih lanjut sing ditindakake. Bubar iki, para peneliti wis ngalihake perhatian menyang topik iki maneh lan nyoba nggabungake kaluwihan busur karo kaluwihan laser, ing proses pengelasan hibrida. Nalika ing jaman biyen, sumber laser isih kudu mbuktekake kesesuaian kanggo panggunaan industri, saiki wis dadi peralatan teknologi standar ing akeh perusahaan manufaktur.
Kombinasi pengelasan laser karo proses pengelasan liyane diarani "proses pengelasan hibrida". Iki tegese sinar laser lan busur kerja bebarengan ing siji zona pengelasan, lan saling mengaruhi lan ndhukung.
2. Laser:
Pengelasan laser ora mung mbutuhake daya laser sing dhuwur nanging uga sinar sing berkualitas tinggi kanggo entuk "efek las jero" sing dikarepake. Kualitas sinar sing luwih dhuwur bisa dimanfaatake kanggo entuk diameter fokus sing luwih cilik utawa jarak fokus sing luwih gedhe.
Kanggo proyèk pangembangan sing lagi ditindakake, laser solid-state sing dipompa lampu kanthi daya sinar laser 4 kW digunakake. Cahya laser kasebut ditularake liwat serat kaca 600 µm.
Cahya laser dipancarake liwat serat kaca, ing ngendi wiwitan lan pungkasane didinginkan nganggo banyu. Sinar laser diproyeksikan menyang benda kerja dening modul fokus kanthi jarak fokus 200 mm.
3. Proses Hibrida Laser:
Kanggo ngelas benda kerja logam, sinar laser Nd:YAG difokusake kanthi intensitas ndhuwur 106W/cm2. Nalika sinar laser nabrak permukaan materi, titik iki bakal digawe panas nganti suhu penguapan, lan rongga uap kawangun ing logam las amarga uap logam sing metu. Fitur sing mbedakake saka sambungan las yaiku rasio ambane-kanggo-ambane sing dhuwur. Kapadhetan aliran energi saka busur sing kobong bebas rada ndhuwur 104 W/cm2. Gambar 1 nggambarake prinsip dhasar pengelasan hibrida. Sinar laser
Digambarake ing kene menehi panas menyang logam las ing sisih ndhuwur sambungan, saliyane panas saka busur. Ora kaya konfigurasi sekuensial ing ngendi rong proses las sing kapisah tumindak kanthi berturut-turut, pengelasan hibrida bisa dideleng minangka kombinasi saka loro proses las sing tumindak bebarengan ing siji zona proses sing padha. Gumantung saka proses busur utawa laser sing digunakake, lan ing parameter proses, proses kasebut bakal mengaruhi siji liyane kanthi beda lan kanthi cara sing beda [1, 2].
Amarga kombinasi proses laser lan proses busur, ana uga peningkatan ing jerone penetrasi las lan kecepatan pengelasan (dibandhingake karo salah siji proses sing digunakake dhewe). Uap logam sing metu saka rongga uap tumindak mundur marang plasma busur. Penyerapan radiasi laser Nd:YAG ing plasma pangolahan tetep bisa diabaikan. Gumantung saka rasio rong input daya sing dipilih, karakter proses sakabèhé bisa ditemtokake kanthi derajat sing luwih gedhe utawa luwih cilik dening laser utawa dening busur [3,4].
Gambar 1: Representasi skematis: Las LaserHibrid
Penyerapan radiasi laser dipengaruhi banget dening suhu permukaan benda kerja. Sadurunge proses pengelasan laser bisa diwiwiti, pantulan awal kudu diatasi dhisik, utamane ing permukaan aluminium. Iki bisa ditindakake kanthi miwiti pengelasan nganggo program wiwitan khusus. Sawise suhu penguapan wis tekan, rongga uap dibentuk, saengga meh kabeh energi radiasi bisa dilebokake menyang benda kerja. Energi sing dibutuhake kanggo iki ditemtokake dening penyerapan sing gumantung suhu lan jumlah energi sing ilang.
kanthi konduksi menyang sisa benda kerja. Ing pengelasan LaserHybrid, penguapan ora mung kedadeyan saka permukaan benda kerja nanging uga saka kawat pengisi, tegese ana luwih akeh uap logam sing kasedhiya, sing banjur nggampangake input radiasi laser. Iki uga nyegah proses mandheg [5, 6, 7, 8, 9].
4. Aplikasi otomotif:
Kanthi nggunakake teknologi space frame, bobot mobil bisa mudhun nganti 43% dibandhingake karo bodi mobil baja.
Gambar 2: Konsep Audi Space frame A2
Rangka Audi A2 Space kasusun saka Laser 30 m (garis kuning ing gambar 2) lan dawa las MIG 20m. Kajaba iku, 1700 paku keling uga digunakake.
Gambar 3: Perbandingan profil lan teknik sambungan ing Audi-A2
Gambar 4 nuduhake sambungan las LaserHybrid saka bahan cor ALMg3 karo bahan lembaran AlMgSi. Kawat pengisi yaiku AlSi5 lan gas pelindung sing digunakake yaiku Argon. Kanthi nambah daya laser, penetrasi sing luwih jero bisa ditindakake. Nggabungake sinar laser karo busur kanthi cara iki entuk kolam las sing luwih gedhe tinimbang karo proses las sinar laser dhewe. Iki ndadekake bisa ngelas komponen kanthi celah sing luwih amba.
Gambar 4: Sambungan tumpang tindih kanthi celah 0,5 mm
Ing industri otomotif ana akeh aplikasi pengelasan tumpang tindih tanpa persiapan sambungan. Saiki, proses paling canggih kanggo proyek pengelasan iki yaiku proses pengelasan laser nganggo kawat pengisi adhem, amarga retakan panas saka paduan AA 6xxx. Nalika sambungan dilas nganggo kawat pengisi, akeh energi laser sing bakal ilang kanggo nglelehke kawat pengisi kasebut.
Gambar sabanjure nggambarake bedane antarane pengelasan LaserHybrid lan Laser ing sambungan tumpang tindih kanthi kecepatan pengelasan 2,4m/menit. Ing kasus pengelasan laser, ora ana kemungkinan kanggo ngisi manik-manik las, lan undercut diasilake. Kajaba iku, mung ana penetrasi cilik banget menyang bahan dasar. Ambane manik-manik las cilik banget, lan mulane kekuatan tarik sing kurang bakal diarepake. Ing kasus pengelasan LaserHybrid,
Bahan tambahan diangkut menyang blumbang las. Potongan ngisor diisi karo kawat saka proses MIG, lan sebagian energi laser saiki disimpen. Energi laser sing disimpen iki bisa digunakake kanggo nambah penetrasi menyang bahan dasar lan jembar manik las luwih gedhe tinimbang kekandelan bahan, sing dibutuhake saka simulasi numerik.
Gambar 5 Perbandingan antarane LaserHybrid lan pengelasan Laser tanpa kawat pengisi
Kanthi prosedur pengelasan LaserHybrid, bisa ngelas bahan Aluminium, baja, lan baja tahan karat kanthi kekandelan bahan nganti 4 mm. Yen kekandelane dhuwur banget, penetrasi lengkap ora bisa ditindakake. Kanggo nyambungake bahan sing dilapisi seng, luwih becik nggunakake proses mematri laser.
Aplikasi luwih lanjut ing otomotif yaiku power train, as roda, lan bodi mobil, ing ngendi proses pengelasan hibrida laser bisa uga cocog.
Kepala las:
Kepala las kudu duwe dimensi geometris sing cilik, supaya bisa njamin akses sing apik menyang komponen sing bakal dilas, utamane ing lapangan auto-body. Kajaba iku, kudu dirancang kanggo ngidini sambungan sing bisa dicopot menyang kepala robot lan penyesuaian variabel proses kayata jarak fokus, lan jarak stand-off obor ing kabeh koordinat Cartesian. Gambar 5 nuduhake kepala las, nalika proses kasebut lagi ditindakake. Percikan sing kedadeyan sajrone proses las nyebabake tambah akeh rereged ing kaca pelindung. Kaca kuarsa dilapisi ing loro-lorone nganggo bahan anti-reflektif lan dimaksudake kanggo nglindhungi sistem optik laser saka kerusakan.
Gumantung saka tingkat kekotorane, percikan sing nglumpuk ing kaca bisa nyebabake daya laser sing nabrak benda kerja mudhun nganti 90%. Kekotoran sing luwih abot umume nyebabake karusakan kaca pelindung, amarga sebagian gedhe energi radiasi banjur diserep dening kaca kasebut dhewe, nyebabake tekanan termal ing kaca. Kanthi sirah las lan peralatan las kasebut, bisa digunakake kanggo las LaserHybrid, las laser, las MSG lan liya-liyane.Pematrian kawat panas laser.
Gambar 6: Kepala lan proses pengelasan
5. Kauntungan saka pengelasan Laser Hybrid:
Kauntungan ing ngisor iki asil saka gabungan busur lan sinar laser: Kauntungan pengelasan LaserHybrid tinimbang pengelasan laser:
• stabilitas proses sing luwih dhuwur
• kemampuan jembatan sing luwih dhuwur
• penetrasi sing luwih jero
• biaya investasi modal sing luwih murah
• daktilitas sing luwih gedhe
Kauntungane las LaserHybrid tinimbang las MIG:
• kecepatan pengelasan sing luwih dhuwur
• penetrasi sing luwih jero kanthi kecepatan pengelasan sing luwih dhuwur
• input termal sing luwih murah
• kekuwatan tarik sing luwih dhuwur
• sambungan las sing luwih sempit
Gambar 7: Kauntungan saka nggabungake rong proses kasebut
Proses pengelasan busur ditandai karo sumber energi sing murah, kemampuan jembatan sing apik, lan fasilitas kanggo mengaruhi struktur kanthi nambahake logam pengisi. Fitur sing mbedakake saka proses sinar laser, ing sisih liya, yaiku ambane pengelasan sing gedhe, kecepatan pengelasan sing dhuwur, beban termal sing sithik, lan sambungan las sing sempit sing digayuh. Ing ndhuwur kapadhetan sinar tartamtu, sinar laser ngasilake "efek las jero" ing bahan logam sing ngidini komponen kanthi kekandelan tembok sing luwih gedhe dilas - anggere daya laser cukup dhuwur. Pengelasan Laser Hybrid kanthi mangkono ndadekake kecepatan pengelasan sing luwih dhuwur, stabilisasi proses amarga interaksi antarane busur lan sinar laser, efisiensi termal sing tambah, lan toleransi benda kerja sing luwih gedhe. Amarga kolam las luwih cilik tinimbang ing proses MIG, ana input termal sing luwih sithik lan mula zona sing kena pengaruh panas luwih cilik. Iki tegese pengelasan sing luwih sithik.
distorsi, sing nyuda jumlah karya pelurusan pasca-las sabanjure sing kudu ditindakake.
Ing ngendi ana rong kolam las sing kapisah, input termal sabanjure saka busur tegese sinar laser - area sing dilas - utamane ing kasus baja - diwenehi perawatan tempering pasca-las, nyebarake nilai kekerasan kanthi luwih rata ing sambungan. Gambar 6 ngringkes kaluwihan saka proses gabungan (yaiku hibrida).
Saiki ngrembug babagan kaluwihan ekonomi saka pengelasan hibrida tinimbang pengelasan laser, pernyataan ing ngisor iki bisa digawe: Sambungan las sebagian kasusun saka las laser lan sebagian saka las MIG. Proses hibrida ndadekake bisa nyuda daya sinar laser, tegese konsumsi energi sumber laser bisa dikurangi banget, amarga piranti sinar laser mung duwe efisiensi 3%. Kanthi tembung liya: Pangurangan 1 kW ing daya sinar laser sing mengaruhi benda kerja nyebabake pangurangan kira-kira 35 kVA ing daya sing dikonsumsi saka sumber listrik.
Piranti sinar laser regane udakara EUR 0,1 m kanggo saben 1 kWdaya sinar laserKanggo njupuk conto siji, ing kasus ing ngendi panggunaan proses hibrida nggampangake panggunaan piranti sinar laser 2 kW tinimbang sing duwe daya sinar 4 kW, iki nyebabake penghematan EUR 0,2 yuta ing pengeluaran investasi. Nanging, kudu dielingi ing kene yen kanggo proses hibrida, mesin MIG sing regane udakara EUR 20.000 bakal dibutuhake.
Amarga kecepatan pengelasan sing luwih dhuwur, wektu fabrikasi lan biaya pengelasan bisa dikurangi.
6. Pematrian LaserHotwire:
Kemungkinan liyane kanggo nggabungake sinar laser karo kabel pengisi yaiku proses LaserHotwire [10]. Ing prosedur iki, kabel pengisi dipanasake nganggo sumber daya sing padha, sing bisa digunakake kanggoProses pengelasan Laser HibridaKawat pengisi duwé beban arus saka 100 A nganti 220 A. Kacepetan pakan kawat gumantung saka penampang manik patri lan kacepetan patri. Patri nawakake, liwat jumlah logam pengisi, bahan cetakan sing bisa dirampungake kanthi luwih gampang tinimbang sambungan las sing padha. Liwat patri bagean lembaran, karya ndandani bisa ditindakake kanthi cara sing luwih gampang tinimbang sambungan sing dilas. Salah sawijining kaluwihan saka patri LaserHotwire yaiku tahan korosi sing apik ing zona sing dipatri.
Minangka logam pengisi, paduan berbasis tembaga murah kayata SG-CuSi3 digunakake lan Argon dadi gas pelindung.
Gambar 8: Representasi skematisPematrian kawat panas laser:
Gambar sabanjure nuduhake penampang bahan sing dibrazing nganggo kawat Laser Hot. Bahan sing dilapisi seng dibrazing kanthi kecepatan 3 m/menit lan kawat pengisi duwe beban arus 205 A. Input panas sithik banget, mula distorsi sing sithik minangka asil saka proses brazing.
7. Ringkesan:
Las Hibrida Laser minangka teknologi anyar sing nawakake sinergi kanggo macem-macem aplikasi ing industri pengerjaan logam, utamane ing ngendi ora bisa utawa ora layak sacara finansial kanggo entuk toleransi komponen sing dibutuhake kanggo...pengelasan sinar laserJangkauan aplikasi sing luwih jembar lan kemampuan sing dhuwur saka proses gabungan nyebabake daya saing sing luwih apik ing babagan pengeluaran investasi sing luwih murah, wektu fabrikasi sing luwih cendhek, biaya manufaktur sing luwih murah, lan produktivitas sing luwih dhuwur.
Proses LaserHybrid uga nawakake pendekatan anyar kanggo pengelasan aluminium. Nanging, proses stabil sing bisa digunakake ing praktik mung bisa ditindakake bubar iki, amarga daya output laser solid-state sing luwih dhuwur. Akeh panliten sing wis nliti dhasar-dhasar proses pengelasan laser-busur-hibrida. Kanthi "proses pengelasan hibrida", tegese kombinasi pengelasan sinar laser lan proses pengelasan busur, mung kanthi siji zona proses tunggal (plasma lan leleh). Panliten dhasar wis nuduhake manawa proses bisa ditindakake ing ngendi - kanthi nggabungake rong proses kasebut - sinergi bisa digayuh lan kekurangan saben proses sing kapisah bisa dikompensasi, sing nyebabake kemungkinan pengelasan, kemampuan pengelasan, lan keandalan pengelasan sing luwih apik kanggo akeh bahan lan konstruksi sing beda. Utamane, iki wis dituduhake kanggo paduan aluminium. Kanthi milih parameter proses sing disenengi, bisa kanthi selektif mengaruhi sifat pengelasan kayata geometri lan konstitusi struktural. Proses pengelasan busur nambah kemampuan jembatan kanthi nambahake logam pengisi; uga nemtokake jembar sambungan las lan kanthi mangkono nyuda jumlah persiapan benda kerja sing dibutuhake. Kajaba iku, interaksi sing kedadeyan antarane proses kasebut nyebabake peningkatan efisiensi proses sing substansial. Proses kombinasi iki uga mbutuhake biaya investasi sing luwih cilik tinimbang proses pengelasan laser.
Proses mematri kawat Laser Hot bisa digunakake utamane kanggo bahan sing dilapisi seng kanggo entuk ketahanan korosi sing apik.
Wektu kiriman: 18-Apr-2025
