Pengelasan Sinar Laser, kanthi kecepatan dhuwur, presisi dhuwur, lan karakteristik non-kontak, digunakake sacara wiyar ing bidang kayata mobil, aerospace, lan piranti elektronik, utamane nuduhake kaluwihan unik ing sambungan bahan sing beda. Nanging, retakan solidifikasi (Retakan Solidifikasi) sing diasilake sajrone proses pengelasan minangka salah sawijining cacat utama sing mbatesi aplikasi industri. Retakan kasebut biasane kedadeyan ing pungkasan solidifikasi ing zona fusi (Zona Fusi), sing dipicu dening efek gabungan saka stres termal, penyusutan solidifikasi, lan film cair ing wates butir, sing sacara signifikan nyuda sifat mekanik lan umur lelah sambungan kasebut.
1. Mekanisme pembentukan
Mekanisme inti saka retakan solidifikasi ana ing film cair sisa ing wates butir ing pungkasan solidifikasi. Sajrone proses solidifikasi, blumbang cair dipérang dadi telung zona: zona cairan bebas, zona cairan sing diwatesi, lan zona padat, kaya sing dituduhake ing Gambar 1. Ing zona cairan sing diwatesi, aliran cairan diblokir lan ora bisa ngimbangi galur sing diasilake dening penyusutan solidifikasi, sing nyebabake pamisahan wates butir. Rasio energi wates butir (γgb) karo energi antarmuka padat-cair (γsl) nemtokake stabilitas film cair: yen γgb < 2γsl, film cair ora stabil lan koalesensi butir kedadeyan; kosok baline, film cair stabil lan inisiasi retakan rawan kedadeyan.
Salajengipun, pembentukan retakan pemadatan uga ana gandheng cenenge karo sifat metalurgi bahan kasebut. Bahan sing beda-beda duwe karakteristik pemadatan sing beda-beda, kayata kisaran suhu pemadatan, tingkat penyusutan pemadatan, lan distribusi unsur paduan, lan liya-liyane. Karakteristik kasebut mengaruhi sensitivitas retakan. Contone, ing bahan sing ngemot akeh fase eutektik titik leleh sing endhek, sensitivitas retakan pemadatan luwih dhuwur amarga fase eutektik iki cenderung mbentuk film cair terus-terusan sajrone pemadatan, saengga nambah pembentukan retakan.
Sajroneproses pengelasan laser, parameter pengelasan kayata daya laser, kecepatan pengelasan, lan ukuran titik uga nduweni pengaruh marang pembentukan retakan pemadatan. Parameter kasebut mengaruhi input panas lan gradien suhu sajrone proses pengelasan, saengga ngowahi struktur pemadatan lan morfologi butiran. Contone, daya laser sing luwih dhuwur lan kecepatan pengelasan sing luwih murah nyebabake input panas sing luwih gedhe lan tingkat pendinginan sing luwih alon, sing ningkatake pertumbuhan kristal kolumnar lan nambah sensitivitas retakan. Kosok baline, daya laser sing luwih murah lan kecepatan pengelasan sing luwih dhuwur nyebabake input panas sing luwih cilik lan tingkat pendinginan sing luwih cepet, sing nggampangake pembentukan kristal sing padha lan nyuda sensitivitas retakan.
2. Langkah-langkah penindasan
Kanggo nyegah retakan solidifikasi kanthi efektifpengelasan laser, para peneliti wis ngusulake macem-macem strategi, sing utamane fokus ing ngontrol struktur butir, ngoptimalake parameter pengelasan, lan ningkatake sifat materi. Kanthi nyaring struktur butir, jumlah wates butir bisa ditambah, lan konsentrasi konsentrasi stres bisa dikurangi, saengga nyuda pembentukan retakan. Panliten nuduhake yen kanthi nggunakake teknologi osilasi sinar laser, kristal kolumnar bisa diowahi dadi kristal equiaxed sing apik tanpa nambah bahan liyane. Osilasi sinar laser bisa nyebarake energi laser, nyebabake blumbang cair ngasilake turbulensi, saengga ngrusak arah pertumbuhan kristal kolumnar lan ningkatake pembentukan kristal equiaxed, kaya sing dituduhake ing Gambar 3. Kajaba iku, osilasi sinar laser uga bisa nambah jembar blumbang cair, nyuda gradien suhu, lan ngluwihi wektu pemadatan blumbang cair, sing kondusif kanggo difusi zat terlarut lan pengisian ulang film cair, saengga nyuda sensitivitas retakan pemadatan kanthi signifikan.
Distribusi film cairan wates butir ing macem-macem bentuk kolam.
Diagram skematis saka blumbang leleh pengelasan, a, b) tanpa osilasi, c, d) osilasi lateral, e, f) osilasi longitudinal, g, h) osilasi sirkumferensial.
Saliyanésinar laserTeknologi osilasi, nggunakake sumber laser ganda uga minangka salah sawijining cara sing efektif kanggo nyegah retakan solidifikasi. Sumber laser ganda bisa nggayuh transformasi saka kristal kolumnar dadi kristal sing padha aksis kanthi ngoptimalake siklus termal, saengga nyuda ukuran butir lan konsentrasi regangan. Contone, nalika nggunakake laser CO₂ minangka sumber panas utama lan laser pulsa Nd:YAG minangka sumber panas tambahan, siklus termal sing dioptimalake bisa dibentuk sajrone pengelasan, ningkatake pembentukan kristal sing padha aksis lan nyuda sensitivitas retakan solidifikasi, kaya sing dituduhake ing Gambar 4.
Ngoptimalake parameter pengelasan uga minangka cara penting kanggo nyegah retakan solidifikasi. Kanthi nyetel parameter kayata daya laser, kecepatan pengelasan, lan ukuran titik, input panas lan gradien suhu sajrone proses pengelasan bisa dikontrol, saengga mengaruhi struktur solidifikasi lan morfologi butiran. Panliten nuduhake yen perawatan pemanasan awal bisa nyuda tingkat pendinginan, ningkatake pembentukan kristal sing padha aksis, lan kanthi mangkono nyuda sensitivitas retakan solidifikasi, kaya sing dituduhake ing Gambar 5. Kajaba iku, metode kayata nggunakake pengelasan laser pulsa lan nambah kecepatan pengelasan uga bisa entuk transformasi saka kristal kolumnar dadi kristal sing padha aksis kanthi ngganti input panas lan tingkat pendinginan, saengga nyuda sensitivitas retakan.
Gambar 5. a) Ora dipanasake, b) Butir-butir sing wis dipanasake sadurunge ing suhu 300°C sing wis dipanasake.
Nalika ngelas bahan sing beda-beda nganggo laser, amarga bedane sifat fisik lan kimia sing signifikan antarane bahan kasebut, senyawa intermetalik sing rapuh gampang kawangun, sing minangka salah sawijining panyebab utama retakan pemadatan. Mulane, nyetel parameter lan setelan laser kanggo nyuda pembentukan utawa jumlah senyawa intermetalik uga minangka strategi penting kanggo nyegah retakan pemadatan. Contone, ing pengelasan laser bahan tembaga-aluminium sing beda-beda, kanthi ngontrol offset sinar laser lan kecepatan pengelasan, rasio pencampuran tembaga lan aluminium ing blumbang cair bisa dikurangi, saengga nyuda pembentukan senyawa intermetalik sing rapuh lan nyuda sensitivitas retakan. Kajaba iku, nggunakake bahan pengisi uga bisa ningkatake kinerja sambungan sing dilas lan nyuda pembentukan retakan. Bahan pengisi bisa nyuda pembentukan senyawa intermetalik kanthi ngganti komposisi lan mikrostruktur sambungan sing dilas lan ningkatake kekokohan sambungan sing dilas.
Retakan solidifikasi minangka salah sawijining cacat umum ing proses pengelasan laser. Mekanisme pembentukane rumit lan nglibatake interaksi saka pirang-pirang faktor kayata panas, mekanika, lan metalurgi. Kanthi nyinaoni mekanisme pembentukan retakan solidifikasi kanthi jero, basis teoritis bisa diwenehake kanggo nyegah retakan. Ing taun-taun pungkasan, para peneliti wis ngusulake macem-macem strategi kanggo nyegah retakan solidifikasi, sing utamane fokus ing ngontrol struktur butir, ngoptimalake parameter pengelasan, lan ningkatake sifat materi. Praktek wis mbuktekake manawa strategi kasebut bisa kanthi efektif nyuda sensitivitas retakan solidifikasi nganti tingkat tartamtu lan ningkatake kualitas lan linuwih pengelasan laser. Nanging, amarga kerumitan lan maneka warna proses pengelasan laser, isih ana sawetara kekurangan ing riset saiki. Contone, kanggo mekanisme inhibisi retakan solidifikasi ing macem-macem bahan lan kahanan pengelasan, riset sing luwih jero isih dibutuhake.
Wektu kiriman: 20-Mar-2025
