Dasar Pengelasan Laser
Pengelasan laser adalah proses non-kontak yang memerlukan akses ke zona pengelasan dari satu sisi bagian yang dilas.
• Pengelasan terbentuk ketika cahaya laser yang kuat dengan cepat memanaskan material, biasanya dihitung dalam milidetik.
• Biasanya ada 3 jenis pengelasan:
– Mode konduksi.
– Mode konduksi/penetrasi.
– Mode penetrasi atau lubang kunci.
• Pengelasan mode konduksi dilakukan pada kepadatan energi rendah yang membentuk nugget las yang dangkal dan lebar.
• Mode konduksi/penetrasi terjadi pada kepadatan energi sedang, dan menunjukkan penetrasi lebih besar daripada mode konduksi.
• Pengelasan mode penetrasi atau lubang kunci dicirikan oleh lasan yang dalam dan sempit.
– Dalam mode ini, sinar laser membentuk filamen bahan yang diuapkan yang dikenal sebagai “lubang kunci” yang memanjang ke dalam bahan dan menyediakan saluran agar sinar laser dapat disalurkan secara efisien ke dalam bahan.
– Pengiriman energi secara langsung ke dalam material tidak bergantung pada konduksi untuk mencapai penetrasi, sehingga meminimalkan panas yang masuk ke dalam material dan mengurangi zona yang terkena panas.
Pengelasan Konduksi
• Penggabungan konduksi menggambarkan serangkaian proses di mana sinar laser difokuskan:
– Untuk memberikan kerapatan daya pada orde 10³ Wmm⁻²
– Meleburkan material untuk menciptakan sambungan tanpa penguapan yang signifikan.
• Pengelasan konduksi memiliki 2 mode:
– Pemanasan langsung
– Transmisi energi.
Panas Langsung
• Selama pemanasan langsung,
– aliran panas diatur oleh konduksi termal klasik dari sumber panas permukaan dan pengelasan dilakukan dengan melelehkan bagian bahan dasar.
• Pengelasan konduksi pertama dilakukan pada awal tahun 1-an, menggunakan ruby berdenyut daya rendah dan CO2 laser untuk konektor kabel.
• Pengelasan konduksi dapat dibuat dalam berbagai jenis logam dan paduan dalam bentuk kawat dan lembaran tipis dalam berbagai konfigurasi menggunakan.
- CO2 , Nd:YAG dan laser dioda dengan tingkat daya sekitar puluhan watt.
– Pemanasan langsung dengan CO2 Sinar laser juga dapat digunakan untuk las tumpang dan las tumpul pada lembaran polimer.
Pengelasan Transmisi
• Pengelasan transmisi merupakan cara yang efisien untuk menggabungkan polimer yang mentransmisikan radiasi inframerah dekat dari Nd:YAG dan laser dioda.
• Energi diserap melalui metode penyerapan antarmuka yang baru.
• Komposit dapat disambung asalkan sifat termal matriks dan penguatnya serupa.
• Mode transmisi energi pengelasan konduksi digunakan dengan bahan yang mentransmisikan radiasi inframerah dekat, terutama polimer.
• Tinta penyerap ditempatkan pada antarmuka sambungan tumpang tindih. Tinta menyerap energi sinar laser, yang dihantarkan ke dalam ketebalan terbatas material di sekitarnya untuk membentuk lapisan film antarmuka cair yang mengeras saat sambungan las.
• Sambungan tumpang bagian tebal dapat dibuat tanpa melelehkan permukaan luar sambungan.
• Las tumpul dapat dilakukan dengan mengarahkan energi ke garis sambungan pada sudut melalui material di satu sisi sambungan, atau dari satu ujung jika material sangat transmisif.
Penyolderan dan Pematrian Laser
• Dalam proses penyolderan dan penyolderan laser, sinar digunakan untuk melelehkan bahan pengisi tambahan, yang membasahi tepi sambungan tanpa melelehkan bahan dasar.
• Penyolderan laser mulai populer pada awal tahun 1980-an untuk menyambung kabel komponen elektronik melalui lubang pada papan sirkuit cetak. Parameter proses ditentukan oleh sifat material.
Pengelasan Laser Penetrasi
• Pada kepadatan daya tinggi, semua material akan menguap jika energinya dapat diserap. Jadi, saat pengelasan dengan cara ini, lubang biasanya terbentuk karena penguapan.
• "Lubang" ini kemudian dilintasi melalui material dengan dinding cair yang menutup di belakangnya.
• Hasilnya adalah apa yang dikenal sebagai "las lubang kunci". Ini ditandai dengan zona fusi sisi paralel dan lebar sempit.
Efisiensi Pengelasan Laser
• Istilah untuk mendefinisikan konsep efisiensi ini dikenal sebagai "efisiensi penggabungan".
• Efisiensi penyambungan bukanlah efisiensi sebenarnya karena memiliki satuan (mm2 yang disambung /kJ yang disuplai).
– Efisiensi = Vt/P (kebalikan dari energi spesifik pemotongan) di mana V = kecepatan lintasan, mm/s; t = ketebalan las, mm; P = daya datang, KW.
Bergabung dengan Efisiensi
• Semakin tinggi nilai efisiensi penyambungan maka semakin sedikit energi yang terbuang untuk pemanasan yang tidak perlu.
– Zona terkena panas (HAZ) bagian bawah.
– Distorsi lebih rendah.
• Pengelasan resistansi paling efisien dalam hal ini karena energi fusi dan HAZ hanya dihasilkan pada antarmuka resistansi tinggi yang akan dilas.
• Sinar laser dan elektron juga memiliki efisiensi yang baik dan kepadatan daya yang tinggi.
Variasi Proses
• Pengelasan Laser dengan Penambahan Busur Listrik.
– Busur dari obor TIG yang dipasang dekat dengan titik interaksi sinar laser akan secara otomatis terkunci pada titik panas yang dihasilkan laser.
– Suhu yang dibutuhkan untuk fenomena ini adalah sekitar 300°C di atas suhu sekitar.
– Efeknya adalah menstabilkan busur yang tidak stabil karena kecepatan lintasannya atau mengurangi resistansi busur yang stabil.
– Penguncian hanya terjadi pada busur dengan arus rendah dan karenanya pancaran katodenya lambat; yaitu, untuk arus kurang dari 80A.
– Busur berada pada sisi benda kerja yang sama dengan laser yang memungkinkan kecepatan pengelasan menjadi dua kali lipat dengan peningkatan biaya modal yang sederhana.
• Pengelasan Laser Sinar Ganda
– Jika 2 sinar laser digunakan secara bersamaan maka ada kemungkinan untuk mengendalikan geometri kolam las dan bentuk manik las.
– Dengan menggunakan 2 berkas elektron, lubang kunci dapat distabilkan sehingga menghasilkan lebih sedikit gelombang pada kolam las dan memberikan penetrasi serta bentuk manik yang lebih baik.
– Sebuah excimer dan CO2 Kombinasi sinar laser menunjukkan peningkatan kopling untuk pengelasan material dengan reflektifitas tinggi, seperti aluminium atau tembaga dapat diperoleh.
– Peningkatan kopling dianggap terutama disebabkan oleh:
• mengubah reflektivitas oleh riak permukaan yang disebabkan oleh excimer.
• efek sekunder yang dihasilkan dari penggabungan melalui plasma yang dihasilkan eksimer.
