Para peneliti menggunakan sinar-X yang kuat untuk mendapatkan gambar resolusi tinggi dari proses pengelasan laser ARM, menggali lebih dalam proses pengelasan untuk mengembangkan proses yang lebih baik.
Para insinyur di Lab Aplikasi Coherent, dengan bantuan sinar-X, telah mengamati lebih dekat proses pengelasan laser serat.
Apa yang terjadi di bawah permukaan pengelasan laser?
Di masa lalu, para peneliti telah mempelajari proses pengelasan serat laser secara ekstensif menggunakan video konvensional berkecepatan tinggi. Video berkecepatan tinggi memberikan referensi untuk mempelajari dinamika logam cair dan kolam uap (disebut "vias") yang tercipta selama proses pengelasan.
Biasanya, kamera ditempatkan di atas bagian tersebut untuk merekam apa yang terjadi pada permukaan las dari perspektif atas ke bawah. Namun, ada lebih banyak hal yang terjadi di dalam lubang kecil daripada yang bisa dilihat dari atas.
Bagaimana Anda bisa benar-benar memahami perubahan yang terjadi di dalam bagian tersebut? Orang-orang pernah melakukan hal ini di masa lalu dengan video sinar-X. Namun video ini tidak memberikan detail yang cukup karena sumber sinar-X tidak cukup kuat.
Dalam kolaborasi penelitian antara tim teknologi produksi di Technical University of Ilmenau, Jerman, dan Coherent Application Laboratory di Hamburg, mereka membayangkan penggunaan sumber sinar-X yang lebih kuat dari sebelumnya untuk melihat perubahan yang terjadi di dalam suatu bagian. dengan melewatkannya langsung melalui logam padat. Hal ini memungkinkan gambar proses pengelasan beresolusi tinggi dilihat dari samping, sehingga memungkinkan untuk melihat bentuk persis dan evolusi lubang kecil selama proses pengelasan.
Meningkatkan Kinerja Pengelasan Laser Serat ARM
Tim menggunakan pendekatan ini untuk mempelajari pengoperasian Coherent Tunable Annular Mode Fiber Laser (FL-ARM), yang memberikan hasil luar biasa - pengelasan baja berkekuatan tinggi bebas retak, pengelasan aluminium tanpa kawat pengisi, dan pengelasan tembaga yang berhasil. Hal ini sebagian besar disebabkan oleh kemampuan laser ARM untuk mengontrol pemanasan dan pendinginan komponen secara tepat selama proses pengelasan; namun, kami tidak sepenuhnya memahami bagaimana hal ini terjadi dan nuansa setiap langkahnya.
Tim mempelajari proses pengelasan laser serat pada pengelasan tembaga, aluminium, dan pelat sangat tipis dan sensitif terhadap panas lainnya yang lebih sulit untuk dilas. Mereka melihat lebih dalam bagaimana semua proses ini bekerja dengan memvisualisasikan proses pengelasan, mengungkap dinamika lubang kecil, dan memahami pengaruh distribusi daya laser ARM yang berbeda pada pembentukan percikan selama pengelasan bahan tembaga. Tujuan akhir dari penelitian ini adalah untuk meningkatkan hasil pengelasan dan mengembangkan metode produksi yang lebih andal.
Perangkat Radiasi Sinkronisasi Eropa
Hanya ada sedikit perangkat di dunia yang dapat menghasilkan sinar-X yang cukup kuat untuk melakukan pencitraan yang dibutuhkan tim. Salah satu sumber sinar-X kuat yang paling terkenal adalah European Synchrotron Radiation Facility Extremely Bright Source (ESRF-EBS) di Grenoble, Prancis, yang mengkhususkan diri dalam melayani para peneliti di berbagai bidang seperti kesehatan, energi bersih, ilmu material, dan seni, dan antropologi, dan bahkan telah digunakan untuk mempelajari sarang lebah dan fosil ikan berumur 119-juta tahun.
Synchrotron sendiri merupakan sebuah tabung dengan keliling 844 meter dan ruang hampa internal yang sangat tinggi. Elektron mengelilinginya dan dipercepat hingga mendekati kecepatan cahaya. Magnet di sekitar cincin digunakan untuk menyebabkan elektron mengubah arah perjalanannya dengan cepat, dan ketika ini terjadi, elektron memancarkan sinar X berenergi sangat tinggi.
Sinar-X ini kemudian diarahkan ke bawah menjadi satu atau lebih dari 44 “garis pancaran” yang berbeda. Garis pancaran ini terletak di laboratorium dan instrumen tempat penelitian sebenarnya dilakukan.
Gambar 1: Para insinyur di Laboratorium Aplikasi Koheren menggunakan sinar-X yang sangat kuat untuk mendapatkan tampilan penampang resolusi tinggi dari proses pengelasan laser ARM di Fasilitas Radiasi Synchrotron Eropa.
Tim Coherent Applications Lab merakit pengaturan pengelasan yang mencakup laser serat HighLight FL-ARM 8kW. Sekelompok kecil peneliti dari tim Teknologi Produksi di Universitas Teknik Ilmenau membangun mekanisme untuk menahan dan memindahkan komponen secara otomatis selama proses pengelasan, serta memfokuskan optik dan sistem pengiriman gas tambahan.
Semua peralatan ini dibawa ke ESRF dan ditempatkan di salah satu garis pancaran di "ruang eksperimen" (ruangan yang seluruhnya terbungkus dalam pelindung timah padat setebal 75 mm). Para peneliti duduk dengan aman di ruangan lain agak jauh dan melakukan penyolderan yang dikendalikan komputer sambil memaparkan perangkat tersebut ke sinar-X. Sistem kamera yang mengubah sinar-X menjadi cahaya tampak merekam aksi pengelasan pada 50,000 frame per detik. Tim tersebut melakukan ratusan pengujian pengelasan individu pada berbagai logam, termasuk baja tahan karat, tembaga, dan aluminium.
Informasi apa yang diberikan oleh proses ini? Itu berarti 14 terabyte data untuk dianalisis, dan perlu waktu untuk menjawab pertanyaan itu sepenuhnya. Namun seperti yang telah kita lihat, dalam pengujian pengelasan busbar tembaga, video dengan jelas menunjukkan bahwa: dengan distribusi daya yang tepat (daya yang kira-kira sama di balok tengah dan balok cincin), lubang-lubang kecil berperilaku stabil dan tidak ada penyempitan di bagian bawah. dari lubang-lubang kecil; sebaliknya, bila daya titik tengah terlalu tinggi, kapiler di bagian bawah menyempit, menyebabkan percikan dan pembentukan lubang udara; dan jika kekuatan cincin terlalu tinggi, material cair akan meluap ke dalam lubang-lubang kecil, tiba-tiba menguap, dan menyebabkan material terlontar.
Selain itu, tim menyelidiki pengaruh gas pelindung pada pembentukan tabung kapiler, dan temuan ini memberikan wawasan yang lebih mendalam tentang pengelasan profil.
Analisis data lebih lanjut akan membantu memberikan pemahaman yang lebih baik dan akurat tentang bagaimana rasio daya antara balok tengah dan balok cincin mempengaruhi hasil berbagai proses pengelasan. Pengetahuan ini akan membantu Coherent Application Labs mengembangkan formulasi proses pengelasan yang lebih kuat dan konsisten, sehingga memberikan pelanggan pengelasan yang lebih baik dan lebih cepat.
