Mekanisme Dan Prinsip Teknologi Kontrol Dan Karakteristik Pengelasan Laser

Tren perkembangan dan karakteristik alat pengiriman modern adalah pengoperasian kecepatan tinggi dan struktur ringan. Akibatnya, persyaratan yang lebih tinggi telah diajukan untuk pembuatan struktur utamanya, seperti manufaktur ramah lingkungan yang ringan, monolitik, sangat andal, tahan lama, dan berbiaya rendah. Untuk tujuan ini, paduan titanium berkekuatan tinggi dan ringan, paduan aluminium dan bahan struktural khas lainnya, arus berkas kepadatan energi tinggi sebagai sumber panas pengelasan dari pembuatan pengelasan balok energi tinggi dari keseluruhan struktur, salah satu hasil dari teknologi manufaktur maju untuk memenuhi kebutuhan pembangunan ini. Manufaktur pengelasan balok berenergi tinggi dengan banyak keunggulan, yang dikenal sebagai pemrosesan bahan dan teknologi manufaktur canggih dengan perubahan revolusioner dalam teknologi baru, terutama pada paduan ringan baru dalam struktur utama manufaktur pengelasan memiliki prospek penerapan yang luas, atas nama satu dari paduan titanium kompleks besar, paduan aluminium.
Pelat dinding yang diperkuat atau struktur rongga dari manufaktur pengelasan laser berkecepatan tinggi dan efisien. Laser adalah cahaya koheren berintensitas tinggi berdasarkan prinsip radiasi atom yang tereksitasi, yang menghasilkan cahaya berintensitas tinggi dengan menggairahkan zat yang bekerja. Selain mematuhi semua hukum optik seperti halnya cahaya biasa, laser memiliki sejumlah karakteristik lain yang tidak ditemukan pada sumber cahaya lain seperti arah yang baik, kecerahan tinggi, dan monokromatisitas yang baik. Ini adalah arah laser yang baik dan kecerahan tinggi yang merupakan konsentrasi energi yang tinggi dalam ruang dan waktu, dapat ditransmisikan dalam jarak jauh dan memiliki energi atau intensitas tinggi, di bidang pemrosesan bahan (termasuk pengelasan) dapat dianggap sebagai sumber panas yang ideal. Penerapan laser sebagai energi baru sangat memperluas bidang penerapan pemrosesan material. Pengelasan laser merupakan salah satu aspek penting dalam penerapan laser.
Pengelasan laser adalah jenis penggunaan sinar laser setelah pemfokusan dengan kepadatan energi tinggi (10 ^ 6 ~ 10 ^ 12 W / cm) sebagai sumber panas untuk memanaskan peleburan benda kerja dengan metode pengelasan peleburan khusus. Ini adalah pengelasan leleh berdasarkan efek fototermal, yang mengasumsikan bahwa laser diserap oleh material dan diubah menjadi energi panas yang diperlukan untuk pengelasan. Biasanya, intensitas sinar laser yang berbeda pada permukaan material menyebabkan fenomena fisik yang berbeda, termasuk peningkatan suhu permukaan, peleburan, penguapan, pembentukan lubang kecil, dan pembentukan fotoplasma, dll. Fenomena fisik ini menentukan pengelasan proses mekanisme aksi termal, sehingga pengelasan laser adanya pengelasan konduksi panas dan mode pengelasan leleh dalam dari dua jenis pengelasan. Transisi antara dua mode ini terutama bergantung pada kepadatan daya titik laser yang bekerja pada material.
Untuk material tertentu, terdapat ambang kepadatan daya spesifik (0.5x10^6 hingga 10^7 W/cm untuk sebagian besar baja). Ketika kepadatan daya laser yang diterapkan pada material berada di bawah ambang batas ini, energi laser diserap oleh permukaan material dan dengan cepat ditransfer ke bagian dalam material, membentuk las konduktif termal dengan lebar dan kedalaman yang relatif besar. Ketika kepadatan daya laser yang diterapkan pada material lebih tinggi dari ambang batas, permukaan benda kerja terlambat mentransfer panas ke material di dalamnya, energi laser akan membuat permukaan material dengan cepat memanas, meleleh, dan menguap. Dan ketika energi laser terus disalurkan, lubang-lubang kecil terbentuk searah dengan ketebalan penetrasi. Lubang tersebut dikelilingi oleh kolam lelehan logam cair, dan lubang tersebut diisi dengan uap logam dan plasma bersuhu tinggi. Gaya pemuaian uap logam dan plasma bersuhu tinggi bekerja sama dengan gravitasi dan tegangan permukaan logam cair di sekitar lubang untuk menjaga kestabilan keberadaan lubang. Lubang-lubang kecil bergerak sepanjang arah pengelasan, kolam lelehan belakang dengan cepat mendingin dan mengeras, dan terbentuklah lasan cair yang dalam dengan kedalaman dan lebar yang relatif besar. Oleh karena itu, mode pengelasan laser terkait dengan kepadatan daya laser dan energi garis pengelasan yang menentukan mekanisme aksi termal.
Ketika kepadatan daya laser lebih rendah dari 10 ^ 6 W / cm, pemanasan laser terbatas pada permukaan logam, dapat mencapai ambang leleh sebagian besar logam, namun tidak ada penguapan, kali ini logam dalam aksi laser yang terus menerus (cukup energi garis), ke mode pengelasan konduksi termal untuk membentuk lasan, mekanisme pembentukan las dan pengelasan leleh konvensional. Pengelasan konduksi termal laser umumnya digunakan dalam pengelasan penyegelan komponen elektronik dan pengelasan bahan ultra-tipis. Ketika kepadatan daya laser lebih tinggi dari 10^6W/cm, laser membuat logam meleleh dan menguap seketika, jika energi garis cukup, gaya uap logam menghasilkan lubang-lubang kecil pada logam yang meleleh, dan proses pengelasan membentuk lasan. dalam mode pengelasan leleh dalam dengan efek lubang kecil. Lubang pengelasan leleh dalam dikelilingi oleh logam cair, diisi dengan uap logam dan plasma bersuhu tinggi, lubang proses pengelasan dengan gaya uap logam dan gravitasi logam cair serta keseimbangan tegangan permukaan untuk menjaga lubang kecil di laser dan kopling termal material adalah aksi termal dari mode pengelasan lelehan dalam laser dari aksi termal mekanisme, terutama digunakan pada tingkat struktur pengelasan yang lebih besar dari 1mm.
Dibandingkan dengan metode pengelasan busur tradisional, teknologi pengelasan laser memiliki keunggulan unik dan merupakan teknologi pengelasan yang canggih.
Teknologi pengelasan laser telah berkembang pesat dalam beberapa dekade terakhir, secara bertahap berkembang dari pengelasan gelombang berdenyut menjadi gelombang kontinu, pelat tebal berdaya tinggi, pengelasan multi-stasiun, dan telah banyak digunakan dalam penerbangan, dirgantara, otomotif, berkecepatan tinggi. rel kereta api dan bidang lainnya. Di bidang manufaktur pesawat militer, terdapat pertumbuhan signifikan dalam penerapan pengelasan laser pada paduan aluminium dan paduan titanium, yang masing-masing menyumbang lebih dari 60% dan 20% bobot struktural jet tempur canggih. Teknologi pengelasan laser dapat menggantikan metode memukau tradisional, pengurangan berat yang signifikan, pengurangan biaya dan meningkatkan pemanfaatan material. Misalnya, pelat dinding badan pesawat Airbus A380 melalui pengelasan laser dapat mengurangi berat sebesar 15%, pengurangan biaya sebesar 15%.
Di Tiongkok, pengelasan struktural skala besar pada pelat dinding yang diperkuat menjadi semakin populer dalam aplikasi pesawat terbang dan angkatan laut. Dibandingkan dengan pemrosesan mekanis dan metode memukau, pengelasan laser tidak hanya menghemat bahan, tetapi juga meningkatkan ringan dan kemampuan manufaktur komponen, memperpendek siklus pemrosesan, dan mengurangi biaya produksi. Namun, proses pengelasan laser rumit, melibatkan pemanasan, pendinginan, perubahan fasa material yang cepat, terutama untuk paduan aluminium dan paduan titanium, karena reflektifitas tinggi, konduktivitas termal tinggi, tegangan permukaan, dan karakteristik lainnya, sehingga menimbulkan tantangan teknis seperti kontrol kualitas las. dan stabilitas, stabilitas proses pengelasan, pengendalian cacat belum matang, bentuk struktural tidak memenuhi standar dan masalah lainnya yang menonjol. Akar penyebab masalah ini terletak pada kurangnya penelitian dasar tentang kemampuan las dan sifat mekanik paduan titanium dan paduan aluminium, yang mengakibatkan umur kelelahan sambungan, pengendalian tegangan dan deformasi, dll. Sulit untuk memenuhi persyaratan keandalan yang tinggi dari bahan ringan. komponen paduan, dan ada kesenjangan besar dengan tingkat internasional.