Grafik Ketebalan & Kecepatan Pengelasan Laser

Pengelasan laser adalah teknik penyambungan presisi tinggi yang memanfaatkan sinar laser berenergi tinggi yang terfokus untuk memadukan material, terutama logam, dengan akurasi dan efisiensi yang luar biasa. Proses canggih ini terkenal karena menghasilkan lasan yang kuat sekaligus meminimalkan distorsi termal di area yang berdekatan. Keberhasilan operasi pengelasan laser bergantung pada kontrol yang tepat dari parameter penting, terutama ketebalan benda kerja dan kecepatan pengelasan. Variabel-variabel ini dioptimalkan dengan cermat untuk memastikan kekuatan dan integritas pengelasan yang maksimal sekaligus meningkatkan produktivitas operasional.

Bagan ketebalan dan kecepatan pengelasan laser yang komprehensif berfungsi sebagai alat referensi yang sangat diperlukan untuk teknisi pengelasan dan insinyur manufaktur. Alat ini menyediakan data penting untuk memilih parameter pengelasan yang optimal berdasarkan karakteristik material, konfigurasi sambungan, dan persyaratan aplikasi tertentu. Dengan menyempurnakan variabel kunci seperti daya laser, mode sinar (kontinu atau berdenyut), posisi titik fokus, dan kecepatan pengelasan, operator dapat secara tepat mengontrol kedalaman penetrasi pengelasan, geometri manik, dan kualitas pengelasan secara keseluruhan. Sifat unik dari pengelasan laser memfasilitasi rasio aspek yang tinggi (kedalaman-ke-lebar) pada profil pengelasan, menghasilkan pengelasan penetrasi yang sempit dan dalam dengan zona yang terpengaruh panas (HAZ) yang minimal. Masukan energi yang terlokalisasi ini mempertahankan sifat mekanik dan struktur mikro dari bahan dasar, menjaga integritas struktural komponen yang dilas.

Selain itu, sistem pengelasan laser modern sering kali menggabungkan pemantauan waktu nyata dan fitur kontrol adaptif, yang memungkinkan penyesuaian parameter pengelasan secara dinamis untuk mengimbangi variasi sifat material atau kesesuaian sambungan. Kemampuan canggih ini, ditambah dengan fleksibilitas yang melekat pada pengelasan laser, memungkinkan proses ini diterapkan secara efektif di berbagai industri, mulai dari otomotif dan kedirgantaraan hingga elektronik dan manufaktur perangkat medis.

Grafik Daya, Ketebalan & Kecepatan Pengelasan Laser

Pengelasan laser adalah teknik penyambungan presisi yang menawarkan pengelasan berkecepatan tinggi dan berkualitas tinggi untuk berbagai ketebalan logam. Hubungan antara daya laser, ketebalan material, dan kecepatan pengelasan sangat penting untuk mencapai hasil yang optimal. Berikut ini adalah bagan komprehensif yang merinci parameter ini untuk bahan yang umum:

Baja tahan karat

Aluminium

Kuningan

Tembaga

Baja Ringan

Lembaran Galvanis

Dasar-dasar Pengelasan Laser

Pengelasan laser telah merevolusi industri teknik penggabunganmenawarkan presisi kecepatan tinggi dan kemampuan untuk menyatukan berbagai macam material.

Proses Pengelasan Laser

Pengelasan laser adalah teknik fusi sinar berenergi tinggi yang canggih yang memanfaatkan sinar laser terfokus untuk menciptakan sambungan yang presisi dan berkualitas tinggi. Proses ini memusatkan radiasi elektromagnetik yang kuat ke area kecil, biasanya berdiameter 0,2-13 mm, menghasilkan suhu lokal yang melebihi 10.000 ° C. Energi sinar diserap dengan cepat oleh material benda kerja, menyebabkan peleburan seketika dan, setelah pendinginan, fusi sambungan.

Aspek-aspek Utama:

Fokus Sinar: Sinar laser difokuskan secara tepat dengan menggunakan sistem optik untuk mencapai kepadatan daya 1-10 MW/cm². Konsentrasi ini memungkinkan pengelasan penetrasi dalam atau pengelasan lubang kunci, sehingga memungkinkan sambungan sekali jalan pada material dengan ketebalan hingga 20 mm.

Interaksi Material: Bahan yang berbeda menyerap energi laser dengan efisiensi yang berbeda-beda. Misalnya, logam seperti baja dan titanium biasanya memiliki tingkat penyerapan 30-35% untuk laser CO₂ dan hingga 80% untuk laser serat atau disk. Energi yang diserap menciptakan lubang kunci yang berisi uap, sehingga mendorong penggabungan energi yang efisien dan penetrasi yang dalam.

Kecepatan dan Ketebalan: Kecepatan pengelasan dapat berkisar antara 0,5 hingga 10 m/menit, tergantung pada ketebalan material dan daya laser. Sebagai contoh, daya laser 1 kW biasanya dapat mengelas baja setebal 1 mm pada kecepatan 1 m/menit. Lembaran tipis, seperti selongsong detonator kantung udara setebal 0,25 mm (0,01 inci), dapat dilas dengan kecepatan hingga 50 mm/dtk (2 inci per detik) menggunakan laser Nd:YAG berdenyut.

Keuntungan Proses:

• Zona yang terpengaruh panas minimal (HAZ), mengurangi distorsi termal
• Presisi dan pengulangan yang tinggi, ideal untuk otomatisasi
• Kemampuan untuk mengelas material yang berbeda dan geometri yang kompleks
• Proses non-kontak, menghilangkan masalah keausan elektroda

Aplikasi: Pengelasan laser banyak digunakan dalam industri manufaktur otomotif, kedirgantaraan, elektronik, dan perangkat medis. Ini sangat cocok untuk menyambung bagian tipis, komponen yang peka terhadap panas, dan bahan dengan konduktivitas termal yang tinggi seperti aluminium dan tembaga.

Jenis-jenis Laser untuk Pengelasan

Ketika memilih laser untuk pengelasan, pilihannya tergantung pada sifat material, presisi yang dibutuhkan, dan efisiensi produksi. Memahami karakteristik berbagai jenis laser sangat penting untuk mengoptimalkan proses pengelasan.

Laser Gelombang Kontinu (CW): Memancarkan sinar laser yang konstan dan tidak terputus, ideal untuk pengelasan penetrasi dalam dan pengelasan jahitan berkecepatan tinggi. Laser ini unggul dalam aplikasi yang melibatkan material hingga dan melebihi ketebalan 0,25 inci (6,35 mm). Laser CW sangat efektif untuk produksi bervolume tinggi dan bahan dengan konduktivitas termal yang tinggi.

Laser Berdenyut: Memancarkan energi laser dalam semburan terkontrol, memungkinkan manajemen input panas dan kedalaman pengelasan yang tepat pada material yang tipis atau peka terhadap panas. Tindakan berdenyut ini meminimalkan zona yang terpengaruh panas (HAZ), sehingga cocok untuk aplikasi pengelasan mikro dalam elektronik dan manufaktur perangkat medis.

Jenis Laser Umum dalam Pengelasan Industri:

Laser Serat: Terkenal dengan keserbagunaan, efisiensi energi, dan kualitas sinar yang superior. Laser serat menawarkan efisiensi steker dinding yang tinggi (hingga 50%) dan sangat mahir dalam pengelasan halus dan aplikasi kecepatan tinggi. Mereka unggul dalam pengelasan bahan reflektif seperti aluminium dan tembaga, yang merupakan tantangan bagi jenis laser lainnya.

Laser CO2: Meskipun tradisional dalam pengelasan material tebal, laser CO2 semakin digantikan oleh laser serat dalam banyak aplikasi. Namun, mereka masih menawarkan keuntungan dalam pengelasan penetrasi dalam bahan dengan ketebalan lebih dari 0,5 inci (12,7 mm) dan efektif untuk bahan non-logam seperti plastik dan komposit organik.

Laser Nd: YAG: Menawarkan keseimbangan antara karakteristik laser serat dan CO2. Laser ini khususnya berguna untuk pengelasan spot dan aplikasi yang membutuhkan daya puncak tinggi. Laser disk modern, evolusi dari teknologi Nd:YAG, memberikan kualitas dan efisiensi sinar yang lebih baik.

Laser Dioda: Dikenal dengan ukurannya yang ringkas dan efisiensi tinggi, laser dioda semakin populer di sektor otomotif dan sektor manufaktur bervolume tinggi lainnya. Laser ini menawarkan penyerapan energi yang sangat baik pada logam, sehingga cocok untuk mengelas paduan aluminium dan baja galvanis.

Pemilihan jenis laser yang tepat harus mempertimbangkan faktor-faktor seperti sifat material, desain sambungan, volume produksi, dan persyaratan aplikasi spesifik untuk memastikan kualitas las yang optimal dan efisiensi proses.

Pertimbangan Material

Ketika melakukan pengelasan laser, kita harus mempertimbangkan sifat material yang disambung dan ketebalan yang bervariasi. Aspek-aspek ini sangat penting dalam menentukan parameter pengelasan laser.

Logam dan Paduan

Interaksi antara energi laser dan berbagai logam dan paduan merupakan penentu penting dalam efisiensi dan kualitas proses pengelasan laser. Material yang berbeda menunjukkan sifat optik dan termal yang berbeda yang secara signifikan memengaruhi karakteristik penyerapan energi laser, yang secara langsung memengaruhi kemampuan las dan integritas sambungan.

Baja tahan karat, dengan kombinasi kandungan kromium dan lapisan oksida permukaan yang menguntungkan, menunjukkan sifat penyerapan energi laser yang sangat baik di berbagai panjang gelombang. Hal ini membuatnya sangat cocok untuk aplikasi pengelasan laser, memungkinkan pengelasan berkecepatan tinggi, presisi, dan distorsi rendah di industri seperti manufaktur otomotif dan kedirgantaraan.

Sebaliknya, bahan yang sangat reflektif seperti aluminium dan tembaga menghadirkan tantangan unik dalam pengelasan laser karena konduktivitas termalnya yang tinggi dan koefisien penyerapan yang rendah. Untuk mengatasi hambatan ini, jenis laser tertentu seperti laser serat berdaya tinggi atau laser hijau (beroperasi pada panjang gelombang sekitar 515 nm) digunakan. Laser ini menawarkan peningkatan efisiensi penggabungan, sehingga memungkinkan pengelasan yang efektif untuk bahan-bahan ini. Selain itu, teknik seperti persiapan permukaan (misalnya, abrasi mekanis atau etsa kimia) dapat digunakan untuk meningkatkan penyerapan energi laser.

Penambahan bahan aditif dapat secara signifikan mengubah karakteristik penyerapan dan proses pengelasan secara keseluruhan. Sebagai contoh:

1. Penambahan titanium pada paduan aluminium dapat meningkatkan penyerapan laser dan penetrasi las.
2. Elemen tanah jarang seperti erbium atau ytterbium dalam paduan baja dapat meningkatkan penggabungan energi pada panjang gelombang laser tertentu.
3. Kandungan silikon dalam paduan aluminium mempengaruhi fluiditas dan dapat mempengaruhi dinamika kolam las.

Kisaran Ketebalan Bahan

Ketebalan bahan secara langsung memengaruhi daya laser yang diperlukan:

• Untuk pelat tipis (<1.0mm)diperlukan daya laser yang lebih rendah, dan parameternya berbeda secara signifikan dari yang digunakan untuk bahan yang lebih tebal.
• Pelat yang lebih tebal menuntut daya laser yang lebih tinggi untuk mencapai penetrasi dan kekuatan dalam pengelasan. Terdapat hubungan yang proporsional antara ketebalan dan daya:

Penting untuk menyesuaikan parameter laser, seperti lebar ayunan dan kecepatan pengelasanuntuk mencocokkan kisaran ketebalan tertentu untuk hasil yang optimal.

Parameter Pengelasan Laser

Pemilihan parameter pengelasan laser sangat penting untuk mencapai sambungan berkualitas tinggi dengan kekuatan dan presisi yang diperlukan. Parameter ini mencakup daya laser, kecepatan pengelasan, posisi fokus, dan aliran gas pelindung, yang semuanya harus dioptimalkan secara hati-hati agar sesuai dengan sifat material tertentu, konfigurasi sambungan, dan ketebalan yang sedang dilas.

Pengaturan Daya Laser

Daya laser secara langsung memengaruhi kedalaman penetrasi dan karakteristik manik las. Panduan berikut ini berfungsi sebagai titik referensi awal:

• Bahan <1,0 mm ketebalan: 500-1500 W
• Bahan dengan ketebalan 1,0-3,0 mm: 1500-3000 W
• Bahan dengan ketebalan > 3,0 mm: 3000-6000 W dan lebih tinggi

Menyetel pengaturan daya dengan tepat sangat penting untuk mencegah pembakaran pada bahan tipis atau penetrasi yang tidak memadai pada bagian yang lebih tebal. Contohnya, pengelasan baja tahan karat 1,5 mm mungkin memerlukan sekitar 2000 W untuk hasil yang optimal.

Kecepatan Pengelasan

Kecepatan pengelasan harus dikalibrasi untuk memastikan fusi yang konsisten dan meminimalkan zona yang terpengaruh panas (HAZ):

• Kisaran kecepatan yang umum: 1-10 m/menit, tergantung pada bahan dan ketebalan
• Bahan tipis (<1,0 mm): Kecepatan lebih tinggi, 5-10 m/menit
  Bahan yang lebih tebal (> 3,0 mm): Kecepatan lebih rendah, 1-5 m/menit

Contoh: Untuk baja ringan 2 mm, kecepatan 3-4 m/menit sering kali memberikan hasil yang bagus apabila dipasangkan dengan pengaturan daya yang sesuai.

Posisi Fokus

Posisi fokus secara signifikan memengaruhi geometri manik las dan kualitas pengelasan secara keseluruhan:

• Pemfokusan permukaan: Cocok untuk bahan tipis, menghasilkan lasan yang lebih lebar dan lebih dangkal
• Pemfokusan dalam: Ideal untuk material tebal, menciptakan lasan yang sempit dan dalam

Untuk baja struktural seperti S235JR, menyesuaikan posisi fokus sebesar ±1 mm dapat mengubah rasio kedalaman-ke-lebar hingga 20%, yang memengaruhi sifat mekanis dan penampilan.

Gas Pelindung

Pemilihan gas pelindung dan laju aliran yang tepat sangat penting untuk melindungi kolam las dan mencapai sifat metalurgi yang diinginkan:

• Argon: Umumnya digunakan untuk sebagian besar logam, laju aliran 10-20 L/menit
• Helium: Memberikan penetrasi yang lebih dalam, berguna untuk bahan reflektif seperti aluminium, laju aliran 20-30 L/menit
• Nitrogen: Cocok untuk baja tahan karat austenitik, laju aliran 10-20 L/menit

Dengan mengoptimalkan parameter ini secara cermat melalui pengujian dan analisis sistematis, pengelasan laser dapat secara konsisten menghasilkan sambungan presisi berkekuatan tinggi dengan distorsi termal minimal dan HAZ yang sempit. Sistem pemantauan dan kontrol proses yang canggih dapat lebih meningkatkan kualitas dan pengulangan pengelasan dalam aplikasi industri.