Panduan Asas Kimpalan Laser
Asas Kimpalan Laser
Kimpalan laser ialah proses bukan sentuhan yang memerlukan akses ke zon kimpalan dari satu sisi bahagian yang dikimpal.
• Kimpalan terbentuk apabila cahaya laser yang sengit memanaskan bahan dengan pantas-biasanya dikira dalam mili-saat.
• Biasanya terdapat 3 jenis kimpalan:
– Mod pengaliran.
– Mod pengaliran/penembusan.
– Mod penembusan atau lubang kunci.
• Kimpalan mod pengaliran dilakukan pada ketumpatan tenaga rendah membentuk nugget kimpalan yang cetek dan lebar.
• Mod pengaliran/penembusan berlaku pada ketumpatan tenaga sederhana, dan menunjukkan lebih banyak penembusan daripada mod pengaliran.
• Kimpalan mod penembusan atau lubang kunci dicirikan oleh kimpalan sempit dalam.
– Dalam mod ini cahaya laser membentuk filamen bahan terwap yang dikenali sebagai "lubang kunci" yang memanjang ke dalam bahan dan menyediakan saluran untuk cahaya laser dihantar dengan cekap ke dalam bahan.
– Penghantaran terus tenaga ke dalam bahan ini tidak bergantung pada pengaliran untuk mencapai penembusan, dan dengan itu meminimumkan haba ke dalam bahan dan mengurangkan zon terjejas haba.
Kimpalan Pengaliran
• Penyambungan pengaliran menerangkan sekumpulan proses di mana pancaran laser difokuskan:
– Untuk memberikan ketumpatan kuasa pada urutan 10³ Wmm⁻²
– Ia menggabungkan bahan untuk mencipta sambungan tanpa pengewapan yang ketara.
• Kimpalan pengaliran mempunyai 2 mod:
– Pemanasan terus
– Penghantaran tenaga.
Haba Terus
• Semasa pemanasan terus,
– aliran haba dikawal oleh pengaliran haba klasik daripada sumber haba permukaan dan kimpalan dibuat dengan mencairkan bahagian bahan asas.
• Kimpalan pengaliran pertama dibuat pada awal 1-an, menggunakan delima berdenyut kuasa rendah dan CO2 laser untuk penyambung wayar.
• Kimpalan pengaliran boleh dibuat dalam pelbagai jenis logam dan aloi dalam bentuk wayar dan kepingan nipis dalam pelbagai konfigurasi menggunakan.
- CO2 , Nd:YAG dan laser diod dengan aras kuasa pada urutan berpuluh-puluh watt.
– Pemanasan terus oleh a CO2 pancaran laser juga boleh digunakan untuk kimpalan pusingan dan punggung dalam kepingan polimer.
Kimpalan Penghantaran
• Kimpalan penghantaran ialah cara yang cekap untuk menyambung polimer yang menghantar sinaran inframerah dekat Nd:YAG dan laser diod.
• Tenaga diserap melalui kaedah penyerapan antara muka baru.
• Komposit boleh dicantum dengan syarat sifat terma matriks dan tetulang adalah serupa.
• Mod penghantaran tenaga bagi kimpalan pengaliran digunakan dengan bahan yang menghantar sinaran inframerah berhampiran, terutamanya polimer.
• Dakwat penyerap diletakkan pada antara muka sambungan pusingan. Dakwat menyerap tenaga pancaran laser, yang dialirkan ke dalam ketebalan terhad bahan sekeliling untuk membentuk filem antara muka cair yang memejal sebagai sambungan yang dikimpal.
• Sambungan pusingan bahagian tebal boleh dibuat tanpa mencairkan permukaan luar sambungan.
• Kimpalan punggung boleh dibuat dengan menghalakan tenaga ke arah garis sambungan pada sudut melalui bahan pada satu sisi sambungan, atau dari satu hujung jika bahan sangat transmissive.
Pematerian Laser dan Pematerian
• Dalam proses pematerian dan pematerian laser, rasuk digunakan untuk mencairkan tambahan pengisi, yang membasahi tepi sambungan tanpa mencairkan bahan asas.
• Penyolderan laser mula mendapat populariti pada awal 1980-an kerana menyertai petunjuk komponen elektronik melalui lubang pada papan litar bercetak. Parameter proses ditentukan oleh sifat bahan.
Kimpalan Laser Penembusan
• Pada ketumpatan kuasa tinggi semua bahan akan tersejat jika tenaga boleh diserap. Oleh itu, apabila mengimpal dengan cara ini lubang biasanya dibentuk oleh penyejatan.
• "Lubang" ini kemudiannya dilalui melalui bahan dengan dinding cair menutup di belakangnya.
• Hasilnya ialah apa yang dikenali sebagai "kimpalan lubang kunci. Ini dicirikan oleh zon gabungan sisi selari dan lebarnya yang sempit.
Kecekapan Kimpalan Laser
• Istilah untuk mentakrifkan konsep kecekapan ini dikenali sebagai "kecekapan bergabung".
• Kecekapan cantuman bukanlah kecekapan sebenar kerana ia mempunyai unit (mm2 bercantum /kJ dibekalkan).
– Kecekapan=Vt/P (salingan tenaga khusus dalam pemotongan) di mana V = kelajuan lintasan, mm/s; t = ketebalan dikimpal, mm; P = kuasa kejadian, KW.
Kecekapan Menyertai
• Semakin tinggi nilai kecekapan penyambungan semakin kurang tenaga yang dibelanjakan dalam pemanasan yang tidak perlu.
– Zon terjejas haba yang lebih rendah (HAZ).
- herotan yang lebih rendah.
• Kimpalan rintangan adalah paling cekap dalam hal ini kerana gabungan dan tenaga HAZ hanya dijana pada antara muka rintangan tinggi untuk dikimpal.
• Pancaran laser dan elektron juga mempunyai kecekapan yang baik dan ketumpatan kuasa tinggi.
Variasi Proses
• Kimpalan Laser Diperkukuh Arka.
– Arka daripada obor TIG yang dipasang berhampiran dengan titik interaksi pancaran laser akan secara automatik terkunci pada titik panas yang dijana laser.
– Suhu yang diperlukan untuk fenomena ini adalah sekitar 300°C melebihi suhu sekeliling.
– Kesannya adalah sama ada untuk menstabilkan arka yang tidak stabil kerana kelajuan lintasannya atau mengurangkan rintangan arka yang stabil.
– Penguncian hanya berlaku untuk arka dengan arus rendah dan oleh itu pancutan katod perlahan; iaitu untuk arus kurang daripada 80A.
– Arka berada pada bahagian yang sama pada bahan kerja dengan laser yang membolehkan penggandaan kelajuan kimpalan untuk peningkatan sederhana dalam kos modal.
• Kimpalan Laser Rasuk Berkembar
– Jika 2 pancaran laser digunakan secara serentak maka terdapat kemungkinan untuk mengawal geometri kolam kimpalan dan bentuk manik kimpalan.
– Menggunakan 2 pancaran elektron, lubang kunci boleh distabilkan menyebabkan lebih sedikit gelombang pada kolam kimpalan dan memberikan penembusan dan bentuk manik yang lebih baik.
– Seorang excimer dan CO2 kombinasi pancaran laser menunjukkan gandingan yang lebih baik untuk mengimpal bahan pemantulan tinggi, seperti aluminium atau tembaga boleh diperolehi.
– Gandingan yang dipertingkatkan dianggap terutamanya disebabkan oleh:
• mengubah pemantulan oleh riak permukaan yang disebabkan oleh excimer.
• kesan sekunder terhasil daripada gandingan melalui plasma terjana excimer.
