Laser CW dan laser QCW dalam Pengelasan

Karakteristik Distribusi Energi

Atribut penting dari laser CW adalah distribusi energi Gaussian, di mana distribusi energi penampang sinar laser berkurang dari pusat ke luar dalam pola Gaussian (distribusi normal). Karakteristik distribusi ini memungkinkan laser CW mencapai presisi pemfokusan dan efisiensi pemrosesan yang sangat tinggi, terutama dalam aplikasi yang memerlukan penyebaran energi terkonsentrasi.

Diagram Distribusi Energi Laser CW

Keunggulan Pengelasan Laser Gelombang Kontinu (CW)

Perspektif Mikrostruktur

Pemeriksaan struktur mikro logam mengungkap keunggulan tersendiri dari pengelasan laser Continuous Wave (CW) dibandingkan pengelasan pulsa Quasi-Continuous Wave (QCW). Pengelasan pulsa QCW, yang dibatasi oleh batas frekuensinya, biasanya sekitar 500 Hz, menghadapi trade-off antara tingkat tumpang tindih dan kedalaman penetrasi. Tingkat tumpang tindih yang rendah menghasilkan kedalaman yang tidak memadai, sedangkan tingkat tumpang tindih yang tinggi membatasi kecepatan pengelasan, sehingga mengurangi efisiensi. Sebaliknya, pengelasan laser CW, melalui pemilihan diameter inti laser dan kepala pengelasan yang tepat, menghasilkan pengelasan yang efisien dan berkelanjutan. Metode ini terbukti sangat andal dalam aplikasi yang memerlukan integritas segel yang tinggi.

Pertimbangan Dampak Termal

Dari sudut pandang dampak termal, pengelasan laser pulsa QCW mengalami masalah tumpang tindih, yang menyebabkan pemanasan berulang pada lapisan las. Hal ini dapat menimbulkan ketidakkonsistenan antara struktur mikro logam dan material induk, termasuk variasi dalam ukuran dislokasi dan laju pendinginan, sehingga meningkatkan risiko retak. Di sisi lain, pengelasan laser CW menghindari masalah ini dengan menyediakan proses pemanasan yang lebih seragam dan berkelanjutan.

Kemudahan Penyesuaian

Dalam hal pengoperasian dan penyesuaian, pengelasan laser QCW menuntut penyetelan yang cermat pada beberapa parameter, termasuk frekuensi pengulangan pulsa, daya puncak, lebar pulsa, siklus kerja, dan banyak lagi. Pengelasan laser CW menyederhanakan proses penyesuaian, dengan fokus terutama pada bentuk gelombang, kecepatan, daya, dan jumlah defokus, sehingga secara signifikan mengurangi kesulitan pengoperasian.

Kemajuan Teknologi dalam Pengelasan Laser CW

Sementara pengelasan laser QCW dikenal karena daya puncaknya yang tinggi dan masukan termal yang rendah, yang bermanfaat untuk pengelasan komponen yang sensitif terhadap panas dan material berdinding sangat tipis, kemajuan dalam teknologi pengelasan laser CW, terutama untuk aplikasi daya tinggi (biasanya di atas 500 watt) dan pengelasan penetrasi dalam berdasarkan efek lubang kunci, telah memperluas jangkauan aplikasi dan efisiensinya secara signifikan. Jenis laser ini sangat cocok untuk material yang lebih tebal dari 1 mm, mencapai rasio aspek yang tinggi (lebih dari 8:1) meskipun masukan panasnya relatif tinggi.

Pengelasan Laser Gelombang Kuasi-Kontinu (QCW)

Distribusi Energi Terfokus

QCW, yang merupakan singkatan dari "Quasi-Continuous Wave," merupakan teknologi laser yang memancarkan cahaya secara terputus-putus, seperti yang digambarkan pada gambar a. Tidak seperti distribusi energi seragam dari laser kontinu mode tunggal, laser QCW memusatkan energinya secara lebih padat. Karakteristik ini memberikan laser QCW kepadatan energi yang lebih unggul, yang menghasilkan kemampuan penetrasi yang lebih kuat. Efek metalurgi yang dihasilkan mirip dengan bentuk "paku" dengan rasio kedalaman-terhadap-lebar yang signifikan, yang memungkinkan laser QCW unggul dalam aplikasi yang melibatkan paduan dengan reflektansi tinggi, material yang peka terhadap panas, dan pengelasan mikro presisi.

Peningkatan Stabilitas dan Pengurangan Gangguan Bulu

Salah satu keuntungan utama dari pengelasan laser QCW adalah kemampuannya untuk mengurangi efek gumpalan logam pada laju penyerapan material, yang menghasilkan proses yang lebih stabil. Selama interaksi laser-material, penguapan yang intens dapat menciptakan campuran uap logam dan plasma di atas kolam lelehan, yang umumnya disebut sebagai gumpalan logam. Gumpalan ini dapat melindungi permukaan material dari laser, yang menyebabkan pengiriman daya yang tidak stabil dan cacat seperti percikan, titik ledakan, dan lubang. Namun, emisi laser QCW yang terputus-putus (misalnya, semburan 5 ms diikuti oleh jeda 10 ms) memastikan bahwa setiap pulsa laser mencapai permukaan material tanpa terpengaruh oleh gumpalan logam, sehingga menghasilkan proses pengelasan yang sangat stabil, terutama menguntungkan untuk pengelasan lembaran tipis.

Dinamika Kolam Lelehan Stabil

Dinamika kolam lelehan, terutama dalam hal gaya yang bekerja pada lubang kunci, sangat penting dalam menentukan kualitas pengelasan. Laser kontinu, karena paparannya yang lama dan zona yang terpengaruh panas yang lebih besar, cenderung menciptakan kolam lelehan yang lebih besar yang diisi dengan logam cair. Hal ini dapat menyebabkan cacat yang terkait dengan kolam lelehan yang besar, seperti keruntuhan lubang kunci. Sebaliknya, energi yang terfokus dan waktu interaksi yang lebih pendek dari pengelasan laser QCW memusatkan kolam lelehan di sekitar lubang kunci, sehingga menghasilkan distribusi gaya yang lebih seragam dan insiden porositas, retak, dan percikan yang lebih rendah.