Laser CW dan laser QCW dalam Pengelasan

Karakteristik Distribusi Energi

Salah satu atribut penting laser CW adalah distribusi energi Gaussian-nya, 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 membutuhkan penyebaran energi terkonsentrasi.

Diagram Distribusi Energi Laser CW

Keunggulan Pengelasan Laser Gelombang Kontinu (CW)

Perspektif Mikrostruktur

Pengamatan struktur mikro logam menunjukkan keunggulan tersendiri dari pengelasan laser Gelombang Kontinu (CW) dibandingkan pengelasan pulsa Gelombang Kuasi-Kontinu (QCW). Pengelasan pulsa QCW, yang dibatasi oleh batas frekuensinya, biasanya sekitar 500 Hz, menghadapi dilema antara tingkat tumpang tindih dan kedalaman penetrasi. Tingkat tumpang tindih yang rendah menghasilkan kedalaman yang tidak memadai, sementara tingkat tumpang tindih yang tinggi membatasi kecepatan pengelasan, sehingga mengurangi efisiensi. Sebaliknya, pengelasan laser CW, melalui pemilihan diameter inti laser dan kepala las yang tepat, menghasilkan pengelasan yang efisien dan kontinu. Metode ini terbukti sangat andal dalam aplikasi yang membutuhkan integritas segel yang tinggi.

Pertimbangan Dampak Termal

Dari sudut pandang dampak termal, pengelasan laser pulsa QCW memiliki masalah tumpang tindih, yang menyebabkan pemanasan berulang pada lapisan las. Hal ini dapat menyebabkan ketidakkonsistenan antara struktur mikro logam dan material induk, termasuk variasi 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 membutuhkan penyetelan yang cermat pada beberapa parameter, termasuk frekuensi pengulangan pulsa, daya puncak, lebar pulsa, siklus kerja, dan lainnya. Pengelasan laser CW menyederhanakan proses penyesuaian, terutama berfokus pada bentuk gelombang, kecepatan, daya, dan tingkat defokus, sehingga secara signifikan mengurangi kesulitan operasional.

Kemajuan Teknologi dalam Pengelasan Laser CW

Meskipun 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 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 dengan ketebalan di atas 1 mm, mencapai rasio aspek yang tinggi (di atas 8:1) meskipun masukan panasnya relatif tinggi.

Pengelasan Laser Gelombang Kuasi-Kontinu (QCW)

Distribusi Energi Terfokus

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

Peningkatan Stabilitas dan Pengurangan Gangguan Plume

Salah satu keunggulan utama pengelasan laser QCW adalah kemampuannya untuk mengurangi efek gumpalan logam pada laju penyerapan material, sehingga 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 gumpalan logam. Gumpalan ini dapat melindungi permukaan material dari laser, menyebabkan penyaluran daya yang tidak stabil dan cacat seperti percikan, titik ledakan, dan lubang. Namun, emisi laser QCW yang terputus-putus (misalnya, semburan 5 ms diikuti 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 terkait gaya yang bekerja pada lubang kunci, sangat penting dalam menentukan kualitas pengelasan. Laser kontinu, karena paparannya yang lama dan zona terpengaruh panas yang lebih luas, cenderung menghasilkan kolam lelehan yang lebih besar berisi 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 singkat dari pengelasan laser QCW memusatkan kolam lelehan di sekitar lubang kunci, menghasilkan distribusi gaya yang lebih merata dan insiden porositas, retak, dan percikan yang lebih rendah.