Laser CW dan laser QCW dalam pengelasan

Karakteristik Distribusi Energi

Salah satu atribut penting dari laser CW adalah distribusi energi Gaussian-nya, di mana distribusi energi penampang berkas laser berkurang dari pusat ke luar dalam pola Gaussian (distribusi normal). Karakteristik distribusi ini memungkinkan laser CW untuk 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 Mikrostruktural

Pemeriksaan mikrostruktur logam mengungkapkan keunggulan yang jelas dari pengelasan laser Gelombang Kontinu (CW) dibandingkan pengelasan pulsa Gelombang Kuasi-Kontinu (QCW). Pengelasan pulsa QCW, yang dibatasi oleh batas frekuensinya, biasanya sekitar 500Hz, menghadapi dilema antara tingkat tumpang tindih dan kedalaman penetrasi. Tingkat tumpang tindih yang rendah menghasilkan kedalaman yang tidak mencukupi, 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, mencapai pengelasan yang efisien dan kontinu. Metode ini terbukti sangat andal dalam aplikasi yang membutuhkan integritas penyegelan yang tinggi.

Pertimbangan Dampak Termal

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

Kemudahan Penyesuaian

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

Kemajuan Teknologi dalam Pengelasan Laser CW

Meskipun pengelasan laser QCW dikenal karena daya puncaknya yang tinggi dan input 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 secara signifikan memperluas jangkauan aplikasi dan efisiensinya. Jenis laser ini sangat cocok untuk material yang lebih tebal dari 1 mm, mencapai rasio aspek tinggi (lebih dari 8:1) meskipun input panasnya relatif tinggi.

Pengelasan Laser Gelombang Kuasi-Kontinu (QCW)

Distribusi Energi Terfokus

QCW, singkatan dari "Quasi-Continuous Wave," mewakili teknologi laser di mana laser memancarkan cahaya secara diskontinu, seperti yang digambarkan pada gambar a. Tidak seperti distribusi energi seragam dari laser kontinu mode tunggal, laser QCW memusatkan energinya lebih rapat. Karakteristik ini memberikan laser QCW kepadatan energi yang lebih unggul, yang diterjemahkan menjadi kemampuan penetrasi yang lebih kuat. Efek metalurgi yang dihasilkan mirip dengan 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 Asap

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 biasa disebut sebagai gumpalan logam. Gumpalan ini dapat melindungi permukaan material dari laser, menyebabkan pengiriman daya yang tidak stabil dan cacat seperti percikan, titik ledakan, dan lubang. Namun, emisi intermiten laser QCW (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 yang Stabil

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