Boh las sinar laser boh las busur parantos lami dianggo pikeun produksi industri, sareng ngamungkinkeun rupa-rupa panggunaan dina widang téknologi ngahijikeun bahan. Masing-masing prosés ieu ngagaduhan daérah aplikasi khususna, sapertos anu dijelaskeun ku prosés fisik transportasi énergi ka benda kerja sareng ku aliran énergi anu tiasa diala. Énergi dikirimkeun tina sumber sinar laser ka bahan pikeun diprosés ku cara radiasi koheren infra red énergi tinggi, nganggo kabel serat optik. Busur ngirimkeun panas anu diperyogikeun pikeun ngelas ku cara arus listrik anu luhur anu ngalir ka benda kerja ngalangkungan kolom busur. Radiasi laser ngarah kana zona anu kapangaruhan panas anu sempit pisan kalayan babandingan anu ageung antara jerona las sareng lébar jahitan (éfék las jero). Kamampuh ngahubungkeun celah tina prosés ngelas laser rendah pisan, kusabab diaméter fokusna anu alit, tapi di sisi anu sanés éta tiasa ngahontal kecepatan ngelas anu luhur pisan. Prosés ngelas busur ngagaduhan kapadetan énergi anu langkung handap, tapi nyababkeun titik fokus anu langkung ageung dina permukaan benda kerja sareng dicirikeun ku kecepatan pamrosésan anu langkung laun. Ku ngahijikeun dua prosés ieu, sinergi anu mangpaat tiasa kahontal. Pamustunganana, ieu ngamungkinkeun pikeun ngahontal kaunggulan kualitas sareng kauntungan rékayasa produksi, ogé efisiensi biaya anu ningkat. Prosés ieu nawiskeun aplikasi anu pikaresepeun sareng pikaresepeun sacara ékonomis, boh dina industri otomotif, utamina kusabab toleransi anu langkung luhur diidinan dina las, laju gabungan anu langkung luhur dimungkinkeun, sareng parameter mékanis/téknologis anu saé pisan tiasa kahontal.
1. Bubuka:
Ti saprak taun 1970-an geus dipikanyaho kumaha ngagabungkeun cahaya laser jeung busur listrik kana prosés pangelasan anu digabungkeun, tapi lila-lila ti harita, teu aya deui panalungtikan anu dilakukeun. Anyar-anyar ieu, para panalungtik geus malik deui perhatian kana topik ieu sarta nyoba ngahijikeun kaunggulan busur listrik jeung kaunggulan laser, dina prosés pangelasan hibrida. Samentawis dina mangsa mimiti, sumber laser masih kudu ngabuktikeun kasaluyuanana pikeun dipaké dina industri, ayeuna mah éta téh mangrupa parabot téknologi standar di loba perusahaan manufaktur.
Kombinasi pangelasan laser sareng prosés pangelasan anu sanés disebut "prosés pangelasan hibrida". Ieu ngandung harti yén sinar laser sareng busur bertindak sacara simultan dina hiji zona pangelasan, sareng silih mangaruhan sareng silih ngadukung.
2. Laser:
Pangelasan laser teu ngan ukur merlukeun kakuatan laser anu luhur tapi ogé sinar anu kualitasna luhur pikeun kéngingkeun "éfék las jero" anu dipikahoyong. Kualitas sinar anu langkung luhur anu dihasilkeun tiasa dimanfaatkeun pikeun kéngingkeun diaméter fokus anu langkung alit atanapi jarak fokus anu langkung ageung.
Pikeun proyék pangwangunan anu ayeuna keur dijalankeun, laser solid-state anu dipompa lampu kalayan kakuatan sinar laser 4 kW keur dianggo. Cahaya laser ditransmisikeun ngaliwatan serat kaca 600 µm.
Cahaya laser dipancarkeun ngaliwatan serat gelas, anu awal sareng akhirna didinginkan ku cai. Sinar laser diproyeksikan kana benda kerja ku modul fokus kalayan jarak fokus 200 mm.
3. Prosés Hibrida Laser:
Pikeun ngelas potongan kerja logam, sinar laser Nd:YAG difokuskeun dina intensitas di luhur 106W/cm2. Nalika sinar laser nabrak permukaan bahan, éta manaskeun titik ieu kana suhu penguapan, sareng rongga uap kabentuk dina logam las kusabab uap logam anu kaluar. Ciri anu ngabédakeun tina sambungan las nyaéta rasio jerona-ka-lébar anu luhur. Kapadatan aliran énergi tina busur anu kaduruk bébas rada di luhur 104 W/cm2. Gambar 1 ngagambarkeun prinsip dasar pangelasan hibrida. Sinar laser
digambarkeun di dieu ngalirkeun panas ka logam las di bagian luhur sambungan, salian ti panas tina busur. Teu siga konfigurasi sekuensial dimana dua prosés las anu misah bertindak sacara berturut-turut, las hibrida tiasa ditingali salaku kombinasi tina dua prosés las anu bertindak sacara simultan dina hiji zona prosés anu sami. Gumantung kana prosés busur atanapi laser mana anu dianggo, sareng kana parameter prosés, prosésna bakal silih pangaruhan dina tingkat anu béda sareng ku cara anu béda [1, 2].
Hatur nuhun kana kombinasi prosés laser sareng prosés busur, aya ogé paningkatan dina jerona penetrasi las sareng kecepatan las (dibandingkeun sareng salah sahiji prosés anu dianggo nyalira). Uap logam anu kaluar tina rongga uap meta-rétroaktif kana plasma busur. Nyerep radiasi laser Nd:YAG dina plasma pamrosésan tetep teu pati penting. Gumantung kana babandingan dua input daya anu dipilih, karakter prosés sacara umum tiasa ditangtukeun kana tingkat anu langkung ageung atanapi langkung alit boh ku laser atanapi ku busur [3,4].
Gambar 1: Gambaran skematis: Las LaserHibrid
Nyerep radiasi laser sacara substansial dipangaruhan ku suhu permukaan benda kerja. Sateuacan prosés pangelasan laser tiasa dimimitian, pantulan awal kedah diatasi heula, khususna dina permukaan aluminium. Ieu tiasa kahontal ku cara ngamimitian pangelasan nganggo program ngamimitian khusus. Saatos suhu penguapan kahontal, rongga uap kabentuk, anu hasilna ampir sadaya énergi radiasi tiasa diasupkeun kana benda kerja. Énergi anu diperyogikeun pikeun ieu ditangtukeun ku panyerepan anu gumantung kana suhu sareng ku jumlah énergi anu leungit.
ku cara konduksi kana sésa-sésa benda kerja. Dina pangelasan LaserHybrid, penguapan henteu ngan ukur lumangsung tina permukaan benda kerja tapi ogé tina kawat pangisi, anu hartosna aya langkung seueur uap logam anu sayogi, anu antukna ngagampangkeun asupan radiasi laser. Ieu ogé nyegah putusna prosés [5, 6, 7, 8, 9].
4. Aplikasi otomotif:
Ku ngagunakeun téknologi space frame, pangurangan beurat mobil nepi ka 43% tiasa dilakukeun dibandingkeun sareng bodi mobil baja.
Gambar 2: Konsép Audi Space frame A2
Rangka Audi A2 Space diwangun ku Laser 30 m (garis konéng dina gambar 2) sareng panjang las MIG 20m. Salaku tambahan, 1700 paku keling ogé dianggo.
Gambar 3: Babandingan profil sareng téknik ngahijikeun dina Audi-A2
Gambar 4 nunjukkeun sambungan las LaserHybrid tina bahan cor ALMg3 sareng bahan lambaran AlMgSi. Kawat pangisi nyaéta AlSi5 sareng gas pelindung anu dianggo nyaéta Argon. Kalayan ningkatna kakuatan laser, penetrasi anu langkung jero tiasa dilakukeun. Ngagabungkeun sinar laser sareng busur ku cara ieu ngahontal kolam las anu langkung ageung tibatan prosés las sinar laser nyalira. Ieu ngamungkinkeun pikeun ngelas komponén kalayan celah anu langkung lega.
Gambar 4: Sambungan tumpang tindih kalayan celah 0,5 mm
Dina industri otomotif aya seueur aplikasi las tumpang tindih tanpa persiapan sambungan. Ayeuna, prosés anu paling canggih pikeun padamelan las ieu nyaéta prosés las laser nganggo kawat pangisi tiis, kusabab retakan panas tina paduan AA 6xxx. Nalika sambungan dilas nganggo kawat pangisi, seueur énergi laser anu bakal leungit pikeun ngalemberehkeun kawat pangisi éta.
Gambar salajengna ngagambarkeun bédana antara pangelasan LaserHybrid sareng Laser dina sambungan tumpang tindih kalayan kecepatan pangelasan 2,4m/mnt. Dina kasus pangelasan laser, teu aya kamungkinan pikeun ngeusian manik las, sareng undercut dihasilkeun. Ogé, ngan aya penetrasi anu alit pisan kana bahan dasar. Lebar manik las alit pisan, sareng ku kituna kakuatan tarik anu handap bakal dipiharep. Dina kasus pangelasan LaserHybrid,
Bahan tambahan diangkut kana kolam las. Bagian handapeun dieusi ku kawat tina prosés MIG, sareng sabagian énergi laser ayeuna disimpen. Énergi laser anu disimpen ieu tiasa dianggo pikeun ningkatkeun penetrasi kana bahan dasar sareng lébar manik las langkung ageung tibatan ketebalan bahan, anu diperyogikeun tina simulasi numerik.
Gambar 5 Babandingan antara pangelasan LaserHybrid sareng Laser tanpa kawat pangisi
Ku prosedur pangelasan LaserHybrid, bahan Aluminium, baja, sareng baja tahan karat tiasa dielas kalayan ketebalan bahan dugi ka 4 mm. Upami ketebalanna ageung teuing, penetrasi pinuh moal tiasa dilakukeun. Pikeun ngahijikeun bahan anu dilapis séng, langkung saé nganggo prosés patri laser.
Aplikasi salajengna dina otomotif nyaéta power train, as roda, sareng bodi mobil, dimana prosés pangelasan hibrida laser tiasa cocog.
Kapala las:
Hulu las kedah gaduh diménsi géométri anu alit, supados mastikeun aksés anu saé kana komponén anu badé dilas, khususna dina widang awak otomatis. Salajengna, éta kedah dirancang pikeun ngamungkinkeun sambungan anu tiasa dicabut anu cocog kana sirah robot sareng panyesuaian variabel prosés sapertos jarak fokus, sareng jarak stand-off obor dina sadaya koordinat Cartesian. Gambar 5 nunjukkeun sirah las, nalika prosésna dijalankeun. Percikan anu lumangsung nalika prosés las nyababkeun ningkatna kokotor dina kaca pelindung. Kaca kuarsa dilapis dina dua sisi ku bahan anti-reflektif sareng dimaksudkeun pikeun ngajaga sistem optik laser tina karusakan.
Gumantung kana tingkat kokotorna, percikan anu numpuk dina kaca tiasa nyababkeun kakuatan laser anu sabenerna mangaruhan kana benda kerja turun dugi ka 90%. Kokotor anu langkung beurat umumna nyababkeun karusakan kaca pelindung, sabab sabagian ageung énergi radiasi teras diserep ku kaca éta sorangan, nyababkeun setrés termal dina kaca. Kalayan sirah las sareng alat las éta, tiasa dianggo pikeun las LaserHybrid, las laser, las MSG sarengPangeboran kawat panas laser.
Gambar 6: Hulu las sareng prosésna
5. Kaunggulan tina las Laser Hybrid:
Kaunggulan-kaunggulan ieu hasil tina ngahijina busur sareng sinar laser: Kaunggulan las LaserHybrid dibandingkeun las laser:
• stabilitas prosés anu langkung luhur
• kamampuh ngahubungkeun anu langkung luhur
• penetrasi anu langkung jero
• biaya investasi modal anu langkung handap
• daktilitas anu langkung ageung
Kaunggulan las LaserHybrid dibandingkeun las MIG:
• kecepatan las anu langkung luhur
• penetrasi anu langkung jero dina kecepatan las anu langkung luhur
• input termal anu langkung handap
• kakuatan tarik anu langkung luhur
• sambungan las anu langkung heureut
Gambar 7: Kaunggulan ngagabungkeun dua prosés
Prosés las busur dicirikeun ku sumber énergi anu murah, kamampuan sasak anu saé sareng ku fasilitas pikeun mangaruhan struktur ku nambihan logam pangisi. Fitur anu ngabédakeun tina prosés sinar laser, di sisi anu sanés, nyaéta jerona las anu ageung, kecepatan las anu luhur, beban termal anu handap sareng sambungan las anu sempit anu kahontal. Di luhur kapadetan sinar anu tangtu, sinar laser ngahasilkeun "éfék las jero" dina bahan logam anu ngamungkinkeun komponén anu kandel témbokna langkung ageung dilas - salami kakuatan laser cekap luhur. Ku kituna, las Laser Hybrid ngahasilkeun kecepatan las anu langkung luhur, stabilisasi prosés kusabab interaksi antara busur sareng sinar laser, efisiensi termal anu ningkat sareng toleransi potongan kerja anu langkung ageung. Kusabab kolam las langkung alit tibatan dina prosés MIG, aya input termal anu langkung sakedik sareng ku kituna zona anu kapangaruhan panas langkung alit. Ieu hartosna kirang las.
distorsi, anu ngirangan jumlah padamelan pelurusan pasca-las salajengna anu kedah dilakukeun.
Upami aya dua kolam las anu misah, input termal salajengna tina busur hartosna sinar laser - daérah anu dilas - khususna dina kasus baja - dipasihan perlakuan tempering pasca-las, nyebarkeun nilai karasa langkung rata di sakumna sambungan. Gambar 6 nyimpulkeun kaunggulan tina prosés gabungan (nyaéta hibrida).
Ayeuna urang ngabahas kaunggulan ékonomi tina las hibrida dibandingkeun las laser, pernyataan ieu tiasa dilakukeun: Sambungan las sabagian diwangun ku las laser sareng sabagian deui las MIG. Prosés hibrida ngamungkinkeun pikeun ngirangan kakuatan sinar laser, anu hartosna konsumsi énergi sumber laser tiasa dikirangan pisan, sabab alat sinar laser ngan ukur gaduh efisiensi 3%. Kalayan kecap sanésna: Pangurangan 1 kW dina kakuatan sinar laser anu mangaruhan kana benda kerja nyababkeun pangurangan sakitar 35 kVA dina kakuatan anu dikonsumsi tina sumber listrik.
Hiji alat sinar laser hargana sakitar EUR 0,1 m pikeun unggal 1 kWkakuatan sinar laserContona waé, dina kasus dimana panggunaan prosés hibrida ngamungkinkeun ngagunakeun alat sinar laser 2 kW tinimbang anu gaduh kakuatan sinar 4 kW, ieu ngahasilkeun tabungan EUR 0,2 juta dina pengeluaran investasi. Nanging, kedah diinget di dieu yén pikeun prosés hibrida, mesin MIG anu hargana sakitar EUR 20.000 bakal diperyogikeun.
Kusabab kecepatan las anu langkung luhur, waktos fabrikasi sareng biaya las tiasa dikirangan.
6. Nyetrika nganggo kawat panas laser:
Kamungkinan séjén pikeun ngagabungkeun sinar laser sareng kawat pangisi nyaéta prosés LaserHotwire [10]. Dina prosedur ieu kawat pangisi dipanaskeun deui ku sumber daya anu sami, anu tiasa dianggo pikeunProsés las Hibrida Laser. Kawat pangisi mibanda beban arus ti 100 A nepi ka 220 A. Laju asupan kawat gumantung kana penampang manik patri sareng laju patri. Patri nawiskeun, ngaliwatan jumlah logam pangisi, bahan cetakan anu tiasa direngsekeun langkung gampang tibatan sambungan las anu sami. Ngaliwatan patri bagian lambaran, padamelan perbaikan tiasa dilaksanakeun ku cara anu langkung gampang tibatan sambungan anu dilas. Salah sahiji kaunggulan tina patri LaserHotwire nyaéta résistansi korosi anu saé dina zona anu dipatri.
Salaku logam pangisi, logam campuran tambaga anu murah sapertos SG-CuSi3 dianggo sareng Argon fungsina salaku gas pelindung.
Gambar 8: Répréséntasi skematisPangeboran kawat panas laser:
Gambar salajengna nunjukkeun penampang bahan anu dibrazing ku kawat Laser Hot. Bahan anu dilapis séng dibrazing kalayan kecepatan 3 m/mnt sareng kawat pangisi gaduh beban arus 205 A. Asupan panasna rendah pisan, ku kituna distorsi anu rendah mangrupikeun hasil tina prosés brazing.
7. Ringkesan:
Las Hibrida Laser mangrupikeun téknologi anu anyar pisan anu nawiskeun sinergi pikeun widang aplikasi anu lega dina industri logam, khususna upami teu mungkin atanapi teu layak sacara finansial pikeun ngahontal toleransi komponén anu diperyogikeun pikeunlas sinar laser. Rentang aplikasi anu langkung lega sareng kamampuan anu luhur tina prosés gabungan ngarah kana daya saing anu ningkat dina hal pangurangan biaya investasi, waktos fabrikasi anu langkung pondok, biaya manufaktur anu langkung handap sareng produktivitas anu langkung luhur.
Prosés LaserHybrid ogé nawiskeun pendekatan anyar pikeun pangelasan aluminium. Nanging, prosés anu stabil anu tiasa dianggo dina praktékna ngan ukur tiasa dilakukeun sacara relatif anyar, hatur nuhun kana kakuatan kaluaran laser solid-state anu langkung luhur. Seueur panilitian anu parantos nalungtik dasar-dasar prosés pangelasan laser-busur-hibrida. Ku "prosés pangelasan hibrida", anu dimaksud nyaéta kombinasi pangelasan sinar laser sareng prosés pangelasan busur, kalayan ngan ukur hiji zona prosés tunggal (plasma sareng lebur). Panilitian dasar parantos nunjukkeun yén hiji prosés dimungkinkeun dimana - ku ngagabungkeun dua prosés - sinergi tiasa kahontal sareng kakurangan tina unggal prosés anu misah tiasa dikompensasi, ngahasilkeun kamungkinan pangelasan anu ningkat, kamampuan ngelasan sareng reliabilitas pangelasan pikeun seueur bahan sareng konstruksi anu béda. Khususna, ieu parantos dipidangkeun pikeun paduan aluminium. Ku milih parameter prosés anu nguntungkeun, dimungkinkeun pikeun sacara selektif mangaruhan sipat pangelasan sapertos géométri sareng konstitusi struktural. Prosés pangelasan busur ningkatkeun kamampuan sasak ku nambihan logam pangisi; éta ogé nangtukeun lébar las-jahitan sareng ku kituna ngirangan jumlah persiapan benda kerja anu diperyogikeun. Leuwih ti éta, interaksi anu lumangsung antara prosés-prosés éta nyababkeun paningkatan anu signifikan dina efisiensi prosés. Prosés kombinasi ieu ogé meryogikeun biaya investasi anu langkung alit tibatan prosés pangelasan laser.
Prosés mematri kawat Laser Hot tiasa dianggo khusus pikeun bahan anu dilapis séng pikeun kéngingkeun résistansi korosi anu saé.
Waktos posting: 18-Apr-2025
