Pelajaran 7.4MenyambungBab 7 · Penyambungan

Pengelasan laser

Peleburan: laser terfokus mengebor keyhole untuk las sempit dan dalam

Pengelasan laser melelehkan sambungan dengan berkas cahaya yang terfokus rapat, membuat las sempit dan dalam pada kecepatan tinggi. Karena panasnya sangat terkonsentrasi, komponen nyaris tidak melengkung. Teknik ini menyambung bodi mobil, sel baterai, dan implan medis, biasanya dengan robot atau cermin yang bergerak cepat.

Foto: Krorc, CC BY-SA 3.0, melalui Wikimedia Commons

Pengelasan laser · tampak samping keyhole, dengan tampak ujung las laser dan las busurAngka dalam lingkaran sesuai dengan langkah-langkah di bawah. Kotak di kanan membandingkan las jadi dengan las busur pada pelat yang sama.

Cara kerjanya

Buat dan salurkan berkas. Sumber laser, kini biasanya laser serat sekitar 1–10 kW, membuat berkas inframerah yang kuat. Serat optik membawanya ke kepala las.
Fokuskan. Lensa memeras berkas menjadi titik selebar beberapa persepuluh milimeter. Itu menempatkan lebih dari satu juta watt pada setiap sentimeter persegi.
Bor sebuah keyhole. Logam di bawah titik itu meleleh dan sebagian mendidih. Tekanan uap menjaga saluran tipis tetap terbuka, yaitu keyhole, yang memungkinkan berkas menjangkau jauh ke dalam sambungan.
Biarkan lelehan mengalir mengitari. Saat kepala bergerak, logam cair mengalir mengitari keyhole dan menutup di belakangnya.
Lindungi kolam las. Gas seperti argon, helium, atau nitrogen melindungi logam panas dari udara dan mendorong plume (awan uap logam di atas titik) menjauh.
Membeku cepat. Kolam kecil membeku hampir seketika menjadi las sempit dan dalam. Zona terpengaruh panas (logam yang berubah akibat panas tetapi tidak meleleh) tetap tipis.

Dua mode. Pada kerapatan daya yang lebih rendah, laser hanya melelehkan permukaan, menghasilkan las dangkal dan halus (mode konduksi) untuk lembaran tipis dan sambungan yang terlihat. Di atas ambang batas, laser membuka keyhole, yang bisa membuat las hingga sekitar sepuluh kali lebih dalam daripada lebarnya.

Fakta kunci

Material: Baja karbon dan baja tahan karat, aluminium, titanium, paduan nikel; tembaga dengan laser hijau atau biru atau pengaturan khusus; beberapa plastik
Komponen khas: Atap dan pintu mobil, tailored blank (lembaran dengan ketebalan berbeda yang disambung sebelum stamping), tab baterai, roda gigi, casing alat pacu jantung
Ukuran komponen: Dari foil di bawah 0,1 mm hingga pelat sekitar 20 mm dalam satu lintasan dengan daya tinggi; komponen sebesar bodi mobil dengan robot
Presisi: Berkas ditempatkan dalam kisaran sekitar ±0,1 mm; distorsi sangat rendah, tetapi komponen harus pas dengan celah sekitar 0,1 mm atau kurang
Hasil permukaan: Las sempit dan halus, sering hampir rata; sedikit percikan
Ukuran batch yang cocok: Seri besar dengan otomatisasi; unit genggam kini juga melayani job shop
Biaya perkakas dan mesin: Kira-kira $10.000 ke atas untuk mesin las laser serat genggam; beberapa ratus ribu dolar atau lebih untuk sel robotik
Kecepatan: Biasanya 1–10 m las per menit pada lembaran tipis; kepala pemindai berpindah antarlas dalam milidetik

Kekuatan dan batasan

Kekuatan

Las sempit dan dalam dengan sedikit panas dan distorsi
Sangat cepat dan mudah diotomatisasi, bahkan dari jarak jauh dengan cermin pemindai
Mengelas dari satu sisi, tanpa menyentuh komponen
Cukup presisi untuk komponen medis dan elektronik yang sangat kecil

Batasan

Peralatan mahal dan keselamatan laser yang ketat: berkas dan pantulannya bisa membutakan
Butuh fit-up yang rapat: celah dan ketidaksejajaran menyebabkan cacat
Logam mengilap seperti tembaga dan aluminium memantulkan sebagian besar berkas
Pendinginan yang sangat cepat bisa menghasilkan las keras dan getas pada baja berkarbon tinggi

Di mana dipakai

OtomotifAtap, pintu, tailored blank, roda gigi dan komponen transmisi
Baterai dan e-mobilitasTab sel, busbar (strip penghubung tebal), rumah baterai
MedisRumah alat pacu jantung dan implan, instrumen bedah
ElektronikRumah sensor, konektor, kemasan tertutup
Peralatan dapurBak cuci baja tahan karat, panel dan tabung peralatan rumah tangga

Cara mengenalinya

Las yang sangat tipis dan merata, sering hanya selebar 1–2 mm, dengan riak halus yang teratur.
Sedikit atau tanpa warna panas atau lengkungan di samping las.
Deretan titik kecil yang tumpang tindih pada komponen kecil, dibuat oleh laser berpulsa (misalnya pada perangkat medis atau perhiasan yang diperbaiki).

Bandingkan dengan

Pengelasan busur7.1lebih murah dan lebih toleran terhadap celah, tetapi lebih lebar, lebih dangkal, dan lebih panas, dengan distorsi lebih besar.Pengelasan berkas elektron7.5las yang lebih dalam dan lebih bersih lagi dari berkas elektron, tetapi butuh ruang vakum.Las titik tahanan7.2menyambung lembaran hanya di titik-titik; laser bisa membuat jahitan kontinu sebagai gantinya.

Tonton

Mech Vidya · Prinsip keyhole, dalam animasi

Ricky Explains Lasers · Sumber laser, serat, dan kepala las, dibuka

TRUMPF Inc. · Kepala pemindai melompat di antara las dengan kecepatan tinggi

TRUMPFtube · Sel pengelasan laser di pabrik sungguhan

Lihat foto asli

Wikipedia: Laser beam welding — prinsip, mode keyhole dan konduksi, dengan tautan ke foto
Pencarian foto Wikimedia Commons

Ingat

Laser terfokus memusatkan daya begitu besar hingga membuka keyhole uap dan mengelas dalam dalam satu lintasan.
Las sempit berarti sedikit panas, sedikit distorsi, dan kecepatan tinggi.
Harganya adalah peralatan mahal, aturan keselamatan ketat, dan komponen yang harus pas rapat.