Kaedah Kimpalan untuk Bahagian Mikro dan Kecil Kimpalan laser ialah kaedah kimpalan yang cekap dan tepat yang menggunakan pancaran laser berketumpatan tenaga tinggi sebagai sumber haba. Ia merupakan salah satu aplikasi penting teknologi pemprosesan bahan laser. Pada tahun 1970-an, ia digunakan terutamanya untuk kimpalan bahan berdinding nipis dan kimpalan berkelajuan rendah, dan proses kimpalan tergolong dalam jenis pengaliran haba. Secara khususnya, sinaran laser memanaskan permukaan bahan kerja, dan haba di permukaan meresap ke dalam melalui pengaliran haba. Dengan mengawal parameter seperti lebar, tenaga, kuasa puncak dan frekuensi pengulangan denyutan laser, bahan kerja dicairkan untuk membentuk kolam lebur tertentu. Disebabkan kelebihannya yang unik, ia telah berjaya digunakan padakimpalan ketepatan bahagian mikro dan kecil.Teknologi kimpalan laser China berada di antara tahap termaju dunia. Ia mempunyai teknologi dan keupayaan untuk membentuk komponen aloi titanium kompleks seluas 12 meter persegi menggunakan laser, dan telah digunakan dalam prototaip dan pembuatan produk pelbagai projek penyelidikan penerbangan domestik. Pada Oktober 2013, seorang pakar kimpalan China memenangi Anugerah Brook, anugerah akademik tertinggi dalam bidang kimpalan, yang mengesahkan tahap kimpalan laser China yang bertaraf dunia.
## Sejarah Pembangunan Pancaran laser pertama di dunia dijana pada tahun 1960 oleh kristal delima yang mengujakan dengan lampu kilat. Dihadkan oleh kapasiti haba kristal, ia hanya boleh menghasilkan pancaran berdenyut yang sangat pendek dengan frekuensi rendah. Walaupun tenaga puncak denyutan serta-merta boleh mencapai sehingga 10^6 watt, ia masih tergolong dalam output tenaga rendah. Rod kristal garnet aluminium yttrium (Nd:YAG) yang didop neodymium, dengan neodymium (Nd) sebagai elemen pengujaan, boleh menghasilkan pancaran laser panjang gelombang tunggal berterusan dengan kuasa 1-8KW. Laser YAG, dengan panjang gelombang 1.06μm, boleh disambungkan ke kepala pemprosesan laser melalui gentian optik fleksibel, yang menampilkan susun atur peralatan fleksibel dan kesesuaian untuk mengimpal bahan kerja dengan ketebalan 0.5-6mm. Laser CO₂, menggunakan karbon dioksida sebagai penguja (dengan panjang gelombang 10.6μm), boleh mencapai tenaga output sehingga 25KW dan merealisasikan kimpalan penembusan penuh laluan tunggal bagi plat setebal 2mm. Ia telah digunakan secara meluas dalam pemprosesan logam dalam sektor perindustrian. Pada pertengahan 1980-an, kimpalan laser, sebagai teknologi baharu, menarik perhatian meluas di Eropah, Amerika Syarikat dan Jepun. Pada tahun 1985, ThyssenKrupp Steel AG (Jerman) dan Volkswagen AG (Jerman) telah bekerjasama untuk berjaya menerima pakai bahan kosong kimpalan laser pertama di dunia pada badan Audi 100. Pada tahun 1990-an, pengeluar automobil utama di Eropah, Amerika Utara dan Jepun mula menggunakan teknologi bahan kosong kimpalan laser secara meluas dalam pembuatan badan automobil. Pengalaman praktikal daripada kedua-dua makmal dan pengeluar automobil telah membuktikan bahawa bahan kosong kimpalan laser boleh digunakan dengan jayanya dalam pengeluaran badan automobil. Kimpalan laser tailor menggunakan tenaga laser untuk menyambung dan mengimpal beberapa keluli, keluli tahan karat, aloi aluminium, dan sebagainya secara automatik, dengan bahan, ketebalan dan salutan yang berbeza ke dalam plat, profil atau panel sandwic bersepadu. Ini memenuhi keperluan prestasi bahan komponen yang berbeza dan mencapai peralatan yang ringan dengan berat paling ringan, struktur optimum dan prestasi terbaik. Di negara maju seperti Eropah dan Amerika Syarikat,kimpalan jahitan laserbukan sahaja digunakan dalam industri pembuatan peralatan pengangkutan tetapi juga digunakan secara meluas dalam bidang seperti pembinaan, jambatan, pengeluaran kimpalan plat perkakas rumah, dan kimpalan plat keluli dalam talian penggelek (sambungan plat dalam penggelek berterusan). Perusahaan kimpalan laser yang terkenal di dunia termasuk Soudonic (Switzerland), ArcelorMittal Group (Perancis), ThyssenKrupp TWB (Jerman), Servo-Robot (Kanada), dan Precitec (Jerman). Aplikasi teknologi kosong kimpalan laser di China baru sahaja bermula. Pada 25 Oktober 2002, barisan pengeluaran komersial profesional pertama China untuk kosong kimpalan laser telah beroperasi secara rasmi. Ia diperkenalkan oleh Wuhan ThyssenKrupp Zhongren Laser Tailor Welding dari ThyssenKrupp TWB (Jerman). Kemudian, Shanghai Baosteel Arcelor Laser Tailor Welding Co., Ltd., FAW Baoyou Laser Tailor Welding Co., Ltd., dan perusahaan lain telah dikeluarkan secara berturut-turut. Pada tahun 2003, negara asing menyedari kimpalan dawai pengisi laser CO₂ berganda danKimpalan dawai pengisi laser YAGuntuk struktur panel dinding bawah aloi aluminium A318. Teknologi ini menggantikan struktur berpaku tradisional, mengurangkan berat fiuslaj pesawat sebanyak 20% dan menjimatkan 20% daripada kos. Gong Shuili percaya bahawa teknologi kimpalan laser akan memainkan peranan penting dalam transformasi dan penaiktarafan industri pembuatan penerbangan tradisional China. Beliau segera memohon beberapa projek pra-penyelidikan yang berkaitan, menganjurkan pasukan penyelidikan, dan menerajui dalam memperkenalkan teknologi "kimpalan laser pancaran berganda" ke dalam projek penyelidikan di China. Sejak awal lagi, beliau merancang untuk mengaplikasikan teknologi ini kepada pembuatan pesawat. Pasukan pakar China melaporkan teknologi awal kepada institut reka bentuk pesawat dan mempromosikan kelebihan dan kebolehlaksanaan kimpalan laser pancaran berganda. Selepas beberapa pengesahan dan penilaian, institut reka bentuk memutuskan untuk mengaplikasikan teknologi ini kepada pembuatan panel dinding bergaris untuk pesawat tertentu, mencapai matlamat awal untuk mengaplikasikan teknologi "kimpalan laser pancaran berganda" kepada pembuatan pesawat. Ia telah menembusi teknologi utama seperti kawalan ketepatan dawai pengisi kimpalan laser untuk aloi ringan, membangunkan peranti kimpalan hibrid dawai pengisi laser pancaran dua bersepadu dan inovatif, menubuhkan platform kimpalan dawai pengisi laser pancaran dua kuasa tinggi pertama di China, merealisasikan kimpalan segerak pancaran dua dan dua sisi bagi sambungan-T dalam struktur berdinding nipis yang besar, dan berjaya mengaplikasikannya kepada pembuatan kimpalan bahagian struktur utama panel dinding berjalur penerbangan buat kali pertama, memainkan peranan penting dalam pembangunan pesawat baharu China. Pada tahun 2003, set lengkap peralatan kimpalan jalur dalam talian berskala besar domestik pertama yang disediakan oleh HG Laser telah lulus penerimaan luar talian. Peralatan ini menggabungkan pemotongan laser, kimpalan dan rawatan haba, menjadikan HG Laser salah satu perusahaan keempat di dunia yang mampu menghasilkan peralatan sedemikian. Pada tahun 2004, projek "Pemotongan Laser Berkuasa Tinggi, Kimpalan dan Teknologi dan Peralatan Pemprosesan Pemotongan-Kimpalan Gabungan" oleh HG Laser Farley Laserlab memenangi Hadiah Kedua Anugerah Kemajuan Sains dan Teknologi Kebangsaan, menjadikannya satu-satunya perusahaan laser di China dengan keupayaan R&D teknologi dan peralatan ini. Dengan perkembangan pesat industri laser perindustrian, pasaran telah mengemukakan keperluan yang lebih tinggi untuk teknologi pemprosesan laser. Teknologi laser secara beransur-ansur beralih daripada aplikasi tunggal kepada aplikasi yang pelbagai. Dari segi pemprosesan laser, ia tidak lagi terhad kepada pemotongan tunggal atau kimpalan. Permintaan pasaran untuk peralatan pemprosesan laser bersepadu yang menggabungkan pemotongan dan kimpalan semakin meningkat, dan dengan itu peralatan pemotongan dan kimpalan laser bersepadu telah muncul. HG Laser Farley Laserlab membangunkan mesin pemotongan dan kimpalan bersepadu Walc9030, dengan format ultra besar 9×3 meter, yang kini merupakan peralatan pemotongan dan kimpalan laser bersepadu format terbesar di dunia. Walc9030 ialah peralatan pemotongan dan kimpalan format besar yang mengintegrasikanfungsi pemotongan laser dan kimpalan laserIa dilengkapi dengan kepala pemotong profesional dan kepala kimpalan, dan kedua-dua kepala pemprosesan berkongsi satu rasuk. Teknologi kawalan berangka memastikan bahawa ia tidak mengganggu satu sama lain. Peralatan ini boleh menyelesaikan dua proses yang memerlukan pemotongan dan kimpalan secara serentak. Ia boleh bertukar secara bebas antara memotong dahulu kemudian kimpalan, atau kimpalan dahulu kemudian pemotongan, merealisasikan fungsi pemotongan dan kimpalan laser dengan satu peralatan tanpa memerlukan peralatan tambahan. Ini menjimatkan kos peralatan untuk pengeluar aplikasi, meningkatkan kecekapan pemprosesan dan julat pemprosesan. Selain itu, disebabkan oleh penyepaduan pemotongan dan kimpalan, ketepatan pemprosesan dijamin sepenuhnya, dan prestasi peralatan adalah cekap dan stabil. Di samping itu, ia telah mengatasi kesukaran ubah bentuk haba plat semasa kimpalan plat ultra besar yang disesuaikan dan realisasi stabil laluan optik terbang ultra panjang. Ia boleh mengimpal dua plat rata sepanjang 6 meter dan lebar 1.5 meter pada satu masa, dan permukaan yang dikimpal licin dan rata tanpa pemprosesan pasca tambahan. Pada masa yang sama, ia boleh memotong plat dengan lebar 3 meter, panjang lebih daripada 6 meter, dan ketebalan kurang daripada 20mm dalam satu proses pembentukan tanpa kedudukan sekunder. Institut Automasi Shenyang, Akademi Sains China, telah menjalankan kerjasama antarabangsa dengan IHI Corporation (Jepun). Berikutan strategi pembangunan sains dan teknologi kebangsaan iaitu "pengenalan, pencernaan, penyerapan dan inovasi semula", ia mengatasi beberapa teknologi utama...kimpalan jahitan laser, membangunkan set pertama barisan pengeluaran kimpalan laser lengkap China pada September 2006, dan berjaya membangunkan sistem kimpalan laser robotik, merealisasikan kimpalan laser bagi lengkung satah dan ruang. Pada Oktober 2013, seorang pakar kimpalan China memenangi Anugerah Brook, anugerah akademik tertinggi dalam bidang kimpalan. Institut Kimpalan (TWI, UK) mengesyorkan dan mencalonkan calon setiap tahun daripada lebih 4,000 unit ahli di lebih 120 negara, dan akhirnya menganugerahkan hadiah ini kepada seorang pakar sebagai pengiktirafan atas sumbangan cemerlang mereka kepada sains dan teknologi kimpalan atau penyambungan serta aplikasi perindustriannya. Anugerah ini bukan sahaja merupakan pengiktirafan kepada Gong Shuili dan pasukannya tetapi juga penegasan peranan AVIC dalam mempromosikan kemajuan teknologi penyambungan bahan.
## Parameter Struktur
### Peralatan Kerja Ia terdiri daripada pengayun optik dan medium yang diletakkan di antara cermin di kedua-dua hujung rongga pengayun. Apabila medium teruja kepada keadaan tenaga tinggi, ia mula menghasilkan gelombang cahaya dalam fasa, yang memantulkan bolak-balik antara cermin di kedua-dua hujung, membentuk kesan penggabungan fotoelektrik. Ini menguatkan gelombang cahaya, dan apabila tenaga yang mencukupi diperoleh, laser dipancarkan. Laser juga boleh ditakrifkan sebagai peranti yang menukar sumber tenaga primer seperti tenaga elektrik, tenaga kimia, tenaga haba, tenaga cahaya atau tenaga nuklear kepada pancaran sinaran elektromagnet dengan frekuensi optik tertentu (cahaya ultraviolet, cahaya nampak atau cahaya inframerah). Penukaran ini boleh dilakukan dengan mudah dalam media pepejal, cecair atau gas tertentu. Apabila media ini teruja dalam bentuk atom atau molekul, ia menghasilkan pancaran cahaya dengan fasa yang hampir sama dan hampir satu panjang gelombang—laser. Disebabkan sifat dalam fasa dan panjang gelombang tunggalnya, sudut pencapahan adalah sangat kecil dan ia boleh dihantar melalui jarak jauh sebelum menjadi sangat tertumpu untuk menyediakan fungsi seperti kimpalan, pemotongan dan rawatan haba. ### Pengelasan Laser Terdapat dua jenis laser yang digunakan untuk kimpalan, iaitu laser CO₂ dan laser Nd:YAG. Kedua-dua laser CO₂ dan laser Nd:YAG adalah cahaya inframerah yang tidak dapat dilihat dengan mata kasar. Pancaran yang dihasilkan oleh laser Nd:YAG terutamanya adalah cahaya inframerah dekat dengan panjang gelombang 1.06μm. Konduktor haba mempunyai kadar penyerapan yang agak tinggi untuk cahaya dengan panjang gelombang ini, dan bagi kebanyakan logam, pemantulan adalah 20%-30%. Pancaran inframerah dekat boleh difokuskan kepada diameter 0.25mm menggunakan kanta optik standard. Pancaran laser CO₂ adalah cahaya inframerah jauh dengan panjang gelombang 10.6μm. Kebanyakan logam mempunyai pemantulan 80%-90% untuk jenis cahaya ini, jadi kanta optik khas diperlukan untuk memfokuskan pancaran kepada diameter 0.75-1.0mm. Kuasa laser Nd:YAG secara amnya boleh mencapai kira-kira 4,000-6,000W, dan kuasa maksimum kini telah mencapai 10,000W. Sebaliknya, kuasa laser CO₂ boleh mencapai 20,000W atau lebih tinggi lagi. Laser CO₂ berkuasa tinggi menyelesaikan masalah pemantulan tinggi melalui kesan lubang kunci. Apabila permukaan bahan yang disinari oleh tompok cahaya cair, lubang kunci terbentuk. Lubang kunci yang dipenuhi dengan wap ini seperti jasad hitam, yang menyerap hampir semua tenaga cahaya yang datang. Suhu keseimbangan di dalam lubang kunci mencapai kira-kira 25,000°C, dan pemantulan berkurangan dengan cepat dalam beberapa mikrosaat. Walaupun fokus pembangunan laser CO₂ masih tertumpu pada pembangunan dan penyelidikan peralatan, ia bukan lagi tentang meningkatkan kuasa output maksimum, tetapi tentang cara meningkatkan kualiti pancaran dan prestasi pemfokusannya. Di samping itu, apabila argon digunakan sebagai gas pelindung untuk kimpalan laser CO₂ dengan kuasa melebihi 10kW, ia sering mendorong plasma yang kuat, yang mengurangkan kedalaman penembusan. Oleh itu, helium, yang tidak menjana plasma, sering digunakan sebagai gas pelindung untuk kimpalan laser CO₂ berkuasa tinggi. Penggunaan kombinasi laser diod untuk kristal Nd:YAG berkuasa tinggi yang mengujakan merupakan topik penyelidikan dan pembangunan yang penting, yang akan meningkatkan kualiti pancaran laser dengan ketara dan membentuk pemprosesan laser yang lebih cekap. Penggunaan tatasusunan diod langsung untuk mengujakan dan mengeluarkan laser di kawasan inframerah dekat telah mencapai kuasa purata 1kW dan kecekapan penukaran fotoelektrik hampir 50%. Diod juga mempunyai hayat perkhidmatan yang lebih lama (10,000 jam), yang membantu mengurangkan kos penyelenggaraan peralatan laser. Pembangunan peralatan laser keadaan pepejal diod (DPSSL) juga semakin maju.
Masa siaran: 27 Ogos 2025
