Perhimpunan Kimpalan
1. Jurang Perhimpunan dan Ketidaksejajaran
Kualiti pemasangan adalah penting untuk memastikan kualiti kimpalan. Jurang pemasangan yang berlebihan atau ketidaksejajaran boleh menyebabkan kecacatan seperti terbakar, pembentukan kimpalan yang lemah dan penembusan yang tidak lengkap. Jurang pemasangan untuk sambungan fillet dan butt hendaklah sekecil mungkin. Jadual 8-2 menyenaraikan keperluan untuk jurang dan ketidaksejajaran dalam kimpalan autogen laser pegang tangan.
Untuk memastikan dimensi bahan kerja, mengurangkan ubah bentuk, dan mencegah ketidaksejajaran kawasan yang hendak dikimpal akibat ubah bentuk kilasan semasa kimpalan, kimpalan tack biasanya diperlukan sebelum kimpalan. Kaedah proses yang sama seperti kimpalan formal digunakan untuk kimpalan tack pemasangan. Panjang kimpalan tack ialah 20–30mm, dan keperluan kualiti untuk kimpalan tack (contohnya, kedalaman dan lebar penembusan) adalah lebih rendah daripada kimpalan formal. Kelajuan perjalanan yang lebih pantas biasanya digunakan untuk kimpalan tack berbanding kimpalan formal. Atas dasar memastikan sambungan kimpalan tack yang boleh dipercayai, kimpalan tack hendaklah rata, panjang dan nipis, dan tidak boleh terlalu besar, lebar atau tinggi. Kimpalan tack juga memerlukan perlindungan yang mencukupi untuk mengelakkan pengoksidaan.
3. Lekapan dan Pengapit
Kimpalan laser kebanyakannya digunakan untukkimpalan plat nipisDalam kimpalan plat nipis, kimpalan biasanya dilakukan di bahagian hadapan bahan kerja, dengan peleburan yang mencukupi di bahagian belakang untuk mencapai kimpalan belakang yang terbentuk dengan baik. Untuk pemilihan parameter: input haba yang rendah boleh menyebabkan pelakuran yang tidak lengkap di bahagian belakang; input haba yang tinggi, sambil memastikan penembusan penuh di bahagian belakang, boleh menyebabkan pembakaran akibat graviti logam cair atau lebar lebur yang tidak seimbang berbanding ketebalan bahan kerja. Untuk mengelakkan pembakaran akibat pembakaran, jika bahan kerja membenarkan pengapit, lekapan harus digunakan untuk mengapit bahan kerja semasa kimpalan plat nipis—menekan bahagian hadapan dan meletakkan plat sokongan tembaga atau keluli tahan karat di bahagian belakang. Ini menghalang perubahan dalam jurang pemasangan atau ketidaksejajaran yang disebabkan oleh ubah bentuk kimpalan dan mengelakkan keruntuhan haba. Apabila bahan kerja mempunyai pelesapan haba yang tidak sekata merentasi kawasan disebabkan oleh sebab struktur, penggunaan lekapan untuk mengimbangi pelesapan haba juga berkesan, bertujuan untuk membentuk kimpalan dengan dimensi seragam di kedua-dua bahagian hadapan dan belakang.
Pemilihan Parameter Kimpalan
Secara amnya, parameter kimpalan laser termasuk kuasa laser, lebar denyut laser, jumlah defokus, kelajuan kimpalan dan gas pelindung.
1. Kuasa Laser
Terdapat ketumpatan kuasa laser ambang dalam kimpalan laser. Di bawah ambang ini, kedalaman penembusan adalah cetek; setelah dicapai atau dilebihi, kedalaman penembusan meningkat dengan ketara. Plasma dijana hanya apabila ketumpatan kuasa laser pada bahan kerja melebihi ambang, menunjukkan kimpalan penembusan dalam yang stabil. Di bawah ambang, hanya pencairan permukaan yang berlaku (kimpalan pengaliran haba yang stabil). Berhampiran keadaan kritikal untuk pembentukan lubang kunci, penembusan dalam dan kimpalan pengaliran haba berselang-seli, mengakibatkan proses yang tidak stabil dengan turun naik yang besar dalam kedalaman penembusan. Kuasa laser adalah salah satu parameter paling kritikal dalam pemprosesan laser dan penentu utama kedalaman penembusan kimpalan. Untuk diameter titik fokus tetap, ketumpatan kuasa laser adalah berkadar dengan kuasa laser: kuasa yang lebih tinggi meningkatkan kedalaman penembusan dan kelajuan kimpalan. Walau bagaimanapun, kuasa yang berlebihan menyebabkan terlalu panas kolam lebur yang teruk, meningkatkan lebar kimpalan dan zon terjejas haba (HAZ), dan menyebabkan lebih banyak percikan, yang mungkin mencemari kanta kimpalan. Dengan kuasa yang tinggi, lapisan permukaan boleh dipanaskan hingga takat didih dan mengewap dengan ketara dalam mikrosaat, menjadikannya sesuai untuk proses penyingkiran bahan seperti penggerudian, pemotongan dan ukiran. Dengan kuasa yang lebih rendah, permukaan mengambil masa beberapa milisaat untuk mencapai takat didih, dan lapisan bawahnya cair sebelum pengewapan permukaan, memudahkan kimpalan pelakuran yang baik.
2. Lebar Nadi Laser
Lebar denyut laser, atau "lebar denyut," ialah parameter utama dalam kimpalan laser berdenyut. Ia ditentukan oleh kedalaman penembusan dan HAZ: lebar denyut yang lebih panjang meningkatkan HAZ, dan kedalaman penembusan meningkat dengan punca kuasa dua lebar denyut. Walau bagaimanapun, lebar denyut yang lebih panjang mengurangkan kuasa puncak, jadi ia biasanya digunakan untuk kimpalan pengaliran haba, membentuk kimpalan yang lebar dan cetek—sangat sesuai untuk sambungan pusingan plat nipis dan tebal. Walau bagaimanapun, kuasa puncak yang rendah menyebabkan input haba yang berlebihan, dan setiap bahan mempunyai lebar denyut optimum untuk kedalaman penembusan maksimum.
3. Pemilihan Amaun Penyahfokusan
Kedudukan titik fokus adalah penting dalamkimpalan gabungan laserApabila fokus berada di atas permukaan bahan kerja, kedalaman penembusan adalah kecil, menjadikan kimpalan penembusan dalam sukar. Apabila fokus berada di bawah permukaan, ketumpatan kuasa di dalam bahan kerja adalah lebih tinggi daripada di permukaan, menggalakkan pencairan dan pengewapan yang lebih kuat, membolehkan tenaga dipindahkan lebih dalam ke dalam bahan kerja dan meningkatkan kedalaman penembusan. Terdapat dua mod nyahfokus: nyahfokus positif (satah fokus di atas bahan kerja) dan nyahfokus negatif (satah fokus di bawah bahan kerja). Dalam praktiknya, untuk plat tebal yang memerlukan kedalaman penembusan yang besar, nyahfokus negatif digunakan, dengan fokus laser biasanya 1–2mm di bawah permukaan bahan kerja. Untuk plat nipis, nyahfokus positif adalah lebih baik, dengan fokus 1–1.5mm di atas permukaan.
4. Kelajuan Kimpalan
Dengan parameter lain yang ditetapkan, kedalaman penembusan berkurangan apabila kelajuan kimpalan meningkat, manakala kecekapan bertambah baik. Kelajuan yang terlalu tinggi gagal memenuhi keperluan penembusan; kelajuan yang terlalu rendah menyebabkan leburan berlebihan, kimpalan yang luas, HAZ terlalu panas dan kecenderungan keretakan panas yang meningkat.kimpalan laser berdenyut, kelajuan juga ditentukan oleh frekuensi denyut maksimum dan pertindihan titik yang diperlukan—setiap titik denyut berikutnya mesti bertindih sehingga tahap tertentu. Oleh itu, untuk kuasa laser dan ketebalan bahan yang diberikan, terdapat julat kelajuan optimum, di mana kedalaman penembusan maksimum dicapai pada kelajuan tertentu.
5. Gas Pelindung
Gas lengai sering digunakan untuk melindungi kolam lebur semasa kimpalan laser. Walaupun sesetengah bahan mungkin tidak memerlukan perlindungan daripada pengoksidaan permukaan, kebanyakan aplikasi memerlukannya. Secara tradisinya, Ar, N₂, dan He digunakan untuk kimpalan laser aloi aluminium untuk mencegah pengoksidaan. Secara teorinya, He adalah yang paling ringan dengan tenaga pengionan tertinggi, tetapi pada kuasa rendah dan kelajuan tinggi, plasma lemah, meminimumkan perbezaan antara gas. Kajian menunjukkan bahawa di bawah keadaan yang sama, N₂ lebih mudah mendorong pembentukan lubang kunci akibat tindak balas eksotermik dengan Al; sebatian ternari Al-NO₂ yang terhasil mempunyai penyerapan laser yang lebih tinggi. Walau bagaimanapun, N₂ tulen membentuk fasa dan liang Al-N yang rapuh dalam kimpalan. Gas lengai, yang ringan, keluar tanpa menyebabkan liang, menjadikan gas campuran lebih berkesan. Baru-baru ini, penyelidikan mengenai kimpalan laser Al menggunakan campuran Ar-O₂ dan N₂-O₂ telah meningkat.
6. Penyerapan Bahan
Penyerapan bahan tenaga laser bergantung pada sifat-sifat seperti penyerapan, pemantulan, kekonduksian terma, suhu lebur dan suhu penyejatan, dengan penyerapan menjadi yang paling kritikal. Faktor-faktor yang mempengaruhi penyerapan termasuk:
Kerintangan elektrik: Bagi permukaan yang digilap, penyerapan adalah berkadar terus dengan punca kuasa dua kerintangan, yang berubah-ubah mengikut suhu.
Keadaan permukaan: Mempengaruhi kebolehserapan dan seterusnya keputusan kimpalan dengan ketara.
Petua dan Pantang Larang Pengoperasian untuk Kimpalan Laser Serat Genggam
1. Elakkan Sinaran Arka
Pengimpal laser gentian genggamgunakan laser gentian kelas 4 yang memancarkan sinaran (1080±3)nm dengan kuasa output melebihi 1000W (bergantung pada model). Pendedahan langsung atau tidak langsung boleh merosakkan mata atau kulit. Walaupun tidak kelihatan, pancaran boleh menyebabkan kerosakan yang tidak dapat dipulihkan pada retina atau kornea. Sentiasa pakai gogal keselamatan laser yang diperakui semasa laser beroperasi. Jangan sekali-kali melihat terus ke kepala output semasa laser dihidupkan, walaupun dengan gogal.
2. Menetapkan Parameter Kimpalan
Tetapkan kuasa laser rendah pada skrin sentuh (seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 8-2). Letakkan muncung tembaga kepala kimpalan pada benda kerja dan tekan suis obor untuk memancarkan laser untuk kimpalan. Parameter tipikal: frekuensi laser 5000Hz, kelajuan galvanometer 300–600, kelewatan gas >100ms, kitaran tugas 100% untuk pelepasan berterusan. Laraskan lebar kimpalan berdasarkan jurang pemasangan; kuasa boleh dilaraskan dari 0–1000W (0–100% daripada maksimum). Selepas memasukkan parameter, klik “OK” dan simpan untuk tetapan berkuat kuasa.
4. Jangan Meningkatkan Kelajuan Kimpalan Secara Berlebihan
Kimpalan dibentuk dengan menggerakkan sumber laser (lihat Rajah 8-3). Kedalaman dan lebar bergantung pada kelajuan dan kuasa, dengan kelajuan tipikal 1–3 m/min, menghasilkan permukaan yang licin dan bebas kerak dengan nisbah aspek <1. Untuk arus dan voltan tetap, perubahan kelajuan secara langsung mempengaruhi input haba, mengubah penembusan dan lebar. Kelajuan yang terlalu tinggi menyebabkan pemanasan yang tidak mencukupi, yang membawa kepada penembusan yang berkurangan, lebar yang sempit, pemotongan bawah, liang dan penembusan yang tidak lengkap.
Pembersihan mekanikal: Gunakan berus keluli tahan karat atau roda pneumatik untuk menanggalkan oksida sehingga kemasan putih terang diperolehi. Kimpal segera selepas menggilap; gilap semula jika kimpalan tertangguh >36 jam.
Pembersihan kimia: Keluarkan oksida menggunakan tindak balas kimia (kaedah berbeza mengikut bahan). Jadual 8-3 menyenaraikan kaedah pembersihan kimia untuk aloi aluminium. Keluarkan minyak/habuk dengan pelarut organik (petrol, isopropil alkohol) dengan merendam, mengelap dan mengeringkan.
5. Kurangkan Keliangan
Liang hidrogen adalah perkara biasa dalam kimpalan laser aloi aluminium. Kurangkannya dengan menyingkirkan kelembapan permukaan, minyak dan oksida. Memanjangkan masa penyejukan kolam lebur (dengan meningkatkan lebar denyut) membantu gas keluar, kerana kitaran haba kimpalan laser yang pantas mengehadkan pembebasan gas. Elakkan kedudukan fokus atau defokus negatif, di mana tindak balas kolam lebur yang kuat dan pengewapan aloi meningkatkan keliangan; gunakan tenaga yang lebih lembut melalui defokus yang diselaraskan untuk mengurangkan pengewapan.
6. Beri Perhatian kepada Postur Memegang Obor
Obor laser genggam (lihat Rajah 8-4) adalah lebih berat daripada obor TIG dan mempunyai kabel yang tebal, menyebabkan keletihan pengendali. Untuk kimpalan yang berpanjangan, pegang obor dengan kedua-dua belah tangan, pastikan muncung bersentuhan dengan bahan kerja, selaraskan kimpalan secara visual, dan tarik obor dengan stabil ke arah anda. Laraskan postur berdasarkan kedudukan kimpalan untuk meminimumkan keletihan dan kiraan sambungan.
7. Mencegah Kecederaan Laser
Pengoperasian yang tidak betul boleh menyebabkan kemalangan. Ikut peraturan ini:
Jangan sekali-kali merenung kepala output laser semasa operasi.
Jangan gunakanlaser gentiandalam persekitaran yang malap/gelap.
Jangan sekali-kali menghalakan obor ke arah orang apabila peranti sedang aktif.
Gunakan penghadang logam dalam jarak 3m dari kawasan kimpalan.
Hadkan akses ke zon kimpalan hanya kepada operator sahaja.
Pakai alat pelindung (gogal, topeng, sarung tangan yang diperakui). Jangan sekali-kali merenung kepala output semasa laser dihidupkan, walaupun dengan gogal.
Kendalikan obor dan kabel dengan berhati-hati (jejari selekoh minimum >200mm).
Lumpuhkan kekunci pancaran laser apabila tidak digunakan.
Pastikan kualiti muncung untuk perlindungan gas yang berkesan:
Dinding dalaman yang licin, sepusat dengan laser.
Gantikan muncung yang cacat dengan segera untuk mengekalkan pergerakan obor yang stabil.
Saiz bukaan muncung (lihat Rajah 8-6) mempengaruhi kualiti kimpalan: bukaan yang lebih besar meningkatkan aliran gas, mempercepatkan pemejalan dan meningkatkan risiko keliangan/retak.
8. Elakkan Kelajuan Tinggi untuk Aloi Sensitif Retak
Kimpalan laser genggammenggunakan obor galvanometer berayun autogen, bebas wayar. Kelajuan tinggi mengurangkan penembusan, kimpalan sempit, menyebabkan pemotongan bawah dan mengganggu liputan gas pelindung, seterusnya memburukkan perlindungan. Gunakan kelajuan yang lebih rendah untuk aloi sensitif retak.
9. Pastikan Kualiti Sendi
Perbezaan suhu dan kimpalan bebas wayar boleh menyebabkan pembakaran, kawah, atau retakan kawah. Kimpal secara berterusan untuk meminimumkan hentian; jika hentian tidak dapat dielakkan (cth., perubahan kedudukan, kimpalan bersegmen), perlahankan sedikit (10mm) sebelum berhenti untuk mengelakkan kawah. Mulakan semula 20mm di belakang kawah sebelumnya untuk pertindihan dan kualiti.
10. Ikuti Pergerakan Obor yang Betul
Tarik obor ke arah anda (dari jauh ke dekat) tanpa ayunan sisi. Kekalkan kelajuan yang stabil sambil memantau pembentukan kimpalan yang konsisten. Untuk kimpalan menegak, gunakan pergerakan ke bawah (bukan ke atas) untuk memanfaatkan pemejalan yang pantas dan memastikan pergerakan yang stabil.
11. Elakkan Potongan Terkurang, Fillet Kecil, dan Keruntuhan dalam Kimpalan Pusingan
Untuk kimpalan pusingan, laraskan sudut kejadian laser supaya galvanometer meliputi 2/3 plat menegak (lihat Rajah 8-7). Ini mencairkan plat menegak (sebagai pengisi) dan 1/3 plat asas melalui pengaliran haba, membentuk kimpalan bersaiz yang mencukupi selepas penyejukan. Kimpalan pusingan yang lemah melemahkan kekuatan sambungan, mengurangkan rintangan retak atau menyebabkan kegagalan struktur—elakkan pemotongan bawah.
12. Kurangkan Pemantulan dalam Kimpalan Aloi Aluminium
Aluminium memantulkan 60–98% tenaga laser. Pemantulan menurun mendadak pada takat lebur dan menjadi stabil apabila cair. Penyerapan berkurangan dengan peningkatan sudut tuju; penyerapan maksimum berlaku pada tuju biasa (laraskan untuk perlindungan kanta). Kurangkan pemantulan dengan membuang oksida melalui pembersihan mekanikal/kimia.
13. Penggunaan Gas Pelindung yang Betul
Gas pelindung mempengaruhi pembentukan, penembusan dan lebar kimpalan. Kebanyakan gas meningkatkan kualiti tetapi mungkin mempunyai kelemahan:
Ar: Tenaga pengionan rendah, pembentukan plasma tinggi (mengurangkan kecekapan laser) tetapi lengai, kos rendah dan padat—menutupi kolam lebur dengan berkesan (ideal untuk kegunaan umum).
N₂: Tenaga pengionan sederhana (mengurangkan plasma lebih baik daripada Ar), tetapi bertindak balas dengan aluminium/keluli karbon untuk membentuk nitrida rapuh, sekali gus mengurangkan keliatan (tidak disyorkan untuk bahan ini). Sesuai untuk keluli tahan karat, di mana nitrida meningkatkan kekuatan.
14. Kadar Aliran Gas Pelindung
Gas dikeluarkan melalui muncung pada tekanan tertentu. Reka bentuk hidrodinamik muncung dan diameter saluran keluar adalah kritikal: cukup besar untuk menutup kimpalan, tetapi terhad untuk mengelakkan aliran bergelora (yang menarik udara dan menyebabkan keliangan). Untuk kimpalan laser pegang tangan, kadar aliran biasa ialah 7L/min. Aliran yang berlebihan mengaduk bahan cemar ke dalam kolam lebur, menjejaskan ketulenan gas—pilih kadar aliran yang betul.
15. Kedudukan Fokus Laser
Kedudukan fokus: Titik terkecil, tenaga tertinggi—gunakan untukkimpalan titikatau keperluan saiz titik minimum dan bertenaga rendah (lihat Rajah 8-8).
Penyahfokusan negatif: Titik yang lebih besar (bertambah dengan jarak dari fokus)—sesuai untuk kimpalan berterusan penembusan dalam dan kimpalan titik dalam.
Penyahfokusan positif: Titik yang lebih besar (bertambah dengan jarak dari fokus)—sesuai untuk pengedap permukaan atau kimpalan berterusan penembusan rendah.
Kawalan untuk kimpalan penembusan penuh: Perubahan warna yang sedikit di bahagian belakang menunjukkan kualiti yang baik; tanda/penembusan yang jelas menyebabkan percikan atau alur yang dalam dalam kimpalan berterusan. Laraskan fokus, tenaga dan bentuk gelombang berdasarkan sampel. Gunakan bintik yang lebih kecil untuk bahan yang lebih nipis bagi mengelakkan lecuran.
Masa siaran: 21 Ogos 2025
