Kimpalan titik merupakan kaedah penyambungan berkelajuan tinggi dan kos efektif. Ia sesuai untuk menyambungkan komponen plat nipis dengan sambungan riba yang tidak memerlukan kedap udara. Terdapat banyak jenis kimpalan titik, seperti kimpalan titik rintangan, kimpalan titik arka, kimpalan titik pelekat,kimpalan titik komposit, dan kimpalan titik laser. Pada masa ini, kimpalan titik rintangan digunakan secara meluas dalam pengeluaran. Mengambil industri automotif sebagai contoh, 3,000 hingga 4,000 titik kimpalan diperlukan semasa pemasangan komponen panel badan kereta, yang memerlukan 250 hingga 300 robot, bersama-sama dengan sistem kawalan sokongan dan peralatan tambahan lain. Walau bagaimanapun, kimpalan titik rintangan mempunyai fleksibiliti yang lemah. Dengan perkembangan ekonomi yang pesat, kitaran kemas kini bentuk geometri dan struktur komponen automotif menjadi sangat singkat. Penaiktarafan produk dan model baharu memerlukan teknologi kimpalan titik jenis baharu yang cekap dan fleksibel. Oleh itu, teknologi kimpalan titik laser secara beransur-ansur menjadi tumpuan perhatian dan dijangka akan digunakan secara meluas dalam pengeluaran perindustrian automotif. Dalam bidang aeroangkasa, kimpalan titik laser juga sedang diuji sebagai teknologi alternatif. Untuk masa yang lama, sambungan pusingan produk aeroangkasa secara amnya menggunakan rivet, yang melibatkan banyak proses pengeluaran dan beban kerja yang berat. Dengan peningkatan penggunaan bahan baharu seperti aloi aluminium, aloi titanium dan bahan komposit, penggunaan teknologi kimpalan baharu untuk menggantikan kaedah penyambungan tradisional telah menjadi trend arus perdana. Ini bukan sahaja meningkatkan kecekapan pengeluaran tetapi juga mengurangkan berat struktur dan memenuhi keperluan reka bentuk struktur baharu, yang sangat penting untuk produk aeroangkasa. Ketepatan tinggi dan fleksibiliti tinggi kimpalan titik laser memberikannya kelebihan yang ketara dalam pengeluaran praktikal, terutamanya dalam industri penerbangan, di mana ia boleh menggantikan proses tradisional seperti kimpalan titik rintangan dan rivet.
I. Definisi dan Ciri-ciri Kimpalan Titik Laser
Definisi
Kimpalan titik laser merujuk kepada proses mencairkan dan menyambungkan benda kerja menggunakan denyut laser tunggal (t > 1ms) atau satu siri denyutan laser pada kedudukan yang sama.
Kimpalan titik laser pada asasnya serupa dengan proses kimpalan laser yang lain; satu-satunya perbezaan ialah tiada anjakan relatif antara pancaran laser dan bahan kerja semasa kimpalan titik. Kimpalan titik laser dibahagikan kepada dua jenis: kimpalan konduksi haba dan kimpalan lubang kunci. Dalam kimpalan titik konduksi haba, laser hanya boleh mencairkan logam tanpa mengewapkannya. Kaedah ini lebih sesuai untuk kimpalan logam dengan ketebalan kurang daripada 0.5mm, seperti kimpalan titik laser Nd:YAG bagi komponen elektronik. Dalam kimpalan titik laser lubang kunci, laser boleh terus memasuki bahagian dalam bahan melalui lubang kunci, meningkatkan kadar penggunaan tenaga laser dan mencapai kedalaman penembusan yang lebih besar. Kimpalan titik rintangan tradisional mencairkan bahan kerja untuk membentuk titik kimpalan menggunakan haba rintangan yang dihasilkan oleh arus elektrik, manakala sumber haba kimpalan titik laser datang daripada sinaran laser, menghasilkan bentuk titik kimpalan yang berbeza dengan ketara.
Parameter boleh laras kimpalan titik laser secara amnya merangkumi kuasa laser, masa kimpalan titik, dan jumlah defokus. Bagi kimpalan titik yang menggunakan mod denyut, parameter juga merangkumi bentuk gelombang denyut, frekuensi, dan kitaran tugas. Antaranya, kuasa laser terutamanya mempengaruhi kedalaman penembusan titik kimpalan, manakala masa kimpalan titik mempunyai kesan yang lebih besar pada saiz sisi titik kimpalan. Secara amnya, semakin lama masa tindakan laser, semakin besar saiz permukaan atas dan bawah titik kimpalan dan saiz permukaan pelakuran. Perubahan dalam jumlah defokus terutamanya mempengaruhi diameter titik dan ketumpatan tenaga yang bertindak pada permukaan bahan kerja, justeru mempunyai kesan yang ketara pada bentuk keseluruhan titik kimpalan.
Ciri-ciri
- Dengan laser sebagai sumber haba, kimpalan titik menawarkan kelajuan tinggi, ketepatan tinggi, input haba rendah dan ubah bentuk bahan kerja yang minimum.
- Tahap kebebasan dalam kedudukan kimpalan titik telah dipertingkatkan dengan ketara, membolehkan kimpalan titik semua kedudukan dan mudah direalisasikankimpalan titik satu sisi, justeru meningkatkan kebebasan reka bentuk produk dengan ketara.
- Kimpalan titik laser mempunyai keperluan yang rendah untuk saiz sambungan pusingan. Terdapat sekatan minimum pada parameter seperti jumlah pusingan sambungan dan jarak antara titik kimpalan, dan tidak perlu mempertimbangkan kesan pintasan arus.
- Untuk kimpalan plat dengan ketebalan yang tidak sama rata, bahan yang berbeza dan bahan khas (aloi aluminium, kepingan tergalvani), kimpalan titik laser berfungsi lebih baik daripada kaedah kimpalan titik tradisional.
- Ia tidak memerlukan sejumlah besar peralatan tambahan, boleh menyesuaikan diri dengan cepat dengan perubahan produk, dan memenuhi permintaan pasaran.
II. Analisis Kecacatan Kimpalan Titik Laser
Retakan, liang pori dan kendur adalah kecacatan yang paling biasa dalam kimpalan titik laser, yang dianalisis satu persatu di bawah.
1. Retakan
Retakan dibahagikan kepada retakan permukaan dan retakan membujur. Kadar pemanasan dan penyejukan semasa kimpalan titik laser adalah sangat cepat, mengakibatkan kecerunan suhu yang besar antara kawasan yang dipanaskan dan logam di sekelilingnya, yang mudah menyebabkan pembentukan retakan. Kejadian retakan berkait rapat dengan bahan; contohnya, aloi aluminium mempunyai kecenderungan yang lebih tinggi untuk retak semasa kimpalan titik laser berbanding keluli tahan karat. Kaedah yang berkesan untuk menyekat pembentukan retakan adalah dengan mengoptimumkan bentuk gelombang denyut untuk mengawal kadar penyejukan proses pemejalan logam dan mengurangkan tekanan dalaman.
2. Liang Pori
Kecacatan berliang (liang) dalam kimpalan titik laser boleh dibahagikan kepada liang kecil dan liang besar. Liang kecil terutamanya disebabkan oleh penurunan keterlarutan hidrogen dalam logam cecair semasa pemejalan logam, serta penyejatan logam yang cepat di lubang kunci dan gangguan kolam cair. Liang besar terutamanya disebabkan oleh kadar penyejukan yang terlalu cepat semasa kimpalan titik laser, yang menyebabkan masa yang tidak mencukupi untuk logam di sekitar lubang kunci diisi semula. Secara amnya, liang kecil cenderung terbentuk dalam kimpalan titik denyut panjang, manakala liang besar berkemungkinan berlaku dalam kimpalan titik denyut pendek.
Terdapat dua lokasi di mana liang pori paling berkemungkinan muncul dalam kimpalan titik laser: satu berhampiran zon pelakuran di tengah-tengah titik kimpalan, dan satu lagi berada di punca kimpalan. Imej lebur yang ditangkap oleh sinar-X menunjukkan bahawa liang berhampiran zon pelakuran terutamanya disebabkan oleh leher apabila lubang kunci tertutup; bagi liang pada punca kimpalan, ia terutamanya terbentuk oleh keruntuhan lubang kunci disebabkan oleh kehilangan laser yang cepat selepas pembentukan lubang kunci.
3. Kendur
Kendur merupakan fenomena yang jelas dalam kimpalan titik laser. Kendur pusat pada permukaan titik kimpalan dan pengumpulan logam di sekelilingnya disebabkan oleh daya sentakan yang dihasilkan oleh pengewapan logam yang menolak logam cecair ke permukaan titik kimpalan. Semasa proses penyejukan, logam yang terkumpul di permukaan memejal dengan cepat dan tidak dapat diisi semula sepenuhnya. Di samping itu, kehilangan bahan yang disebabkan oleh penyejatan logam yang cepat dan percikan merupakan faktor lain yang menyumbang kepada kendur pusat. Masa denyut mempunyai kesan yang ketara terhadap kendur permukaan titik kimpalan dan pembentukan liang. Titik kimpalan yang memuaskan boleh diperolehi dengan mengoptimumkan bentuk gelombang denyut dan masa.
4. Kesan Jumlah Penyahfokusan pada Titik Kimpalan
Perubahan dalam jumlah penyahifokusan secara langsung mengubah diameter titik dan ketumpatan tenaga. Apabila jumlah penyahifokusan meningkat dalam kedua-dua arah negatif dan positif, ini bermakna diameter titik meningkat dan ketumpatan tenaga berkurangan. Semasa kimpalan titik laser, terdapat hubungan yang sepadan antara diameter titik dan saiz lubang kunci awal yang dibentuk oleh insiden laser pada kepingan ujian, manakala ketumpatan tenaga menentukan kadar pengembangan kolam lebur. Apabila nilai mutlak jumlah penyahifokusan kecil, diameter titik laser adalah kecil, ketumpatan kuasa laser adalah tinggi, dan kadar pengembangan kolam lebur titik kimpalan adalah cepat, tetapi diameter lubang kunci awal adalah kecil. Sebaliknya, apabila jumlah penyahifokusan besar, diameter lubang kunci awal adalah besar, tetapi kadar pengembangan kolam lebur menjadi perlahan, dan saiz titik kimpalan yang terhasil mungkin tidak besar. Oleh itu, semasa perubahan jumlah penyahifokusan, kesan komprehensif diameter titik dan ketumpatan kuasa permukaan titik kimpalan menentukan saiz titik kimpalan.
III. Aplikasi Teknologi Kimpalan Titik Laser
Kimpalan titik laser mempunyai kelajuan tinggi, kedalaman penembusan yang besar, ubah bentuk minimum, dan boleh dilakukan pada suhu bilik atau di bawah keadaan khas dengan peralatan kimpalan mudah. Di samping itu, kemunculan laser denyut frekuensi tinggi (dengan frekuensi lebih tinggi daripada 40 denyutan sesaat) telah membolehkan aplikasi kimpalan titik laser yang meluas dalam pemasangan dan kimpalan komponen mikro dan kecil dalam pengeluaran automatik besar-besaran. Apabila mengimpal komponen elektronik kecil yang memerlukan zon kecil yang terjejas haba—seperti sambungan antara kaca dan logam, sambungan sambungan dalam litar semikonduktor sensitif haba, dan sambungan antara logam berbeza dalam wayar—kimpalan titik laser lebih berfaedah daripada proses kimpalan titik tradisional (cth., kimpalan titik rintangan), dengan titik kimpalan bebas pencemaran dan kualiti kimpalan yang tinggi. Rajah 6-60 menunjukkan contoh aplikasi kimpalan titik laser dalam pengeluaran lampu hadapan automotif: laser denyut keadaan pepejal 500W menghasilkan empat titik kimpalan yang serupa dengan frekuensi denyut yang sangat tinggi.
Apabila melakukan kimpalan titik berketepatan tinggi pada mikrostruktur menggunakan tenaga denyut yang tinggi, laser Nd:YAG berdenyut mempunyai kelebihan teknikal dan ekonomi. Dalam kebanyakan aplikasi kimpalan titik perindustrian, laser keadaan pepejal berdenyut dengan kuasa purata 50W dan kuasa denyut > 2kW pada asasnya digunakan. Laser boleh bertindak secara langsung pada bahan kerja melalui gentian optik atau kanta pemfokusan gabungan.
Kimpalan titik laser boleh digunakan untuk pelbagai jenis bahan. Contohnya, apabila mengimpal titik bateri Li, menggunakan Nd:Teknologi kimpalan titik laser YAGUntuk menyambungkan logam yang berbeza adalah lebih cekap daripada kimpalan TIG dan kimpalan titik rintangan. Khususnya, memandangkan gentian optik digunakan untuk menghantar laser semasa pengeluaran, adalah mudah untuk bergerak dengan cepat dan fleksibel antara pelbagai meja kerja.
Secara ringkasnya, kimpalan titik laser mempunyai ciri-ciri berikut:
- Dengan peningkatan kuasa laser, diameter permukaan titik kimpalan berubah-ubah ke atas dan ke bawah, manakala diameter permukaan pelakuran dan permukaan bawah meningkat secara perlahan. Perubahan dalam bentuk keratan rentas titik kimpalan tidak ketara. Apabila tempoh meningkat, saiz titik kimpalan meningkat dengan cepat, dan kadar perubahan diameter permukaan pelakuran adalah lebih besar daripada diameter permukaan atas dan bawah. Perubahan dalam jumlah penyamaran mempunyai kesan yang ketara terhadap saiz titik kimpalan. Ia secara langsung mengubah diameter titik dan ketumpatan kuasa laser, dan kesan komprehensif kedua-dua faktor ini menentukan saiz titik kimpalan.
- Dalam kes penembusan penuh, terdapat kenduran yang jelas pada permukaan kimpalan titik laser. Dengan peningkatan kuasa dan tempoh laser, kedalaman kenduran pada permukaan titik kimpalan meningkat. Apabila tempoh atau saiz jurang besar, permukaan bawah juga mungkin menunjukkan lekukan.
- Apabila jurang meningkat, ubah bentuk keseluruhan titik kimpalan, kenduran pusat, dan lekukan menjadi jelas. Permukaan pelakuran mengecut, dan kekuatannya berkurangan dengan cepat. Pada masa ini, dalam kimpalan perintang, bateri, dan bidang elektronik, proses kimpalan dua titik secara serentak biasa digunakan, yang biasanya menggunakan reka bentuk dengan dua sumber cahaya laser.
Masa siaran: 27 Okt-2025
