Kelebihan Unik Teknologi Kimpalan Laser
1. Teknologi Kimpalan Laser
Prinsip Kerja: Media aktif laser (seperti campuran CO₂ dan gas lain, kristal garnet aluminium YAG yttrium, dsb.) teruja dengan cara tertentu untuk berayun ke depan dan ke belakang dalam rongga resonan, menghasilkan pancaran sinaran yang dirangsang. Apabila pancaran bersentuhan dengan bahan kerja, tenaganya diserap. Kimpalan boleh dilakukan sebaik sahaja suhu mencapai takat lebur bahan.
2. Parameter Utama bagiTeknologi Kimpalan Laser
(1) Ketumpatan Kuasa
Pada ketumpatan kuasa yang rendah, lapisan permukaan mengambil masa beberapa milisaat untuk mencapai takat didih. Sebelum pengewapan permukaan berlaku, lapisan bawah cair terlebih dahulu, memudahkan pembentukan kimpalan pelakuran berkualiti tinggi.
(2) Bentuk Gelombang Nadi Laser
Daya pantulan logam berubah secara dinamik semasa kitaran denyut laser. Ia menurun mendadak sebaik sahaja suhu permukaan mencapai takat lebur dan stabil pada nilai malar apabila permukaan berada dalam keadaan lebur.
(3) Lebar Nadi Laser
Walau bagaimanapun, lebar denyut yang berpanjangan mengurangkan kuasa puncak. Oleh itu, lebar denyut yang lebih panjang biasanya digunakan dalam kimpalan pengaliran haba, menghasilkan lipit kimpalan yang lebar dan cetek yang amat sesuai untuk kimpalan pusingan plat nipis dan tebal.
Walau bagaimanapun, kuasa puncak yang rendah boleh mengakibatkan input haba yang berlebihan. Setiap bahan mempunyai lebar denyut optimum yang memaksimumkan penembusan kimpalan.
(4) Amaun Nyahfokus
(5) Mod Penyahfokusan
Menurut teori optik geometri, ketumpatan kuasa pada satah yang sama jaraknya dari permukaan kimpalan (dalam konfigurasi defokus positif dan negatif) adalah lebih kurang sama. Walau bagaimanapun, dalam praktiknya, bentuk kolam kimpalan yang terhasil sedikit berbeza. Defokus negatif menghasilkan penembusan kimpalan yang lebih besar, yang berkaitan dengan mekanisme pembentukan kolam kimpalan.
(6) Kelajuan Kimpalan
Untuk kuasa laser yang diberikan dan ketebalan bahan tertentu, terdapat julat kelajuan kimpalan optimum, di mana penembusan kimpalan maksimum boleh dicapai pada nilai kelajuan yang sepadan.
(7) Gas Pelindung
Gas pelindung mempunyai tiga fungsi utama:
- Lindungi kolam kimpalan daripada pencemaran atmosfera.
- Lindungi kanta pemfokusan daripada pencemaran wap logam dan percikan titisan cair—fungsi kritikal dalam kimpalan laser berkuasa tinggi yang mana percikan sangat bertenaga.
- Menyebarkan awan plasma yang dihasilkan semasa kimpalan laser berkuasa tinggi dengan berkesan. Wap logam menyerap tenaga laser dan mengion ke dalam plasma; plasma yang berlebihan boleh melemahkan tenaga pancaran laser.
3. Kesan Unik Teknologi Kimpalan Laser
- Kesan Penulenan Kimpalan: Apabila pancaran laser menyinari jahitan kimpalan, bendasing oksida dalam bahan menyerap tenaga laser jauh lebih cekap berbanding logam asas. Bendasing ini dipanaskan, diuapkan dan dikeluarkan dengan cepat, sekali gus mengurangkan kandungan bendasing dalam kimpalan dengan ketara. Oleh itu,kimpalan laserbukan sahaja mengelakkan pencemaran bahan kerja tetapi juga secara aktif menulenkan bahan tersebut.
- Kesan Kejutan Letupan Foto: Pada ketumpatan kuasa yang sangat tinggi, penyinaran laser yang kuat menyebabkan pengewapan logam yang cepat dalam jahitan kimpalan. Di bawah tekanan wap logam berkelajuan tinggi, logam cair dalam kolam kimpalan mengalami percikan letupan. Gelombang kejutan yang kuat merambat jauh ke dalam bahan, mewujudkan lubang kunci yang nipis. Semasa pancaran laser bergerak semasa kimpalan, logam cair di sekelilingnya terus mengisi lubang kunci dan memejal untuk membentuk kimpalan yang kuat dan menembusi dalam.
- Kesan Lubang Kunci dalam Kimpalan Penembusan Dalam: Apabila pancaran laser dengan ketumpatan kuasa sehingga 10⁷ W/cm² menyinari bahan, kadar tenaga yang dimasukkan ke dalam kimpalan jauh melebihi kadar kehilangan haba melalui pengaliran, perolakan dan sinaran. Ini menyebabkan pengewapan logam yang cepat di kawasan yang disinari laser, membentuk lubang kunci dalam kolam kimpalan di bawah wap tekanan tinggi.
Sama seperti lubang hitam astronomi, lubang kunci menyerap hampir semua tenaga laser yang datang, membolehkan pancaran menembusi terus ke dasar lubang kunci. Kedalaman lubang kunci menentukan kedalaman penembusan kimpalan.
- Kesan Pemfokusan Laser pada Dinding Sisi Lubang Kunci: Semasa pembentukan lubang kunci dalam kolam kimpalan, pancaran laser yang mengenai dinding sisi lubang kunci biasanya mempunyai sudut tuju yang besar. Pancaran ini memantulkan dinding sisi dan merambat ke arah dasar lubang kunci, mengakibatkan superposisi tenaga di dalam lubang kunci. Fenomena ini, yang dikenali sebagai kesan pemfokusan dinding sisi lubang kunci, berkesan meningkatkan keamatan laser di dalam lubang kunci dan menyumbang kepada keupayaan unik kimpalan laser.
4. Kelebihan Teknologi Kimpalan Laser
- Proses Kimpalan Ultra Pantas: Masa penyinaran laser yang singkat membolehkan kimpalan pantas, yang bukan sahaja meningkatkan produktiviti tetapi juga meminimumkan pengoksidaan bahan dan mengurangkan zon yang terjejas haba. Ini menjadikannya sesuai untuk mengimpal komponen sensitif haba seperti transistor. Kimpalan laser tidak menghasilkan sanga kimpalan dan menghapuskan keperluan untuk penyingkiran oksida pra-kimpalan. Ia juga boleh melakukan kimpalan melalui kaca, menjadikannya amat sesuai untuk pembuatan mikro-instrumen yang tepat.
- Keserasian Bahan Luas: Kimpalan laser bukan sahaja boleh menyambungkan logam yang sama tetapi juga logam yang berbeza, malah gabungan logam-bukan logam. Contohnya, litar bersepadu dengan substrat seramik sukar dikimpal menggunakan kaedah konvensional disebabkan oleh takat lebur seramik yang tinggi dan keperluan untuk mengelakkan tekanan mekanikal. Kimpalan laser menyediakan penyelesaian yang mudah untuk aplikasi sedemikian. Walau bagaimanapun, sila ambil perhatian bahawa kimpalan laser tidak sesuai untuk semua kombinasi bahan yang berbeza.
5. Senario Aplikasi dan Industri Kimpalan Laser
- Kimpalan Pengaliran HabaDigunakan terutamanya untuk pemesinan jitu, seperti pemprosesan tepi kepingan logam nipis dan pembuatan peranti perubatan.
- Kimpalan & Pematerian Penembusan Dalam: Digunakan secara meluas dalam industri automotif. Kimpalan penembusan dalam digunakan untuk mengimpal badan kereta, transmisi dan selongsong luar; pematerian terutamanya digunakan untuk pemasangan badan kereta.
- Kimpalan Pengaliran Laser untuk Bukan Logam: Mempunyai rangkaian aplikasi yang luas, termasuk pengeluaran barangan pengguna, pembuatan automotif, fabrikasi kandang elektronik dan teknologi perubatan.
- Kimpalan Hibrid: Khususnya sesuai untuk struktur keluli khas, seperti fabrikasi dek kapal.
Masa siaran: 15 Dis-2025
