Setelah membaca artikel ini, Anda akan belajar tentang:- 1. Pengantar Pengelasan Laser 2. Prinsip dan Mekanisme Pengelasan Laser 3. Peralatan dan Penyiapan Laser Ruby 4. Pengoperasian 5. Parameter Proses 6. Karakteristik Pengelasan 7. Desain Sambungan Las 8. Aplikasi 9. Varian 10. Otomasi 11. Aspek Keselamatan.

Pengantar Pengelasan Laser:

Pengelasan laser (amplifikasi cahaya dengan emisi terstimulasi) ­mungkin merupakan tambahan terbaru untuk keluarga proses pengelasan yang terus berkembang. Sinar laser sangat terarah, kuat, monokromatik (satu panjang gelombang) dan koheren yaitu, semua gelombang dalam fase. Sinar seperti itu dapat difokuskan ke tempat yang sangat kecil yang memberikan kerapatan energi yang sangat tinggi yang dapat mencapai 10 9 W/mm 2 .

Dengan demikian, sinar laser dapat melelehkan atau menguapkan materi apa pun yang diketahui ­, seperti sinar elektron. Ada tiga tipe dasar laser yaitu, laser solid-state, laser gas dan laser semi-konduktor. Jenis laser tergantung pada sumber penguat.

Laser keadaan padat menggunakan kristal seperti rubi, safir, dan beberapa kristal yang diolah secara artifisial seperti batang yttrium aluminium garnet (Nd-YAG) yang didoping neodymium. Laser solid-state adalah laser pertama yang berhasil dan mudah untuk menjelaskan mekanisme penguat oleh salah satu laser tersebut, misalnya laser ruby.

Prinsip dan Mekanisme Pengelasan Laser:

Fungsi laser adalah untuk memperkuat cahaya. Cahaya biasa tidak dapat digunakan sebagai sinar laser karena energi radiasi dari sumber cahaya biasa tidak koheren ­dan terdistribusi pada rentang spektral yang luas, dan sumber satu warna monokromatik tidak ada. Karena panjang gelombang varian warna yang berbeda merupakan cahaya biasa tidak mungkin untuk collimate ke fokus yang tajam tanpa mengorbankan intensitas.

Oleh karena itu, untuk pengoperasiannya, laser bergantung pada pancaran radiasi yang distimulasi atau diinduksi oleh penyerapan energi elektromagnetik, atau partikel energi yang disebut foton, oleh atom. Ketika energi ini diserap, elektron dalam atom meningkatkan putarannya dan memperluas orbitnya menyebabkan atom masuk ke keadaan tereksitasi.

Keadaan tereksitasi ini berumur pendek dan atom segera turun kembali ke tingkat menengah atau keadaan metastabil. Dalam penurunan ini atom kehilangan energi panasnya tetapi mempertahankan energi fotonnya. Segera setelah atom jatuh secara spontan dan acak kembali ke keadaan dasar melepaskan energi foton, atau energi kuantum ­, dalam bentuk cahaya seperti digambarkan pada Gambar 14.17. Penurunan otomatis kembali ke tingkat energi semula, tanpa dirangsang untuk melakukannya, disebut sebagai pancaran spontan.

Selama sebuah atom berada dalam keadaan tereksitasi, ia dapat diinduksi atau distimulasi untuk memancarkan foton oleh gelombang datang dari foton eksternal yang energinya persis sama dengan energi foton yang dibebaskan oleh atom dalam kasus emisi spontan. Inilah yang disebut emisi radiasi terinduksi atau terstimulasi.

Akibatnya gelombang datang diperkuat oleh gelombang yang dipancarkan oleh atom tereksitasi. Untuk menghasilkan sinar laser, gelombang yang dipancarkan harus sama persis dengan gelombang yang menyebabkannya. Dengan cara ini laser dapat mengubah cahaya listrik, panas atau energi kimia menjadi radiasi monokromatik dan koheren ­di daerah ultraviolet, tampak atau infra merah dari spektrum elektromagnetik.

Di antara laser solid-state yang digunakan untuk keperluan industri, bahan penguat sering kali ruby. Ruby adalah aluminium oksida di mana sekitar 0-05% adalah atom kromium. Atom kromium tidak hanya menyediakan ion aktif untuk aksi laser tetapi juga memberikan warna merah yang khas pada ruby. Ion kromium memancarkan cahaya merah saat distimulasi oleh cahaya hijau. Agar aksi laser berlangsung, proses emisi terstimulasi harus terjadi lebih sering daripada proses penyerapan foton yang berlawanan. Menurut teori kuantum, kemungkinan terjadinya kedua proses ini hanya bergantung pada populasi relatif dari tingkat energi yang terlibat sesuai dengan rasio Boltzmann.

N 2 /N 1 = exp E 1 – E 2 /kT ……. (14.3)

di mana,

N 1 = Jumlah atom pada tingkat energi yang lebih rendah E 1,

N 2 = Jumlah atom pada tingkat energi yang lebih tinggi E 2,

T = Suhu absolut,

k= konstanta Boltzmann.

Emisi laser diperoleh ketika tingkat atas diisi dengan mengorbankan tingkat yang lebih rendah. Situasi seperti ini disebut sebagai inversi populasi ­dan metode untuk mencapainya disebut PUMPING. Laser solid-state dipompa secara optik oleh tabung flash.

Miliaran atom, molekul, atau ion dari media aktif menyerap energi ketika dipompa, yang mereka tahan untuk waktu hidup yang sangat singkat tetapi acak, ketika waktu hidup mereka berakhir, mereka masing-masing melepaskan energinya dalam bentuk foton dan kembali ke asalnya. keadaan sampai dipompa lagi. Foton yang dilepaskan bergerak ke segala arah dalam kaitannya dengan sumbu optik laser.

Jika sebuah foton bertabrakan dengan atom lain yang berenergi, dll., itu menyebabkannya melepaskan foton sebelum waktunya dan kedua foton akan bergerak dalam fase hingga tumbukan berikutnya. Foton yang tidak bergerak sejajar dengan sumbu optik laser akan hilang dengan cepat dari sistem.

Mereka yang berjalan sejajar dengan sumbu memiliki panjang jalur yang sangat panjang oleh umpan balik optik yang disediakan oleh cermin, sebelum meninggalkan rongga laser melalui cermin transmisi sebagian. Tindakan ini membantu mendapatkan berkas cahaya koheren yang sangat terkolimasi dari tingkat daya yang dibutuhkan.

Daya Balok dan Mode:

Kepadatan daya melintasi diameter sinar keluaran laser tidak seragam dan bergantung pada media aktif laser, dimensi internalnya, desain umpan balik optik, dan sistem eksitasi yang digunakan. Profil penampang lintang sinar laser, yang menunjukkan distribusi dayanya, disebut mode elektromagnetik transversal (TEM). Banyak TEM yang berbeda dapat dirancang untuk dan setiap jenis diberi peringkat berdasarkan angka.

Secara umum, semakin tinggi angkanya, semakin sulit untuk memfokuskan sinar laser ke titik yang tepat untuk mencapai kerapatan daya yang tinggi, yang sangat penting saat pengelasan laser. Laser dengan TEM 00 , TEM 10 , TEM 11 , TEM 11 , dan TEM 20 dan kombinasi dari mode ini sering digunakan. Gambar 14.17 (A) menunjukkan bentuk dasar dari profil daya balok dari mode ini. Beberapa laser menghasilkan beberapa mode berbeda dan ini biasanya disebut memiliki operasi multi-mode.

Peralatan Laser Ruby dan Pengaturan Pengelasan Laser:

Peralatan Ruby-laser pada dasarnya terdiri dari kepala laser dan catu daya. Gambar 14.18 menunjukkan skema laser semacam itu. Ini terdiri dari batang rubi dengan diameter sekitar 5-15 mm dan panjang sekitar 100 hingga 200 mm. Diameter dan panjang batang ruby menentukan kekuatan pancaran laser.

Ujung-ujungnya dipoles ke flat optik dan kemudian dibuat perak untuk mendapatkan permukaan pantulan 100% di satu ujung dan 90-98% pantulan di ujung lainnya yang menghasilkan keluaran sinar laser. Jarak antara dua ujung pemantul menyediakan rongga resonansi pada frekuensi yang jaraknya merupakan bilangan integral dari setengah panjang gelombang.

Permukaan pemantulan dihasilkan oleh salah satu dari dua jenis lapisan ­. Salah satu jenis pelapisan diproduksi dengan menyimpan lapisan logam tipis seperti aluminium, perak atau emas. Namun, lapisan logam seperti itu dapat terbakar saat digunakan dan dengan demikian kehilangan kualitas pantulannya.

kinerja lebih tinggi ­dapat diproduksi dengan melapisi ujung bahan penguat dengan beberapa film nonkonduktor, menghasilkan cermin dielektrik. Cermin dielektrik tergantung pada interferensi di antara gelombang cahaya yang dipantulkan oleh film berlapis-lapis, yang sebagian besar terdiri dari sulfida dan fluorida.

Batang ruby yang dipoles ditempatkan di tengah kepala laser dan ditutup dalam tabung kaca transparan. Gas nitrogen dingin diedarkan di atas permukaan batang rubi dan mengalir keluar melalui jalur balik di luar tabung kaca. Di antara tabung kaca dan tabung flash terdapat tabung kaca berdinding ganda yang dikosongkan untuk menyediakan pelindung vakum.

Tabung vakum berdinding ganda berisi nitrogen cair yang menyediakan pasokan gas dingin yang diperoleh dari selang berinsulasi ke kepala laser. Tabung vakum mencegah aliran panas dari tabung flash ke batang ruby tetapi transmisi cahaya tidak terlalu terpengaruh.

Selubung terluar di dalam selungkup silinder pemantul elips ganda disediakan untuk melingkupi seluruh rakitan sehingga memberikan jumlah cahaya maksimum ke batang rubi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14.19. Penekan disediakan untuk mencegah busur antara lampu flash Xenon dan kulit terluar. Lampu flash paling efisien saat hangat. Oleh karena itu, agar tetap hangat dan sekaligus mencegah terjadinya busur api akibat kelembapan, udara panas disirkulasikan secara terus menerus di atas lampu flash.

Sistem catu daya unit las laser terdiri dari unit daya untuk tabung lampu kilat, rana yang dioperasikan solenoida dan trafo penerangan di bangku, dan kepala laser. Tabung flash diberi energi dengan suplai 18 KV. Sirkuit tabung flash berisi kumparan yang dapat disesuaikan untuk memvariasikan waktu pelepasan ­muatan yang pada gilirannya memvariasikan durasi pulsa cahaya yang ditembakkan oleh tabung flash.

Untuk memompa laser ruby biasanya digunakan tabung flash Xenon yang ­terdiri dari bohlam yang dibuat dari kuarsa transparan optik yang membungkus dua elektroda tungsten. Saat lampu mati, tekanan di dalam bola lampu adalah 10 atmosfer. Daya untuk lampu Xenon dipasok oleh sumber dc dengan tegangan tanpa beban minimal 70 volt dan karakteristik volt-ampere yang melorot.

Lampu flash Xenon dapat dioperasikan terus menerus selama ratusan jam dengan kecepatan ribuan kedipan per detik. Sumber flash tunggal yang intens dapat memiliki keluaran yang berkisar hingga puluhan juta daya lilin puncak, dan sumber cahaya busur pendek dapat memiliki durasi flash sesingkat 1µ.sec (satu mikro ­detik). Dengan beroperasi seperti ini lampu menjadi alat yang efisien untuk mengubah energi listrik menjadi energi cahaya yang merupakan proses pemompaan laser.

Karena sinar laser hampir monokromatik, pada dasarnya terkolimasi dan koheren, mudah untuk memfokuskannya menggunakan perangkat optik yang biasa digunakan seperti prisma dan lensa. Namun, pancarannya juga difokuskan oleh lensa halida dan sistem cermin.

Laser diklasifikasikan sebagai laser daya rendah (< 1KW), daya sedang (1 -10 KW) dan daya tinggi (> 10 KW).

Pengoperasian Pengelasan Laser:

Laser ruby dipompa oleh tabung flash Xenon atau Krypton. Ketika tabung flash menerangi batang, sebagian besar atom kromium didorong ke keadaan tereksitasi. Tindakan laser terjadi pada batang rubi ketika lebih dari setengah atom kromium telah dipompa ke tingkat energi tinggi atau keadaan metastabil yang menyebabkan inversi populasi. Tindakan laser dimulai jika atom yang tereksitasi secara spontan memancarkan foton di sepanjang sumbu batang rubi.

Foton ini akan merangsang atom lain yang tereksitasi untuk memancarkan foton kedua (atau terinduksi). Proses ini berlanjut secara kumulatif karena foton dipantulkan dari ujung batang dan melintasi rongga resonansi berulang kali membentuk muka gelombang. Sebagai hasil dari beberapa pantulan dari kedua ujung batang rubi, kekuatan pancaran dibangun hingga tingkat yang sangat besar.

Jika intensitas cahaya dari tabung flash melebihi beberapa tingkat kritis, aksi penguat terjadi dan berkas foton yang kuat dengan panjang gelombang 6943A dipancarkan dalam hitungan ­sepersekian detik. Sinar laser keluaran sangat terarah, kuat, monokromatik, dan koheren.

Kepadatan energi berkas cahaya di lokus lensa diberikan oleh persamaan:

Ï = E/V……….. (144)

di mana,

Ï = kerapatan energi,

E = energi sinar,

V = volume fokus.

Volume fokus untuk sinar laser sangat kecil. Oleh karena itu, kerapatan energi dari berkas semacam itu pada fokus bisa sangat tinggi mencapai 10 7 W/cm 2 . Durasi pulsa laser pendek, sekitar 10 -9 detik.

Dalam pengelasan laser, pulsa harus memiliki durasi maksimum dan jarak minimum, yaitu frekuensi pengulangan pulsa (PRF) yang tinggi. Namun, laser rubi memiliki efisiensi rendah dan sebagian besar energi pemompaan diubah menjadi panas. Itu menyebabkan batang rubi menjadi sangat panas dan oleh karena itu tabung flash tidak dapat beroperasi dengan baik pada PRF tinggi.

Ini memerlukan penarikan sebanyak mungkin panas yang dihasilkan oleh pemompaan optik; misalnya, untuk laser solid-state dengan output rata-rata 400W, sistem pendingin harus membuang limbah panas sekitar 15 KW. Dengan demikian, PRF dan keluaran daya laser dibatasi oleh sistem pendinginnya. Efisiensi laser rubi sangat rendah; sekitar 0-1%. Terlepas dari fakta ini, bagaimanapun, laser ruby banyak digunakan sebagai alat las.

Dengan laser pengelasan yang ada, PRF dapat berkisar antara 1 dan 100 per menit. Area yang ditembus oleh pulsa laser tunggal adalah sebagian kecil dari mm. Inilah sebabnya mengapa laser semacam itu lebih populer digunakan untuk membuat sambungan titik saja.

Karena PRF rendah dan keluaran daya rendah, laser belum dapat bersaing dengan proses EBW yang mampu membuat ­lasan pe netrasi yang sangat sempit dan dalam pada logam pengukur berat. Pengelasan sinar laser dibandingkan dengan pengelasan sinar elektron, bagaimanapun, lebih fleksibel karena dapat mengelas logam di udara, di perisai gas dan bahkan di ruang hampa. Selain itu, sinar laser dapat menembus bahan transparan karena tidak menghalangi jalannya sinar laser.

Sebagian besar cahaya dari laser melewati sisi batang rubi dan tidak menjadi bagian dari sinar laser. Terlepas dari ­efisiensi yang sangat rendah yang dihasilkan, kehilangan energi ini dapat diterima karena titik cahaya yang terfokus dari laser jutaan kali lebih kuat daripada cahaya dari lampu flash yang memulai aksi penguat, dan bahkan berkali-kali lebih kuat daripada cahaya dengan panjang gelombang yang dipancarkan dari area setara permukaan matahari.

Sinar laser yang dipancarkan oleh batang ruby dibentuk dengan tepat dan diarahkan ke benda kerja oleh sistem optik yang terdiri dari prisma, lensa, dan lensa aksesori. Beberapa lensa aksesori dapat disertakan, jika ­diperlukan, dalam sistem optik untuk memfokuskan sinar ke titik berdiameter 0-25 hingga 0-05 mm. Kepadatan energi pada titik fokus sangat tinggi sehingga bahan apa pun yang diketahui dapat dilebur, diuapkan, atau dilas dengan sinar laser yang terfokus.

Sinar laser sebagian dipantulkan atau dibelokkan oleh ­permukaan permukaan logam halus sedangkan sinar elektron tidak. Ketika sebagian besar sinar laser dipantulkan, hal itu dapat menghambat transfer energi ke benda kerja. Namun, ketika densitas energi dari sinar laser terfokus melebihi 10 KW/mm 2 , terjadi perubahan nyata dalam proporsi energi yang diserap oleh permukaan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14.20.

Setelah tingkat ambang ini terlampaui, transfer energi yang lebih baik terjadi dan sinar laser menyebabkan jenis penetrasi lubang kunci. Peningkatan transfer energi ini dikaitkan dengan pengembangan plasma di atas permukaan kerja. Meskipun ini merupakan keuntungan pada tahap awal, pembangkitan plasma yang berlebihan di atas kolam las pada akhirnya menjadi ­penghalang sinar.

Untuk menghasilkan manik-manik berbentuk halus, sangat penting untuk melindungi kolam las dengan beberapa gas inert dan helium ditemukan untuk melayani tujuan terbaik.

Pengelasan dengan sinar laser tidak dapat dilakukan di bawah tingkat daya 1,5 kw; sedangkan di atas level ini kemampuan penetrasi maksimal sekitar 2 mm/kw.

Parameter Proses untuk Pengelasan Laser:

Pemilihan parameter proses didasarkan pada tiga faktor yaitu:

(i) Jumlah kapasitor dan voltase yang sesuai untuk memperoleh tingkat input energi yang diinginkan, berdasarkan relasi,

E = 1/2CV 2 ……….. (14-5)

di mana,

C = kapasitansi

V = tegangan

(iii) Pemilihan optik yang tepat untuk mengontrol ukuran dan bentuk titik sinar,

(iii) Pemilihan titik fokus sinar baik pada atau di atas permukaan benda kerja ­.

Jumlah kapasitor yang digunakan untuk mendapatkan tingkat energi yang diinginkan merupakan pertimbangan kritis. Peningkatan jumlah kapasitor dalam rangkaian menghasilkan waktu siklus pulsa yang lebih lama dengan konsekuensi penurunan daya pancaran pulsa.

Untuk mendapatkan lasan suara penetrasi penuh tanpa undercutting, diinginkan bahwa:

(i) Kekuatan sinar laser harus cukup untuk melelehkan logam tetapi tidak cukup tinggi untuk menguapkannya pada kecepatan pengelasan yang dipilih,

(ii) Waktu siklus pulsa cukup lama untuk panas dihantarkan melalui ketebalan material.

Faktor lainnya adalah letak titik fokus balok terhadap permukaan benda kerja. Penetrasi maksimum terjadi ketika pancaran difokuskan sedikit di bawah permukaan. Penetrasi berkurang saat sinar difokuskan pada permukaan atau jauh di dalam benda kerja. Kedalaman penetrasi meningkat dengan peningkatan kekuatan balok.

Karakteristik Pengelasan untuk Pengelasan Laser:

Pengelasan laser telah digunakan untuk menghasilkan sambungan logam yang serupa dan berbeda dengan baja, tembaga, nikel, baja tahan karat, paduan aluminium, paduan dasar besi-nikel, titanium dan logam dan paduan tahan api.

Karena input energi spesifik yang sangat rendah untuk pekerjaan, zona yang terkena panas dan kerusakan termal pada material yang berdekatan dengan las ­diminimalkan. Porositas akar telah diamati di beberapa baja bangunan kapal dan ini dianggap karena rasio kecepatan terhadap kekuatan balok yang tidak memuaskan.

Porositas akar pada las lintasan ganda dikaitkan dengan evolusi gas dan waktu yang tidak cukup untuk menghilangkannya. Daktilitas yang memadai telah dibuktikan, dengan uji tekukan samping, di sebagian besar las pada baja ini. Lasan laser penetrasi dalam autogen menunjukkan sifat mekanis yang lebih baik dibandingkan dengan ­pengelasan busur konvensional yang menggunakan logam pengisi.

Pemurnian logam las terjadi dalam kondisi tertentu selama pengelasan baja karena penyerapan balok yang disukai oleh inklusi non-logam dalam logam yang mengakibatkan penguapan dan penghilangannya. Pengamatan ­pemurnian zona fusi selama pengelasan laser dari beberapa paduan dasar besi yang berbeda menunjukkan bahwa ini mungkin merupakan karakteristik unik dari penetrasi yang dalam, pengelasan laser autogenous.

Inspeksi metalografi las baja juga mengungkapkan penurunan kandungan inklusi yang dianggap bertanggung jawab atas peningkatan energi rak charpy dan ukuran butir yang relatif kasar dan suhu transisi yang tinggi.

Dari paduan struktural yang umum digunakan, paduan aluminium telah terbukti menjadi yang paling sulit untuk dilas laser karena reflektifitas permukaan awal yang tinggi dan pembentukan porositas yang mirip dengan pengelasan busur.

Studi tentang pengelasan baja tahan korosi dan paduan titanium telah menunjukkan bahwa sambungan berkualitas tinggi dapat dibuat pada lembaran setebal 0-1 hingga 2 mm. Lasannya kedap vakum dan memiliki 90% kekuatan logam induk. Kecepatan las yang digunakan untuk las tersebut adalah 17-25 cm/menit.

Desain Sambungan Las untuk Pengelasan Laser:

Desain sambungan dan fit-up yang digunakan dalam pengelasan laser umumnya serupa dengan yang digunakan untuk pengelasan berkas elektron. Namun, beberapa desain sambungan yang digunakan untuk pengelasan laser lembaran logam juga ditunjukkan pada Gambar 14.21. Celah sambungan yang melebihi 3% dari ketebalan material biasanya dapat menyebabkan under-fill. Hasil serupa diperoleh jika energi berlebihan digunakan untuk pengelasan, mengakibatkan drop-through. Under-fill diperbaiki dengan penambahan ­logam pengisi baik selama las primer atau pass kosmetik kedua. Logam pengisi terkadang ditambahkan untuk memodifikasi kimia logam las. Dalam kasus seperti itu, alur persegi dengan celah sempit atau alur vee dapat digunakan untuk menyediakan penambahan bahan pengisi yang diinginkan.

Secara umum, prosedur mapan untuk persiapan sambungan las ­juga berlaku untuk pengelasan laser. Posisi pengelasan bawah atau datar lebih disukai meskipun pengelasan di luar posisi seperti pengelasan horizontal, vertikal ke atas dan atas dapat dilakukan dalam kondisi yang baik dalam mode pengelasan lubang kunci.

Aplikasi Pengelasan Laser:

Di antara keuntungan utama dari pengelasan laser adalah menghasilkan panas yang intens yang mempengaruhi area yang sangat kecil, akibatnya kebutuhan masukan energi untuk membuat lasan menjadi rendah. Karena karakteristik proses ini dapat digunakan untuk mengelas logam yang berbeda dengan sifat fisik yang sangat bervariasi. Juga, logam dengan hambatan listrik yang relatif tinggi dan komponen ­dengan ukuran dan massa yang sangat berbeda dapat dilas.

Biasanya tidak ada logam pengisi yang digunakan dalam pengelasan laser sehingga setiap komponen pada posisi tertentu dapat dilas asalkan sinar laser dapat difokuskan pada titik tersebut. Lasan dengan presisi tinggi dapat dibuat bahkan dalam ketebalan logam sepersekian ­mm. Karena tingkat pemanasan dan pendinginan yang sangat tinggi dalam pengelasan laser, pertumbuhan butir terbatas serta menghilangkan stres dan meluruskan lasan dihilangkan.

Salah satu aplikasi yang sangat cocok untuk laser saat ini adalah pembuatan koneksi mikro. Oleh karena itu, las laser ditemukan sangat cocok untuk teknik radio dan elektronik untuk mengelas kawat halus mengarah ke film pada papan sirkuit mikro, sirkuit solid-state, dan modul mikro.

Sinar laser dapat mengelas berbagai komponen logam yang digunakan dalam mikro ­elektronik, misalnya emas dan silikon, emas dan germanium, nikel dan tantalum, tembaga dan aluminium semuanya dapat berhasil dilas dengan pengelasan sinar laser.

Pengelasan kawat nikel berdiameter 0,5 mm dalam konfigurasi paralel, pengelasan titik pita nikel setebal 0,125 mm, penyegelan kedap udara ­modul elektronik, dan pengelasan tabung titanium setebal dinding 0,25 mm ke piringan titanium setebal 0,625 mm adalah beberapa aplikasi spesifik yang dilaporkan tentang penggunaan las sinar laser.

Varian Pengelasan Sinar Laser:

Selain laser solid-state seperti laser ruby, ada juga laser yang bahan penguatnya berupa cairan seperti larutan neodymium oksida, beberapa pewarna, dll. Laser cair anorganik memiliki ­kemampuan dan kinerja yang sangat mirip dengan solid-state laser berdenyut tetapi melebihinya dalam hal output daya pulsa karena elemen penguatnya besar volumenya.

Kelas laser ketiga dan paling efisien adalah yang bahan penguatnya adalah kristal tunggal semikonduktor seperti galium dan indium arsenida, memungkinkan kadmium, selenium dan belerang, dll. Laser semikonduktor berbobot kecil, membutuhkan input rendah energi dan memiliki efisiensi tinggi hingga 70%.

Keempat dan mungkin kelas laser yang paling penting adalah laser yang menggunakan gas dan campurannya seperti hidrogen, nitrogen, argon, dan karbon dioksida. Laser gas memiliki spektrum radiasi terluas dan keluaran daya tertinggi dalam operasi gelombang kontinu (CW) bersamaan dengan efisiensi yang cukup tinggi yaitu 15 hingga 25%.

Di antara semua varian laser gas CO 2 dan laser ND:YAG ini paling banyak digunakan untuk aplikasi industri karena mampu melakukan operasi multikilowatt yang tahan lama dan oleh karena itu dibahas secara mendetail di sini.

Otomasi dalam Pengelasan Sinar Laser:

Mata manusia dapat digunakan untuk mengamati sinar laser asalkan berada dalam wilayah yang terlihat (yaitu, panjang gelombang antara 0,3 dan 0,7 µm) dari spektrum. Namun, paling sering sinar laser yang digunakan untuk pengelasan tidak terlihat oleh mata manusia seperti yang terlihat dari Gambar 14.45 yang memberikan pedoman ­mengenai lokasi spektrum dari beberapa panjang gelombang sinar laser yang lebih populer. Oleh karena itu sangat penting untuk menggunakan otomatisasi untuk penggunaan sinar laser yang efektif dan sukses untuk pengelasan jika tidak dapat mengakibatkan kualitas fabrikasi yang tidak dapat diterima atau bahkan dapat menyebabkan kecelakaan serius.

Ketika otomatisasi atau efisiensi yang lebih besar diperlukan, detektor posisi sinar laser digunakan untuk menemukan, dan memposisikan sinar laser. Untuk tujuan ini ­, detektor posisi tersedia untuk deteksi satu atau dua dimensi dari sinar laser. Diagram sederhana dari sistem pelurusan laser dengan detektor kuadran ditunjukkan pada Gambar. 14.46. Setiap kuadran detektor adalah fotodioda terpisah yang menghasilkan sinyal keluaran listrik sebanding dengan daya cahaya yang diterimanya.

Jika sinar laser insiden dipusatkan pada detektor, setiap segmen dari detektor kuadran menerima jumlah daya yang sama. Saat sinar laser tidak terpusat, satu atau dua kuadran detektor akan menerima lebih banyak daya cahaya. Sistem telah dirancang yang menggunakan output dari detektor kuadran untuk memberikan posisi sinar laser relatif terhadap pusat detektor. Kemajuan terbaru dalam sistem visi komputer telah membuat ­sistem detektor array dioda dua dimensi tersedia secara luas di industri. Untuk fotodioda liner pemusatan satu dimensi atau fotodioda efek lateral dapat digunakan.

Dengan menggunakan detektor posisi yang sesuai bersama dengan sistem ­kawin otomatis/Robotik, dimungkinkan untuk mencapai kualitas yang diinginkan dalam fabrikasi las.

Aspek Keamanan Pengelasan Laser:

Bahaya normal yang terkait dengan pengelasan sinar laser meliputi kerusakan mata, kulit terbakar, efek pada sistem pernapasan, sengatan listrik, bahaya bahan kimia, dan bahaya penanganan cairan pendingin cryogenic.

Sinar laser tidak menghasilkan sinar-X selama operasi normal, ­namun menghasilkan cahaya intensitas tinggi yang dapat merusak penglihatan mata atau menyebabkan luka bakar yang parah. Jika panjang gelombang antara 0,4 dan 1,4 µm, sistem okular manusia memfokuskan berkas datang sebanyak 10 5 kali pada retina. Daerah panjang gelombang ini disebut daerah fokus okular atau daerah bahaya retina.

Proporsi yang terlihat dari daerah fokus okular di mana mata mendeteksi warna hanya berkisar antara 0,4 hingga 0,7 µm. Panjang gelombang dalam kisaran 0,7 hingga 1,4 µm tidak terdeteksi oleh retina, tidak terlihat oleh sistem okular, meskipun dapat difokuskan oleh mata.

Jadi, jika panjang gelombang sinar berada di daerah fokus okular, kerusakan mata terjadi pada jaringan retina karena sangat sedikit energi yang diserap oleh kornea, lensa, dan jaringan berair. Namun ­, panjang gelombang di luar wilayah fokus diserap oleh komponen luar mata, terutama merusak kornea.

Oleh karena itu, sangat penting untuk memiliki pengetahuan sebelumnya tentang panjang gelombang sinar laser dan Gambar 14.45 memberikan informasi yang diperlukan.

Perawatan harus diambil dalam kacamata yang sesuai untuk sistem laser tertentu yang digunakan. Pada panjang gelombang inframerah yang lebih panjang, misalnya ­panjang gelombang laser CO 2 10,6 µm , kaca biasa pun tidak tembus cahaya.

Ini adalah praktik umum untuk memastikan bahwa area kerja di sekitar laser dicat dengan warna terang dan diterangi dengan terang.

Kulit menyerap semua panjang gelombang laser tetapi lebih banyak energi diperlukan untuk kerusakan kulit daripada kerusakan mata, dan lebih banyak energi dari laser gelombang kontinyu diperlukan untuk kerusakan daripada dari laser berdenyut. Jika laser memancarkan radiasi terus menerus untuk jangka waktu minimum 0,25 detik, itu dianggap sebagai ­laser gelombang terus menerus. Excimer dan laser CO 2 memiliki kemampuan khusus untuk merusak kulit. Kemeja lengan panjang dan sarung tangan tahan api memberikan perlindungan kulit yang memadai untuk sebagian besar kasus.

Meskipun sinar laser tidak dibelokkan oleh medan elektrostatis atau elektromagnetik ­, sinar laser sebagian dipantulkan atau dibelokkan oleh permukaan logam halus yang dapat mempengaruhi mata atau kulit, dan luka bakar laser bisa dalam dan sangat lambat untuk sembuh.

Sebagian besar sistem laser melibatkan penggunaan arus arus listrik bertegangan tinggi sehingga kemungkinan sengatan listrik yang mematikan selalu ada. Faktanya, hampir semua kecelakaan serius atau fatal dengan laser berkaitan dengan suplai listrik. Oleh karena itu, jangan pernah bekerja sendiri saat mengoperasikan laser berdaya tinggi secara langsung.

Asap logam beracun atau halus dapat terbentuk selama penetrasi yang dalam dan pengelasan percobaan pada plastik. Pembangkitan plasma yang parah dapat menghasilkan ozon yang membutuhkan ­penyediaan yang memadai untuk ventilasi dan sistem pembuangan.

Sebagai kesimpulan dapat dikatakan bahwa laser sama amannya dengan alat berenergi tinggi lainnya dan harus ditangani dengan benar. Merupakan tanggung jawab pengguna untuk mempelajari cara menanganinya dengan benar.

Refleksi

Refleksi

Definisi Refleksi Refleksi adalah ketika bank sentral mengambil berbagai inisiatif untuk menurunkan suku bunga pinjaman marjinal sehubungan dengan suku bunga pinjamannya kepada bank komersial. Pada gilirannya, meningkatkan pasokan dana dalam perekonomian, sehingga bank…

Read more