Kimpalan laser ialah kaedah menyambung dua bahan bersama-sama dengan menggunakan pancaran laser sebagai sumber haba pekat untuk mencairkan dan menggabungkan bahan pada titik sentuhannya. Ia menawarkan kelebihan berbanding teknik kimpalan tradisional seperti kelajuan yang lebih pantas, automasi yang lebih mudah, kualiti dan ketepatan yang lebih baik serta pilihan bahan yang diperluaskan.Kimpalan laser sejukmerujuk kepada subset kaedah kimpalan laser yang melibatkan input haba yang jauh lebih rendah berbanding dengan kimpalan laser standard. Tetapi bagaimana ia berfungsi dan apakah teknik kimpalan laser sejuk utama yang digunakan hari ini?
Input Haba Rendah
Mengikut definisi, kimpalan laser sejuk menggunakan ketumpatan kuasa laser dan input haba yang jauh lebih rendah daripada kaedah kimpalan gabungan yang lebih panas. Ini membolehkan lebih banyak bahan sensitif haba seperti plastik atau kerajang nipis dicantumkan dengan kurang ubah bentuk, pembakaran atau kerosakan terma lain berbanding dengan kimpalan laser yang lebih panas.[1]
Teknik kimpalan laser sejuk biasa hanya membekalkan 25-30% daripada input tenaga yang digunakan dalam kimpalan laser konvensional. Ini bersamaan dengan ketumpatan kuasa di bawah 1 megawatt setiap sentimeter persegi dan suhu puncak di bawah 2500 darjah F pada permukaan garisan ikatan.[2]
Haba yang lebih rendah meminimumkan bahagian meleding dan perubahan metalurgi yang berisiko pada komponen yang dikimpal. Ia juga membolehkan ikatan yang berjaya dalam bahan yang sangat reflektif seperti aluminium atau tembaga yang biasanya akan memesongkan jumlah tenaga laser yang lebih tinggi daripada menyerapnya.[3]
Teknik Kimpalan Laser Sejuk Utama
Tiga kategori kimpalan laser utama yang dianggap sebagai teknik sejuk termasuk:
1. Kimpalan Laser Ketumpatan Kuasa Rendah
Ini melibatkan pengurangan ketumpatan kuasa laser keadaan pepejal atau gentian standard kepada 0.5 megawatt setiap cm2 atau lebih rendah. Ia membenarkan kimpalan sehingga 0.5mm kedalaman sambil meminimumkan input haba dan kesan metalurgi pada aloi sensitif.[4]
2. Mengimbas Kimpalan Laser
Kaedah ini dengan pantas mengayunkan atau mengimbas pancaran laser di atas jahitan semasa penembakan nadi. Gabungan rasuk yang lebih luas dan pergerakan pantas mengekang input haba walaupun menggunakan ketumpatan kuasa melebihi 2 megawatt per cm2. Ia memudahkan mengimpal aloi aeroangkasa eksotik dan tab bateri.[5]
3. Kimpalan Mikro Laser
Ini menggunakan diod laser inframerah yang memancarkan panjang gelombang yang ditala pada puncak penyerapan polimer. Mengawal pelepasan yang berhati-hati di bawah 15{1}} watt menghasilkan kimpalan sempit kurang daripada 0.1mm dalam tetapi cukup kuat untuk komponen seperti kateter perubatan dan mikroelektronik.[6],[7]
Kelebihan vs Kimpalan Laser Standard
Walaupun kelajuan dan kedalaman kimpalan maksimum dikekang, teknik laser sejuk menawarkan kelebihan termasuk:
- Meminimumkan herotan bahagian dan perubahan metalurgi yang merosakkan
- Mengelakkan kerosakan haba dan kehilangan kesabaran dalam aloi sensitif
- Memudahkan ikatan ketepatan yang kuat dalam bahan yang sangat reflektif dan konduktif yang sebelum ini tidak boleh dikimpal
- Mencantumkan gandingan bahan termoplastik dan polimer yang tidak serupa yang terdedah kepada degradasi haba
- Membenarkan kimpalan automatik bagi kerajang yang sangat nipis sehingga 0.ketebalan 05mm [8]
Jadi, kimpalan laser sejuk memenuhi niche yang penting - memudahkan penyambungan logam, plastik dan campuran bahan yang rumit yang tidak serasi dengan kaedah kimpalan laser konvensional yang lebih panas.
Aplikasi Mengambil Kelebihan
Industri aeroangkasa, elektronik dan peranti perubatan khususnya mengguna pakai penyelesaian kimpalan laser sejuk untuk memanfaatkan faedah seperti membolehkan sambungan bahan yang menuntut dengan herotan minimum pada komponen yang kecil dan rumit.
Contoh aplikasi termasuk:
- Pengedap hermetik bagi penutup titanium perentak jantung [9]
- Mengimpal ruang vakum luar untuk spektrometer jisim [10]
- Mencantumkan gegelung kerajang nikel dalam penjana elektrik sambil mengekalkan sifat magnetik [11]
- Polimer pengedap dalam tompok penghantaran ubat tanpa pelekat mencairkan haba [12]
Jadi semasa bekerja pada skala yang lebih kecil, teknik laser sejuk membolehkan ikatan kritikal misi dalam aloi gred angkasa, instrumen diagnostik dan komponen perubatan yang menyelamatkan nyawa di mana mengekalkan sifat dan dimensi bahan asas adalah yang paling penting.
Secara ringkasnya
Kimpalan laser sejuk menggunakan teknik laser ketumpatan tenaga yang dikurangkan yang mengehadkan input haba semasa kimpalan ketepatan. Mengekalkan suhu rendah meminimumkan herotan bahagian dan kerosakan metalurgi sambil membenarkan ikatan dalam komponen yang sangat reflektif dan sensitif terma sebelum ini di luar had kepada kimpalan gabungan panas. Walaupun bekerja pada skala mikro, laser sejuk membolehkan penyambungan rumit bagi gandingan bahan eksotik dan berbeza yang penting untuk aplikasi daripada satelit kepada implan pembedahan.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. ialah syarikat berteknologi tinggi yang mengkhusus dalam R&D, pembuatan dan penjualan mesin pelapisan laser automatik, mesin pelapisan laser berkelajuan tinggi, mesin pelindapkejutan laser, mesin kimpalan laser dan peralatan percetakan 3D laser. Produk kami adalah kos efektif dan dijual di dalam dan luar negara. Jika anda berminat dengan produk kami, sila hubungi kami dibob@gshenglaser.com.
Rujukan:
[1] Katayama, S. Buku Panduan Teknologi Kimpalan Laser. Penerbitan Woodhead. 2013. hlm. 342.
[2] Pemprosesan Laser Ion JC Bahan Kejuruteraan: Prinsip, Prosedur dan Aplikasi Industri. Lain-lain. 2005. p 203-204.
[3] Dawes C. Kimpalan Laser: Panduan Praktikal. Penerbitan Woodhead. 1992. hlm 88.
[4] Kah P, Suoranta R, Martikainen J, Magnus C. Teknik untuk mencantumkan bahan yang tidak serupa: logam dan polimer. Rev Adv Mater Sci. 2014;36:152-164.
[5] Kah P, Suoranta R, Martikainen J. Teknik lanjutan untuk kimpalan laser polimer lutsinar. Procedia Fizik. 2015;78:182-190.
[6] Acherjee B, Mondal B, Tudu B, Misra D. Kemajuan dan inovasi terkini dalam teknologi kimpalan sinar laser. Optik dan Laser dalam Kejuruteraan. 2021; 140:106877.
[7] Roesner A, Scheik S, Olowinsky A, Gillner A, Reisgen U, Schleser M. Kimpalan Laser Polimer Menggunakan Laser Berintensiti Tinggi. Jurnal Kejuruteraan Nano Mikro Laser. 2019;14(1):1-6.
[8] Katayama S. Fenomena kimpalan laser dalam kimpalan kerajang nipis. Jurnal Aplikasi Laser. 2011 Jun 1;23(2):022005.
[9] L masing-masinglyampe T, Roos E. Penyiasatan mengenai kimpalan gabungan aloi titanium untuk perentak jantung. Bahan peranti perubatan II: prosiding daripada Persidangan Bahan & Proses untuk Peranti Perubatan. 2004 Nov 8. hlm. 12-6.
[10] Synowicki RA. Isu bahan untuk ruang vakum titanium yang dikimpal dalam aplikasi spektrometri jisim. Mesyuarat Topikal ke-18 mengenai Sains Tenaga Gabungan. 28 Okt 1999.
[11] Dilger K, Nussbaum C, Nusbickel W, Rodman R. Kimpalan laser keluli elektrik dan akibat teknologinya pada teras magnet AC. Transaksi IEEE pada Magnetik. 1992 Sep;28(5):2260-3.
[12] D commandssingh SP, Wieduwilt TJ. Penggunaan proses kimpalan penghantaran laser untuk pengedap peranti prostetik untuk implantasi. Permohonan paten Amerika Syarikat AS 06/938,069. 4 Dis 1974.