01
Kata pengantar
Karena kepadatan energinya yang tinggi, masukan panas yang rendah, dan sifat non-{0}}kontak, teknologi pengelasan laser telah muncul sebagai salah satu proses inti dalam manufaktur presisi modern. Namun, masalah seperti oksidasi, porositas, dan pembakaran unsur--yang diakibatkan oleh kontak antara kolam las dan atmosfer selama proses pengelasan-sangat membatasi sifat mekanik dan masa pakai lapisan las. Sebagai media penting untuk mengendalikan lingkungan pengelasan, pemilihan jenis gas pelindung, laju aliran, dan metode penyampaian harus secara hati-hati dipadukan dengan karakteristik material tertentu (seperti reaktivitas kimia dan konduktivitas termal) dan ketebalan benda kerja.
Pemrosesan Sinar Laser & Elektron
02
Jenis Gas Pelindung
Fungsi utama dari gas pelindung adalah untuk mengisolasi oksigen, mengatur perilaku kolam las, dan meningkatkan efisiensi penggabungan energi. Berdasarkan sifat kimianya, gas pelindung dapat diklasifikasikan menjadi gas inert (seperti argon dan helium) dan gas aktif (seperti nitrogen dan karbon dioksida). Gas inert memiliki stabilitas kimia yang tinggi, secara efektif mencegah oksidasi pada kolam las; namun, perbedaan signifikan dalam sifat termofisiknya dapat berdampak besar pada hasil pengelasan. Misalnya, argon (Ar) memiliki kepadatan tinggi (1,784 kg/m³), memungkinkannya membentuk selimut pelindung yang stabil di atas kolam las; sebaliknya, konduktivitas termalnya yang rendah (0,0177 W/m·K) menyebabkan pendinginan kolam las lebih lambat dan kedalaman penetrasi lebih dangkal. Sebaliknya, helium (He) menunjukkan konduktivitas termal sekitar delapan kali lipat argon (0,1513 W/m·K), sehingga mempercepat pendinginan kolam las dan meningkatkan kedalaman penetrasi; namun, kepadatannya yang rendah (0,1785 kg/m³) membuatnya rentan terhadap dispersi yang cepat, sehingga memerlukan laju aliran yang lebih tinggi untuk mempertahankan perlindungan yang efektif. Gas aktif-seperti nitrogen (N₂)-dapat, dalam aplikasi tertentu, meningkatkan kekuatan lapisan las melalui penguatan larutan padat; namun, penggunaannya yang berlebihan dapat menyebabkan porositas atau pengendapan fase getas. Misalnya, saat mengelas baja tahan karat dupleks, pelarutan nitrogen ke dalam kolam las dapat mengganggu keseimbangan fasa ferit-austenit, sehingga mengakibatkan penurunan ketahanan terhadap korosi.
Dari perspektif mekanisme proses, energi ionisasi helium yang tinggi (24,6 eV) menekan efek pelindung plasma dan meningkatkan penyerapan energi laser, sehingga meningkatkan kedalaman penetrasi. Sebaliknya, energi ionisasi argon yang rendah (15,8 eV) cenderung menghasilkan gumpalan plasma, sehingga memerlukan penggunaan teknik seperti pengaburan atau modulasi pulsa untuk mengurangi interferensi. Selain itu, reaksi kimia antara gas pelindung aktif dan kumpulan lelehan-seperti pembentukan nitrida melalui reaksi nitrogen dengan kromium dalam baja-dapat mengubah komposisi las; oleh karena itu, pemilihan gas pelindung harus dilakukan dengan hati-hati, dengan mempertimbangkan sifat material tertentu.
**Contoh Penerapan Materi:**
• **Baja:** Dalam pengelasan pelat tipis (<3 mm), argon ensures a high-quality surface finish; for instance, the oxide layer thickness on a weld in 1.5 mm low-carbon steel is merely 0.5 μm. For thick plates (>10 mm), namun, sedikit tambahan helium (He) diperlukan untuk meningkatkan kedalaman penetrasi.
• **Baja Tahan Karat:** Pelindung argon mencegah penipisan kandungan kromium (Cr); dalam pengelasan baja tahan karat 304 setebal 3 mm, kandungan Cr mencapai 18,2% (mendekati logam dasar 18,5%). Sebaliknya, baja tahan karat dupleks memerlukan campuran Ar-N₂ (dengan N₂ Kurang dari atau sama dengan 5%) untuk menjaga rasio fase seimbang. Studi menunjukkan bahwa saat mengelas baja tahan karat dupleks 2205 setebal 8 mm menggunakan campuran Ar-2%N₂, rasio fase ferit-terhadap-austenit menjadi stabil pada 48:52, menghasilkan kekuatan tarik sebesar 780 MPa, lebih tinggi dari yang dicapai dengan pelindung argon murni (720 MPa).
• **Paduan Aluminium:** *Pelat Tipis (<3 mm):* The high reflectivity of aluminum alloys results in low energy absorption; helium, with its high ionization energy (24.6 eV), helps stabilize the plasma. Research shows that when welding 2 mm thick 6061 aluminum alloy under helium shielding, the penetration depth reaches 1.8 mm-a 25% increase compared to argon shielding-while porosity remains below 1%. *Thick Plates (>5 mm):* Pengelasan pelat aluminium tebal memerlukan masukan energi yang tinggi; campuran helium-argon (He:Ar=3:1) menawarkan keseimbangan antara mencapai kedalaman penetrasi yang memadai dan mengelola biaya. Misalnya, saat mengelas pelat 5083 setebal 8 mm, pelindung dengan campuran ini menghasilkan kedalaman penetrasi 6,2 mm-peningkatan sebesar 35% dibandingkan argon murni-sekaligus mengurangi biaya pengelasan sebesar 20%.
