Selama proses pengelasan laser genggam, berkas laser difokuskan oleh sistem optik untuk membentuk wilayah kepadatan energi tinggi pada permukaan benda kerja atau di dalam material. Posisi fokus menentukan distribusi energi per satuan luas, morfologi kolam las, dan kualitas pembentukan las, dan merupakan salah satu parameter proses kunci yang memengaruhi stabilitas pengelasan dan kualitas las.
Posisi fokus biasanya direferensikan ke permukaan benda kerja sebagai titik nol dan dapat diklasifikasikan menjadi fokus positif, fokus negatif, dan keadaan tak terfokus.
1. Karakteristik Pengelasan dengan Fokus pada Permukaan Benda Kerja (Fokus Nol)
Ketika fokus laser terletak pada permukaan benda kerja, diameter titik laser minimal dan kepadatan energi berada pada maksimumnya. Efisiensi kopling antara laser dan material tinggi.
Karakteristik pengelasannya adalah sebagai berikut:
Pembentukan kolam las yang cepat dan proses pengelasan yang stabil
Garis las yang sempit dengan batas yang jelas
Kedalaman penetrasi yang terkonsentrasi dan efisiensi pemanfaatan energi yang tinggi
Cocok untuk material tipis dan aplikasi pengelasan presisi
Dalam pengelasan laser genggam, mempertahankan fokus pada permukaan membutuhkan stabilitas operasional yang tinggi. Variasi tinggi obor selama pengelasan dapat dengan mudah menyebabkan fluktuasi pada kedalaman penetrasi dan morfologi las.
2. Fenomena Pengelasan di bawah Kondisi Fokus Positif
Fokus positif mengacu pada kondisi di mana fokus laser diposisikan di bawah permukaan benda kerja, yang berarti titik fokus terletak di dalam material.
Fenomena pengelasannya meliputi:
Kepadatan energi laser puncak terjadi di dalam material
Peningkatan kedalaman penetrasi dan rasio kedalaman-terhadap-lebar yang lebih tinggi
Efek lubang kunci yang nyata dengan penetrasi las longitudinal yang ditingkatkan
Kolam las permukaan yang relatif menyempit dan tampilan las yang lebih sempit
Fokus positif cocok untuk pengelasan pelat sedang hingga tebal atau aplikasi yang membutuhkan penetrasi yang lebih besar. Dalam pengelasan genggam, fokus positif meningkatkan toleransi proses; namun, kedalaman fokus yang berlebihan dapat menyebabkan fusi permukaan yang tidak mencukupi atau pembentukan las yang tidak lengkap.
3. Fenomena Pengelasan di bawah Kondisi Fokus Negatif
Fokus negatif mengacu pada kondisi di mana fokus laser terletak di atas permukaan benda kerja, yang berarti berkas laser mulai menyimpang sebelum mencapai material.
Fenomena pengelasannya meliputi:
Diameter titik yang membesar dan kepadatan energi yang berkurang
Lebar las yang meningkat dan kedalaman penetrasi yang berkurang
Efek lubang kunci yang melemah atau dihilangkan
Peningkatan kehalusan permukaan las
Di bawah kondisi fokus negatif, distribusi energi laser lebih seragam, sehingga cocok untuk pengelasan tumpang tindih pelat tipis dan aplikasi dengan persyaratan tampilan permukaan yang tinggi. Dalam pengelasan laser genggam, fokus negatif sedang membantu mengurangi percikan dan menekan tembus.
4. Karakteristik Pengelasan di bawah Kondisi Tak Terfokus
Defokus mengacu pada kondisi di mana fokus diposisikan jauh dari permukaan benda kerja, terlepas dari apakah itu dalam arah positif atau negatif, yang mengakibatkan pengurangan kepadatan energi yang signifikan.
Karakteristik pengelasannya meliputi:
Kesulitan dalam membentuk atau mempertahankan kolam las yang stabil
Penetrasi yang tidak mencukupi dan risiko kurangnya fusi yang tinggi
Garis las yang lebar dan dangkal dengan pembentukan yang longgar
Kepekaan tinggi dari proses pengelasan terhadap variasi kecepatan perjalanan
Kondisi tak terfokus umumnya tidak cocok untuk pengelasan yang stabil dan terutama digunakan dalam proses masukan panas rendah khusus atau pemanasan permukaan. Dalam pengelasan laser genggam, defokus yang berlebihan secara signifikan mengurangi konsistensi pengelasan.
5. Perbandingan Efek Pengelasan di bawah Keadaan Fokus yang Berbeda
Dibandingkan dengan fokus yang terletak pada permukaan benda kerja:
Fokus positif meningkatkan penetrasi dan kemampuan pengelasan, cocok untuk aplikasi yang membutuhkan kekuatan struktural yang tinggi
Fokus negatif meningkatkan lebar las, meningkatkan tampilan permukaan, dan mengurangi risiko konsentrasi energi yang berlebihan
Defokus menurunkan kepadatan energi keseluruhan dan tidak menguntungkan untuk pengelasan yang stabil
Dalam aplikasi praktis, posisi fokus harus disesuaikan dalam kombinasi dengan jenis material, ketebalan pelat, kecepatan pengelasan, dan daya laser.
6. Signifikansi Proses Posisi Fokus dalam Pengelasan Laser Genggam
Pengelasan laser genggam menempatkan tuntutan tinggi pada stabilitas operasional dan toleransi proses. Pemilihan posisi fokus yang tepat memainkan peran penting dalam aspek-aspek berikut:
Meningkatkan stabilitas pengelasan dan mengurangi dampak pergerakan operator
Menyeimbangkan kedalaman penetrasi dan pembentukan las
Mengurangi percikan dan terjadinya cacat pengelasan
Meningkatkan kemampuan beradaptasi dalam kondisi pengelasan yang kompleks
Penyesuaian posisi fokus biasanya dicapai melalui kontrol tinggi obor atau penyesuaian sistem pemfokusan dan merupakan langkah inti dalam optimalisasi proses pengelasan laser genggam.