শুষ্ক পণ্য! লেজার ওয়েল্ডিংয়ের সাধারণ প্রক্রিয়া পরামিতিগুলোর ব্যাখ্যা

লেজার ওয়েল্ডিং হলো লেজার প্রক্রিয়াকরণ প্রযুক্তির প্রয়োগের একটি গুরুত্বপূর্ণ দিক এবং একবিংশ শতাব্দীর সবচেয়ে আকর্ষণীয় ও সম্ভাবনাময় ওয়েল্ডিং প্রযুক্তি। প্রচলিত ওয়েল্ডিং পদ্ধতির তুলনায় লেজার ওয়েল্ডিংয়ের অনেক সুবিধা রয়েছে, যেমন উচ্চতর ওয়েল্ডিং গুণমান এবং দ্রুততর কার্যকারিতা। বর্তমানে, লেজার ওয়েল্ডিং প্রযুক্তি উৎপাদন, পাউডার মেটালার্জি, অটোমোবাইল শিল্প, ইলেকট্রনিক্স শিল্প, বায়োমেডিসিন এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হচ্ছে।

ওয়েল্ডিং পুল গঠনের প্রক্রিয়া অনুসারে, লেজার ওয়েল্ডিংয়ের দুটি মৌলিক ওয়েল্ডিং পদ্ধতি রয়েছে: তাপ পরিবাহী ওয়েল্ডিং এবং গভীর অনুপ্রবেশ (ছোট ছিদ্র) ওয়েল্ডিং। তাপ পরিবাহী ওয়েল্ডিংয়ে উৎপন্ন তাপ তাপ স্থানান্তরের মাধ্যমে ওয়ার্কপিসে ছড়িয়ে পড়ে, ফলে ওয়েল্ডের পৃষ্ঠ গলে যায় এবং এতে মূলত কোনো বাষ্পীভবন ঘটে না, যা প্রায়শই কম গতির পাতলা-দেয়ালের যন্ত্রাংশ ওয়েল্ডিং করার জন্য ব্যবহৃত হয়। গভীর ফিউশন ওয়েল্ডিং উপাদানকে বাষ্পীভূত করে এবং প্রচুর পরিমাণে প্লাজমা তৈরি করে। এই বিপুল তাপের কারণে, গলিত পুলের সামনের দিকে ছিদ্র তৈরি হয়। গভীর অনুপ্রবেশ ওয়েল্ডিং ওয়ার্কপিসকে পুঙ্খানুপুঙ্খভাবে ওয়েল্ড করতে পারে এবং এতে ব্যবহৃত শক্তি বেশি ও ওয়েল্ডিংয়ের গতি দ্রুত হয়, যা লেজার ওয়েল্ডিংয়ের সবচেয়ে বহুল ব্যবহৃত পদ্ধতি।

লেজার ওয়েল্ডিংয়ের গুণমানকে প্রভাবিত করে এমন অনেক প্রসেস প্যারামিটার রয়েছে, যেমন পাওয়ার ডেনসিটি, লেজার পালস ওয়েভফর্ম, ডিফোকাস, ওয়েল্ডিং স্পিড এবং অক্সিলিয়ারি ব্লোয়িং গ্যাস।

লেজার পাওয়ার ডেনসিটি লেজার প্রক্রিয়াকরণে পাওয়ার ডেনসিটি সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ প্যারামিটারগুলোর মধ্যে একটি। উচ্চ পাওয়ার ডেনসিটির ক্ষেত্রে, পৃষ্ঠের স্তরটি এক মাইক্রোসেকেন্ড সময়ের মধ্যে স্ফুটনাঙ্কে উত্তপ্ত হতে পারে, যা প্রচুর পরিমাণে বাষ্পীভবন ঘটায়। তাই, পাঞ্চিং, কাটিং এবং এনগ্রেভিং-এর মতো উপাদান অপসারণ প্রক্রিয়াকরণের জন্য উচ্চ পাওয়ার ডেনসিটি খুবই সুবিধাজনক। কম পাওয়ার ডেনসিটির ক্ষেত্রে, পৃষ্ঠের তাপমাত্রা স্ফুটনাঙ্কে পৌঁছাতে কয়েক মিলিসেকেন্ড সময় লাগে এবং পৃষ্ঠের স্তর বাষ্পীভূত হওয়ার আগেই নীচের স্তরটি গলনাঙ্কে পৌঁছে যায়, যার ফলে একটি ভালো ফিউশন ওয়েল্ডিং সহজে তৈরি হয়। তাই, তাপ পরিবাহী লেজার ওয়েল্ডিং-এ পাওয়ার ডেনসিটির পরিসর হলো 10⁴-10⁶W/cm²।

২. লেজার পালস তরঙ্গরূপ

লেজার পালস ওয়েভফর্ম শুধুমাত্র বস্তু অপসারণ এবং বস্তু গলানোর মধ্যে পার্থক্য করার জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ প্যারামিটারই নয়, বরং এটি প্রক্রিয়াকরণ সরঞ্জামের পরিমাণ এবং খরচ নির্ধারণের জন্যও একটি মূল প্যারামিটার। যখন উচ্চ-তীব্রতার লেজার রশ্মি কোনো বস্তুর পৃষ্ঠে আঘাত করে, তখন বস্তুর পৃষ্ঠ থেকে লেজার শক্তির ৬০ থেকে ৯০ শতাংশ প্রতিফলিত ও ক্ষয় হয়। বিশেষ করে সোনা, রূপা, তামা, অ্যালুমিনিয়াম, টাইটানিয়াম এবং অন্যান্য বস্তুর ক্ষেত্রে শক্তিশালী প্রতিফলন এবং দ্রুত তাপ স্থানান্তর ঘটে। একটি লেজার পালস সিগন্যালের সময় ধাতুর প্রতিফলন ক্ষমতা সময়ের সাথে পরিবর্তিত হয়। যখন বস্তুর পৃষ্ঠের তাপমাত্রা গলনাঙ্কে পৌঁছায়, তখন প্রতিফলন ক্ষমতা দ্রুত হ্রাস পায় এবং যখন পৃষ্ঠটি গলিত অবস্থায় থাকে, তখন প্রতিফলন একটি নির্দিষ্ট মানে স্থিতিশীল হয়।

৩. পালস প্রস্থ (Puls width) পালসড লেজার ওয়েল্ডিং-এর একটি গুরুত্বপূর্ণ প্যারামিটার। পালস প্রস্থ পেনিট্রেশনের গভীরতা (depth of penetration) এবং তাপ-প্রভাবিত অঞ্চল (heat affected zone) দ্বারা নির্ধারিত হয়। পালস প্রস্থ যত বেশি হয়, তাপ-প্রভাবিত অঞ্চল তত বড় হয় এবং পালস প্রস্থের অর্ধেক (1/2 power) হারে পেনিট্রেশনের গভীরতা বৃদ্ধি পায়। তবে, পালস প্রস্থ বাড়ালে সর্বোচ্চ শক্তি (peak power) কমে যায়, তাই সাধারণত তাপ পরিবাহী ওয়েল্ডিং (heat conduction welding)-এর জন্য পালস প্রস্থ বাড়ানো হয়, যার ফলে একটি প্রশস্ত এবং অগভীর ওয়েল্ড তৈরি হয়, যা বিশেষত পাতলা এবং পুরু প্লেটের ল্যাপ ওয়েল্ডিং-এর জন্য উপযুক্ত। তবে, কম সর্বোচ্চ শক্তির ফলে অতিরিক্ত তাপ প্রবেশ করে, এবং প্রতিটি উপাদানের একটি সর্বোত্তম পালস প্রস্থ থাকে যা পেনিট্রেশনকে সর্বাধিক করে তোলে।

৪. ডিফোকাস লেজার ওয়েল্ডিং-এর জন্য সাধারণত একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ ডিফোকাসের প্রয়োজন হয়, কারণ স্পটের কেন্দ্রে লেজার ফোকাসের পাওয়ার ডেনসিটি খুব বেশি হলে তা সহজেই গর্তে পরিণত হতে পারে। লেজার ফোকাস থেকে দূরে প্রতিটি প্লেনে পাওয়ার ডেনসিটির বণ্টন তুলনামূলকভাবে সুষম থাকে। ডিফোকাসিং-এর দুটি পদ্ধতি রয়েছে: পজিটিভ ডিফোকাসিং এবং নেগেটিভ ডিফোকাসিং। যদি ফোকাল প্লেনটি ওয়ার্কপিসের উপরে অবস্থিত হয়, তবে এটিকে পজিটিভ ডিফোকাসিং বলা হয়; অন্যথায়, এটিকে নেগেটিভ ডিফোকাসিং বলা হয়। জ্যামিতিক আলোকবিজ্ঞানের তত্ত্ব অনুসারে, যখন পজিটিভ ও নেগেটিভ ডিফোকাসিং প্লেন এবং ওয়েল্ডিং প্লেনের মধ্যে দূরত্ব সমান হয়, তখন সংশ্লিষ্ট প্লেনের পাওয়ার ডেনসিটি প্রায় একই থাকে, কিন্তু বাস্তবে প্রাপ্ত ওয়েল্ড পুলের আকৃতি ভিন্ন হয়। নেগেটিভ ডিফোকাসিং-এর ক্ষেত্রে, বেশি পেনিট্রেশন পাওয়া যেতে পারে, যা গলিত পুল গঠনের প্রক্রিয়ার সাথে সম্পর্কিত।

৫. ওয়েল্ডিং স্পিড ওয়েল্ডিং স্পিড ওয়েল্ডিং সারফেসের গুণমান, পেনিট্রেশন, হিট অ্যাফেক্টেড জোন ইত্যাদি নির্ধারণ করে। ওয়েল্ডিং-এর গতি প্রতি একক সময়ে তাপের পরিমাণকে প্রভাবিত করে। যদি ওয়েল্ডিং স্পিড খুব কম হয়, তাহলে তাপের পরিমাণ খুব বেশি হয়ে যায়, যার ফলে ওয়ার্কপিসটি পুড়ে যায়। যদি ওয়েল্ডিং স্পিড খুব বেশি হয়, তাহলে তাপের পরিমাণ খুব কম হয়ে যায়, যার ফলে ওয়ার্কপিসটি অস্বচ্ছভাবে ঝালাই হয়। পেনিট্রেশন উন্নত করার জন্য সাধারণত ওয়েল্ডিং স্পিড কমানো হয়।

৬. সহায়ক সুরক্ষামূলক গ্যাস প্রবাহ (অক্সিলিয়ারি ব্লোয়িং প্রোটেক্টিভ গ্যাস) উচ্চ ক্ষমতার লেজার ওয়েল্ডিং-এর একটি অপরিহার্য প্রক্রিয়া। একদিকে, এটি ধাতব পদার্থকে স্পাটারিং (sputtering) এবং ফোকাসিং মিররকে দূষিত করা থেকে রক্ষা করে; অন্যদিকে, এটি ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়ায় উৎপন্ন প্লাজমাকে অতিরিক্ত ফোকাস হওয়া থেকে এবং লেজারকে পদার্থের পৃষ্ঠে পৌঁছাতে বাধা দেয়। লেজার ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়ায়, গলিত পুলকে রক্ষা করার জন্য প্রায়শই হিলিয়াম, আর্গন, নাইট্রোজেন এবং অন্যান্য গ্যাস ব্যবহার করা হয়, যাতে ওয়েল্ডিং ইঞ্জিনিয়ারিং-এ ওয়ার্কপিসটি জারণ (oxidation) থেকে সুরক্ষিত থাকে। সুরক্ষামূলক গ্যাসের ধরন, বায়ুপ্রবাহের পরিমাণ এবং প্রবাহ কোণের মতো বিষয়গুলো ওয়েল্ডিং ফলাফলের উপর ব্যাপক প্রভাব ফেলে। বিভিন্ন প্রবাহ পদ্ধতিও ওয়েল্ডিং-এর গুণমানের উপর একটি নির্দিষ্ট প্রভাব ফেলে।

হিলিয়াম সহজে আয়নিত হয় না (এর আয়নীকরণ শক্তি বেশি), ফলে লেজার মসৃণভাবে যেতে পারে এবং বিমের শক্তি কোনো বাধা ছাড়াই ওয়ার্কপিসের পৃষ্ঠে পৌঁছাতে পারে। লেজার ওয়েল্ডিংয়ে ব্যবহৃত এটি সবচেয়ে কার্যকর প্রতিরক্ষামূলক গ্যাস, কিন্তু এর দাম তুলনামূলকভাবে বেশি। আর্গন সস্তা এবং ঘন, তাই এটি আরও ভালো সুরক্ষা প্রদান করে। তবে, এটি উচ্চ তাপমাত্রার মেটাল প্লাজমা দ্বারা সহজেই আয়নিত হয়, ফলে বিমের একটি অংশ ওয়ার্কপিস থেকে আড়াল হয়ে যায়, ওয়েল্ডিংয়ের কার্যকর লেজার শক্তি কমে যায় এবং ওয়েল্ডিংয়ের গতি ও পেনিট্রেশনও ক্ষতিগ্রস্ত হয়। হিলিয়াম দ্বারা সুরক্ষিত ওয়েল্ডের তুলনায় আর্গন দ্বারা সুরক্ষিত ওয়েল্ডের পৃষ্ঠ বেশি মসৃণ হয়। প্রতিরক্ষামূলক গ্যাস হিসেবে নাইট্রোজেন সবচেয়ে সস্তা, কিন্তু এটি কিছু ধরণের স্টেইনলেস স্টিল ওয়েল্ডিংয়ের জন্য উপযুক্ত নয়, প্রধানত ধাতুবিদ্যাগত সমস্যার কারণে, যেমন শোষণ, যা কখনও কখনও ল্যাপ জোনে ছিদ্র তৈরি করে।

একটি নতুন ওয়েল্ডিং প্রযুক্তি হিসেবে লেজার ওয়েল্ডিংয়ের বৈশিষ্ট্য হলো উচ্চ শক্তি ঘনত্ব, উচ্চ গতি, উচ্চ নির্ভুলতা, গভীর অনুপ্রবেশ এবং শক্তিশালী অভিযোজন ক্ষমতা। এর প্রয়োগ ক্রমশ ব্যাপক হচ্ছে, যা কেবল উৎপাদন দক্ষতাই বাড়ায় না, বরং ওয়েল্ডিংয়ের মানও উন্নত করে। বস্তু প্রক্রিয়াকরণের ক্ষেত্রে লেজার ওয়েল্ডিং প্রযুক্তি নিঃসন্দেহে আরও গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করবে।