कोरडा माल! लेझर वेल्डिंगच्या सामान्य प्रक्रिया पॅरामीटर्सचे स्पष्टीकरण

लेझर वेल्डिंग हे लेझर प्रक्रिया तंत्रज्ञानाच्या उपयोगातील एक महत्त्वाचा पैलू आहे, तसेच २१ व्या शतकातील सर्वात लक्षवेधी आणि आश्वासक वेल्डिंग तंत्रज्ञान आहे. पारंपरिक वेल्डिंग पद्धतींच्या तुलनेत, लेझर वेल्डिंगचे अनेक फायदे आहेत, जसे की उच्च वेल्डिंग गुणवत्ता आणि जलद कार्यक्षमता. सध्या, लेझर वेल्डिंग तंत्रज्ञानाचा वापर उत्पादन, चूर्ण धातुशास्त्र, वाहन उद्योग, इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग, जैववैद्यकशास्त्र आणि इतर क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो.

वेल्डिंग पूलच्या निर्मितीच्या पद्धतीनुसार, लेझर वेल्डिंगमध्ये दोन मूलभूत वेल्डिंग पद्धती आहेत: उष्णता वहन वेल्डिंग आणि खोल प्रवेश (लहान छिद्र) वेल्डिंग. उष्णता वहन वेल्डिंगमध्ये निर्माण होणारी उष्णता उष्णता हस्तांतरणाद्वारे वर्कपीसमध्ये पसरते, ज्यामुळे वेल्डचा पृष्ठभाग वितळतो आणि मूलतः बाष्पीभवन होत नाही. ही पद्धत अनेकदा कमी वेगाच्या पातळ-भिंतींच्या घटकांच्या वेल्डिंगमध्ये वापरली जाते. खोल फ्यूजन वेल्डिंगमध्ये पदार्थाचे बाष्पीभवन होते आणि मोठ्या प्रमाणात प्लाझ्मा तयार होतो. जास्त उष्णतेमुळे, वितळलेल्या पूलच्या पुढच्या टोकाला छिद्रे तयार होतात. खोल प्रवेश वेल्डिंगद्वारे वर्कपीस पूर्णपणे वेल्ड करता येतो, यासाठी लागणारी ऊर्जा जास्त असते आणि वेल्डिंगचा वेग जास्त असतो. ही लेझर वेल्डिंगची सर्वात जास्त वापरली जाणारी पद्धत आहे.

लेझर वेल्डिंगच्या गुणवत्तेवर परिणाम करणारे अनेक प्रक्रिया मापदंड आहेत, जसे की पॉवर डेन्सिटी, लेझर पल्स वेव्हफॉर्म, डिफोकस, वेल्डिंगचा वेग आणि सहाय्यक ब्लोइंग गॅस.

१. लेझर पॉवर डेन्सिटी (शक्ती घनता) लेझर प्रक्रियेमध्ये पॉवर डेन्सिटी हा सर्वात महत्त्वाच्या पॅरामीटर्सपैकी एक आहे. उच्च पॉवर डेन्सिटीमुळे, पृष्ठभागाचा थर एका मायक्रोसेकंदाच्या वेळेत उत्कलन बिंदूपर्यंत गरम होऊ शकतो, ज्यामुळे मोठ्या प्रमाणात बाष्पीभवन होते. त्यामुळे, पंचिंग, कटिंग आणि एनग्रेव्हिंग यांसारख्या मटेरियल रिमूव्हल प्रक्रियेसाठी उच्च पॉवर डेन्सिटी खूप फायदेशीर ठरते. कमी पॉवर डेन्सिटीमध्ये, पृष्ठभागाचे तापमान उत्कलन बिंदूपर्यंत पोहोचायला काही मिलिसेकंद लागतात आणि पृष्ठभागाच्या थराचे बाष्पीभवन होण्यापूर्वीच, खालचा थर वितळण बिंदूपर्यंत पोहोचतो, ज्यामुळे चांगले फ्यूजन वेल्डिंग होणे सोपे होते. म्हणूनच, हीट कंडक्शन लेझर वेल्डिंगमध्ये, पॉवर डेन्सिटीची श्रेणी १०४-१०६ वॅट/सेमी² असते.

२. लेझर पल्स वेव्हफॉर्म

लेझर पल्स वेव्हफॉर्म हा केवळ पदार्थाचे निष्कासन आणि पदार्थाचे वितळणे यांमधील फरक ओळखण्यासाठीच नव्हे, तर प्रक्रिया उपकरणांचे आकारमान आणि खर्च निश्चित करण्यासाठीही एक महत्त्वाचा मापदंड आहे. जेव्हा उच्च तीव्रतेचा लेझर किरण पदार्थाच्या पृष्ठभागावर टाकला जातो, तेव्हा पदार्थाच्या पृष्ठभागावरून ६० ते ९०% लेझर ऊर्जेचे परावर्तन होऊन ऊर्जा वाया जाते. विशेषतः सोने, चांदी, तांबे, ॲल्युमिनियम, टायटॅनियम आणि इतर पदार्थांमध्ये तीव्र परावर्तन आणि जलद उष्णता हस्तांतरण होते. लेझर पल्स सिग्नल दरम्यान धातूची परावर्तकता वेळेनुसार बदलते. जेव्हा पदार्थाच्या पृष्ठभागाचे तापमान वितळणबिंदूपर्यंत वाढते, तेव्हा परावर्तकता वेगाने कमी होते आणि जेव्हा पृष्ठभाग वितळलेल्या अवस्थेत असतो, तेव्हा परावर्तन एका विशिष्ट मूल्यावर स्थिर होते.

३. पल्स विड्थ (Pulse width) पल्स्ड लेझर वेल्डिंगमध्ये पल्स विड्थ हा एक महत्त्वाचा पॅरामीटर आहे. पल्स विड्थ ही वेल्डिंगच्या प्रवेशाची खोली (depth of penetration) आणि उष्णतेने प्रभावित क्षेत्र (heat affected zone) यांवरून ठरवली जाते. पल्स विड्थ जितकी जास्त असते, तितके उष्णतेने प्रभावित क्षेत्र मोठे होते आणि प्रवेशाची खोली पल्स विड्थच्या १/२ पटीने वाढते. तथापि, पल्स विड्थ वाढवल्याने पीक पॉवर (peak power) कमी होते, त्यामुळे पल्स विड्थ वाढवण्याचा वापर सामान्यतः उष्णता वहन वेल्डिंगसाठी (heat conduction welding) केला जातो, ज्यामुळे वेल्डचा आकार रुंद आणि उथळ होतो. हे विशेषतः पातळ आणि जाड प्लेट्सच्या लॅप वेल्डिंगसाठी (lap welding) योग्य आहे. तथापि, कमी पीक पॉवरमुळे अतिरिक्त उष्णता निर्माण होते आणि प्रत्येक मटेरियलसाठी एक इष्टतम पल्स विड्थ असते जी वेल्डिंगचा प्रवेश जास्तीत जास्त करते.

४, डिफोकस लेझर वेल्डिंगमध्ये सामान्यतः विशिष्ट प्रमाणात डिफोकसची आवश्यकता असते, कारण स्पॉटच्या मध्यभागी लेझर फोकसमुळे पॉवर डेन्सिटी खूप जास्त असते, ज्यामुळे ती सहजपणे छिद्रांमध्ये रूपांतरित होते. लेझर फोकसपासून दूर प्रत्येक प्रतलावर पॉवर डेन्सिटीचे वितरण तुलनेने एकसमान असते. डिफोकसिंगच्या दोन पद्धती आहेत: पॉझिटिव्ह डिफोकसिंग आणि निगेटिव्ह डिफोकसिंग. जर फोकल प्लेन वर्कपीसच्या वर स्थित असेल, तर ते पॉझिटिव्ह डिफोकसिंग असते; अन्यथा, ते निगेटिव्ह डिफोकसिंग असते. भौमितिक प्रकाशिकी सिद्धांतानुसार, जेव्हा पॉझिटिव्ह आणि निगेटिव्ह डिफोकसिंग प्लेन आणि वेल्डिंग प्लेन यांच्यातील अंतर समान असते, तेव्हा संबंधित प्रतलावरील पॉवर डेन्सिटी अंदाजे समान असते, परंतु प्रत्यक्षात मिळणाऱ्या वेल्ड पूलचा आकार वेगळा असतो. निगेटिव्ह डिफोकसिंगच्या बाबतीत, जास्त पेनिट्रेशन मिळू शकते, जे वितळलेल्या पूलच्या निर्मिती प्रक्रियेशी संबंधित आहे.

५, वेल्डिंगचा वेग: वेल्डिंगचा वेग वेल्डिंगच्या पृष्ठभागाची गुणवत्ता, वेधनक्षमता, उष्णतेने प्रभावित क्षेत्र इत्यादी ठरवतो. वेल्डिंगच्या वेगाचा परिणाम प्रति युनिट वेळेत मिळणाऱ्या उष्णतेवर होतो. जर वेल्डिंगचा वेग खूप कमी असेल, तर उष्णता जास्त प्रमाणात पुरवली जाते, ज्यामुळे वर्कपीस पूर्णपणे जळून जातो. जर वेल्डिंगचा वेग खूप जास्त असेल, तर उष्णता कमी प्रमाणात पुरवली जाते, ज्यामुळे वर्कपीस अपारदर्शक वेल्ड होतो. वेधनक्षमता सुधारण्यासाठी सामान्यतः वेल्डिंगचा वेग कमी केला जातो.

६, सहाय्यक संरक्षक वायूचा मारा (ऑक्झिलिअर ब्लोइंग) हा उच्च शक्तीच्या लेझर वेल्डिंगमधील एक अत्यावश्यक प्रक्रिया आहे. एकीकडे, धातूचे कण उडाल्याने (स्पटरिंग) फोकसिंग मिरर खराब होऊ नये, यासाठी याचा उपयोग होतो; तर दुसरीकडे, वेल्डिंग प्रक्रियेत निर्माण होणारा प्लाझ्मा जास्त प्रमाणात केंद्रित होऊ नये आणि लेझरला पदार्थाच्या पृष्ठभागापर्यंत पोहोचण्यापासून रोखण्यासाठी याचा वापर होतो. लेझर वेल्डिंगच्या प्रक्रियेत, वितळलेल्या धातूच्या भागाचे (मोल्टन पूल) संरक्षण करण्यासाठी अनेकदा हेलियम, आर्गॉन, नायट्रोजन आणि इतर वायू वापरले जातात, जेणेकरून वेल्डिंग अभियांत्रिकीमध्ये वर्कपीसचे ऑक्सिडेशनपासून संरक्षण होते. संरक्षक वायूचा प्रकार, हवेच्या प्रवाहाचे प्रमाण आणि फुंकण्याचा कोन (ब्लोइंग अँगल) यांसारख्या घटकांचा वेल्डिंगच्या परिणामावर मोठा प्रभाव पडतो. फुंकण्याच्या वेगवेगळ्या पद्धतींचा देखील वेल्डिंगच्या गुणवत्तेवर निश्चित प्रभाव पडतो.

हेलियम सहजपणे आयनीकृत होत नाही (त्याची आयनीकरण ऊर्जा जास्त असते), ज्यामुळे लेझर सहजपणे जातो आणि बीमची ऊर्जा कोणत्याही अडथळ्याशिवाय वर्कपीसच्या पृष्ठभागापर्यंत पोहोचते. लेझर वेल्डिंगमध्ये वापरला जाणारा हा सर्वात प्रभावी संरक्षक वायू आहे, परंतु त्याची किंमत तुलनेने जास्त आहे. आर्गॉन स्वस्त आणि अधिक घन असल्यामुळे, तो अधिक चांगले संरक्षण देतो. तथापि, उच्च तापमानाच्या मेटल प्लाझ्मामुळे तो सहजपणे आयनीकृत होतो, त्यामुळे बीमचा काही भाग वर्कपीसपासून अडवला जातो, वेल्डिंगची प्रभावी लेझर शक्ती कमी होते, तसेच वेल्डिंगचा वेग आणि वेधनक्षमतेलाही हानी पोहोचते. आर्गॉनने संरक्षित केलेले वेल्डचे पृष्ठभाग हेलियमने संरक्षित केलेल्या पृष्ठभागांपेक्षा अधिक गुळगुळीत असतात. नायट्रोजन हा संरक्षक वायू म्हणून सर्वात स्वस्त आहे, परंतु तो काही प्रकारच्या स्टेनलेस स्टील वेल्डिंगसाठी योग्य नाही, मुख्यत्वे शोषणासारख्या धातुशास्त्रीय समस्यांमुळे, ज्यामुळे कधीकधी लॅप झोनमध्ये छिद्रे निर्माण होतात.

एक नवीन वेल्डिंग तंत्रज्ञान म्हणून, लेझर वेल्डिंगमध्ये उच्च ऊर्जा घनता, उच्च वेग, उच्च अचूकता, खोल प्रवेश आणि मजबूत अनुकूलनक्षमता ही वैशिष्ट्ये आहेत. त्याचा वापर अधिकाधिक व्यापक होत आहे, ज्यामुळे केवळ उत्पादन कार्यक्षमताच सुधारत नाही, तर वेल्डिंगची गुणवत्ताही सुधारते. लेझर वेल्डिंग तंत्रज्ञान निश्चितपणे सामग्री प्रक्रियेच्या क्षेत्रात अधिक महत्त्वाची भूमिका बजावेल.