लेजर वेल्डिंग मुख्य प्रक्रिया पैरामीटर

1)लेजर शक्ति. लेज़र वेल्डिंग में एक लेज़र ऊर्जा घनत्व सीमा होती है, जिसके नीचे पिघलने की गहराई उथली होती है, और एक बार जब यह मान पहुँच जाता है या इससे अधिक हो जाता है, तो पिघलने की गहराई काफी बढ़ जाती है। केवल जब वर्कपीस पर लेजर पावर घनत्व थ्रेशोल्ड (सामग्री पर निर्भर) से अधिक हो जाता है, तो प्लाज्मा उत्पन्न होता है, जो गहरे संलयन वेल्डिंग के स्थिरीकरण को चिह्नित करता है। यदि लेजर शक्ति इस सीमा से नीचे है, तो वर्कपीस केवल सतह के पिघलने से गुजरता है, यानी वेल्डिंग एक स्थिर गर्मी हस्तांतरण प्रकार में आगे बढ़ती है। जब लेजर पावर घनत्व छोटे छेद के गठन की महत्वपूर्ण स्थिति के करीब होता है, तो गहरी संलयन वेल्डिंग और चालन वेल्डिंग वैकल्पिक हो जाती है और अस्थिर वेल्डिंग प्रक्रियाएं बन जाती हैं, जिसके परिणामस्वरूप पिघल की गहराई में बड़े उतार-चढ़ाव होते हैं। लेजर डीप फ्यूजन वेल्डिंग में, लेजर पावर प्रवेश की गहराई और वेल्डिंग गति दोनों को नियंत्रित करती है, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। पिघल की वेल्डिंग गहराई सीधे बीम पावर घनत्व से संबंधित है और घटना बीम पावर और बीम फोकल स्पॉट का एक कार्य है। सामान्य तौर पर, लेजर बीम के एक निश्चित व्यास के लिए, बीम की शक्ति बढ़ने पर पिघलने की गहराई बढ़ जाती है।

2) बीम फोकल स्पॉट. लेजर वेल्डिंग में बीम स्पॉट का आकार सबसे महत्वपूर्ण चर में से एक है, क्योंकि यह शक्ति घनत्व निर्धारित करता है। हालाँकि, इसका मापन उच्च शक्ति लेज़रों के लिए एक चुनौती है, हालाँकि कई अप्रत्यक्ष माप तकनीकें पहले से ही उपलब्ध हैं।

बीम फोकल विवर्तन सीमा स्पॉट आकार की गणना प्रकाश विवर्तन सिद्धांत से की जा सकती है, लेकिन फोकसिंग लेंस विपथन की उपस्थिति के कारण वास्तविक स्पॉट गणना मूल्य से बड़ा है। सबसे सरल वास्तविक माप विधि इज़ोटेर्मल प्रोफ़ाइल विधि है, जिसमें मोटे कागज के साथ पॉलीप्रोपाइलीन प्लेट को जलाने और उसमें प्रवेश करने के बाद फोकल स्पॉट और वेध व्यास को मापना है। इस विधि को अभ्यास द्वारा मापा जाना चाहिए, लेजर शक्ति के आकार और बीम कार्रवाई के समय में महारत हासिल करनी चाहिए।

3) सामग्री अवशोषण मूल्य। सामग्री द्वारा लेजर का अवशोषण सामग्री के कुछ महत्वपूर्ण गुणों पर निर्भर करता है, जैसे अवशोषण दर, परावर्तनशीलता, तापीय चालकता, पिघलने का तापमान, वाष्पीकरण तापमान, आदि। सबसे महत्वपूर्ण अवशोषण दर है।

लेज़र बीम में सामग्री की अवशोषण दर को प्रभावित करने वाले कारकों में दो पहलू शामिल हैं: सबसे पहले, सामग्री की प्रतिरोधकता। सामग्री की पॉलिश सतह की अवशोषण दर को मापने के बाद, यह पाया गया कि सामग्री अवशोषण दर प्रतिरोधकता गुणांक के वर्गमूल के समानुपाती होती है, जो बदले में तापमान के साथ बदलती रहती है; दूसरे, सामग्री की सतह की स्थिति (या फिनिश) का बीम की अवशोषण दर पर अधिक महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है, इस प्रकार वेल्डिंग प्रभाव पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

CO2 लेजर आउटपुट तरंग दैर्ध्य आमतौर पर 10.6μm है, चीनी मिट्टी की चीज़ें, कांच, रबर, प्लास्टिक और अन्य गैर-धातुओं में कमरे के तापमान पर इसकी अवशोषण दर बहुत अधिक होती है, जबकि कमरे के तापमान पर धातु सामग्री में इसकी अवशोषण दर बहुत खराब होती है, जब तक कि सामग्री एक बार पिघल नहीं जाती या वाष्पीकृत नहीं हो जाती, तब तक इसका अवशोषण तेजी से बढ़ जाता है। बीम में सामग्री के अवशोषण को बेहतर बनाने के लिए सतह कोटिंग या ऑक्साइड फिल्म विधि की सतह निर्माण का उपयोग बहुत प्रभावी है।

4) वेल्डिंग गति. वेल्डिंग की गति का पिघलने की गहराई पर बड़ा प्रभाव पड़ता है, गति बढ़ाने से पिघलने की गहराई उथली हो जाएगी, लेकिन गति बहुत कम है और सामग्री के अत्यधिक पिघलने से वर्कपीस वेल्ड हो जाएगा। इसलिए, एक निश्चित लेजर शक्ति और एक विशेष सामग्री की एक निश्चित मोटाई में वेल्डिंग गति की एक उपयुक्त सीमा होती है, और जिसमें पिघल की अधिकतम गहराई होने पर संबंधित गति मान प्राप्त किया जा सकता है। चित्र 2 1018 स्टील की वेल्डिंग गति और पिघलने की गहराई के बीच संबंध दिखाता है।

5) सुरक्षात्मक गैस। लेजर वेल्डिंग प्रक्रिया में अक्सर पिघले हुए पूल की रक्षा के लिए अक्रिय गैस का उपयोग किया जाता है, जब कुछ सामग्रियों को सतह के ऑक्सीकरण की परवाह किए बिना वेल्ड किया जाता है, तो सुरक्षा पर भी विचार नहीं किया जाता है, लेकिन अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए सुरक्षा के लिए अक्सर हीलियम, आर्गन, नाइट्रोजन और अन्य गैसों का उपयोग किया जाता है, ताकि वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान वर्कपीस को ऑक्सीकरण से बचाया जा सके।

हीलियम आसानी से आयनित नहीं होता है (आयनीकरण ऊर्जा अधिक होती है), जिससे लेजर को गुजरने की अनुमति मिलती है और बीम ऊर्जा बिना किसी बाधा के वर्कपीस की सतह तक पहुंचती है। यह लेजर वेल्डिंग में उपयोग की जाने वाली सबसे प्रभावी परिरक्षण गैस है, लेकिन अधिक महंगी है।

आर्गन सस्ता और अधिक घना है, इसलिए यह बेहतर सुरक्षा करता है। हालांकि, यह उच्च तापमान वाले धातु प्लाज्मा आयनीकरण के प्रति संवेदनशील है, जिसके परिणामस्वरूप बीम का हिस्सा वर्कपीस में ढाल जाता है, जिससे वेल्डिंग के लिए प्रभावी लेजर शक्ति कम हो जाती है और वेल्डिंग की गति और पिघलने की गहराई भी कम हो जाती है। वेल्डेड भाग की सतह हीलियम सुरक्षा की तुलना में आर्गन सुरक्षा के साथ अधिक चिकनी होती है।

नाइट्रोजन सबसे सस्ती परिरक्षण गैस है, लेकिन यह कुछ प्रकार के स्टेनलेस स्टील वेल्डिंग के लिए उपयुक्त नहीं है, मुख्य रूप से अवशोषण जैसी धातु संबंधी समस्याओं के कारण, जो कभी-कभी लैप क्षेत्र में सरंध्रता पैदा करती है।

परिरक्षण गैस का उपयोग करने की दूसरी भूमिका फ़ोकसिंग लेंस को धातु वाष्प संदूषण और तरल पिघली हुई बूंदों के छींटे से बचाना है। यह उच्च शक्ति लेजर वेल्डिंग में विशेष रूप से आवश्यक है, जहां इजेक्टा बहुत शक्तिशाली हो जाता है।

परिरक्षण गैस का तीसरा कार्य यह है कि यह उच्च-शक्ति लेजर वेल्डिंग द्वारा उत्पादित प्लाज्मा परिरक्षण को फैलाने में प्रभावी है। धातु वाष्प लेजर बीम को अवशोषित करता है और प्लाज्मा बादल में आयनित हो जाता है, और धातु वाष्प के चारों ओर परिरक्षण गैस भी गर्मी से आयनित हो जाती है। यदि बहुत अधिक प्लाज्मा मौजूद है, तो लेजर बीम कुछ हद तक प्लाज्मा द्वारा उपभोग कर लिया जाता है। कार्यशील सतह पर दूसरी ऊर्जा के रूप में प्लाज्मा की उपस्थिति पिघलने की गहराई को कम और वेल्ड पूल की सतह को व्यापक बनाती है। प्लाज्मा में इलेक्ट्रॉन घनत्व को कम करने के लिए इलेक्ट्रॉन-आयन और तटस्थ-परमाणु तीन-शरीर टकराव की संख्या में वृद्धि करके इलेक्ट्रॉन जटिलता की दर को बढ़ाया जाता है। तटस्थ परमाणु जितना हल्का होगा, टकराव की आवृत्ति उतनी ही अधिक होगी, यौगिक दर उतनी ही अधिक होगी; दूसरी ओर, परिरक्षण गैस की केवल उच्च आयनीकरण ऊर्जा, ताकि गैस के आयनीकरण के कारण इलेक्ट्रॉन घनत्व में वृद्धि न हो।

जैसा कि तालिका से देखा जा सकता है, प्लाज्मा क्लाउड का आकार उपयोग की जाने वाली सुरक्षात्मक गैस के साथ भिन्न होता है, जिसमें हीलियम सबसे छोटा होता है, उसके बाद नाइट्रोजन होता है, और जब आर्गन का उपयोग किया जाता है तो सबसे बड़ा होता है। प्लाज़्मा का आकार जितना बड़ा होगा, पिघलने की गहराई उतनी ही कम होगी। इस अंतर का कारण सबसे पहले गैस अणुओं के आयनीकरण की अलग-अलग डिग्री और सुरक्षात्मक गैसों के विभिन्न घनत्वों के कारण धातु वाष्प के प्रसार में अंतर के कारण होता है।

हीलियम सबसे कम आयनीकृत और सबसे कम सघन है, और यह पिघले हुए धातु पूल से बढ़ते धातु वाष्प को जल्दी से दूर कर देता है। इसलिए, परिरक्षण गैस के रूप में हीलियम का उपयोग प्लाज्मा के दमन को अधिकतम कर सकता है, जिससे पिघलने की गहराई बढ़ जाती है और वेल्डिंग की गति में सुधार होता है; इसके हल्के वजन और भागने की क्षमता के कारण सरंध्रता पैदा करना आसान नहीं है। बेशक, हमारे वास्तविक वेल्डिंग परिणामों से, आर्गन गैस से सुरक्षा का प्रभाव बुरा नहीं है।

कम वेल्डिंग गति क्षेत्र में पिघल की गहराई पर प्लाज्मा बादल सबसे स्पष्ट है। जब वेल्डिंग की गति बढ़ेगी तो इसका प्रभाव कमजोर हो जाएगा।

परिरक्षण गैस को वर्कपीस की सतह तक पहुंचने के लिए एक निश्चित दबाव पर नोजल खोलने के माध्यम से बाहर निकाला जाता है। नोजल का हाइड्रोडायनामिक आकार और आउटलेट के व्यास का आकार बहुत महत्वपूर्ण है। वेल्डिंग सतह को कवर करने के लिए स्प्रे की गई परिरक्षण गैस को चलाने के लिए यह काफी बड़ा होना चाहिए, लेकिन लेंस की प्रभावी ढंग से सुरक्षा करने और धातु वाष्प संदूषण या लेंस को धातु के छींटे से होने वाली क्षति को रोकने के लिए, नोजल का आकार भी सीमित होना चाहिए। प्रवाह दर को भी नियंत्रित किया जाना चाहिए, अन्यथा परिरक्षण गैस का लामिना प्रवाह अशांत हो जाता है और वातावरण पिघले हुए पूल में शामिल हो जाता है, अंततः छिद्र बनता है।

सुरक्षा प्रभाव को बेहतर बनाने के लिए, अतिरिक्त पार्श्व उड़ाने का तरीका भी उपलब्ध है, अर्थात, एक छोटे व्यास नोजल के माध्यम से सुरक्षात्मक गैस को एक निश्चित कोण पर सीधे गहरे पिघले हुए वेल्ड छेद में डाला जाएगा। परिरक्षण गैस न केवल वर्कपीस की सतह पर प्लाज्मा बादल को दबाती है, बल्कि छेद में प्लाज्मा और छोटे छेद के गठन पर भी प्रभाव डालती है, जिससे संलयन की गहराई बढ़ जाती है और वांछनीय से अधिक गहरा और व्यापक वेल्ड सीम प्राप्त होता है। हालाँकि, इस विधि के लिए गैस प्रवाह के आकार और दिशा के सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है, अन्यथा अशांति पैदा करना और पिघले पूल को नुकसान पहुंचाना आसान होता है, जिसके परिणामस्वरूप वेल्डिंग प्रक्रिया को स्थिर करना मुश्किल होता है।

6) लेंस की फोकल लंबाई. वेल्डिंग का उपयोग आमतौर पर लेजर अभिसरण के तरीके पर ध्यान केंद्रित करने के लिए किया जाता है, लेंस की सामान्य पसंद 63 ~ 254 मिमी (2.5 '~ 10') फोकल लंबाई होती है। फोकस्ड स्पॉट का आकार फोकल लंबाई के समानुपाती होता है, फोकल लंबाई जितनी कम होगी, स्पॉट उतना ही छोटा होगा। लेकिन फोकल लंबाई भी फोकल गहराई को प्रभावित करती है, यानी, फोकल गहराई फोकल लंबाई के साथ-साथ बढ़ती है, इसलिए छोटी फोकल लंबाई पावर घनत्व में सुधार कर सकती है, लेकिन छोटी फोकल गहराई के कारण, लेंस और वर्कपीस के बीच की दूरी सटीक रूप से बनाए रखी जानी चाहिए, और पिघलने की गहराई बड़ी नहीं है। वेल्डिंग प्रक्रिया और लेजर मोड के दौरान उत्पन्न स्पैटर के प्रभाव के कारण, वास्तविक वेल्डिंग फोकस की सबसे छोटी गहराई से अधिक फोकल लंबाई 126 मिमी (5') का उपयोग करती है। जब सीम बड़ा होता है या स्पॉट आकार को बढ़ाकर वेल्ड सीम को बढ़ाने की आवश्यकता होती है, तो 254 मिमी (10') की फोकल लंबाई वाले लेंस का चयन किया जा सकता है, जिस स्थिति में एक गहरे पिघल छोटे छेद प्रभाव को प्राप्त करने के लिए एक उच्च लेजर आउटपुट पावर (पावर घनत्व) की आवश्यकता होती है।

जब लेजर शक्ति 2kW से अधिक हो जाती है, विशेष रूप से 10.6μm CO2 लेजर बीम के लिए, ऑप्टिकल सिस्टम बनाने के लिए विशेष ऑप्टिकल सामग्री के उपयोग के कारण, फोकसिंग लेंस को ऑप्टिकल क्षति के जोखिम से बचने के लिए, अक्सर प्रतिबिंब फोकस विधि का चयन करें, आमतौर पर परावर्तक के लिए पॉलिश तांबे दर्पण का उपयोग करें। प्रभावी शीतलन के कारण, इसे अक्सर उच्च शक्ति लेजर बीम फोकसिंग के लिए अनुशंसित किया जाता है।

7) केन्द्र बिंदु स्थिति. वेल्डिंग, पर्याप्त बिजली घनत्व बनाए रखने के लिए, फोकल बिंदु स्थिति महत्वपूर्ण है। वर्कपीस की सतह के सापेक्ष फोकल बिंदु की स्थिति में परिवर्तन सीधे वेल्ड की चौड़ाई और गहराई को प्रभावित करते हैं। चित्र 3 1018 स्टील के पिघलने की गहराई और सीम की चौड़ाई पर फोकल बिंदु स्थिति के प्रभाव को दर्शाता है। अधिकांश लेजर वेल्डिंग अनुप्रयोगों में, फोकल बिंदु आमतौर पर वर्कपीस की सतह के नीचे पिघल की वांछित गहराई का लगभग 1/4 स्थित होता है।

8) लेजर बीम स्थिति। जब लेज़र विभिन्न सामग्रियों को वेल्डिंग करता है, तो लेज़र बीम स्थिति वेल्ड की अंतिम गुणवत्ता को नियंत्रित करती है, विशेष रूप से बट जोड़ों के मामले में जो लैप जोड़ों की तुलना में इसके प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं। उदाहरण के लिए, जब कठोर स्टील गियर को हल्के स्टील ड्रम में वेल्ड किया जाता है, तो लेजर बीम स्थिति का उचित नियंत्रण मुख्य रूप से कम कार्बन घटक के साथ वेल्ड के उत्पादन की सुविधा प्रदान करेगा, जिसमें बेहतर दरार प्रतिरोध होता है। कुछ अनुप्रयोगों में, वेल्ड किए जाने वाले वर्कपीस की ज्यामिति के लिए लेजर बीम को एक कोण द्वारा विक्षेपित करने की आवश्यकता होती है। जब बीम अक्ष और संयुक्त तल के बीच विक्षेपण कोण 100 डिग्री के भीतर होता है, तो वर्कपीस द्वारा लेजर ऊर्जा का अवशोषण प्रभावित नहीं होगा।

9) वेल्डिंग प्रारंभ और अंत बिंदु लेजर शक्ति क्रमिक वृद्धि, क्रमिक गिरावट नियंत्रण। लेजर डीप फ्यूजन वेल्डिंग, वेल्ड की गहराई की परवाह किए बिना, छोटे छेद की घटना हमेशा मौजूद रहती है। जब वेल्डिंग प्रक्रिया समाप्त हो जाती है और बिजली स्विच बंद हो जाता है, तो वेल्ड के अंत में एक गड्ढा दिखाई देगा। इसके अलावा, जब लेजर वेल्डिंग परत मूल वेल्ड को कवर करती है, तो लेजर बीम का अत्यधिक अवशोषण होगा, जिसके परिणामस्वरूप वेल्ड की ओवरहीटिंग या सरंध्रता होगी।

उपरोक्त घटना को रोकने के लिए, पावर स्टार्ट और स्टॉप पॉइंट को प्रोग्राम किया जा सकता है ताकि पावर स्टार्ट और स्टॉप समय समायोज्य हो जाए, यानी शुरुआती पावर को थोड़े समय में इलेक्ट्रॉनिक रूप से शून्य से निर्धारित पावर मान तक बढ़ाया जाता है और वेल्डिंग समय समायोजित किया जाता है, और अंत में वेल्डिंग समाप्त होने पर पावर धीरे-धीरे सेट पावर से शून्य मान तक कम हो जाती है।