लेजर वेल्डिंग: सिद्धांत, लक्षण और सुरक्षा पहलू

इस लेख को पढ़ने के बाद आप इस बारे में जानेंगे: - 1. लेज़र वेल्डिंग का परिचय 2. लेज़र वेल्डिंग का सिद्धांत और क्रियाविधि 3. रूबी लेजर उपकरण और सेटअप 4. ऑपरेशन 5. प्रक्रिया पैरामीटर 6. वेल्ड अभिलक्षण 7. वेल्ड संयुक्त डिज़ाइन 8. अनुप्रयोग 9. वेरिएंट 10. स्वचालन 11. सुरक्षा पहलू।

लेजर वेल्डिंग का परिचय:

लेजर (विकिरण के उत्तेजित उत्सर्जन द्वारा प्रकाश प्रवर्धन) वेल्डिंग संभवतः वेल्डिंग प्रक्रियाओं के बढ़ते परिवार का नवीनतम जोड़ है। लेज़र बीम अत्यधिक दिशात्मक, मजबूत, एक रंग (एक तरंग दैर्ध्य) और सुसंगत है यानी सभी तरंगें चरण में हैं। इस तरह के बीम को बहुत ही उच्च ऊर्जा घनत्व देने वाले बहुत छोटे स्थान पर केंद्रित किया जा सकता है जो 10 ⁹ डब्ल्यू / मिमी ² तक पहुंच सकता है।

इस प्रकार, एक लेजर बीम इलेक्ट्रॉन बीम की तरह किसी भी ज्ञात सामग्री को पिघला या वाष्पित कर सकता है। तीन बुनियादी प्रकार के लेजर हैं। ठोस राज्य लेजर, गैस लेजर और अर्ध-चालक लेजर। लेजर का प्रकार लेज़िंग स्रोत पर निर्भर करता है।

सॉलिड-स्टेट लेज़र क्रिस्टल का उपयोग करते हैं जैसे कि रूबी, नीलम और कुछ कृत्रिम रूप से डोप किए गए क्रिस्टल जैसे कि नियोडिमियम- डोप्ड येट्रियम एल्यूमीनियम गार्नेट (एनडी-वाईएजी) की छड़ें। सॉलिड-स्टेट लेज़र पहला सफल लेज़र था और लेज़िंग के तंत्र को एक ऐसे लेज़र द्वारा समझाना आसान है, उदाहरण के लिए, एक रगड़े हुए लेज़र।

लेजर वेल्डिंग का सिद्धांत और क्रियाविधि:

लेज़र का कार्य प्रकाश को बढ़ाना है। साधारण प्रकाश को लेजर प्रकाश के रूप में उपयोग नहीं किया जा सकता है क्योंकि एक सामान्य प्रकाश स्रोत से उज्ज्वल ऊर्जा एक व्यापक वर्णक्रमीय सीमा पर वितरित और वितरित की जाती है, और मोनोक्रोमैटिक एकल-रंग स्रोत मौजूद नहीं हैं। विभिन्न रंगों के विभिन्न तरंगदैर्ध्य के कारण साधारण प्रकाश का निर्माण होता है, जो तीव्रता का त्याग किए बिना इसे एक तेज फोकस में समेटना संभव नहीं है।

इसके संचालन के लिए, इसलिए, लेजर विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा के अवशोषण या परमाणुओं द्वारा ऊर्जा के कणों, जिसे फोटोन कहा जाता है, के अवशोषण द्वारा प्रेरित विकिरण के उत्सर्जन पर निर्भर करता है। जब यह ऊर्जा अवशोषित होती है, तो परमाणु में इलेक्ट्रॉन अपनी स्पिन को बढ़ाते हैं और अपनी कक्षाओं का विस्तार करते हैं जिससे परमाणु उत्तेजित अवस्था में चले जाते हैं।

यह उत्तेजित अवस्था अल्पकालिक होती है और परमाणु तुरंत एक मध्यवर्ती स्तर या मेटास्टेबल अवस्था में वापस आ जाता है। इस छोड़ने में परमाणु अपनी ऊष्मा ऊर्जा खो देता है लेकिन अपनी फोटॉन ऊर्जा को बनाए रखता है। इसके तुरंत बाद परमाणु अनायास और बेतरतीब ढंग से जमीन की अवस्था में वापस आ जाता है, जो कि प्रकाश के रूप में फोटॉन ऊर्जा, या क्वांटम ऊर्जा को मुक्त करता है, चित्र 14.17 में। ऐसा करने के लिए उत्तेजित किए बिना, मूल ऊर्जा स्तर पर वापस जाने वाले इस स्वचालित को सहज उत्सर्जन के रूप में जाना जाता है।

इसलिए जब तक एक परमाणु एक उत्तेजित अवस्था में रहता है, तब उसे बाहरी फोटॉन की एक घटना तरंग द्वारा एक फोटॉन को उत्सर्जित करने के लिए प्रेरित या उत्तेजित किया जा सकता है, जिसकी ऊर्जा सहज उत्सर्जन के मामले में परमाणु द्वारा मुक्त किए गए फोटॉन के बराबर होती है। यह वह है जिसे विकिरण का प्रेरित या उत्तेजित उत्सर्जन कहा जाता है।

परिणामस्वरूप घटना की लहर उत्तेजित परमाणु द्वारा उत्सर्जित तरंग द्वारा प्रवर्धित होती है। लेज़र बीम के उत्पादन के लिए यह आवश्यक है कि उत्सर्जित तरंग ठीक उसी चरण में हो जिससे लहर उत्पन्न हो। इस तरह से लेजर विद्युत प्रकाश, थर्मल या रासायनिक ऊर्जा को विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के पराबैंगनी, दृश्यमान या इन्फ्रा-रेड क्षेत्रों में सुसंगत विकिरण में परिवर्तित कर सकता है।

औद्योगिक उद्देश्यों के लिए उपयोग किए जाने वाले ठोस-राज्य पराबैंगनीकिरण के बीच अक्सर लेज़िंग सामग्री रूबी होती है। रूबी एल्यूमीनियम ऑक्साइड है जिसमें लगभग 0-05% क्रोमियम परमाणु होते हैं। क्रोमियम परमाणु न केवल लेजर क्रिया के लिए सक्रिय आयन प्रदान करते हैं, बल्कि रूबी को इसकी विशेषता लाल रंग भी देते हैं। हरी रोशनी से उत्तेजित होने पर क्रोमियम आयन लाल प्रकाश का उत्सर्जन करते हैं। लेज़र एक्शन के लिए उत्तेजित उत्सर्जन प्रक्रिया को फोटॉन अवशोषण की विरोधी प्रक्रिया की तुलना में अधिक बार होना चाहिए। क्वांटम सिद्धांत के अनुसार, इन दो प्रक्रियाओं के होने की संभावना बोल्ट्जमैन के अनुपात के अनुसार शामिल ऊर्जा स्तर की सापेक्ष जनसंख्या पर ही निर्भर करती है।

N ₂ / N ₁ = exp E ₁ - E ₂ / kT ……। (14.3)

कहा पे,

एन ₁ = निम्न ऊर्जा स्तर पर परमाणुओं की संख्या E _1:

एन ₂ = उच्च ऊर्जा स्तर पर परमाणुओं की संख्या E _2,

टी = पूर्ण तापमान,

k = बोल्ट्जमैन का स्थिरांक।

लेजर उत्सर्जन तब प्राप्त होता है जब ऊपरी स्तर निचले एक की कीमत पर आबादी होती है। ऐसी स्थिति को जनसंख्या के उलट के रूप में संदर्भित किया जाता है और इसे प्राप्त करने की विधि को पंपिंग कहा जाता है। ठोस राज्य पराबैंगनीकिरणों को एक फ्लैश ट्यूब द्वारा वैकल्पिक रूप से पंप किया जाता है।

सक्रिय माध्यम के अरबों परमाणुओं, अणुओं या आयनों को पंप करते समय ऊर्जा अवशोषित होती है, जिसे वे बहुत कम लेकिन यादृच्छिक जीवन समय के लिए धारण करते हैं, जब उनके जीवन का समय समाप्त हो जाता है तो वे प्रत्येक फोटॉन के रूप में अपनी ऊर्जा छोड़ देते हैं और अपने पूर्व में लौट आते हैं। फिर से पंप तक राज्य। जारी किए गए फोटॉन लेजर के ऑप्टिकल अक्ष के संबंध में सभी दिशाओं में यात्रा करते हैं।

यदि एक फोटॉन दूसरे एनर्जेटिक परमाणु आदि के साथ टकराता है, तो यह समय से पहले फोटॉन को रिलीज करने का कारण बनता है और अगले टकराव तक दोनों फोटॉन चरण में यात्रा करेंगे। लेजर के ऑप्टिकल अक्ष के समानांतर यात्रा नहीं करने वाले फोटोज सिस्टम से जल्दी खो जाते हैं।

धुरी के समानांतर यात्रा करने वालों को आंशिक रूप से संचारण दर्पण के माध्यम से लेजर गुहा छोड़ने से पहले दर्पण द्वारा प्रदान की गई ऑप्टिकल प्रतिक्रिया द्वारा उनकी पथ की लंबाई काफी बढ़ जाती है। इस क्रिया से आवश्यक शक्ति स्तर के अत्यधिक समतल प्रकाश पुंज प्राप्त करने में मदद मिलती है।

बीम पावर और मोड:

एक लेजर आउटपुट बीम के व्यास में शक्ति घनत्व एक समान नहीं है और यह लेजर सक्रिय माध्यम, इसके आंतरिक आयाम, ऑप्टिकल प्रतिक्रिया डिजाइन और नियोजित उत्तेजना प्रणाली पर निर्भर है। लेजर बीम का अनुप्रस्थ पार अनुभागीय प्रोफ़ाइल, जो इसकी विद्युत वितरण को दर्शाता है, अनुप्रस्थ विद्युत चुम्बकीय मोड (TEM) कहलाता है। कई अलग-अलग टीईएम के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है और प्रत्येक प्रकार को एक नंबर द्वारा रेट किया गया है।

सामान्य तौर पर, उच्च शक्ति घनत्व प्राप्त करने के लिए लेजर बीम को एक ठीक स्थान पर केंद्रित करने के लिए संख्या जितनी अधिक कठिन होती है, उतनी ही महत्वपूर्ण होती है, जो कि लेजर वेल्डिंग करते समय बहुत महत्वपूर्ण होती है। टीईएम ₀₀, टीईएम ₁₀, टीईएम ₁₁, टीईएम ₁₁ और टीईएम ₂₀ और इन मोड के संयोजन के साथ लेजर अक्सर उपयोग किए जाते हैं। अंजीर। 14.17 (ए) इन मोड्स के बीम पावर प्रोफाइल की मूल आकृतियों को दर्शाता है। कुछ लेजर कई अलग-अलग मोड का उत्पादन करते हैं और इन्हें आमतौर पर मल्टी-मोड ऑपरेशन के रूप में संदर्भित किया जाता है।

रूबी लेजर उपकरण और लेजर वेल्डिंग का सेटअप:

रूबी-लेजर उपकरण में मूल रूप से एक लेजर सिर और एक बिजली की आपूर्ति होती है। अंजीर। 14.18 इस तरह के एक लेजर का एक योजनाबद्ध दिखाता है। इसमें लगभग 5-15 मिमी व्यास और लगभग 100 से 200 मिमी की लंबाई का एक रूबी रॉड होता है। माणिक रॉड की व्यास और लंबाई लेजर उत्सर्जन की शक्ति निर्धारित करती है।

इसके सिरों को ऑप्टिकल फ्लैट्स पर पॉलिश किया जाता है और फिर एक सिरे पर 100% परावर्तक सतह प्राप्त करने के लिए सिल्वर किया जाता है और दूसरे सिरे पर 90-98% परावर्तित किया जाता है जो लेजर बीम आउटपुट प्रदान करता है। दो परावर्तक सिरों के बीच की दूरी आवृत्तियों पर गुंजयमान गुहा प्रदान करती है जिसके लिए रिक्ति आधा तरंग दैर्ध्य की एक अभिन्न संख्या है।

परावर्तक सतह दो प्रकार के कोटिंग्स द्वारा निर्मित होती है। एक प्रकार की कोटिंग धातु की एक पतली परत जैसे एल्यूमीनियम, चांदी या सोने को जमा करके बनाई जाती है। हालांकि, इस तरह की धातु की कोटिंग उपयोग के साथ जल सकती है और इस तरह इसकी चिंतनशील गुणवत्ता खो सकती है।

एक उच्च प्रदर्शन परावर्तक कोटिंग कई गैर-आचरण वाली फिल्मों के साथ लेसिंग सामग्री के सिरों को कोटिंग करके ढांकता हुआ दर्पण का उत्पादन किया जा सकता है। ढांकता हुआ दर्पण प्रकाश तरंगों के बीच हस्तक्षेप पर निर्भर करता है जो बहु-स्तरित फिल्मों द्वारा परिलक्षित होते हैं, जो ज्यादातर सल्फाइड और फ्लुइड्स से बना होता है।

पॉलिश माणिक रॉड को लेजर सिर के केंद्र में रखा गया है और इसे पारदर्शी कांच की ट्यूब में संलग्न किया गया है। शीत नाइट्रोजन गैस रूबी रॉड की सतह पर परिचालित होती है और कांच ट्यूब के बाहर एक वापसी पथ द्वारा बहती है। ग्लास ट्यूब और फ्लैश ट्यूब के बीच एक वैक्यूम शील्ड प्रदान करने के लिए खाली दीवार वाली ग्लास ट्यूब है।

डबल-दीवार वाले वैक्यूम ट्यूब में तरल नाइट्रोजन होता है जो ठंडी गैस की आपूर्ति प्रदान करता है जो कि लेजर हेड को एक इंसुलेटेड नली द्वारा अर्जित किया जाता है। वैक्यूम ट्यूब फ्लैश ट्यूब से रूबी रॉड तक गर्मी के प्रवाह को रोकता है लेकिन प्रकाश का संचरण ज्यादा प्रभावित नहीं होता है।

एक डबल अण्डाकार प्रतिबिंबित बेलनाकार बाड़े के भीतर एक बाहरी शेल पूरी विधानसभा को घेरने के लिए प्रदान किया जाता है ताकि माणिक रॉड को अधिकतम प्रकाश प्रदान किया जा सके जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 14.19। क्सीनन फ्लैश लैंप और बाहरी शेल के बीच arcing को रोकने के लिए एक दबानेवाला यंत्र प्रदान किया जाता है। गर्म होने पर फ्लैश लैंप सबसे कुशल होता है। इसलिए, इसे गर्म रखने के लिए और एक ही समय में आर्द्रता के कारण उत्पन्न होने से रोकने के लिए, फ्लैश लैंप पर लगातार गर्म हवा प्रसारित की जाती है।

लेजर वेल्डिंग यूनिट की बिजली आपूर्ति प्रणाली में फ्लैश ट्यूब, सोलनॉइड-संचालित शटर और एक बेंच पर एक प्रकाश ट्रांसफार्मर, और लेजर सिर के लिए बिजली इकाई शामिल है। फ्लैश ट्यूब 18 केवी आपूर्ति के साथ सक्रिय है। फ्लैश ट्यूब सर्किट में डिस्चार्ज के समय के लिए समायोज्य कॉइल होते हैं जो बदले में फ्लैश ट्यूब द्वारा निकाल दी गई प्रकाश पल्स की अवधि को बदलता है।

एक रूबी लेजर को पंप करने के लिए आमतौर पर क्सीनन फ्लैश ट्यूब का उपयोग किया जाता है जिसमें वैकल्पिक रूप से पारदर्शी क्वार्ट्ज से निर्मित एक बल्ब होता है जो दो टंगस्टन इलेक्ट्रोड को घेरता है। जब दीपक बंद होता है, तो बल्ब के अंदर दबाव 10 वातावरण होता है। ज़ेनॉन लैंप के लिए पावर डीसी स्रोत द्वारा कम से कम 70 वोल्ट के लोड लोड वोल्टेज और एक ड्रोपिंग वोल्ट-एम्पीयर विशेषता के साथ आपूर्ति की जाती है।

क्सीनन फ्लैश लैंप को प्रति सेकंड हजारों फ्लैश की दर से सैकड़ों घंटों तक लगातार संचालित किया जा सकता है। एक तीव्र एकल फ्लैश स्रोत में लाखों पीक कैंडल-पावर तक का आउटपुट हो सकता है, और एक शॉर्ट आर्क लाइट सोर्स की फ्लैश अवधि 1µ.sec (एक माइक्रोसेकंड) जितनी कम हो सकती है। इस तरीके से संचालित होने से दीपक विद्युत ऊर्जा को प्रकाश ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए एक कुशल उपकरण बन जाता है जो लेजर को पंप करने की प्रक्रिया है।

चूँकि लेज़र लाइट वस्तुतः एक रंग की होती है, अनिवार्य रूप से सम्‍मिलित और सुसंगत, यह आमतौर पर प्रिज्म और लेंस जैसे नियोजित ऑप्टिकल उपकरणों का उपयोग करके इसे फोकस करना आसान होता है। हालाँकि, बीम को हैलिड लेंस और मिरर सिस्टम द्वारा भी फोकस किया जाता है।

लेजर को निम्न शक्ति (10 किलोवाट) लेजर के रूप में वर्गीकृत किया गया है।

लेजर वेल्डिंग का संचालन:

माणिक लेजर को एक्सॉन या क्रिप्टन फ्लैश ट्यूब द्वारा पंप किया जाता है। जब फ्लैश ट्यूब रॉड को रोशन करता है, तो अधिकांश क्रोमियम परमाणु एक उत्तेजित अवस्था में चले जाते हैं। रूबी की छड़ में लेजर क्रिया तब होती है जब आधे से अधिक क्रोमियम परमाणुओं को उच्च ऊर्जा स्तर या मेटास्टेबल अवस्था में जनसंख्या के उलट होने के कारण पंप किया जाता है। लेजर एक्शन तब शुरू होता है जब एक उत्साहित परमाणु अनायास रूबी रॉड की धुरी के साथ एक फोटॉन का उत्सर्जन करता है।

यह फोटॉन एक दूसरे (या प्रेरित) फोटॉन का उत्सर्जन करने के लिए एक और उत्साहित परमाणु को उत्तेजित करेगा। यह प्रक्रिया संचयी रूप से जारी रहती है क्योंकि फोटॉन रॉड के छोर से परावर्तित होते हैं और रेज़ोनेंट गुहा को बार-बार लहर-मोर्चे का रूप देते हैं। रूबी रॉड के दोनों सिरों से इन कई प्रतिबिंबों के परिणामस्वरूप बीम शक्ति एक विशाल स्तर तक निर्मित होती है।

यदि फ्लैश ट्यूब से प्रकाश की तीव्रता कुछ महत्वपूर्ण स्तर से अधिक है, तो लेज़िंग कार्रवाई होती है और 6943 ए के तरंग दैर्ध्य के साथ फोटॉनों का एक मजबूत बीम कुछ सेकंड के कुछ हजारवें हिस्से में उत्सर्जित होता है। आउटपुट लेजर बीम अत्यधिक दिशात्मक, मजबूत, अखंड और सुसंगत है।

एक लेंस के स्थान पर एक प्रकाश किरण का ऊर्जा घनत्व समीकरण द्वारा दिया गया है:

ρ = ई / वी ……… .. (144)

कहा पे,

ρ = ऊर्जा घनत्व,

ई = किरण ऊर्जा,

V = फोकस मात्रा।

लेज़र बीम के लिए फ़ोकस वॉल्यूम बहुत कम है। इसलिए, फोकस पर ऐसे बीम की ऊर्जा घनत्व 10 ⁷ डब्ल्यू / सेमी ² तक पहुंचने में बहुत अधिक हो सकती है। एक लेजर पल्स की अवधि कम है, 10 ^-9 सेकंड के क्रम का होना।

लेजर वेल्डिंग में यह महत्वपूर्ण है कि दालों की अधिकतम अवधि और न्यूनतम स्पेसिंग हो, जो कि एक उच्च नाड़ी पुनरावृत्ति आवृत्ति (PRF) है। हालांकि, माणिक लेजर कम दक्षता के होते हैं और पंपिंग ऊर्जा का एक बड़ा हिस्सा गर्मी में परिवर्तित हो जाता है। इससे रूबी रॉड बहुत गर्म हो जाती है और इसलिए उच्च पीआरएफ पर फ्लैश ट्यूब ठीक से काम नहीं कर सकता है।

यह जितना संभव हो उतना ऑप्टिकल पंपिंग द्वारा उत्पन्न गर्मी की निकासी की आवश्यकता है; उदाहरण के लिए, 400W औसत आउटपुट के साथ एक ठोस-राज्य लेजर के लिए, शीतलन प्रणाली को लगभग 15 किलोवाट अपशिष्ट गर्मी को निकालना होगा। इस प्रकार, लेज़रों का पीआरएफ और बिजली उत्पादन उनके शीतलन प्रणालियों द्वारा सीमित है। माणिक लेज़रों की दक्षता बहुत कम है; लगभग 0-1%। इस तथ्य के बावजूद, हालांकि, माणिक लेजर का व्यापक रूप से वेल्डिंग उपकरण के रूप में उपयोग किया जाता है।

मौजूदा वेल्डिंग लेसरों के साथ, पीआरएफ 1 से 100 प्रति मिनट के बीच हो सकता है। एकल लेजर पल्स द्वारा प्रवेश किया गया क्षेत्र मिमी का एक अंश है। यही कारण है कि इस तरह के लेजर का उपयोग केवल स्पॉट कनेक्शन बनाने के लिए अधिक लोकप्रिय है।

उनके कम पीआरएफ और कम बिजली उत्पादन के कारण लेज़र नहीं कर सकते हैं, फिर भी, ईबीडब्ल्यू प्रक्रिया के साथ होड़ करते हैं जो भारी गेज धातुओं में बहुत संकीर्ण और गहरी पैठ वेल्ड बनाने में सक्षम है। इलेक्ट्रॉन बीम वेल्डिंग की तुलना में लेजर बीम वेल्डिंग, अधिक बहुमुखी है, क्योंकि यह हवा में धातुओं को वेल्ड कर सकता है, गैस ढाल में और यहां तक ​​कि वैक्यूम में भी। इसके अलावा, एक लेजर बीम पारदर्शी सामग्री के माध्यम से वेल्ड कर सकता है क्योंकि वे लेजर प्रकाश के पारित होने में बाधा नहीं डालते हैं।

लेज़र से ज़्यादातर रोशनी माणिक की छड़ के किनारों से होकर गुज़रती है और लेज़र बीम का हिस्सा नहीं बनती। परिणामी बेहद कम दक्षता के बावजूद, ये ऊर्जा नुकसान स्वीकार्य हैं क्योंकि लेज़र से प्रकाश का फोकस्ड स्पॉट फ्लैश लैंप से प्रकाश की तुलना में लाखों गुना अधिक तीव्र है जो लेज़िंग क्रिया की शुरुआत करता है, और प्रकाश की तुलना में कई गुना अधिक तीव्र है। सूर्य की सतह के समतुल्य क्षेत्र से उत्सर्जित तरंग दैर्ध्य की।

रूबी रॉड द्वारा उत्सर्जित लेजर प्रकाश को उचित रूप से एक प्रिज्म, एक लेंस और एक सहायक लेंस से मिलकर एक ऑप्टिकल प्रणाली द्वारा काम करने के लिए निर्देशित किया जाता है। बीम में किसी स्थान पर 0-25 से 0-05 मिमी व्यास के फोकस के लिए ऑप्टिकल सिस्टम में कई आवश्यक लेंस शामिल किए जा सकते हैं। फोकस्ड पॉइंट पर ऊर्जा का घनत्व इतना अधिक होता है कि किसी भी ज्ञात सामग्री को ऐसे फोकस्ड लेजर बीम से पिघलाया, वाष्पीकृत या वेल्ड किया जा सकता है।

एक लेज़र बीम आंशिक रूप से परावर्तित या चिकनी धात्विक सतहों द्वारा विक्षेपित होता है जबकि इलेक्ट्रॉन किरण नहीं होती है। जब एक लेज़र बीम का महत्वपूर्ण हिस्सा परिलक्षित होता है तो यह वर्कपीस में ऊर्जा हस्तांतरण को बाधित कर सकता है। हालाँकि, जब एक focussed लेज़र बीम की ऊर्जा घनत्व 10 KW / mm ² से अधिक होती है, तो सतह द्वारा अवशोषित ऊर्जा के अनुपात में एक स्पष्ट परिवर्तन होता है जैसा कि चित्र 14.20 में दिखाया गया है।

एक बार जब यह थ्रेसहोल्ड स्तर पार हो जाता है तो एक बेहतर एनर्जी ट्रांसफर होता है और लेजर बीम केहोल प्रकार के प्रवेश का कारण बनता है। ऊर्जा हस्तांतरण में यह सुधार काम की सतह पर प्लाज्मा के विकास से जुड़ा हुआ है। हालांकि यह प्रारंभिक चरण में एक फायदा है, वेल्ड पूल पर अत्यधिक प्लाज्मा की पीढ़ी अंततः बीम के लिए बाधा बन जाती है।

चिकनी अच्छी तरह से आकार के मोतियों का उत्पादन करने के लिए वेल्ड पूल की रक्षा करना आवश्यक है कुछ निष्क्रिय गैस और हीलियम का उद्देश्य पूरा करने के लिए पाया जाता है।

एक लेजर बीम के साथ वेल्डिंग वास्तव में 1.5 किलोवाट की शक्ति के स्तर के नीचे व्यावहारिक नहीं है; जबकि इस स्तर से ऊपर अधिकतम प्रवेश क्षमता लगभग 2 मिमी / किलोवाट है।

लेजर वेल्डिंग के लिए प्रक्रिया पैरामीटर:

प्रक्रिया मापदंडों का चयन तीन कारकों पर आधारित है:

(i) संबंध के आधार पर वांछित ऊर्जा इनपुट स्तर प्राप्त करने के लिए कैपेसिटर और संबंधित वोल्टेज की संख्या,

E = 1 / 2CV ² ……… .. (14-5)

कहा पे,

ग = समाई

वी = वोल्टेज

(iii) बीम स्पॉट के आकार और आकार को नियंत्रित करने के लिए प्रकाशिकी का उचित चयन,

(iii) वर्कपीस की सतह पर या उससे ऊपर बीम फोकल बिंदु का चयन।

वांछित ऊर्जा स्तर प्राप्त करने के लिए उपयोग किए जाने वाले कैपेसिटर की संख्या एक महत्वपूर्ण विचार है। सर्किट में कैपेसिटर की संख्या में वृद्धि से पल्स बीम की शक्ति में परिणामी कमी के साथ लंबे समय तक पल्स चक्र समय होता है।

किसी भी अंडरकटिंग के साथ एक पूर्ण प्रवेश ध्वनि वेल्ड प्राप्त करने के लिए यह वांछनीय है कि:

(i) लेजर बीम की शक्ति धातु को पिघलाने के लिए पर्याप्त होनी चाहिए, लेकिन चयनित वेल्डिंग गति पर इसे वाष्पित करने के लिए पर्याप्त नहीं है,

(ii) सामग्री की मोटाई के माध्यम से गर्मी के लिए पल्स चक्र का समय पर्याप्त होता है।

एक अन्य कारक बीम का केंद्र बिंदु है, जो वर्कपीस की सतह के संबंध में है। अधिकतम प्रवेश तब होता है जब बीम सतह से थोड़ा नीचे केंद्रित होता है। पेनिट्रेशन कम होता है जब बीम सतह पर फोकस्ड होता है या वर्कपीस के भीतर गहरा होता है। बीम की शक्ति में वृद्धि के साथ प्रवेश की गहराई बढ़ जाती है।

लेजर वेल्डिंग के लिए वेल्ड विशेषताएँ:

लेजर वेल्डिंग का उपयोग स्टील, तांबा, निकल, स्टेनलेस स्टील्स, एल्यूमीनियम मिश्र धातु, लौह-निकल आधार मिश्र, टाइटेनियम और दुर्दम्य धातुओं और मिश्र धातुओं के साथ समान और विदारक धातु के जोड़ों का उत्पादन करने के लिए किया गया है।

काम के लिए बहुत कम विशिष्ट ऊर्जा इनपुट के कारण गर्मी से प्रभावित क्षेत्र और वेल्ड से सटे सामग्री को थर्मल नुकसान को कम से कम किया जाता है। कुछ जहाज-निर्माण स्टील्स में रूट सरंध्रता देखी गई है और इसे बीम पावर अनुपात के असंतोषजनक गति के कारण माना जाता है।

दोहरी पास वेल्ड में रूट सरंध्रता गैस के विकास और इसके हटाने के लिए अपर्याप्त समय के साथ जुड़ा हुआ है। इन स्टील्स में अधिकांश वेल्ड में साइड बेंड टेस्ट द्वारा पर्याप्त नमनीयता का प्रदर्शन किया गया है। ऑटोजेनस डीप पैठ लेजर वेल्ड यांत्रिक गुणों का प्रदर्शन करता है, जो भराव धातु का उपयोग करके पारंपरिक आर्क वेल्डिंग के साथ अनुकूल रूप से तुलना करते हैं।

वेल्ड धातु का शुद्धिकरण स्टील की वेल्डिंग के दौरान कुछ शर्तों के तहत होता है, क्योंकि धातु में गैर-धात्विक समावेशन द्वारा बीम के अधिमान्य अवशोषण के कारण उनके वाष्पीकरण और निष्कासन होता है। कई अलग-अलग फैरस बेस धातुओं के लेजर वेल्डिंग के दौरान संलयन क्षेत्र शुद्धि का अवलोकन यह इंगित करता है कि यह गहरी पैठ, ऑटोजेनस लेजर वेल्डिंग की एक अनूठी विशेषता हो सकती है।

स्टील वेल्ड्स के मेटलोग्राफिक निरीक्षण में समावेश सामग्री में कमी का भी पता चला है जिसे चारपाई शेल्फ ऊर्जा में वृद्धि और अपेक्षाकृत मोटे अनाज के आकार और इसलिए उच्च संक्रमण तापमान के लिए जिम्मेदार माना जाता है।

आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले संरचनात्मक मिश्र धातुओं में से, एल्युमीनियम मिश्र धातु चाप वेल्डिंग में उनकी उच्च प्रारंभिक सतह परावर्तकता और पोरसता के गठन के कारण लेजर वेल्ड के लिए सबसे कठिन साबित हुई है।

संक्षारण प्रतिरोधी स्टील्स और टाइटेनियम मिश्र धातुओं की वेल्डिंग में अध्ययन से पता चला है कि उच्च गुणवत्ता वाले जोड़ों को 0-1 से 2 मिमी मोटी शीट पर बनाया जा सकता है। वेल्ड वैक्यूम-तंग होते हैं और मूल धातु की ताकत का 90% होते हैं। ऐसे वेल्ड के लिए उपयोग की जाने वाली वेल्डिंग की गति 17-25 सेमी / मिनट है।

लेजर वेल्डिंग के लिए वेल्ड संयुक्त डिजाइन:

लेजर वेल्डिंग में उपयोग किए जाने वाले संयुक्त डिजाइन और फिट-अप आमतौर पर इलेक्ट्रॉन बीम वेल्डिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले समान होते हैं। हालांकि, शीट धातु के लेजर वेल्डिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले कुछ संयुक्त डिजाइन भी चित्र 14.21 में दिखाए गए हैं। सामग्री की मोटाई के 3% से अधिक का एक संयुक्त अंतराल आमतौर पर अंडर-फिल्स हो सकता है। यदि वेल्डिंग के लिए अत्यधिक ऊर्जा का उपयोग किया जाता है, तो इसी तरह के परिणाम प्राप्त होते हैं, परिणामस्वरूप ड्रॉप-थ्रू। अंडर-फिल को या तो प्राइमरी वेल्ड पास या कॉस्मेटिक सेकंड पास के दौरान फिलर मेटल के अतिरिक्त द्वारा रीमेड किया जाता है। भराव धातु को कभी-कभी वेल्ड धातु रसायन विज्ञान को संशोधित करने के लिए जोड़ा जाता है। इस तरह के मामले में, एक संकीर्ण अंतराल या एक vee नाली के साथ एक वर्ग नाली का उपयोग वांछित भराव जोड़ के लिए प्रदान करने के लिए किया जा सकता है।

आमतौर पर, वेल्ड संयुक्त तैयारी के लिए अच्छी तरह से स्थापित प्रक्रिया लेजर वेल्डिंग पर भी लागू होती है। डाउनहैंड या फ्लैट वेल्डिंग की स्थिति को पसंद किया जाता है, हालांकि क्षैतिज, ऊर्ध्वाधर-अप और ओवरहेड वेल्ड जैसे आउट-ऑफ-पोजिशन वेल्डिंग को कीहोल वेल्डिंग मोड में अच्छी तरह से शर्तों के तहत बनाया जा सकता है।

लेजर वेल्डिंग के अनुप्रयोग:

लेजर वेल्डिंग के प्रमुख लाभों में से एक तीव्र ऊष्मा का उत्पादन है जो एक बहुत छोटे क्षेत्र को प्रभावित करता है, फलस्वरूप एक वेल्ड बनाने के लिए ऊर्जा इनपुट आवश्यकता कम होती है। इस प्रक्रिया की इस विशेषता के कारण इसका उपयोग व्यापक रूप से भिन्न भौतिक गुणों के साथ असमान धातुओं को वेल्ड करने के लिए किया जा सकता है। इसके अलावा, अपेक्षाकृत उच्च विद्युतीय प्रतिरोध वाली धातुएँ और इसके आकार और द्रव्यमानों के घटकों को वेल्ड किया जा सकता है।

आम तौर पर कोई भराव धातु का उपयोग लेजर वेल्डिंग में नहीं किया जाता है इसलिए किसी विशेष स्थिति में किसी भी घटक को वेल्डेड किया जा सकता है बशर्ते उस बिंदु पर लेजर बीम को फोकस्ड किया जा सकता है। उच्च परिशुद्धता के साथ वेल्ड मिमी के एक अंश की धातु मोटाई में भी बनाया जा सकता है। लेजर वेल्डिंग में हीटिंग और शीतलन की बहुत अधिक दर के कारण, अनाज की वृद्धि सीमित होती है और साथ ही तनाव से राहत मिलती है और सीधे वेल्ड को समाप्त किया जाता है।

विशेष रूप से वर्तमान लेजर के लिए उपयुक्त अनुप्रयोगों में से एक माइक्रो-कनेक्शन का निर्माण है। इसलिए, लेज़र वेल्डिंग विशेष रूप से रेडियो इंजीनियरिंग के लिए उपयुक्त पाई जाती है और वेल्डिंग के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स ठीक तार की ओर जाता है, जो माइक्रो-सर्किट बोर्ड, सॉलिड-स्टेट सर्किट और माइक्रो-मॉड्यूल पर फिल्में बनाता है।

लेजर बीम माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक में उपयोग किए जाने वाले धातु के सबसे विविध घटकों को वेल्ड कर सकता है, उदाहरण के लिए, सोना और सिलिकॉन, सोना और जर्मेनियम, निकल और टैंटलम, तांबा और एल्यूमीनियम सभी को लेजर बीम वेल्डिंग द्वारा सफलतापूर्वक वेल्डेड किया जा सकता है।

समानांतर विन्यास में 0.5 मिमी व्यास निकल तारों की वेल्डिंग, 0.125 मिमी मोटी निकल रिबन के स्पॉट वेल्डिंग, इलेक्ट्रॉनिक मॉड्यूल के हेर्मेटिक सील, और 0.25 मिमी दीवार मोटाई के 0.625 मिमी मोटी टाइटेनियम डिस्क की वेल्डिंग के उपयोग के बारे में कुछ विशिष्ट जानकारी दी गई है। लेजर बीम वेल्डिंग की।

लेजर बीम वेल्डिंग के वेरिएंट:

रूबी लेजर की तरह सॉलिड-स्टेट लेजर के अलावा, ऐसे लेजर भी हैं जिनमें लेसिंग सामग्री तरल पदार्थ जैसे कि नियोडिमियम ऑक्साइड, कुछ रंजक आदि के समाधान होते हैं। अकार्बनिक तरल लेजर क्षमता और राज्य को स्पंदित करने के लिए क्षमताओं के बहुत करीब हैं। लेज़र लेकिन पल्स पावर आउट-पुट के संदर्भ में उनसे अधिक है क्योंकि उनके लेज़िंग तत्व मात्रा में बड़े हैं।

लेज़रों का तीसरा और सबसे कुशल वर्ग वह है जिसमें लेज़िंग सामग्री अर्ध-चालक के एकल क्रिस्टल होते हैं जैसे गैलियम और इंडियम आर्सेनाइड, कैडमियम, सेलेनियम और सल्फर, आदि की अनुमति। सेमीकंडक्टर लेजर वजन में छोटा होता है, कम इनपुट की आवश्यकता होती है ऊर्जा और 70% तक की उच्च दक्षता है।

चौथा और शायद लेज़रों का सबसे महत्वपूर्ण वर्ग वह है जो गैसों और उनके मिश्रण जैसे हाइड्रोजन, नाइट्रोजन, आर्गन और कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग करता है। गैस लेज़रों में 15 से 25% की उच्च दक्षता के साथ निरंतर तरंग (सीडब्ल्यू) संचालन में विकिरण और उच्चतम बिजली उत्पादन का व्यापक स्पेक्ट्रम है।

इन सभी वेरिएंट CO ₂ गैस लेज़रों और ND के बीच: YAG लेज़रों का उपयोग औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए सबसे अधिक उपयोग किया जा रहा है क्योंकि वे टिकाऊ मल्टीकिलोवाट ऑपरेशन के लिए सक्षम हैं और इसलिए यहाँ विस्तार से चर्चा की गई है।

लेजर बीम वेल्डिंग में स्वचालन:

मानव आंख का उपयोग लेजर बीम का निरीक्षण करने के लिए किया जा सकता है बशर्ते यह स्पेक्ट्रम के दृश्य क्षेत्र (यानी, 0.3 और 0.7 माइक्रोन के बीच तरंग दैर्ध्य) के भीतर हो। हालाँकि, अक्सर वेल्डिंग के लिए उपयोग की जाने वाली लेजर लाइट मानव आँख के लिए अदृश्य होती है जैसा कि अंजीर से स्पष्ट होता है। 14.45 जो अधिक लोकप्रिय लेजर बीम वेवलेंथ के कुछ के स्पेक्ट्रम स्थान के बारे में दिशा-निर्देश प्रदान करता है। इसलिए वेल्डिंग के लिए लेजर बीम के प्रभावी और सफल उपयोग के लिए स्वचालन का उपयोग करना अनिवार्य है अन्यथा इससे अस्वीकार्य गुणवत्ता निर्माण हो सकता है या यहां तक ​​कि गंभीर दुर्घटना भी हो सकती है।

जब स्वचालन या अधिक दक्षता की आवश्यकता होती है तो लेजर बीम स्थिति डिटेक्टरों का पता लगाने और लेजर बीम की स्थिति के लिए नियोजित किया जाता है। इस प्रयोजन के लिए, स्थिति डिटेक्टर लेजर बीम के एक या दो आयामी पता लगाने के लिए उपलब्ध हैं। चतुर्भुज डिटेक्टर के साथ एक लेजर संरेखण प्रणाली का एक सरल आरेख अंजीर में दिखाया गया है। 14.46। डिटेक्टर का प्रत्येक चतुर्थांश एक अलग फोटोडायोड है जो एक विद्युत उत्पादन सिग्नल का उत्पादन करता है जो इसे प्राप्त होने वाली प्रकाश शक्ति के आनुपातिक है।

यदि घटना लेजर बीम डिटेक्टर पर केंद्रित है, तो क्वाड्रंट डिटेक्टर के प्रत्येक खंड को समान मात्रा में शक्ति प्राप्त होती है। जब लेजर बीम केंद्रित नहीं होता है, तो डिटेक्टर के एक या दो चतुर्थांश को अधिक प्रकाश शक्ति प्राप्त होगी। सिस्टम डिज़ाइन किए गए हैं जो डिटेक्टर केंद्र के सापेक्ष लेजर बीम की स्थिति देने के लिए क्वाड्रंट डिटेक्टरों से आउटपुट का उपयोग करते हैं। कंप्यूटर विजन सिस्टम में हालिया प्रगति ने दो आयामी डायोड एरे डिटेक्टर सिस्टम को व्यापक रूप से उद्योग में उपलब्ध कराया है। एक आयामी केंद्रित लाइनर फोटोडायोड या पार्श्व प्रभाव फोटोडायोड के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

एक स्वचालित / रोबोट प्रणाली के साथ संयोजन में एक उपयुक्त स्थिति डिटेक्टर का उपयोग करना वेल्डेड निर्माण में वांछित गुणवत्ता प्राप्त करना संभव है।

लेजर वेल्डिंग के सुरक्षा पहलू:

लेजर बीम वेल्डिंग से जुड़े सामान्य खतरों में आंखों की क्षति, त्वचा में जलन, श्वसन प्रणाली पर प्रभाव, बिजली के झटके, रासायनिक खतरे और क्रायोजेनिक कूलेंट को संभालने के खतरे शामिल हैं।

लेजर बीम सामान्य ऑपरेशन के दौरान एक्स-रे उत्पन्न नहीं करते हैं, हालांकि वे उच्च तीव्रता का प्रकाश पैदा करते हैं जो आंखों की दृष्टि को नुकसान पहुंचा सकते हैं या गंभीर जलने का कारण बन सकते हैं। यदि तरंग दैर्ध्य 0.4 और 1.4 माइक्रोन के बीच है, तो मानव ओकुलर सिस्टम रेटिना पर घटना बीम को 10 ⁵ गुना तक केंद्रित करता है। इस तरंग दैर्ध्य क्षेत्र को ओकुलर फोकस क्षेत्र या रेटिना खतरा क्षेत्र कहा जाता है।

ओकुलर फोकस क्षेत्र का दृश्य अनुपात जिसमें आंख का पता लगाता है रंग केवल 0.4 से 0.7 माइक्रोन के बीच होता है। 0.7 से 1.4 notm की रेंज में तरंग दैर्ध्य रेटिना द्वारा पता नहीं लगाए जाते हैं, वे ओकुलर सिस्टम के लिए अदृश्य हैं, हालांकि वे आंख से ध्यान देने योग्य हैं।

इस प्रकार, यदि किरण की तरंग दैर्ध्य ओकुलर फोकस क्षेत्र में है, तो आंखों की क्षति रेटिना के ऊतकों में होती है क्योंकि कॉर्निया, लेंस और जलीय ऊतकों द्वारा बहुत कम ऊर्जा अवशोषित होती है। हालांकि, ध्यान देने योग्य क्षेत्र के बाहर तरंग दैर्ध्य आंख के बाहरी घटकों द्वारा अवशोषित होते हैं, विशेष रूप से कॉर्निया को नुकसान पहुंचाते हैं।

इसलिए, लेज़र बीम और चित्र 14.45 की तरंग दैर्ध्य का पूर्व ज्ञान होना आवश्यक है।

विशिष्ट लेजर प्रणाली के लिए उपयुक्त चश्मे का उपयोग किया जाना चाहिए। अवरक्त तरंग दैर्ध्य पर, उदाहरण के लिए सीओ ₂ लेजर के 10.6 माइक्रोन तरंग दैर्ध्य, यहां तक ​​कि साधारण ग्लास अपारदर्शी है।

यह सुनिश्चित करने के लिए एक आम बात है कि लेज़रों के आसपास काम करने वाले क्षेत्रों को हल्के रंगों के साथ चित्रित किया जाता है और उज्ज्वल रूप से रोशन किया जाता है।

त्वचा सभी लेजर तरंग दैर्ध्य को अवशोषित करती है, लेकिन आंखों की क्षति के लिए त्वचा की क्षति के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, और स्पंदित लेजर की तुलना में नुकसान के लिए निरंतर तरंग लेजर से अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। यदि कोई लेजर 0.25 सेकंड की न्यूनतम अवधि के लिए निरंतर विकिरण उत्सर्जित करता है, तो इसे एक निरंतर तरंग लेजर माना जाता है। उत्तेजक और सीओ ₂ लेज़र त्वचा को नुकसान पहुंचाने की उनकी क्षमता में विशेष रूप से शामिल हैं। ज्वाला-मंदक लंबे बाजू की शर्ट और दस्ताने ज्यादातर मामलों के लिए पर्याप्त त्वचा सुरक्षा प्रदान करते हैं।

हालाँकि इलेक्ट्रोमाटिक या इलेक्ट्रोमैग्नेटिक फील्ड द्वारा लेजर बीम को डिफ्लेक्ट नहीं किया जाता है, लेकिन बीम को आंशिक रूप से परावर्तित किया जाता है या चिकनी धात्विक सतहों द्वारा विक्षेपित किया जाता है जो आंख या त्वचा को प्रभावित कर सकता है, और लेजर बर्न को ठीक करने के लिए गहरा और बहुत धीमा हो सकता है।

अधिकांश लेज़र सिस्टम में उच्च-वोल्टेज उच्च-एम्परेज करंट का उपयोग होता है इसलिए घातक विद्युत शॉक की संभावना कभी भी मौजूद होती है। वास्तव में, लेज़रों के साथ लगभग सभी गंभीर या घातक दुर्घटनाएं विद्युत आपूर्ति के साथ होती हैं। इस प्रकार, कभी भी अकेले काम नहीं करते जब सीधे एक उच्च शक्ति लेजर का संचालन किया जाता है।

प्लास्टिक पर गहरी पैठ और परीक्षण वेल्डिंग के दौरान विषाक्त या ठीक धातु के धुएं का गठन किया जा सकता है। गंभीर प्लाज्मा पीढ़ी वेंटिलेशन और निकास प्रणाली के लिए पर्याप्त प्रावधान ओजोन का उत्पादन कर सकती है।

निष्कर्ष रूप में यह कहा जा सकता है कि लेज़र किसी अन्य उच्च ऊर्जा उपकरण की तरह सुरक्षित है और इसे ठीक से संभाला जाना चाहिए। यह उपयोगकर्ता की जिम्मेदारी है कि वह इसे सही तरीके से कैसे सीखे।