विभिन्न प्रमुख क्षेत्रों में उच्च-शक्ति लेजर-आर्क हाइब्रिड वेल्डिंग प्रौद्योगिकी का अनुप्रयोग

01 मोटी प्लेट लेजर-आर्क हाइब्रिड वेल्डिंग

एयरोस्पेस, नौवहन और जहाज निर्माण, रेल परिवहन आदि जैसे महत्वपूर्ण क्षेत्रों में बड़े उपकरणों के निर्माण में मोटी प्लेट (मोटाई ≥ 20 मिमी) की वेल्डिंग महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। इन घटकों की विशेषता आमतौर पर अधिक मोटाई, जटिल जोड़ संरचनाएं और जटिल सेवा वातावरण होती है। वेल्डिंग की गुणवत्ता का उपकरण के प्रदर्शन और जीवनकाल पर सीधा प्रभाव पड़ता है। वेल्डिंग की धीमी गति और गंभीर स्पैटर समस्याओं के कारण, पारंपरिक गैस शील्डेड वेल्डिंग विधि को कम वेल्डिंग दक्षता, उच्च ऊर्जा खपत और उच्च अवशिष्ट तनाव जैसी चुनौतियों का सामना करना पड़ता है, जिससे बढ़ती विनिर्माण आवश्यकताओं को पूरा करना मुश्किल हो जाता है। हालांकि, लेजर-आर्क हाइब्रिड वेल्डिंग तकनीक पारंपरिक वेल्डिंग तकनीक से अलग है। यह सफलतापूर्वक दोनों तकनीकों के लाभों को जोड़ती है।लेसर वेल्डिंगयह तकनीक आर्क वेल्डिंग जैसी तकनीक है, जिसमें उच्च प्रवेश गहराई, तीव्र वेल्डिंग गति, उच्च दक्षता और बेहतर वेल्ड गुणवत्ता जैसी विशेषताएं हैं, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। इसलिए, इस तकनीक ने व्यापक ध्यान आकर्षित किया है और कुछ प्रमुख क्षेत्रों में इसका उपयोग शुरू हो गया है।

चित्र 1 लेजर-आर्क हाइब्रिड वेल्डिंग का सिद्धांत

02 मोटी प्लेटों की लेजर-आर्क हाइब्रिड वेल्डिंग पर अनुसंधान

नॉर्वे के औद्योगिक प्रौद्योगिकी संस्थान और स्वीडन के लुले प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय ने 45 मिमी मोटी माइक्रो-मिश्रित उच्च-शक्ति निम्न-मिश्र धातु इस्पात के लिए 15 किलोवाट के तहत मिश्रित वेल्डेड जोड़ों की संरचनात्मक एकरूपता का अध्ययन किया। ओसाका विश्वविद्यालय और मिस्र के केंद्रीय धातुकर्म अनुसंधान संस्थान ने 20 किलोवाट फाइबर लेजर का उपयोग करके 25 मिमी मोटी प्लेटों की एकल-पास लेजर-आर्क हाइब्रिड वेल्डिंग प्रक्रिया पर शोध किया, जिसमें नीचे के उभार की समस्या को हल करने के लिए बॉटम लाइनर का उपयोग किया गया। डेनिश फोर्स टेक्नोलॉजी कंपनी ने 32 किलोवाट पर 40 मिमी मोटी स्टील प्लेटों की हाइब्रिड वेल्डिंग पर शोध करने के लिए श्रृंखला में दो 16 किलोवाट डिस्क लेजर का उपयोग किया, जिससे संकेत मिलता है कि उच्च-शक्ति लेजर-आर्क वेल्डिंग का उपयोग अपतटीय पवन ऊर्जा टावर बेस वेल्डिंग में किया जा सकता है, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। हार्बिन वेल्डिंग कंपनी लिमिटेड देश में उच्च-शक्ति ठोस लेजर-पिघलने वाले इलेक्ट्रोड आर्क हाइब्रिड हीट सोर्स वेल्डिंग की मूल तकनीक और उपकरण एकीकरण तकनीक में महारत हासिल करने वाली पहली कंपनी है। मेरे देश में उच्च स्तरीय उपकरणों के निर्माण में उच्च-शक्ति वाले सॉलिड लेजर-डुअल-वायर मेल्टिंग इलेक्ट्रोड आर्क हाइब्रिड वेल्डिंग तकनीक और उपकरण को सफलतापूर्वक लागू करने का यह पहला मौका है।

चित्र 2. लेजर इंस्टॉलेशन लेआउट आरेख

देश-विदेश में मोटी प्लेटों की लेजर-आर्क हाइब्रिड वेल्डिंग पर वर्तमान शोध के अनुसार, लेजर-आर्क हाइब्रिड वेल्डिंग विधि और संकीर्ण गैप ग्रूव के संयोजन से मोटी प्लेटों की वेल्डिंग की जा सकती है। जब लेजर की शक्ति 10,000 वाट से अधिक हो जाती है, तो उच्च-ऊर्जा लेजर के विकिरण के तहत, सामग्री के वाष्पीकरण व्यवहार, लेजर और प्लाज्मा के बीच की अंतःक्रिया प्रक्रिया, पिघले हुए पूल के प्रवाह की स्थिर अवस्था, ऊष्मा स्थानांतरण तंत्र और वेल्ड के धातुकर्म व्यवहार में विभिन्न स्तरों पर परिवर्तन होते हैं। शक्ति 10,000 वाट से अधिक होने पर, शक्ति घनत्व में वृद्धि से छोटे छेद के पास के क्षेत्र में वाष्पीकरण की तीव्रता बढ़ जाती है, और प्रतिक्षेप बल सीधे छोटे छेद की स्थिरता और पिघले हुए पूल के प्रवाह को प्रभावित करता है, जिससे वेल्डिंग प्रक्रिया प्रभावित होती है। इन परिवर्तनों का लेजर और इसकी मिश्रित वेल्डिंग प्रक्रियाओं के कार्यान्वयन पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। वेल्डिंग प्रक्रिया में ये विशिष्ट घटनाएँ प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रूप से वेल्डिंग प्रक्रिया की स्थिरता को कुछ हद तक दर्शाती हैं, और यहाँ तक कि वेल्ड की गुणवत्ता को भी निर्धारित कर सकती हैं। लेजर और आर्क के दो ऊष्मा स्रोतों का संयुक्त प्रभाव दोनों ऊष्मा स्रोतों को अपनी-अपनी विशेषताओं का पूरा लाभ उठाने में सक्षम बनाता है और एकल लेजर वेल्डिंग और आर्क वेल्डिंग की तुलना में बेहतर वेल्डिंग प्रभाव प्राप्त करता है। लेजर ऑटोजेनस वेल्डिंग विधि की तुलना में, इस वेल्डिंग विधि में मजबूत गैप अनुकूलन क्षमता और अधिक वेल्ड करने योग्य मोटाई के लाभ हैं। मोटी प्लेटों की संकीर्ण गैप लेजर वायर फिलिंग वेल्डिंग विधि की तुलना में, इसमें उच्च वायर मेल्टिंग दक्षता और अच्छा ग्रूव फ्यूजन प्रभाव के लाभ हैं। इसके अलावा, आर्क की ओर लेजर का आकर्षण आर्क की स्थिरता को बढ़ाता है, जिससे लेजर-आर्क हाइब्रिड वेल्डिंग पारंपरिक आर्क वेल्डिंग की तुलना में तेज़ होती है।लेजर फिलर वायर वेल्डिंगअपेक्षाकृत उच्च वेल्डिंग दक्षता के साथ।

03 उच्च-शक्ति लेजर-आर्क हाइब्रिड वेल्डिंग अनुप्रयोग

उच्च-शक्ति लेजर-आर्क हाइब्रिड वेल्डिंग तकनीक का उपयोग जहाज निर्माण उद्योग में व्यापक रूप से किया जाता है। जर्मनी के मेयर शिपयार्ड ने पतवार की सपाट प्लेटों और स्टिफ़नर की वेल्डिंग के लिए 12 किलोवाट CO2 लेजर-आर्क हाइब्रिड वेल्डिंग उत्पादन लाइन स्थापित की है, जिससे एक ही बार में 20 मीटर लंबे फ़िलेट वेल्ड बनाए जा सकते हैं और विरूपण की मात्रा 2/3 तक कम हो जाती है। GE ने USS साराटोगा विमानवाहक पोत की वेल्डिंग के लिए 20 किलोवाट की अधिकतम आउटपुट शक्ति वाला फाइबर लेजर-आर्क हाइब्रिड वेल्डिंग सिस्टम विकसित किया, जिससे 800 टन वेल्ड धातु की बचत हुई और मानव-घंटे में 80% की कमी आई, जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है। CSSC 725 में 20 किलोवाट फाइबर लेजर उच्च-शक्ति लेजर-आर्क हाइब्रिड वेल्डिंग सिस्टम का उपयोग किया गया है, जिससे वेल्डिंग विरूपण में 60% की कमी और वेल्डिंग दक्षता में 300% की वृद्धि हो सकती है। शंघाई वाइगाओकियाओ शिपयार्ड 16 किलोवाट फाइबर लेजर उच्च-शक्ति लेजर-आर्क हाइब्रिड वेल्डिंग सिस्टम का उपयोग करता है। उत्पादन लाइन में लेजर हाइब्रिड वेल्डिंग + MAG वेल्डिंग की नई प्रक्रिया तकनीक का उपयोग किया जाता है, जिससे 4-25 मिमी मोटाई वाली स्टील प्लेटों की एक तरफा सिंगल-पास वेल्डिंग और दोनों तरफा फॉर्मिंग की जा सकती है। उच्च-शक्ति वाली लेजर-आर्क हाइब्रिड वेल्डिंग तकनीक का उपयोग बख्तरबंद वाहनों में व्यापक रूप से किया जाता है। इसकी वेल्डिंग विशेषताएँ हैं: अधिक मोटाई वाली जटिल धातु संरचनाओं की वेल्डिंग, कम लागत और उच्च दक्षता।

चित्र 3. यूएसएस सारा टोगा विमानवाहक पोत

उच्च-शक्ति लेजर-आर्क हाइब्रिड वेल्डिंग तकनीक का प्रारंभिक अनुप्रयोग कुछ औद्योगिक क्षेत्रों में हो चुका है और यह मध्यम और अधिक मोटाई वाली विशाल संरचनाओं के कुशल निर्माण का एक महत्वपूर्ण साधन बन जाएगी। वर्तमान में, उच्च-शक्ति लेजर-आर्क हाइब्रिड वेल्डिंग की क्रियाविधि पर शोध की कमी है, जिसे और मजबूत करने की आवश्यकता है, जैसे कि फोटोप्लाज्मा और आर्क के बीच की परस्पर क्रिया और आर्क और पिघले हुए पूल के बीच की परस्पर क्रिया। उच्च-शक्ति लेजर-आर्क हाइब्रिड वेल्डिंग प्रक्रिया में अभी भी कई अनसुलझी समस्याएं हैं, जैसे कि संकीर्ण प्रक्रिया विंडो, वेल्ड संरचना के असमान यांत्रिक गुण और जटिल वेल्डिंग गुणवत्ता नियंत्रण। औद्योगिक स्तर के लेजरों की आउटपुट शक्ति में क्रमिक वृद्धि के साथ, उच्च-शक्ति लेजर-आर्क हाइब्रिड वेल्डिंग तकनीक का तेजी से विकास होगा और विभिन्न प्रकार की नई लेजर हाइब्रिड वेल्डिंग तकनीकें लगातार सामने आती रहेंगी। स्थानीयकरण, बड़े पैमाने पर उत्पादन और बुद्धिमत्ता भविष्य में उच्च-शक्ति लेजर वेल्डिंग उपकरणों के विकास में महत्वपूर्ण रुझान होंगे।