विभिन्न कोर व्यास वाले लेज़रों के वेल्डिंग प्रभावों की तुलना

लेसर वेल्डिंगइसे निरंतर या स्पंदित लेजर बीम का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है। इसके सिद्धांतलेसर वेल्डिंगवेल्डिंग को ऊष्मा चालन वेल्डिंग और लेजर डीप पेनिट्रेशन वेल्डिंग में विभाजित किया जा सकता है। जब पावर घनत्व 10⁴~10⁵ W/cm² से कम होता है, तो यह ऊष्मा चालन वेल्डिंग होती है। इस समय, प्रवेश गहराई कम होती है और वेल्डिंग की गति धीमी होती है; जब पावर घनत्व 10⁵~10⁷ W/cm² से अधिक होता है, तो ऊष्मा के कारण धातु की सतह अवतल होकर "छेद" बन जाती है, जिससे डीप पेनिट्रेशन वेल्डिंग होती है, जिसमें तेज वेल्डिंग गति और बड़ा एस्पेक्ट रेशियो जैसी विशेषताएं होती हैं। थर्मल चालन का सिद्धांतलेसर वेल्डिंगलेजर विकिरण से संसाधित की जाने वाली सतह गर्म होती है, और सतह की गर्मी ऊष्मीय चालन द्वारा आंतरिक भाग में फैल जाती है। लेजर पल्स की चौड़ाई, ऊर्जा, पीक पावर और पुनरावृति आवृत्ति जैसे लेजर मापदंडों को नियंत्रित करके, वर्कपीस को पिघलाकर एक विशिष्ट पिघला हुआ पूल बनाया जाता है।

लेजर डीप पेनिट्रेशन वेल्डिंग में आमतौर पर सामग्रियों को जोड़ने के लिए निरंतर लेजर बीम का उपयोग किया जाता है। इसकी धातुकर्म संबंधी भौतिक प्रक्रिया इलेक्ट्रॉन बीम वेल्डिंग के समान है, यानी ऊर्जा रूपांतरण तंत्र "की-होल" संरचना के माध्यम से पूरा होता है।

पर्याप्त उच्च शक्ति घनत्व वाले लेजर विकिरण के तहत, पदार्थ वाष्पीकृत हो जाता है और छोटे-छोटे छिद्र बन जाते हैं। वाष्प से भरा यह छोटा छिद्र एक ब्लैक बॉडी की तरह होता है, जो आपतित किरण की लगभग सारी ऊर्जा को अवशोषित कर लेता है। छिद्र में संतुलन तापमान लगभग 2500 डिग्री सेल्सियस तक पहुँच जाता है।°C. ऊष्मा उच्च तापमान वाले छिद्र की बाहरी दीवार से स्थानांतरित होती है, जिससे छिद्र के चारों ओर की धातु पिघल जाती है। किरण के विकिरण के तहत दीवार सामग्री के निरंतर वाष्पीकरण से उत्पन्न उच्च तापमान वाली भाप से छोटा छिद्र भर जाता है। छोटे छिद्र की दीवारें पिघली हुई धातु से घिरी होती हैं, और तरल धातु ठोस पदार्थों से घिरी होती है (अधिकांश पारंपरिक वेल्डिंग प्रक्रियाओं और लेजर चालन वेल्डिंग में, ऊर्जा पहले वर्कपीस की सतह पर जमा होती है और फिर स्थानांतरण द्वारा आंतरिक भाग में पहुँचाई जाती है)। छिद्र की दीवार के बाहर तरल प्रवाह और दीवार परत का पृष्ठ तनाव छिद्र गुहा में निरंतर उत्पन्न भाप के दबाव के साथ एक ही चरण में होते हैं और एक गतिशील संतुलन बनाए रखते हैं। प्रकाश किरण निरंतर छोटे छिद्र में प्रवेश करती है, और छोटे छिद्र के बाहर की सामग्री निरंतर प्रवाहित होती रहती है। प्रकाश किरण के चलने के साथ, छोटा छिद्र हमेशा प्रवाह की एक स्थिर अवस्था में रहता है।

यानी, छोटा छेद और उसके चारों ओर पिघली हुई धातु, पायलट बीम की गति के साथ आगे बढ़ती है। पिघला हुआ धातु, छेद के हटने के बाद बचे हुए खाली स्थान को भर देता है और संघनित हो जाता है, जिससे वेल्ड बन जाता है। यह सब इतनी तेजी से होता है कि वेल्डिंग की गति आसानी से कई मीटर प्रति मिनट तक पहुंच सकती है।

पावर डेंसिटी, थर्मल कंडक्टिविटी वेल्डिंग और डीप पेनिट्रेशन वेल्डिंग की बुनियादी अवधारणाओं को समझने के बाद, हम आगे विभिन्न कोर व्यास की पावर डेंसिटी और मेटलोग्राफिक फेज़ का तुलनात्मक विश्लेषण करेंगे।

बाजार में उपलब्ध सामान्य लेजर कोर व्यास के आधार पर वेल्डिंग प्रयोगों की तुलना:

विभिन्न कोर व्यास वाले लेज़रों के फोकल स्पॉट की स्थिति का पावर घनत्व

शक्ति घनत्व के परिप्रेक्ष्य से देखें तो, समान शक्ति पर, कोर का व्यास जितना छोटा होगा, लेज़र की चमक उतनी ही अधिक होगी और ऊर्जा उतनी ही केंद्रित होगी। यदि लेज़र की तुलना एक तेज़ चाकू से की जाए, तो कोर का व्यास जितना छोटा होगा, लेज़र उतना ही तेज़ होगा। 14um कोर व्यास वाले लेज़र का शक्ति घनत्व 100um कोर व्यास वाले लेज़र की तुलना में 50 गुना से अधिक है, और इसकी प्रसंस्करण क्षमता भी अधिक है। साथ ही, यहाँ परिकलित शक्ति घनत्व केवल एक साधारण औसत घनत्व है। वास्तविक ऊर्जा वितरण लगभग गाऊसी वितरण है, और केंद्रीय ऊर्जा औसत शक्ति घनत्व से कई गुना अधिक होगी।

विभिन्न कोर व्यासों के साथ लेजर ऊर्जा वितरण का योजनाबद्ध आरेख

ऊर्जा वितरण आरेख का रंग ऊर्जा वितरण को दर्शाता है। रंग जितना गहरा लाल होगा, ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी। लाल रंग ऊर्जा के केंद्र का स्थान बताता है। विभिन्न कोर व्यास वाले लेजर बीमों के ऊर्जा वितरण के माध्यम से यह देखा जा सकता है कि लेजर बीम का अग्र भाग स्पष्ट नहीं होता और लेजर बीम स्पष्ट होता है। कोर व्यास जितना छोटा होगा, ऊर्जा एक बिंदु पर उतनी ही अधिक केंद्रित होगी, बीम उतना ही तीक्ष्ण होगा और उसकी भेदन क्षमता उतनी ही अधिक होगी।

विभिन्न कोर व्यास वाले लेज़रों के वेल्डिंग प्रभावों की तुलना

विभिन्न कोर व्यास वाले लेज़रों की तुलना:

(1) प्रयोग में 150 मिमी/सेकंड की गति, फोकस स्थिति वेल्डिंग का उपयोग किया जाता है, और सामग्री 1 श्रृंखला एल्यूमीनियम, 2 मिमी मोटी है;

(2) कोर का व्यास जितना बड़ा होगा, पिघलने की चौड़ाई उतनी ही अधिक होगी, ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र उतना ही बड़ा होगा, और इकाई शक्ति घनत्व उतना ही कम होगा। जब कोर का व्यास 200um से अधिक हो जाता है, तो एल्यूमीनियम और तांबे जैसी उच्च-प्रतिक्रियाशील मिश्र धातुओं पर प्रवेश गहराई प्राप्त करना आसान नहीं होता है, और उच्च शक्ति के साथ ही उच्च गहरी प्रवेश वेल्डिंग प्राप्त की जा सकती है;

(3) छोटे कोर वाले लेज़रों में उच्च शक्ति घनत्व होता है और वे उच्च ऊर्जा और छोटे ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्रों के साथ सामग्रियों की सतह पर तेजी से कीहोल बना सकते हैं। हालाँकि, साथ ही, वेल्ड की सतह खुरदरी होती है, और कम गति वाली वेल्डिंग के दौरान कीहोल के ढहने की संभावना अधिक होती है, और वेल्डिंग चक्र के दौरान कीहोल बंद हो जाता है। चक्र लंबा होता है, और दोष और छिद्र जैसे दोष होने की संभावना अधिक होती है। यह उच्च गति प्रसंस्करण या स्विंग प्रक्षेपवक्र के साथ प्रसंस्करण के लिए उपयुक्त है;

(4) बड़े कोर व्यास वाले लेज़रों में बड़े प्रकाश बिंदु और अधिक बिखरी हुई ऊर्जा होती है, जिससे वे लेज़र सतह रीमेल्टिंग, क्लैडिंग, एनीलिंग और अन्य प्रक्रियाओं के लिए अधिक उपयुक्त होते हैं।