लेजर वेल्डिंग का विकास इतिहास

सूक्ष्म और छोटे पुर्जों के लिए वेल्डिंग विधियाँ: लेजर वेल्डिंग एक कुशल और सटीक वेल्डिंग विधि है जो ऊष्मा स्रोत के रूप में उच्च ऊर्जा घनत्व वाली लेजर किरण का उपयोग करती है। यह लेजर सामग्री प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी के महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में से एक है। 1970 के दशक में, इसका मुख्य रूप से पतली दीवारों वाली सामग्रियों की वेल्डिंग और कम गति वाली वेल्डिंग के लिए उपयोग किया जाता था, और वेल्डिंग प्रक्रिया ऊष्मा चालन प्रकार की थी। विशेष रूप से, लेजर विकिरण वर्कपीस की सतह को गर्म करता है, और सतह पर मौजूद ऊष्मा तापीय चालन के माध्यम से अंदर की ओर फैलती है। लेजर पल्स की चौड़ाई, ऊर्जा, पीक पावर और पुनरावृति आवृत्ति जैसे मापदंडों को नियंत्रित करके, वर्कपीस को पिघलाकर एक विशिष्ट पिघला हुआ पूल बनाया जाता है। अपने अद्वितीय लाभों के कारण, इसे सफलतापूर्वक कई क्षेत्रों में लागू किया गया है।सूक्ष्म और छोटे पुर्जों की सटीक वेल्डिंग।चीन की लेजर वेल्डिंग तकनीक विश्व स्तर पर उन्नत तकनीकों में शुमार है। इसमें लेजर का उपयोग करके 12 वर्ग मीटर से अधिक के जटिल टाइटेनियम मिश्र धातु घटकों को आकार देने की तकनीक और क्षमता है, और इसका उपयोग कई घरेलू विमानन अनुसंधान परियोजनाओं के प्रोटोटाइप और उत्पाद निर्माण में किया गया है। अक्टूबर 2013 में, एक चीनी वेल्डिंग विशेषज्ञ ने वेल्डिंग के क्षेत्र में सर्वोच्च शैक्षणिक पुरस्कार, ब्रुक पुरस्कार जीता, जिसने चीन के विश्व स्तरीय लेजर वेल्डिंग स्तर की पुष्टि की।

## विकास का इतिहास विश्व की पहली लेजर किरण 1960 में रूबी क्रिस्टल को फ्लैश लैंप से उत्तेजित करके उत्पन्न की गई थी। क्रिस्टल की तापीय क्षमता सीमित होने के कारण, यह केवल कम आवृत्ति वाली अत्यंत छोटी स्पंदित किरणें ही उत्पन्न कर सकती थी। यद्यपि तात्कालिक स्पंदन की अधिकतम ऊर्जा 10^6 वाट तक पहुँच सकती थी, फिर भी यह कम ऊर्जा उत्पादन की श्रेणी में आती थी। नियोडिमियम (Nd) को उत्प्रेरित तत्व के रूप में उपयोग करके, नियोडिमियम-मिश्रित यट्रियम एल्युमीनियम गार्नेट (Nd:YAG) क्रिस्टल छड़ 1-8 किलोवाट शक्ति वाली निरंतर एकल-तरंगदैर्ध्य लेजर किरण उत्पन्न कर सकती है। 1.06μm तरंगदैर्ध्य वाली YAG लेजर को लचीले ऑप्टिकल फाइबर के माध्यम से लेजर प्रोसेसिंग हेड से जोड़ा जा सकता है, जिससे उपकरण का लेआउट लचीला हो जाता है और यह 0.5-6 मिमी मोटाई वाले वर्कपीस की वेल्डिंग के लिए उपयुक्त है। कार्बन डाइऑक्साइड को उत्तेजक के रूप में उपयोग करने वाला CO₂ लेजर (10.6μm तरंगदैर्ध्य के साथ) 25KW तक की ऊर्जा उत्पन्न कर सकता है और 2mm मोटी प्लेटों की सिंगल-पास फुल-पेनेट्रेशन वेल्डिंग कर सकता है। औद्योगिक क्षेत्र में धातु प्रसंस्करण में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। 1980 के दशक के मध्य में, लेजर वेल्डिंग, एक नई तकनीक के रूप में, यूरोप, संयुक्त राज्य अमेरिका और जापान में व्यापक रूप से लोकप्रिय हुई। 1985 में, थिसेनक्रुप स्टील एजी (जर्मनी) और वोक्सवैगन एजी (जर्मनी) ने सहयोग से ऑडी 100 बॉडी पर दुनिया का पहला लेजर-वेल्डेड ब्लैंक सफलतापूर्वक अपनाया। 1990 के दशक में, यूरोप, उत्तरी अमेरिका और जापान के प्रमुख ऑटोमोबाइल निर्माताओं ने ऑटोमोबाइल बॉडी निर्माण में लेजर-वेल्डेड ब्लैंक तकनीक का व्यापक रूप से उपयोग करना शुरू कर दिया। प्रयोगशालाओं और ऑटोमोबाइल निर्माताओं दोनों के व्यावहारिक अनुभव ने यह सिद्ध किया है कि लेजर-वेल्डेड ब्लैंक को ऑटोमोबाइल बॉडी के उत्पादन में सफलतापूर्वक लागू किया जा सकता है। लेजर टेलर-वेल्डिंग में लेजर ऊर्जा का उपयोग करके विभिन्न सामग्रियों, मोटाई और कोटिंग वाले कई स्टील, स्टेनलेस स्टील, एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं आदि को स्वचालित रूप से जोड़कर एक एकीकृत प्लेट, प्रोफाइल या सैंडविच पैनल में वेल्ड किया जाता है। यह घटकों की विभिन्न सामग्री प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करता है और सबसे कम वजन, इष्टतम संरचना और सर्वोत्तम प्रदर्शन के साथ उपकरण को हल्का बनाता है। यूरोप और संयुक्त राज्य अमेरिका जैसे विकसित देशों में,लेजर टेलर-वेल्डिंगलेजर वेल्डिंग तकनीक का उपयोग न केवल परिवहन उपकरण निर्माण उद्योग में होता है, बल्कि निर्माण, पुल निर्माण, घरेलू उपकरणों के लिए प्लेट वेल्डिंग उत्पादन और रोलिंग लाइनों में स्टील प्लेट वेल्डिंग (निरंतर रोलिंग में प्लेट कनेक्शन) जैसे क्षेत्रों में भी व्यापक रूप से किया जाता है। विश्व प्रसिद्ध लेजर वेल्डिंग कंपनियों में सौडोनिक (स्विट्जरलैंड), आर्सेलरमित्तल ग्रुप (फ्रांस), थिसेनक्रुप टीडब्ल्यूबी (जर्मनी), सर्वो-रोबोट (कनाडा) और प्रीसिटेक (जर्मनी) शामिल हैं। चीन में लेजर-वेल्डेड ब्लैंक तकनीक का अनुप्रयोग अभी शुरू ही हुआ है। 25 अक्टूबर, 2002 को, चीन की पहली पेशेवर वाणिज्यिक लेजर-वेल्डेड ब्लैंक उत्पादन लाइन आधिकारिक तौर पर चालू की गई। इसे वुहान थिसेनक्रुप झोंग्रेन लेजर टेलर वेल्डिंग द्वारा थिसेनक्रुप टीडब्ल्यूबी (जर्मनी) से शुरू किया गया था। बाद में, शंघाई बाओस्टील आर्सेलर लेजर टेलर वेल्डिंग कंपनी लिमिटेड, एफएडब्ल्यू बाओयू लेजर टेलर वेल्डिंग कंपनी लिमिटेड और अन्य कंपनियों ने भी उत्पादन शुरू किया। 2003 में, विदेशी देशों ने डबल-बीम CO₂ लेजर फिलर वायर वेल्डिंग को साकार किया औरवाईएजी लेजर फिलर वायर वेल्डिंगA318 एल्युमीनियम मिश्र धातु से बने निचले दीवार पैनल संरचना के लिए इस तकनीक का उपयोग किया गया। इस तकनीक ने पारंपरिक रिवेटेड संरचना को प्रतिस्थापित कर दिया, जिससे विमान के धड़ का वजन 20% कम हो गया और लागत में 20% की बचत हुई। गोंग शुइली का मानना ​​था कि लेजर वेल्डिंग तकनीक चीन के पारंपरिक विमानन विनिर्माण उद्योग के परिवर्तन और उन्नयन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगी। उन्होंने तुरंत कई संबंधित पूर्व-अनुसंधान परियोजनाओं के लिए आवेदन किया, एक शोध दल का गठन किया और चीन में अनुसंधान परियोजनाओं में "डबल-बीम लेजर वेल्डिंग" तकनीक को शामिल करने में अग्रणी भूमिका निभाई। शुरुआत से ही, उन्होंने इस तकनीक को विमान निर्माण में लागू करने की योजना बनाई थी। चीनी विशेषज्ञ दल ने एक विमान डिजाइन संस्थान को प्रारंभिक तकनीक की रिपोर्ट दी और डबल-बीम लेजर वेल्डिंग के लाभों और व्यवहार्यता का प्रचार किया। कई सत्यापन और मूल्यांकन के बाद, डिजाइन संस्थान ने एक विशिष्ट विमान के लिए रिब्ड वॉल पैनल के निर्माण में इस तकनीक को लागू करने का निर्णय लिया, जिससे विमान निर्माण में "डबल-बीम लेजर वेल्डिंग" तकनीक को लागू करने का प्रारंभिक लक्ष्य प्राप्त हुआ। इसने हल्के मिश्र धातुओं के लिए लेजर वेल्डिंग फिलर वायर के सटीक नियंत्रण जैसी प्रमुख तकनीकों में महत्वपूर्ण प्रगति की, एक एकीकृत और अभिनव डबल-बीम लेजर फिलर वायर हाइब्रिड वेल्डिंग उपकरण विकसित किया, चीन का पहला उच्च-शक्ति वाला डबल-बीम लेजर फिलर वायर वेल्डिंग प्लेटफॉर्म स्थापित किया, बड़ी पतली दीवारों वाली संरचनाओं में टी-जोड़ों की डबल-बीम और दोनों तरफ से सिंक्रोनस वेल्डिंग को साकार किया, और पहली बार विमानन रिब्ड वॉल पैनलों के प्रमुख संरचनात्मक भागों के वेल्डिंग निर्माण में इसे सफलतापूर्वक लागू किया, जिससे चीन के नए विमानों के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। 2003 में, एचजी लेजर द्वारा प्रदान किए गए पहले घरेलू बड़े पैमाने पर ऑनलाइन स्ट्रिप वेल्डिंग उपकरण के पूर्ण सेट ने ऑफलाइन स्वीकृति प्राप्त की। यह उपकरण लेजर कटिंग, वेल्डिंग और हीट ट्रीटमेंट को एकीकृत करता है, जिससे एचजी लेजर इस तरह के उपकरण का उत्पादन करने में सक्षम दुनिया के चौथे उद्यमों में से एक बन गया है। 2004 में, एचजी लेजर फार्ले लेजरलैब की परियोजना "उच्च-शक्ति लेजर कटिंग, वेल्डिंग और संयुक्त कटिंग-वेल्डिंग प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी और उपकरण" ने राष्ट्रीय विज्ञान और प्रौद्योगिकी प्रगति पुरस्कार में द्वितीय पुरस्कार जीता, जिससे यह चीन की एकमात्र लेजर कंपनी बन गई जिसके पास इस प्रौद्योगिकी और उपकरण की अनुसंधान एवं विकास क्षमता है। औद्योगिक लेजर उद्योग के तीव्र विकास के साथ, बाजार ने लेजर प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी के लिए उच्चतर आवश्यकताएं रखी हैं। लेजर प्रौद्योगिकी धीरे-धीरे एकल अनुप्रयोग से विविध अनुप्रयोगों की ओर बढ़ रही है। लेजर प्रसंस्करण के संदर्भ में, यह अब केवल कटिंग या वेल्डिंग तक सीमित नहीं है। कटिंग और वेल्डिंग को संयोजित करने वाले एकीकृत लेजर प्रसंस्करण उपकरणों की बाजार मांग बढ़ रही है, और इस प्रकार एकीकृत लेजर कटिंग और वेल्डिंग उपकरण सामने आए हैं। एचजी लेजर फार्ले लेजरलैब ने 9×3 मीटर के अति-विशाल प्रारूप वाली Walc9030 एकीकृत कटिंग और वेल्डिंग मशीन विकसित की है, जो वर्तमान में दुनिया का सबसे बड़ा प्रारूप वाला एकीकृत लेजर कटिंग और वेल्डिंग उपकरण है। Walc9030 एक बड़े प्रारूप वाला कटिंग और वेल्डिंग उपकरण है जो कटिंग और वेल्डिंग को एकीकृत करता है।लेजर कटिंग और लेजर वेल्डिंग फ़ंक्शनइसमें एक पेशेवर कटिंग हेड और एक वेल्डिंग हेड लगा है, और दोनों प्रोसेसिंग हेड एक ही बीम साझा करते हैं। न्यूमेरिकल कंट्रोल तकनीक यह सुनिश्चित करती है कि वे एक दूसरे के काम में बाधा न डालें। यह उपकरण कटिंग और वेल्डिंग दोनों प्रक्रियाओं को एक साथ पूरा कर सकता है। यह पहले कटिंग और फिर वेल्डिंग, या पहले वेल्डिंग और फिर कटिंग के बीच आसानी से स्विच कर सकता है, जिससे अतिरिक्त उपकरण की आवश्यकता के बिना एक ही उपकरण से लेजर कटिंग और वेल्डिंग दोनों कार्य पूरे हो जाते हैं। इससे उपकरण निर्माताओं के लिए उपकरण लागत में बचत होती है, प्रोसेसिंग दक्षता और प्रोसेसिंग रेंज में सुधार होता है। इसके अलावा, कटिंग और वेल्डिंग के एकीकरण के कारण, प्रोसेसिंग सटीकता पूरी तरह से सुनिश्चित होती है, और उपकरण का प्रदर्शन कुशल और स्थिर होता है। साथ ही, इसने अति-विशाल प्लेटों की टेलर-वेल्डिंग के दौरान प्लेटों के थर्मल विरूपण की कठिनाइयों को दूर किया है और अति-लंबी उड़ान ऑप्टिकल पथों को स्थिर रूप से साकार किया है। यह एक बार में 6 मीटर लंबाई और 1.5 मीटर चौड़ाई की दो सपाट प्लेटों को वेल्ड कर सकता है, और वेल्ड की गई सतह बिना किसी अतिरिक्त पोस्ट-प्रोसेसिंग के चिकनी और सपाट होती है। साथ ही, यह बिना किसी द्वितीयक स्थिति निर्धारण के एक ही निर्माण प्रक्रिया में 3 मीटर चौड़ाई, 6 मीटर से अधिक लंबाई और 20 मिमी से कम मोटाई वाली प्लेटों को काट सकता है। चीनी विज्ञान अकादमी के शेनयांग स्वचालन संस्थान ने आईएचआई कॉर्पोरेशन (जापान) के साथ अंतर्राष्ट्रीय सहयोग किया। "परिचय, आत्मसात, अवशोषण और पुन: नवाचार" की राष्ट्रीय वैज्ञानिक और तकनीकी विकास रणनीति का पालन करते हुए, इसने कई प्रमुख प्रौद्योगिकियों में प्रगति की है।लेजर टेलर-वेल्डिंगसितंबर 2006 में, गोंग शुइली ने चीन की पहली पूर्ण लेजर टेलर-वेल्डिंग उत्पादन लाइन विकसित की और सफलतापूर्वक एक रोबोटिक लेजर वेल्डिंग प्रणाली विकसित की, जिससे समतल और स्थानिक वक्रों की लेजर वेल्डिंग संभव हो सकी। अक्टूबर 2013 में, एक चीनी वेल्डिंग विशेषज्ञ ने वेल्डिंग के क्षेत्र में सर्वोच्च शैक्षणिक पुरस्कार, ब्रुक पुरस्कार जीता। वेल्डिंग संस्थान (TWI, यूके) 120 से अधिक देशों में स्थित 4,000 से अधिक सदस्य इकाइयों में से प्रतिवर्ष उम्मीदवारों की अनुशंसा और नामांकन करता है और अंत में वेल्डिंग या जॉइनिंग के विज्ञान और प्रौद्योगिकी तथा इसके औद्योगिक अनुप्रयोग में उनके उत्कृष्ट योगदान को मान्यता देते हुए एक विशेषज्ञ को यह पुरस्कार प्रदान करता है। यह पुरस्कार न केवल गोंग शुइली और उनकी टीम की उपलब्धि को मान्यता देता है, बल्कि सामग्री जॉइनिंग प्रौद्योगिकी की प्रगति को बढ़ावा देने में AVIC की भूमिका की पुष्टि भी करता है।

## संरचनात्मक पैरामीटर

### कार्यप्रणाली: इसमें एक प्रकाशीय दोलक और दोलक गुहा के दोनों सिरों पर दर्पणों के बीच रखा एक माध्यम होता है। जब माध्यम को उच्च-ऊर्जा अवस्था में उत्तेजित किया जाता है, तो यह समान कला में प्रकाश तरंगें उत्पन्न करना शुरू कर देता है, जो दोनों सिरों पर दर्पणों के बीच परावर्तित होकर प्रकाश विद्युत अभिवृद्धि प्रभाव उत्पन्न करती हैं। इससे प्रकाश तरंगें प्रवर्धित होती हैं, और पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त होने पर लेजर उत्सर्जित होता है। लेजर को एक ऐसे उपकरण के रूप में भी परिभाषित किया जा सकता है जो प्राथमिक ऊर्जा स्रोतों जैसे विद्युत ऊर्जा, रासायनिक ऊर्जा, ऊष्मीय ऊर्जा, प्रकाश ऊर्जा या परमाणु ऊर्जा को विशिष्ट प्रकाशीय आवृत्तियों (पराबैंगनी प्रकाश, दृश्य प्रकाश या अवरक्त प्रकाश) के विद्युत चुम्बकीय विकिरण किरणों में परिवर्तित करता है। यह रूपांतरण कुछ ठोस, द्रव या गैसीय माध्यमों में आसानी से किया जा सकता है। जब इन माध्यमों को परमाणुओं या अणुओं के रूप में उत्तेजित किया जाता है, तो वे लगभग समान कला और लगभग एक ही तरंगदैर्ध्य वाली प्रकाश किरण उत्पन्न करते हैं—लेजर। अपनी समकालिकता और एकल तरंगदैर्ध्य के कारण, इसका विचलन कोण बहुत छोटा होता है, और वेल्डिंग, कटिंग और हीट ट्रीटमेंट जैसे कार्यों के लिए इसे अत्यधिक केंद्रित होने से पहले लंबी दूरी तक संचारित किया जा सकता है। ### लेज़रों का वर्गीकरण वेल्डिंग के लिए मुख्य रूप से दो प्रकार के लेज़र उपयोग किए जाते हैं, अर्थात् CO₂ लेज़र और Nd:YAG लेज़र। CO₂ लेज़र और Nd:YAG लेज़र दोनों ही नंगी आंखों से अदृश्य अवरक्त प्रकाश होते हैं। Nd:YAG लेज़र द्वारा उत्पन्न किरण मुख्य रूप से 1.06μm तरंगदैर्ध्य वाला निकट-अवरक्त प्रकाश होता है। इस तरंगदैर्ध्य के प्रकाश के लिए ऊष्मीय चालकों की अवशोषण दर अपेक्षाकृत अधिक होती है, और अधिकांश धातुओं के लिए परावर्तनशीलता 20%-30% होती है। मानक ऑप्टिकल लेंस का उपयोग करके निकट-अवरक्त किरण को 0.25mm व्यास तक केंद्रित किया जा सकता है। CO₂ लेज़र की किरण 10.6μm तरंगदैर्ध्य वाला सुदूर-अवरक्त प्रकाश होती है। अधिकांश धातुओं में इस प्रकार के प्रकाश के लिए परावर्तनशीलता 80%-90% होती है, इसलिए किरण को 0.75-1.0 मिमी व्यास तक केंद्रित करने के लिए विशेष ऑप्टिकल लेंस की आवश्यकता होती है। Nd:YAG लेज़रों की शक्ति सामान्यतः 4,000-6,000 वाट तक पहुँच सकती है, और अब अधिकतम शक्ति 10,000 वाट तक पहुँच चुकी है। इसके विपरीत, CO₂ लेज़रों की शक्ति आसानी से 20,000 वाट या उससे भी अधिक तक पहुँच सकती है। उच्च-शक्ति वाले CO₂ लेज़र कीहोल प्रभाव के माध्यम से उच्च परावर्तनशीलता की समस्या का समाधान करते हैं। जब प्रकाश बिंदु द्वारा विकिरणित पदार्थ की सतह पिघलती है, तो एक कीहोल बनता है। वाष्प से भरा यह कीहोल एक ब्लैक बॉडी की तरह होता है, जो आपतित प्रकाश की लगभग सभी ऊर्जा को अवशोषित कर लेता है। कीहोल के अंदर संतुलन तापमान लगभग 25,000°C तक पहुँच जाता है, और कुछ माइक्रोसेकंड के भीतर परावर्तनशीलता तेजी से घट जाती है। हालांकि CO₂ लेज़रों के विकास का मुख्य केंद्र अभी भी उपकरण विकास और अनुसंधान है, लेकिन अब इसका उद्देश्य अधिकतम आउटपुट पावर बढ़ाना नहीं है, बल्कि बीम की गुणवत्ता और फोकसिंग क्षमता को बेहतर बनाना है। इसके अलावा, जब 10 किलोवाट से अधिक पावर वाले CO₂ लेज़र वेल्डिंग में आर्गन को शील्डिंग गैस के रूप में उपयोग किया जाता है, तो यह अक्सर तीव्र प्लाज्मा उत्पन्न करता है, जिससे प्रवेश गहराई कम हो जाती है। इसलिए, हीलियम, जो प्लाज्मा उत्पन्न नहीं करता है, का उपयोग उच्च-शक्ति वाले CO₂ लेज़र वेल्डिंग में शील्डिंग गैस के रूप में किया जाता है। उच्च-शक्ति वाले Nd:YAG क्रिस्टलों को उत्तेजित करने के लिए डायोड लेज़र संयोजनों का अनुप्रयोग एक महत्वपूर्ण अनुसंधान और विकास विषय है, जिससे लेज़र बीम की गुणवत्ता में काफी सुधार होगा और अधिक कुशल लेज़र प्रसंस्करण संभव होगा। निकट-अवरक्त क्षेत्र में लेज़रों को उत्तेजित करने और आउटपुट करने के लिए डायरेक्ट डायोड एरे के उपयोग से औसतन 1 किलोवाट पावर और लगभग 50% की फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता प्राप्त हुई है। डायोड का सेवा जीवन भी लंबा (10,000 घंटे) होता है, जिससे लेज़र उपकरणों के रखरखाव की लागत कम करने में मदद मिलती है। डायोड-पंप सॉलिड-स्टेट लेजर (डीपीएसएसएल) उपकरणों का विकास भी आगे बढ़ रहा है।