लेजर स्टॉर्म – दोहरी किरण लेजर प्रौद्योगिकी में भविष्य के तकनीकी परिवर्तन 1

परंपरागत वेल्डिंग तकनीक की तुलना में,लेसर वेल्डिंगवेल्डिंग की सटीकता, दक्षता, विश्वसनीयता, स्वचालन और अन्य पहलुओं में इसके अद्वितीय लाभ हैं। हाल के वर्षों में, इसने ऑटोमोबाइल, ऊर्जा, इलेक्ट्रॉनिक्स और अन्य क्षेत्रों में तेजी से विकास किया है, और इसे 21वीं सदी की सबसे आशाजनक विनिर्माण प्रौद्योगिकियों में से एक माना जाता है।

1. डबल-बीम का अवलोकनलेसर वेल्डिंग

डबल-बीमलेसर वेल्डिंगवेल्डिंग के लिए एक ही लेजर को दो अलग-अलग प्रकाश किरणों में विभाजित करने के लिए ऑप्टिकल विधियों का उपयोग करना, या दो अलग-अलग प्रकार के लेजरों को संयोजित करना, जैसे कि CO2 लेजर, Nd: YAG लेजर और उच्च-शक्ति अर्धचालक लेजर, इन सभी को संयोजित किया जा सकता है। इसका मुख्य उद्देश्य असेंबली सटीकता के लिए लेजर वेल्डिंग की अनुकूलता को बढ़ाना, वेल्डिंग प्रक्रिया की स्थिरता में सुधार करना और वेल्ड की गुणवत्ता में सुधार करना है। डबल-बीमलेसर वेल्डिंगबीम ऊर्जा अनुपात, बीम स्पेसिंग और यहां तक ​​कि दो लेजर बीमों के ऊर्जा वितरण पैटर्न को बदलकर वेल्डिंग तापमान क्षेत्र को आसानी से और लचीले ढंग से समायोजित किया जा सकता है, जिससे कीहोल के अस्तित्व पैटर्न और पिघले हुए पूल में तरल धातु के प्रवाह पैटर्न में परिवर्तन होता है। यह वेल्डिंग प्रक्रियाओं का व्यापक विकल्प प्रदान करता है। इसमें न केवल बड़े आकार के फायदे हैं, बल्कि यह वेल्डिंग तापमान क्षेत्र को भी आसानी से और लचीले ढंग से समायोजित कर सकता है।लेसर वेल्डिंगयह तीव्र पैठ, तेज गति और उच्च परिशुद्धता प्रदान करता है, लेकिन साथ ही उन सामग्रियों और जोड़ों के लिए भी उपयुक्त है जिन्हें पारंपरिक वेल्डिंग विधियों से वेल्ड करना मुश्किल होता है।लेसर वेल्डिंग.

डबल-बीम के लिएलेसर वेल्डिंगसबसे पहले, हम डबल-बीम लेजर के कार्यान्वयन विधियों पर चर्चा करेंगे। व्यापक साहित्य से पता चलता है कि डबल-बीम वेल्डिंग प्राप्त करने के दो मुख्य तरीके हैं: ट्रांसमिशन फोकसिंग और रिफ्लेक्शन फोकसिंग। विशेष रूप से, एक तरीका फोकसिंग दर्पणों और कोलिमेटिंग दर्पणों के माध्यम से दो लेजरों के कोण और दूरी को समायोजित करके प्राप्त किया जाता है। दूसरा तरीका लेजर स्रोत का उपयोग करके और फिर परावर्तक दर्पणों, पारगम्य दर्पणों और वेज-आकार के दर्पणों के माध्यम से फोकस करके दोहरी किरणें प्राप्त करना है। पहले तरीके के लिए, मुख्य रूप से तीन रूप हैं। पहला तरीका ऑप्टिकल फाइबर के माध्यम से दो लेजरों को जोड़ना और उन्हें एक ही कोलिमेटिंग दर्पण और फोकसिंग दर्पण के नीचे दो अलग-अलग किरणों में विभाजित करना है। दूसरा तरीका यह है कि दो लेजर अपने-अपने वेल्डिंग हेड के माध्यम से लेजर किरणें उत्सर्जित करते हैं, और वेल्डिंग हेड की स्थानिक स्थिति को समायोजित करके एक दोहरी किरण बनाई जाती है। तीसरा तरीका यह है कि लेजर किरण को पहले दो दर्पणों 1 और 2 के माध्यम से विभाजित किया जाता है, और फिर क्रमशः दो फोकसिंग दर्पणों 3 और 4 द्वारा फोकस किया जाता है। दो फोकसिंग दर्पणों 3 और 4 के कोणों को समायोजित करके दो फोकस बिंदुओं की स्थिति और उनके बीच की दूरी को नियंत्रित किया जा सकता है। दूसरी विधि में, ठोस-अवस्था लेजर का उपयोग करके प्रकाश को विभाजित करके दोहरी किरणें प्राप्त की जाती हैं, और परिप्रेक्ष्य दर्पण और फोकसिंग दर्पण के माध्यम से कोण और उनके बीच की दूरी को समायोजित किया जाता है। नीचे पहली पंक्ति में अंतिम दो चित्र CO2 लेजर की स्पेक्ट्रोस्कोपिक प्रणाली को दर्शाते हैं। समतल दर्पण को कील के आकार के दर्पण से बदल दिया गया है और इसे फोकसिंग दर्पण के सामने रखा गया है ताकि प्रकाश को विभाजित करके समानांतर दोहरी किरणें प्राप्त की जा सकें।

डबल बीम के कार्यान्वयन को समझने के बाद, आइए वेल्डिंग के सिद्धांतों और विधियों का संक्षिप्त परिचय प्राप्त करें। डबल-बीम मेंलेसर वेल्डिंगइस प्रक्रिया में, तीन सामान्य बीम व्यवस्थाएँ होती हैं, अर्थात् सीरियल व्यवस्था, समानांतर व्यवस्था और हाइब्रिड व्यवस्था। वेल्डिंग की दिशा और वेल्डिंग की ऊर्ध्वाधर दिशा दोनों में दूरी होती है। जैसा कि चित्र की अंतिम पंक्ति में दिखाया गया है, सीरियल वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान अलग-अलग स्पॉट स्पेसिंग के तहत दिखाई देने वाले छोटे छिद्रों और पिघले हुए पूलों के विभिन्न आकारों के अनुसार, इन्हें आगे एकल पिघल में विभाजित किया जा सकता है। इसकी तीन अवस्थाएँ हैं: पूल, सामान्य पिघला हुआ पूल और पृथक पिघला हुआ पूल। एकल पिघले हुए पूल और पृथक पिघले हुए पूल की विशेषताएँ एकल पिघले हुए पूल के समान होती हैं।लेसर वेल्डिंगजैसा कि संख्यात्मक सिमुलेशन आरेख में दिखाया गया है। विभिन्न प्रकारों के लिए अलग-अलग प्रक्रिया प्रभाव होते हैं।

प्रकार 1: एक निश्चित स्थान अंतराल के तहत, दो बीम कीहोल एक ही पिघले हुए पूल में एक सामान्य बड़ा कीहोल बनाते हैं; प्रकार 1 के लिए, यह बताया गया है कि प्रकाश की एक किरण का उपयोग एक छोटा छेद बनाने के लिए किया जाता है, और प्रकाश की दूसरी किरण का उपयोग वेल्डिंग हीट ट्रीटमेंट के लिए किया जाता है, जो उच्च कार्बन स्टील और मिश्र धातु स्टील के संरचनात्मक गुणों को प्रभावी ढंग से बेहतर बना सकता है।

टाइप 2: एक ही पिघले हुए पूल में स्पॉट स्पेसिंग बढ़ाएं, दो बीमों को दो स्वतंत्र कीहोल में अलग करें, और पिघले हुए पूल के प्रवाह पैटर्न को बदलें; टाइप 2 के लिए, इसका कार्य दो इलेक्ट्रॉन बीम वेल्डिंग के बराबर है, और उचित फोकल लंबाई पर वेल्ड स्पैटर और अनियमित वेल्ड को कम करता है।

प्रकार 3: स्पॉट स्पेसिंग को और बढ़ाएं और दोनों बीमों के ऊर्जा अनुपात को बदलें, ताकि वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान एक बीम का उपयोग प्री-वेल्डिंग या पोस्ट-वेल्डिंग प्रोसेसिंग के लिए ऊष्मा स्रोत के रूप में किया जा सके, और दूसरे बीम का उपयोग छोटे छेद बनाने के लिए किया जा सके। प्रकार 3 के लिए, अध्ययन में पाया गया कि दोनों बीम एक कीहोल बनाते हैं, छोटा छेद आसानी से ढहता नहीं है, और वेल्ड में छिद्र बनने की संभावना कम होती है।

2. वेल्डिंग प्रक्रिया का वेल्डिंग गुणवत्ता पर प्रभाव

वेल्डिंग सीम निर्माण पर सीरियल बीम-ऊर्जा अनुपात का प्रभाव

जब लेज़र पावर 2 किलोवाट, वेल्डिंग गति 45 मिमी/सेकंड, डिफोकस मात्रा 0 मिमी और बीम स्पेसिंग 3 मिमी होती है, तो RS (RS = 0.50, 0.67, 1.50, 2.00) में परिवर्तन के साथ वेल्ड सतह का आकार चित्र में दर्शाया गया है। RS = 0.50 और 2.00 पर, वेल्ड में अधिक गड्ढे बन जाते हैं और वेल्ड के किनारे पर अधिक छींटे पड़ते हैं, जिससे नियमित मछली के तराजू जैसे पैटर्न नहीं बनते। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि बीम ऊर्जा अनुपात बहुत कम या बहुत अधिक होने पर, लेज़र ऊर्जा बहुत अधिक केंद्रित हो जाती है, जिससे वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान लेज़र पिनहोल अधिक तेज़ी से कंपन करता है, और भाप के प्रतिक्षेप दबाव के कारण पिघले हुए धातु का निष्कासन और छींटे पड़ते हैं; अत्यधिक ऊष्मा इनपुट के कारण एल्यूमीनियम मिश्र धातु की तरफ पिघले हुए धातु की प्रवेश गहराई बहुत अधिक हो जाती है, जिससे गुरुत्वाकर्षण के कारण एक गड्ढा बन जाता है। जब RS का मान 0.67 और 1.50 होता है, तो वेल्ड सतह पर मछली के शल्क जैसा पैटर्न एकसमान होता है, वेल्ड का आकार अधिक सुंदर होता है, और वेल्ड सतह पर कोई भी दिखाई देने वाली वेल्डिंग दरारें, छिद्र या अन्य वेल्डिंग दोष नहीं होते हैं। विभिन्न बीम ऊर्जा अनुपातों (RS) के साथ वेल्ड के अनुप्रस्थ काट के आकार चित्र में दिखाए गए हैं। वेल्ड का अनुप्रस्थ काट एक विशिष्ट "वाइन ग्लास आकार" का होता है, जो दर्शाता है कि वेल्डिंग प्रक्रिया लेजर डीप पेनिट्रेशन वेल्डिंग मोड में की गई है। RS का एल्युमीनियम मिश्र धातु की तरफ वेल्ड की प्रवेश गहराई P2 पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। जब बीम ऊर्जा अनुपात RS का मान 0.5 होता है, तो P2 1203.2 माइक्रोन होता है। जब बीम ऊर्जा अनुपात RS का मान 0.67 और 1.5 होता है, तो P2 काफी कम हो जाता है, जो क्रमशः 403.3 माइक्रोन और 93.6 माइक्रोन होता है। जब बीम ऊर्जा अनुपात RS का मान 2 होता है, तो जोड़ के अनुप्रस्थ काट की वेल्ड प्रवेश गहराई 1151.6 माइक्रोन होती है।

वेल्डिंग सीम निर्माण पर समानांतर बीम-ऊर्जा अनुपात का प्रभाव

जब लेजर पावर 2.8 किलोवाट, वेल्डिंग गति 33 मिमी/सेकंड, डिफोकस मात्रा 0 मिमी और बीम स्पेसिंग 1 मिमी होती है, तो बीम ऊर्जा अनुपात (RS=0.25, 0.5, 0.67, 1.5, 2, 4) को बदलकर वेल्ड सतह प्राप्त की जाती है। इसका स्वरूप चित्र में दिखाया गया है। जब RS=2 होता है, तो वेल्ड की सतह पर मछली के तराजू जैसा पैटर्न अपेक्षाकृत अनियमित होता है। अन्य पांच अलग-अलग बीम ऊर्जा अनुपातों द्वारा प्राप्त वेल्ड की सतह सुव्यवस्थित होती है, और इसमें छिद्र और छींटे जैसे कोई दृश्यमान दोष नहीं होते हैं। इसलिए, सीरियल ड्यूल-बीम की तुलना में,लेसर वेल्डिंगसमानांतर दोहरी बीमों का उपयोग करके वेल्ड की सतह अधिक एकसमान और सुंदर होती है। जब RS=0.25 होता है, तो वेल्ड में हल्का गड्ढा दिखाई देता है; बीम ऊर्जा अनुपात धीरे-धीरे बढ़ने पर (RS=0.5, 0.67 और 1.5), वेल्ड की सतह एकसमान हो जाती है और कोई गड्ढा नहीं बनता; हालांकि, जब बीम ऊर्जा अनुपात और बढ़ता है (RS=1.50, 2.00), तो वेल्ड की सतह पर गड्ढे दिखाई देने लगते हैं। बीम ऊर्जा अनुपात RS=0.25, 1.5 और 2 होने पर, वेल्ड का अनुप्रस्थ काट "वाइन ग्लास के आकार" का होता है; RS=0.50, 0.67 और 1 होने पर, वेल्ड का अनुप्रस्थ काट "फ़नल के आकार" का होता है। RS=4 होने पर, वेल्ड के निचले भाग में दरारें तो बनती ही हैं, साथ ही वेल्ड के मध्य और निचले भाग में कुछ छिद्र भी बन जाते हैं। RS=2 होने पर, वेल्ड के अंदर बड़े छिद्र दिखाई देते हैं, लेकिन कोई दरार नहीं बनती। जब RS का मान 0.5, 0.67 और 1.5 होता है, तो एल्युमीनियम मिश्र धातु की तरफ वेल्ड की प्रवेश गहराई P2 कम होती है, और वेल्ड का अनुप्रस्थ काट सुव्यवस्थित होता है तथा कोई स्पष्ट वेल्डिंग दोष नहीं बनता है। इससे पता चलता है कि समानांतर दोहरी-बीम लेजर वेल्डिंग के दौरान बीम ऊर्जा अनुपात का भी वेल्ड प्रवेश और वेल्डिंग दोषों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

समानांतर बीम – वेल्डिंग सीम निर्माण पर बीम की दूरी का प्रभाव

जब लेज़र पावर 2.8 किलोवाट, वेल्डिंग गति 33 मिमी/सेकंड, डिफोकस मात्रा 0 मिमी और बीम ऊर्जा अनुपात RS=0.67 हो, तो बीम स्पेसिंग (d=0.5 मिमी, 1 मिमी, 1.5 मिमी, 2 मिमी) को बदलकर वेल्ड सतह की आकृति प्राप्त की जाती है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। जब d=0.5 मिमी, 1 मिमी, 1.5 मिमी, 2 मिमी होता है, तो वेल्ड की सतह चिकनी और सपाट होती है, और आकृति सुंदर होती है; वेल्ड का मछली के तराजू जैसा पैटर्न नियमित और सुंदर होता है, और कोई दृश्यमान छिद्र, दरारें या अन्य दोष नहीं होते हैं। इसलिए, चारों बीम स्पेसिंग स्थितियों के तहत, वेल्ड सतह अच्छी तरह से निर्मित होती है। इसके अलावा, जब d=2 मिमी होता है, तो दो अलग-अलग वेल्ड बनते हैं, जो दर्शाता है कि दो समानांतर लेज़र बीम अब पिघले हुए पूल पर कार्य नहीं करते हैं, और एक प्रभावी दोहरी-बीम लेज़र हाइब्रिड वेल्डिंग नहीं बना सकते हैं। बीम की दूरी 0.5 मिमी होने पर, वेल्ड "फ़नल के आकार" का होता है, एल्युमीनियम मिश्र धातु की तरफ वेल्ड की प्रवेश गहराई P2 712.9 माइक्रोन होती है, और वेल्ड के अंदर कोई दरार, छिद्र या अन्य दोष नहीं होते हैं। बीम की दूरी बढ़ने के साथ, एल्युमीनियम मिश्र धातु की तरफ वेल्ड की प्रवेश गहराई P2 में काफी कमी आती है। बीम की दूरी 1 मिमी होने पर, एल्युमीनियम मिश्र धातु की तरफ वेल्ड की प्रवेश गहराई केवल 94.2 माइक्रोन होती है। बीम की दूरी और बढ़ने पर, एल्युमीनियम मिश्र धातु की तरफ वेल्ड में प्रभावी प्रवेश नहीं हो पाता है। इसलिए, 0.5 मिमी की बीम दूरी पर, दोहरी बीम पुनर्संयोजन का प्रभाव सर्वोत्तम होता है। बीम की दूरी बढ़ने के साथ, वेल्डिंग के लिए आवश्यक ऊष्मा तेजी से घटती है, और दो-बीम लेजर पुनर्संयोजन का प्रभाव धीरे-धीरे खराब होता जाता है।

वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान पिघले हुए पूल के अलग-अलग प्रवाह और शीतलन ठोसकरण के कारण वेल्ड आकृति विज्ञान में अंतर होता है। संख्यात्मक सिमुलेशन विधि न केवल पिघले हुए पूल के तनाव विश्लेषण को अधिक सहज बनाती है, बल्कि प्रायोगिक लागत को भी कम करती है। नीचे दिया गया चित्र एकल बीम, विभिन्न व्यवस्थाओं और स्पॉट स्पेसिंग के साथ साइड मेल्ट पूल में होने वाले परिवर्तनों को दर्शाता है। मुख्य निष्कर्षों में शामिल हैं: (1) एकल-बीम के दौरानलेसर वेल्डिंगइस प्रक्रिया में, पिघले हुए द्रव के कुंड का छेद सबसे गहरा होता है, वहाँ छेद के ढहने की घटना होती है, छेद की दीवार अनियमित होती है, और छेद की दीवार के पास प्रवाह क्षेत्र का वितरण असमान होता है; पिघले हुए द्रव के कुंड की पिछली सतह के पास पुन: प्रवाह तीव्र होता है, और पिघले हुए द्रव के कुंड के तल पर ऊपर की ओर पुन: प्रवाह होता है; सतह पर पिघले हुए द्रव के कुंड का प्रवाह क्षेत्र वितरण अपेक्षाकृत एकसमान और धीमा होता है, और गहराई की दिशा में पिघले हुए द्रव के कुंड की चौड़ाई असमान होती है। दोहरी बीम में छोटे छेदों के बीच पिघले हुए द्रव के कुंड में दीवार के प्रतिक्षेप दबाव के कारण विक्षोभ होता है।लेसर वेल्डिंगऔर यह हमेशा छोटे छिद्रों की गहराई की दिशा में मौजूद रहता है। जैसे-जैसे दो किरणों के बीच की दूरी बढ़ती जाती है, किरण की ऊर्जा घनत्व धीरे-धीरे एकल शिखर से दोहरे शिखर अवस्था में परिवर्तित हो जाती है। दोनों शिखरों के बीच एक न्यूनतम मान होता है, और ऊर्जा घनत्व धीरे-धीरे घटता जाता है। (2) दोहरे किरण के लिएलेसर वेल्डिंगजब स्पॉट स्पेसिंग 0-0.5 मिमी होती है, तो पिघले हुए पूल के छोटे छिद्रों की गहराई थोड़ी कम हो जाती है, और समग्र पिघले हुए पूल का प्रवाह व्यवहार सिंगल-बीम के समान होता है।लेसर वेल्डिंगजब स्पॉट स्पेसिंग 1 मिमी से अधिक होती है, तो छोटे छेद पूरी तरह से अलग हो जाते हैं, और वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान दोनों लेज़रों के बीच लगभग कोई परस्पर क्रिया नहीं होती है, जो 1750W की शक्ति वाले दो क्रमिक/दो समानांतर सिंगल-बीम लेज़र वेल्डिंग के बराबर है। प्रीहीटिंग प्रभाव लगभग न के बराबर होता है, और पिघले हुए पूल का प्रवाह व्यवहार सिंगल-बीम लेज़र वेल्डिंग के समान होता है। (3) जब स्पॉट स्पेसिंग 0.5-1 मिमी होती है, तो दोनों व्यवस्थाओं में छोटे छेदों की दीवार की सतह अधिक समतल होती है, छोटे छेदों की गहराई धीरे-धीरे कम होती जाती है, और तल धीरे-धीरे अलग होता जाता है। छोटे छेदों और सतह पर पिघले हुए पूल के प्रवाह के बीच व्यवधान 0.8 मिमी पर सबसे अधिक होता है। क्रमिक वेल्डिंग के लिए, पिघले हुए पूल की लंबाई धीरे-धीरे बढ़ती जाती है, स्पॉट स्पेसिंग 0.8 मिमी पर चौड़ाई सबसे अधिक होती है, और स्पॉट स्पेसिंग 0.8 मिमी पर प्रीहीटिंग प्रभाव सबसे स्पष्ट होता है। मारंगोनी बल का प्रभाव धीरे-धीरे कमजोर होता जाता है, और अधिक धातु द्रव पिघले हुए पूल के दोनों किनारों पर प्रवाहित होता है। पिघले हुए पदार्थ की चौड़ाई का वितरण अधिक एकसमान बनाएं। समानांतर वेल्डिंग के लिए, पिघले हुए पूल की चौड़ाई धीरे-धीरे बढ़ती है, और लंबाई 0.8 मिमी पर अधिकतम होती है, लेकिन इसमें पूर्व-तापन का कोई प्रभाव नहीं होता; मारंगोनी बल के कारण सतह के पास हमेशा ही रिफ्लो होता है, और छोटे छेद के तल पर नीचे की ओर रिफ्लो धीरे-धीरे गायब हो जाता है; अनुप्रस्थ काट प्रवाह क्षेत्र उतना अच्छा नहीं होता जितना कि श्रृंखला वेल्डिंग में होता है, विक्षोभ पिघले हुए पूल के दोनों किनारों पर प्रवाह को मुश्किल से प्रभावित करता है, और पिघले हुए पदार्थ की चौड़ाई असमान रूप से वितरित होती है।