आधुनिक लेजर वेल्डिंग प्रौद्योगिकी पर विशेष विषय – लेजर स्पॉट वेल्डिंग पर विशेष ध्यान

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स्पॉट वेल्डिंग एक उच्च गति और किफायती जोड़ विधि है। यह पतली प्लेटों को लैप जॉइंट से जोड़ने के लिए उपयुक्त है, जिसमें वायुरोधी होना आवश्यक नहीं है। स्पॉट वेल्डिंग कई प्रकार की होती है, जैसे प्रतिरोध स्पॉट वेल्डिंग, आर्क स्पॉट वेल्डिंग, चिपकने वाली स्पॉट वेल्डिंग आदि।कंपोजिट स्पॉट वेल्डिंगऔर लेज़र स्पॉट वेल्डिंग। वर्तमान में, उत्पादन में प्रतिरोध स्पॉट वेल्डिंग का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, कार बॉडी पैनल घटकों की असेंबली के दौरान 3,000 से 4,000 वेल्ड स्पॉट की आवश्यकता होती है, जिसके लिए 250 से 300 रोबोट, सहायक नियंत्रण प्रणाली और अन्य सहायक उपकरणों की आवश्यकता होती है। हालांकि, प्रतिरोध स्पॉट वेल्डिंग में लचीलापन कम होता है। तीव्र आर्थिक विकास के साथ, ऑटोमोटिव घटकों के ज्यामितीय आकार और संरचनाओं का अद्यतन चक्र बहुत छोटा हो गया है। नए उत्पादों और मॉडलों के उन्नयन के लिए एक नई प्रकार की स्पॉट वेल्डिंग तकनीक की आवश्यकता है जो कुशल और लचीली हो। इसलिए, लेज़र स्पॉट वेल्डिंग तकनीक धीरे-धीरे ध्यान का केंद्र बन गई है और ऑटोमोटिव औद्योगिक उत्पादन में इसके व्यापक अनुप्रयोग की उम्मीद है। एयरोस्पेस क्षेत्र में भी, लेज़र स्पॉट वेल्डिंग को एक वैकल्पिक तकनीक के रूप में परखा जा रहा है। लंबे समय से, एयरोस्पेस उत्पादों के लैप जॉइंट में आमतौर पर रिवेटिंग का उपयोग किया जाता रहा है, जिसमें कई उत्पादन प्रक्रियाएं और भारी कार्यभार शामिल होता है। एल्यूमीनियम मिश्र धातु, टाइटेनियम मिश्र धातु और मिश्रित सामग्री जैसे नए पदार्थों के बढ़ते अनुप्रयोग के साथ, पारंपरिक जॉइनिंग विधियों को बदलने के लिए नई वेल्डिंग तकनीकों को अपनाना एक मुख्यधारा का चलन बन गया है। इससे न केवल उत्पादन क्षमता में सुधार होता है, बल्कि संरचनात्मक भार भी कम होता है और नई संरचनात्मक डिजाइन आवश्यकताओं को पूरा किया जा सकता है, जो एयरोस्पेस उत्पादों के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। लेजर स्पॉट वेल्डिंग की उच्च परिशुद्धता और उच्च लचीलापन इसे व्यावहारिक उत्पादन में महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करते हैं, विशेष रूप से विमानन उद्योग में, जहां यह प्रतिरोध स्पॉट वेल्डिंग और रिवेटिंग जैसी पारंपरिक प्रक्रियाओं का स्थान ले सकता है।

I. लेजर स्पॉट वेल्डिंग की परिभाषा और विशेषताएँ

परिभाषा

लेजर स्पॉट वेल्डिंग से तात्पर्य एक ही लेजर पल्स (t > 1ms) या एक ही स्थान पर लेजर पल्स की एक श्रृंखला का उपयोग करके वर्कपीस को पिघलाने और जोड़ने की प्रक्रिया से है।
लेजर स्पॉट वेल्डिंग मूल रूप से अन्य लेजर वेल्डिंग प्रक्रियाओं के समान है; एकमात्र अंतर यह है कि स्पॉट वेल्डिंग के दौरान लेजर बीम और वर्कपीस के बीच कोई सापेक्ष विस्थापन नहीं होता है। लेजर स्पॉट वेल्डिंग को दो प्रकारों में विभाजित किया गया है: थर्मल कंडक्शन वेल्डिंग और कीहोल वेल्डिंग। थर्मल कंडक्शन स्पॉट वेल्डिंग में, लेजर धातु को वाष्पीकृत किए बिना केवल पिघला सकता है। यह विधि 0.5 मिमी से कम मोटाई वाली धातुओं की वेल्डिंग के लिए अधिक उपयुक्त है, जैसे इलेक्ट्रॉनिक घटकों की Nd:YAG लेजर स्पॉट वेल्डिंग। कीहोल लेजर स्पॉट वेल्डिंग में, लेजर कीहोल के माध्यम से सीधे सामग्री के आंतरिक भाग में प्रवेश कर सकता है, जिससे लेजर ऊर्जा की उपयोग दर बढ़ जाती है और अधिक प्रवेश गहराई प्राप्त होती है। पारंपरिक प्रतिरोध स्पॉट वेल्डिंग विद्युत प्रवाह द्वारा उत्पन्न प्रतिरोध ऊष्मा का उपयोग करके वर्कपीस को पिघलाकर वेल्ड स्पॉट बनाती है, जबकि लेजर स्पॉट वेल्डिंग का ऊष्मा स्रोत लेजर विकिरण है, जिसके परिणामस्वरूप वेल्ड स्पॉट के आकार में काफी अंतर होता है।
लेजर स्पॉट वेल्डिंग के समायोज्य मापदंडों में आमतौर पर लेजर शक्ति, स्पॉट वेल्डिंग समय और डिफोकस मात्रा शामिल होते हैं। पल्स मोड का उपयोग करके स्पॉट वेल्डिंग के लिए, मापदंडों में पल्स तरंगरूप, आवृत्ति और ड्यूटी चक्र भी शामिल होते हैं। इनमें से, लेजर शक्ति मुख्य रूप से वेल्ड स्पॉट की प्रवेश गहराई को प्रभावित करती है, जबकि स्पॉट वेल्डिंग समय वेल्ड स्पॉट के पार्श्व आकार पर अधिक प्रभाव डालता है। सामान्यतः, लेजर क्रिया का समय जितना लंबा होता है, वेल्ड स्पॉट की ऊपरी और निचली सतहों का आकार और संलयन सतह का आकार उतना ही बड़ा होता है। डिफोकस मात्रा में परिवर्तन मुख्य रूप से स्पॉट व्यास और वर्कपीस सतह पर कार्य करने वाली ऊर्जा घनत्व को प्रभावित करते हैं, जिससे वेल्ड स्पॉट के समग्र आकार पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

विशेषताएँ

  1. लेजर को ऊष्मा स्रोत के रूप में उपयोग करने से, स्पॉट वेल्डिंग उच्च गति, उच्च परिशुद्धता, कम ऊष्मा इनपुट और न्यूनतम वर्कपीस विरूपण प्रदान करती है।
  2. स्पॉट वेल्डिंग पोजीशन में स्वतंत्रता की डिग्री में काफी सुधार हुआ है, जिससे सभी पोजीशन में स्पॉट वेल्डिंग संभव हो पाती है और इसे आसानी से साकार किया जा सकता है।एक तरफा स्पॉट वेल्डिंगइस प्रकार, उत्पाद डिजाइन की स्वतंत्रता में काफी वृद्धि होती है।
  3. लेजर स्पॉट वेल्डिंग में लैप जॉइंट के आकार की आवश्यकताएँ कम होती हैं। लैप जॉइंट की संख्या और वेल्ड स्पॉट के बीच की दूरी जैसे मापदंडों पर न्यूनतम प्रतिबंध होते हैं, और करंट शंटिंग के प्रभाव पर विचार करने की कोई आवश्यकता नहीं होती है।
  4. असमान मोटाई वाली प्लेटों, भिन्न-भिन्न सामग्रियों और विशेष सामग्रियों (एल्यूमीनियम मिश्र धातु, गैल्वनाइज्ड शीट) की वेल्डिंग के लिए, लेजर स्पॉट वेल्डिंग पारंपरिक स्पॉट वेल्डिंग विधियों की तुलना में बेहतर प्रदर्शन करती है।
  5. इसमें बड़ी संख्या में सहायक उपकरणों की आवश्यकता नहीं होती है, यह उत्पाद परिवर्तनों के अनुरूप तेजी से ढल सकता है और बाजार की मांगों को पूरा कर सकता है।

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II. लेजर स्पॉट वेल्डिंग का दोष विश्लेषण

लेजर स्पॉट वेल्डिंग में दरारें, छिद्र और ढीलापन सबसे आम दोष हैं, जिनका विश्लेषण नीचे एक-एक करके किया गया है।

1. दरारें

दरारों को सतही दरारों और अनुदैर्ध्य दरारों में विभाजित किया जाता है। लेजर स्पॉट वेल्डिंग के दौरान तापन और शीतलन की दर बहुत तीव्र होती है, जिसके परिणामस्वरूप गर्म क्षेत्र और आसपास की धातु के बीच तापमान का अंतर बहुत अधिक होता है, जिससे दरारें आसानी से बन जाती हैं। दरारों का बनना सामग्री से निकटता से संबंधित है; उदाहरण के लिए, स्टेनलेस स्टील की तुलना में एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में लेजर स्पॉट वेल्डिंग के दौरान दरार पड़ने की प्रवृत्ति कहीं अधिक होती है। दरार बनने को रोकने का एक प्रभावी तरीका पल्स तरंगरूप को अनुकूलित करना है ताकि धातु के जमने की प्रक्रिया की शीतलन दर को नियंत्रित किया जा सके और आंतरिक तनाव को कम किया जा सके।

2. छिद्र

लेजर स्पॉट वेल्डिंग में छिद्रयुक्त दोषों (पोर्स) को छोटे और बड़े छिद्रों में विभाजित किया जा सकता है। छोटे छिद्र मुख्य रूप से धातु के जमने के दौरान तरल धातु में हाइड्रोजन की घुलनशीलता में कमी, साथ ही कीहोल में धातु के तेजी से वाष्पीकरण और पिघले हुए पूल में गड़बड़ी के कारण होते हैं। बड़े छिद्र मुख्य रूप से लेजर स्पॉट वेल्डिंग के दौरान बहुत तेज शीतलन दर के कारण होते हैं, जिससे कीहोल के आसपास की धातु को भरने के लिए पर्याप्त समय नहीं मिल पाता है। सामान्यतः, छोटे छिद्र लंबी पल्स वाली स्पॉट वेल्डिंग में बनने की अधिक संभावना होती है, जबकि बड़े छिद्र छोटी पल्स वाली स्पॉट वेल्डिंग में होने की अधिक संभावना होती है।
लेजर स्पॉट वेल्डिंग में छिद्र बनने की सबसे अधिक संभावना दो स्थानों पर होती है: एक वेल्ड स्पॉट के मध्य में संलयन क्षेत्र के पास और दूसरा वेल्ड की जड़ में। एक्स-रे द्वारा ली गई पिघलने की छवियों से पता चलता है कि संलयन क्षेत्र के पास के छिद्र मुख्य रूप से कीहोल के बंद होने पर सिकुड़न के कारण बनते हैं; वेल्ड की जड़ में छिद्र मुख्य रूप से कीहोल बनने के बाद लेजर के तेजी से गायब होने के कारण कीहोल के ढहने से बनते हैं।

3. लटकना

लेजर स्पॉट वेल्डिंग में धंसाव एक स्पष्ट घटना है। वेल्ड स्पॉट की सतह पर केंद्रीय धंसाव और उसके आसपास धातु का जमाव, धातु के वाष्पीकरण से उत्पन्न प्रतिक्षेप बल के कारण होता है, जो तरल धातु को वेल्ड स्पॉट की सतह पर धकेल देता है। शीतलन प्रक्रिया के दौरान, सतह पर जमा धातु तेजी से जम जाती है और पूरी तरह से वापस नहीं भरी जा सकती। इसके अलावा, तेजी से धातु के वाष्पीकरण और छिटकाव के कारण होने वाली सामग्री की हानि भी केंद्रीय धंसाव का एक अन्य कारण है। पल्स समय का वेल्ड स्पॉट की सतह के धंसाव और छिद्रों के निर्माण दोनों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। पल्स तरंगरूप और समय को अनुकूलित करके संतोषजनक वेल्ड स्पॉट प्राप्त किए जा सकते हैं।

4. वेल्ड स्पॉट पर डिफोकस मात्रा का प्रभाव

डिफोकस मात्रा में परिवर्तन स्पॉट व्यास और ऊर्जा घनत्व को सीधे प्रभावित करता है। जब डिफोकस मात्रा ऋणात्मक और धनात्मक दोनों दिशाओं में बढ़ती है, तो इसका अर्थ है कि स्पॉट व्यास बढ़ता है और ऊर्जा घनत्व घटता है। लेजर स्पॉट वेल्डिंग के दौरान, स्पॉट व्यास और परीक्षण टुकड़े पर लेजर के आपतन से बने प्रारंभिक छेद के आकार के बीच एक निश्चित संबंध होता है, जबकि ऊर्जा घनत्व पिघले हुए पूल की विस्तार दर निर्धारित करता है। जब डिफोकस मात्रा का निरपेक्ष मान कम होता है, तो लेजर स्पॉट व्यास छोटा होता है, लेजर शक्ति घनत्व अधिक होता है, और वेल्ड स्पॉट पिघले हुए पूल की विस्तार दर तीव्र होती है, लेकिन प्रारंभिक छेद का व्यास छोटा होता है। इसके विपरीत, जब डिफोकस मात्रा अधिक होती है, तो प्रारंभिक छेद का व्यास बड़ा होता है, लेकिन पिघले हुए पूल की विस्तार दर धीमी हो जाती है, और परिणामस्वरूप वेल्ड स्पॉट का आकार बड़ा नहीं हो सकता है। इसलिए, डिफोकस मात्रा में परिवर्तन के दौरान, स्पॉट व्यास और वेल्ड स्पॉट के सतही शक्ति घनत्व का समग्र प्रभाव वेल्ड स्पॉट के आकार को निर्धारित करता है।

III. लेजर स्पॉट वेल्डिंग प्रौद्योगिकी का अनुप्रयोग

लेजर स्पॉट वेल्डिंग में उच्च गति, अधिक प्रवेश गहराई, न्यूनतम विरूपण जैसी विशेषताएं हैं और इसे साधारण वेल्डिंग उपकरणों के साथ कमरे के तापमान पर या विशेष परिस्थितियों में किया जा सकता है। इसके अलावा, उच्च आवृत्ति पल्स लेजर (40 पल्स प्रति सेकंड से अधिक आवृत्ति वाले) के उद्भव ने बड़े पैमाने पर स्वचालित उत्पादन में सूक्ष्म और छोटे घटकों की असेंबली और वेल्डिंग में लेजर स्पॉट वेल्डिंग के व्यापक अनुप्रयोग को संभव बनाया है। छोटे इलेक्ट्रॉनिक घटकों की वेल्डिंग करते समय, जिनमें कम ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र की आवश्यकता होती है—जैसे कि कांच और धातु के बीच का कनेक्शन, ऊष्मा-संवेदनशील अर्धचालक परिपथों में जोड़ों का कनेक्शन, और तारों में विभिन्न धातुओं के बीच का कनेक्शन—लेजर स्पॉट वेल्डिंग पारंपरिक स्पॉट वेल्डिंग प्रक्रियाओं (जैसे, प्रतिरोध स्पॉट वेल्डिंग) की तुलना में अधिक लाभप्रद है, क्योंकि इसमें प्रदूषण-मुक्त वेल्ड स्पॉट और उच्च वेल्डिंग गुणवत्ता प्राप्त होती है। चित्र 6-60 ऑटोमोटिव हेडलाइट्स के उत्पादन में लेजर स्पॉट वेल्डिंग के एक अनुप्रयोग का उदाहरण दिखाता है: एक 500W सॉलिड-स्टेट पल्स लेजर बहुत उच्च पल्स आवृत्ति के साथ चार समान वेल्ड स्पॉट उत्पन्न करता है।
उच्च पल्स ऊर्जा का उपयोग करके सूक्ष्म संरचनाओं पर उच्च परिशुद्धता स्पॉट वेल्डिंग करते समय, पल्सड Nd:YAG लेजर तकनीकी और आर्थिक रूप से फायदेमंद होते हैं। अधिकांश औद्योगिक स्पॉट वेल्डिंग अनुप्रयोगों में, 50W की औसत शक्ति और 2kW से अधिक पल्स शक्ति वाले पल्सड सॉलिड-स्टेट लेजर का उपयोग किया जाता है। यह लेजर ऑप्टिकल फाइबर या संयुक्त फोकसिंग लेंस के माध्यम से सीधे वर्कपीस पर कार्य कर सकता है।

लेजर स्पॉट वेल्डिंग का उपयोग कई प्रकार की सामग्रियों पर किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, लिथियम बैटरी की स्पॉट वेल्डिंग करते समय, नेड का उपयोग किया जाता है:वाईएजी लेजर स्पॉट वेल्डिंग तकनीकविभिन्न धातुओं को जोड़ने के लिए यह विधि TIG वेल्डिंग और रेजिस्टेंस स्पॉट वेल्डिंग की तुलना में अधिक कुशल है। विशेष रूप से, उत्पादन के दौरान लेजर संचारित करने के लिए ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग किए जाने के कारण, विभिन्न वर्कबेंचों के बीच तेजी से और लचीले ढंग से आवागमन करना सुविधाजनक होता है।
संक्षेप में, लेजर स्पॉट वेल्डिंग की निम्नलिखित विशेषताएं हैं:
  1. लेजर शक्ति में वृद्धि के साथ, वेल्ड स्पॉट का सतही व्यास घटता-बढ़ता रहता है, जबकि संलयन सतह और निचली सतह का व्यास धीरे-धीरे बढ़ता है। वेल्ड स्पॉट के अनुप्रस्थ काट के आकार में परिवर्तन स्पष्ट नहीं होता। समय अवधि बढ़ने के साथ, वेल्ड स्पॉट का आकार तेजी से बढ़ता है, और संलयन सतह के व्यास में परिवर्तन की दर ऊपरी और निचली सतहों के व्यास में परिवर्तन की दर से अधिक होती है। विफोकस की मात्रा में परिवर्तन का वेल्ड स्पॉट के आकार पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। यह स्पॉट के व्यास और लेजर शक्ति घनत्व को सीधे प्रभावित करता है, और इन दोनों कारकों का संयुक्त प्रभाव वेल्ड स्पॉट के आकार को निर्धारित करता है।
  2. पूर्ण प्रवेश की स्थिति में, लेजर स्पॉट वेल्ड की सतह पर स्पष्ट धंसाव दिखाई देता है। लेजर की शक्ति और अवधि बढ़ने के साथ, वेल्ड स्पॉट की सतह पर धंसाव की गहराई भी बढ़ती है। जब अवधि या गैप का आकार बड़ा होता है, तो निचली सतह पर गड्ढे भी दिखाई दे सकते हैं।
  3. जैसे-जैसे गैप बढ़ता है, वेल्ड स्पॉट का समग्र विरूपण, केंद्रीय धंसाव और धंसाव स्पष्ट हो जाते हैं। फ्यूजन सतह सिकुड़ जाती है और मजबूती तेजी से घटती है। वर्तमान में, प्रतिरोधकों, बैटरियों और इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में वेल्डिंग के लिए दो स्पॉट को एक साथ वेल्ड करने की प्रक्रिया आमतौर पर उपयोग की जाती है, जिसमें आमतौर पर दो लेजर प्रकाश स्रोतों वाले डिजाइन का उपयोग किया जाता है।

पोस्ट करने का समय: 27 अक्टूबर 2025