लेजर वेल्डिंग पारंपरिक विधियों की तुलना में मजबूत सीमें कैसे बनाती है?

मजबूत और अधिक स्थायी वेल्ड के उद्देश्य से कई कंपनियां लेजर वेल्डिंग जैसी उन्नत तकनीकों का उपयोग करना शुरू कर रही हैं। कई कंपनियां सीम की मजबूती और सटीकता दोनों को प्राथमिकता देती हैं, जिससे लेजर वेल्डिंग सबसे अच्छा समाधान बन जाती है। उद्योग में अभी भी MIG, TIG और प्रतिरोध वेल्डिंग का उपयोग किया जाता है, लेकिन लेजर वेल्डिंग अधिक लाभकारी है।

ऑटोमोटिव और एयरोस्पेस उद्योगों में लेजर वेल्ड का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। लेजर वेल्डिंग द्वारा प्रदान की जाने वाली सटीकता प्रक्रिया के भौतिकी संबंधी जटिलताओं और सामग्री में आए परिवर्तनों के कारण होती है। इस लेख में उन कारणों को बताया गया है कि वेल्ड की मजबूती उसे बनाने के लिए उपयोग की गई विधि के आधार पर कैसे भिन्न होती है।

लेजर वेल्डिंग का परिचय

लेजर का उपयोग करके दो या अधिक सामग्री के टुकड़ों को जोड़ने वाली वेल्डिंग प्रक्रिया। लेजर के कई मोड होते हैं और यह ऊष्मा चालन और वेल्डिंग तथा गहरे प्रवेश वेल्डिंग पर केंद्रित होता है। ऊष्मा चालन वेल्डिंग में, जिसका उपयोग अत्यंत पतली सामग्री की चादरों या ऐसे अनुप्रयोगों को जोड़ने के लिए किया जाता है जिनमें बहुत कम या बिल्कुल प्रवेश की आवश्यकता नहीं होती है, लेजर शक्ति को अपेक्षाकृत कम रखा जाता है (लगभग 105-106W/cm ² )। इस स्थिति में, कार्यपृष्ठ पिघल जाता है, लेकिन वाष्पीकरण नहीं होता है।

फिर सतह की ऊष्मा को सामग्री के आंतरिक भाग में चालन के माध्यम से स्थानांतरित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक वेल्ड पूल का निर्माण होता है जो ठोस हो जाता है और दोनों टुकड़ों को जोड़ देता है। वेल्ड की चौड़ाई और गहराई संरचनात्मक उद्देश्यों की तुलना में सौंदर्य संबंधी उद्देश्यों के लिए अधिक उपयुक्त होती है।

कीनोट वेल्डिंग नामक लेजर वेल्डिंग तकनीक बहुत अधिक वेल्डिंग शक्ति घनत्व (106 -107 वाट/सेमी2) पर काम करती है, जो गहरे प्रवेशन वेल्डिंग (जिसे कीहोल वेल्डिंग के रूप में भी जाना जाता है) के लाभों को बढ़ाती है। जब लेजर सामग्री के एक विशिष्ट बिंदु पर प्रहार करता है, तो यह त्वरित गर्मी के साथ उबलने के तापमान (वाष्पीकरण सीमा) तक पहुंच जाता है, फिर धातु गर्म हो जाती है, और धातु का वाष्प विभिन्न बाहरी ओरों के कारण धकेला जाता है, जिससे एक कुंजीछिद्र बनता है। उत्पादित धातु वाष्प तरल धातु को एक तरफ धकेलता है और एक गहरी, संकरी गुहा, या जैसा कि इसे कुंजीछिद्र कहा जाता है, बनाता है, जो लेजर ऊर्जा को सामग्री के भीतर गहराई तक जारी रखने की अनुमति देता है, जो सामग्री की सतह पर चालन द्वारा संभव होता है उससे काफी आगे तक। एक कुंजीछिद्र गहरे प्रवेशन वेल्डिंग की विशेषता है। तरल धातु को कुंजीछिद्र के सामने गर्म किया जाता है, और जैसे-जैसे लेजर किरण वेल्ड पथ के साथ आगे बढ़ती है, यह किनारों के चारों ओर बहती है और पीछे की ओर ठोस हो जाती है, जिससे असाधारण रूप से गहरी और संकरी वेल्ड बनती है।

लेजर वेल्डिंग और कीहोल के उपयोग से 10:1 अनुपात में गहराई-से-चौड़ाई अनुपात, पारंपरिक वेल्डिंग के साथ लगभग असंभव है। भेदन की गहराई से परे अनुपात का महत्व वेल्डेड जोड़ पर समग्र रूप से तनाव के अधिक अनुकूल वितरण के साथ उभरता है। पारंपरिक आर्क वेल्डिंग के विपरीत जो उथले, चौड़े बीड छोड़ देती है जो संभावित रूप से सतह पर तनाव केंद्रित कर सकते हैं, लेजर वेल्डिंग 'का गहरा, संकीर्ण चाप तनाव को सामग्री की मोटाई में समान रूप से वितरित करने की अनुमति देता है। इससे जोड़ की शक्ति में उल्लेखनीय सुधार होता है।

लेजर वेल्डिंग के सिलाई की शक्ति केवल ज्यामिति पर आधारित नहीं होती, बल्कि आधार भूत सामग्री की मुख्य विशेषताओं को बरकरार रखने वाले मूलभूत धातुकर्मीय परिवर्तनों से उत्पन्न होती है। वेल्डिंग संचालन तकनीकों और विधियों के कम होने से एचएजेड (HAZ) के विस्तार में योगदान होता है, जो लेजर वेल्डिंग द्वारा बहुत अधिक पसंद किया जाता है, एमआईजी (MIG) और टीआईजी (TIG) वेल्डिंग की तुलना में।

गर्मी के साथ वो कुछ सेकंड कई ताकत बढ़ाने वाले प्रभाव उत्पन्न करते हैं। यह वेल्डेड भागों में अवशिष्ट तनाव और विकृति को कम कर देता है। वेल्डिंग की अन्य विधियों में, ऊष्मा इनपुट के कारण वेल्डिंग घटक असंतुलित तापीय प्रसार और संकुचन से गुजरते हैं, जिसके परिणामस्वरूप तनाव और विकृति बनी रहती है। यह तनाव क्षेत्र वेल्डिंग असेंबली की संरचनात्मक बनावट को गंभीर रूप से प्रभावित कर सकता है। 'इन अंतर्निहित तनावों के कारण चक्रीय भारण के कारण थकान वाली दरारें भी शुरू हो सकती हैं। चक्रीय भार वाले घटक को विकृति के कारण बहुत सारी सुधार मशीनीकरण की आवश्यकता होती है। लेकिन लेजर वेल्डिंग के मामले में यह विकृति बहुत कम होती है और इस प्रकार, हम घटक के आयामों में ताकत के बजाय अन्य विशेषताओं पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैं।

लेजर वेल्डिंग हीटिंग और कूलिंग चक्रों में भी सहायता करती है, जिससे सूक्ष्म धातु संरचना विकसित करने की सुविधा मिलती है। सूक्ष्म दानों वाली धातु आमतौर पर अधिक मजबूत और कठोर होती है, जिससे घटक मजबूत होता है। एक अध्ययन में पुष्टि की गई कि स्टेनलेस स्टील पर लेजर वेल्डिंग में एक गलन पूल का निर्माण होता है जहाँ ठोसीकरण होता है। ठोसीकरण प्रक्रिया के बाद स्टेनलेस स्टील की सूक्ष्म संरचना में परिवर्तन आता है, जिससे यांत्रिक गुणों में सुधार होता है। 'इसके सूक्ष्म संरचना में परिवर्तन होता है, जिससे यांत्रिक गुणों में सुधार होता है। यह पारंपरिक वेल्डिंग तकनीक के विपरीत है, जहाँ धीमी ठंडा होने की प्रक्रिया से मोटे दानों की संरचना और कमजोर जोड़ बनता है।

ताकत के लाभ का सबसे अच्छा उदाहरण उच्च-मजबूती वाली आधुनिक सामग्री में लेजर वेल्डिंग के माध्यम से इंजीनियर गुणों को बरकरार रखते हुए प्राप्त होता है। कई उन्नत उच्च-शक्ति वाले मिश्र धातु और मिश्र धातु अपने यांत्रिक गुणों को उच्च स्तरीय तापीय प्रसंस्करण तकनीक से प्राप्त करते हैं। पारंपरिक वेल्डिंग का उपयोग करके इन सामग्रियों को तापीय चक्र से गुजारा गया है और उनकी सूक्ष्म संरचना को इंजीनियरिंग के अनुसार बदल दिया गया है। इन सामग्रियों में वांछनीय होने योग्य सूक्ष्म संरचना होती है, जो बदल दी गई है। लेजर वेल्डिंग में, मूल धातु के गुण बरकरार रहते हैं क्योंकि मूल सामग्री की ताकत संरक्षित रहती है और वेल्डेड असेंबली में बनी रहती है।

उत्पादन की दक्षता और प्रक्रियाओं की लचीलापन

कार्य-वस्तु के किनारे पर सीम की स्थिति के कारण सीम शक्ति के स्पष्ट तकनीकी लाभों के अतिरिक्त, लेज़र वेल्डिंग उत्पादन में महत्वपूर्ण दक्षता प्रदान करने में भी सिद्ध हुई है, जिससे आधुनिक निर्माण में इन प्रक्रियाओं को अपनाना अधिक आकर्षक बन गया है। ये प्रक्रियाएँ पारंपरिक वेल्डिंग प्रक्रियाओं की तुलना में काफी तेज़ी से काम करती हैं। जहाँ लेज़र वेल्डिंग प्रति मिनट 200 इंच से अधिक की वेल्डिंग गति प्राप्त कर सकती है, और MIG वेल्डिंग 20 से 40 इंच प्रति मिनट की गति से आगे बढ़ती है, वहीं पहली प्रक्रिया प्रति मिनट 200 इंच से अधिक की वेल्डिंग गति प्राप्त कर सकती है। तेज़ प्रक्रियाएँ अधिकांश पारंपरिक प्रक्रियाओं की तुलना में तेज़ होती हैं, इस सीमा तक कि जिस प्रक्रिया में कई घंटे लग सकते हैं, वह अन्य प्रक्रियाओं के साथ कुछ मिनटों में पूरी हो सकती है। लेज़र वेल्डिंग के अपनाने के एक दस्तावेजीकृत मामले में यह दर्शाया गया है कि लगभग दस घंटे तक संचालित एक गेट के वेल्डिंग में लगने वाला समय 40 मिनट तक कम हो गया।

जब हम कम आवश्यकता/कम मात्रा वाली पोस्ट-प्रोसेसिंग पर विचार करते हैं, तो दक्षता की कहानी और भी अधिक उल्लेखनीय हो जाती है। वेल्डमेंट्स को आमतौर पर ऐसी सतह प्राप्त करने के लिए बहुत सारी सिंकिंग ऑपरेशन्स की आवश्यकता होती है जो विकृति मुक्त हो। इन ऑपरेशन्स में ग्राइंडिंग, मशीनिंग और स्ट्रेटनिंग शामिल हैं, और मशीनिंग प्रक्रिया के ये चरण प्रक्रिया में जोड़े गए मूल्य की मात्रा से कोई मौद्रिक लाभ प्राप्त नहीं करते हैं। लेजर बीम तकनीक का उपयोग करके बनाए गए वेल्डेड लैमिनेटेड शीट्स एक वेल्डेड लैमिनेटेड संरचना का उत्पादन करते हैं, जिसमें साथ में साफ-शर्प एज और सतहों को बनाए रखने का अतिरिक्त लाभ भी होता है। यह आमतौर पर उन मामलों में महत्वपूर्ण होता है जहाँ लेजर वेल्डेड संरचनाओं को बाद में कोट करने की आवश्यकता होती है, क्योंकि कोटिंग आवेदन के लिए कुछ सतह विशेषताओं की आवश्यकता होती है, जैसे कि एज विकृति मुक्त हों। इसके साथ-साथ कम द्वितीयक प्रक्रियाओं के कारण बहुत समय की बचत होगी।

लेजर वेल्डिंग स्वचालित कारखाने की स्थापना के साथ असाधारण रूप से अच्छी तरह से काम करती है, जिससे इसकी दक्षता और भी बढ़ जाती है। रोबोटिक प्रणालियाँ आसानी से लेजर बीम को इंगित कर सकती हैं और बिना कार्य-वस्तु (वर्कपीस) को छुए उसे स्थानांतरित कर सकती हैं, और जोर देकर कहा जाए, तो बिना वास्तविक रूप से कार्य-वस्तु से टकराए। कई मामलों में, एक लेजर स्रोत कई कार्यस्थलों की सेवा कर सकता है, जो बीम-विभाजन विन्यास है, और बदले में, लेजर संचालन प्रणालियों की स्वायत्तता बढ़ाने में कार्यस्थल की सहायता करता है। यह स्वायत्तता निर्माताओं को अपनी उत्पादन लाइनों को बिना ज्यादा विराम के अपरिवर्तित रखने में मदद करती है। इसी तरह, लेजर वेल्डिंग प्रक्रिया की गैर-संपर्क विशेषता का अर्थ है कि पारंपरिक वेल्डिंग प्रणालियों के साथ आने वाले पहने हुए उपकरण मौजूद नहीं होते हैं, जिससे प्रणाली लंबे समय तक बेहतर प्रदर्शन करने में सक्षम होती है। इससे प्रणाली के बिना सेवा के संचालन के समय को बढ़ा दिया जाता है, साधारण ऑप्टिकल रखरखाव के अलावा।

विभिन्न सामग्री के प्रकारों और मोटाई में लेजर वेल्डिंग को अनुकूलित करने की क्षमता इसके पक्ष में और अधिक तर्क देती है। यह प्रक्रिया एकल पास में एक मिलीमीटर के अंश जितनी पतली सामग्री से लेकर 25 मिमी मोटी इस्पात सेक्शन तक सब कुछ संभालती है। इस क्षमता के कारण मोटी सामग्री के लिए पारंपरिक वेल्डिंग तकनीकों में बार-बार पास की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। इसके अतिरिक्त, टाइटेनियम, एल्युमीनियम और अन्य धातुओं के विभिन्न संयोजन जैसी चुनौतीपूर्ण सामग्री पर काम करने की लेजर वेल्डिंग की क्षमता, जिन्हें अन्य वेल्डिंग प्रणालियाँ संभाल नहीं पाती हैं, आश्चर्यजनक है।

लेजर वेल्डिंग का एक अन्य महत्वपूर्ण लाभ निरंतर वेल्ड गुणवत्ता है जो सीम की मजबूती की विश्वसनीयता से सीधे जुड़ी होती है। यह प्रक्रिया ऑपरेटर को उन्नत सेंसर के माध्यम से वेल्डिंग प्रक्रिया के महत्वपूर्ण घटकों को वास्तविक समय में लगातार ट्रैक करने की उच्च स्तरीय नियंत्रण क्षमता प्रदान करती है। निगरानी के दौरान उपयोग की जाने वाली प्रणालियों को आमतौर पर तीन श्रेणियों में विभाजित किया जाता है। पहली श्रेणी में प्री-वेल्ड प्रणाली शामिल होती है, जो लेजर बीम की सटीक स्थिति सुनिश्चित करने के लिए जॉइंट लाइन को ट्रैक करती है। दूसरी श्रेणी में, वेल्डिंग के दौरान, कैमरों से लैस निगरानी प्रणाली वेल्ड पूल और कीहोल को ट्रैक और विश्लेषण करती है। अंतिम श्रेणी, पोस्ट-वेल्ड प्रणाली, सीम का आकलन करती है ताकि यह जांचा जा सके कि वह गुणवत्ता मानकों को पूरा करती है या नहीं।

पारंपरिक वेल्डिंग विधियों के साथ इस स्तर के नियंत्रण को प्राप्त करना बहुत अधिक कठिन है, जहाँ मानव ऑपरेटरों के कौशल और स्थिरता का महत्व बहुत अधिक हो जाता है। मानव ऑपरेटर पारंपरिक वेल्डिंग पर अधिक नियंत्रण रखते हैं, लेकिन लेजर वेल्डिंग के मामले में, मशीन पूरी तरह से स्वचालित होती है। एक बार जब मशीन वेल्डिंग पैरामीटर सीख लेती है, तो उत्पादन चलाने के लिए चाहे वह हजार या एक मिलियन घटकों के लिए ही क्यों न हो, उन्हें बिल्कुल सटीक रूप से दोहराया जाएगा। प्रत्येक वेल्डेड जोड़ में यांत्रिक गुणों का एक ही समूह होगा। ऐसे उद्योगों में जहाँ वेल्ड विफलता स्वीकार्य नहीं है, जैसे कि चिकित्सा उपकरणों, ऑटोमोटिव सुरक्षा भागों या एयरोस्पेस में, स्थिरता स्वयं वेल्डेड भागों की तुलना में अधिक महत्वपूर्ण और अधिक सराहना की जाती है।

लेजर वेल्डिंग के दौरान नियंत्रित ठोसीकरण की प्रक्रिया संयुक्त को कमजोर करने वाली कई वेल्ड दोषों के होने की संभावना को कम कर देती है। गैस की छिद्रता और मिश्र धातु तत्वों का पृथक्करण ऐसी खामियाँ हैं जिन्हें प्रक्रिया के त्वरित शीतलन चरण द्वारा सीमित किया जाता है। इसके अलावा, ऊर्जा आपूर्ति के नियंत्रण से पतली शीट सामग्री पर विशेष रूप से अवतलता और जल जाने (अंडरकट एवं बर्न-थ्रू) को खत्म करने में मदद मिलती है। हाँ, लेजर वेल्डिंग कुछ पुरानी वेल्डिंग तकनीकों की तुलना में अधिक सटीक संयुक्त संरेखण की आवश्यकता होती है। लेकिन आधुनिक प्रणालियाँ ऑसिलेटिंग लेजर बीम जैसी तकनीकों का उपयोग करती हैं जो बड़े जोड़ों को बंद कर देती हैं और संकर प्रणालियाँ जो लेजर और पारंपरिक तार फीडिंग को जोड़ती हैं, जिससे यह प्रक्रिया आसान हो जाती है।

उद्योग विशेषज्ञ स्वीकार करते हैं कि पारंपरिक वेल्डिंग तकनीकों के पीछे कुशल प्रक्रियाओं और वर्षों के ज्ञान का एक मजबूत आधार है, जबकि बेहतर प्रक्रिया नियंत्रण के कारण लेजर वेल्डिंग अधिक विश्वसनीय और भविष्यवाणी योग्य परिणाम प्रदान करती है। बाजार में लगातार उन्नत और बढ़ती किफायती लेजर तकनीक इस बात को और अधिक सच साबित कर रही है कि ऐसी प्रक्रियाएं जिनमें विफलता के शून्य बिंदु होने चाहिए, वे लेजर वेल्डिंग का उपयोग कर सकते हैं 'एक प्रमुख विक्रय बिंदु के रूप में स्थिरता।

निष्कर्ष

सबूत यह साबित करते हैं कि प्रवेशन, धातुकर्म और प्रक्रिया नियंत्रण के संदर्भ में लेजर वेल्डिंग अन्य विधियों से बेहतर है, जिससे मजबूत सीमें बनती हैं। प्रवेशन वेल्डिंग और कीहोल प्रभाव बेहतर तनाव वितरण के लिए बनाते हैं। कम ऊष्मा विकृति और न्यूनतम ऊष्मा निवेश आधार सामग्री की विशेषताओं को बरकरार रखने और विकृति को कम करने में भी मदद करते हैं। उच्च जोड़ की ताकत वाले वेल्डिंग अनुप्रयोगों में लेजर तकनीक के साथ दक्षता, गुणवत्ता और उत्पादन के संयुक्त लाभ एक मजबूत तर्क प्रस्तुत करते हैं।

बेशक, पारंपरिक तरीकों का अभी भी महत्व है —विशेष रूप से जब उपकरणों की लागत कम हो, या असेंबली कम मात्रा में और जटिल हो, जिससे स्वचालन अव्यवहारिक हो जाता है —लेकिन लेजर वेल्डिंग के दृढ़ता परिणामों के खिलाफ तर्क करना कठिन है। विनिर्माण उद्योग में वर्तमान और भावी परियोजनाओं और उत्पादों की मांग है कि सब कुछ हल्का, मजबूत और अधिक विश्वसनीय हो। इससे लेजर वेल्डिंग की आवश्यकता और अधिक महत्वपूर्ण हो जाएगी। जो कंपनियाँ इन लेजर वेल्डिंग परियोजनाओं का उपयोग करेंगी और नए उत्पाद विकसित करेंगी, वे अपने उद्योगों में अग्रणी होंगी। यह संभावना उनके उत्पादों को उन्नत लेजर जोड़ तकनीक के कारण उत्कृष्ट बना देगी।