पारंपरिक वेल्डिंग तंत्रज्ञानाच्या तुलनेत,लेझर वेल्डिंगवेल्डिंगची अचूकता, कार्यक्षमता, विश्वसनीयता, स्वचालन आणि इतर बाबींमध्ये याचे अतुलनीय फायदे आहेत. अलिकडच्या वर्षांत, ऑटोमोबाईल, ऊर्जा, इलेक्ट्रॉनिक्स आणि इतर क्षेत्रांमध्ये याचा वेगाने विकास झाला आहे, आणि २१ व्या शतकातील सर्वात आशादायक उत्पादन तंत्रज्ञानांपैकी एक म्हणून याला ओळखले जाते.
१. डबल-बीमचा आढावालेझर वेल्डिंग
दुहेरी-बीमलेझर वेल्डिंगवेल्डिंगसाठी ऑप्टिकल पद्धती वापरून एकाच लेझरला प्रकाशाच्या दोन स्वतंत्र किरणांमध्ये विभागणे, किंवा CO2 लेझर, Nd: YAG लेझर आणि उच्च-शक्ती सेमीकंडक्टर लेझर यांसारख्या दोन वेगवेगळ्या प्रकारच्या लेझर्सना एकत्र करणे, हे सर्व एकत्र केले जाऊ शकते. लेझर वेल्डिंगची असेंब्ली अचूकतेशी जुळवून घेण्याची क्षमता सुधारणे, वेल्डिंग प्रक्रियेची स्थिरता वाढवणे आणि वेल्डची गुणवत्ता सुधारणे, या मुख्य समस्या सोडवण्यासाठी हा प्रस्ताव मांडण्यात आला होता. दुहेरी-किरणलेझर वेल्डिंगदोन लेझर बीमचे बीम ऊर्जा गुणोत्तर, बीममधील अंतर आणि अगदी ऊर्जा वितरण पद्धती बदलून वेल्डिंग तापमान क्षेत्र सोयीस्करपणे आणि लवचिकपणे समायोजित करता येते, तसेच कीहोलच्या अस्तित्वाची पद्धत आणि वितळलेल्या भागातील द्रव धातूच्या प्रवाहाची पद्धत बदलता येते. यामुळे वेल्डिंग प्रक्रियेसाठी अधिक व्यापक पर्याय उपलब्ध होतात. याचे केवळ मोठे फायदेच नाहीत, तरलेझर वेल्डिंगखोलवर शिरकाव, वेगवान गती आणि उच्च अचूकता, तसेच पारंपरिक वेल्डिंगने जोडण्यास अवघड असलेल्या सामग्री आणि जोडांसाठीही उपयुक्त.लेझर वेल्डिंग.
दुहेरी बीमसाठीलेझर वेल्डिंगसर्वप्रथम आपण डबल-बीम लेझरच्या अंमलबजावणीच्या पद्धतींवर चर्चा करू. व्यापक साहित्य असे दर्शवते की डबल-बीम वेल्डिंग साध्य करण्याचे दोन मुख्य मार्ग आहेत: ट्रान्समिशन फोकसिंग आणि रिफ्लेक्शन फोकसिंग. विशेषतः, एक पद्धत फोकसिंग मिरर आणि कोलिमेटिंग मिररद्वारे दोन लेझरचा कोन आणि अंतर समायोजित करून साध्य केली जाते. दुसरी पद्धत लेझर स्रोत वापरून आणि नंतर रिफ्लेक्टिंग मिरर, ट्रान्समिसिव्ह मिरर आणि वेज-आकाराच्या मिररद्वारे फोकस करून दुहेरी बीम मिळवून साध्य केली जाते. पहिल्या पद्धतीचे मुख्यत्वे तीन प्रकार आहेत. पहिला प्रकार म्हणजे दोन लेझरना ऑप्टिकल फायबरद्वारे जोडणे आणि त्यांना एकाच कोलिमेटिंग मिरर आणि फोकसिंग मिररखाली दोन वेगवेगळ्या बीममध्ये विभागणे. दुसरा प्रकार म्हणजे दोन लेझर त्यांच्या संबंधित वेल्डिंग हेडमधून लेझर बीम बाहेर टाकतात आणि वेल्डिंग हेडची अवकाशीय स्थिती समायोजित करून दुहेरी बीम तयार केला जातो. तिसरी पद्धत म्हणजे लेझर बीम प्रथम दोन मिरर १ आणि २ द्वारे विभागला जातो आणि नंतर अनुक्रमे दोन फोकसिंग मिरर ३ आणि ४ द्वारे फोकस केला जातो. दोन फोकसिंग मिरर ३ आणि ४ चे कोन समायोजित करून दोन फोकल स्पॉट्सची स्थिती आणि त्यांच्यामधील अंतर बदलता येते. दुसरी पद्धत म्हणजे सॉलिड-स्टेट लेझर वापरून प्रकाशाचे विभाजन करून दुहेरी किरण मिळवणे, आणि पर्स्पेक्टिव्ह मिरर व फोकसिंग मिररच्या साहाय्याने कोन व अंतर समायोजित करणे. खालील पहिल्या ओळीतील शेवटची दोन चित्रे CO2 लेझरची स्पेक्ट्रोस्कोपिक प्रणाली दर्शवतात. प्रकाशाचे विभाजन करून दुहेरी समांतर प्रकाश मिळवण्यासाठी, सपाट आरशाऐवजी पाचर-आकाराचा आरसा फोकसिंग मिररसमोर ठेवला जातो.
डबल बीमच्या अंमलबजावणीबद्दल समजून घेतल्यानंतर, आता आपण वेल्डिंगची तत्त्वे आणि पद्धतींचा थोडक्यात परिचय करून घेऊया. डबल-बीममध्येलेझर वेल्डिंगप्रक्रियेमध्ये, तीन सामान्य बीम व्यवस्था आहेत, म्हणजेच सिरीयल व्यवस्था, पॅरलल व्यवस्था आणि हायब्रीड व्यवस्था. म्हणजेच, वेल्डिंगच्या दिशेने आणि वेल्डिंगच्या उभ्या दिशेने दोन्ही बाजूंना अंतर असते. आकृतीच्या शेवटच्या ओळीत दाखवल्याप्रमाणे, सिरीयल वेल्डिंग प्रक्रियेदरम्यान वेगवेगळ्या स्पॉट स्पेसिंगखाली दिसणाऱ्या लहान छिद्रांच्या आणि वितळलेल्या तलावांच्या (मोल्टन पूल्स) वेगवेगळ्या आकारांनुसार, त्यांचे पुढे सिंगल पूल, कॉमन मोल्टन पूल आणि सेपरेटेड मोल्टन पूल अशा तीन अवस्थांमध्ये विभाजन केले जाऊ शकते. सिंगल मोल्टन पूल आणि सेपरेटेड मोल्टन पूल यांची वैशिष्ट्ये सिंगल पूलच्या वैशिष्ट्यांसारखीच असतात.लेझर वेल्डिंगसंख्यात्मक सिम्युलेशन आकृतीमध्ये दाखवल्याप्रमाणे. वेगवेगळ्या प्रकारांसाठी वेगवेगळे प्रक्रिया परिणाम आहेत.
प्रकार १: एका विशिष्ट स्पॉट अंतरावर, दोन बीम कीहोल एकाच वितळलेल्या पूलमध्ये एक मोठे सामायिक कीहोल तयार करतात; प्रकार १ साठी, असे सांगितले जाते की प्रकाशाच्या एका किरणाचा उपयोग लहान छिद्र तयार करण्यासाठी केला जातो आणि प्रकाशाच्या दुसऱ्या किरणाचा उपयोग वेल्डिंग उष्णता उपचारासाठी केला जातो, ज्यामुळे उच्च कार्बन स्टील आणि मिश्र पोलादाचे संरचनात्मक गुणधर्म प्रभावीपणे सुधारले जाऊ शकतात.
प्रकार २: एकाच वितळलेल्या पूलमधील स्पॉटचे अंतर वाढवणे, दोन बीमना दोन स्वतंत्र कीहोलमध्ये विभागणे आणि वितळलेल्या पूलमधील प्रवाहाची पद्धत बदलणे; प्रकार २ साठी, त्याचे कार्य दोन इलेक्ट्रॉन बीम वेल्डिंगच्या समतुल्य आहे, योग्य फोकल लांबीवर वेल्ड स्पॅटर आणि अनियमित वेल्ड कमी करते.
प्रकार ३: स्पॉटमधील अंतर आणखी वाढवा आणि दोन्ही बीमच्या ऊर्जेचे प्रमाण बदला, जेणेकरून वेल्डिंग प्रक्रियेदरम्यान प्री-वेल्डिंग किंवा पोस्ट-वेल्डिंग प्रक्रिया करण्यासाठी दोन बीमपैकी एकाचा उष्णता स्रोत म्हणून वापर केला जाईल आणि दुसऱ्या बीमचा वापर लहान छिद्रे तयार करण्यासाठी केला जाईल. प्रकार ३ च्या अभ्यासात असे आढळून आले की, दोन्ही बीम मिळून एक कीहोल तयार करतात, हे लहान छिद्र सहजासहजी फुटत नाही आणि वेल्डमध्ये छिद्रे (पोअर्स) तयार होण्याची शक्यता कमी असते.
२. वेल्डिंग प्रक्रियेचा वेल्डिंग गुणवत्तेवर होणारा परिणाम
सीरियल बीम-एनर्जी रेशोचा वेल्डिंग सीम निर्मितीवर होणारा परिणाम
जेव्हा लेझर पॉवर 2kW, वेल्डिंगचा वेग 45 mm/s, डिफोकसचे प्रमाण 0mm आणि बीममधील अंतर 3 mm असते, तेव्हा RS (RS= 0.50, 0.67, 1.50, 2.00) बदलल्यावर वेल्डच्या पृष्ठभागाचा आकार आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे असतो. जेव्हा RS=0.50 आणि 2.00 असते, तेव्हा वेल्डवर जास्त प्रमाणात खड्डे पडतात आणि वेल्डच्या कडेवर जास्त स्पॅटर (धातूचे कण) असतात, ज्यामुळे नियमित माशाच्या खवल्यांसारखे नमुने तयार होत नाहीत. याचे कारण असे आहे की, जेव्हा बीम एनर्जी रेशो (बीम ऊर्जा गुणोत्तर) खूप कमी किंवा खूप जास्त असतो, तेव्हा लेझर ऊर्जा खूप जास्त केंद्रित होते, ज्यामुळे वेल्डिंग प्रक्रियेदरम्यान लेझर पिनहोल अधिक तीव्रतेने कंप पावते आणि वाफेच्या प्रतिक्षेप दाबामुळे वितळलेल्या धातूचा थर बाहेर फेकला जातो व उडतो; अतिरिक्त उष्णता पुरवठ्यामुळे ॲल्युमिनियम मिश्रधातूच्या बाजूला वितळलेल्या धातूची प्रवेश खोली खूप जास्त होते, ज्यामुळे गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रभावाखाली खड्डा तयार होतो. जेव्हा RS=0.67 आणि 1.50 असतो, तेव्हा वेल्डच्या पृष्ठभागावरील माशाच्या खवल्यांसारखा नमुना एकसमान असतो, वेल्डचा आकार अधिक सुंदर असतो आणि वेल्डच्या पृष्ठभागावर वेल्डिंगमुळे पडलेल्या उष्ण भेगा, छिद्रे आणि इतर वेल्डिंग दोष दिसत नाहीत. वेगवेगळ्या बीम एनर्जी रेशो (RS) असलेल्या वेल्ड्सचे क्रॉस-सेक्शन आकार आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे आहेत. वेल्ड्सचा क्रॉस-सेक्शन हा वैशिष्ट्यपूर्ण "वाइन ग्लासच्या आकाराचा" असतो, जे दर्शवते की वेल्डिंग प्रक्रिया लेझर डीप पेनिट्रेशन वेल्डिंग मोडमध्ये केली जाते. ॲल्युमिनियम मिश्रधातूच्या बाजूला वेल्डच्या पेनिट्रेशन डेप्थ (P2) वर RS चा महत्त्वाचा प्रभाव असतो. जेव्हा बीम एनर्जी रेशो RS=0.5 असतो, तेव्हा P2 1203.2 मायक्रॉन असतो. जेव्हा बीम एनर्जी रेशो RS=0.67 आणि 1.5 असतो, तेव्हा P2 लक्षणीयरीत्या कमी होतो, जो अनुक्रमे 403.3 मायक्रॉन आणि 93.6 मायक्रॉन असतो. जेव्हा बीम एनर्जी रेशो RS=2 असतो, तेव्हा जोड क्रॉस-सेक्शनची वेल्ड पेनिट्रेशन डेप्थ 1151.6 मायक्रॉन असते.
वेल्डिंग सीम निर्मितीवर समांतर बीम-ऊर्जा गुणोत्तराचा परिणाम
जेव्हा लेझर पॉवर २.८ किलोवॅट, वेल्डिंगचा वेग ३३ मिमी/सेकंद, डिफोकसचे प्रमाण ० मिमी आणि बीममधील अंतर १ मिमी असते, तेव्हा बीम एनर्जी रेशो (RS=०.२५, ०.५, ०.६७, १.५, २, ४) बदलून मिळवलेल्या वेल्ड पृष्ठभागाचे स्वरूप आकृतीत दाखवले आहे. जेव्हा RS=२ असतो, तेव्हा वेल्डच्या पृष्ठभागावरील माशाच्या खवल्यांसारखा नमुना तुलनेने अनियमित असतो. इतर पाच वेगवेगळ्या बीम एनर्जी रेशोंनी मिळवलेला वेल्डचा पृष्ठभाग सुबकपणे तयार झालेला असतो आणि त्यावर छिद्रे व स्पॅटरसारखे कोणतेही दृश्यमान दोष नसतात. त्यामुळे, सिरीयल ड्युअल-बीमच्या तुलनेत...लेझर वेल्डिंगसमांतर दुहेरी-शलाका वापरून वेल्डचा पृष्ठभाग अधिक एकसमान आणि सुंदर असतो. जेव्हा RS=0.25 असतो, तेव्हा वेल्डमध्ये किंचित खळगा असतो; जसा शलाका ऊर्जा गुणोत्तर हळूहळू वाढतो (RS=0.5, 0.67 आणि 1.5), तसा वेल्डचा पृष्ठभाग एकसमान होतो आणि कोणताही खळगा तयार होत नाही; तथापि, जेव्हा शलाका ऊर्जा गुणोत्तर आणखी वाढतो (RS=1.50, 2.00), तेव्हा वेल्डच्या पृष्ठभागावर खळगे दिसतात. जेव्हा शलाका ऊर्जा गुणोत्तर RS=0.25, 1.5 आणि 2 असतो, तेव्हा वेल्डचा छेद "वाइन ग्लासच्या आकाराचा" असतो; जेव्हा RS=0.50, 0.67 आणि 1 असतो, तेव्हा वेल्डचा छेद "नरसाळ्याच्या आकाराचा" असतो. जेव्हा RS=4 असतो, तेव्हा वेल्डच्या तळाशी केवळ तडेच पडत नाहीत, तर वेल्डच्या मध्य आणि खालच्या भागातही काही छिद्रे तयार होतात. जेव्हा RS=2 असतो, तेव्हा वेल्डच्या आत मोठी प्रक्रिया छिद्रे दिसतात, परंतु तडे दिसत नाहीत. जेव्हा RS=0.5, 0.67 आणि 1.5 असते, तेव्हा ॲल्युमिनियम मिश्रधातूच्या बाजूकडील वेल्डची प्रवेश खोली P2 कमी असते, वेल्डचा छेद चांगल्या प्रकारे तयार होतो आणि कोणतेही स्पष्ट वेल्डिंग दोष निर्माण होत नाहीत. यावरून असे दिसून येते की, समांतर दुहेरी-शलाका लेझर वेल्डिंग दरम्यान शलाका ऊर्जा गुणोत्तराचा देखील वेल्डच्या प्रवेशावर आणि वेल्डिंग दोषांवर महत्त्वाचा परिणाम होतो.
समांतर बीम – वेल्डिंग सीम तयार होण्यावर बीममधील अंतराचा होणारा परिणाम
जेव्हा लेझर पॉवर २.८kW, वेल्डिंगचा वेग ३३mm/s, डिफोकसचे प्रमाण ०mm आणि बीम एनर्जी रेशो RS=०.६७ असतो, तेव्हा बीममधील अंतर (d=०.५mm, १mm, १.५mm, २mm) बदलून चित्रात दाखवल्याप्रमाणे वेल्ड पृष्ठभागाची रचना मिळवली जाते. जेव्हा d=०.५mm, १mm, १.५mm, २mm असते, तेव्हा वेल्डचा पृष्ठभाग गुळगुळीत आणि सपाट असतो, आणि त्याचा आकार सुंदर असतो; वेल्डवरील माशाच्या खवल्यांसारखा नमुना नियमित आणि सुंदर असतो, आणि त्यात कोणतेही दृश्यमान छिद्र, भेगा आणि इतर दोष नसतात. त्यामुळे, चारही बीम अंतरांच्या परिस्थितीत, वेल्ड पृष्ठभाग चांगल्या प्रकारे तयार होतो. याव्यतिरिक्त, जेव्हा d=२mm असते, तेव्हा दोन वेगवेगळे वेल्ड तयार होतात, जे दर्शवते की दोन समांतर लेझर बीम आता वितळलेल्या भागावर कार्य करत नाहीत आणि प्रभावी ड्युअल-बीम लेझर हायब्रीड वेल्डिंग तयार करू शकत नाहीत. जेव्हा बीममधील अंतर ०.५ मिमी असते, तेव्हा वेल्ड "नरसाळ्याच्या आकाराचा" असतो, ॲल्युमिनियम मिश्रधातूच्या बाजूकडील वेल्डची प्रवेश खोली P2 ७१२.९ मायक्रॉन असते आणि वेल्डच्या आत भेगा, छिद्रे आणि इतर दोष नसतात. जसे बीममधील अंतर वाढत जाते, तसे ॲल्युमिनियम मिश्रधातूच्या बाजूकडील वेल्डची प्रवेश खोली P2 लक्षणीयरीत्या कमी होते. जेव्हा बीममधील अंतर १ मिमी असते, तेव्हा ॲल्युमिनियम मिश्रधातूच्या बाजूकडील वेल्डची प्रवेश खोली केवळ ९४.२ मायक्रॉन असते. जसे बीममधील अंतर आणखी वाढते, तसे ॲल्युमिनियम मिश्रधातूच्या बाजूला वेल्डमध्ये प्रभावी प्रवेश होत नाही. त्यामुळे, जेव्हा बीममधील अंतर ०.५ मिमी असते, तेव्हा दुहेरी-बीम पुनर्संयोजनाचा परिणाम सर्वोत्तम असतो. जसे बीममधील अंतर वाढते, तसे वेल्डिंगमधील उष्णता इनपुट झपाट्याने कमी होते आणि दुहेरी-बीम लेझर पुनर्संयोजनाचा परिणाम हळूहळू खालावतो.
वेल्डिंग प्रक्रियेदरम्यान वितळलेल्या पूलमधील वेगवेगळ्या प्रवाहामुळे आणि थंड होऊन घनीभवन होण्यामुळे वेल्डच्या आकारशास्त्रात फरक निर्माण होतो. संख्यात्मक सिम्युलेशन पद्धतीमुळे वितळलेल्या पूलमधील ताणाचे विश्लेषण अधिक सहजसोपे होते, तसेच प्रायोगिक खर्चही कमी होतो. खालील चित्र सिंगल बीम, वेगवेगळ्या रचना आणि स्पॉटमधील अंतरामुळे बाजूच्या वितळलेल्या पूलमधील बदल दर्शवते. मुख्य निष्कर्षांमध्ये खालील गोष्टींचा समावेश आहे: (१) सिंगल-बीम वेल्डिंग दरम्यानलेझर वेल्डिंगया प्रक्रियेत, वितळलेल्या तलावाच्या छिद्राची खोली सर्वात जास्त असते, छिद्र कोसळण्याची घटना घडते, छिद्राची भिंत अनियमित असते आणि छिद्राच्या भिंतीजवळील प्रवाह क्षेत्राचे वितरण असमान असते; वितळलेल्या तलावाच्या मागील पृष्ठभागाजवळ पुनर्प्रवाह तीव्र असतो आणि वितळलेल्या तलावाच्या तळाशी वरच्या दिशेने पुनर्प्रवाह होतो; पृष्ठभागावरील वितळलेल्या तलावाच्या प्रवाह क्षेत्राचे वितरण तुलनेने एकसमान आणि मंद असते, आणि वितळलेल्या तलावाची रुंदी खोलीच्या दिशेने असमान असते. दुहेरी-शलाकेतील लहान छिद्रांमधील वितळलेल्या तलावात भिंतीच्या प्रतिक्षेप दाबामुळे अडथळा निर्माण होतो.लेझर वेल्डिंगआणि ते नेहमी लहान छिद्रांच्या खोलीच्या दिशेने अस्तित्वात असते. जसे दोन शलाकांमधील अंतर वाढत जाते, तशी शलाकेची ऊर्जा घनता हळूहळू एकल शिखरावरून दुहेरी शिखर अवस्थेत बदलते. दोन शिखरांच्या दरम्यान एक किमान मूल्य असते आणि ऊर्जा घनता हळूहळू कमी होते. (2) दुहेरी-शलाकेसाठीलेझर वेल्डिंगजेव्हा स्पॉटमधील अंतर ०-०.५ मिमी असते, तेव्हा वितळलेल्या द्रवातील लहान छिद्रांची खोली किंचित कमी होते आणि वितळलेल्या द्रवाच्या प्रवाहाचे एकूण वर्तन एकल-शलाकेसारखे असते.लेझर वेल्डिंगजेव्हा स्पॉटमधील अंतर 1 मिमी पेक्षा जास्त असते, तेव्हा लहान छिद्रे पूर्णपणे वेगळी होतात आणि वेल्डिंग प्रक्रियेदरम्यान दोन्ही लेझर्समध्ये जवळजवळ कोणताही परस्परसंवाद होत नाही, जे 1750W शक्तीच्या दोन सलग/दोन समांतर सिंगल-बीम लेझर वेल्डिंगच्या समतुल्य आहे. प्रीहीटिंगचा परिणाम जवळजवळ नसतो आणि वितळलेल्या पूलमधील प्रवाहाचे वर्तन सिंगल-बीम लेझर वेल्डिंगसारखेच असते. (3) जेव्हा स्पॉटमधील अंतर 0.5-1 मिमी असते, तेव्हा दोन्ही रचनांमध्ये लहान छिद्रांचा पृष्ठभाग अधिक सपाट असतो, लहान छिद्रांची खोली हळूहळू कमी होते आणि तळ हळूहळू वेगळा होतो. लहान छिद्रे आणि पृष्ठभागावरील वितळलेल्या पूलमधील प्रवाहातील अडथळा 0.8 मिमीवर सर्वात तीव्र असतो. सलग वेल्डिंगसाठी, वितळलेल्या पूलमधील लांबी हळूहळू वाढते, जेव्हा स्पॉटमधील अंतर 0.8 मिमी असते तेव्हा रुंदी सर्वात जास्त असते आणि जेव्हा स्पॉटमधील अंतर 0.8 मिमी असते तेव्हा प्रीहीटिंगचा परिणाम सर्वात स्पष्ट असतो. मॅरांगोनी बलाचा प्रभाव हळूहळू कमी होतो आणि अधिक धातू द्रव वितळलेल्या भागाच्या दोन्ही बाजूंना वाहतो. यामुळे वितळलेल्या भागाच्या रुंदीचे वितरण अधिक एकसमान होते. समांतर वेल्डिंगमध्ये, वितळलेल्या भागाची रुंदी हळूहळू वाढते आणि लांबी ०.८ मिमीवर सर्वाधिक असते, परंतु त्यात पूर्व-तापमानाचा (preheating) कोणताही परिणाम नसतो; मॅरांगोनी बलामुळे पृष्ठभागाजवळ होणारा पुनर्प्रवाह (reflow) नेहमीच अस्तित्वात असतो आणि लहान छिद्राच्या तळाशी होणारा खालच्या दिशेचा पुनर्प्रवाह हळूहळू नाहीसा होतो; आडव्या छेदातील प्रवाह क्षेत्र (cross-sectional flow field) एकसर वेल्डिंगइतके (series) मजबूत नसते, अडथळ्यांचा वितळलेल्या भागाच्या दोन्ही बाजूंच्या प्रवाहावर क्वचितच परिणाम होतो आणि वितळलेल्या भागाची रुंदी असमानपणे वितरित होते.
पोस्ट करण्याची वेळ: १२ ऑक्टोबर २०२३
