स्पॉट वेल्डिंग ही एक जलद आणि किफायतशीर जोडणी पद्धत आहे. हवाबंदपणाची आवश्यकता नसलेल्या लॅप जॉइंट्सद्वारे पातळ-प्लेटचे घटक जोडण्यासाठी ही पद्धत योग्य आहे. स्पॉट वेल्डिंगचे अनेक प्रकार आहेत, जसे की रेझिस्टन्स स्पॉट वेल्डिंग, आर्क स्पॉट वेल्डिंग, ॲडेसिव्ह स्पॉट वेल्डिंग.संमिश्र स्पॉट वेल्डिंगआणि लेझर स्पॉट वेल्डिंग. सध्या, उत्पादनामध्ये रेझिस्टन्स स्पॉट वेल्डिंगचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. ऑटोमोटिव्ह उद्योगाचे उदाहरण घेतल्यास, कारच्या बॉडी पॅनल घटकांच्या असेंब्लीदरम्यान ३,००० ते ४,००० वेल्ड स्पॉट्सची आवश्यकता असते, ज्यासाठी २५० ते ३०० रोबोट्स, तसेच सहाय्यक नियंत्रण प्रणाली आणि इतर सहायक उपकरणांची गरज असते. तथापि, रेझिस्टन्स स्पॉट वेल्डिंगमध्ये लवचिकतेचा अभाव असतो. जलद आर्थिक विकासामुळे, ऑटोमोटिव्ह घटकांच्या भौमितिक आकारांचे आणि संरचनांचे अद्ययावतीकरण चक्र खूपच लहान झाले आहे. नवीन उत्पादने आणि मॉडेल्सच्या अपग्रेडिंगसाठी एका नवीन प्रकारच्या स्पॉट वेल्डिंग तंत्रज्ञानाची आवश्यकता आहे, जे कार्यक्षम आणि लवचिक असेल. त्यामुळे, लेझर स्पॉट वेल्डिंग तंत्रज्ञान हळूहळू आकर्षणाचे केंद्र बनले आहे आणि ऑटोमोटिव्ह औद्योगिक उत्पादनात त्याचा मोठ्या प्रमाणावर वापर होण्याची अपेक्षा आहे. एरोस्पेस क्षेत्रातही, लेझर स्पॉट वेल्डिंगची एक पर्यायी तंत्रज्ञान म्हणून चाचणी केली जात आहे. बऱ्याच काळापासून, एरोस्पेस उत्पादनांच्या लॅप जॉइंट्ससाठी सामान्यतः रिव्हेटिंगचा वापर केला जात आहे, ज्यामध्ये अनेक उत्पादन प्रक्रिया आणि मोठा कामाचा भार असतो. ॲल्युमिनियम मिश्रधातू, टायटॅनियम मिश्रधातू आणि संमिश्र पदार्थ यांसारख्या नवीन सामग्रीच्या वाढत्या वापरामुळे, पारंपरिक जोडणी पद्धतींच्या जागी नवीन वेल्डिंग तंत्रज्ञानाचा अवलंब करणे हा एक मुख्य प्रवाह बनला आहे. यामुळे केवळ उत्पादन कार्यक्षमताच सुधारत नाही, तर संरचनेचे वजनही कमी होते आणि नवीन संरचनात्मक डिझाइनच्या गरजा पूर्ण होतात, जे एरोस्पेस उत्पादनांसाठी अत्यंत महत्त्वाचे आहे. लेझर स्पॉट वेल्डिंगची उच्च अचूकता आणि उच्च लवचिकता यामुळे त्याला प्रत्यक्ष उत्पादनात, विशेषतः विमानचालन उद्योगात, महत्त्वपूर्ण फायदे मिळतात, जिथे ते रेझिस्टन्स स्पॉट वेल्डिंग आणि रिव्हेटिंग यांसारख्या पारंपरिक प्रक्रियांची जागा घेऊ शकते.
१. लेझर स्पॉट वेल्डिंगची व्याख्या आणि वैशिष्ट्ये
व्याख्या
लेझर स्पॉट वेल्डिंग म्हणजे एकाच ठिकाणी एकच लेझर पल्स (t > 1ms) किंवा लेझर पल्सच्या मालिकेचा वापर करून वर्कपीस वितळवून जोडण्याची प्रक्रिया होय.
लेझर स्पॉट वेल्डिंग हे मूलतः इतर लेझर वेल्डिंग प्रक्रियांसारखेच आहे; फरक फक्त एवढाच आहे की स्पॉट वेल्डिंग दरम्यान लेझर बीम आणि वर्कपीसमध्ये कोणतेही सापेक्ष विस्थापन होत नाही. लेझर स्पॉट वेल्डिंगचे दोन प्रकार आहेत: थर्मल कंडक्शन वेल्डिंग आणि कीहोल वेल्डिंग. थर्मल कंडक्शन स्पॉट वेल्डिंगमध्ये, लेझर धातूचे बाष्पीभवन न करता फक्त त्याला वितळवू शकतो. ही पद्धत ०.५ मिमी पेक्षा कमी जाडीच्या धातूंच्या वेल्डिंगसाठी अधिक योग्य आहे, जसे की इलेक्ट्रॉनिक घटकांचे Nd:YAG लेझर स्पॉट वेल्डिंग. कीहोल लेझर स्पॉट वेल्डिंगमध्ये, लेझर कीहोलमधून थेट पदार्थाच्या आत प्रवेश करू शकतो, ज्यामुळे लेझर ऊर्जेच्या वापराचा दर वाढतो आणि अधिक खोलवर प्रवेश साधता येतो. पारंपरिक रेझिस्टन्स स्पॉट वेल्डिंगमध्ये विद्युत प्रवाहाद्वारे निर्माण होणाऱ्या रेझिस्टन्स उष्णतेचा वापर करून वर्कपीस वितळवून वेल्ड स्पॉट तयार केले जातात, तर लेझर स्पॉट वेल्डिंगचा उष्णता स्रोत लेझर रेडिएशनमधून येतो, ज्यामुळे वेल्ड स्पॉटचे आकार लक्षणीयरीत्या भिन्न दिसतात.
लेझर स्पॉट वेल्डिंगच्या समायोजित करण्यायोग्य पॅरामीटर्समध्ये सामान्यतः लेझर पॉवर, स्पॉट वेल्डिंग वेळ आणि डिफोकसचे प्रमाण यांचा समावेश असतो. पल्स मोड वापरून स्पॉट वेल्डिंगसाठी, पॅरामीटर्समध्ये पल्स वेव्हफॉर्म, फ्रिक्वेन्सी आणि ड्युटी सायकल यांचाही समावेश असतो. यांपैकी, लेझर पॉवर मुख्यत्वे वेल्ड स्पॉटच्या प्रवेश खोलीवर परिणाम करते, तर स्पॉट वेल्डिंग वेळेचा वेल्ड स्पॉटच्या बाजूच्या आकारावर अधिक परिणाम होतो. सामान्यतः, लेझर क्रियेचा वेळ जितका जास्त असतो, तितका वेल्ड स्पॉटच्या वरच्या आणि खालच्या पृष्ठभागाचा आकार आणि फ्यूजन पृष्ठभागाचा आकार मोठा असतो. डिफोकसच्या प्रमाणात होणारे बदल मुख्यत्वे स्पॉटच्या व्यासावर आणि वर्कपीसच्या पृष्ठभागावर कार्य करणाऱ्या ऊर्जा घनतेवर परिणाम करतात, ज्यामुळे वेल्ड स्पॉटच्या एकूण आकारावर लक्षणीय परिणाम होतो.
वैशिष्ट्ये
- उष्णतेचा स्रोत म्हणून लेझरचा वापर केल्याने, स्पॉट वेल्डिंगमध्ये उच्च गती, उच्च अचूकता, कमी उष्णता आणि वर्कपीसचे कमीत कमी विरूपण हे फायदे मिळतात.
- स्पॉट वेल्डिंग पोझिशन्समधील स्वातंत्र्य मोठ्या प्रमाणात सुधारले आहे, ज्यामुळे सर्व-पोझिशन स्पॉट वेल्डिंग शक्य होते आणि ते सहजपणे साध्य करता येते.एकतर्फी स्पॉट वेल्डिंगत्यामुळे उत्पादन डिझाइनच्या स्वातंत्र्यात लक्षणीय वाढ होते.
- लेझर स्पॉट वेल्डिंगमध्ये लॅप जॉइंट्सच्या आकारासाठी कमी आवश्यकता असतात. जॉइंट्सचे लॅप प्रमाण आणि वेल्ड स्पॉट्समधील अंतर यांसारख्या पॅरामीटर्सवर किमान निर्बंध असतात आणि करंट शंटिंगच्या परिणामाचा विचार करण्याची गरज नसते.
- असमान जाडीच्या प्लेट्स, भिन्न पदार्थ आणि विशेष पदार्थ (ॲल्युमिनियम मिश्रधातू, गॅल्वनाइज्ड पत्रे) यांच्या वेल्डिंगसाठी, लेझर स्पॉट वेल्डिंग पारंपरिक स्पॉट वेल्डिंग पद्धतींपेक्षा अधिक चांगले काम करते.
- त्यासाठी मोठ्या संख्येने सहायक उपकरणांची आवश्यकता नसते, ते उत्पादनातील बदलांशी पटकन जुळवून घेऊ शकते आणि बाजाराच्या मागण्या पूर्ण करू शकते.
II. लेझर स्पॉट वेल्डिंगमधील दोषांचे विश्लेषण
लेझर स्पॉट वेल्डिंगमधील भेगा, छिद्रे आणि सैलपणा हे सर्वात सामान्य दोष आहेत, ज्यांचे विश्लेषण खाली एकेक करून केले आहे.
१. भेगा
भेगांचे पृष्ठभागावरील भेगा आणि अनुदैर्ध्य भेगा असे वर्गीकरण केले जाते. लेझर स्पॉट वेल्डिंग दरम्यान तापण्याचा आणि थंड होण्याचा दर खूप जलद असतो, ज्यामुळे तापलेल्या भागामध्ये आणि सभोवतालच्या धातूमध्ये तापमानाचा मोठा फरक निर्माण होतो, ज्यामुळे सहजपणे भेगा पडतात. भेगा पडणे हे धातूवर अवलंबून असते; उदाहरणार्थ, स्टेनलेस स्टीलच्या तुलनेत ॲल्युमिनियम मिश्रधातूंमध्ये लेझर स्पॉट वेल्डिंग दरम्यान भेगा पडण्याची शक्यता खूप जास्त असते. भेगा पडण्यावर नियंत्रण ठेवण्यासाठी एक प्रभावी पद्धत म्हणजे पल्स वेव्हफॉर्मला अनुकूल बनवणे, जेणेकरून धातूच्या घनीभवन प्रक्रियेच्या थंड होण्याच्या दरावर नियंत्रण ठेवता येईल आणि अंतर्गत ताण कमी करता येईल.
२. छिद्रे
लेझर स्पॉट वेल्डमधील सच्छिद्र दोष (छिद्र) लहान छिद्रे आणि मोठी छिद्रे अशा दोन प्रकारात विभागले जाऊ शकतात. लहान छिद्रे प्रामुख्याने धातूच्या घनीकरणादरम्यान द्रव धातूमधील हायड्रोजनच्या विद्राव्यतेत घट झाल्यामुळे, तसेच कीहोलमधील धातूच्या जलद बाष्पीभवनामुळे आणि वितळलेल्या पूलमधील अडथळ्यामुळे निर्माण होतात. मोठी छिद्रे प्रामुख्याने लेझर स्पॉट वेल्डिंग दरम्यान खूप जलद थंड होण्याच्या दरामुळे निर्माण होतात, ज्यामुळे कीहोलच्या सभोवतालच्या धातूला पुन्हा भरण्यासाठी अपुरा वेळ मिळतो. सामान्यतः, लाँग-पल्स स्पॉट वेल्डिंगमध्ये लहान छिद्रे तयार होण्याची शक्यता असते, तर शॉर्ट-पल्स स्पॉट वेल्डिंगमध्ये मोठी छिद्रे निर्माण होण्याची शक्यता असते.
लेझर स्पॉट वेल्डिंगमध्ये छिद्रे (पोअर्स) दिसण्याची सर्वाधिक शक्यता असलेली दोन ठिकाणे आहेत: एक म्हणजे वेल्ड स्पॉटच्या मध्यभागी असलेल्या फ्यूजन झोनजवळ, आणि दुसरे म्हणजे वेल्डच्या मुळाशी (रूट). एक्स-रे द्वारे घेतलेल्या वितळण्याच्या प्रतिमांवरून असे दिसून येते की, फ्यूजन झोनजवळील छिद्रे ही प्रामुख्याने कीहोल बंद होताना होणाऱ्या अरुंदपणामुळे (नेकिंगमुळे) निर्माण होतात; तर वेल्डच्या मुळाशी असलेली छिद्रे ही प्रामुख्याने कीहोल तयार झाल्यानंतर लेझर वेगाने नाहीसा झाल्यामुळे कीहोल कोसळून तयार होतात.
३. खाली झुकणे
लेझर स्पॉट वेल्डिंगमध्ये पृष्ठभाग खाली वाकणे ही एक स्वाभाविक घटना आहे. धातूच्या बाष्पीभवनामुळे निर्माण होणाऱ्या प्रतिक्षेप बलामुळे (recoil force) द्रव धातू वेल्ड स्पॉटच्या पृष्ठभागाकडे ढकलला जातो, ज्यामुळे वेल्ड स्पॉटच्या पृष्ठभागावर मध्यभागी पृष्ठभाग खाली वाकतो आणि त्याच्या सभोवताली धातू जमा होतो. थंड होण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान, पृष्ठभागावर जमा झालेला धातू लवकर घट्ट होतो आणि तो पूर्णपणे भरला जाऊ शकत नाही. याव्यतिरिक्त, धातूच्या जलद बाष्पीभवनामुळे आणि ठिणग्यांमुळे (spattering) होणारी धातूची हानी हा देखील मध्यभागी पृष्ठभाग खाली वाकण्यास कारणीभूत ठरणारा एक घटक आहे. पल्स टाइमचा वेल्ड स्पॉटच्या पृष्ठभागावरील पृष्ठभाग खाली वाकण्यावर आणि छिद्रांच्या निर्मितीवर महत्त्वपूर्ण परिणाम होतो. पल्स वेव्हफॉर्म आणि टाइम ऑप्टिमाइझ करून समाधानकारक वेल्ड स्पॉट्स मिळवता येतात.
४. डिफोकसच्या प्रमाणाचा वेल्ड स्पॉट्सवरील परिणाम
डिफोकसच्या प्रमाणात होणारे बदल स्पॉटचा व्यास आणि ऊर्जा घनता थेट बदलतात. जेव्हा डिफोकसचे प्रमाण नकारात्मक आणि सकारात्मक दोन्ही दिशांनी वाढते, तेव्हा स्पॉटचा व्यास वाढतो आणि ऊर्जा घनता कमी होते. लेझर स्पॉट वेल्डिंग दरम्यान, स्पॉटचा व्यास आणि चाचणीच्या भागावर पडणाऱ्या लेझरमुळे तयार होणाऱ्या सुरुवातीच्या कीहोलच्या आकारात एक विशिष्ट परस्परसंबंध असतो, तर ऊर्जा घनता वितळलेल्या पूलच्या प्रसरणाचा दर ठरवते. जेव्हा डिफोकसच्या प्रमाणाचे निरपेक्ष मूल्य कमी असते, तेव्हा लेझर स्पॉटचा व्यास लहान असतो, लेझरची शक्ती घनता जास्त असते आणि वेल्ड स्पॉटच्या वितळलेल्या पूलच्या प्रसरणाचा दर जलद असतो, परंतु सुरुवातीच्या कीहोलचा व्यास लहान असतो. याउलट, जेव्हा डिफोकसचे प्रमाण जास्त असते, तेव्हा सुरुवातीच्या कीहोलचा व्यास मोठा असतो, परंतु वितळलेल्या पूलच्या प्रसरणाचा दर मंदावतो आणि परिणामी वेल्ड स्पॉटचा आकार मोठा नसू शकतो. म्हणून, डिफोकसच्या प्रमाणात होणाऱ्या बदलादरम्यान, स्पॉटचा व्यास आणि वेल्ड स्पॉटच्या पृष्ठभागावरील शक्ती घनता यांचा एकत्रित परिणाम वेल्ड स्पॉटचा आकार ठरवतो.
III. लेझर स्पॉट वेल्डिंग तंत्रज्ञानाचा वापर
लेझर स्पॉट वेल्डिंगमध्ये उच्च गती, मोठी प्रवेश खोली, कमीत कमी विरूपण ही वैशिष्ट्ये आहेत आणि ते सामान्य तापमानात किंवा विशेष परिस्थितीत साध्या वेल्डिंग उपकरणांसह केले जाऊ शकते. याव्यतिरिक्त, उच्च-फ्रिक्वेन्सी पल्स लेझर्सच्या (प्रति सेकंद ४० पेक्षा जास्त पल्स फ्रिक्वेन्सीसह) उदयानंतर, मोठ्या प्रमाणावरील स्वयंचलित उत्पादनात सूक्ष्म आणि लहान घटकांच्या जोडणी आणि वेल्डिंगमध्ये लेझर स्पॉट वेल्डिंगचा व्यापक वापर शक्य झाला आहे. जेव्हा लहान इलेक्ट्रॉनिक घटकांचे वेल्डिंग करायचे असते, ज्यांना लहान उष्णता-प्रभावित क्षेत्राची आवश्यकता असते—जसे की काच आणि धातू यांच्यातील जोडणी, उष्णता-संवेदनशील सेमीकंडक्टर सर्किट्समधील जोडांची जोडणी आणि तारांमधील वेगवेगळ्या धातूंची जोडणी—तेव्हा लेझर स्पॉट वेल्डिंग हे प्रदूषण-मुक्त वेल्ड स्पॉट्स आणि उच्च वेल्डिंग गुणवत्तेमुळे पारंपरिक स्पॉट वेल्डिंग प्रक्रियेपेक्षा (उदा., रेझिस्टन्स स्पॉट वेल्डिंग) अधिक फायदेशीर ठरते. आकृती ६-६० मध्ये ऑटोमोटिव्ह हेडलाइट्सच्या उत्पादनातील लेझर स्पॉट वेल्डिंगच्या वापराचे एक उदाहरण दाखवले आहे: एक ५००W सॉलिड-स्टेट पल्स लेझर अत्यंत उच्च पल्स फ्रिक्वेन्सीसह चार समान वेल्ड स्पॉट्स तयार करतो.
उच्च पल्स ऊर्जेचा वापर करून सूक्ष्म संरचनेवर उच्च-सुस्पष्टतेचे स्पॉट वेल्डिंग करताना, पल्स्ड Nd:YAG लेझर्सचे तांत्रिक आणि आर्थिक फायदे आहेत. बहुतेक औद्योगिक स्पॉट वेल्डिंग अनुप्रयोगांमध्ये, मूलतः ५० वॅट सरासरी शक्ती आणि २ किलोवॅटपेक्षा जास्त पल्स शक्ती असलेले पल्स्ड सॉलिड-स्टेट लेझर्स वापरले जातात. लेझर ऑप्टिकल फायबर किंवा एकत्रित फोकसिंग लेन्सद्वारे थेट वर्कपीसवर कार्य करू शकतो.
लेझर स्पॉट वेल्डिंग विविध प्रकारच्या सामग्रीवर लागू होते. उदाहरणार्थ, लिथियम (Li) बॅटरीचे स्पॉट वेल्डिंग करताना, एनडी (Nd) वापरून:YAG लेझर स्पॉट वेल्डिंग तंत्रज्ञानवेगवेगळे धातू जोडण्यासाठी हे TIG वेल्डिंग आणि रेझिस्टन्स स्पॉट वेल्डिंगपेक्षा अधिक कार्यक्षम आहे. विशेषतः, उत्पादनादरम्यान लेझर प्रसारित करण्यासाठी ऑप्टिकल फायबर वापरले जात असल्यामुळे, विविध वर्कबेंचमध्ये जलद आणि लवचिकपणे हालचाल करणे सोयीचे ठरते.
थोडक्यात, लेझर स्पॉट वेल्डिंगमध्ये खालील वैशिष्ट्ये आहेत:
- लेझर पॉवर वाढल्याने, वेल्ड स्पॉटच्या पृष्ठभागाचा व्यास वर-खाली होतो, तर फ्यूजन पृष्ठभाग आणि खालच्या पृष्ठभागाचा व्यास हळूहळू वाढतो. वेल्ड स्पॉटच्या आडव्या छेदाच्या आकारात होणारा बदल स्पष्ट नसतो. कालावधी वाढल्याने, वेल्ड स्पॉटचा आकार वेगाने वाढतो आणि फ्यूजन पृष्ठभागाच्या व्यासाच्या बदलाचा दर वरच्या आणि खालच्या पृष्ठभागाच्या व्यासाच्या बदलाच्या दरापेक्षा जास्त असतो. डिफोकसच्या प्रमाणात होणाऱ्या बदलाचा वेल्ड स्पॉटच्या आकारावर लक्षणीय परिणाम होतो. तो थेट स्पॉटचा व्यास आणि लेझर पॉवर डेन्सिटी बदलतो आणि या दोन घटकांचा एकत्रित परिणाम वेल्ड स्पॉटचा आकार निश्चित करतो.
- पूर्ण प्रवेशाच्या बाबतीत, लेझर स्पॉट वेल्डच्या पृष्ठभागावर स्पष्टपणे खळगी दिसून येते. लेझरची शक्ती आणि कालावधी वाढल्याने, वेल्ड स्पॉटच्या पृष्ठभागावरील खळगीची खोली वाढते. जेव्हा कालावधी किंवा फटीचे आकार मोठे असते, तेव्हा खालच्या पृष्ठभागावरही खोलगटपणा दिसू शकतो.
- अंतर वाढल्याने, वेल्ड स्पॉटचे एकूण विरूपण, मध्यभागी होणारे खळगे आणि खोलगटपणा स्पष्ट दिसू लागतात. जोडलेला पृष्ठभाग आकुंचन पावतो आणि त्याची ताकद झपाट्याने कमी होते. सध्या, रेझिस्टर, बॅटरी आणि इलेक्ट्रॉनिक्स क्षेत्राच्या वेल्डिंगमध्ये, एकाच वेळी दोन स्पॉट वेल्डिंग करण्याची प्रक्रिया सामान्यतः वापरली जाते, ज्यामध्ये सहसा दोन लेझर प्रकाश स्रोतांची रचना अवलंबली जाते.
पोस्ट करण्याची वेळ: २७ ऑक्टोबर, २०२५
