मिनी विश्वकोश: लेजर वेल्डिङ सिद्धान्त र प्रक्रिया अनुप्रयोगहरू
ऊर्जा स्तरहरू
पदार्थ परमाणुहरू मिलेर बनेको हुन्छ, र परमाणुहरू केन्द्रक र इलेक्ट्रोनहरू मिलेर बनेका हुन्छन्। इलेक्ट्रोनहरू केन्द्रकको वरिपरि परिक्रमा गर्छन्। परमाणुमा इलेक्ट्रोनहरूको ऊर्जा मनमानी हुँदैन।
सूक्ष्म संसारको वर्णन गर्ने क्वान्टम मेकानिक्सले हामीलाई बताउँछ कि इलेक्ट्रोनहरूले निश्चित ऊर्जा स्तरहरू ओगटेका हुन्छन्। फरक-फरक ऊर्जा स्तरहरू फरक-फरक इलेक्ट्रोन ऊर्जाहरूसँग मेल खान्छ: केन्द्रकबाट टाढा रहेका कक्षाहरूमा उच्च ऊर्जा हुन्छ।
यसको अतिरिक्त, प्रत्येक कक्षाले अधिकतम संख्यामा इलेक्ट्रोनहरू समात्न सक्छ। उदाहरणका लागि, सबैभन्दा तल्लो कक्षा (न्यूक्लियसको सबैभन्दा नजिक) ले २ इलेक्ट्रोनहरू सम्म समात्न सक्छ, जबकि उच्च कक्षाले ८ इलेक्ट्रोनहरू सम्म समात्न सक्छ, र यस्तै।
संक्रमण
इलेक्ट्रोनहरू ऊर्जा अवशोषित गरेर वा छोडेर एक ऊर्जा स्तरबाट अर्कोमा जान सक्छन्।
उदाहरणका लागि, जब इलेक्ट्रोनले फोटोनलाई अवशोषित गर्छ, यो कम ऊर्जा स्तरबाट उच्च ऊर्जा स्तरमा उफ्रन सक्छ। त्यस्तै गरी, उच्च ऊर्जा स्तरमा रहेको इलेक्ट्रोन फोटोन उत्सर्जन गरेर कम स्तरमा खस्न सक्छ।
यी प्रक्रियाहरूमा, अवशोषित वा उत्सर्जित फोटोनको ऊर्जा सधैं दुई स्तरहरू बीचको ऊर्जा भिन्नता बराबर हुन्छ। फोटोन ऊर्जाले प्रकाशको तरंगदैर्ध्य निर्धारण गर्ने भएकोले, अवशोषित वा उत्सर्जित प्रकाशको एक निश्चित रंग हुन्छ।
लेजर उत्पादनको सिद्धान्त
उत्तेजित अवशोषण
उत्तेजित अवशोषण तब हुन्छ जब कम-ऊर्जा अवस्थामा रहेका परमाणुहरूले बाह्य विकिरण अवशोषित गर्छन् र उच्च-ऊर्जा अवस्थामा संक्रमण गर्छन्। इलेक्ट्रोनहरू फोटोनहरू अवशोषित गरेर कम ऊर्जा स्तरबाट उच्च ऊर्जा स्तरमा जान सक्छन्।
उत्तेजित उत्सर्जन
उत्तेजित उत्सर्जन भनेको उच्च ऊर्जा स्तरमा रहेको इलेक्ट्रोन, फोटोनको "उत्तेजना" वा "प्रेरणा" अन्तर्गत, कम ऊर्जा स्तरमा संक्रमण हुन्छ र घटना फोटोन जस्तै आवृत्तिको साथ फोटोन उत्सर्जन गर्दछ।
उत्तेजित उत्सर्जनको मुख्य विशेषता भनेको उत्पन्न गरिएको फोटोन मूल फोटोनसँग मिल्दोजुल्दो छ: उही आवृत्ति, उही दिशा, र पूर्ण रूपमा अविभाज्य। यसरी, एउटा फोटोन एउटा उत्तेजित उत्सर्जन प्रक्रिया मार्फत दुई समान फोटोन बन्छ। यसको अर्थ प्रकाश बलियो वा प्रवर्द्धित हुन्छ - लेजर उत्पादनको आधारभूत सिद्धान्त।
स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन
उच्च ऊर्जा स्तरमा रहेका इलेक्ट्रोनहरू बाह्य प्रभाव बिना तल्लो स्तरमा झर्दा, संक्रमणको समयमा प्रकाश (विद्युत चुम्बकीय विकिरण) उत्सर्जन गर्दा स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन हुन्छ। फोटोन ऊर्जा E=E2−E1 हो, दुई स्तरहरू बीचको ऊर्जा भिन्नता।
लेजर उत्पादनको लागि सर्तहरू
लेजर गेन मध्यम
लेजर उत्पादनको लागि उपयुक्त लाभ माध्यम चाहिन्छ, जुन ग्याँस, तरल, ठोस, वा अर्धचालक हुन सक्छ। लेजर आउटपुटको लागि आवश्यक अवस्था, माध्यममा जनसंख्या उल्टो प्राप्त गर्नु नै मुख्य कुरा हो। मेटास्टेबल ऊर्जा स्तर जनसंख्या उल्टोको लागि अत्यधिक लाभदायक हुन्छ।
पम्पिङ स्रोत
जनसंख्या उल्टो प्राप्त गर्न, माथिल्लो ऊर्जा स्तरमा कणहरूको संख्या बढाउन परमाणु प्रणाली उत्साहित हुनुपर्छ।
सामान्य विधिहरूमा समावेश छन्:
- विद्युतीय पम्पिङ: उच्च-गतिज-ऊर्जा इलेक्ट्रोनहरू प्रयोग गरेर ग्यास डिस्चार्ज
- अप्टिकल पम्पिङ: स्पन्दित प्रकाश स्रोतहरूद्वारा विकिरण
- थर्मल पम्पिङ, केमिकल पम्पिङ, आदि।
यी विधिहरूलाई सामूहिक रूपमा पम्पिङ भनिन्छ। स्थिर लेजर आउटपुटको लागि तल्लो तहको तुलनामा माथिल्लो तहमा बढी कणहरू कायम राख्न निरन्तर पम्पिङ आवश्यक पर्दछ।
अनुनादक
उपयुक्त लाभ माध्यम र पम्पिङ स्रोतको साथ, जनसंख्या उल्टो प्राप्त गर्न सकिन्छ, तर उत्तेजित उत्सर्जन तीव्रता व्यावहारिक प्रयोगको लागि धेरै कमजोर छ। थप प्रवर्धन आवश्यक छ, जुन अप्टिकल रेजोनेटरद्वारा प्रदान गरिन्छ।
अप्टिकल रेजोनेटरमा लेजरको दुबै छेउमा समानान्तर राखिएका दुई उच्च परावर्तक ऐनाहरू हुन्छन्:
- एउटा पूर्ण परावर्तन ऐना
- एउटा आंशिक परावर्तन र आंशिक प्रसारण ऐना
पूर्ण परावर्तन ऐनाले सबै घटना प्रकाशलाई यसको मूल मार्गमा फिर्ता प्रतिबिम्बित गर्दछ। आंशिक परावर्तन ऐनाले निश्चित ऊर्जा थ्रेसहोल्ड मुनिका फोटोनहरूलाई माध्यममा फिर्ता प्रतिबिम्बित गर्दछ, जबकि थ्रेसहोल्ड माथिका फोटोनहरू प्रवर्धित लेजर प्रकाशको रूपमा प्रसारित हुन्छन्।
रेजोनेटरमा प्रकाश अगाडि पछाडि दोलन हुन्छ, उत्तेजित उत्सर्जनको श्रृंखला प्रतिक्रिया ट्रिगर गर्दछ, उच्च-तीव्रता लेजर आउटपुट उत्पादन गर्न हिमस्खलन जस्तै प्रवर्द्धन गर्दछ।
पम्प ल्याम्प भनेको के हो?
क्सीनन बत्ती भनेको एक निष्क्रिय ग्यास डिस्चार्ज बत्ती हो, जुन सामान्यतया सीधा ट्यूब आकारको हुन्छ। यसमा सामान्यतया इलेक्ट्रोड, क्वार्ट्ज ट्यूब र भरिएको क्सीनन (Xe) ग्यास हुन्छ।
इलेक्ट्रोडहरू उच्च पग्लने बिन्दु, उच्च इलेक्ट्रोन उत्सर्जन दक्षता, र कम स्पटरिंग भएको धातुबाट बनेका हुन्छन्। बत्तीको ट्यूब उच्च-शक्ति, उच्च-तापमान-प्रतिरोधी, उच्च-ट्रान्समिटेन्स क्वार्ट्ज गिलासबाट बनेको हुन्छ, जुन क्सीनन ग्यासले भरिएको हुन्छ।
Nd:YAG लेजर रड भनेको के हो?
Nd:YAG (नियोडिमियम-डोपेड यट्रियम एल्युमिनियम गार्नेट) सबैभन्दा बढी प्रयोग हुने ठोस लेजर सामग्री हो।
YAG उच्च कठोरता, उत्कृष्ट अप्टिकल गुणस्तर, र उच्च थर्मल चालकता भएको घन क्रिस्टल हो। ट्राइभ्यालेन्ट नियोडिमियम आयनहरूले क्रिस्टल जालीमा केही ट्राइभ्यालेन्ट यट्रियम आयनहरूलाई प्रतिस्थापन गर्छन्, त्यसैले नियोडिमियम-डोपेड यट्रियम एल्युमिनियम गार्नेट नाम दिइएको हो।
लेजरका विशेषताहरू
राम्रो सुसंगतता
साधारण स्रोतहरूबाट आउने प्रकाश दिशा, चरण र समयमा अस्तव्यस्त हुन्छ, र लेन्सको साथ पनि एकल बिन्दुमा केन्द्रित हुन सक्दैन।
लेजर प्रकाश अत्यधिक सुसंगत छ: यसको शुद्ध आवृत्ति छ, पूर्ण चरणमा उही दिशामा फैलिन्छ, र अत्यधिक केन्द्रित ऊर्जा भएको सानो स्थानमा केन्द्रित गर्न सकिन्छ।
उत्कृष्ट दिशात्मकता
लेजरमा अन्य कुनै पनि प्रकाश स्रोत भन्दा धेरै राम्रो दिशात्मकता छ, यसले लगभग समानान्तर किरणको रूपमा व्यवहार गर्छ। चन्द्रमामा लक्षित गर्दा पनि (लगभग ३८४,००० किलोमिटर टाढा), स्पट व्यास लगभग २ किलोमिटर मात्र हुन्छ।
राम्रो मोनोक्रोमेटिसिटी
उत्तेजित उत्सर्जनबाट निस्कने लेजर प्रकाशको आवृत्ति दायरा अत्यन्तै साँघुरो हुन्छ। सरल शब्दमा भन्नुपर्दा, लेजरमा उत्कृष्ट मोनोक्रोमेटिकिटी हुन्छ — यसको "रङ" अत्यन्तै शुद्ध हुन्छ। लेजर प्रशोधन अनुप्रयोगहरूको लागि मोनोक्रोमेटिकिटी महत्त्वपूर्ण हुन्छ।
उच्च चमक
लेजर वेल्डिङले लेजर बीमको उत्कृष्ट दिशात्मकता र उच्च शक्ति घनत्व प्रयोग गर्दछ। लेजरलाई अप्टिकल प्रणाली मार्फत सानो क्षेत्रमा केन्द्रित गरिन्छ, धेरै छोटो समयमा अत्यधिक केन्द्रित ताप स्रोत बनाउँछ, सामग्री पग्लन्छ र स्थिर वेल्ड स्पट र सिमहरू बनाउँछ।
लेजर वेल्डिङका फाइदाहरू
अन्य वेल्डिंग विधिहरूको तुलनामा, लेजर वेल्डिंगले निम्न प्रस्ताव गर्दछ:
- उच्च ऊर्जा सांद्रता, उच्च वेल्डिंग दक्षता, उच्च परिशुद्धता, र वेल्डहरूको ठूलो गहिराई-चौडाइ अनुपात।
- कम ताप इनपुट, सानो ताप-प्रभावित क्षेत्र, न्यूनतम अवशिष्ट तनाव र विकृति।
- सम्पर्करहित वेल्डिङ, लचिलो फाइबर-अप्टिक प्रसारण, राम्रो पहुँचयोग्यता, र उच्च स्वचालन।
- लचिलो जोइन्ट डिजाइन, कच्चा पदार्थ बचत गर्दै।
- सटीक रूपमा नियन्त्रणयोग्य ऊर्जा, स्थिर वेल्डिंग परिणामहरू, र उत्कृष्ट वेल्ड उपस्थिति।
धातु सामग्रीहरूको लागि लेजर वेल्डिङ प्रक्रियाहरू
खिया नलाग्ने स्टील
- साधारण वर्ग-तरंग पल्सको साथ राम्रो परिणाम प्राप्त गर्न सकिन्छ।
- वेल्ड स्पटहरूलाई गैर-धातु सामग्रीहरूबाट टाढा राख्न जोर्नीहरू डिजाइन गर्नुहोस्।
- बलियोपन र उपस्थितिको लागि पर्याप्त वेल्डिंग क्षेत्र र वर्कपीस मोटाई आरक्षित गर्नुहोस्।
- वेल्डिङ गर्दा वर्कपीसको सरसफाइ र सुख्खा वातावरण सुनिश्चित गर्नुहोस्।
एल्युमिनियम मिश्र धातुहरू
- उच्च परावर्तनशीलतालाई उच्च लेजर शिखर शक्ति चाहिन्छ।
- पल्स स्पट वेल्डिङको समयमा क्र्याक हुने सम्भावना हुन्छ, जसले गर्दा बल घट्छ।
- सामग्रीको संरचनाले छिटपुट हुन सक्छ; उच्च गुणस्तरको कच्चा पदार्थ प्रयोग गर्नुहोस्।
- ठूलो स्पट साइज र लामो पल्स चौडाइको साथ राम्रो परिणामहरू।
तामा र तामा मिश्र धातुहरू
- एल्युमिनियम भन्दा उच्च परावर्तनशीलता; अझ उच्च लेजर पीक पावर चाहिन्छ।
- लेजर हेड कोणमा ढल्किएको हुनुपर्छ।
- मिश्र धातु तत्वहरूको कारणले गर्दा तामा मिश्र धातुहरू (पीतल, कप्रोनिकेल, आदि) वेल्ड गर्न गाह्रो हुन्छ; सावधानीपूर्वक प्यारामिटर चयन आवश्यक छ।
लेजर वेल्डिङ र समाधानहरूमा सामान्य दोषहरू
गलत प्यारामिटरहरू वा अनुचित सञ्चालनले प्रायः वेल्डिङ दोषहरू निम्त्याउँछ, जसमा समावेश छन्:
- सतहमा छरपस्ट हुनु
- आन्तरिक वेल्ड पोरोसिटी
- वेल्डिङ दरारहरू
- वेल्डिङ विकृति
वेल्ड स्प्याटर
स्प्याटर मुख्यतया अत्यधिक उच्च लेजर पावर घनत्वको कारणले हुन्छ: वर्कपीसले छोटो समयमा धेरै ऊर्जा अवशोषित गर्दछ, जसले गर्दा गम्भीर सामग्री वाष्पीकरण र हिंस्रक पग्लिएको पोखरी प्रतिक्रिया हुन्छ।
स्प्याटरले उपस्थिति, एसेम्बली शुद्धता, र वेल्डिंग बललाई क्षति पुर्याउँछ।
कारणहरू
- अत्यधिक उच्च लेजर शिखर शक्ति।
- अनुपयुक्त वेल्डिंग तरंगरूप, विशेष गरी उच्च-परावर्तनशीलता सामग्रीहरूको लागि।
- सामग्री पृथकीकरणले स्थानीय उच्च ऊर्जा अवशोषण निम्त्याउँछ।
- वर्कपीस सतहमा प्रदूषण वा गैर-धातु अशुद्धता।
- वेल्डिंगको समयमा ग्यास उत्पादन गर्ने वर्कपीसहरू बीच वा मुनि कम पग्लने बिन्दु भएका पदार्थहरू।
- बन्द खोक्रो संरचनाहरूले ग्यास विस्तार र छर्कने कारण बनाउँछ।
समाधानहरू
- प्यारामिटरहरू अप्टिमाइज गर्नुहोस्: अधिकतम शक्ति घटाउनुहोस् वा स्पाइक वेभफॉर्महरू प्रयोग गर्नुहोस्।
- योग्य, उच्च गुणस्तरको कच्चा पदार्थ प्रयोग गर्नुहोस्।
- तेल र अशुद्धता हटाउन पूर्व-वेल्ड सफाईलाई बलियो बनाउनुहोस्।
- वेल्डिंग संरचना डिजाइन अनुकूलन गर्नुहोस्।
आन्तरिक छिद्रता
लेजर वेल्डिङमा पोरोसिटी सबैभन्दा सामान्य दोष हो। द्रुत थर्मल चक्र र छोटो पग्लिएको पोखरी जीवनकालले ग्यासलाई बाहिर निस्कनबाट रोक्छ, छिद्रहरू बनाउँछ।
सामान्य प्रकारहरू: हाइड्रोजन छिद्रहरू, कार्बन मोनोअक्साइड छिद्रहरू, र किहोल कोलेप्स छिद्रहरू।
वेल्डिङ दरारहरू
दरारहरूले वेल्डको शक्ति र सेवा जीवनलाई गम्भीर रूपमा कम गर्छ। लेजर वेल्डिङको द्रुत तताउने र चिसोपनले दरारको जोखिम बढाउँछ।
धेरैजसो लेजर वेल्डिङ दरारहरू तातो दरारहरू हुन्, जुन एल्युमिनियम मिश्र धातुहरू र उच्च-कार्बन / उच्च-मिश्र धातु स्टीलहरूमा सामान्य हुन्छन्।
रोकथाम
- भंगुर पदार्थहरूको लागि, क्र्याकिंग कम गर्न प्रिहिटिंग र स्लो-कुलिङ वेभफॉर्महरू थप्नुहोस्।
- वेल्डिङको तनाव कम गर्न जोइन्ट डिजाइनलाई अनुकूलन गर्नुहोस्।
- समान प्रदर्शनमा कम क्र्याकिङ प्रवृत्ति भएका सामग्रीहरू चयन गर्नुहोस्।
वेल्डिङ विकृति
पातलो पानाहरू, ठूलो-क्षेत्र वर्कपीसहरू, वा बहु-स्थान वेल्डिंगमा विकृति प्रायः हुन्छ, जसले एसेम्बली र कार्यसम्पादनलाई असर गर्छ। यो असमान ताप इनपुट र असंगत थर्मल विस्तार / संकुचनका कारण हुन्छ।
समाधानहरू
- ताप इनपुट कम गर्न प्यारामिटरहरू अप्टिमाइज गर्नुहोस्: पल्स चौडाइ घटाउँदै अधिकतम शक्ति बढाउनुहोस्।
- प्रति एकाइ समय ताप कम गर्न वेल्डिंग गति र पल्स फ्रिक्वेन्सी कम गर्नुहोस्।
- एकरूप ताप सुनिश्चित गर्न वेल्डिंग अनुक्रम अनुकूलन गर्नुहोस्।
पोस्ट समय: फेब्रुअरी-२५-२०२६
