लेजर वेल्डिङ प्रविधिउच्च ऊर्जा घनत्व, कम ताप इनपुट र गैर-सम्पर्क विशेषताहरूको कारण, आधुनिक परिशुद्धता निर्माणमा मुख्य प्रक्रियाहरू मध्ये एक भएको छ। यद्यपि, वेल्डिङको क्रममा पग्लिएको पोखरीको वायुमण्डलसँग सम्पर्कको कारणले हुने अक्सिडेशन, पोरोसिटी र तत्व जलन जस्ता समस्याहरूले वेल्ड सिमको मेकानिकल गुणहरू र सेवा जीवनलाई गम्भीर रूपमा सीमित गर्दछ। वेल्डिङ वातावरण नियन्त्रण गर्ने मुख्य माध्यमको रूपमा, सुरक्षात्मक ग्यासको प्रकार, प्रवाह दर र उड्ने मोडको चयनलाई सामग्री विशेषताहरू (जस्तै रासायनिक गतिविधि, थर्मल चालकता) र प्लेटको मोटाईसँग जोड्नु आवश्यक छ।
शिल्डिङ ग्यासका प्रकारहरू
ग्याँसहरूलाई ढाल्ने कामको मुख्य कार्य अक्सिजनलाई अलग गर्ने, पग्लिएको पोखरीको व्यवहारलाई नियमन गर्ने र ऊर्जा युग्मनको दक्षता सुधार गर्ने हो। तिनीहरूको रासायनिक गुणहरूको आधारमा, ढाल्ने ग्याँसहरूलाई निष्क्रिय ग्याँसहरू (आर्गन, हेलियम) र सक्रिय ग्याँसहरू (नाइट्रोजन, कार्बन डाइअक्साइड) मा वर्गीकृत गर्न सकिन्छ। निष्क्रिय ग्याँसहरूमा उच्च रासायनिक स्थिरता हुन्छ र पग्लिएको पोखरीको अक्सिडेशनलाई प्रभावकारी रूपमा रोक्न सक्छ, तर थर्मल भौतिक गुणहरूमा तिनीहरूको महत्त्वपूर्ण भिन्नताहरूले वेल्डिंग प्रभावलाई उल्लेखनीय रूपमा असर गर्छ। उदाहरणका लागि, आर्गन (Ar) मा उच्च घनत्व (१.७८४ किलोग्राम/मीटर³) हुन्छ र यसले स्थिर कोटिंग बनाउन सक्छ, तर यसको कम थर्मल चालकता (०.०१७७ वाट/मीटर·के) ले पग्लिएको पोखरीको ढिलो चिसो र उथले वेल्ड प्रवेश निम्त्याउँछ। यसको विपरीत, हेलियम (He) मा आर्गन भन्दा आठ गुणा बढी थर्मल चालकता (०.१५१३ वाट/मीटर·के) हुन्छ र पग्लिएको पोखरीको चिसोलाई गति दिन सक्छ र वेल्ड प्रवेश बढाउन सक्छ, तर यसको कम घनत्व (०.१७८५ किलोग्राम/मीटर³) ले यसलाई भाग्न प्रवण बनाउँछ, सुरक्षात्मक प्रभाव कायम राख्न उच्च प्रवाह दर आवश्यक पर्दछ। नाइट्रोजन (N₂) जस्ता सक्रिय ग्यासहरूले निश्चित परिदृश्यहरूमा ठोस घोल सुदृढीकरण मार्फत वेल्डको शक्ति बढाउन सक्छन्, तर अत्यधिक प्रयोगले पोरोसिटी वा भंगुर चरणहरूको वर्षा निम्त्याउन सक्छ। उदाहरणका लागि, डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील वेल्डिंग गर्दा, पग्लिएको पोखरीमा नाइट्रोजन प्रसारले फेराइट/अस्टेनाइट चरण सन्तुलनलाई बाधा पुर्याउन सक्छ, जसको परिणामस्वरूप क्षरण प्रतिरोधमा कमी आउँछ।
चित्र १. ३०४L स्टेनलेस स्टीलको लेजर वेल्डिङ (माथि): एआर ग्यास शिल्डिङ; (तल): एन२ ग्यास शिल्डिङ
प्रक्रिया संयन्त्रको दृष्टिकोणबाट, हेलियमको उच्च आयनीकरण ऊर्जा (२४.६ eV) ले प्लाज्मा शिल्डिङ प्रभावलाई दबाउन सक्छ र लेजर ऊर्जा अवशोषण बढाउन सक्छ, जसले गर्दा प्रवेश गहिराइ बढ्छ। यसैबीच, आर्गनको कम आयनीकरण ऊर्जा (१५.८ eV) ले प्लाज्मा क्लाउडहरू उत्पन्न गर्ने सम्भावना हुन्छ, जसलाई हस्तक्षेप कम गर्न डिफोकसिङ वा पल्स मोड्युलेसन आवश्यक पर्दछ। थप रूपमा, सक्रिय ग्यासहरू र पग्लिएको पोखरी (जस्तै स्टीलमा Cr सँग प्रतिक्रिया गर्ने नाइट्रोजन) बीचको रासायनिक प्रतिक्रियाले वेल्ड संरचना परिवर्तन गर्न सक्छ, र सामग्री गुणहरूमा आधारित सावधानीपूर्वक चयन आवश्यक छ।
सामग्री प्रयोगका उदाहरणहरू:
• स्टील: पातलो प्लेट (<३ मिमी) वेल्डिङमा, आर्गनले सतहको फिनिश सुनिश्चित गर्न सक्छ, १.५ मिमी कम-कार्बन स्टील वेल्ड सिमको लागि अक्साइड तहको मोटाई केवल ०.५ μm हुन्छ; बाक्लो प्लेटहरू (>१० मिमी) को लागि, प्रवेश गहिराइ बढाउन थोरै मात्रामा हेलियम (He) थप्नु आवश्यक छ।
• स्टेनलेस स्टील: आर्गन सुरक्षाले Cr तत्वको क्षतिलाई रोक्न सक्छ, ३ मिमी बाक्लो ३०४ स्टेनलेस स्टील वेल्ड सिममा १८.२% को Cr सामग्री आधार धातुको १८.५% नजिक पुग्छ; डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टीलको लागि, अनुपात सन्तुलन गर्न Ar-N₂ मिश्रण (N₂ ≤ ५%) आवश्यक पर्दछ। अध्ययनहरूले देखाएको छ कि ८ मिमी बाक्लो २२०५ डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टीलको लागि Ar-२% N₂ मिश्रण प्रयोग गर्दा, फेराइट/अस्टेनाइट अनुपात ४८:५२ मा स्थिर हुन्छ, ७८० MPa को तन्य शक्तिको साथ, जुन शुद्ध आर्गन सुरक्षा (७२० MPa) भन्दा उच्च छ।
• एल्युमिनियम मिश्र धातु: पातलो प्लेट (<३ मिमी): एल्युमिनियम मिश्र धातुहरूको उच्च परावर्तनशीलताले कम ऊर्जा अवशोषण दर निम्त्याउँछ, र हेलियम, यसको उच्च आयनीकरण ऊर्जा (२४.६ eV) को साथ, प्लाज्मा स्थिर गर्न सक्छ। अनुसन्धानले देखाउँछ कि जब २ मिमी बाक्लो ६०६१ एल्युमिनियम मिश्र धातु हेलियमद्वारा सुरक्षित हुन्छ, प्रवेश गहिराई १.८ मिमी पुग्छ, आर्गनको तुलनामा २५% ले बढ्छ, र पोरोसिटी दर १% भन्दा कम हुन्छ। बाक्लो प्लेटहरूको लागि (>५ मिमी): एल्युमिनियम मिश्र धातु बाक्लो प्लेटहरूलाई उच्च ऊर्जा इनपुट चाहिन्छ, र हेलियम-आर्गन मिश्रण (He:Ar = ३:१) ले प्रवेश गहिराई र लागत दुवै सन्तुलनमा राख्न सक्छ। उदाहरणका लागि, ८ मिमी बाक्लो ५०८३ प्लेटहरू वेल्ड गर्दा, मिश्रित ग्यास सुरक्षा अन्तर्गत प्रवेश गहिराई ६.२ मिमी पुग्छ, शुद्ध आर्गन ग्यासको तुलनामा ३५% ले बढ्छ, र वेल्डिंग लागत २०% ले घट्छ।
नोट: मूल पाठमा केही त्रुटि र असंगतिहरू छन्। प्रदान गरिएको अनुवाद पाठको सच्याइएको र सुसंगत संस्करणमा आधारित छ।
आर्गन ग्याँस प्रवाह दरको प्रभाव
आर्गन ग्यास प्रवाह दरले पग्लिएको पोखरीको ग्यास कभरेज क्षमता र तरल गतिशीलतालाई प्रत्यक्ष असर गर्छ। जब प्रवाह दर अपर्याप्त हुन्छ, ग्यास तहले हावालाई पूर्ण रूपमा अलग गर्न सक्दैन, र पग्लिएको पोखरीको किनारा अक्सिडेशन र ग्यास छिद्रहरूको गठनको लागि प्रवण हुन्छ; जब प्रवाह दर धेरै उच्च हुन्छ, यसले अशान्ति निम्त्याउन सक्छ, जसले पग्लिएको पोखरीको सतहलाई धुन सक्छ र वेल्ड डिप्रेसन वा स्प्याटर निम्त्याउन सक्छ। रेनल्ड्सको फ्लुइड मेकानिक्सको संख्या (Re = ρvD/μ) अनुसार, प्रवाह दरमा वृद्धिले ग्यास प्रवाह वेग बढाउनेछ। जब Re > 2300 हुन्छ, ल्यामिनार प्रवाह अशान्त प्रवाहमा परिणत हुन्छ, जसले पग्लिएको पोखरीको स्थिरतालाई नष्ट गर्नेछ। त्यसकारण, महत्वपूर्ण प्रवाह दरको निर्धारण प्रयोगहरू वा संख्यात्मक सिमुलेशनहरू (जस्तै CFD) मार्फत विश्लेषण गर्न आवश्यक छ।
चित्र २. वेल्ड सिलाईमा फरक ग्यास प्रवाह दरहरूको प्रभाव
प्रवाह अनुकूलन सामग्रीको थर्मल चालकता र प्लेट मोटाईसँग संयोजनमा समायोजन गर्नुपर्छ:
• स्टील र स्टेनलेस स्टीलको लागि: पातलो स्टील प्लेटहरू (१-२ मिमी) को लागि, प्रवाह दर प्राथमिकतामा १०-१५ लिटर/मिनेट हुन्छ। बाक्लो प्लेटहरू (>६ मिमी) को लागि, पुच्छरको अक्सिडेशनलाई दबाउन यसलाई १८-२२ लिटर/मिनेटमा बढाउनुपर्छ। उदाहरणका लागि, जब ६ मिमी बाक्लो ३१६ लिटर स्टेनलेस स्टीलको प्रवाह दर २० लिटर/मिनेट हुन्छ, HAZ कठोरताको एकरूपता ३०% ले सुधार हुन्छ।
• आल्मुनियम मिश्र धातुको लागि: उच्च तापीय चालकतालाई सुरक्षा समय विस्तार गर्न उच्च प्रवाह दर चाहिन्छ। ३ मिमी बाक्लो ७०७५ आल्मुनियम मिश्र धातुको लागि, प्रवाह दर २५-३० एल/मिनेट हुँदा पोरोसिटी दर सबैभन्दा कम (०.३%) हुन्छ। यद्यपि, अल्ट्रा-बाक्लो प्लेटहरू (>१० मिमी) को लागि, अशान्तिबाट बच्न कम्पोजिट ब्लोइङसँग संयोजन गर्न आवश्यक छ।
ग्यास उडाउने मोडको प्रभाव
ब्लोइङ ग्यास मोडले पग्लिएको पोखरीको प्रवाह ढाँचा र ग्यास प्रवाहको दिशा र वितरण नियन्त्रण गरेर दोष दमन प्रभावलाई प्रत्यक्ष रूपमा असर गर्छ। ब्लोइङ ग्यास मोडले सतह तनाव ग्रेडियन्ट र माराङ्गोनी प्रवाह (माराङ्गोनी प्रवाह) परिवर्तन गरेर पग्लिएको पोखरीको प्रवाहलाई नियमन गर्छ। साइडवे ब्लोइङले पग्लिएको पोखरीलाई विशेष दिशामा प्रवाह गर्न प्रेरित गर्न सक्छ, छिद्रहरू र स्ल्याग समावेशलाई कम गर्न सक्छ; कम्पोजिट ब्लोइङले बहु-दिशात्मक ग्यास प्रवाह मार्फत ऊर्जा वितरण सन्तुलन गरेर वेल्ड गठनको एकरूपता सुधार गर्न सक्छ।
उडाउने मुख्य तरिकाहरू समावेश छन्:
• समाक्षीय उडाउने: ग्यास प्रवाह लेजर बीमसँग समअक्षीय रूपमा आउटपुट हुन्छ, सममित रूपमा पग्लिएको पोखरीलाई ढाक्छ, उच्च-गतिको वेल्डिंगको लागि उपयुक्त। यसको फाइदा उच्च प्रक्रिया स्थिरता हो, तर ग्यास प्रवाहले लेजर फोकसिङमा हस्तक्षेप गर्न सक्छ। उदाहरणका लागि, अटोमोटिभ ग्याल्भेनाइज्ड स्टील शीट (१.२ मिमी) मा समाक्षीय उडाउने प्रयोग गर्दा, वेल्डिंग गति ४० मिमी/सेकेन्डमा बढाउन सकिन्छ, र स्प्याटर दर ०.१ भन्दा कम हुन्छ।
• छेउछाउबाट उड्ने: पग्लिएको पोखरीको छेउबाट ग्यास प्रवाह सुरु गरिन्छ, जुन गहिरो प्रवेश वेल्डिंगको लागि उपयुक्त, प्लाज्मा वा तल्लो अशुद्धतालाई दिशात्मक रूपमा हटाउन प्रयोग गर्न सकिन्छ। उदाहरणका लागि, १२ मिमी बाक्लो Q345 स्टीलमा ३०° को कोणमा उडाउँदा, वेल्ड प्रवेश १८% ले बढ्छ, र तल्लो पोरोसिटी दर ४% बाट ०.८% मा घट्छ।
• कम्पोजिट ब्लोइङ: कोएक्सियल र साइडवे ब्लोइङलाई संयोजन गरेर, यसले एकैसाथ अक्सिडेशन र प्लाज्मा इन्टरफेरन्सलाई दबाउन सक्छ। उदाहरणका लागि, डबल नोजल डिजाइनको साथ ३ मिमी बाक्लो ६०६१ एल्युमिनियम मिश्र धातुको लागि, पोरोसिटी दर २.५% बाट ०.४% मा घटाइन्छ, र तन्य शक्ति आधार सामग्रीको ९५% सम्म पुग्छ।
वेल्डिङको गुणस्तरमा शिल्डिङ ग्यासको प्रभाव मौलिक रूपमा यसको ऊर्जा स्थानान्तरणको नियमन, पग्लिएको पोखरीको थर्मोडायनामिक्स र रासायनिक प्रतिक्रियाहरूबाट उत्पन्न हुन्छ:
१. ऊर्जा स्थानान्तरण: हेलियमको उच्च तापीय चालकताले पग्लिएको पोखरीको चिसोपनलाई तीव्र बनाउँछ, ताप प्रभावित क्षेत्र (HAZ) को चौडाइ घटाउँछ; आर्गनको कम तापीय चालकताले पग्लिएको पोखरीको अस्तित्व समयलाई लम्ब्याउँछ, जुन पातलो प्लेटहरूको सतह गठनको लागि लाभदायक हुन्छ।
२. पग्लिएको पोखरीको स्थिरता: ग्यास प्रवाहले कतरनी बल मार्फत पग्लिएको पोखरीको प्रवाहलाई असर गर्छ, र उपयुक्त प्रवाह दरले स्प्याटरलाई दबाउन सक्छ; अत्यधिक प्रवाह दरले भोर्टेक्स निम्त्याउँछ, जसले वेल्ड दोषहरू निम्त्याउँछ।
३. रासायनिक सुरक्षा: निष्क्रिय ग्यासहरूले अक्सिजनलाई अलग गर्छन् र मिश्र धातु तत्वहरू (जस्तै Cr, Al) को अक्सिडेशनलाई रोक्छन्; सक्रिय ग्यासहरू (जस्तै N₂) ले ठोस घोल सुदृढीकरण वा यौगिक गठन मार्फत वेल्ड गुणहरू परिवर्तन गर्छन्, तर सांद्रतालाई सटीक रूपमा नियन्त्रण गर्न आवश्यक छ।
पोस्ट समय: अप्रिल-०९-२०२५
