01
प्रस्तावना
अपने उच्च ऊर्जा घनत्व, कम ताप इनपुट और गैर-संपर्क प्रकृति के कारण, लेजर वेल्डिंग तकनीक आधुनिक सटीक विनिर्माण में मुख्य प्रक्रियाओं में से एक के रूप में उभरी है। हालाँकि, वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान वेल्ड पूल और वातावरण के बीच संपर्क के परिणामस्वरूप होने वाले ऑक्सीकरण, सरंध्रता और तात्विक जलन जैसे मुद्दे {{2}बंद{3}वेल्ड सीम के यांत्रिक गुणों और सेवा जीवन को गंभीर रूप से बाधित करते हैं। वेल्डिंग वातावरण को नियंत्रित करने के लिए महत्वपूर्ण माध्यम के रूप में, परिरक्षण गैस प्रकार, प्रवाह दर और वितरण विधि का चयन सावधानीपूर्वक विशिष्ट सामग्री विशेषताओं (जैसे रासायनिक प्रतिक्रियाशीलता और तापीय चालकता) और वर्कपीस की मोटाई के साथ जोड़ा जाना चाहिए।
लेजर और इलेक्ट्रॉन बीम प्रसंस्करण
02
परिरक्षण गैसों के प्रकार
परिरक्षण गैस का प्राथमिक कार्य ऑक्सीजन को अलग करना, वेल्ड पूल व्यवहार को विनियमित करना और ऊर्जा युग्मन दक्षता को बढ़ाना है। उनके रासायनिक गुणों के आधार पर, परिरक्षण गैसों को मोटे तौर पर अक्रिय गैसों (जैसे आर्गन और हीलियम) और सक्रिय गैसों (जैसे नाइट्रोजन और कार्बन डाइऑक्साइड) में वर्गीकृत किया जा सकता है। अक्रिय गैसों में उच्च रासायनिक स्थिरता होती है, जो वेल्ड पूल के ऑक्सीकरण को प्रभावी ढंग से रोकती है; हालाँकि, उनके थर्मोफिजिकल गुणों में महत्वपूर्ण अंतर वेल्डिंग के परिणाम पर गहरा प्रभाव डाल सकते हैं। उदाहरण के लिए, आर्गन (Ar) में उच्च घनत्व (1.784 किग्रा/वर्ग मीटर) होता है, जो इसे वेल्ड पूल के ऊपर एक स्थिर सुरक्षात्मक कंबल बनाने में सक्षम बनाता है; इसके विपरीत, इसकी कम तापीय चालकता (0.0177 W/m·K) के परिणामस्वरूप वेल्ड पूल का ठंडा होना धीमा होता है और प्रवेश की गहराई कम होती है। इसके विपरीत, हीलियम (He) आर्गन (0.1513 W/m·K) की तुलना में लगभग आठ गुना अधिक तापीय चालकता प्रदर्शित करता है, जिससे वेल्ड पूल शीतलन में तेजी आती है और प्रवेश गहराई बढ़ती है; हालाँकि, इसका कम घनत्व (0.1785 किग्रा/वर्ग मीटर) इसे तेजी से फैलाव की ओर ले जाता है, जिससे प्रभावी परिरक्षण बनाए रखने के लिए उच्च प्रवाह दर की आवश्यकता होती है। सक्रिय गैसें जैसे नाइट्रोजन (N₂) कुछ अनुप्रयोगों में, ठोस घोल को मजबूत करके वेल्ड सीम की ताकत बढ़ा सकती हैं; हालाँकि, उनके अत्यधिक उपयोग से सरंध्रता या भंगुर चरणों का अवक्षेपण हो सकता है। उदाहरण के लिए, जब डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील को वेल्डिंग किया जाता है, तो वेल्ड पूल में नाइट्रोजन का विघटन फेराइट {{13}ऑस्टेनाइट चरण संतुलन को बाधित कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप संक्षारण प्रतिरोध में कमी आती है।
प्रक्रिया तंत्र के दृष्टिकोण से, हीलियम की उच्च आयनीकरण ऊर्जा (24.6 ईवी) प्लाज्मा परिरक्षण प्रभाव को दबा देती है और लेजर ऊर्जा अवशोषण को बढ़ाती है, जिससे प्रवेश की गहराई बढ़ जाती है। इसके विपरीत, आर्गन की कम आयनीकरण ऊर्जा (15.8 ईवी) एक प्लाज्मा प्लम उत्पन्न करती है, जिससे हस्तक्षेप को कम करने के लिए डिफोकसिंग या पल्स मॉड्यूलेशन जैसी तकनीकों के उपयोग की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, सक्रिय परिरक्षण गैसों और पिघले हुए पूल के बीच रासायनिक प्रतिक्रियाएं, जैसे स्टील में क्रोमियम के साथ नाइट्रोजन की प्रतिक्रिया के माध्यम से नाइट्राइड का निर्माण, वेल्ड संरचना में बदलाव हो सकता है; इसलिए, विशिष्ट भौतिक गुणों को ध्यान में रखते हुए, परिरक्षण गैस का चुनाव सावधानी से किया जाना चाहिए।
**सामग्री अनुप्रयोग उदाहरण:**
• **स्टील:** पतली प्लेटों की वेल्डिंग में (<3 mm), argon ensures a high-quality surface finish; for instance, the oxide layer thickness on a weld in 1.5 mm low-carbon steel is merely 0.5 μm. For thick plates (>10 मिमी), हालाँकि, प्रवेश गहराई बढ़ाने के लिए हीलियम (He) की एक छोटी मात्रा की आवश्यकता होती है।
• **स्टेनलेस स्टील:** आर्गन परिरक्षण क्रोमियम (सीआर) सामग्री की कमी को रोकता है; 3 मिमी मोटे 304 स्टेनलेस स्टील पर एक वेल्ड में, सीआर सामग्री 18.2% तक पहुंच जाती है (बेस मेटल के 18.5% के करीब)। दूसरी ओर, डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील्स को एक संतुलित चरण अनुपात बनाए रखने के लिए Ar{5}}N₂ मिश्रण (5% से कम या उसके बराबर N₂ के साथ) की आवश्यकता होती है। अध्ययनों से संकेत मिलता है कि जब 8 मिमी मोटे 2205 डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील को Ar{11}}2%N₂ मिश्रण का उपयोग करके वेल्डिंग किया जाता है, तो फेराइट-से-ऑस्टेनाइट चरण अनुपात 48:52 पर स्थिर हो जाता है, जिससे 780 एमपीए की तन्य शक्ति प्राप्त होती है, जो शुद्ध आर्गन परिरक्षण (720 एमपीए) से प्राप्त तन्य शक्ति से बेहतर होती है।
• **एल्यूमीनियम मिश्र धातु:** *पतली प्लेटें (<3 mm):* The high reflectivity of aluminum alloys results in low energy absorption; helium, with its high ionization energy (24.6 eV), helps stabilize the plasma. Research shows that when welding 2 mm thick 6061 aluminum alloy under helium shielding, the penetration depth reaches 1.8 mm-a 25% increase compared to argon shielding-while porosity remains below 1%. *Thick Plates (>5 मिमी):* मोटी एल्यूमीनियम प्लेटों को वेल्डिंग करने के लिए उच्च ऊर्जा इनपुट की आवश्यकता होती है; एक हीलियम {{1}आर्गन मिश्रण (He:Ar=3:1) पर्याप्त प्रवेश गहराई प्राप्त करने और लागत प्रबंधन के बीच संतुलन प्रदान करता है। उदाहरण के लिए, जब 8 मिमी मोटी 5083 प्लेटों को वेल्डिंग किया जाता है, तो इस मिश्रण के साथ परिरक्षण करने से प्रवेश की गहराई 6.2 मिमी हो जाती है, शुद्ध आर्गन की तुलना में 35% सुधार होता है, साथ ही वेल्डिंग लागत 20% कम हो जाती है।
