लेज़र तकनीक

क्या आपने वेल्डिंग के बाद अत्यधिक स्पैटर, अशोभनीय वेल्ड फॉर्मेशन और कई छिद्रों जैसी वेल्डिंग त्रुटियाँ देखी हैं? जबकि आप सोच रहे होंगे कि क्या यह गलत लेज़र वेल्डिंग प्रक्रिया पैरामीटर सेटिंग्स के कारण है, क्या आप जानते हैं कि शील्डिंग गैस का सही उपयोग वेल्ड फॉर्मेशन और प्रदर्शन को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक भी है? इष्टतम शील्डिंग गैस का चयन करना वास्तव में वेल्डिंग की गुणवत्ता और दक्षता में सुधार का एक तरीका है।

चूँकि शील्डिंग गैस इतनी महत्वपूर्ण है, तो इसका वास्तव में क्या कार्य है? आप शील्डिंग गैस के प्रकार का चयन कैसे करें? वेल्डिंग के दौरान शील्डिंग गैस को कैसे प्रवाहित किया जाना चाहिए?

शील्डिंग गैस की भूमिका

लेजर वेल्डिंग में, शील्डिंग गैस वेल्ड के निर्माण, वेल्ड की गुणवत्ता, वेल्ड की पैनिट्रेशन (भेदन) और वेल्ड की चौड़ाई को प्रभावित करती है। अधिकांश मामलों में, शील्डिंग गैस को फूँकने से वेल्ड पर सकारात्मक प्रभाव पड़ता है, लेकिन इसके प्रतिकूल प्रभाव भी हो सकते हैं।

सकारात्मक प्रभाव

1) उचित रूप से प्रवेश कराई गई शील्डिंग गैस प्रभावी ढंग से वेल्ड पूल की रक्षा करती है, जिससे ऑक्सीकरण कम हो जाता है या यहाँ तक कि पूरी तरह रोका जा सकता है।

2) उचित रूप से प्रवेश कराई गई शील्डिंग गैस वेल्डिंग के दौरान छींटों (स्पैटर) को प्रभावी ढंग से कम करती है।

3) उचित रूप से प्रवेश कराई गई शील्डिंग गैस ठोसीकरण के दौरान वेल्ड पूल के समान रूप से फैलने को बढ़ावा देती है, जिससे एक समान और दृष्टिकर्षक वेल्ड प्राप्त होता है।

4) उचित रूप से प्रवेश कराई गई शील्डिंग गैस लेजर पर धातु वाष्प के धुंध या प्लाज्मा बादलों के शील्डिंग प्रभाव को प्रभावी ढंग से कम करती है, जिससे लेजर के प्रभावी उपयोग की दर बढ़ जाती है।

5) उचित रूप से प्रवेश कराई गई शील्डिंग गैस वेल्ड की छिद्रता (पोरोसिटी) को प्रभावी ढंग से कम करती है।

जब तक गैस के प्रकार, गैस प्रवाह दर और प्रवेश विधि का सही चयन किया जाए, तो आदर्श परिणाम प्राप्त किए जा सकते हैं।

हालांकि, शील्डिंग गैस के अनुचित उपयोग से वेल्डिंग पर भी नकारात्मक प्रभाव पड़ सकता है।

1) गलत शील्डिंग गैस आवेदन वेल्ड को और खराब कर सकता है:

① गलत प्रकार की गैस का चयन करने से वेल्ड दरारें उत्पन्न हो सकती हैं और वेल्ड के यांत्रिक गुणों में कमी आ सकती है;

② गलत गैस प्रवाह दर का चयन करने से वेल्ड ऑक्सीकरण अधिक गंभीर हो सकता है (चाहे प्रवाह दर बहुत अधिक हो या बहुत कम), और यह वेल्ड पूल पर भी गंभीर हस्तक्षेप कर सकता है, जिससे वेल्ड का ढहना या असमान निर्माण हो सकता है;

③ गलत गैस आवेदन विधि का चयन करने से शील्डिंग प्रभावी नहीं हो सकती, या तो बिल्कुल भी नहीं हो सकती, या वेल्ड निर्माण को नकारात्मक रूप से प्रभावित कर सकती है;

2) शील्डिंग गैस का आवेदन वेल्ड पैनिट्रेशन को प्रभावित कर सकता है, विशेष रूप से पतली-प्लेट वेल्डिंग में, जिससे वेल्ड पैनिट्रेशन कम हो जाता है।

शील्डिंग गैसों के प्रकार

आमतौर पर उपयोग की जाने वाली लेज़र वेल्डिंग शील्डिंग गैसों में N2, Ar और He शामिल हैं। उनके भौतिक-रासायनिक गुण अलग-अलग होते हैं, और इसलिए वे वेल्ड पर अलग-अलग प्रभाव डालते हैं।

नाइट्रोजन (N2)

सबसे सस्ती, लेकिन कुछ स्टेनलेस स्टील के वेल्डिंग के लिए अनुपयुक्त। नाइट्रोजन (N2) की आयनीकरण ऊर्जा मध्यम स्तर की होती है, जो आर्गन (Ar) से अधिक लेकिन हीलियम (He) से कम होती है। लेज़र विकिरण के अधीन, इसकी आयनीकरण मात्रा सामान्यतः कम होती है, जिससे प्लाज्मा बादल के निर्माण को प्रभावी ढंग से कम किया जाता है और इस प्रकार लेज़र के प्रभावी उपयोग दर में वृद्धि की जाती है। हालाँकि, नाइट्रोजन कुछ तापमानों पर एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं और कार्बन स्टील के साथ रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया कर सकती है, जिससे नाइट्राइड्स का निर्माण होता है। यह वेल्ड की भंगुरता को बढ़ाता है और टफनेस को कम करता है, जिससे वेल्ड जॉइंट के यांत्रिक गुणों पर काफी नकारात्मक प्रभाव पड़ता है। अतः एल्यूमीनियम मिश्र धातु और कार्बन स्टील के वेल्डिंग के लिए नाइट्रोजन का उपयोग सुरक्षित नहीं माना जाता है।

दूसरी ओर, नाइट्रोजन की स्टेनलेस स्टील के साथ रासायनिक प्रतिक्रिया से उत्पन्न नाइट्राइड्स वेल्ड जॉइंट की शक्ति को बढ़ा सकते हैं, जिससे इसके यांत्रिक गुणों में सुधार होता है। अतः स्टेनलेस स्टील के वेल्डिंग के दौरान नाइट्रोजन का उपयोग शील्डिंग गैस के रूप में किया जा सकता है।

आर्गन (Ar)

यह अपेक्षाकृत सस्ता है, इसका घनत्व उच्च है, और यह अच्छी सुरक्षा प्रदान करता है। हीलियम की तुलना में वेल्ड सतह अधिक चिकनी होती है। हालाँकि, यह उच्च-तापमान वाले धातु प्लाज्मा द्वारा आसानी से आयनित हो जाता है, जिससे लेज़र किरण का कुछ हिस्सा कार्य-टुकड़े तक पहुँचने से रोक दिया जाता है, जिससे प्रभावी वेल्डिंग शक्ति कम हो जाती है और वेल्डिंग की गति तथा पैठ (पेनिट्रेशन) में बाधा उत्पन्न होती है। Ar (आर्गन) की आयनीकरण ऊर्जा सबसे कम होती है, लेकिन लेज़र विकिरण के अधीन इसकी आयनीकरण मात्रा अपेक्षाकृत उच्च होती है, जो प्लाज्मा बादलों के निर्माण को नियंत्रित करने के लिए अनुकूल नहीं है और लेज़र के प्रभावी उपयोग दर पर कुछ प्रभाव डालेगी। हालाँकि, Ar की अभिक्रियाशीलता बहुत कम है और यह सामान्य धातुओं के साथ रासायनिक रूप से अभिक्रिया करने में कठिनाई का सामना करता है। इसके अतिरिक्त, Ar सस्ता है। इसके अतिरिक्त, Ar का घनत्व उच्च है, जो इसे वेल्ड पूल के ऊपर बैठने में सहायता करता है, जिससे वेल्ड पूल की बेहतर सुरक्षा सुनिश्चित होती है। अतः इसे एक पारंपरिक शील्डिंग गैस के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

हीलियम (He)

यह अधिक महंगा है, लेकिन सबसे अच्छा प्रभाव देता है, जिससे लेज़र कार्य-टुकड़े की सतह तक बिना किसी अवरोध के सीधे पहुँच सकता है। इसकी आयनीकरण ऊर्जा सबसे अधिक है, लेकिन लेज़र विकिरण के अधीन इसकी आयनीकरण डिग्री बहुत कम होती है, जिससे प्लाज्मा बादलों के निर्माण को प्रभावी ढंग से नियंत्रित किया जा सकता है। लेज़र धातुओं पर अच्छी तरह कार्य कर सकता है, और He की अभिक्रियाशीलता बहुत कम है, जिसके कारण यह मूल रूप से धातुओं के साथ रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया नहीं करता है। यह वेल्ड जोड़ों के लिए एक उत्कृष्ट शील्डिंग गैस है। हालाँकि, He बहुत महंगी है, और इसे आम तौर पर बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयोग नहीं किया जाता है। He का उपयोग आम तौर पर वैज्ञानिक अनुसंधान या उच्च मूल्य वाले उत्पादों के लिए किया जाता है।

शील्डिंग गैस इंजेक्शन विधियाँ

वर्तमान में शील्डिंग गैस को प्रवेश कराने के दो मुख्य तरीके हैं: एक है शील्डिंग गैस का ऑफ-एक्सिस साइड-ब्लोइंग... समानांतर साइड-ब्लोन प्रोटेक्टिव गैस

दूसरा प्रकार कोएक्सियल प्रोटेक्टिव गैस है।

कोएक्सियल शील्डिंग गैस

दोनों ब्लोइंग विधियों के बीच चयन कई कारकों के संयोजन पर निर्भर करता है, लेकिन आम तौर पर साइड-ब्लोइंग शील्डिंग गैस की सिफारिश की जाती है।

शील्डिंग गैस ब्लोइंग विधियों के चयन के सिद्धांत

सबसे पहले, यह स्पष्ट करना महत्वपूर्ण है कि "वेल्ड ऑक्सीकरण" शब्द एक आम बोलचाल का अभिव्यक्ति है। सैद्धांतिक रूप से, यह वेल्ड और वायु में हानिकारक घटकों के बीच एक रासायनिक अभिक्रिया को संदर्भित करता है, जिसके परिणामस्वरूप वेल्ड की गुणवत्ता में कमी आती है। इसके सामान्य उदाहरणों में वेल्ड धातु का वायु में ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और हाइड्रोजन के साथ निश्चित तापमान पर अभिक्रिया करना शामिल है।

वेल्ड ऑक्सीकरण को रोकने के लिए इन हानिकारक घटकों और वेल्ड धातु के बीच उच्च तापमान पर संपर्क को कम करना या टालना आवश्यक है। यह उच्च तापमान केवल द्रवित पूल धातु को ही नहीं, बल्कि वेल्ड धातु के पिघलने से लेकर ठोसीभूत होने तक और उसके तापमान के एक निश्चित स्तर से नीचे गिरने तक की पूरी अवधि को भी संदर्भित करता है।

उदाहरण के लिए, टाइटेनियम मिश्र धातु वेल्डिंग में, हाइड्रोजन 300 °°C से ऊपर तेज़ी से अवशोषित हो जाती है, ऑक्सीजन 450 °°C से ऊपर और नाइट्रोजन 600 °सी. अतः, टाइटेनियम मिश्र धातु के वेल्डों को ठोसीकरण के बाद और तापमान 300° से नीचे गिरने की अवधि के दौरान प्रभावी सुरक्षा की आवश्यकता होती है °सी; अन्यथा, वे "ऑक्सीकृत" हो जाएँगे।

जैसा कि उपरोक्त वर्णन स्पष्ट करता है, बहाव द्वारा प्रदान की जाने वाली सुरक्षात्मक गैस को केवल वेल्ड पूल की समय पर सुरक्षा करने की आवश्यकता नहीं है, बल्कि नव-ठोसीकृत क्षेत्र की भी सुरक्षा करने की आवश्यकता है। अतः, चित्र 1 में दिखाए गए अक्ष-विचलित पार्श्व-प्रवाह सुरक्षात्मक गैस विधि का सामान्यतः उपयोग किया जाता है, क्योंकि यह चित्र 2 में दिखाए गए समाक्षीय सुरक्षा विधि की तुलना में एक व्यापक सुरक्षा सीमा प्रदान करती है, विशेष रूप से नव-ठोसीकृत वेल्ड क्षेत्र के लिए बेहतर सुरक्षा प्रदान करती है।

इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों के लिए, अक्ष-विचलित पार्श्व-प्रवाह सुरक्षात्मक गैस सभी उत्पादों के लिए उपयुक्त नहीं है। कुछ विशिष्ट उत्पादों के लिए, केवल समाक्षीय सुरक्षात्मक गैस का उपयोग किया जा सकता है। चयन को उत्पाद की संरचना और संधि प्रकार के अनुसार अनुकूलित किया जाना चाहिए।

विशिष्ट सुरक्षात्मक गैस प्रवाह विधि का चयन

1) सीधे वेल्ड

चित्र 3 में दर्शाए गए अनुसार, उत्पाद का वेल्ड आकार सीधा है। जोड़ का प्रकार बट जोइंट, लैप जोइंट, कॉर्नर जोइंट या ओवरलैपिंग वेल्ड हो सकता है। इस प्रकार के उत्पाद के लिए, ऑफ-एक्सिस साइड-ब्लोइंग शील्डिंग गैस विधि, जो पसंदीदा है।

2) समतल बंद-आकार के वेल्ड

उत्पाद का वेल्ड आकार एक बंद आकार है, जैसे कि एक समतल वृत्त, एक समतल बहुभुज या एक समतल बहु-खंड रेखा। जोड़ का प्रकार बट जोइंट, लैप जोइंट या ओवरलैप वेल्ड जोइंट हो सकता है। इस प्रकार के उत्पाद के लिए, समाक्षीय शील्डिंग गैस को पसंद किया जाता है।

समतल बंद-आकार का वेल्ड

शील्डिंग गैस का चयन सीधे वेल्डिंग उत्पादन की गुणवत्ता, दक्षता और लागत को प्रभावित करता है। हालाँकि, वेल्डिंग सामग्रियों की विविधता के कारण, वास्तविक वेल्डिंग में वेल्डिंग गैस का चयन काफी जटिल होता है। इसके लिए वेल्डिंग सामग्री, वेल्डिंग विधि, वेल्डिंग स्थिति और आवश्यक वेल्डिंग प्रभाव को व्यापक रूप से ध्यान में रखना आवश्यक है। केवल वेल्डिंग परीक्षण के माध्यम से ही एक अधिक उपयुक्त वेल्डिंग गैस का चयन किया जा सकता है ताकि बेहतर वेल्डिंग परिणाम प्राप्त किए जा सकें।