स्थिर जल-शीतलित लेजर के साथ मोटी प्लेट वेल्डिंग में निपुणता

क्यों जल-शीतलित लेजर विश्वसनीय मोटी प्लेट वेल्डिंग के लिए आवश्यक है

थर्मल प्रबंधन सीमाएँ: 20 मिमी प्लेट मोटाई से अधिक एयर-कूल्ड लेजर के विफल होने का कारण

20 मिमी से अधिक मोटाई वाली प्लेटों के साथ काम करते समय, एयर कूल्ड लेजर सिस्टम बहुत जल्दी अपनी थर्मल सीमा तक पहुँच जाते हैं। गहरे प्रवेश वेल्डिंग से उत्पन्न अत्यधिक ऊष्मा को संभालने के लिए निष्क्रिय ठंडा करना पर्याप्त नहीं होता। इसके बाद क्या होता है? बीम में विकृति शुरू हो जाती है, शक्ति अस्थिर हो जाती है, और उन महंगे ऑप्टिकल घटकों का तेजी से क्षरण शुरू हो जाता है। उदाहरण के लिए, एक मानक 1500 वाट के एयर कूल्ड लेजर पर विचार करें—यह आराम से तापमान सहने की सीमा से अधिक न हो जाए इससे पहले प्रति पास लगभग 1.5 से 2 मिमी तक की वेल्ड गहराई तक संभाल सकता है, लेकिन बीम की गुणवत्ता में काफी कमी आ जाती है। एक बार 20 मिमी के निशान से आगे बढ़ने पर, तापमान में उतार-चढ़ाव पूरी तरह नियंत्रण से बाहर हो जाता है, जिससे असंगत परिणाम आते हैं और कार्यपृष्ठों और उपकरण दोनों को खराबी का खतरा रहता है।

• थर्मल लेंसिंग जो बीम को डिफोकस कर देती है
• त्वरित ऑप्टिक्स क्षरण जिसके कारण बार-बार प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है
• निरंतर संचालन के दौरान 15% से अधिक शक्ति आउटपुट में गिरावट

इन समस्याओं के कारण बहु-पास रणनीतियों की आवश्यकता होती है, जिससे चक्र समय में 70% तक की वृद्धि होती है और संलयन की कमी, पोरोसिटी और विकृति के जोखिम में वृद्धि होती है। इसके विपरीत, जल-शीतलित लेज़र सक्रिय शीतलन का उपयोग करके घटकों के तापमान को ±0.5°C के भीतर बनाए रखते हैं, जो मोटे खंडों पर स्थिर, उच्च-शक्ति एकल-पास वेल्डिंग की अनुमति देता है।

औद्योगिक सत्यापन: Q690 इस्पात पर 12 kW जल-शीतलित लेज़र प्रदर्शन

खनन उपकरण और संरचनात्मक बुनियादी ढांचे में सामान्य उपयोग वाले 30 मिमी Q690 उच्च-सामर्थ्य इस्पात पर 12 kW जल-शीतलित लेज़र प्रणाली ने पूर्ण-भेदन वेल्ड प्राप्त किए, जो निर्णायक प्रदर्शन लाभ को दर्शाता है। परीक्षणों ने पुष्टि की:

• 2.4 मीटर/मिनट की यात्रा गति पर स्थिर कीहोल निर्माण
• सिंक्रनाइज्ड पल्स मॉड्यूलेशन के कारण 0.2% से कम पोरोसिटी दर
• पारंपरिक आर्क वेल्डिंग की तुलना में ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र (HAZ) की चौड़ाई में 38% की कमी

लंबी चलने के दौरान प्रणाली ने लगभग 98% शक्ति स्थिरता बनाए रखी, जो हवा से ठंडा किए गए सेटअप में हम आमतौर पर देखते हैं उन परेशान करने वाले आउटपुट डिप्स को खत्म कर देती है। Q690 इस्पात जैसी सामग्री के लिए जो तापमान में उतार-चढ़ाव के प्रति बुरी तरह प्रतिक्रिया करती है, ऐसे स्थिर प्रदर्शन का वास्तव में महत्व होता है क्योंकि असमान ऊष्मा दरारें बन सकती है। परीक्षण के बाद वेल्ड नमूनों को देखने पर पूरे क्षेत्र में लगभग समान दाने की संरचना दिखाई दी, और उनकी तन्य शक्ति लगभग 540 MPa मापी गई। यह वास्तव में भारी भार के तहत आने वाले भागों के लिए ASME खंड IX और EN 15614-1 मानकों द्वारा आवश्यकता से बेहतर है।

जल-शीतलित लेजर का उपयोग करके स्थिर कीहोल वेल्डिंग के साथ पूर्ण प्रवेश प्राप्त करना

30–50 मिमी इस्पात में दोष-मुक्त कीहोल के लिए शक्ति घनत्व सीमाएं और बीम स्थिरता आवश्यकताएं

मोटे स्टील में उचित कीहोल शुरू करने के लिए प्रति वर्ग सेंटीमीटर शक्ति घनत्व के कम से कम 1.5 मेगावाट की आवश्यकता होती है। लेकिन 3.0 मेगावाट/सेमी² से अधिक जाने पर चीजें बहुत जल्दी अस्थिर हो जाती हैं। यहीं पानी से ठंडा लेज़र काम आता है। यह 0.1 से 0.3 मिमी के बीच छोटे फोकल स्पॉट को बनाए रख सकता है, जो 30 से 50 मिमी मोटाई के खंडों के माध्यम से वाष्प चैनलों को बनाए रखने के लिए बिल्कुल आवश्यक है। बीम शक्ति में भी अधिक उतार-चढ़ाव नहीं होना चाहिए। अध्ययनों में पाया गया है कि जब यह 2% से अधिक हो जाता है, तो Q690 स्टील के भागों में छिद्रता (पोरोसिटी) की समस्या लगभग 40% तक बढ़ जाती है। 40 मिमी गहरी कटौती के साथ काम करते समय, कम आवृत्ति वाले बीम दोलन का उपयोग सब कुछ बदल देता है। लगभग 50 हर्ट्ज या उससे कम पर 1 मिमी से बड़ी नहीं होने वाली गति मिलीभगती धातु के बेहतर प्रवाह में मदद करती है और छींटे की समस्या को कम करती है। सबसे अच्छी बात? यह प्रक्रिया के दौरान कीहोल संरचना को प्रभावित नहीं करता है।

छिद्रता और छींटे को खत्म करने के लिए पल्स मॉड्यूलेशन और शीतलन-समनुवर्तित बीम डिलीवरी

जब पल्स तरंग रूपों को कूलेंट प्रवाह चक्रों के साथ सिंक्रनाइज़ किया जाता है, तो इससे थर्मल शॉक में काफी कमी आती है। परीक्षणों से पता चला है कि प्रयोगशाला की स्थितियों में इस दृष्टिकोण से लगभग 60% तक की छिद्रता कम हो सकती है। 100 से 500 हर्ट्ज़ की सीमा में पल्स का मॉड्यूलन कीहोल की दीवारों को स्थिर रखने और वाष्प बुलबुलों के फंसने से रोकने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। कूलेंट प्रवाह के शिखर पर लेजर बीम की डिलीवरी के समय को सही ढंग से तय करने से यह सुनिश्चित होता है कि कार्यपृष्ठ की सतह पर शक्ति स्थिर बनी रहे। इन समन्वित प्रयासों से छींटे के स्तर को प्रति वर्ग सेंटीमीटर पांच कणों से भी कम तक कम किया जा सकता है, जो काफी उल्लेखनीय है। इसके अतिरिक्त, उन प्रणालियों की तुलना में ऊष्मा प्रभावित क्षेत्र लगभग 22% तक छोटा हो जाता है जो ठीक से सिंक नहीं होती हैं। यह उन सभी लोगों के लिए बहुत महत्वपूर्ण है जो 30 मिमी से अधिक मोटाई वाले मोटे उच्च-शक्ति मिश्र धातुओं के साथ काम करते हैं, जहाँ सटीकता का विशेष महत्व होता है।

परिशुद्ध जल-शीतलित लेजर नियंत्रण के माध्यम से ऊष्मा प्रभावित क्षेत्र और विकृति को न्यूनतम करना

HAZ न्यूनीकरण मेट्रिक्स: 8 किलोवाट जल-शीतलित लेज़र के साथ 25 मिमी मोटाई पर 38% संकुचन प्राप्त

बेहतर तापमान प्रबंधन के कारण जल-शीतलित लेज़र संपीड़न क्षेत्र (HAZ) को सिकोड़ने और वेल्डिंग के दौरान सामग्री में विरूपण कम करने में काफी बेहतर होते हैं, जिससे मोटे खंडों पर काम करते समय महत्वपूर्ण यांत्रिक गुणों को बरकरार रखने में मदद मिलती है। 25 मिमी मोटे प्लेटों पर परीक्षण करने पर, इन प्रणालियों ने पुरानी तकनीकों की तुलना में HAZ चौड़ाई को लगभग 38% तक कम कर दिया। व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए इसका क्या अर्थ है? सामग्री वहीं मजबूत बनी रहती है जहाँ इसकी आवश्यकता होती है। परीक्षणों में पता चला कि वेल्ड रेखा से केवल 1.5 मिमी दूर स्थिति में कठोरता का स्तर मूल मानों के लगभग 95% पर बना रहा, इसलिए कार्यपृष्ठ की अखंडता उतनी नहीं घटती जितनी पारंपरिक विधियाँ सुझाती हैं।

इस सटीकता को तीन परस्पर निर्भर कारक निर्धारित करते हैं:

• तापीय नियंत्रण : बंद-लूप कूलेंट संचलन लेज़र डायोड के तापमान को ±0.5°C के भीतर बनाए रखता है
• ऊर्जा घनत्व अनुकूलन : तंग बीम फोकस ऊष्मा निवेश को सीमित करता है, जो पार्श्व प्रसार को रोकता है
• प्रक्रिया स्थिरता में होता है : उप-2% शक्ति उतार-चढ़ाव स्थानीय अत्यधिक ताप और असमान विस्तार को रोकता है

परिणामस्वरूप वेल्डिंग के बाद सुधार की क्रिया में 60% तक कमी आती है, जिससे जल-शीतलित लेज़र ASME BPVC और DNV-OS-F101 मानकों द्वारा नियंत्रित दबाव पात्रों, ऑफशोर मंचों और अन्य उच्च-अखंडता अनुप्रयोगों के लिए अनिवार्य बन जाते हैं।

लेज़र आउटपुट स्थिरता से लेकर वेल्ड अखंडता तक: सम्पूर्ण प्रक्रिया स्थिरता सुनिश्चित करना

मोटी प्लेटों को वेल्ड करते समय विश्वसनीय परिणाम प्राप्त करने के लिए केवल लेज़र ही नहीं, बल्कि सभी घटकों में स्थिर प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है। गर्मी की समस्याओं को नियंत्रित करने में जल-शीतलन निश्चित रूप से सहायता करता है, लेकिन वास्तविक स्थिरता तीन मुख्य कारकों के लगातार साथ-साथ काम करने पर निर्भर करती है: लेज़र आउटपुट को स्थिर रखना, वेल्डिंग शुरू करने से पहले सामग्री की उचित तैयारी, और ऐसी नियंत्रण प्रणाली जो कार्य के दौरान अनुकूलन कर सके। हमने देखा है कि यदि बिजली के स्तर में लगभग 1.5% से अधिक उतार-चढ़ाव होता है, तो 25 मिमी से अधिक मोटाई की प्लेटों में अपूर्ण संलयन होने की अच्छी संभावना होती है। और पोनेमैन संस्थान की 2023 की रिपोर्ट के अनुसार, इस तरह की दोष के कारण अधिकांश उत्पादन लाइनों में प्रतिवर्ष लगभग 740,000 डॉलर का दोबारा कार्य करने का खर्च आता है। नवीनतम अनुकूली प्रणालियाँ अब तापमान नियंत्रित डायोड्स के साथ-साथ सीमों को ट्रैक करने वाले सेंसरों का उपयोग करती हैं, जो वेल्ड के दौरान फोकस और शक्ति में स्वचालित समायोजन की अनुमति देते हैं। यह तब भी गलित पूल को स्थिर रखता है जब जोड़ सही ढंग से संरेखित नहीं होते या सतहों में थोड़ा अंतर होता है। इन बंद-लूप नियंत्रणों ने पुरानी मैनुअल विधियों की तुलना में लगभग 60% तक छिद्रता की समस्याओं को कम कर दिया है। जोड़ों को एक साथ फिट करने की मानक प्रक्रियाओं, उचित शील्डिंग गैस प्रवाह दरों (आर्गन और हीलियम मिश्रण का उपयोग करके प्रति मिनट लगभग 18 से 22 लीटर अच्छी तरह काम करता है), और विभिन्न परिस्थितियों के लिए सेटिंग्स को रिकॉर्ड करने को जोड़ने से निर्माताओं को बहुत बेहतर परिणाम देखने को मिलते हैं। इन तरीकों को अपनाने वाली कंपनियाँ आमतौर पर विकृति के कारण होने वाले स्क्रैप में लगभग 35% की कमी करती हैं, और हजारों वेल्ड में प्लस या माइनस 0.2 मिमी के भीतर प्रवेश शुद्धता बनाए रखती हैं, जिसे औद्योगिक वेल्डिंग स्थिरता पर विभिन्न अध्ययनों द्वारा पुष्टि की गई है।

सामान्य प्रश्न

मोटी प्लेट वेल्डिंग में एयर-कूल्ड लेज़र्स काम क्यों नहीं करते?

20 मिमी से अधिक मोटाई वाली प्लेटों में एयर-कूल्ड लेज़र त्वरित रूप से अपनी थर्मल सीमा तक पहुँच जाते हैं, जिससे बीम विकृत होता है और शक्ति स्थिरता कम हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप वेल्डिंग परिणाम असंगत हो जाते हैं।

मोटी प्लेट वेल्डिंग में वॉटर-कूल्ड लेज़र्स के क्या फायदे हैं?

वॉटर-कूल्ड लेज़र सक्रिय शीतलन का उपयोग करके स्थिर तापमान और शक्ति आउटपुट बनाए रखते हैं, जो मोटे खंडों पर उच्च-शक्ति एकल-पास वेल्डिंग की अनुमति देता है।

मोटी वेल्डिंग में वॉटर-कूल्ड लेज़र्स के लिए कुछ प्रमुख प्रदर्शन मापदंड क्या हैं?

प्रमुख मापदंडों में स्थिर कीहोल निर्माण, कम छिद्रता दर और ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र की चौड़ाई में कमी शामिल है, जो बेहतर गुणवत्ता और संरचनात्मक अखंडता सुनिश्चित करता है।

सिंक्रनाइज़्ड कूलेंट प्रवाह और पल्स मॉड्यूलेशन वेल्डिंग में सुधार कैसे करते हैं?

सिंक्रनाइज़्ड प्रवाह थर्मल झटके और छिद्रता को कम करता है, जबकि पल्स मॉड्यूलेशन कीहोल स्थिरता बनाए रखता है, जिससे वेल्ड गुणवत्ता और स्थिरता में सुधार होता है।