हैंडहेल्ड लेजर वेल्डर कितनी मोटाई तक वेल्ड कर सकता है?

सामग्री के अनुसार 1000W हैंडहेल्ड लेजर वेल्डर की मोटाई सीमाएँ

स्टेनलेस स्टील और कार्बन स्टील पर वास्तविक एकल-पास प्रवेश

1000 वाट का एक हैंडहेल्ड लेजर वेल्डर कार्बन स्टील या 304 स्टेनलेस स्टील के साथ काम करते समय लगभग 2 से 3 मिमी मोटाई की सामग्री में एकल पास के माध्यम से अच्छी पेनिट्रेशन प्राप्त कर सकता है, लेकिन केवल तभी जब सतहें साफ हों और सभी प्रक्रिया सेटिंग्स बिल्कुल सही हों। इस विशिष्ट सीमा का कारण इस बात से है कि कीहोल मोड वेल्डिंग नामक प्रक्रिया को शुरू करने और जारी रखने के लिए वास्तव में कितनी शक्ति की आवश्यकता होती है। प्रक्रिया के दौरान ऊर्जा के कुशल स्थानांतरण में स्टील की तापीय चालकता, जो लगभग 50 वाट प्रति मीटर केल्विन है, मदद करती है। वास्तविक कार्य स्थलों पर परीक्षणों से पता चलता है कि आर्गन गैस सुरक्षा के साथ लगभग 0.8 मीटर प्रति मिनट की गति से चलते समय 304 स्टेनलेस स्टील में 3 मिमी पेनिट्रेशन लगातार काम करती है। कार्बन स्टील में 2.5 मिमी मोटाई के माध्यम से वेल्ड करने का प्रयास करते समय छिद्रता (पोरोसिटी) की समस्याओं से बचने के लिए मिल स्केल को हटाने के लिए अतिरिक्त तैयारी की आवश्यकता होती है। स्थिर धातु पूल (मेल्ट पूल) के लिए फोकस स्पॉट को आदर्श गहराई से धनात्मक या ऋणात्मक 0.2 मिमी के भीतर बनाए रखना वास्तव में महत्वपूर्ण है। उचित निष्क्रिय गैस कवरेज के बिना, सतह ऑक्सीकरण की समस्याएं प्रभावी पेनिट्रेशन को लगभग 15 प्रतिशत तक कम कर सकती हैं।

ऐलुमीनियम, तांबा और पीतल केवल 1.5 मिमी तक ही सीमित क्यों हैं—भले ही सेटअप आदर्श हो

गैर-लौह धातुओं के साथ काम करना मानक 1000 वाट हैंडहेल्ड उपकरणों का उपयोग करके गहरी प्रवेश प्राप्त करने का प्रयास करते समय वास्तविक चुनौतियाँ उत्पन्न करता है। उदाहरण के लिए एल्युमीनियम लें, यह आपतित लेज़र प्रकाश का लगभग 90% प्रतिबिंबित करता है और इतनी तेज़ी से ऊष्मा को दूर करता है (लगभग 240 वाट प्रति मीटर केल्विन) कि अधिकांश ऑपरेटर एकल पास में 1.5 मिमी से आगे बढ़ने में संघर्ष करते हैं, भले ही वे बीम दोलन और हीलियम शील्डिंग जैसे तरीकों का प्रयास करें। तांबा इससे भी खराब है क्योंकि इसकी तापीय चालकता लगभग 400 वाट/मीटर केल्विन तक बढ़ जाती है, जिसका अर्थ है कि ऊष्मा इतनी तेज़ी से बच जाती है कि कई तकनीशियनों को केवल 1.2 मिमी की गहराई तक पहुँचने के लिए सामग्री को पूर्व-तापित करने की आवश्यकता होती है। पीतल पूरी तरह से एक अलग सिरदर्द प्रस्तुत करता है क्योंकि जिंक 1.5 मिमी गहराई से आगे बढ़ने पर वाष्पित होने लगता है, जिससे विस्फोटक छिद्र उत्पन्न होते हैं और वेल्ड में समग्र फ्यूजन अस्थिर हो जाता है। प्रतिष्ठित पत्रिकाओं में प्रकाशित शोध बताते हैं कि इलेक्ट्रॉनों के फोनॉन्स के साथ अंतःक्रिया से संबंधित मूल भौतिकी सीमाओं के कारण नीले प्रकाश लेज़र और विशेष रूप से तैयार शील्डिंग गैसों के उपयोग से भी तांबे के मिश्र धातुओं में 1.3 मिमी से आगे नहीं बढ़ा जा सकता। 1500 वाट से अधिक शक्ति वाली मशीनों के साथ काम किए बिना बहु-पास वेल्डिंग के प्रयास आमतौर पर अत्यधिक विकृति और पास के बीच कमजोर बंधन का कारण बनते हैं, जिससे मोटे जोड़ बनाना सामान्य 1000 वाट हैंडहेल्ड इकाइयों पर व्यावहारिक रूप से असंभव हो जाता है।

उच्च शक्ति (1500W–4000W) किस प्रकार मोटाई क्षमता का विस्तार करती है—और कहाँ से लाभ में कमी आरंभ होती है

भेदन स्केलिंग प्रवृत्तियाँ: बहु-पास कार्बन स्टील में 3 मिमी (1000W) से 6.5 मिमी (4000W) तक

कार्बन स्टील के साथ काम करते समय बहुत गहरे वेल्ड बनाना संभव होता है जब लेज़र पावर को लगभग 1000 वाट से बढ़ाकर 4000 वाट तक कर दिया जाता है। 1000W जैसी कम शक्ति की स्थिति में हमें आमतौर पर प्रति पास लगभग 3 मिमी मिलती है, लेकिन 4000W तक बढ़ाने पर कई पास के बाद कुल मिलाकर लगभग 6.5 मिमी गहराई प्राप्त हो सकती है। इस सुधार का कारण यह है कि ऊर्जा कितनी गहराई तक सामग्री में अवशोषित होती है और विभिन्न परतों के माध्यम से गर्मी को कहाँ नियंत्रित किया जाता है, उस पर बेहतर नियंत्रण। कार्बन स्टील में वैसे भी प्रकाश का बहुत कम प्रतिबिंब होता है, इसलिए उच्च तीव्रता वाली बीम सीधे पिघलने वाली ऊर्जा में अच्छी तरह से परिवर्तित हो जाती है। फिर भी, लगभग 3000W के बाद शक्ति बढ़ाने से समानुपातिक लाभ घटने लगते हैं क्योंकि प्लाज्मा शील्डिंग जैसी समस्याएँ हस्तक्षेप करने लगती हैं और गर्मी बहुत अधिक पार्श्व रूप से फैल जाती है। गहराई को परत दर परत बनाते समय संरचनात्मक गुणवत्ता बनाए रखने के लिए, अधिकांश दुकानें बीच-बीच में सावधानीपूर्वक ठंडक के अंतराल के साथ रणनीतिक बहु-पास तकनीकों का उपयोग करती हैं। लेकिन यहाँ एक चुनौती है: हर अतिरिक्त मिलीमीटर के लिए गति को काफी कम करने की आवश्यकता होती है और पैरामीटर्स में बहुत सूक्ष्म समायोजन की आवश्यकता होती है, जिससे उत्पादन समय कम हो जाता है और ऑपरेटरों के लिए फ़्लोर पर अतिरिक्त काम बढ़ जाता है।

अरैखिकता विरोधाभास: 2000W कार्बन स्टील पर 1000W की तुलना में दोगुनी मोटाई क्यों नहीं वेल्ड करता

लेज़र शक्ति को दोगुना करने से नहीं भेदन क्षमता दोगुनी नहीं होती—यह एक सामान्य गलतफहमी है जो ऊर्जा की अति-सरलीकृत धारणाओं पर आधारित है। जबकि 1000W कार्बन स्टील में लगभग ~3 मिमी प्राप्त करता है, 2000W आमतौर पर केवल 4.5–5 मिमी प्रदान करता है—6 मिमी नहीं। यह अरैखिकता तीन परस्पर संबंधित भौतिकी सीमाओं के कारण उत्पन्न होती है:

• किरण प्रकीर्णन : गहरे कीहोल अंतःक्रिया क्षेत्र को चौड़ा कर देते हैं, जिससे ऊर्जा बड़े आयतन में फैल जाती है
• चरघातांकी ऊष्मा विलोपन : शिखर तापमान के साथ ऊष्मा चालन दरें तेजी से बढ़ जाती हैं
• प्लाज्मा हस्तक्षेप : लगभग ~1500W से ऊपर आयनित धातु वाष्प आपतित फोटॉन को अवशोषित और प्रकीर्णित करना शुरू कर देता है

भेदन के लिए वास्तव में महत्वपूर्ण यह नहीं है कि हम किसी चीज़ पर कितनी शक्ति लगा रहे हैं, बल्कि यह है कि वह शक्ति कितनी सघन है। जब कोई व्यक्ति शक्ति आउटपुट को दोगुना कर देता है, तो जब तक वह किरण को काफी छोटा नहीं बनाता, उसे दोगुना प्रभाव नहीं मिलता। वास्तविक दुनिया की स्थितियों में, भले ही शक्ति 100% तक बढ़ जाए, वास्तविक धब्बे का आकार केवल लगभग 30% तक ही छोटा होता है। एक बार जब हम लगभग 3000 वाट तक पहुँच जाते हैं, तो चीजें तेजी से कम कुशल होने लगती हैं। 3000 से 4000 वाट तक जाने पर केवल लगभग 25% अधिक गहराई तक भेदन होता है, जो इतनी बड़ी शक्ति में वृद्धि के लिए काफी कमजोर प्रतीत होता है। 5 मिमी से अधिक गहराई वाले कटौती के कार्यों के लिए, प्रत्येक अतिरिक्त मिलीमीटर की लागत और सेटअप की जटिलता को देखना उचित रहता है। कभी-कभी अन्य तरीके, जैसे MIG वेल्डिंग को लेज़र के साथ जोड़ना या ध्रुवित आर्क का उपयोग करना, लंबे समय में वास्तव में सस्ता और सरल साबित हो सकते हैं।

वास्तविक वेल्ड गहराई निर्धारित करने वाले महत्वपूर्ण प्रक्रिया पैरामीटर

फोकस स्थिति, बीम उथल-पुथल, और स्पॉट आकार: स्थिर भेदन के लिए सटीकता उपकरण

1000W हैंडहेल्ड लेजर वेल्डर के साथ प्राप्त प्रवेश गहराई ऑप्टिक्स और गति सेटिंग्स से संबंधित तीन मुख्य कारकों पर निर्भर करती है। हालाँकि, फोकस स्थिति सबसे अधिक मायने रखती है। यदि फोकस लक्ष्य से केवल आधा मिलीमीटर भी विचलित हो जाए, तो स्टेनलेस स्टील सामग्री के साथ काम करते समय पृष्ठ की सतह पर आवश्यक शक्ति सांद्रता में गिरावट के कारण प्रवेश में 20% तक का परिवर्तन हो सकता है। जब ऑपरेटर बीम दोलन या कुछ लोग जिसे वॉबलिंग कहते हैं, शुरू करते हैं, तो वे वास्तव में एक चौड़ा पिघलने वाला क्षेत्र बनाते हैं। यह मोटे जोड़ों में अंतराल को बेहतर ढंग से पाटने में मदद करता है। इसके विपरीत, 0.2 मिमी से छोटे स्पॉट आकार में संकुचन सामग्री में शक्ति घनत्व में तेजी से वृद्धि करता है, जिससे गहरे संलयन की स्थिति बनती है। उन निर्माताओं ने जिन्होंने ऑटोमोटिव शीट धातु अनुप्रयोगों के लिए इन प्रणालियों का परीक्षण किया है, उन्होंने पाया है कि उत्पादन के दौरान फोकस नियंत्रण को धनात्मक या ऋणात्मक 0.1 मिमी के भीतर बनाए रखने से संरचनात्मक आवश्यकताओं को प्रत्येक बार पूरा करने वाले सुसंगत परिणाम प्राप्त होते हैं।

स्कैनिंग गति बनाम ठहराव समय: बहु-पास विन्यास में 6.5 मिमी (¼ इंच) के लिए अनुकूलन

6.5 मिमी कार्बन स्टील जैसे मोटे खंडों में पूर्ण प्रवेश के लिए बिना जलने या ठंडे ओवरलैप जैसी समस्याओं के वेल्डिंग करते समय स्कैनिंग गति और इंटरपास धारण समय के बीच सही संतुलन बनाए रखना आवश्यक है। जब ऑपरेटर लगभग 10 मिमी प्रति सेकंड से अधिक स्कैनिंग गति पर जाते हैं, तो इससे ऊष्मा निवेश कम हो जाता है और ऊष्मा प्रभावित क्षेत्र छोटा हो जाता है, लेकिन गहरे वेल्ड पास में अपूर्ण संलयन का वास्तविक जोखिम होता है। 6.5 मिमी जोड़ों पर काम करने वाले अधिकांश अनुभवी वेल्डरों ने पाया है कि प्रत्येक परत के बीच लगभग 400 से 600 मिलीसेकंड तक का अंतर रखना सबसे उपयुक्त होता है। इस छोटे विराम से धातु के आंशिक रूप से जमने लगने और कुछ आंतरिक तनावों को दूर करने में मदद मिलती है, जिससे एक स्थिर रूट पास बनाने में सहायता मिलती है। 3 मिमी प्रति सेकंड से कम गति पर जाना, बस बहुत अधिक ऊष्मा जमा कर देता है और अस्थिर पिघली हुई पूल बना देता है। और यदि विशेष रूप से पहले कुछ परतों में धारण समय 300 मिलीसेकंड से कम हो जाता है, तो वेल्ड पास के बीच जुड़ाव कमजोर होने लगता है। हालाँकि ये संख्याएँ अटल नहीं हैं। इन्हें इस्तेमाल की जा रही स्टील के प्रकार, जोड़ के आकार और यहाँ तक कि कमरे के तापमान जैसे कारकों के आधार पर समायोजित करने की आवश्यकता होती है। फिर भी, वेल्डिंग प्रक्रिया विकसित करने वाले किसी के लिए ये मान अच्छे प्रारंभिक बिंदु प्रदान करते हैं।