Laser beam welding
لیزر بیم ویلڈنگ (ایل بی ڈبلیو) ایک ویلڈنگ تکنیک ہے جو لیزر کے استعمال کے ذریعے دھات یا تھرموپلاسٹک کے ٹکڑوں کو جوڑنے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ بیم ایک متمرکز حرارت کا ذریعہ فراہم کرتا ہے، جو تنگ، گہری ویلڈ اور اعلی ویلڈنگ کی شرحوں کی اجازت دیتا ہے۔ یہ عمل اکثر اعلی حجم اور درستگی میں استعمال ہوتا ہے جس میں آٹومیشن کا استعمال کرتے ہوئے ایپلی کیشنز کی ضرورت ہوتی ہے، جیسا کہ آٹوموٹو اور ایروناٹکس کی صنعتوں میں ہوتا ہے۔ یہ کی ہول یا پینٹریشن موڈ ویلڈنگ پر مبنی ہے۔ الیکٹران بیم ویلڈنگ (ای بی ڈبلیو) کی طرح آپریشن، لیزر بیم ویلڈنگ میں زیادہ طاقت کی کثافت (1 میگاواٹ/سینٹی میٹر 2 کی ترتیب پر) ہوتی ہے جس کے نتیجے میں گرمی سے متاثرہ چھوٹے زون ہوتے ہیں اور حرارتی اور ٹھنڈک کی شرح زیادہ ہوتی ہے۔ لیزر کا اسپاٹ سائز 0.2 ملی میٹر اور 13 ملی میٹر کے درمیان مختلف ہو سکتا ہے، حالانکہ ویلڈنگ کے لیے صرف چھوٹے سائز استعمال کیے جاتے ہیں۔ دخول کی گہرائی فراہم کردہ طاقت کی مقدار کے متناسب ہوتی ہے، لیکن یہ فوکل پوائنٹ کے مقام پر بھی منحصر ہوتی ہے: جب فوکل پوائنٹ ورک پیس کی سطح سے قدرے نیچے ہوتا ہے تو دخول زیادہ سے زیادہ ہوتا ہے۔ ایک مسلسل یا پلسڈ لیزر بیم استعمال کیا جا سکتا ہے جو درخواست پر منحصر ہوتا ہے۔ ملی سیکنڈ لمبی دالوں کا استعمال ریزر بلیڈ جیسے پتلے مواد کو ویلڈ کرنے کے لیے کیا جاتا ہے جبکہ گہرے ویلڈ کے لیے مسلسل لیزر سسٹم استعمال کیے جاتے ہیں۔ ایل بی ڈبلیو ایک ورسٹائل عمل ہے، جو کاربن اسٹیل، ایچ ایس ایل اے اسٹیل، سٹینلیس سٹیل، ایلومینیم اور ٹائٹینیم کو ویلڈنگ کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے۔ کولنگ کی اعلی شرحوں کی وجہ سے، اعلی کاربن والے اسٹیل کی ویلڈنگ کرتے وقت کریکنگ ایک تشویش کا باعث ہے۔ ویلڈ کا معیار الیکٹران بیم ویلڈنگ کی طرح اعلی ہے۔ ویلڈنگ کی رفتار فراہم کردہ بجلی کی مقدار کے متناسب ہوتی ہے لیکن یہ ورک پیسوں کی قسم اور موٹائی پر بھی منحصر ہوتی ہے۔ گیس لیزرز کی اعلی طاقت کی صلاحیت انہیں خاص طور پر اعلی حجم کی ایپلی کیشنز کے لیے موزوں بناتی ہے۔ آٹوموٹو صنعت میں ایل بی ڈبلیو خاص طور پر غالب ہے۔ ای بی ڈبلیو کے مقابلے میں ایل بی ڈبلیو کے کچھ فوائد یہ ہیں: لیزر بیم کو خلا کی ضرورت کے بجائے ہوا کے ذریعے منتقل کیا جا سکتا ہے۔ یہ عمل روبوٹک مشینری کے ساتھ آسانی سے خودکار ہوتا ہے۔ ایکس رے پیدا نہیں ہوتے ہیں۔ ایل بی ڈبلیو کے نتیجے میں اعلی معیار کی ویلڈ ہوتی ہے۔ ایل بی ڈبلیو سے ماخوذ، لیزر ہائبرڈ ویلڈنگ، ایل بی ڈبلیو کے لیزر کو آرک ویلڈنگ کے طریقہ کار جیسے گیس میٹل آرک ویلڈنگ کے ساتھ جوڑتا ہے۔ یہ امتزاج زیادہ پوزیشننگ لچک کی اجازت دیتا ہے، کیونکہ جی ایم اے ڈبلیو جوڑوں کو بھرنے کے لیے پگھلی ہوئی دھات کی فراہمی کرتا ہے، اور لیزر کے استعمال کی وجہ سے، ویلڈنگ کی رفتار میں اس سے زیادہ اضافہ ہوتا ہے جو عام طور پر جی ایم اے ڈبلیو کے ساتھ ممکن ہے۔ ویلڈ کا معیار بھی زیادہ ہوتا ہے، کیونکہ انڈر کٹنگ کی صلاحیت کم ہو جاتی ہے۔ آلات آٹومیشن اور سی اے ایم اگرچہ لیزر بیم ویلڈنگ ہاتھ سے کی جا سکتی ہے، لیکن زیادہ تر نظام خودکار ہوتے ہیں اور کمپیوٹر ایڈیڈ ڈیزائن پر مبنی کمپیوٹر ایڈیڈ مینوفیکچرنگ کا نظام استعمال کرتے ہیں۔ لیزر ویلڈنگ کو ایک تیار شدہ حصہ بنانے کے لیے ملنگ کے ساتھ بھی جوڑا جا سکتا ہے۔ 2016 میں ریپریپ پروجیکٹ، جس نے تاریخی طور پر فیوزڈ فلامینٹ فیبریکیشن پر کام کیا، اوپن سورس لیزر ویلڈنگ سسٹم کی ترقی تک پھیل گیا۔ اس طرح کے نظاموں کو مکمل طور پر نمایاں کیا گیا ہے اور روایتی مینوفیکچرنگ لاگت کو کم کرتے ہوئے وسیع پیمانے پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ لیزر عام طور پر استعمال ہونے والے لیزرز کی دو قسمیں سالڈ اسٹیٹ لیزرز (خاص طور پر روبی لیزرز اور این ڈی: وائی اے جی لیزرز) اور گیس لیزرز ہیں۔ پہلی قسم کئی ٹھوس ذرائع ابلاغ میں سے ایک کا استعمال کرتی ہے، بشمول مصنوعی روبی (ایلومینیم آکسائڈ میں کرومیم)، شیشے میں نیوڈیمیم (این ڈی: گلاس)، اور سب سے عام قسم، یٹریم ایلومینیم گارنیٹ میں نیوڈیمیم (این ڈی: وائی اے جی)۔ گیس لیزر گیسوں کے مرکب جیسے ہیلیم، نائٹروجن، اور کاربن ڈائی آکسائیڈ (لیزر) کو میڈیم کے طور پر استعمال کرتے ہیں۔ قسم سے قطع نظر، تاہم، جب میڈیم پرجوش ہوتا ہے، تو یہ فوٹون خارج کرتا ہے اور لیزر بیم بناتا ہے۔ سالڈ اسٹیٹ سالڈ اسٹیٹ لیزرز 1 مائکرو میٹر کی ترتیب پر طول موج پر کام کرتے ہیں، جو ویلڈنگ کے لیے استعمال ہونے والے گیس لیزرز سے بہت چھوٹے ہوتے ہیں، اور اس کے نتیجے میں آپریٹرز کو خصوصی چشم پہننے یا ریٹنا کے نقصان کو روکنے کے لیے خصوصی اسکرینز کا استعمال کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ این ڈی: وائی اے جی لیزر پلسڈ اور کنٹینیوئس موڈ دونوں میں کام کر سکتے ہیں، لیکن دیگر اقسام پلسڈ موڈ تک محدود ہیں۔ اصل اور اب بھی مقبول ٹھوس ریاست کا ڈیزائن تقریبا 20 ملی میٹر قطر اور 200 ملی میٹر لمبا چھڑی کے طور پر ایک واحد کرسٹل کی شکل کا ہے، اور سرے زمین پر چپٹے ہیں۔ یہ چھڑی زینون یا کریپٹن پر مشتمل ایک فلیش ٹیوب سے گھرا ہوا ہے۔ جب چمکتی ہے تو لیزر کے ذریعے تقریبا دو ملی سیکنڈ تک چلنے والی روشنی کی نبض خارج ہوتی ہے۔ ڈسک کی شکل کے کرسٹل صنعت میں مقبولیت میں بڑھ رہے ہیں، اور فلیش لیمپ اپنی اعلی کارکردگی کی وجہ سے ڈایڈس کو راستہ دے رہے ہیں۔ روبی لیزرز کے لیے عام پاور آؤٹ پٹ 10-20 W ہے، جبکہ Nd: YAG لیزر آؤٹ پٹ 0.04-6,000 W کے درمیان ہوتا ہے۔ لیزر بیم کو ویلڈ ایریا تک پہنچانے کے لیے، فائبر آپٹکس عام طور پر استعمال کیے جاتے ہیں۔ گیس گیس لیزر ہائی وولٹیج، کم موجودہ بجلی کے ذرائع کا استعمال کرتے ہیں تاکہ گیس کے مرکب کو تیز کرنے کے لیے درکار توانائی فراہم کی جا سکے جو کہ لیزنگ میڈیم کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔ یہ لیزر مسلسل اور پلسڈ موڈ دونوں میں کام کر سکتے ہیں، اور گیس لیزر بیم کی طول موج 10.6 مائیکرو میٹر، گہری اورکت، یعنی ہے۔ "گرمی"۔ فائبر آپٹک کیبل جذب ہو جاتی ہے اور اس طول موج سے تباہ ہو جاتی ہے، اس لیے ایک سخت لینس اور آئینے کی ترسیل کا نظام استعمال کیا جاتا ہے۔ گیس لیزرز کے لیے بجلی کی پیداوار سالڈ اسٹیٹ لیزرز سے بہت زیادہ ہو سکتی ہے، جو 25 کلو واٹ تک پہنچ سکتی ہے۔ فائبر لیزرز میں، مرکزی ذریعہ خود آپٹیکل فائبر ہوتا ہے۔ وہ 50 کلو واٹ تک بجلی پیدا کرنے کی صلاحیت رکھتے ہیں اور روبوٹک صنعتی ویلڈنگ کے لیے تیزی سے استعمال ہو رہے ہیں۔ لیزر بیم ڈیلیوری جدید لیزر بیم ویلڈنگ مشینوں کو دو اقسام میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ روایتی قسم میں، لیزر آؤٹ پٹ کو سیون کی پیروی کرنے کے لیے منتقل کیا جاتا ہے۔ یہ عام طور پر روبوٹ کے ساتھ حاصل کیا جاتا ہے۔ بہت سے جدید ایپلی کیشنز میں، ریموٹ لیزر بیم ویلڈنگ کا استعمال کیا جاتا ہے۔ اس طریقہ کار میں لیزر بیم کو لیزر اسکینر کی مدد سے سیون کے ساتھ منتقل کیا جاتا ہے، تاکہ روبوٹک بازو کو اب سیون کی پیروی کرنے کی ضرورت نہ پڑے۔ ریموٹ لیزر ویلڈنگ کے فوائد ویلڈنگ کے عمل کی تیز رفتار اور اعلی درستگی ہیں۔ پلسڈ لیزر ویلڈنگ کے تھرمل ماڈلنگ پلسڈ لیزر ویلڈنگ کے مسلسل لہر (سی ڈبلیو) لیزر ویلڈنگ کے مقابلے میں فوائد ہیں۔ ان میں سے کچھ فوائد کم سوراخ دار اور کم بکھرے ہوئے ہیں۔ پلسڈ لیزر ویلڈنگ کے کچھ نقصانات بھی ہیں جیسے ایلومینیم مرکب میں گرم کریکنگ کا سبب بننا۔ پلسڈ لیزر ویلڈنگ کے عمل کا تھرمل تجزیہ ویلڈنگ کے پیرامیٹرز جیسے فیوژن کی گہرائی، کولنگ ریٹ اور بقایا دباؤ کی پیش گوئی میں مدد کر سکتا ہے۔ پلسڈ لیزر کے عمل کی پیچیدگی کی وجہ سے، ایک ایسا طریقہ کار استعمال کرنا ضروری ہے جس میں ڈویلپمنٹ سائیکل شامل ہو۔ سائیکل میں ریاضیاتی ماڈل کی تعمیر، عددی ماڈلنگ تکنیک جیسے کہ محدود عنصر ماڈلنگ (ایف ای ایم) یا محدود فرق طریقہ (ایف ڈی ایم) یا مفروضوں کو آسان بنانے کے ساتھ تجزیاتی ماڈل کا استعمال کرتے ہوئے تھرمل سائیکل کا حساب لگانا، اور تجرباتی پیمائش کے ذریعے ماڈل کی توثیق کرنا شامل ہے۔ کچھ شائع شدہ ماڈلز کو یکجا کرنے والے طریقہ کار میں شامل ہیں: طاقت جذب کرنے کی کارکردگی کا تعین کرنا۔ درجہ حرارت اور کلاسیئس-کلاپیرون مساوات کی بنیاد پر ریکوئل دباؤ کا حساب لگانا۔ حجم سیال طریقہ (VOF) کا استعمال کرتے ہوئے سیال کے بہاؤ کی رفتار کا حساب لگائیں۔ درجہ حرارت کی تقسیم کا حساب لگانا۔ وقت میں اضافہ کریں اور 1 سے 4 مراحل دہرائیں۔ نتائج کی توثیق مرحلہ 1 تمام تابکار توانائی جذب نہیں ہوتی اور ویلڈنگ کے لیے حرارت میں تبدیل نہیں ہوتی۔ کچھ تابکار توانائی پلازما میں جذب ہوتی ہے جو بخارات کے ذریعے پیدا ہوتی ہے اور پھر گیس کو آئنائز کرتی ہے۔ اس کے علاوہ، جذبیت بیم کی طول موج، ویلڈ کیے جانے والے مواد کی سطح کی ساخت، واقعات کا زاویہ، اور مواد کے درجہ حرارت سے متاثر ہوتی ہے۔ روزینتھل پوائنٹ ماخذ کا مفروضہ ایک لامحدود اعلی درجہ حرارت کی تعطل کو چھوڑتا ہے جس کی نشاندہی اس کے بجائے گوسی تقسیم کو فرض کرکے کی جاتی ہے۔ تابکار توانائی بھی بیم کے اندر یکساں طور پر تقسیم نہیں ہوتی ہے۔ کچھ آلات گاؤسی توانائی کی تقسیم پیدا کرتے ہیں، جبکہ دیگر بموڈل ہو سکتے ہیں۔ ایک گوسیائی توانائی کی تقسیم کو طاقت کی کثافت کو اس طرح کے فنکشن سے ضرب دے کر لاگو کیا جا سکتا ہے:، جہاں r بیم کے مرکز سے شعاعی فاصلہ ہے، = بیم کا رداس یا اسپاٹ سائز۔ نقطہ ماخذ کے مفروضے کے بجائے درجہ حرارت کی تقسیم کا استعمال درجہ حرارت پر منحصر مادی خصوصیات جیسے جذب کا آسان حساب لگانے کی اجازت دیتا ہے۔ تابکاری کی سطح پر، جب ایک کی ہول بنتا ہے، تو فریسنل عکاسی (کی ہول کیوٹی کے اندر متعدد عکاسی کی وجہ سے بیم توانائی کا تقریبا مکمل جذب) ہوتا ہے اور اس کا نمونہ بنایا جا سکتا ہے، جہاں ε ڈائی الیکٹرک مستقل، برقی چالکتا، اور لیزر فریکوئنسی کا ایک فنکشن ہے۔ θ واقع کا زاویہ ہے۔ جذب کی کارکردگی کو سمجھنا تھرمل اثرات کا حساب لگانے کی کلید ہے۔ مرحلہ 2 لیزر دو طریقوں میں سے کسی ایک میں ویلڈ کر سکتے ہیں: کنڈکشن اور کی ہول۔ کون سا موڈ کام کر رہا ہے اس کا انحصار اس بات پر ہے کہ آیا بجلی کی کثافت اتنی زیادہ ہے کہ وہ بخارات کا سبب بن سکتی ہے۔ کنڈکشن موڈ بخارات کے نقطہ سے نیچے ہوتا ہے جبکہ کی ہول موڈ بخارات کے نقطہ سے اوپر ہوتا ہے۔ کلیدی سوراخ ہوا کی جیب کے مترادف ہے۔ ہوا کی جیب بہاؤ کی حالت میں ہے۔ بخارات شدہ دھات کا ریکوئل دباؤ جیسی قوتیں کلیدی سوراخ کو کھولتی ہیں جبکہ کشش ثقل (عرف ہائیڈروسٹیٹک قوتیں) اور دھات کی سطح کا تناؤ اسے ختم کرنے کا رجحان رکھتے ہیں۔ اس سے بھی زیادہ طاقت کی کثافت پر، بخارات کو آئنائز کرکے پلازما بنایا جا سکتا ہے۔ بازیافت دباؤ کا تعین کلاسیئس-کلاپیرون مساوات کا استعمال کرتے ہوئے کیا جاتا ہے۔، جہاں P توازن بخارات کا دباؤ ہے، T مائع سطح کا درجہ حرارت ہے، HLV بخارات کی پوشیدہ حرارت ہے، TLV مائع بخارات کے انٹرفیس پر توازن کا درجہ حرارت ہے۔ اس مفروضے کا استعمال کرتے ہوئے کہ بخارات کا بہاؤ صوتی رفتاروں تک محدود ہے، کوئی اسے حاصل کرتا ہے، جہاں پو ماحولیاتی دباؤ ہے اور پی آر ریکوئل دباؤ ہے۔ مرحلہ 3 یہ کی ہول پروفائلز سے متعلق ہے۔ سیال کے بہاؤ کی رفتار کا تعین اس بات سے کیا جاتا ہے کہ رفتار ویکٹر کہاں ہے، P = دباؤ، ρ = بڑے پیمانے پر کثافت، = چپچپا، β = تھرمل توسیع گتانک، g = کشش ثقل، اور F تخروپن گرڈ سیل میں سیال کا حجم کا حصہ ہے۔ مرحلہ 4 لیزر امپنگمنٹ کی سطح پر باؤنڈری درجہ حرارت کا تعین کرنے کے لیے، آپ اس طرح کی مساوات کا اطلاق کریں گے۔ ، جہاں kn = لیزر کے ذریعہ متاثر ہونے والی سطح پر نارمل تھرمل چالکتا، ہوا کے لیے h = کنویکٹو حرارت کی منتقلی کا گتانک، σ تابکاری کے لیے اسٹیفن-بولٹزمین مستقل ہے، اور ε ویلڈ کیے جانے والے مواد کی اخراجیت ہے، q لیزر بیم ہیٹ فلکس ہے۔ سی ڈبلیو (مسلسل لہر) لیزر ویلڈنگ کے برعکس جس میں ایک حرکت پذیر تھرمل سائیکل شامل ہوتا ہے، پلسڈ لیزر میں ایک ہی جگہ پر بار بار امپنگ شامل ہوتی ہے، اس طرح متعدد اوور لیپنگ تھرمل سائیکل بنتے ہیں۔ اس سے نمٹنے کا ایک طریقہ یہ ہے کہ ایک اسٹیپ فنکشن شامل کیا جائے جو بیم آن ہونے پر ہیٹ فلکس کو ایک سے ضرب دیتا ہے لیکن بیم آف ہونے پر ہیٹ فلکس کو صفر سے ضرب دیتا ہے۔ اس کو حاصل کرنے کا ایک طریقہ کرونکر ڈیلٹا کا استعمال کرنا ہے جو q کو مندرجہ ذیل طور پر تبدیل کرتا ہے:، جہاں δ = کرونکر ڈیلٹا، qe = تجرباتی طور پر طے شدہ حرارت کا بہاؤ۔ اس طریقہ کار میں مسئلہ یہ ہے کہ یہ آپ کو نبض کی مدت کا اثر دیکھنے کی اجازت نہیں دیتا ہے۔ اس کو حل کرنے کا ایک طریقہ یہ ہے کہ ایک ترمیم کنندہ کا استعمال کیا جائے جو وقت پر منحصر فنکشن ہے جیسے: جہاں v = پلس فریکوئنسی، n = 0,1,2,., v-1)، τ = پلس کا دورانیہ۔ اگلا، آپ اس باؤنڈری کنڈیشن کو لاگو کریں گے اور اندرونی درجہ حرارت کی تقسیم حاصل کرنے کے لیے فورئیر کے دوسرے قانون کو حل کریں گے۔ یہ فرض کرتے ہوئے کہ کوئی اندرونی حرارت پیدا نہیں ہوتی، حل یہ ہے، جہاں k = تھرمل چالکتا، ρ = کثافت، Cp = مخصوص حرارت کی صلاحیت، = سیال کی رفتار ویکٹر۔ مرحلہ 5 اضافہ پچھلے مراحل میں پیش کردہ گورننگ مساوات کو الگ کرکے اور اگلے وقت اور لمبائی کے مراحل کو لاگو کرکے کیا جاتا ہے۔ مرحلہ 6 کے نتائج کی توثیق مخصوص تجرباتی مشاہدات یا عام تجربات کے رجحانات سے کی جا سکتی ہے۔ ان تجربات میں فیوژن کی گہرائی کی میٹالوگرافک تصدیق شامل ہے۔ مفروضوں کو آسان بنانے کے نتائج پلسڈ لیزر کی طبیعیات بہت پیچیدہ ہو سکتی ہے اور اس لیے حساب کو تیز کرنے یا مادی خصوصیات کی کمی کی تلافی کے لیے کچھ آسان مفروضے بنانے کی ضرورت ہے۔ کمپیوٹنگ کے وقت کو کم کرنے کے لیے مخصوص حرارت جیسی مادی خصوصیات کے درجہ حرارت پر انحصار کو نظر انداز کر دیا جاتا ہے۔ مائع-دھاتی انٹرفیس کو چھوڑنے والے بخارات سے بڑے پیمانے پر ہونے والے نقصان کی وجہ سے گرمی کے نقصان کی مقدار کا حساب نہ لیا جائے تو مائع کے درجہ حرارت کا زیادہ اندازہ لگایا جا سکتا ہے۔ لیزر میٹل ڈیپوزیشن حوالہ جات کتابچہ کیری، ہاورڈ بی۔ اور اسکاٹ سی ہیلزر (2005) بھی دیکھیں۔ جدید ویلڈنگ ٹیکنالوجی۔ اپر سیڈل ریور، نیو جرسی: پیئرسن ایجوکیشن۔ ۔ ویمن، کلاس (2003)۔ ویلڈنگ پروسیسز ہینڈ بک۔ نیویارک: سی آر سی پریس ایل ایل سی۔ ۔ کلپاکجیان، سیروپ اینڈ شمڈ، سٹیون آر۔ (2006)۔ مینوفیکچرنگ انجینئرنگ اینڈ ٹیکنالوجی 5 ویں ایڈیشن۔ اپر سیڈل ریور، نیو جرسی: پیئرسن ایجوکیشن۔ بیرونی روابط ڈوئل بیم لیزر ویلڈنگ ؛ 2002 ویلڈنگ جرنل ویلڈ مورفولوجی اور ڈوئل بیم لیزر ویلڈنگ میں تھرمل ماڈلنگ کا تحقیقی مضمون ؛ انڈسٹریل لیزر سولیوشنز میگزین روبوٹک لیزر ویلڈنگ ویلڈنگ ویلڈنگ ویلڈنگ مضامین پر مشتمل ویڈیو کلپس سے 2002 ویلڈنگ جرنل لیزر ویلڈنگ مضامین کا تحقیقی مضمون