तांबे की सामग्री की लेजर वेल्डिंग: नीली लेजर बनाम हरी लेजर

लेजर वेल्डिंग एक उभरती हुई उच्च-दक्षता वाली प्रसंस्करण तकनीक है। लेजर मशीनिंग की प्रक्रिया ऊर्जा की एक विशिष्ट किरण और पदार्थ के बीच परस्पर क्रिया का परिणाम है। पदार्थों को सामान्यतः धातु और अधात्विक में वर्गीकृत किया जाता है। धातु पदार्थों में स्टील, लोहा, तांबा, एल्युमीनियम और उनके संबंधित मिश्रधातु शामिल हैं, जबकि अधात्विक पदार्थों में कांच, लकड़ी, प्लास्टिक, कपड़ा और भंगुर पदार्थ शामिल हैं। लेजर निर्माण का उपयोग कई उद्योगों में किया जाता है, लेकिन अब तक इसका अनुप्रयोग मुख्य रूप से इन्हीं पदार्थों के भीतर ही सीमित है।

लेजर उद्योग को सामग्री गुणों पर अनुसंधान को मजबूत करने की आवश्यकता है

चीन में लेजर उद्योग का तीव्र विकास अनुप्रयोगों की व्यापक मांग से प्रेरित है। हालांकि, अधिकांश लेजर उपकरण निर्माता मुख्य रूप से लेजर बीम और यांत्रिक घटकों के बीच परस्पर क्रिया पर ध्यान केंद्रित करते हैं, जबकि कुछ उपकरण स्वचालन पर विचार कर रहे हैं। विभिन्न सामग्रियों के लिए कौन से बीम पैरामीटर उपयुक्त हैं, जैसे विषयों पर शोध की कमी है। शोध में इस कमी का अर्थ यह है कि कुछ कंपनियां नए उपकरण तो विकसित कर लेती हैं, लेकिन उनके नए अनुप्रयोगों का पता नहीं लगा पातीं। कई लेजर कंपनियों में ऑप्टिकल और मैकेनिकल इंजीनियर तो हैं, लेकिन मटेरियल साइंस इंजीनियर बहुत कम हैं, जो सामग्रियों के गुणों पर अधिक शोध की तत्काल आवश्यकता को दर्शाता है।

तांबे की उच्च परावर्तकता हरित और नीली लेजर प्रौद्योगिकी के विकास को बढ़ावा देती है।

धातु पदार्थों में, स्टील और लोहे की लेजर प्रोसेसिंग पर व्यापक शोध हो चुका है। हालांकि, उच्च परावर्तकता वाले पदार्थों, विशेष रूप से तांबा और एल्यूमीनियम की प्रोसेसिंग पर अभी भी शोध जारी है। तांबे की उत्कृष्ट तापीय और विद्युत चालकता के कारण इसका व्यापक उपयोग केबल, घरेलू उपकरण, उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, विद्युत उपकरण, इलेक्ट्रॉनिक घटक और बैटरी में होता है। कई वर्षों के प्रयासों के बावजूद, तांबे के गुणों के कारण लेजर तकनीक इसे प्रोसेस करने में अभी तक सफल नहीं हो पाई है।

सबसे पहले, तांबे की परावर्तनशीलता बहुत अधिक होती है, सामान्य 1064 एनएम इन्फ्रारेड लेजर के लिए इसकी परावर्तन दर 90% होती है। दूसरे, तांबे की उत्कृष्ट तापीय चालकता के कारण ऊष्मा शीघ्रता से फैल जाती है, जिससे वांछित प्रसंस्करण प्रभाव प्राप्त करना कठिन हो जाता है। तीसरे, प्रसंस्करण के लिए उच्च शक्ति वाले लेजर की आवश्यकता होती है, जिससे तांबे में विकृति आ सकती है। वेल्डिंग पूरी हो जाने पर भी, दोष और अपूर्ण वेल्ड आम बात है।

वर्षों के शोध के बाद यह पाया गया है कि हरे और नीले लेजर जैसे कम तरंगदैर्ध्य वाले लेजर तांबे की वेल्डिंग के लिए अधिक उपयुक्त होते हैं। इसी से हरे और नीले लेजर प्रौद्योगिकी के विकास को गति मिली है।

इन्फ्रारेड लेज़रों से 532 एनएम तरंगदैर्ध्य वाले हरे लेज़रों पर स्विच करने से परावर्तनशीलता में काफी कमी आती है। 532 एनएम तरंगदैर्ध्य वाला लेज़र तांबे की सामग्री पर लेज़र बीम का निरंतर युग्मन सुनिश्चित करता है, जिससे वेल्डिंग प्रक्रिया स्थिर हो जाती है। तांबे पर 532 एनएम लेज़र से की गई वेल्डिंग का प्रभाव स्टील पर 1064 एनएम लेज़र से की गई वेल्डिंग के प्रभाव के बराबर होता है।

चीन में हरित लेजर की व्यावसायिक क्षमता 500 वाट तक पहुंच गई है, जबकि अंतरराष्ट्रीय स्तर पर यह 3000 वाट तक पहुंच चुकी है। लिथियम बैटरी के घटकों में वेल्डिंग का प्रभाव विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। हाल के वर्षों में, तांबे की हरित लेजर वेल्डिंग, विशेष रूप से नई ऊर्जा उद्योग में, एक महत्वपूर्ण उपलब्धि बन गई है।

वर्तमान में, एक चीनी कंपनी ने 1000 वाट की क्षमता वाला पूर्णतः फाइबर-युग्मित हरा लेजर सफलतापूर्वक विकसित किया है, जिससे तांबे की वेल्डिंग के लिए इसके संभावित अनुप्रयोगों का व्यापक विस्तार हुआ है। यह उत्पाद बाजार में काफी लोकप्रिय है।

पिछले तीन वर्षों में, नई नीली लेजर तकनीक ने उद्योग जगत का ध्यान आकर्षित किया है। लगभग 450 एनएम तरंगदैर्ध्य वाली नीली लेजर, पराबैंगनी और हरी लेजर के बीच आती है। तांबे पर नीली लेजर का अवशोषण हरी लेजर की तुलना में बेहतर होता है, जिससे परावर्तनशीलता 35% से कम हो जाती है।

ब्लू लेजर वेल्डिंग का उपयोग थर्मल कंडक्शन वेल्डिंग और डीप पेनिट्रेशन वेल्डिंग दोनों के लिए किया जा सकता है, जिससे "स्पैटर-फ्री वेल्डिंग" प्राप्त होती है और वेल्ड की पोरोसिटी कम हो जाती है। गुणवत्ता में सुधार के अलावा, कॉपर की ब्लू लेजर वेल्डिंग गति के मामले में भी काफी बेहतर है, जो इंफ्रारेड लेजर वेल्डिंग से कम से कम पांच गुना तेज है। 3000 वाट के इंफ्रारेड लेजर से प्राप्त होने वाला प्रभाव 500 वाट के ब्लू लेजर से प्राप्त किया जा सकता है, जिससे ऊर्जा और बिजली की काफी बचत होती है।

नीले लेजर विकसित करने वाले लेजर निर्माता

नीले लेज़रों के प्रमुख निर्माताओं में लेज़रलाइन, नुबुरु, यूनाइटेड विनर्स, बीडब्ल्यूटी और हान्स लेज़र शामिल हैं। वर्तमान में, नीले लेज़र फाइबर-कपल्ड सेमीकंडक्टर तकनीक का उपयोग करते हैं, जिसकी ऊर्जा घनत्व थोड़ी कम है। इसलिए, कुछ कंपनियों ने तांबे की बेहतर वेल्डिंग के लिए ड्यूल-बीम कंपोजिट वेल्डिंग विकसित की है। ड्यूल-बीम वेल्डिंग में तांबे की वेल्डिंग के लिए नीले लेज़र बीम और इन्फ्रारेड लेज़र बीम का एक साथ उपयोग किया जाता है, जिसमें उच्च परावर्तनशीलता की समस्या को हल करने और पर्याप्त ऊर्जा घनत्व सुनिश्चित करने के लिए दोनों बीम स्पॉट की सापेक्ष स्थिति को सावधानीपूर्वक समायोजित किया जाता है।

लेजर तकनीकों के अनुप्रयोग या विकास में सामग्री के गुणों को समझना अत्यंत महत्वपूर्ण है। नीले या हरे लेजर, दोनों ही तांबे द्वारा लेजर के अवशोषण को बढ़ा सकते हैं, हालांकि उच्च शक्ति वाले नीले और हरे लेजर वर्तमान में महंगे हैं। ऐसा माना जाता है कि जैसे-जैसे प्रसंस्करण तकनीकें परिपक्व होंगी और नीले या हरे लेजर की परिचालन लागत में उचित कमी आएगी, बाजार में इनकी मांग में जबरदस्त वृद्धि होगी।

नीले और हरे लेज़रों के लिए कुशल शीतलन

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