لیزر ویلڈنگ کیا ہے؟

لیزر ویلڈنگ لیزر میٹریل پروسیسنگ ٹیکنالوجی کا ایک اہم پہلو ہے اور اسے اکثر لیزر ویلڈنگ مشین کہا جاتا ہے۔ اسے عام طور پر اس کے ورکنگ موڈ کی بنیاد پر لیزر مولڈ ویلڈنگ مشینوں (دستی ویلڈنگ مشینوں)، خودکار لیزر ویلڈنگ مشینوں، لیزر اسپاٹ ویلڈنگ مشینوں، اور فائبر لیزر ویلڈنگ مشینوں میں تقسیم کیا جاتا ہے۔ لیزر ویلڈنگ مواد کے چھوٹے علاقوں کو مقامی طور پر گرم کرنے کے لیے اعلی توانائی والی لیزر دالیں استعمال کرتی ہے۔ لیزر ریڈی ایشن سے حاصل ہونے والی توانائی تھرمل ترسیل کے ذریعے مواد میں پھیل جاتی ہے، مواد کو پگھلا کر ویلڈنگ کا مقصد حاصل کرنے کے لیے ایک مخصوص پگھلا ہوا تالاب بناتی ہے۔

1970 کی دہائی میں، لیزر ویلڈنگ بنیادی طور پر پتلی دیواروں والے مواد اور کم رفتار ویلڈنگ کے لیے استعمال ہوتی تھی۔ یہ عمل گرمی کی ترسیل کی قسم ہے، یعنی لیزر تابکاری ورک پیس کی سطح کو گرم کرتی ہے، اور حرارت پھر ترسیل کے ذریعے اندرونی حصے میں پھیل جاتی ہے۔ لیزر پلس کی چوڑائی، توانائی، چوٹی کی طاقت، اور تکرار کی فریکوئنسی جیسے پیرامیٹرز کو کنٹرول کرکے، ورک پیس کو پگھلا کر ایک مخصوص پگھلا ہوا تالاب بنایا جاتا ہے۔ اس کے منفرد فوائد کی وجہ سے، لیزر ویلڈنگ کو مائیکرو اور چھوٹے حصوں کی درست ویلڈنگ پر کامیابی سے لاگو کیا گیا ہے۔

ہائی پاور CO2 اور YAG لیزرز کی آمد نے لیزر ویلڈنگ کے لیے نئے شعبے کھول دیے ہیں، جس کے نتیجے میں چھوٹے سوراخ کے اثر کے نظریے کی بنیاد پر گہری دخول ویلڈنگ ہوتی ہے۔ اس کی وجہ سے مشینری، آٹوموٹو، اور اسٹیل جیسی صنعتوں میں تیزی سے وسیع پیمانے پر ایپلی کیشنز بڑھ رہی ہیں۔

دیگر ویلڈنگ ٹیکنالوجیز کے مقابلے میں، لیزر ویلڈنگ کے اہم فوائد یہ ہیں:

1. تیز رفتار، بڑی گہرائی، اور کم سے کم اخترتی: عمل تیز ہے، کم سے کم اخترتی کے ساتھ گہرے ویلڈز کو حاصل کرتا ہے۔

2. ویلڈنگ کے حالات میں استرتا: ویلڈنگ کو کمرے کے درجہ حرارت پر یا خاص حالات میں، سادہ آلات کے سیٹ اپ کے ساتھ انجام دیا جا سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، لیزر برقی مقناطیسی شعبوں کے ذریعے بغیر شہتیر کے انحراف کے کام کر سکتے ہیں۔ ویلڈنگ ویکیوم، ہوا، یا گیس کے مخصوص ماحول میں، اور شیشے جیسے شفاف مواد کے ذریعے ہو سکتی ہے۔

3. مشکل سے پگھلنے والے مواد کو ویلڈ کرنے کی صلاحیت: لیزر ویلڈنگ ٹائٹینیم اور کوارٹج جیسے مواد کو سنبھال سکتی ہے اور مختلف مواد کے ساتھ اچھے نتائج حاصل کر سکتی ہے۔

4. ہائی پاور ڈینسٹی: توجہ مرکوز کرنے کے بعد، لیزر اعلی طاقت کثافت ہے. ہائی پاور ویلڈنگ ایپلی کیشنز میں، گہرائی سے چوڑائی کا تناسب 5:1 تک، اور بعض صورتوں میں، 10:1 تک پہنچ سکتا ہے۔

5. مائیکرو ویلڈنگ کی صلاحیت: لیزر بیم کو بہت چھوٹے دھبوں اور درست پوزیشننگ حاصل کرنے کے لیے فوکس کیا جا سکتا ہے، جس سے یہ اعلیٰ حجم کی خودکار پیداوار میں مائیکرو اور چھوٹے حصوں کے لیے موزوں ہے۔

6. مشکل سے پہنچنے والے علاقوں تک رسائی: لیزر ویلڈنگ اعلی لچک کے ساتھ غیر رابطہ، ریموٹ ویلڈنگ انجام دے سکتی ہے۔ YAG لیزر ٹیکنالوجی میں حالیہ پیش رفت، جیسے فائبر ٹرانسمیشن ٹیکنالوجی، نے لیزر ویلڈنگ کے اطلاق کو مزید وسیع کیا ہے۔

7. ایک سے زیادہ بیم پروسیسنگ: لیزر کی شعاعوں کو مقامی اور وقتی طور پر تقسیم کیا جا سکتا ہے، جس سے متعدد بیموں اور متعدد ورک سٹیشنوں کے ساتھ بیک وقت پروسیسنگ ممکن ہو سکتی ہے، اور زیادہ درست ویلڈنگ کے لیے حالات فراہم کیے جا سکتے ہیں۔

تاہم، لیزر ویلڈنگ کی بھی کچھ حدود ہیں:

1. اعلی صحت سے متعلق کی ضرورت: ورک پیس کو زیادہ درستگی کے ساتھ جمع کیا جانا چاہیے، اور لیزر بیم کو درست طریقے سے ورک پیس پر رکھا جانا چاہیے۔ چونکہ فوکس کرنے کے بعد لیزر اسپاٹ بہت چھوٹا ہے اور ویلڈ سیون تنگ ہے، اس لیے یہ یقینی بنانا بہت ضروری ہے کہ ویلڈنگ کی خرابیوں سے بچنے کے لیے ورک پیس اسمبلی اور بیم کی پوزیشننگ درست ہو۔

2. اعلی قیمت: لیزرز اور متعلقہ سسٹمز کی قیمت نسبتاً زیادہ ہے، جو کہ ایک اہم ابتدائی سرمایہ کاری کی نمائندگی کرتی ہے۔

1. پاور ڈینسٹی

لیزر پروسیسنگ میں پاور کثافت سب سے اہم پیرامیٹرز میں سے ایک ہے۔ زیادہ طاقت کی کثافت مائیکرو سیکنڈز کے اندر سطح کو اپنے ابلتے مقام تک گرم کر سکتی ہے، جس سے اہم بخارات بنتے ہیں۔ لہذا، اعلی طاقت کی کثافت مواد کو ہٹانے کے عمل جیسے ڈرلنگ، کاٹنے، اور کندہ کاری کے لئے فائدہ مند ہے. کم طاقت کی کثافت کے لیے، سطح کے درجہ حرارت کو ابلتے ہوئے نقطہ تک پہنچنے میں کئی ملی سیکنڈ لگتے ہیں۔ سطح کے بخارات بننے سے پہلے، بنیادی تہیں پگھلنے کے مقام تک پہنچ جاتی ہیں، جو اچھی فیوژن ویلڈنگ کی سہولت فراہم کرتی ہے۔ ترسیل کی قسم کی لیزر ویلڈنگ میں، بجلی کی کثافت عام طور پر 10410^4104 سے 10610^6106 W/cm² تک ہوتی ہے۔

2. لیزر پلس ویوفارم

لیزر پلس کی ویوفارم لیزر ویلڈنگ میں ایک اہم مسئلہ ہے، خاص طور پر پتلی شیٹ ویلڈنگ کے لیے۔ جب ایک اعلی شدت والا لیزر بیم مادی سطح سے ٹکراتا ہے، تو لیزر توانائی کا 60% سے 98% تک جھلک جاتا ہے، اور عکاسی سطح کے درجہ حرارت کے ساتھ مختلف ہوتی ہے۔ ایک لیزر پلس کے دوران، دھات کی عکاسی نمایاں طور پر تبدیل ہوتی ہے.

3. لیزر پلس کا دورانیہ

نبض کی مدت نبض لیزر ویلڈنگ میں ایک اہم پیرامیٹر ہے۔ یہ مواد کو ہٹانے اور پگھلنے کے درمیان فرق کرتا ہے اور پروسیسنگ آلات کی لاگت اور سائز کا تعین کرنے میں بھی ایک اہم عنصر ہے۔

4. ویلڈنگ کے معیار پر فوکسنگ فاصلہ کا اثر

لیزر ویلڈنگ میں اکثر ایک خاص حد تک defocusing کی ضرورت ہوتی ہے کیونکہ لیزر فوکل پوائنٹ پر طاقت کی کثافت بہت زیادہ ہوتی ہے، جو بخارات کی وجہ سے سوراخ بننے کا باعث بن سکتی ہے۔ لیزر فوکل پوائنٹ سے دور ہوائی جہازوں پر، بجلی کی کثافت کی تقسیم نسبتاً یکساں ہے۔

defocusing کی دو قسمیں ہیں: مثبت defocus اور منفی defocus. مثبت ڈیفوکس اس وقت ہوتا ہے جب فوکل ہوائی جہاز ورک پیس کے اوپر ہوتا ہے، جبکہ منفی ڈیفوکس اس وقت ہوتا ہے جب فوکل ہوائی ورک پیس کے نیچے ہوتا ہے۔ جیومیٹرک آپٹکس تھیوری کے مطابق، جب مثبت اور منفی ڈیفوکس برابر ہوتے ہیں، تو متعلقہ طیاروں پر طاقت کی کثافت تقریباً ایک جیسی ہوتی ہے۔ تاہم، حاصل کردہ پگھلے ہوئے تالابوں کی شکلیں مختلف ہیں۔

منفی defocus کے نتیجے میں پگھلنے کی زیادہ گہرائی ہوسکتی ہے، جو پگھلے ہوئے تالاب کی تشکیل کے عمل سے متعلق ہے۔ تجربات سے معلوم ہوا ہے کہ جب لیزر مواد کو 50 سے 200 مائیکرو سیکنڈز تک گرم کرتا ہے، تو مواد پگھلنا شروع ہو جاتا ہے، مائع دھات اور بخارات بنتے ہیں، جس سے ہائی پریشر بھاپ بنتی ہے جو بہت تیز رفتاری سے خارج ہوتی ہے، جس سے ایک روشن سفید روشنی پیدا ہوتی ہے۔ اس کے ساتھ ہی، گیس کا زیادہ ارتکاز مائع دھات کو پگھلے ہوئے تالاب کے کنارے تک لے جانے کا سبب بنتا ہے، جس سے پول کے مرکز میں ڈپریشن بنتا ہے۔ منفی defocus کے دوران، مواد کے اندر طاقت کی کثافت سطح کی نسبت زیادہ ہوتی ہے، جس کی وجہ سے مضبوط پگھلنے اور بخارات بنتے ہیں، جس سے روشنی کی توانائی مواد میں گہرائی میں داخل ہوتی ہے۔ لہذا، عملی ایپلی کیشنز میں، منفی defocus استعمال کیا جاتا ہے جب زیادہ پگھلنے کی گہرائی کی ضرورت ہوتی ہے، جبکہ مثبت defocus کو پتلی مواد کی ویلڈنگ کے لئے ترجیح دی جاتی ہے.

1. چادروں کے درمیان ویلڈنگ

اس میں عمل کے چار طریقے شامل ہیں: بٹ ویلڈنگ، ایج ویلڈنگ، سینٹر پینیٹریشن پگھلنے والی ویلڈنگ، اور سینٹر پرفوریشن پگھلنے والی ویلڈنگ۔

2. تاروں کے درمیان ویلڈنگ

اس میں عمل کے چار طریقے شامل ہیں: وائر ٹو وائر بٹ ویلڈنگ، کراس ویلڈنگ، متوازی لیپ ویلڈنگ، اور ٹی جوائنٹ ویلڈنگ۔

3. اجزاء کو بلاک کرنے کے لیے دھاتی تاروں کی ویلڈنگ

لیزر ویلڈنگ دھاتی تاروں کو بلاک کے اجزاء سے جوڑ سکتی ہے، بلاک کے اجزاء کا سائز لچکدار ہونے کے ساتھ۔ ویلڈنگ کے دوران، تار کے اجزاء کے ہندسی طول و عرض پر توجہ دی جانی چاہئے۔

4. مختلف دھاتوں کی ویلڈنگ

مختلف قسم کی دھاتوں کی ویلڈنگ میں ویلڈ ایبلٹی اور ویلڈ کے پیرامیٹرز کی حد کو حل کرنا شامل ہے۔ مختلف مواد کے درمیان لیزر ویلڈنگ صرف مخصوص مواد کے امتزاج کے لیے ممکن ہے۔

اجزاء کے درمیان کچھ کنکشن لیزر فیوژن ویلڈنگ کے لیے موزوں نہیں ہیں لیکن نرم سولڈرنگ اور سخت سولڈرنگ کے لیے لیزرز کو حرارت کے ذریعہ کے طور پر استعمال کرنے سے فائدہ اٹھا سکتے ہیں، جو لیزر فیوژن ویلڈنگ کے لیے اسی طرح کے فوائد پیش کرتے ہیں۔ سولڈرنگ کے مختلف طریقے ہیں، لیزر نرم سولڈرنگ کے ساتھ بنیادی طور پر پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈز کو سولڈرنگ کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، خاص طور پر شیٹ نما اجزاء کی اسمبلی میں۔ دوسرے طریقوں کے مقابلے میں، لیزر نرم سولڈرنگ مندرجہ ذیل فوائد پیش کرتا ہے:

1. لوکلائزڈ ہیٹنگ: چونکہ ہیٹنگ مقامی ہے، اجزاء کو تھرمل نقصان پہنچنے کا امکان کم ہے، اور گرمی سے متاثرہ زون چھوٹا ہے۔ اس سے گرمی کے حساس اجزاء کے قریب نرم سولڈرنگ کرنا ممکن ہو جاتا ہے۔

2. غیر رابطہ حرارتی: غیر رابطہ حرارتی اور وسیع پگھلنے والے علاقے کے ساتھ، کسی اضافی ٹولز کی ضرورت نہیں ہے۔ یہ طریقہ دو طرفہ طباعت شدہ سرکٹ بورڈ کے دونوں طرف اجزاء کے نصب ہونے کے بعد پروسیسنگ کی اجازت دیتا ہے۔

3. مستحکم تکراری قابلیت: بار بار چلنے والی کارروائیوں کا استحکام زیادہ ہے۔ بہاؤ میں ویلڈنگ ٹولز کی کم سے کم آلودگی ہوتی ہے، اور لیزر کی نمائش کے وقت اور آؤٹ پٹ پاور کو آسانی سے کنٹرول کیا جاتا ہے، جس کے نتیجے میں لیزر سولڈرڈ مصنوعات کی زیادہ پیداوار ہوتی ہے۔

4. آسان بیم تقسیم کرنا: لیزر بیم آپٹیکل اجزاء جیسے نیم شفاف آئینے، ریفلیکٹر، پرزم، اور سکیننگ آئینے کا استعمال کرتے ہوئے آسانی سے تقسیم کیے جا سکتے ہیں، جس سے متعدد پوائنٹس پر بیک وقت ہم آہنگ ویلڈنگ کو فعال کیا جا سکتا ہے۔

5. طول موج کی لچک: لیزر سولڈرنگ عام طور پر 1.06 µm کی طول موج کے ساتھ لیزرز کو حرارت کے منبع کے طور پر استعمال کرتی ہے، جسے آپٹیکل فائبر کے ذریعے منتقل کیا جا سکتا ہے۔ یہ روایتی طریقوں کا استعمال کرتے ہوئے ویلڈنگ کے لئے مشکل علاقوں میں پروسیسنگ کی اجازت دیتا ہے، زیادہ لچک پیش کرتا ہے.

6. اچھی توجہ مرکوز کرنے کی صلاحیت: توجہ مرکوز کرنے کی صلاحیت بہترین ہے، جس سے ملٹی اسٹیشن آلات کے ساتھ آٹومیشن حاصل کرنا آسان ہے۔

میٹالرجیکل عمل اور نظریاتی اصول

لیزر ڈیپ پینیٹریشن ویلڈنگ کے میٹالرجیکل اور جسمانی عمل الیکٹران بیم ویلڈنگ سے بہت ملتے جلتے ہیں، جہاں توانائی کی تبدیلی کا طریقہ کار ایک "چھوٹے سوراخ" کے ڈھانچے کے ذریعے حاصل کیا جاتا ہے۔ کافی زیادہ طاقت والے کثافت بیم کی شعاع ریزی کے تحت، مواد بخارات بن کر ایک چھوٹا سا سوراخ بناتا ہے۔ بخارات سے بھرا ہوا یہ چھوٹا سا سوراخ بلیک باڈی کی طرح کام کرتا ہے، تقریباً تمام واقعاتی روشنی کی توانائی کو جذب کرتا ہے، گہا کے اندر توازن کا درجہ حرارت تقریباً 25,000 ڈگری سیلسیس تک پہنچ جاتا ہے۔ گرمی کو اعلی درجہ حرارت کی گہا کی دیوار سے منتقل کیا جاتا ہے، جس سے ارد گرد کی دھات پگھل جاتی ہے۔ چھوٹا سوراخ بیم کے نیچے دیوار کے مواد کے مسلسل بخارات سے پیدا ہونے والے اعلی درجہ حرارت کے بخارات سے بھرا ہوا ہے۔ چھوٹے سوراخ کی دیواریں پگھلی ہوئی دھات سے گھری ہوئی ہیں، اور مائع دھات ٹھوس مواد سے گھری ہوئی ہے۔ سوراخ کے باہر مائع کا بہاؤ اور دیوار کی تہہ کی سطح کا تناؤ گہا کے اندر بخارات کے مسلسل دباؤ کو متوازن رکھتا ہے، متحرک توازن کو برقرار رکھتا ہے۔ شہتیر مسلسل چھوٹے سوراخ میں داخل ہوتا ہے، اور سوراخ کے باہر کا مواد مسلسل بہتا رہتا ہے۔ جیسے جیسے شہتیر حرکت کرتا ہے، چھوٹا سا سوراخ ایک مستحکم بہاؤ کی حالت میں رہتا ہے۔ دوسرے لفظوں میں، چھوٹا سوراخ اور اس کے ارد گرد پگھلی ہوئی دھات معروف شہتیر کے ساتھ آگے بڑھتی ہے، پگھلی ہوئی دھات چھوٹے سوراخ سے رہ جانے والے خلا کو پُر کرتی ہے اور بعد میں مضبوط ہوتی ہے، اس طرح ویلڈ بنتا ہے۔

متاثر کرنے والے عوامل

لیزر ڈیپ پینیٹریشن ویلڈنگ کو متاثر کرنے والے عوامل میں شامل ہیں: لیزر پاور، لیزر بیم کا قطر، مادی جذب، ویلڈنگ کی رفتار، شیلڈنگ گیس، لینس کی فوکل لینتھ، فوکل پوائنٹ پوزیشن، لیزر بیم کی پوزیشن، اور لیزر پاور کا شروع اور آخر میں بتدریج اضافہ اور کمی۔ ویلڈنگ کے پوائنٹس.

لیزر گہری رسائی ویلڈنگ کی خصوصیات اور فوائد

خصوصیات:

1. اعلی گہرائی سے چوڑائی کا تناسب: پگھلی ہوئی دھات بنتی ہے اور بیلناکار اعلی درجہ حرارت کے بخارات کی گہا کے گرد پھیلتی ہے، جس کے نتیجے میں ایک ویلڈ ہوتا ہے جو گہرا اور تنگ ہوتا ہے۔

2. کم سے کم ہیٹ ان پٹ: ماخذ گہا میں بہت زیادہ درجہ حرارت کی وجہ سے، پگھلنے کا عمل انتہائی تیزی سے ہوتا ہے، جس میں ورک پیس میں بہت کم حرارت داخل ہوتی ہے، جس سے کم سے کم تھرمل بگاڑ اور گرمی سے متاثرہ زون ہوتا ہے۔

3. اعلی کثافت: اعلی درجہ حرارت کے بخارات سے بھرا ہوا چھوٹا سوراخ پگھلے ہوئے تالاب کو ہلانے اور گیس سے بچنے میں سہولت فراہم کرتا ہے، جس کے نتیجے میں تاکنا سے پاک ویلڈ ہوتے ہیں۔ ویلڈنگ کے بعد اعلی کولنگ کی شرح بھی ویلڈ مائکرو اسٹرکچر کو بہتر بنانے میں مدد کرتی ہے۔

4. مضبوط ویلڈز: نتیجے میں بننے والے ویلڈز مضبوط اور پائیدار ہوتے ہیں۔

5. عین مطابق کنٹرول: یہ عمل ویلڈنگ کے پیرامیٹرز پر درست کنٹرول کی اجازت دیتا ہے۔

6. غیر رابطہ، وایمنڈلیی ویلڈنگ کا عمل: ویلڈنگ کے عمل میں براہ راست رابطہ شامل نہیں ہوتا ہے اور یہ ماحول کے ماحول میں ہوتا ہے۔

فوائد:

1. ہائی ویلڈنگ کی رفتار اور کم سے کم مسخ: فوکسڈ لیزر بیم میں روایتی طریقوں کے مقابلے میں بہت زیادہ طاقت کی کثافت ہوتی ہے، جس کے نتیجے میں ویلڈنگ کی تیز رفتار، گرمی سے متاثرہ چھوٹے زون اور کم مسخ ہوتا ہے۔ یہ ٹائٹینیم اور کوارٹج جیسے مشکل مواد کی ویلڈنگ کی بھی اجازت دیتا ہے۔

2. ڈاؤن ٹائم میں کمی اور کارکردگی میں اضافہ: شہتیر کی ترسیل اور کنٹرول میں آسانی، بار بار ٹارچ یا نوزل ​​کو تبدیل کرنے کی کم ضرورت کے ساتھ، معاون کارروائیوں کے لیے ڈاؤن ٹائم کو نمایاں طور پر کم کرتا ہے، جس کی وجہ سے اعلی کارکردگی اور پیداواریت ہوتی ہے۔

3. اعلی مجموعی کارکردگی کے ساتھ مضبوط ویلڈز: پیوریفائینگ اثر اور ہائی کولنگ ریٹ کے نتیجے میں اعلی مجموعی کارکردگی کے ساتھ مضبوط ویلڈز ہوتے ہیں۔

4. اعلی صحت سے متعلق اور کم دوبارہ کام کے اخراجات: کم ہیٹ ان پٹ اور اعلی پروسیسنگ کی درستگی دوبارہ کام کی ضرورت کو کم کرتی ہے، اور لیزر ویلڈنگ کے آپریشنل اخراجات نسبتاً کم ہیں، جس سے پیداواری لاگت کو کم کرنے میں مدد ملتی ہے۔

5. آٹومیشن کی آسانی: یہ عمل بیم کی شدت اور درست پوزیشننگ پر موثر کنٹرول کے ساتھ آٹومیشن کی سہولت فراہم کرتا ہے۔