লেজার এবং পদার্থের মধ্যে মিথস্ক্রিয়ায় অনেক ভৌত ঘটনা ও বৈশিষ্ট্য জড়িত। পরবর্তী তিনটি প্রবন্ধে লেজার ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়ার সাথে সম্পর্কিত তিনটি প্রধান ভৌত ঘটনা তুলে ধরা হবে, যাতে সহকর্মীরা এ বিষয়ে একটি সুস্পষ্ট ধারণা লাভ করতে পারেন।লেজার ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়ালেজার শোষণ হার এবং অবস্থার পরিবর্তন, প্লাজমা ও কীহোল প্রভাবে বিভক্ত। এবার আমরা লেজার ও পদার্থের অবস্থার পরিবর্তন এবং শোষণ হারের মধ্যে সম্পর্ক নিয়ে আলোচনা করব।
লেজার ও পদার্থের পারস্পরিক ক্রিয়ার ফলে পদার্থের অবস্থার পরিবর্তন
ধাতব পদার্থের লেজার প্রক্রিয়াকরণ প্রধানত ফোটোথার্মাল প্রভাবের তাপীয় প্রক্রিয়াকরণের উপর ভিত্তি করে হয়। যখন পদার্থের পৃষ্ঠে লেজার বিকিরণ প্রয়োগ করা হয়, তখন বিভিন্ন শক্তি ঘনত্বে পদার্থের পৃষ্ঠতলে বিভিন্ন পরিবর্তন ঘটে। এই পরিবর্তনগুলোর মধ্যে রয়েছে পৃষ্ঠের তাপমাত্রা বৃদ্ধি, গলন, বাষ্পীভবন, কীহোল গঠন এবং প্লাজমা তৈরি। অধিকন্তু, পদার্থের পৃষ্ঠতলের ভৌত অবস্থার পরিবর্তন লেজার শোষণের উপর ব্যাপকভাবে প্রভাব ফেলে। শক্তি ঘনত্ব এবং ক্রিয়াকাল বৃদ্ধির সাথে সাথে, ধাতব পদার্থটির অবস্থায় নিম্নলিখিত পরিবর্তনগুলো ঘটে:
যখনলেজার শক্তিঘনত্ব কম (<10^4 ওয়াট/সেমি²) এবং বিকিরণের সময় কম হওয়ায়, ধাতু দ্বারা শোষিত লেজার শক্তি কেবল পৃষ্ঠ থেকে অভ্যন্তরে উপাদানের তাপমাত্রা বৃদ্ধি করতে পারে, কিন্তু কঠিন দশা অপরিবর্তিত থাকে। এটি প্রধানত যন্ত্রাংশের অ্যানিলিং এবং ফেজ ট্রান্সফরমেশন হার্ডেনিং ট্রিটমেন্টের জন্য ব্যবহৃত হয়, যার মধ্যে টুলস, গিয়ার এবং বিয়ারিং সর্বাধিক ব্যবহৃত হয়;
লেজার শক্তি ঘনত্ব (10^4-10^6 ওয়াট/সেমি²) বৃদ্ধি এবং বিকিরণের সময় দীর্ঘায়িত করার সাথে সাথে, পদার্থের পৃষ্ঠ ধীরে ধীরে গলে যায়। প্রদত্ত শক্তি বাড়ার সাথে সাথে, তরল-কঠিন সংযোগস্থল ধীরে ধীরে পদার্থের গভীর অংশের দিকে সরে যায়। এই ভৌত প্রক্রিয়াটি প্রধানত ধাতুর পৃষ্ঠ পুনঃগলন, সংকরীকরণ, ক্ল্যাডিং এবং তাপ পরিবাহী ঝালাইয়ের জন্য ব্যবহৃত হয়।
পাওয়ার ডেনসিটি আরও বাড়িয়ে (>10^6 ওয়াট/সেমি²) এবং লেজারের ক্রিয়াকাল দীর্ঘায়িত করলে, পদার্থের পৃষ্ঠ শুধু গলেই যায় না, বরং বাষ্পীভূতও হয়। এই বাষ্পীভূত পদার্থগুলো পদার্থের পৃষ্ঠের কাছাকাছি জমা হয়ে দুর্বলভাবে আয়নিত হয়ে প্লাজমা তৈরি করে। এই পাতলা প্লাজমা পদার্থটিকে লেজার শোষণ করতে সাহায্য করে; বাষ্পীভবন ও প্রসারণের চাপে তরল পৃষ্ঠটি বিকৃত হয়ে গর্ত তৈরি করে। এই পর্যায়টি লেজার ওয়েল্ডিংয়ের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে, যা সাধারণত ০.৫ মিমি-এর মধ্যে মাইক্রো কানেকশনের স্প্লাইসিং থার্মাল কন্ডাক্টিভিটি ওয়েল্ডিংয়ে ব্যবহৃত হয়।
পাওয়ার ডেনসিটি আরও বাড়িয়ে (>10^7 ওয়াট/সেমি²) এবং বিকিরণের সময় দীর্ঘায়িত করার মাধ্যমে, পদার্থের পৃষ্ঠে তীব্র বাষ্পীভবন ঘটে, যা উচ্চ আয়নীকরণ মাত্রার একটি প্লাজমা তৈরি করে। এই ঘন প্লাজমা লেজারের উপর একটি শিল্ডিং প্রভাব ফেলে, যা পদার্থের উপর আপতিত লেজারের শক্তি ঘনত্বকে ব্যাপকভাবে হ্রাস করে। একই সময়ে, একটি শক্তিশালী বাষ্পীয় প্রতিক্রিয়া বলের প্রভাবে, গলিত ধাতুর ভিতরে ছোট ছোট ছিদ্র তৈরি হয়, যা সাধারণত কীহোল নামে পরিচিত। কীহোলের উপস্থিতি পদার্থের লেজার শোষণের জন্য সহায়ক, এবং এই পর্যায়টি লেজার ডিপ ফিউশন ওয়েল্ডিং, কাটিং ও ড্রিলিং, ইমপ্যাক্ট হার্ডেনিং ইত্যাদির জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে।
বিভিন্ন পরিস্থিতিতে, বিভিন্ন ধাতব পদার্থের উপর ভিন্ন ভিন্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্যের লেজার বিকিরণের ফলে প্রতিটি পর্যায়ে শক্তি ঘনত্বের নির্দিষ্ট মান পাওয়া যাবে।
পদার্থ দ্বারা লেজার শোষণের ক্ষেত্রে, পদার্থের বাষ্পীভবন একটি সীমারেখা। যখন পদার্থটি বাষ্পীভূত হয় না, তা কঠিন বা তরল যে অবস্থাতেই থাকুক না কেন, এর লেজার শোষণ কেবল পৃষ্ঠের তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে ধীরে ধীরে পরিবর্তিত হয়; কিন্তু যখনই পদার্থটি বাষ্পীভূত হয়ে প্লাজমা এবং কীহোল তৈরি করে, তখন পদার্থটির লেজার শোষণ হঠাৎ করে পরিবর্তিত হয়ে যায়।
চিত্র ২-এ যেমন দেখানো হয়েছে, লেজার ওয়েল্ডিংয়ের সময় বস্তুর পৃষ্ঠে লেজারের শোষণ হার লেজার পাওয়ার ডেনসিটি এবং বস্তুর পৃষ্ঠের তাপমাত্রার সাথে পরিবর্তিত হয়। যখন বস্তুটি গলে না, তখন বস্তুর পৃষ্ঠের তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে লেজারের প্রতি বস্তুর শোষণ হার ধীরে ধীরে বৃদ্ধি পায়। যখন পাওয়ার ডেনসিটি (10^6w/cm^2) এর চেয়ে বেশি হয়, তখন বস্তুটি তীব্রভাবে বাষ্পীভূত হয়ে একটি কীহোল তৈরি করে। লেজার একাধিক প্রতিফলন এবং শোষণের জন্য কীহোলে প্রবেশ করে, যার ফলে লেজারের প্রতি বস্তুর শোষণ হার এবং গলনের গভীরতা উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায়।
ধাতব পদার্থ দ্বারা লেজারের শোষণ – তরঙ্গদৈর্ঘ্য
উপরের চিত্রে কক্ষ তাপমাত্রায় সাধারণভাবে ব্যবহৃত ধাতুগুলির প্রতিফলন ক্ষমতা, শোষণ ক্ষমতা এবং তরঙ্গদৈর্ঘ্যের মধ্যে সম্পর্ক রেখাচিত্র দেখানো হয়েছে। অবলোহিত অঞ্চলে, তরঙ্গদৈর্ঘ্য বৃদ্ধির সাথে সাথে শোষণের হার হ্রাস পায় এবং প্রতিফলন ক্ষমতা বৃদ্ধি পায়। বেশিরভাগ ধাতু ১০.৬ মাইক্রোমিটার (CO2) তরঙ্গদৈর্ঘ্যের অবলোহিত আলোকে তীব্রভাবে প্রতিফলিত করে, অন্যদিকে ১.০৬ মাইক্রোমিটার (১০৬০ ন্যানোমিটার) তরঙ্গদৈর্ঘ্যের অবলোহিত আলোকে দুর্বলভাবে প্রতিফলিত করে। নীল এবং সবুজ আলোর মতো স্বল্প তরঙ্গদৈর্ঘ্যের লেজারের ক্ষেত্রে ধাতব পদার্থগুলির শোষণের হার বেশি।
ধাতব পদার্থ দ্বারা লেজারের শোষণ – পদার্থের তাপমাত্রা এবং লেজার শক্তির ঘনত্ব
অ্যালুমিনিয়াম অ্যালয়কে উদাহরণ হিসেবে নিলে, যখন উপাদানটি কঠিন অবস্থায় থাকে, তখন লেজার শোষণের হার প্রায় ৫-৭%, তরল অবস্থায় শোষণের হার ২৫-৩৫% পর্যন্ত হয় এবং কীহোল অবস্থায় এটি ৯০%-এরও বেশি হতে পারে।
তাপমাত্রা বাড়ার সাথে সাথে লেজারের প্রতি পদার্থের শোষণ হার বৃদ্ধি পায়। সাধারণ তাপমাত্রায় ধাতব পদার্থের শোষণ হার খুবই কম। তাপমাত্রা যখন গলনাঙ্কের কাছাকাছি পৌঁছায়, তখন এর শোষণ হার ৪০% থেকে ৬০% পর্যন্ত হতে পারে। তাপমাত্রা স্ফুটনাঙ্কের কাছাকাছি হলে, এর শোষণ হার ৯০% পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে।
ধাতব পদার্থ দ্বারা লেজার শোষণ – পৃষ্ঠের অবস্থা
প্রচলিত শোষণ হার একটি মসৃণ ধাতব পৃষ্ঠ ব্যবহার করে পরিমাপ করা হয়, কিন্তু লেজার হিটিং-এর ব্যবহারিক প্রয়োগে, উচ্চ প্রতিফলনের কারণে সৃষ্ট ভুল সোল্ডারিং এড়াতে সাধারণত নির্দিষ্ট কিছু উচ্চ প্রতিফলনকারী উপাদানের (অ্যালুমিনিয়াম, তামা) শোষণ হার বাড়ানো প্রয়োজন হয়;
নিম্নলিখিত পদ্ধতিগুলো ব্যবহার করা যেতে পারে:
১. লেজারের প্রতিফলন ক্ষমতা উন্নত করার জন্য উপযুক্ত পৃষ্ঠতল প্রাক-প্রক্রিয়াকরণ পদ্ধতি অবলম্বন করা: প্রোটোটাইপ অক্সিডেশন, স্যান্ডব্লাস্টিং, লেজার ক্লিনিং, নিকেল প্লেটিং, টিন প্লেটিং, গ্রাফাইট কোটিং ইত্যাদি সবই উপাদানের লেজার শোষণ হার উন্নত করতে পারে;
এর মূল উদ্দেশ্য হলো উপাদানের পৃষ্ঠের অমসৃণতা বৃদ্ধি করা (যা একাধিক লেজার প্রতিফলন এবং শোষণের জন্য সহায়ক), এবং সেইসাথে উচ্চ শোষণ হার সম্পন্ন আবরণী উপাদানের পরিমাণ বাড়ানো। উচ্চ শোষণ হার সম্পন্ন উপাদানের মাধ্যমে লেজার শক্তি শোষণ করে, সেটিকে গলিয়ে ও বাষ্পীভূত করে লেজার তাপ মূল উপাদানে সঞ্চারিত করা হয়, যা উপাদানের শোষণ হার উন্নত করে এবং উচ্চ প্রতিফলনের কারণে সৃষ্ট ভার্চুয়াল ওয়েল্ডিং কমিয়ে দেয়।
পোস্ট করার সময়: নভেম্বর ২৩, ২০২৩
