লেজার উপাদান মিথস্ক্রিয়া – কীহোল প্রভাব

চাবির ছিদ্রের গঠন ও বিকাশ:

কীহোলের সংজ্ঞা: যখন বিকিরণের তীব্রতা 10^6W/cm^2-এর ​​বেশি হয়, তখন লেজারের প্রভাবে পদার্থের পৃষ্ঠ গলে যায় এবং বাষ্পীভূত হয়। যখন বাষ্পীভবনের গতি যথেষ্ট বেশি হয়, তখন উৎপন্ন বাষ্পের পশ্চাৎমুখী চাপ তরল ধাতুর পৃষ্ঠটান এবং তরল মাধ্যাকর্ষণকে অতিক্রম করার জন্য যথেষ্ট হয়, যার ফলে কিছু তরল ধাতু স্থানচ্যুত হয় এবং উদ্দীপনা অঞ্চলের গলিত পুলটি নিচে নেমে গিয়ে ছোট ছোট গর্ত তৈরি করে; আলোর রশ্মি সরাসরি ছোট গর্তের তলায় কাজ করে, যার ফলে ধাতু আরও গলে যায় এবং গ্যাসে পরিণত হয়। উচ্চচাপের বাষ্প গর্তের তলার তরল ধাতুকে গলিত পুলের পরিধির দিকে প্রবাহিত হতে ক্রমাগত চাপ দেয়, যা ছোট গর্তটিকে আরও গভীর করে তোলে। এই প্রক্রিয়া চলতে থাকে এবং অবশেষে তরল ধাতুতে একটি কীহোলের মতো গর্ত তৈরি করে। যখন ছোট গর্তে লেজার রশ্মি দ্বারা উৎপন্ন ধাতব বাষ্পের চাপ তরল ধাতুর পৃষ্ঠটান এবং মাধ্যাকর্ষণের সাথে সাম্যাবস্থায় পৌঁছায়, তখন ছোট গর্তটি আর গভীর হয় না এবং একটি স্থিতিশীল গভীরতার ছোট গর্ত তৈরি করে, যাকে "ছোট গর্ত প্রভাব" বলা হয়।

ওয়ার্কপিসের সাপেক্ষে লেজার রশ্মিটি চলার সময়, ছোট ছিদ্রটির সামনের অংশটি সামান্য পেছনের দিকে বাঁকানো এবং পেছনের অংশটি একটি স্পষ্ট হেলানো উল্টো ত্রিভুজের মতো দেখায়। ছোট ছিদ্রটির সামনের প্রান্তটি হলো লেজারের ক্রিয়াক্ষেত্র, যেখানে উচ্চ তাপমাত্রা ও উচ্চ বাষ্পচাপ থাকে, অন্যদিকে পেছনের প্রান্ত বরাবর তাপমাত্রা তুলনামূলকভাবে কম এবং বাষ্পচাপও কম থাকে। এই চাপ ও তাপমাত্রার পার্থক্যের কারণে, গলিত তরলটি ছোট ছিদ্রটির চারপাশ দিয়ে সামনের প্রান্ত থেকে পেছনের প্রান্তে প্রবাহিত হয়, ছিদ্রটির পেছনের প্রান্তে একটি ঘূর্ণি তৈরি করে এবং অবশেষে পেছনের প্রান্তে জমাট বাঁধে। লেজার সিমুলেশন এবং প্রকৃত ওয়েল্ডিংয়ের মাধ্যমে প্রাপ্ত কীহোলের গতিশীল অবস্থা উপরের চিত্রে দেখানো হয়েছে, যেখানে বিভিন্ন গতিতে চলার সময় ছোট ছিদ্রগুলোর গঠন এবং চারপাশের গলিত তরলের প্রবাহ চিত্রিত হয়েছে।

ছোট ছোট ছিদ্র থাকার কারণে, লেজার রশ্মির শক্তি উপাদানের অভ্যন্তরে প্রবেশ করে এই গভীর এবং সরু ওয়েল্ড সিম তৈরি করে। লেজার ডিপ পেনিট্রেশন ওয়েল্ড সিমের সাধারণ প্রস্থচ্ছেদীয় গঠন উপরের চিত্রে দেখানো হয়েছে। ওয়েল্ড সিমের অনুপ্রবেশের গভীরতা কীহোলের গভীরতার কাছাকাছি (সুনির্দিষ্টভাবে বলতে গেলে, মেটালোগ্রাফিক স্তরটি কীহোলের চেয়ে ৬০-১০০ মাইক্রোমিটার বেশি গভীর, একটি তরল স্তর কম)। লেজার শক্তির ঘনত্ব যত বেশি হয়, ছোট ছিদ্র তত গভীর হয় এবং ওয়েল্ড সিমের অনুপ্রবেশের গভীরতাও তত বেশি হয়। উচ্চ-ক্ষমতার লেজার ওয়েল্ডিংয়ে, ওয়েল্ড সিমের গভীরতা ও প্রস্থের সর্বোচ্চ অনুপাত ১২:১ পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে।

শোষণের বিশ্লেষণলেজার শক্তিচাবির ছিদ্র দ্বারা

ছোট ছিদ্র এবং প্লাজমা তৈরি হওয়ার আগে, লেজারের শক্তি প্রধানত তাপীয় পরিবাহিতার মাধ্যমে ওয়ার্কপিসের অভ্যন্তরে সঞ্চারিত হয়। এই ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়াটি পরিবাহী ওয়েল্ডিং (conductive welding) এর অন্তর্ভুক্ত (যার অনুপ্রবেশের গভীরতা ০.৫ মিমি-এর কম), এবং উপাদানটির লেজার শোষণের হার ২৫-৪৫% এর মধ্যে থাকে। একবার কীহোল (keyhole) তৈরি হয়ে গেলে, লেজারের শক্তি প্রধানত কীহোল এফেক্টের (keyhole effect) মাধ্যমে ওয়ার্কপিসের অভ্যন্তর দ্বারা শোষিত হয় এবং ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়াটি গভীর অনুপ্রবেশ ওয়েল্ডিং (deep penetration welding) এ পরিণত হয় (যার অনুপ্রবেশের গভীরতা ০.৫ মিমি-এর বেশি), এবং এর শোষণের হার ৬০-৯০% ছাড়িয়ে যেতে পারে।

লেজার ওয়েল্ডিং, কাটিং এবং ড্রিলিং-এর মতো প্রক্রিয়াকরণের সময় লেজারের শোষণ ক্ষমতা বৃদ্ধিতে কীহোল এফেক্ট অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। কীহোলে প্রবেশকারী লেজার রশ্মিটি ছিদ্রের দেয়াল থেকে একাধিকবার প্রতিফলনের মাধ্যমে প্রায় সম্পূর্ণরূপে শোষিত হয়ে যায়।

সাধারণত বিশ্বাস করা হয় যে, কীহোলের অভ্যন্তরে লেজারের শক্তি শোষণ প্রক্রিয়ায় দুটি পদ্ধতি অন্তর্ভুক্ত রয়েছে: বিপরীত শোষণ এবং ফ্রেসনেল শোষণ।

চাবির ছিদ্রের ভিতরে চাপের ভারসাম্য

লেজার ডিপ পেনিট্রেশন ওয়েল্ডিংয়ের সময়, উপাদানটির তীব্র বাষ্পীভবন ঘটে এবং উচ্চ-তাপমাত্রার বাষ্প দ্বারা সৃষ্ট প্রসারণ চাপ তরল ধাতুকে বের করে দেয়, ফলে ছোট ছোট ছিদ্র তৈরি হয়। উপাদানটির বাষ্পীয় চাপ এবং অ্যাবলেশন চাপ (যা বাষ্পীভবন প্রতিক্রিয়া বল বা রিকয়েল চাপ নামেও পরিচিত) ছাড়াও, পৃষ্ঠটান, মাধ্যাকর্ষণজনিত তরল স্থির চাপ এবং ছোট ছিদ্রের ভিতরে গলিত উপাদানের প্রবাহ দ্বারা সৃষ্ট ফ্লুইড ডাইনামিক চাপও থাকে। এই চাপগুলোর মধ্যে, শুধুমাত্র বাষ্পের চাপ ছোট ছিদ্রের মুখ খোলা রাখে, যখন অন্য তিনটি বল ছোট ছিদ্রটি বন্ধ করার চেষ্টা করে। ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়া চলাকালীন কীহোলের স্থিতিশীলতা বজায় রাখার জন্য, বাষ্পীয় চাপকে অবশ্যই অন্যান্য প্রতিরোধকে অতিক্রম করে ভারসাম্য অর্জনের জন্য যথেষ্ট হতে হবে, যা কীহোলের দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতা বজায় রাখে। সরলতার জন্য, সাধারণত মনে করা হয় যে কীহোলের দেয়ালে ক্রিয়াশীল বলগুলো প্রধানত অ্যাবলেশন চাপ (ধাতব বাষ্পের রিকয়েল চাপ) এবং পৃষ্ঠটান।

কীহোলের অস্থিরতা

পটভূমি: লেজার পদার্থের পৃষ্ঠের উপর কাজ করে, যার ফলে প্রচুর পরিমাণে ধাতু বাষ্পীভূত হয়। এই পশ্চাৎমুখী চাপ গলিত পুলকে নিচের দিকে ঠেলে দেয়, যা কীহোল এবং প্লাজমা তৈরি করে, ফলে গলনের গভীরতা বৃদ্ধি পায়। চলার প্রক্রিয়ার সময়, লেজারটি কীহোলের সামনের দেয়ালে আঘাত করে এবং যে স্থানে লেজারটি পদার্থের সংস্পর্শে আসে, সেই স্থানে পদার্থটির তীব্র বাষ্পীভবন ঘটে। একই সময়ে, কীহোলের দেয়ালের ভর হ্রাস পায় এবং এই বাষ্পীভবন একটি পশ্চাৎমুখী চাপ তৈরি করে যা তরল ধাতুকে নিচের দিকে ঠেলে দেয়। এর ফলে কীহোলের ভেতরের দেয়ালটি নিচের দিকে ওঠানামা করে এবং কীহোলের তলদেশ থেকে গলিত পুলের পেছনের দিকে সরে যায়। সামনের দেয়াল থেকে পেছনের দেয়ালে গলিত তরল পুলের এই ওঠানামার কারণে, কীহোলের ভেতরের আয়তন ক্রমাগত পরিবর্তিত হতে থাকে। সেই অনুযায়ী কীহোলের অভ্যন্তরীণ চাপও পরিবর্তিত হয়, যা বাইরে ছিটকে আসা প্লাজমার আয়তনে পরিবর্তন ঘটায়। প্লাজমার আয়তনের পরিবর্তনের ফলে লেজার শক্তির শিল্ডিং, প্রতিসরণ এবং শোষণে পরিবর্তন আসে, যার ফলস্বরূপ বস্তুর পৃষ্ঠে পৌঁছানো লেজারের শক্তিতেও পরিবর্তন ঘটে। সম্পূর্ণ প্রক্রিয়াটি গতিশীল এবং পর্যায়ক্রমিক, যার চূড়ান্ত পরিণতি হলো করাতের দাঁতের মতো আকৃতির এবং ঢেউ খেলানো ধাতব অনুপ্রবেশ, এবং কোনো মসৃণ ও সমান অনুপ্রবেশের ওয়েল্ড তৈরি হয় না। উপরের চিত্রটি হলো ওয়েল্ডের কেন্দ্রের সমান্তরালে অনুদৈর্ঘ্য কর্তনের মাধ্যমে প্রাপ্ত ওয়েল্ডের কেন্দ্রের একটি প্রস্থচ্ছেদ দৃশ্য, এবং সেইসাথে কীহোলের গভীরতার পরিবর্তনের একটি রিয়েল-টাইম পরিমাপ।আইপিজিপ্রমাণ হিসেবে -এলডিডি।

চাবির ছিদ্রের স্থিতিশীলতার দিক উন্নত করুন

লেজার ডিপ পেনিট্রেশন ওয়েল্ডিংয়ের সময়, ছোট ছিদ্রটির স্থিতিশীলতা শুধুমাত্র ছিদ্রের ভেতরের বিভিন্ন চাপের গতিশীল ভারসাম্যের মাধ্যমেই নিশ্চিত করা যায়। তবে, ছিদ্রের দেয়াল দ্বারা লেজার শক্তির শোষণ এবং পদার্থের বাষ্পীভবন, ছোট ছিদ্রের বাইরে ধাতব বাষ্পের নির্গমন, এবং ছোট ছিদ্র ও গলিত পুলের সম্মুখ গতি—এই সবগুলোই অত্যন্ত তীব্র এবং দ্রুত প্রক্রিয়া। নির্দিষ্ট কিছু প্রক্রিয়াগত পরিস্থিতিতে, ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়ার নির্দিষ্ট কিছু মুহূর্তে, স্থানীয়ভাবে ছোট ছিদ্রের স্থিতিশীলতা বিঘ্নিত হওয়ার সম্ভাবনা থাকে, যা ওয়েল্ডিং ত্রুটির কারণ হয়। এর মধ্যে সবচেয়ে সাধারণ ও প্রচলিত হলো ছোট ছিদ্র ধরনের পোরোসিটি ত্রুটি এবং কীহোল ভেঙে যাওয়ার কারণে সৃষ্ট স্প্যাটার;

তাহলে চাবির ছিদ্রটিকে কীভাবে স্থিতিশীল করা যায়?

কীহোল ফ্লুইডের ওঠানামা তুলনামূলকভাবে জটিল এবং এতে অনেকগুলো বিষয় (তাপমাত্রা ক্ষেত্র, প্রবাহ ক্ষেত্র, বল ক্ষেত্র, অপটোইলেকট্রনিক পদার্থবিদ্যা) জড়িত, যেগুলোকে সহজভাবে দুটি ভাগে ভাগ করা যায়: পৃষ্ঠটান এবং ধাতব বাষ্পের পশ্চাৎমুখী চাপের মধ্যে সম্পর্ক; ধাতব বাষ্পের পশ্চাৎমুখী চাপ সরাসরি কীহোল তৈরিতে ভূমিকা রাখে, যা কীহোলের গভীরতা এবং আয়তনের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত। একই সাথে, ঝালাই প্রক্রিয়ায় ধাতব বাষ্পের একমাত্র ঊর্ধ্বমুখী পদার্থ হিসেবে এটি স্প্যাটার ঘটার সাথেও ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত; পৃষ্ঠটান গলিত পুলের প্রবাহকে প্রভাবিত করে;

সুতরাং, একটি স্থিতিশীল লেজার ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়া নির্ভর করে গলিত পুলে পৃষ্ঠটানের বন্টন গ্রেডিয়েন্টকে খুব বেশি ওঠানামা ছাড়াই বজায় রাখার উপর। পৃষ্ঠটান তাপমাত্রার বন্টনের সাথে সম্পর্কিত, এবং তাপমাত্রার বন্টন তাপ উৎসের সাথে সম্পর্কিত। অতএব, যৌগিক তাপ উৎস এবং সুইং ওয়েল্ডিং হলো স্থিতিশীল ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়ার জন্য সম্ভাব্য প্রযুক্তিগত দিক;

ধাতব বাষ্প এবং কীহোলের আয়তনের ক্ষেত্রে প্লাজমার প্রভাব এবং কীহোলের মুখ খোলার আকারের দিকে মনোযোগ দিতে হবে। মুখ যত বড় হবে, কীহোলও তত বড় হবে, এবং গলিত পুলের তলদেশের বিন্দুতে ওঠানামা নগণ্য হওয়ায় তা সামগ্রিক কীহোলের আয়তন এবং অভ্যন্তরীণ চাপের পরিবর্তনের উপর তুলনামূলকভাবে কম প্রভাব ফেলে; তাই অ্যাডজাস্টেবল রিং মোড লেজার (অ্যানুলার স্পট), লেজার আর্ক রিকম্বিনেশন, ফ্রিকোয়েন্সি মডুলেশন ইত্যাদি সবই এমন দিক যা এই ক্ষেত্রে প্রসারিত করা যেতে পারে।