লেজার রশ্মি ঢালাইএর উচ্চ গতি, উচ্চ নির্ভুলতা এবং স্পর্শবিহীন বৈশিষ্ট্যের কারণে, এটি অটোমোবাইল, মহাকাশ এবং ইলেকট্রনিক ডিভাইসের মতো ক্ষেত্রগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, বিশেষ করে ভিন্ন ভিন্ন পদার্থের সংযোগে এটি অনন্য সুবিধা প্রদর্শন করে। তবে, ঝালাই প্রক্রিয়ার সময় সৃষ্ট কঠিনীভবন ফাটল (সলিডিফিকেশন ক্র্যাকিং) এর শিল্প প্রয়োগকে সীমাবদ্ধকারী অন্যতম প্রধান ত্রুটি। এই ফাটলগুলি সাধারণত কঠিনীভবনের শেষে ফিউশন জোনে (ফিউশন জোন) ঘটে, যা তাপীয় চাপ, কঠিনীভবন সংকোচন এবং কণার সীমানায় থাকা তরল স্তরের সম্মিলিত প্রভাবে সৃষ্টি হয় এবং জোড়ের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য ও ক্লান্তিজনিত আয়ু উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে।
১. গঠন প্রক্রিয়া
কঠিনীভবন ফাটলের মূল কার্যপ্রণালীটি কঠিনীভবনের শেষে কণার সীমানায় অবশিষ্ট তরল স্তরের মধ্যে নিহিত থাকে। কঠিনীভবন প্রক্রিয়ার সময়, গলিত পুলটি তিনটি অঞ্চলে বিভক্ত হয়: মুক্ত তরল অঞ্চল, সীমাবদ্ধ তরল অঞ্চল এবং কঠিন অঞ্চল, যেমনটি চিত্র ১-এ দেখানো হয়েছে। সীমাবদ্ধ তরল অঞ্চলে, তরল প্রবাহ অবরুদ্ধ থাকে এবং কঠিনীভবন সংকোচনের ফলে সৃষ্ট পীড়ন পূরণ করতে পারে না, যার ফলে কণার সীমানা বিচ্ছিন্ন হয়ে যায়। কণার সীমানা শক্তি (γgb) এবং কঠিন-তরল আন্তঃপৃষ্ঠ শক্তি (γsl)-এর অনুপাত তরল স্তরের স্থিতিশীলতা নির্ধারণ করে: যদি γgb < 2γsl হয়, তবে তরল স্তরটি অস্থিতিশীল থাকে এবং কণার একত্রীকরণ ঘটে; বিপরীতভাবে, তরল স্তরটি স্থিতিশীল থাকে এবং ফাটল সৃষ্টির প্রবণতা দেখা দেয়।
এছাড়াও, কঠিনীভবন ফাটলের গঠন পদার্থের ধাতুবিদ্যাগত বৈশিষ্ট্যের সাথেও সম্পর্কিত। বিভিন্ন পদার্থের স্বতন্ত্র কঠিনীভবন বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যেমন কঠিনীভবনের তাপমাত্রার পরিসর, কঠিনীভবন সংকোচনের হার এবং সংকর উপাদানের বন্টন ইত্যাদি। এই বৈশিষ্ট্যগুলো ফাটলের সংবেদনশীলতাকে প্রভাবিত করে। উদাহরণস্বরূপ, যেসব পদার্থে প্রচুর পরিমাণে নিম্ন-গলনাঙ্কের ইউটেক্টিক দশা থাকে, সেগুলোতে কঠিনীভবন ফাটলের সংবেদনশীলতা বেশি হয়, কারণ এই ইউটেক্টিক দশাগুলো কঠিনীভবনের সময় অবিচ্ছিন্ন তরল স্তর তৈরি করতে প্রবণ হয়, যার ফলে ফাটলের গঠন আরও তীব্র হয়।
সময়লেজার ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়ালেজার পাওয়ার, ওয়েল্ডিং স্পিড এবং স্পট সাইজের মতো ওয়েল্ডিং প্যারামিটারগুলোও সলিডিফিকেশন ক্র্যাক বা কঠিনীভবন ফাটল গঠনে প্রভাব ফেলে। এই প্যারামিটারগুলো ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়ার সময় তাপের যোগান এবং তাপমাত্রার তারতম্যকে প্রভাবিত করে, যার ফলে কঠিনীভবন কাঠামো এবং দানার আকার পরিবর্তিত হয়। উদাহরণস্বরূপ, উচ্চ লেজার পাওয়ার এবং কম ওয়েল্ডিং স্পিডের ফলে তাপের যোগান বেশি হয় এবং শীতল হওয়ার হার ধীর হয়, যা কলামার ক্রিস্টালের বৃদ্ধিকে উৎসাহিত করে এবং ফাটলের সংবেদনশীলতা বাড়িয়ে দেয়। বিপরীতভাবে, কম লেজার পাওয়ার এবং উচ্চ ওয়েল্ডিং স্পিডের ফলে তাপের যোগান কম হয় এবং শীতল হওয়ার হার দ্রুত হয়, যা ইকুয়াক্সড ক্রিস্টাল বা সমাক্ষীয় ক্রিস্টাল গঠনে সহায়তা করে এবং ফাটলের সংবেদনশীলতা কমিয়ে দেয়।
২. দমন ব্যবস্থা
কঠিনীভবন ফাটলগুলিকে কার্যকরভাবে দমন করতেলেজার ওয়েল্ডিংগবেষকরা বিভিন্ন কৌশল প্রস্তাব করেছেন, যা প্রধানত দানার গঠন নিয়ন্ত্রণ, ঝালাইয়ের পরামিতি অনুকূল করা এবং উপাদানের বৈশিষ্ট্য উন্নত করার উপর আলোকপাত করে। দানার গঠন সূক্ষ্ম করার মাধ্যমে, দানার সীমানার সংখ্যা বাড়ানো যায় এবং পীড়ন ঘনত্বের কেন্দ্রীভবন কমানো যায়, যার ফলে ফাটল তৈরি হওয়া কমে যায়। গবেষণায় দেখা গেছে যে, লেজার রশ্মির দোলন প্রযুক্তি ব্যবহার করে অন্য কোনো উপাদান যোগ না করেই স্তম্ভাকার স্ফটিককে সূক্ষ্ম সমাক্ষীয় স্ফটিকে রূপান্তরিত করা যায়। লেজার রশ্মির দোলন লেজার শক্তিকে ছড়িয়ে দিতে পারে, যা গলিত পুলে আলোড়ন সৃষ্টি করে, ফলে স্তম্ভাকার স্ফটিকের বৃদ্ধির দিক ভেঙে যায় এবং সমাক্ষীয় স্ফটিকের গঠন ত্বরান্বিত হয়, যেমনটি চিত্র ৩-এ দেখানো হয়েছে। এছাড়াও, লেজার রশ্মির দোলন গলিত পুলের প্রস্থ বাড়াতে, তাপমাত্রার তারতম্য কমাতে এবং গলিত পুলের কঠিনীভবনের সময় দীর্ঘায়িত করতে পারে, যা দ্রাবকের ব্যাপন এবং তরল স্তরের পুনঃপূরণের জন্য সহায়ক, ফলে কঠিনীভবন ফাটলের সংবেদনশীলতা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায়।
বিভিন্ন পুলের আকারের অধীনে কণা সীমানার তরল ফিল্মের বন্টন।
ঝালাইয়ের গলিত পুঞ্জের নকশাচিত্র, ক, খ) কম্পন ছাড়া, গ, ঘ) পার্শ্বীয় কম্পন, ঙ, চ) অনুদৈর্ঘ্য কম্পন, ছ, জ) পরিধীয় কম্পন।
এর পাশাপাশিলেজার রশ্মিদ্বৈত লেজার উৎস ব্যবহার করে দোলন প্রযুক্তিও কঠিনীভবন ফাটল দমনের অন্যতম কার্যকর পদ্ধতি। দ্বৈত লেজার উৎস তাপীয় চক্রকে অপ্টিমাইজ করার মাধ্যমে স্তম্ভাকার স্ফটিক থেকে সমাক্ষীয় স্ফটিকে রূপান্তর ঘটাতে পারে, যার ফলে দানার আকার এবং পীড়ন ঘনত্ব হ্রাস পায়। উদাহরণস্বরূপ, যখন প্রধান তাপ উৎস হিসেবে CO₂ লেজার এবং সহায়ক তাপ উৎস হিসেবে Nd:YAG স্পন্দিত লেজার ব্যবহার করা হয়, তখন ঝালাইয়ের সময় একটি অপ্টিমাইজড তাপীয় চক্র তৈরি করা যেতে পারে, যা সমাক্ষীয় স্ফটিকের গঠনকে ত্বরান্বিত করে এবং কঠিনীভবন ফাটলের সংবেদনশীলতা হ্রাস করে, যেমনটি চিত্র ৪-এ দেখানো হয়েছে।
সলিডিফিকেশন ক্র্যাক বা কঠিনীভবন ফাটল দমন করার জন্য ওয়েল্ডিং প্যারামিটার অপ্টিমাইজ করাও একটি গুরুত্বপূর্ণ উপায়। লেজার পাওয়ার, ওয়েল্ডিং স্পিড এবং স্পট সাইজের মতো প্যারামিটারগুলো সমন্বয় করার মাধ্যমে ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়া চলাকালীন তাপের যোগান এবং তাপমাত্রার তারতম্য নিয়ন্ত্রণ করা যায়, যা সলিডিফিকেশন কাঠামো এবং গ্রেইন মরফোলজিকে প্রভাবিত করে। গবেষণায় দেখা গেছে যে, প্রি-হিটিং ট্রিটমেন্ট শীতলীকরণের হার কমাতে পারে, ইকুয়াক্সড ক্রিস্টাল বা সমাক্ষীয় স্ফটিক গঠনে সহায়তা করতে পারে এবং এর ফলে সলিডিফিকেশন ক্র্যাকের সংবেদনশীলতা কমাতে পারে, যেমনটি চিত্র ৫-এ দেখানো হয়েছে। এছাড়াও, পালসড লেজার ওয়েল্ডিং ব্যবহার করা এবং ওয়েল্ডিং স্পিড বাড়ানোর মতো পদ্ধতিগুলোও তাপের যোগান এবং শীতলীকরণের হার পরিবর্তনের মাধ্যমে কলামনার ক্রিস্টাল থেকে ইকুয়াক্সড ক্রিস্টালে রূপান্তর ঘটাতে পারে, যার ফলে ক্র্যাকের সংবেদনশীলতা কমে যায়।
চিত্র ৫. ক) উত্তপ্ত না করা, খ) ৩০০°সে তাপমাত্রায় পূর্ব-উত্তপ্ত সমাক্ষীয় দানা।
লেজার দিয়ে ভিন্ন ভিন্ন পদার্থ ঝালাই করার সময়, পদার্থগুলোর ভৌত ও রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের মধ্যে উল্লেখযোগ্য পার্থক্যের কারণে ভঙ্গুর আন্তঃধাতব যৌগ তৈরি হওয়ার প্রবণতা দেখা যায়, যা কঠিনীভবন ফাটলের অন্যতম প্রধান কারণ। তাই, আন্তঃধাতব যৌগের গঠন বা পরিমাণ কমানোর জন্য লেজারের প্যারামিটার ও সেটিংস সমন্বয় করাও কঠিনীভবন ফাটল দমনের একটি গুরুত্বপূর্ণ কৌশল। উদাহরণস্বরূপ, তামা-অ্যালুমিনিয়ামের মতো ভিন্ন ভিন্ন পদার্থের লেজার ঝালাইয়ের ক্ষেত্রে, লেজার রশ্মির অফসেট এবং ঝালাইয়ের গতি নিয়ন্ত্রণ করে গলিত পুলে তামা ও অ্যালুমিনিয়ামের মিশ্রণের অনুপাত কমানো যায়, যার ফলে ভঙ্গুর আন্তঃধাতব যৌগের গঠন কমে যায় এবং ফাটলের ঝুঁকি হ্রাস পায়। এছাড়াও, ফিলার উপাদান ব্যবহার করলে ঝালাই করা জোড়ের কার্যকারিতা উন্নত করা যায় এবং ফাটল তৈরি হওয়া কমানো যায়। ফিলার উপাদানগুলো ঝালাই করা জোড়ের গঠন ও অণুসজ্জা পরিবর্তন করে আন্তঃধাতব যৌগের গঠন কমাতে পারে এবং ঝালাই করা জোড়ের দৃঢ়তা বাড়াতে পারে।
লেজার ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়ায় সলিডিফিকেশন ক্র্যাক বা কঠিনীভবন ফাটল একটি সাধারণ ত্রুটি। এর গঠন প্রক্রিয়া জটিল এবং এতে তাপ, বলবিদ্যা এবং ধাতুবিদ্যার মতো একাধিক উপাদানের মিথস্ক্রিয়া জড়িত। সলিডিফিকেশন ক্র্যাকের গঠন প্রক্রিয়া গভীরভাবে অধ্যয়নের মাধ্যমে, এই ফাটল দমনের জন্য তাত্ত্বিক ভিত্তি প্রদান করা যেতে পারে। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, গবেষকরা সলিডিফিকেশন ক্র্যাক দমনের জন্য বিভিন্ন কৌশল প্রস্তাব করেছেন, যা প্রধানত গ্রেইন স্ট্রাকচার নিয়ন্ত্রণ, ওয়েল্ডিং প্যারামিটার অপ্টিমাইজ করা এবং উপাদানের বৈশিষ্ট্য উন্নত করার উপর আলোকপাত করে। বাস্তবে প্রমাণিত হয়েছে যে এই কৌশলগুলি কার্যকরভাবে সলিডিফিকেশন ক্র্যাকের সংবেদনশীলতা একটি নির্দিষ্ট পরিমাণে কমাতে পারে এবং লেজার ওয়েল্ডিংয়ের গুণমান ও নির্ভরযোগ্যতা উন্নত করতে পারে। তবে, লেজার ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়ার জটিলতা এবং বৈচিত্র্যের কারণে বর্তমান গবেষণায় এখনও কিছু ঘাটতি রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, বিভিন্ন উপাদান এবং ওয়েল্ডিং অবস্থার অধীনে সলিডিফিকেশন ক্র্যাক প্রতিরোধের প্রক্রিয়া সম্পর্কে আরও গভীর গবেষণা প্রয়োজন।
পোস্ট করার সময়: মার্চ-২০-২০২৫
