लेज़र वेल्डिंग के लिए रेज़िन जोड़ी और कलरेंट का चयन

मुख्य बातें

दो शर्तें एक साथ पूरी होनी चाहिए: पॉलिमर मेल्ट-संगत हों, और तरंगदैर्घ्य पर उनका ऑप्टिकल व्यवहार उचित रूप से भिन्न हो।
रंग एक ऑप्टिकल विनिर्देश है। रंग बदलना प्रोसेस बदलने के बराबर है, और मेल खाती जोड़ी केवल एक तरंगदैर्घ्य पर ही मेल खाती है।
ग्लास फिल प्रकीर्णन करता है, जिससे प्रभावी ट्रांसमिशन घटता है और ट्रांसमिट करने वाला पुर्ज़ा अपेक्षा से अधिक बार सीमित करने वाला घटक बन जाता है।
टूलिंग से पहले सामग्री की जोड़ी को क्वालिफ़ाई करें, क्योंकि मोल्ड बनने के बाद वेल्डेबिलिटी की समस्या मिले तो सस्ते समाधान बहुत कम बचते हैं।

प्रश्न “क्या इन दो पुर्ज़ों की लेज़र वेल्डिंग हो सकती है?” के दो स्वतंत्र उत्तर हैं, और दोनों का “हाँ” होना ज़रूरी है। पहला, पॉलिमर आपस में मेल्ट बंधन बना सकने में सक्षम हों, जो हर वेल्डिंग विधि पर लागू होने वाला सामग्री-संगतता का प्रश्न है। दूसरा, कार्यकारी तरंगदैर्घ्य पर उनके ऑप्टिकल गुण सही दिशा में और पर्याप्त रूप से भिन्न हों; यह लेज़र वेल्डिंग की अपनी विशेषता है और अधिकतर आश्चर्य यहीं सामने आते हैं।

पहले मेल्ट संगतता

वेल्ड तब बनता है जब दो पिघली पॉलिमर सतहें आपस में मिश्रित (इंटरडिफ़्यूज़) होकर साथ जम जाती हैं। इसके लिए प्रोसेसिंग विंडो का ओवरलैप होना ज़रूरी है, यानी दोनों सामग्रियाँ बिना क्षरण के एक ही तापमान पर पिघली हों, और इंटरफ़ेस के आर-पार श्रृंखलाओं के उलझने के लिए पर्याप्त रासायनिक समानता भी चाहिए।

एक ही पॉलिमर के जोड़ सबसे सरल स्थिति हैं और अधिकांश उत्पादन इन्हीं में आता है। एक ही पॉलिमर के अलग-अलग ग्रेड आम तौर पर वेल्ड हो जाते हैं, हालाँकि मेल्ट फ़्लो, फिलर मात्रा और एडिटिव पैकेज के अंतर से पैरामीटर बदल जाते हैं। एक ही परिवार के भीतर अलग-अलग पॉलिमर कभी-कभी संतोषजनक रूप से वेल्ड हो जाते हैं। रासायनिक रूप से भिन्न पॉलिमर आम तौर पर वास्तविक बंधन नहीं बनाते, चाहे ऑप्टिक्स कितना भी अनुकूल हो; जो आसंजन मिलता है वह आणविक नहीं बल्कि यांत्रिक होता है, और भार में या समय के साथ निराशाजनक साबित होता है।

यह क्रम इसलिए मायने रखता है कि रसायन की तुलना में ऑप्टिकल गुण बदलना आसान है। यदि सामग्रियाँ मेल्ट-संगत हैं, तो कलरेंट और एडिटिव से अवशोषण और ट्रांसमिशन को इंजीनियर किया जा सकता है। यदि नहीं हैं, तो कितना भी ऑप्टिकल काम एक मज़बूत जोड़ नहीं दे सकता।

रंग एक ऑप्टिकल विनिर्देश है

लेज़र वेल्डिंग में उत्पादन का सबसे आम आश्चर्य वह रंग-परिवर्तन है जिसे किसी ने प्रोसेस-परिवर्तन के रूप में चिह्नित नहीं किया। रंग को डिज़ाइनर, मार्केटिंग और ग्राहक दृश्य आधार पर तय करते हैं, जबकि परिणामी पिगमेंट सिस्टम लेज़र तरंगदैर्घ्य पर व्यवहार निर्धारित करता है, और इसका दिखावट से कोई भरोसेमंद संबंध नहीं है।

पिगमेंट चयनात्मक रूप से अवशोषित करते हैं। दृश्य रूप से मेल खाते दो नीले रंग 1064 nm पर बहुत अलग ढंग से ट्रांसमिट कर सकते हैं, क्योंकि उनकी पिगमेंट रसायन अलग होती है। टाइटेनियम डाइऑक्साइड युक्त सफ़ेद रंग तीव्र प्रकीर्णन करता है। कुछ कार्बनिक पिगमेंट निकट-अवरक्त में लगभग पारदर्शी होते हैं; कुछ अकार्बनिक नहीं होते। प्राकृतिक रंग में पर्याप्त ट्रांसमिट करने वाला पुर्ज़ा पिगमेंटयुक्त संस्करण में ऐसा न कर सके, और यह विफलता क्रमिक नहीं बल्कि पूर्ण होती है।

कार्य-अनुशासन यह है कि रंग को नियंत्रित प्रोसेस इनपुट मानें: हर रंग संयोजन को क्वालिफ़ाई करें, कंपाउंडर से कलरेंट फ़ॉर्मुलेशन बदलने की सूचना अनिवार्य करें, और सामग्री अनुमोदन के हिस्से के रूप में कार्यकारी तरंगदैर्घ्य पर ट्रांसमिशन और अवशोषण मापें, न कि दृश्य मिलान पर निर्भर रहें।

निचले पुर्ज़े में अवशोषण

कार्बन ब्लैक संदर्भ अवशोषक बना हुआ है और बहुत अच्छा काम करता है: कम मात्रा पर प्रबल, ब्रॉडबैंड अवशोषण, भली-भाँति समझा हुआ और सस्ता। इसकी विशेषताएँ ग्रेड के अनुसार बदलती हैं: कण का आकार और संरचना दोनों प्रभावित करते हैं कि यह कितनी तीव्रता से और कितनी सतही तौर पर अवशोषित करता है, जो बदले में तय करता है कि इंटरफ़ेस के सापेक्ष ऊष्मा कहाँ उत्पन्न होती है। वेल्डिंग के लिए कार्बन ब्लैक चुनना डिफ़ॉल्ट नहीं, बल्कि वास्तविक निर्णय है।

जहाँ काला रंग स्वीकार्य नहीं, वहाँ निकट-अवरक्त अवशोषक डाई और पिगमेंट सिस्टम रंगीन, प्राकृतिक और दृश्य रूप से पारदर्शी अवशोषक पुर्ज़े संभव बनाते हैं। इन्हें भी किसी अन्य एडिटिव जैसी ही क्वालिफ़िकेशन चाहिए: डिस्पर्शन की एकरूपता, प्रोसेसिंग तापमान पर तापीय स्थिरता, और अनुप्रयोग के लिए नियामक स्वीकार्यता। इनका अवशोषण आम तौर पर कार्बन ब्लैक से संकरी तरंगदैर्घ्य सीमा में होता है, इसलिए एडिटिव और स्रोत का मेल अधिक निर्णायक हो जाता है।

ऊपरी पुर्ज़े से ट्रांसमिशन

ट्रांसमिट करने वाला घटक केवल रंग से सीमित नहीं होता। दीवार की मोटाई पथ-लंबाई तय करती है और उसके साथ ट्रांसमिशन घटता है, कभी-कभी तीव्रता से। अर्ध-क्रिस्टलीय पॉलिमर में क्रिस्टलीयता प्रकीर्णन करती है, और चूँकि क्रिस्टलीयता शीतलन दर पर निर्भर है, मोल्ड तापमान ऑप्टिकल व्यवहार को सीधे बदल देता है। ग्लास और मिनरल फिलर तीव्र प्रकीर्णन करते हैं, जिससे जोड़ तक पहुँचने वाली ऊर्जा घटती है और वह डिफ़ोकस भी होती है, यानी जहाँ चाहिए वहाँ शिखर तीव्रता कम हो जाती है। अपना अवशोषण रखने वाले एडिटिव, विशेषकर पराबैंगनी स्टेबलाइज़र, लेज़र तरंगदैर्घ्य से ओवरलैप कर सकते हैं। सतह की बनावट ऊर्जा के पुर्ज़े में प्रवेश करने से पहले ही प्रवेश-सतह पर प्रकीर्णन कर देती है।

फिल वाले ट्रांसमिट करने वाले पुर्ज़े सबसे अधिक कम आँके जाने वाला मामला हैं। 30 प्रतिशत ग्लास-फिल वाला ऊपरी घटक बिना फिल वाले घटक की तुलना में ट्रांसमिशन का बहुत छोटा अंश ही दे सकता है, और सामान्य उपाय, यानी पावर बढ़ाना, जोड़ के पिघलने से पहले ही प्रवेश-सतह को क्षति पहुँचाने का जोखिम रखता है। जहाँ ट्रांसमिट करने वाली ओर फिल्ड सामग्री अपरिहार्य हो, वहाँ बीम पथ में पतले अनुभाग, कम तीव्रता सहन करने वाली रणनीति, या भिन्न तरंगदैर्घ्य ही वास्तविक विकल्प हैं।

दोहरे उद्देश्य वाले एडिटिव सिस्टम

जिन असेंबलियों में लेज़र मार्किंग और लेज़र वेल्डिंग दोनों चाहिए, वे वास्तविक फ़ॉर्मुलेशन समस्या खड़ी करती हैं, क्योंकि दोनों प्रोसेस एक ही ऑप्टिकल गुणों पर निर्भर हैं और उनसे अलग-अलग चीज़ें चाहते हैं। दोनों उद्देश्यों के लिए बनाए गए एडिटिव सिस्टम एक ही कंपाउंडेड सामग्री से दोनों काम करने देते हैं, जिससे सामग्री प्रबंधन काफ़ी सरल हो जाता है।

शर्त यह है कि दोनों प्रोसेस क्रमिक रूप से नहीं, बल्कि साथ-साथ विकसित किए जाएँ। मार्क कंट्रास्ट के लिए अनुकूलित एडिटिव मात्रा ट्रांसमिट करने वाले पुर्ज़े को वेल्ड के लिहाज़ से अत्यधिक अवशोषक बना सकती है; वेल्ड अवशोषण के लिए अनुकूलित मात्रा से मार्किंग कंट्रास्ट खराब मिल सकता है। एक ही फ़ॉर्मुलेशन के विरुद्ध दोनों प्रोसेस विंडो शुरू में ही स्थापित करना इस तरीके को कारगर बनाता है।

टूलिंग से पहले क्वालिफ़ाई करें

वेल्डेबिलिटी संयोजन का गुण है: पॉलिमर जोड़ी, कलरेंट, फिलर, एडिटिव और तरंगदैर्घ्य। प्रतिबद्धता से पहले इसे स्थापित करना सस्ता है, और बाद में पता चलना विघटनकारी।

व्यावहारिक प्री-टूलिंग क्वालिफ़िकेशन में इच्छित मोटाई और रंग पर इच्छित ट्रांसमिट करने वाली सामग्री का ट्रांसमिशन मापा जाता है, इच्छित अवशोषक सामग्री का अवशोषण मापा जाता है, और वास्तविक सामग्री संयोजन में मोल्डेड प्लाक या प्रोटोटाइप पुर्ज़े वेल्ड करके पुष्टि की जाती है कि मार्जिन के साथ कार्यसाध्य प्रोसेस विंडो मौजूद है। इस काम में कुछ ही दिन लगते हैं और यह उस प्रश्न का उत्तर दे देता है जो अन्यथा उत्पादन ट्रायल के समय मिलता है, जब मोल्ड बन चुके होते हैं और सामग्री का चुनाव व्यावहारिक रूप से तय हो चुका होता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

क्या दो अलग-अलग पॉलिमर की लेज़र वेल्डिंग साथ में हो सकती है?

केवल तभी जब वे मेल्ट-संगत हों: उनकी प्रोसेसिंग तापमान सीमाएँ ओवरलैप करें ताकि दोनों बिना क्षरण के पिघलें, और वे इतने रासायनिक रूप से संगत हों कि यांत्रिक इंटरलॉक के बजाय वास्तविक बंधन बन सके। एक ही परिवार के समान पॉलिमर आम तौर पर काम करते हैं; भिन्न परिवार आम तौर पर नहीं, ऑप्टिकल गुण चाहे जो हों।

रंग बदलने पर पुनः क्वालिफ़िकेशन क्यों ज़रूरी है?

क्योंकि कलरेंट तय करते हैं कि लेज़र तरंगदैर्घ्य का कितना अंश ट्रांसमिट और अवशोषित होगा। आँख को समान दिखने वाले दो पुर्ज़े 1064 nm पर पूरी तरह भिन्न व्यवहार कर सकते हैं, क्योंकि पिगमेंट चयनात्मक अवशोषण करते हैं और दृश्य रूप से निकट-अवरक्त व्यवहार की बहुत कम जानकारी मिलती है। रंग बदलने से जोड़ तक पहुँचने वाली ऊर्जा बदलती है, और इसलिए प्रोसेस भी।

क्या ग्लास फिल का लेज़र वेल्डिंग पर असर पड़ता है?

काफ़ी हद तक। ग्लास फाइबर ट्रांसमिट करने वाले पुर्ज़े के भीतर बीम को प्रकीर्णित करते हैं, जिससे इंटरफ़ेस तक पहुँचने वाली ऊर्जा घटती है और वह फैल जाती है, और जोड़ पर शिखर तीव्रता कम होती है। अधिक फिल स्तर इस प्रभाव को बढ़ाते हैं, और जोड़ की सतह पर ग्लास होने से वेल्ड बनाने के लिए उपलब्ध पॉलिमर भी घटता है।

दोहरे उद्देश्य वाला एडिटिव क्या है?

लेज़र मार्किंग और लेज़र वेल्डिंग दोनों के लिए बनाया गया एडिटिव सिस्टम, जो एक ही कंपाउंडेड सामग्री को एक ही तरंगदैर्घ्य से मार्क और वेल्ड करने देता है। यह दोनों प्रक्रियाओं वाली असेंबलियों के लिए सामग्री प्रबंधन सरल करता है, और इसके लिए दोनों प्रोसेस साथ विकसित करने पड़ते हैं क्योंकि वे एक ही ऑप्टिकल गुणों के लिए प्रतिस्पर्धा करते हैं।

सामग्री की वेल्डेबिलिटी कब स्थापित करनी चाहिए?

टूलिंग कटने से पहले। वेल्डेबिलिटी सामग्री जोड़ी, कलरेंट और तरंगदैर्घ्य का गुण है, और चुना गया संयोजन वेल्ड न हो तो सामग्री बदलना, कलरेंट बदलना या एडिटिव जोड़ना ही उपाय हैं। ये डिज़ाइन चरण में सीधे-सादे हैं और बाद में विघटनकारी।

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Scott Sabreen — अध्यक्ष एवं मुख्य अभियंता, 30 वर्षों से अधिक का अनुभव। अपने अनुप्रयोग और SABREEN समाधानों पर निःशुल्क एवं बिना किसी बाध्यता के चर्चा करने हेतु आज ही हमसे संपर्क करें। अपनी सबसे कठिन चुनौतियाँ हमें सौंपें।

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