انسٹی ٹیوٹ آف پلازما فزکس، چائنیز اکیڈمی آف سائنسز؛ شنگھائی یونیورسٹی آف انجینئرنگ سائنس، وغیرہ: سائیڈ وال میں فیوژن کی کمی اور تنگ میں اس کے دبانے کے طریقہ کار پر مطالعہ

01 Introduction: Welding thick-walled components is a critical step in the manufacturing of devices designed for extreme operating conditions, such as those used in controlled fusion. Conventional autogenous laser welding struggles to maintain the dynamic equilibrium of deep weld pools, while laser welding with wire feeding faces efficiency bottlenecks-such as unstable wire delivery and limited single-layer deposition height. To meet the urgent need for high-quality, high-efficiency thick-plate welding technology, this study proposes a pre-filled narrow-gap laser oscillation welding method. This technique replaces dynamic wire feeding with pre-filled strips, ingeniously combining the high efficiency of high-power (>10 کلو واٹ) خودکار لیزر ویلڈنگ جس میں تنگ-گیپ فل ویلڈنگ کے تہہ دار جمع فوائد ہیں۔ یہ مطالعہ الٹرا-گہرے ویلڈ پول (ایک ہی پاس میں 15 ملی میٹر تک پہنچنا) اور تنگ-گیپ سائیڈ والز کے درمیان پیچیدہ تھرمو فزیکل تعاملات کی چھان بین کرتا ہے، اس میکانزم کو ظاہر کرتا ہے جس کے ذریعے لیزر آسکیلیشن پیرامیٹرز ویلڈ پول کے بہاؤ اور سائیڈ وال فیوژن رویے کو منظم کرتے ہیں۔ بالآخر، اس طریقہ کار نے 70 ملی میٹر موٹی 316LN سٹینلیس سٹیل پلیٹوں کی خامی سے پاک ویلڈنگ کو کامیابی سے حاصل کیا، جس سے اعلیٰ معیار کو یقینی بناتے ہوئے پیداواری کارکردگی میں نمایاں اضافہ ہوا۔

الٹرا-تنگ 2.5 ملی میٹر گیپ کے اندر 15 ملی میٹر گہرے ویلڈ پول کا مشاہدہ کرنے کی جسمانی حدود کو دور کرنے کے لیے، تحقیقی ٹیم نے اپنی مرضی کے مطابق-ایک سائیڈ تیار کیا-دیکھنے کا بصری معائنہ پلیٹ فارم (جی جی 17 شیشے کے سینڈوچ ڈھانچے کا استعمال کرتے ہوئے) (تصویر. 2)۔ اس نے محققین کو ویلڈ پول کے اندر میکروسکوپک سیال حرکیات اور عارضی فیوژن رویے کو واضح طور پر ٹریک کرنے کے قابل بنایا۔

کراس-سیکشنل مائکروگراف واضح طور پر دولن طول و عرض کے اہم کردار کو ظاہر کرتے ہیں (تصویر. 3)۔ دولن کے بغیر یا چھوٹے طول و عرض (1.2 ملی میٹر) کے ساتھ، حرارت کو مؤثر طریقے سے بعد میں منتقل نہیں کیا جا سکتا، جس کے نتیجے میں سائیڈ وال کی کمی-فیوژن (LOF) کی خرابی کی شرح 37.28% تک ہوتی ہے۔ تاہم، جب دوغلی طول و عرض کو 1.8 ملی میٹر تک بہتر بنایا جاتا ہے، لیزر توانائی کو یکساں طور پر سائیڈ والز میں تقسیم کیا جاتا ہے۔ ویلڈ کراس-سیکشن "کیل-سر" کی شکل سے ایک وسیع "مستطیل" شکل میں بدل جاتا ہے، اور LOF کی خرابی کی شرح 0% تک گر جاتی ہے۔

غیر-دوسری لیزر ویلڈنگ میں، ویلڈ پول نہ صرف تنگ اور تیز ٹھنڈک کے تابع ہوتا ہے، بلکہ اندرونی کی ہول ایک انتہائی غیر مستحکم حالت میں بھی موجود ہوتا ہے جس کی خصوصیت بار بار پھیلنے اور سکڑتی ہے۔ سطحی تناؤ (مارانگونی اثر) سے کارفرما، پگھلی ہوئی دھات غیر متناسب، متعصب بہاؤ کا بہت زیادہ شکار ہے۔ یہ بے قابو یکطرفہ بہاؤ بالآخر ویلڈ کے ایک طرف اچھے فیوژن کی صورت میں نکلتا ہے، جبکہ دوسری طرف لامحالہ سائیڈ وال کی شدید کمی-فیوژن کی خرابیوں کا سبب بنتا ہے (شکل 4)۔

نچلے دولن کے پیرامیٹرز کا نتیجہ ناکافی پس منظر ہیٹ ان پٹ اور غیر متناسب ویلڈ پول کے بہاؤ میں ہوتا ہے۔ جب پیرامیٹرز کو 1.8 ملی میٹر کے طول و عرض اور 40 ہرٹز کی فریکوئنسی تک بہتر بنایا جاتا ہے، تو لیزر کا پس منظر ہیٹنگ زون مؤثر طریقے سے پھیلتا ہے، جس کی وجہ سے ویلڈ پول جیومیٹری "تنگ اور گہرے" سے "چوڑا اور اتلی" (بڑھتی ہوئی چوڑائی اور کم لمبائی) میں منتقل ہو جاتی ہے۔ اگرچہ اعلی-تعدد دوغلا پن کچھ چھیڑ چھاڑ کا باعث بنتا ہے، لیکن یہ نظام کی ہول اور ویلڈ پول کے مجموعی استحکام کو نمایاں طور پر بڑھاتا ہے اور سائیڈ وال گیلانگ کو بہتر بناتا ہے، بالآخر ویلڈ سیون اور سائیڈ والز کے درمیان موثر فیوژن کو یقینی بناتا ہے (تصویر. 5)۔

شکل 6 مکمل دولن چکر کے دوران ویلڈ پول کے کراس-سیکشنل مورفولوجی کے متحرک ارتقاء کو کنٹرول کرنے میں دوغلی طول و عرض کے فیصلہ کن کردار کو واضح طور پر واضح کرتا ہے۔ کم دوغلی طول و عرض میں، انتہائی مرتکز لیزر توانائی ایک تنگ-نیچے والا، مخروطی ویلڈ پول پیدا کرتی ہے۔ سائیڈ والز بنیادی طور پر محدود تھرمل ترسیل کے ذریعے حرارت حاصل کرتے ہیں، جس کے نتیجے میں غیر متناسب جھکاؤ اور فیوژن کی خرابیوں کی-کی کمی ہوتی ہے۔ جیسے جیسے دوغلی طول و عرض میں اضافہ ہوتا ہے، حرارت متحرک طور پر پہلے سے رکھی ہوئی پلیٹ اور سائیڈ والز کے درمیان انٹرفیس پر جمع ہوتی ہے، جس کی وجہ سے ویلڈ پول کی بنیاد U-شکل میں چوڑی ہو جاتی ہے۔ ایک بہتر، بڑے دولن طول و عرض کے تحت، لیزر توانائی کو ٹرانسورس سمت میں یکساں طور پر دوبارہ تقسیم کیا جاتا ہے، جس سے سائیڈ وال گیلا ہونے اور دخول کی گہرائی میں نمایاں اضافہ ہوتا ہے۔ مزید برآں، مکمل بائیں-دائیں دولن کے چکر میں (T0 سے T0 + 16 ms تک)، ویلڈ پول-براہ راست شعاع ریزی اور تھرمل ترسیل کے مشترکہ اثرات سے چلایا جاتا ہے-تھرمل وقفہ پر قابو پاتا ہے اور مسلسل گرمی جمع کرتا ہے۔ یہ شہتیر کی حرکت کے ساتھ ہم آہنگی میں باری باری دونوں اطراف کی طرف پھیلتا ہے، بالآخر ایک بالکل سنٹروسمیٹریک مورفولوجی قائم کرتا ہے۔

یہ مطالعہ پہلے سے-پُر تنگ-گیپ لیزر آسیلیشن ویلڈنگ تکنیک کی تجویز اور منظم طریقے سے توثیق کرتا ہے۔ یہ ان میکانزم کا جامع تجزیہ کرتا ہے جس کے ذریعے لیزر دولن اندرونی تھرموڈینامک اور سیال-گہرے پگھلے ہوئے تالاب کے متحرک طرز عمل کو نئی شکل دیتا ہے، جس سے درج ذیل اہم نتائج برآمد ہوتے ہیں: 1. دوغلا پن انتہائی مرتکز، واحد حرارتی توانائی میں خلل ڈالتا ہے{6}۔ ذرائع، نمایاں طور پر چوٹی کی توانائی کی کثافت کو کم کرتے ہیں (1067 J/mm² سے 772.9 J/mm² تک)۔ توانائی کی یہ ہم آہنگی اور دوبارہ تقسیم بنیادی طور پر ویلڈ سینٹر میں ضرورت سے زیادہ گرمی کے ان پٹ کو روکتی ہے جبکہ سائیڈ وال کی حدود میں مقامی حرارت کے جمع ہونے کو کافی حد تک بڑھاتی ہے سطحی تناؤ کا غلبہ ہے۔ پگھلے ہوئے تالاب کا بہاؤ ایک بے ترتیب، بہت زیادہ خطرہ سے-ترکی کی غیر متناسب حالت میں تبدیل ہو جاتا ہے-ایک ترتیب شدہ، ہم آہنگی، اور زور دار کنویکٹیو موڈ میں، ریڈیل سکورنگ اور ہائی-درجہ حرارت کے مائع دھات کی نقل و حمل کو تیز کرتا ہے دبانے-کی تعریف 1 سے کم یا 2A/D کے برابر 1.5 سے کم یا اس کے برابر ہے (جہاں A دولن طول و عرض ہے اور D فرق کی چوڑائی ہے)-سختی سے اخذ کیا گیا تھا اور اس کی توثیق کی گئی تھی۔ یہ ونڈو ویلڈنگ کے عمل کو غیر معمولی مضبوطی فراہم کرتی ہے۔ اس رینج کے اندر، یہ عمل ساز و سامان کی کمپن یا اسمبلی کی غلطیوں کی وجہ سے ہونے والے انحراف کو مؤثر طریقے سے ایڈجسٹ کر سکتا ہے، جس سے سائیڈ والز پر کامل 100% فیوژن کو یقینی بنایا جا سکتا ہے۔