01
خلاصہ
ٹنگسٹن، اپنے اعلی پگھلنے کے نقطہ، اچھی تھرمل چالکتا، اور کم ہائیڈروجن برقرار رکھنے کی وجہ سے، جوہری فیوژن ری ایکٹرز میں پلازما پر مبنی اجزاء کے لیے ایک مثالی مواد ہے۔ تاہم، اس کا اندرونی ٹوٹنا اور ہائی ڈکٹائل-برٹل ٹرانزیشن ٹمپریچر (DBTT) اسے لیزر پروسیسنگ کے دوران کریک کرنے کے لیے انتہائی حساس بناتا ہے۔ یہ بنیادی طور پر بہت زیادہ ٹھنڈک کی شرح اور درجہ حرارت کے میلان کی وجہ سے ہے جس کی وجہ سے تھرمل تناؤ اور اناج کی حد کمزور ہوتی ہے۔ کریکنگ کو دبانے کے موجودہ طریقوں میں سبسٹریٹ پری ہیٹنگ، نینو پارٹیکل الائینگ، اور پلسڈ لیزرز شامل ہیں، لیکن ان طریقوں کی حدود ہیں جیسے پاؤڈر کا انحطاط، ساختی تبدیلیاں، یا بڑھی ہوئی سوراخ۔ حالیہ برسوں میں، لیزر بیم کی شکل سازی (جیسے انگوٹی بیم) کو چوٹی کی طاقت کی کثافت کو کم کرنے کے لیے استعمال کیا گیا ہے، گہرے دخول ویلڈنگ کو تھرمل کنڈکٹیو ویلڈنگ میں تبدیل کیا گیا ہے، مؤثر طریقے سے درجہ حرارت کے میلان اور ٹھنڈک کی شرح کو کم کیا گیا ہے۔ لیزر بیم کی دوغلی پگھلے ہوئے تالاب کو ہلا سکتی ہے، گرمی کے ان پٹ کو مزید ہم آہنگ کر سکتی ہے، اور مساوی اناج کی تشکیل کو فروغ دے سکتی ہے۔ دونوں طریقے تھرموڈینامک کنٹرول پر مبنی ہیں اور ان میں تکمیلی میکانزم ہیں۔ یہ مقالہ تجویز کرتا ہے کہ پہلے سے گرم یا ترمیم کیے بغیر خالص ٹنگسٹن کی دہرائی جانے والی شگاف-مفت ویلڈنگ کو حاصل کرنے کے لیے ان کو ملایا جائے۔ دراڑوں، پگھلے ہوئے تالاب اور مائیکرو اسٹرکچر پر بیم کی شکل اور دولن کے پیرامیٹرز کے اثرات کا منظم طریقے سے مطالعہ کیا جاتا ہے، جو بعد میں اضافی اضافی مینوفیکچرنگ کے لیے ایک حوالہ فراہم کرتا ہے۔
02
جائزہ
اس مطالعہ نے منظم طریقے سے تین لیزر بیم کی شکلوں-گاؤسین بیم، رنگ کور ڈسٹری بیوشن (RC 80/20) اور اینولر بیم-کے کریکنگ رویے پر مختلف دولن کے پیرامیٹرز کے تحت خالص ٹنگسٹن پتلی پلیٹوں میں سنگل-پاس ویلڈز کے اثرات کا منظم طریقے سے موازنہ کیا۔ تھرمو فزیکل سمولیشن، آپٹیکل مائیکروسکوپی تجزیہ، اور ای بی ایس ڈی کی خصوصیت کو یکجا کرتے ہوئے، میکروسکوپک کریک کے اعدادوشمار اور پگھلے ہوئے پول جیومیٹری سے لے کر خوردبین اناج کی ساخت تک، ایک کثیر- پیمانے کا تجزیہ کیا گیا۔ تجرباتی نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ گاوسی بیم، اپنی بہت زیادہ چوٹی کی طاقت کی وجہ سے، آسانی سے ایک گہرا اور تنگ پگھلا ہوا تالاب بناتا ہے (گہرائی-سے-چوڑائی کا تناسب > 1)، جس کی وجہ سے شدید شگاف پڑتا ہے، جس کی شرح صرف 36% ہے۔ اس کے برعکس، اینولر اور RC 80/20 بیم، چوٹی کی طاقت کی کثافت کو کم کرکے، پگھلے ہوئے تالاب کو چوڑا اور کم کرتے ہیں، جس سے درجہ حرارت کے میلان اور ٹھنڈک کی شرح کو نمایاں طور پر کم کیا جاتا ہے۔ اکیلے RC 80/20 بیم 80% کی مفت شرح- حاصل کر سکتی ہے۔ اس بنیاد پر تعمیر کرتے ہوئے، لیزر بیم دولن کے اضافے نے بیم کی تمام اقسام میں کریکنگ کو مزید دبا دیا، جس میں پہلو کا تناسب عام طور پر 1 سے نیچے چلا جاتا ہے۔ RC 80/20 اور دولن کے امتزاج نے بہترین کارکردگی کا مظاہرہ کرتے ہوئے 55 پیرامیٹر سیٹوں میں 91% کریک-مفت شرح حاصل کی۔ مزید برآں، اس کے نتیجے میں پگھلے ہوئے تالاب کے اندر بڑے مساوی کرسٹل کی تشکیل ہوئی، جو کہ نقلی کولنگ ریٹ میں 45% تک کی کمی سے قریب سے مماثل ہے۔ حتمی شماریاتی تجزیے سے یہ بات سامنے آئی کہ شہتیر کی شکل، لیزر پاور، اور اسکیننگ کی رفتار شگاف کے آغاز کو متاثر کرنے والے سب سے اہم پیرامیٹرز تھے، جبکہ دولن کی فریکوئنسی اور طول و عرض کا اس مطالعہ کے دائرہ کار میں کوئی خاص اثر نہیں تھا۔ یہ ظاہر کرتا ہے کہ شہتیر کی تشکیل اور دولن کی مشترکہ حکمت عملی پہلے سے گرم یا مادی ترمیم کے بغیر ٹنگسٹن کی دہرائی جانے والی شگاف-مفت ویلڈنگ کو حاصل کر سکتی ہے۔
03
گرافک تجزیہ
شکل 1 کے اوپری بائیں کونے میں موجود ڈیٹا سے پتہ چلتا ہے کہ، اسی جگہ کے قطر (202 μm) اور عمل کے حالات کے تحت، RC 80/20 بیم کا درجہ حرارت گریڈینٹ G گاوسی بیم کے مقابلے میں نمایاں طور پر کم ہے، جبکہ شرح نمو R قدرے زیادہ ہے۔ کولنگ ریٹ کے حساب کتاب کے نتائج میں کلید ہے اوپری دائیں کونے میں-آر سی 80/20 بیم کی ٹھنڈک کی شرح اسی جگہ کے قطر کے ساتھ گاوسی بیم کے مقابلے میں تقریباً 40% کم ہو گئی ہے، اور کنڈلی بیم کے لیے تقریباً 45% تک مزید کم ہو گئی ہے۔ ذیل میں نقلی پگھلا ہوا پول کراس- سیکشن بھی بصری طور پر اس کی عکاسی کرتا ہے: شکل والے بیم کا پگھلا ہوا تالاب چوڑا اور ہلکا ہوتا ہے۔ یہ ڈیٹا براہ راست وضاحت کرتا ہے کہ شہتیر کی تشکیل تھرمل تناؤ کو مؤثر طریقے سے کیوں کم کر سکتی ہے{13}} حوصلہ افزائی کی دراڑیں، تھرموڈینامک نقطہ نظر سے بعد کے تجربات کے لیے مضبوط تعاون فراہم کرتی ہیں۔
شکل 2 گاوسی بیم کے مساوی ہے۔ دولن کے بغیر، ایک طولانی شگاف پورے ویلڈ میں گھس جاتا ہے۔ تاہم، دولن کے اضافے کے ساتھ، اسی طرح کی لائن توانائی کی کثافتوں پر بھی، شگاف مکمل طور پر غائب ہو جاتا ہے۔ شکل 3 آر سی 80/20 بیم سے مساوی ہے۔ دولن کے بغیر، ہائی لائن انرجی کثافت پر ایک شگاف اب بھی موجود ہے۔ دولن کے اضافے کے ساتھ، شگاف مکمل طور پر ختم ہو جاتا ہے۔ یہ مکمل طور پر ظاہر کرتا ہے کہ شہتیر کی شکل سے قطع نظر، دولن دراڑ کو مؤثر طریقے سے دبا سکتی ہے۔ طریقہ کار یہ ہے کہ شہتیر کا دوغلا پن پگھلے ہوئے تالاب کو ہلاتا ہے، جس سے ہیٹ ان پٹ زیادہ یکساں ہو جاتا ہے۔ اصل میں تنگ اور گہرے پگھلے ہوئے تالاب کو نمایاں طور پر چوڑا کیا جاتا ہے، اور گہرائی-سے-چوڑائی کا تناسب 1 سے نیچے گر جاتا ہے۔ ویلڈنگ کا موڈ گہرے دخول ویلڈنگ سے ہیٹ کنڈکشن ویلڈنگ میں بدل جاتا ہے، جس سے تھرمل تناؤ جاری ہوتا ہے۔
شکل 4 مائیکرو اسٹرکچرل سطح پر پروسیسنگ حکمت عملی کے اثر کی مقدار بتاتی ہے۔ بائیں طرف سے ظاہر ہوتا ہے کہ گاوسی بیم (93 μm) کا اوسط اناج کا سائز صرف 10.2 μm ہے۔ اکیلے RC 80/20 (202 μm) استعمال کرنے سے یہ 14.3 μm تک بڑھ جاتا ہے۔ اور جب RC 80/20 کو oscillation کے ساتھ ملایا جاتا ہے، تو دانے مزید موٹے ہو جاتے ہیں، جو کولنگ ریٹ میں 45% کمی کے سمولیشن کے نتیجے سے بالکل میل کھاتا ہے۔ دائیں طرف کے پہلو تناسب کے اعداد و شمار سے پتہ چلتا ہے کہ تشکیل اور دوغلی امتزاج کے دانے ایکویکسڈ (1 کے قریب تناسب) کے قریب ہیں، جبکہ گاوسی بیم کے دانے واضح طور پر کالم (تناسب بڑا) ہیں۔ زیادہ تناسب اور مساوی اناج کی زیادہ تعداد کا مطلب یہ ہے کہ مادے کی مکینیکل خصوصیات زیادہ آئسوٹروپک ہیں، اور شگاف کے پھیلاؤ کے خلاف اس کی مزاحمت زیادہ مضبوط ہے، اس طرح یہ وضاحت کرتا ہے کہ مائیکرو اسٹرکچرل سطح پر دراڑوں کو مؤثر طریقے سے کیوں دبایا جاتا ہے۔
04
خلاصہ
یہ مطالعہ اس بات کی تصدیق کرتا ہے کہ لیزر بیم کی تشکیل اور دوہرائی کی مشترکہ حکمت عملی پہلے سے گرم یا مادی تبدیلی کے بغیر خالص ٹنگسٹن کی دوبارہ قابل دہرائی جانے والی شگاف-مفت ویلڈنگ حاصل کر سکتی ہے۔ جانچے گئے پیرامیٹرز میں سے، RC 80/20 رِنگ کور بیم نے دوغلا پن کے ساتھ مل کر بہترین نتائج حاصل کیے، جس نے 91% کی کریک-مفت شرح حاصل کی، جو گاوسی بیم کے 36% سے نمایاں طور پر زیادہ ہے۔ یہ مجموعہ طاقت کی چوٹی کی کثافت کو کم کرکے اور پگھلے ہوئے تالاب کو ہلا کر، ویلڈنگ کے موڈ کو گرمی میں تبدیل کرکے- ویلڈنگ کر کے، ٹھنڈک کی شرح کو 45% تک کم کر کے، اور بڑے مساوی کرسٹل کی تشکیل کو فروغ دے کر دراڑوں کو مؤثر طریقے سے دباتا ہے۔ بیم کی شکل، لیزر پاور، اور اسکیننگ کی رفتار کلیدی اثر انداز کرنے والے پیرامیٹرز ہیں، جبکہ دوغلی فریکوئنسی اور طول و عرض کا بہت کم اثر ہوتا ہے۔ مستقبل کی تحقیق کو ملٹی-پرت، ملٹی-پاس لیمینیشن اور حقیقی PBF-LB/M مینوفیکچرنگ میں اس حکمت عملی کے لاگو ہونے کی مزید تصدیق کرنے کی ضرورت ہے۔
