
लेजर कटिंग की प्रभावशीलता वास्तव में इस बात पर निर्भर करती है कि विभिन्न सामग्रियां ऊर्जा को कैसे अवशोषित और फैलाती हैं। उदाहरण के लिए, धातुओं पर विचार करें, स्टेनलेस स्टील और एल्युमिनियम बिल्कुल अलग तरीके से व्यवहार करते हैं क्योंकि उनके तापीय गुण समान नहीं हैं। स्टेनलेस स्टील गर्मी का संचालन बहुत अच्छा नहीं करता है, लगभग 15 डब्ल्यू/एमकेज, जिसका मतलब है कि गर्मी एक जगह पर जमा हो जाती है। एल्युमिनियम की कहानी अलग है, इसकी अधिक संचालकता के साथ लगभग 205 डब्ल्यू/एमकेज, इसलिए गर्मी जल्दी से फैल जाती है जिससे स्थिर पिघलना मुश्किल हो जाता है। तांबा तो एक अलग ही चीज है। 1 माइक्रॉन तरंग दैर्ध्य पर, तांबा लगभग सभी प्रकाश को वापस परावर्तित कर देता है, ठीक 95%। इस परावर्तन समस्या के कारण लेजर बीम में काफी बदलाव की आवश्यकता होती है यदि हम स्थिर कट चाहते हैं। आधुनिक फाइबर लेजर्स पर नज़र डालें, वे स्टील से लगभग सभी ऊर्जा को अवशोषित कर सकते हैं, लगभग 99% अवशोषण, लेकिन तांबे के साथ काफी कमजोरी दिखाते हैं जहां अवशोषण घटकर केवल 60-70% रह जाता है। इसी कारण से तांबे के साथ काम करने वाली दुकानों को अक्सर विशेष तकनीकों और उपकरणों की आवश्यकता होती है ताकि चीजें ठीक से काम करें।
जब बात स्टेनलेस और माइल्ड स्टील काटने की होती है, तो फाइबर लेज़र CO2 सिस्टम को बिल्कुल पीछे छोड़ देते हैं, खासकर जब पतली दीवार वाले पाइप काटे जा रहे हों, तो ये 30% तक तेज़ी से काट सकते हैं। क्यों? क्योंकि फाइबर लेज़र लगभग 1.08 माइक्रॉन की छोटी तरंग दैर्ध्य पर काम करते हैं, जिसे धातुओं जैसे स्टील बेहतर तरीके से अवशोषित कर लेते हैं, इसलिए ऊर्जा कम बर्बाद होती है और कुल मिलाकर चक्र समय भी कम होता है। दूसरी ओर, CO2 लेज़र की लंबी तरंग दैर्ध्य 10.6 माइक्रॉन पर कुछ कार्यों के लिए बेहतर काम करती है। वे पीतल जैसी गैर-लौह धातुओं को काटते समय कम प्रतिबिंबित होते हैं, इसलिए निर्माता उन कार्यों पर भरोसा करते हैं जहां स्थिरता सबसे महत्वपूर्ण होती है। 2023 में एयरोस्पेस क्षेत्र से मिले ताजा आंकड़ों को देखें, तो फाइबर लेज़र का उपयोग करने वाली कंपनियों ने स्टेनलेस स्टील काटने की लागत में प्रति मीटर लगभग 18.50 डॉलर की कमी देखी, जबकि पारंपरिक CO2 सेटअप के मुकाबले। इस बचत का अधिकांश हिस्सा संचालन के दौरान सहायक गैस की कम आवश्यकता और समग्र रूप से बेहतर विद्युत दक्षता से आया।
तीन चर महत्वपूर्ण रूप से कट की गुणवत्ता को प्रभावित करते हैं:
कार्बन स्टील के लिए, गैस दबाव को 1.2–1.5 बार के बीच बनाए रखना अनिवार्य है ताकि स्लैग निर्माण से बचा जा सके और कट की गुणवत्ता सुनिश्चित की जा सके।
स्टेनलेस स्टील और माइल्ड स्टील औद्योगिक ट्यूब लेजर कटिंग अनुप्रयोगों के 65% से अधिक का प्रतिनिधित्व करते हैं (IMTS 2023), जिनकी ताकत, वेल्डेबिलिटी और लेजर ऊर्जा के प्रति प्रतिक्रिया के संतुलन के लिए प्रशंसा की जाती है। इन सामग्रियों को 0.5 मिमी से लेकर 25 मिमी मोटाई तक प्रसंस्कृत किया जा सकता है न्यूनतम ऊष्मा प्रभावित क्षेत्रों के साथ, जो उच्च-सटीक विनिर्माण के लिए आदर्श बनाता है।
ऑस्टेनिटिक परिवार से संबंधित 304 और 316 जैसे स्टेनलेस स्टील में काफी अधिक उपयोग होता है क्योंकि उनमें लगभग 18 से 20 प्रतिशत क्रोमियम होता है। यही उन्हें जंग और रासायनिक क्षति से बचाव के लिए बेहतर सुरक्षा प्रदान करता है। इन सामग्रियों को काटने की बात आती है, तो आज की फाइबर लेजर तकनीक बहुत ही सटीक कट प्राप्त करना संभव बनाती है। हम बात कर रहे हैं केवल 0.1 मिलीमीटर तक के कर्फ चौड़ाई की, और 15 मिमी मोटी पाइपों पर भी प्लस या माइनस 0.05 मिमी के भीतर आयामी सटीकता की। मेडिकल उपकरण निर्माता और उन लोगों को जो खाद्य प्रसंस्करण के लिए ट्यूब बना रहे हैं, इस तरह की सटीकता की बेहद आवश्यकता होती है। उनके उत्पादों को पूरी तरह से चिकनी सतहों की आवश्यकता होती है जिनमें कोई खुरदरे किनारे या बर्र न हों, जो केवल उन्नत लेजर सिस्टम ही उत्पादन चक्रों में लगातार वितरित कर सकते हैं।
ऑक्सीकरण-मुक्त कट को प्राप्त करने के लिए, 3-8 मिमी स्टेनलेस स्टील ट्यूबों के लिए 12-16 बार पर नाइट्रोजन सहायक गैस की अनुशंसा की जाती है। मोटी धातुओं (10-15 मिमी) के लिए, 4 किलोवाट फाइबर लेज़र 0.8-1.2 मीटर/मिनट पर संचालित होकर बिना किसी अवशेष के परिणाम प्रदान करता है जबकि तापीय विकृति को न्यूनतम रखा जाता है। ये पैरामीटर स्वचालित उत्पादन वातावरण में उच्च पुनरावृत्ति को समर्थन देते हैं।
माइल्ड स्टील में अपेक्षाकृत कम कार्बन सामग्री (0.3% से कम) के कारण इसका वाष्पीकरण 1,500 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने पर तेजी से होता है। यह विशेषता माइल्ड स्टील को फाइबर लेजर कटिंग अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाती है। एक मानक 6 किलोवाट लेजर सिस्टम के साथ, ऑपरेटर 20 मिमी मोटी माइल्ड स्टील पाइपों को लगभग 2.5 मीटर प्रति मिनट की तेज गति से काट सकते हैं। कटिंग से लगभग ऊर्ध्वाधर किनारे प्राप्त होते हैं जिनमें कोणीय विचलन न्यूनतम होता है (लगभग प्लस या माइनस आधा डिग्री) जो उन वेल्डर्स के लिए बहुत अच्छा है जिन्हें पोस्ट-कट फिनिशिंग कार्यों पर अतिरिक्त समय खर्च करने की आवश्यकता नहीं होती। अंतिम परिणाम की दृष्टि से, ये लेजर सिस्टम काफी बचत भी प्रदान करते हैं। FMA 2023 के उद्योग आंकड़ों से पता चलता है कि पारंपरिक प्लाज्मा कटिंग विधियों से स्विच करने पर संचालन लागत में लगभग 23% की कमी आती है।
कार्बन स्टील पाइपों के लिए, जिनकी मोटाई 25 मिमी से अधिक है, ऊष्मा निवेश को नियंत्रित करने और विरूपण को रोकने के लिए आवृत्ति-आधारित लेजर मोड (1–2 किलोहर्ट्ज़) की सहायता ली जाती है। ऑक्सीजन-आधारित सहायक गैस मिश्रण का उपयोग करने से धातु के अवशेष को निकालने में सुधार होता है, जिससे 30 मिमी के खंडों में अवशेष 40% तक कम हो जाता है। यह निर्माण और भारी मशीनरी में संरचनात्मक घटकों के लिए आयामी सटीकता सुनिश्चित करता है।
एक टियर 1 ऑटोमोटिव आपूर्तिकर्ता ने प्रतिदिन 5,000 ईंधन-इंजेक्शन ट्यूब उत्पन्न करने के लिए 3डी पाइप लेजर कटिंग को लागू किया, जिसमें 99.7% आयामी सटीकता प्राप्त हुई। उसी प्रणाली ने एसएस304 विमान हाइड्रोलिक ब्रैकेट पर 0.12 मिमी पुनरावृत्ति सटीकता हासिल की और पारंपरिक मशीनिंग विधियों की तुलना में पोस्ट-प्रोसेसिंग समय 62% तक कम कर दिया।

एल्युमिनियम वास्तव में प्रकाश को बहुत अच्छा परावर्तित करता है, हमारे द्वारा उपयोग किए जाने वाले सामान्य लेजर तरंगदैर्घ्यों पर लगभग 90%। इसके अलावा यह गर्मी भी काफी तेजी से खो देता है। ये विशेषताएं प्रसंस्करण के दौरान लेजर द्वारा ऊर्जा को स्थिरता से अवशोषित करना कठिन बना देती हैं। फिर क्या होता है? ठीक है, पिघली हुई धातु की परत अनियमित रूप से फैल जाती है और कट की दिशा असमान दिखने लगती है, विशेष रूप से उन पतली दीवार वाली ट्यूबों के साथ जो निर्माण में बहुत सामान्य हैं। ऊष्मा चालकता भी यहां एक चुनौती है क्योंकि एल्युमिनियम स्टेनलेस स्टील की तुलना में लगभग पांच गुना बेहतर गर्मी का संचालन करता है। इसके कारण, ऑपरेटरों को बहुत सावधानी से अपने पैरामीटर्स को समायोजित करने की आवश्यकता होती है यदि वे उस अप्रिय अवशेष के बिना साफ कट पाना चाहते हैं जिससे कोई भी निपटना नहीं चाहता।
नाइट्रोजन का उपयोग सहायक गैस के रूप में ऑक्सीजन की तुलना में ऑक्सीकरण को 70% तक कम कर देता है। इसे उच्च-आवृत्ति ध्रुवीय लेजर मोड (≥2,000 हर्ट्ज़) और अनुकूलित नोजल स्टैंडऑफ़ दूरी (0.8–1.2 मिमी) के साथ संयोजित करने से किनारे की मसृणता में 25% सुधार होता है। उच्च-मूल्य वाले अनुप्रयोगों में साफ़ और वेल्डिंग योग्य सतहों की प्राप्ति के लिए ये समायोजन आवश्यक हैं।
एक निर्माता ने 2023 में कुछ परीक्षण किए थे, जिनमें उन्होंने 6 किलोवाट फाइबर लेजर सेटअप का उपयोग करके इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी ट्रे बनाते समय लगभग प्लस या माइनस 0.05 मिलीमीटर की सटीकता प्राप्त कर ली थी। उन्हें यह भी पता चला कि जब वे 6xxx श्रृंखला के एल्यूमीनियम ट्यूब काट रहे थे, तो उन्होंने तापमान परिवर्तनों को ध्यान में रखकर अपने सामग्री के अपशिष्ट को काफी कम कर दिया - लगभग 12 प्रतिशत से घटकर केवल 3 प्रतिशत से थोड़ा ऊपर। हाल ही में प्रकाशित कुछ अध्ययनों, जैसे कि जर्नल ऑफ़ मैटेरियल्स प्रोसेसिंग टेक्नोलॉजी में, यह साफ़ दिख रहा है कि कारों को हल्का बनाने के लिए एल्यूमीनियम के उपयोग की ओर एक स्पष्ट झुकाव है। इलेक्ट्रिक कार बनाने वाले अब लगभग चालीस प्रतिशत स्टील वाले पुराने भागों को इन विशेष रूप से काटे गए एल्यूमीनियम भागों से बदल रहे हैं।
अब फाइबर लेज़र्स एल्यूमिनियम ट्यूब काटने में प्रभावी हैं, वैश्विक स्तर पर 68% स्थापनाओं का प्रतिनिधित्व करते हैं। इसकी 1.08 μm तरंगदैर्ध्य CO₂ लेज़र्स की तुलना में बेहतर अवशोषण प्रदान करती है, 8 मिमी एल्यूमिनियम पर 1.2–1.8 मीटर/मिनट की काटने की गति प्राप्त करना संभव बनाती है और बिना किसी अवशेष के परिणाम देती है। यह प्रदर्शन HVAC, परिवहन और नवीकरणीय ऊर्जा क्षेत्रों में अपनाने को बढ़ावा देता है।
तांबे और पीतल के साथ काम करते समय, वे उस इंफ्रारेड तरंग दैर्ध्य पर लेजर ऊर्जा का लगभग 95% हिस्सा वापस छोड़ देते हैं, यह 2023 में लेजर प्रोसेसिंग इंस्टीट्यूट के कुछ हालिया शोध के अनुसार होता है। यह प्रतिबिंब ऑप्टिकल भागों के लिए वास्तविक समस्याएं पैदा करता है और स्थिर प्रसंस्करण स्थितियों को बनाए रखना काफी चुनौतीपूर्ण बना देता है। पीतल कठिनाई का एक अतिरिक्त स्तर जोड़ता है क्योंकि जब काटा जाता है, तो जस्ता घटक वाष्पित होने लगता है, जिससे अस्थिर कट और असमान किनारों के साथ-साथ कभी-कभी सामग्री में छोटे-छोटे छेद भी बन जाते हैं। इन समस्याओं से निपटने के लिए, अधिकांश पेशेवर पल्स लेजर सेटिंग्स और नाइट्रोजन गैस सहायता के संयोजन पर भरोसा करते हैं। पल्स मेलन को बेहतर ढंग से नियंत्रित करने में मदद करते हैं, जबकि नाइट्रोजन ऑक्सीकरण को रोकता है, जिससे निर्माताओं के लिए इन उबड़-खाबड़ धातुओं के साथ काटने की पूरी प्रक्रिया काफी अधिक भविष्यवत्ता और विश्वसनीयता बन जाती है।
कॉपर की शुद्ध शीटों को 1 किलोवाट या उससे अधिक शक्ति पर संचालित होने पर आज फाइबर लेजर 3 मिमी मोटाई तक काटने में सक्षम हैं, बेहतर बीम नियंत्रण तकनीक के कारण लगभग 0.1 मिमी की सटीकता प्रदान करते हैं। लेकिन एक बात यहां ध्यान देने योग्य है: ये कट लगभग 30 से 40 प्रतिशत अधिक समय लेते हैं जब तक कि स्टील सामग्री के साथ काम करने में नहीं, क्योंकि कॉपर गर्मी को बहुत कुशलता से सुचालित करता है। यह संभव लेज़र की 1.08 माइक्रोमीटर तरंग दैर्ध्य के कारण है, जिसे कॉपर द्वारा लगभग 22% अवशोषित किया जाता है, जो पारंपरिक CO2 लेज़रों की तुलना में लगभग तीन गुना बेहतर है। इस सुधार ने नाजुक घटकों जैसे विद्युत संचारण नलिकाओं और विशेष ऊष्मा विनिमय प्रणालियों के निर्माण के लिए द्वार खोल दिए हैं, जहां सटीकता सबसे महत्वपूर्ण है।
तीन सिद्ध दृष्टिकोण तांबे और पीतल की प्रक्रिया में सुधार करते हैं:
ये विधियाँ 2 मिमी पीतल के ट्यूबों पर 62% तक धातुमल के निर्माण को कम करती हैं और कटिंग की गति को 20 मीटर/मिनट तक बनाए रखती हैं।
2023 की वैश्विक औद्योगिक कटिंग सर्वेक्षण के अनुसार पीतल के सटीक भागों के लिए मांग लगभग 50% तक बढ़ गई है, लेकिन अभी भी कुछ तकनीकी बाधाएं बनी हुई हैं। सजावटी ट्रिम, समुद्री उपकरणों और चिकित्सा उपकरणों जैसी चीजों के लिए 0.2 मिमी से कम की सटीकता आम कटिंग सिस्टम के साथ आसानी से प्राप्त नहीं हो पाती। बेशक, 6 किलोवाट फाइबर लेजर 8 मिमी पीतल को लगभग 0.25 डिग्री की सटीकता के साथ काट सकता है, लेकिन ऐसी मशीन चलाने की लागत लगभग 180 डॉलर प्रति घंटा होती है। इस तरह की कीमत के कारण अधिकांश कंपनियां इसका उपयोग केवल आवश्यकता पड़ने पर ही करती हैं, आमतौर पर महंगे एयरोस्पेस अनुप्रयोगों या विशेषज्ञ उपकरणों के लिए आरक्षित रखा जाता है जहां वास्तव में इतनी अधिक सटीकता की आवश्यकता होती है।
आधुनिक पाइप लेजर कटिंग मशीनें मुख्य सामग्रियों में अलग-अलग प्रदर्शन प्रदान करती हैं:
| सामग्री | अधिकतम मोटाई (फाइबर लेजर) | कट क्वालिटी | मुख्य बातें |
|---|---|---|---|
| स्टेनलेस स्टील | 25 mm | उत्कृष्ट | नाइट्रोजन सहायक गैस की आवश्यकता होती है |
| माइल्ड स्टील | 30 मिमी | उच्च सटीकता | ऑक्सीजन सहायक के साथ आदर्श |
| एल्यूमिनियम | 15 मिमी | अच्छा | परावर्तक रोधी कोटिंग की सिफारिश की गई |
| ताँबा | 6 मिमी | मध्यम | उच्च-शक्ति वाले लेजर (>6 किलोवाट) की पसंद |
| पीतल | 12 mm | संगत | पल्स आवृत्ति समायोजन महत्वपूर्ण है |
स्टेनलेस और माइल्ड स्टील सबसे लेजर-अनुकूल बनी हुई हैं, लगातार ±0.1 मिमी से कम सहनशीलता प्राप्त कर रही हैं। एल्युमिनियम के लिए धातु के द्रव्यमान की तुलना में 30% तेज कटिंग गति की आवश्यकता होती है, जबकि तांबे की परावर्तकता सफलता को सीमित करती है - केवल 42% निर्माता 2023 के विनिर्माण सर्वेक्षण के अनुसार शुद्ध तांबे के साथ विश्वसनीय परिणाम देते हैं।
एयरोस्पेस और मेडिकल क्षेत्र में 10 मिमी मोटाई तक के टाइटेनियम पाइपों को काटने के लिए फाइबर लेज़र का उपयोग बढ़ रहा है। प्रभावी प्रसंस्करण के लिए आवश्यकता है:
इनकोनेल जैसे निकल आधारित सुपर धातु संकर में लेज़र काटने के उपयोग में 19% वार्षिक वृद्धि हो रही है, विशेष रूप से उच्च तापमान वाले निकास घटकों के लिए जिनकी 1,200 डिग्री सेल्सियस तक स्थायित्व आवश्यकता है।
चार कारक आपकी सामग्री के लिए अनुकूलतम लेज़र सेटिंग्स निर्धारित करते हैं:
नए मिश्र धातुओं के साथ काम करते समय ऑपरेटरों को परीक्षण कट करना चाहिए, क्योंकि संरचना में केवल 0.5% के भिन्नता 12-15% कटौती की गति को बदल सकती है।
लेजर काटना इस बात पर निर्भर करता है कि सामग्री ऊर्जा को कैसे अवशोषित और प्रसारित करती है। स्टेनलेस स्टील और एल्यूमीनियम जैसी धातुओं में अलग-अलग ऊष्मीय गुण होते हैं जो लेजर काटने के प्रति उनकी प्रतिक्रिया को प्रभावित करते हैं।
पतली-दीवार वाले पाइपों के लिए फाइबर लेजर सीओ2 लेजरों की तुलना में उत्कृष्ट गति और दक्षता प्रदान करते हैं, क्योंकि उनकी तरंग दैर्ध्य छोटी होती है और ऊर्जा अवशोषण बेहतर होता है।
फाइबर लेजर तांबे और पीतल को कुछ समायोजनों जैसे पल्स लेजर सेटिंग्स के साथ काट सकते हैं, लेकिन नरम धातुओं की तुलना में उन्हें अधिक शक्ति और समय की आवश्यकता होती है।
कट की गुणवत्ता में सुधार करने, ऑक्सीकरण को रोकने और दक्षता बढ़ाने के लिए नाइट्रोजन और ऑक्सीजन जैसी सहायक गैसों का उपयोग किया जाता है, जो उपयोग की गई सामग्री के आधार पर अलग-अलग होती हैं।
हां, फाइबर लेजर की दक्षता के कारण एल्युमिनियम काटने के लिए इसका बढ़ते स्तर पर उपयोग किया जा रहा है, हालांकि एल्युमिनियम की परावर्तकता और ऊष्मा चालकता के कारण कुछ समायोजनों की आवश्यकता होती है।
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