ලේසර් වෙල්ඩින් තාක්ෂණය, එහි ඉහළ ශක්ති ඝනත්වය, අඩු තාප ආදානය සහ ස්පර්ශ නොවන ලක්ෂණ නිසා, නූතන නිරවද්යතා නිෂ්පාදනයේ මූලික ක්රියාවලීන්ගෙන් එකක් බවට පත්ව ඇත. කෙසේ වෙතත්, වෑල්ඩින් කිරීමේදී උණු කළ තටාකය වායුගෝලය සමඟ සම්බන්ධ වීම නිසා ඇතිවන ඔක්සිකරණය, සිදුරු සහ මූලද්රව්ය පිළිස්සීම වැනි ගැටළු වෑල්ඩින් මැහුම් වල යාන්ත්රික ගුණාංග සහ සේවා කාලය බරපතල ලෙස සීමා කරයි. වෙල්ඩින් පරිසරය පාලනය කිරීම සඳහා මූලික මාධ්යය ලෙස, ආරක්ෂිත වායුවේ වර්ගය, ප්රවාහ අනුපාතය සහ පිඹින ආකාරය තෝරා ගැනීම ද්රව්යමය ලක්ෂණ (රසායනික ක්රියාකාරකම්, තාප සන්නායකතාවය වැනි) සහ තහඩුවේ ඝණකම සමඟ සම්බන්ධ කළ යුතුය.
ආරක්ෂිත වායූන් වර්ග
ආවරණ වායු වල මූලික කාර්යය වන්නේ ඔක්සිජන් හුදකලා කිරීම, උණු කළ තටාකයේ හැසිරීම නියාමනය කිරීම සහ ශක්ති සම්බන්ධතාවයේ කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කිරීමයි. ඒවායේ රසායනික ගුණාංග මත පදනම්ව, ආවරණ වායු නිෂ්ක්රීය වායු (ආගන්, හීලියම්) සහ ක්රියාකාරී වායු (නයිට්රජන්, කාබන් ඩයොක්සයිඩ්) ලෙස වර්ගීකරණය කළ හැකිය. නිෂ්ක්රීය වායු ඉහළ රසායනික ස්ථායිතාවයක් ඇති අතර උණු කළ තටාකයේ ඔක්සිකරණය ඵලදායී ලෙස වළක්වා ගත හැකිය, නමුත් තාප භෞතික ගුණාංගවල ඒවායේ සැලකිය යුතු වෙනස්කම් වෙල්ඩින් ආචරණයට සැලකිය යුතු ලෙස බලපායි. උදාහරණයක් ලෙස, ආගන් (Ar) ඉහළ ඝනත්වයක් (1.784 kg/m³) ඇති අතර ස්ථායී ආලේපනයක් සෑදිය හැකිය, නමුත් එහි අඩු තාප සන්නායකතාවය (0.0177 W/m·K) උණු කළ තටාකයේ මන්දගාමී සිසිලනයට සහ නොගැඹුරු වෑල්ඩින් විනිවිද යාමට හේතු වේ. ඊට වෙනස්ව, හීලියම් (He) ආගන් වලට වඩා අට ගුණයකින් වැඩි තාප සන්නායකතාවක් (0.1513 W/m·K) ඇති අතර උණු කළ තටාකයේ සිසිලනය වේගවත් කර වෑල්ඩින් විනිවිද යාම වැඩි කළ හැකි නමුත් එහි අඩු ඝනත්වය (0.1785 kg/m³) එය ගැලවී යාමට නැඹුරු කරයි, ආරක්ෂිත බලපෑම පවත්වා ගැනීම සඳහා ඉහළ ප්රවාහ අනුපාතයක් අවශ්ය වේ. නයිට්රජන් (N₂) වැනි ක්රියාකාරී වායූන් ඇතැම් අවස්ථාවන්හිදී ඝන ද්රාවණ ශක්තිමත් කිරීම හරහා වෑල්ඩින් ශක්තිය වැඩි කළ හැකි නමුත් අධික ලෙස භාවිතා කිරීම සිදුරු වීමට හෝ බිඳෙනසුලු අවධිවල වර්ෂාපතනයට හේතු විය හැක. නිදසුනක් ලෙස, ඩුප්ලෙක්ස් මල නොබැඳෙන වානේ වෑල්ඩින් කරන විට, උණු කළ තටාකයට නයිට්රජන් විසරණය ෆෙරයිට්/ඔස්ටිනයිට් අවධි සමතුලිතතාවයට බාධා කළ හැකි අතර, එහි ප්රතිඵලයක් ලෙස විඛාදන ප්රතිරෝධය අඩු වේ.
රූපය 1. 304L මල නොබැඳෙන වානේ ලේසර් වෑල්ඩින් (ඉහළ): Ar වායු ආවරණ; (පහළ): N2 වායු ආවරණ
ක්රියාවලි යාන්ත්රණයේ දෘෂ්ටි කෝණයෙන් බලන කල, හීලියම් හි ඉහළ අයනීකරණ ශක්තිය (24.6 eV) ප්ලාස්මා ආවරණ ආචරණය මැඩපැවැත්විය හැකි අතර ලේසර් ශක්ති අවශෝෂණය වැඩි දියුණු කළ හැකි අතර එමඟින් විනිවිද යාමේ ගැඹුර වැඩි වේ. මේ අතර, ආගන් හි අඩු අයනීකරණ ශක්තිය (15.8 eV) ප්ලාස්මා වලාකුළු ජනනය කිරීමට නැඹුරු වන අතර, ඒ සඳහා ඇඟිලි ගැසීම් අඩු කිරීම සඳහා නාභිගත කිරීම හෝ ස්පන්දන මොඩියුලේෂන් අවශ්ය වේ. අතිරේකව, ක්රියාකාරී වායූන් සහ උණු කළ තටාකය අතර රසායනික ප්රතික්රියාව (වානේ Cr සමඟ නයිට්රජන් ප්රතික්රියා කිරීම වැනි) වෑල්ඩින් සංයුතිය වෙනස් කළ හැකි අතර, ද්රව්යමය ගුණාංග මත පදනම්ව ප්රවේශමෙන් තෝරා ගැනීම අවශ්ය වේ.
ද්රව්ය යෙදුම් උදාහරණ:
• වානේ: තුනී තහඩු (<3 mm) වෑල්ඩින් කිරීමේදී, ආගන් මතුපිට නිමාව සහතික කළ හැකි අතර, 1.5 mm අඩු කාබන් වානේ වෑල්ඩින් මැහුම් සඳහා ඔක්සයිඩ් ස්ථරයේ ඝණකම 0.5 μm පමණි; ඝන තහඩු සඳහා (> 10 mm), විනිවිද යාමේ ගැඹුර වැඩි කිරීම සඳහා හීලියම් (He) කුඩා ප්රමාණයක් එකතු කළ යුතුය.
• මල නොබැඳෙන වානේ: 3 mm ඝනකම 304 මල නොබැඳෙන වානේ වෑල්ඩින් මැහුම් වල 18.2% ක Cr අන්තර්ගතයක් මූලික ලෝහයේ 18.5% ට ළඟා වන විට, ආගන් ආරක්ෂාව Cr මූලද්රව්ය අලාභය වළක්වා ගත හැකිය; ඩුප්ලෙක්ස් මල නොබැඳෙන වානේ සඳහා, අනුපාතය සමතුලිත කිරීම සඳහා Ar-N₂ මිශ්රණයක් (N₂ ≤ 5%) අවශ්ය වේ. අධ්යයනයන් පෙන්වා දී ඇත්තේ 8 mm ඝනකම 2205 ඩුප්ලෙක්ස් මල නොබැඳෙන වානේ සඳහා Ar-2% N₂ මිශ්රණයක් භාවිතා කරන විට, ෆෙරයිට්/ඔස්ටිනයිට් අනුපාතය 48:52 ට ස්ථායී වන අතර 780 MPa ක ආතන්ය ශක්තියක් ඇති අතර එය පිරිසිදු ආගන් ආරක්ෂාවට (720 MPa) වඩා උසස් බවයි.
• ඇලුමිනියම් මිශ්ර ලෝහය: තුනී තහඩුව (<3 mm): ඇලුමිනියම් මිශ්ර ලෝහවල ඉහළ පරාවර්තකතාව අඩු ශක්ති අවශෝෂණ අනුපාතයකට මඟ පාදන අතර, එහි ඉහළ අයනීකරණ ශක්තිය (24.6 eV) සහිත හීලියම් ප්ලාස්මාව ස්ථාවර කළ හැකිය. පර්යේෂණවලින් පෙනී යන්නේ 2 mm ඝනකම 6061 ඇලුමිනියම් මිශ්ර ලෝහය හීලියම් මගින් ආරක්ෂා කරන විට, විනිවිද යාමේ ගැඹුර 1.8 mm දක්වා ළඟා වන බවත්, ආගන් හා සසඳන විට 25% කින් වැඩි වන බවත්, සිදුරු අනුපාතය 1% ට වඩා අඩු බවත්ය. ඝන තහඩු සඳහා (>5 mm): ඇලුමිනියම් මිශ්ර ලෝහ ඝන තහඩු සඳහා ඉහළ ශක්ති ආදානයක් අවශ්ය වන අතර, හීලියම්-ආගන් මිශ්රණයකට (He:Ar = 3:1) විනිවිද යාමේ ගැඹුර සහ පිරිවැය යන දෙකම සමතුලිත කළ හැකිය. උදාහරණයක් ලෙස, 8 mm ඝනකම 5083 තහඩු වෑල්ඩින් කරන විට, මිශ්ර වායු ආරක්ෂාව යටතේ විනිවිද යාමේ ගැඹුර 6.2 mm දක්වා ළඟා වන අතර, පිරිසිදු ආගන් වායුවට සාපේක්ෂව 35% කින් වැඩි වන අතර, වෙල්ඩින් පිරිවැය 20% කින් අඩු වේ.
සටහන: මුල් පිටපතේ යම් දෝෂ සහ නොගැලපීම් අඩංගු වේ. ලබා දී ඇති පරිවර්තනය පෙළෙහි නිවැරදි කරන ලද සහ සංගත අනුවාදය මත පදනම් වේ.
ආගන් වායු ප්රවාහ අනුපාතයේ බලපෑම
ආගන් වායු ප්රවාහ අනුපාතය සෘජුවම ගෑස් ආවරණ හැකියාවට සහ උණු කළ තටාකයේ තරල ගතිකය කෙරෙහි බලපායි. ප්රවාහ අනුපාතය ප්රමාණවත් නොවන විට, වායු ස්ථරයට වාතය සම්පූර්ණයෙන්ම හුදකලා කළ නොහැකි අතර, උණු කළ තටාක දාරය ඔක්සිකරණයට සහ වායු සිදුරු සෑදීමට නැඹුරු වේ; ප්රවාහ අනුපාතය ඉතා ඉහළ වූ විට, එය කැළඹීමක් ඇති කළ හැකි අතර, එමඟින් උණු කළ තටාක මතුපිට සෝදා වෑල්ඩින් අවපාතයට හෝ ඉසීමට හේතු විය හැක. රෙනෝල්ඩ්ස් තරල යාන්ත්ර විද්යාවේ අංකයට (Re = ρvD/μ) අනුව, ප්රවාහ අනුපාතයේ වැඩි වීමක් වායු ප්රවාහ ප්රවේගය වැඩි කරයි. Re > 2300 වන විට, ලැමිනාර් ප්රවාහය කැළඹිලි සහිත ප්රවාහයක් බවට පත්වන අතර, එය උණු කළ තටාකයේ ස්ථායිතාව විනාශ කරයි. එබැවින්, තීරණාත්මක ප්රවාහ අනුපාතය තීරණය කිරීම අත්හදා බැලීම් හෝ සංඛ්යාත්මක සමාකරණ (CFD වැනි) හරහා විශ්ලේෂණය කළ යුතුය.
රූපය 2. විවිධ වායු ප්රවාහ අනුපාතවල වෑල්ඩින් මැහුම් මත බලපෑම්
ද්රව්ය තාප සන්නායකතාවය සහ තහඩු ඝණකම සමඟ ඒකාබද්ධව ප්රවාහ ප්රශස්තිකරණය සකස් කළ යුතුය:
• වානේ සහ මල නොබැඳෙන වානේ සඳහා: තුනී වානේ තහඩු (1-2 මි.මී.) සඳහා, ප්රවාහ අනුපාතය වඩාත් සුදුසු වන්නේ 10-15 L/min වේ. ඝන තහඩු සඳහා (> 6 මි.මී.), වලිග ඔක්සිකරණය මැඩපැවැත්වීම සඳහා එය 18-22 L/min දක්වා වැඩි කළ යුතුය. උදාහරණයක් ලෙස, 6 mm ඝන 316L මල නොබැඳෙන වානේ ප්රවාහ අනුපාතය 20 L/min වන විට, HAZ දෘඪතාවයේ ඒකාකාරිත්වය 30% කින් වැඩි දියුණු වේ.
• ඇලුමිනියම් මිශ්ර ලෝහ සඳහා: ඉහළ තාප සන්නායකතාවයට ආරක්ෂණ කාලය දීර්ඝ කිරීම සඳහා ඉහළ ප්රවාහ අනුපාතයක් අවශ්ය වේ. 3 mm ඝනකම 7075 ඇලුමිනියම් මිශ්ර ලෝහ සඳහා, ප්රවාහ අනුපාතය 25-30 L/min වන විට සිදුරු අනුපාතය අවම (0.3%) වේ. කෙසේ වෙතත්, අතිශය ඝන තහඩු (> 10 mm) සඳහා, කැළඹීම් වළක්වා ගැනීම සඳහා සංයුක්ත පිඹීම සමඟ ඒකාබද්ධ කිරීම අවශ්ය වේ.
ගෑස් පිඹීමේ මාදිලියේ බලපෑම
පිඹින වායු ප්රකාරය, උණු කළ තටාකයේ ප්රවාහ රටාවට සහ දෝෂ මර්දන බලපෑමට සෘජුවම බලපාන්නේ වායු ප්රවාහයේ දිශාව සහ ව්යාප්තිය පාලනය කිරීමෙනි. පිඹින වායු ප්රකාරය, මතුපිට ආතති අනුක්රමය සහ මැරන්ගෝනි ප්රවාහය (මැරන්ගෝනි ප්රවාහය) වෙනස් කිරීමෙන් උණු කළ තටාකයේ ප්රවාහය නියාමනය කරයි. පැති පිඹීම, සිදුරු සහ ස්ලැග් ඇතුළත් කිරීම අඩු කරමින්, උණු කළ තටාකය නිශ්චිත දිශාවකට ගලා යාමට පොළඹවා ගත හැකිය; සංයුක්ත පිඹීම බහු-දිශානුගත වායු ප්රවාහය හරහා ශක්ති ව්යාප්තිය සමතුලිත කිරීමෙන් වෑල්ඩින් සෑදීමේ ඒකාකාරිත්වය වැඩි දියුණු කළ හැකිය.
පිඹීමේ ප්රධාන ක්රම අතරට:
• සමෝධානික පිඹීම: වායු ප්රවාහය ලේසර් කදම්භය සමඟ සමෝධානිකව ප්රතිදානය වන අතර, උණු කළ තටාකය සමමිතිකව ආවරණය කරයි, අධිවේගී වෑල්ඩින් සඳහා සුදුසු වේ. එහි වාසිය වන්නේ ඉහළ ක්රියාවලි ස්ථායිතාවයි, නමුත් වායු ප්රවාහය ලේසර් නාභිගත කිරීමට බාධා කළ හැකිය. උදාහරණයක් ලෙස, මෝටර් රථ ගැල්වනයිස් කරන ලද වානේ තහඩුව (මි.මී. 1.2) මත සමෝධානික පිඹීම භාවිතා කරන විට, වෙල්ඩින් වේගය 40 mm/s දක්වා වැඩි කළ හැකි අතර, ඉසින අනුපාතය 0.1 ට වඩා අඩුය.
• පැති පිඹීම: උණු කළ තටාකයේ පැත්තෙන් වායු ප්රවාහය හඳුන්වා දෙනු ලබන අතර, එය ප්ලාස්මා හෝ පහළ අපද්රව්ය දිශානුගතව ඉවත් කිරීමට භාවිතා කළ හැකි අතර, ගැඹුරු විනිවිද යාමේ වෑල්ඩින් සඳහා සුදුසු වේ. උදාහරණයක් ලෙස, 12 mm ඝන Q345 වානේ මත 30° කෝණයකින් පිඹින විට, වෑල්ඩින් විනිවිද යාම 18% කින් වැඩි වන අතර, පහළ සිදුරු අනුපාතය 4% සිට 0.8% දක්වා අඩු වේ.
• සංයුක්ත පිඹීම: සමඅක්ෂීය සහ පැත්තකට පිඹීම ඒකාබද්ධ කිරීමෙන්, එය එකවර ඔක්සිකරණය සහ ප්ලාස්මා මැදිහත්වීම් මැඩපැවැත්විය හැකිය. උදාහරණයක් ලෙස, ද්විත්ව තුණ්ඩ සැලසුමක් සහිත 3 mm ඝන 6061 ඇලුමිනියම් මිශ්ර ලෝහයක් සඳහා, සිදුරු අනුපාතය 2.5% සිට 0.4% දක්වා අඩු වන අතර, ආතන්ය ශක්තිය මූලික ද්රව්යයෙන් 95% දක්වා ළඟා වේ.
වෙල්ඩින් ගුණාත්මකභාවය කෙරෙහි ආවරණ වායුවේ බලපෑම මූලික වශයෙන් පැන නගින්නේ එහි ශක්ති හුවමාරුව නියාමනය කිරීම, උණු කළ තටාකයේ තාප ගති විද්යාව සහ රසායනික ප්රතික්රියා මගිනි:
1. ශක්ති හුවමාරුව: හීලියම්වල ඉහළ තාප සන්නායකතාවය උණු කළ තටාකයේ සිසිලනය වේගවත් කරයි, තාප බලපෑමට ලක් වූ කලාපයේ (HAZ) පළල අඩු කරයි; ආගන්හි අඩු තාප සන්නායකතාවය උණු කළ තටාකයේ පැවැත්මේ කාලය දීර්ඝ කරයි, එය තුනී තහඩු මතුපිට සෑදීමට ප්රයෝජනවත් වේ.
2. උණු කළ තටාක ස්ථායිතාව: ගෑස් ප්රවාහය කැපුම් බලය හරහා උණු කළ තටාකයේ ප්රවාහයට බලපාන අතර, සුදුසු ප්රවාහ අනුපාතයක් ඉසිනය මර්දනය කළ හැකිය; අධික ප්රවාහ අනුපාතය සුළි කුණාටු ඇති කරයි, එය වෑල්ඩින් දෝෂ වලට තුඩු දෙයි.
3. රසායනික ආරක්ෂාව: නිෂ්ක්රීය වායූන් ඔක්සිජන් හුදකලා කර මිශ්ර ලෝහ මූලද්රව්ය (Cr, Al වැනි) ඔක්සිකරණය වීම වළක්වයි; ක්රියාකාරී වායූන් (N₂ වැනි) ඝන ද්රාවණ ශක්තිමත් කිරීම හෝ සංයෝග සෑදීම හරහා වෑල්ඩින් ගුණාංග වෙනස් කරයි, නමුත් සාන්ද්රණය හරියටම පාලනය කළ යුතුය.
පළ කළ කාලය: 2025 අප්රේල්-09
