소개:
레이저 용접은 레이저라고 알려진 고도로 집중된 빛 에너지 빔을 사용하여 재료를 결합하는 프로세스입니다. 그렇다면 레이저 용접은 어떻게 작동할까요? 이 글에서 답을 알려드리겠습니다.
어떻게 레이저용접 일하다?
1. 레이저 빔의 생성
이 과정은 일반적으로 레이저 공진기에서 나오는 매우 집중된 코히런트 광선을 생성하는 것으로 시작합니다. 레이저 광선은 솔리드 스테이트, 가스 또는 파이버 레이저와 같은 다양한 레이저를 사용하여 생성할 수 있습니다.
2. 레이저 빔 초점 맞추기
레이저 빔이 생성되면 일련의 거울과 렌즈를 통해 작고 강렬한 지점에 초점을 맞춥니다. 이 초점은 중요합니다. 레이저 빔의 에너지 밀도를 높여서 상호 작용하는 재료를 녹이거나 증발시킬 수 있습니다.
3. 재료 준비
용접하기 전에 접합할 재료를 세척하고 적절한 위치에 배치하여 준비합니다. 표면 준비는 적절한 접합과 용접 품질을 보장하는 데 필수적입니다.
4. 용접 공정
집중된 레이저 빔은 용접할 재료 사이의 조인트로 향합니다. 강렬한 빔이 표면에 닿으면 재료를 빠르게 가열하거나 녹이거나 증발시킵니다. 생성된 열은 국소화되어 주변 재료의 열 영향 구역(HAZ)을 최소화합니다.
5. 재료의 접합
재료가 녹거나 증발하면서 접합부 경계면에 용융 풀이 형성됩니다. 용융된 재료가 냉각되고 응고되어 재료 사이에 융합 결합이 형성됩니다. 레이저 빔이 접합부를 따라 이동하여 전체 길이를 용접합니다.
6. 제어 및 모니터링
레이저 용접 공정은 종종 센서와 모니터링 시스템을 통합하여 전력, 빔 초점 및 속도 매개변수를 제어합니다. 이를 통해 용접 공정을 정확하게 제어하고 일관된 품질을 유지하는 데 도움이 됩니다.
레이저 용접의 중요한 매개 변수
1. 전력 밀도
전력 밀도는 레이저 가공에서 가장 중요한 매개변수 중 하나입니다. 더 높은 전력 밀도를 사용하면 표면 층을 마이크로초 이내에 비등점까지 가열하여 광범위한 증발을 일으킬 수 있습니다. 따라서 높은 전력 밀도는 드릴링, 절단 및 조각과 같은 재료 제거 가공에 도움이 됩니다. 전력 밀도가 낮은 경우 표면 온도가 비등점에 도달하는 데 몇 밀리초가 걸립니다. 표면 층이 증발하기 전에 바닥 층이 녹는점에 도달하여 쉽게 양호한 용융 용접을 형성합니다.
2. 레이저 펄스 파형
고강도 레이저 빔이 재료 표면에 부딪히면 레이저 에너지의 60~98%가 반사되어 금속 표면에서 손실됩니다. 여기에는 금, 은, 구리, 알루미늄, 티타늄 및 강한 반사와 빠른 열 전달이 있는 기타 재료가 포함됩니다. 레이저 펄스 신호 동안 금속의 반사율은 시간에 따라 변합니다. 재료 표면 온도가 녹는점까지 상승하면 반사율이 빠르게 감소합니다. 표면이 용융되면 반사가 특정 값에서 안정화됩니다.
3. 레이저 펄스 폭
펄스 폭은 펄스 레이저 용접에 필수적인 매개변수입니다. 침투 깊이와 열 영향 구역은 펄스 폭을 결정합니다. 펄스 폭이 길수록 열 영향 구역이 커집니다. 침투 깊이는 펄스 폭의 1/2 제곱에 따라 증가합니다. 그러나 펄스 폭을 늘리면 피크 전력이 감소합니다. 따라서 펄스 폭을 늘리는 것은 일반적으로 열전도 용접에 사용됩니다. 형성된 용접 크기는 넓고 얕아서 특히 얇고 두꺼운 판의 랩 용접에 적합합니다.
그러나 피크 전력이 낮으면 과도한 열 입력이 발생합니다. 각 재료는 침투를 최대화하는 최적의 펄스 폭을 가지고 있습니다.
4. 디포커스 양
레이저 용접은 일반적으로 일정량의 초점 흐리기가 필요합니다. 이는 레이저 초점의 스팟 중심에서 전력 밀도가 너무 높아 구멍으로 쉽게 증발할 수 있기 때문입니다. 전력 밀도 분포는 레이저 초점에서 멀리 떨어진 각 평면에서 비교적 균일합니다.
5. 용접속도
용접 속도는 침투 깊이에 큰 영향을 미칩니다. 속도를 높이면 침투가 얕아집니다. 그러나 속도가 너무 낮으면 과도한 재료 용융 및 작업물을 통한 용접이 발생합니다. 따라서 특정 레이저 출력과 특정 두께를 가진 특정 재료에 적합한 용접 속도 범위가 있으며 해당 속도 값에서 최대 침투를 얻을 수 있습니다.
6. 보호가스
불활성 가스는 종종 레이저 용접 중 용융 풀을 보호하는 데 사용됩니다. 헬륨, 아르곤, 질소 및 기타 가스는 대부분의 응용 분야에서 보호에 자주 사용됩니다. 보호 가스의 두 번째 기능은 초점 렌즈를 금속 증기 오염 및 액체 방울 스퍼터링으로부터 보호하는 것입니다. 고출력 레이저 용접 중 스프레이는 매우 강력하여 렌즈를 보호하는 데 필요합니다. 차폐 가스의 세 번째 기능은 고출력 레이저 용접으로 생성된 플라즈마 실드를 효과적으로 분산시키는 것입니다. 금속 증기는 레이저 빔을 흡수하여 플라즈마로 이온화합니다. 플라즈마가 너무 많으면 플라즈마가 어느 정도 레이저 빔을 소모합니다.
7. 냉각 및 후처리
용접 후, 용접 조인트는 용접을 완전히 응고시키기 위해 냉각될 수 있습니다. 응용 분야에 따라 원하는 표면 마감과 용접 무결성을 달성하기 위해 연삭 또는 연마와 같은 추가 후처리 단계가 필요할 수 있습니다.
레이저용접의 장점
레이저 용접은 기존 용접 방법에 비해 여러 가지 장점을 제공합니다. 여기에는 높은 정밀도, 빠른 처리 속도, 최소한의 왜곡 및 다양한 재료를 용접할 수 있는 기능이 포함됩니다. 이러한 특성으로 인해 자동차, 항공우주, 전자 및 의료 기기 제조를 포함한 여러 산업에서 선호되는 선택이 됩니다.
레이저 용접은 고품질의 접합 강도와 큰 종횡비를 얻을 수 있으며, 용접 속도가 비교적 빠릅니다.
레이저 용접은 진공 환경이 필요하지 않으므로 렌즈와 광섬유를 사용하여 원격 제어 및 자동화 생산이 가능합니다.
레이저 용접은 출력 밀도가 크고 티타늄, 석영 등 용접이 어려운 소재에 대한 용접 효과가 좋으며, 다양한 성질의 소재를 용접할 수 있습니다.
마이크로 용접이 가능합니다. 레이저 빔은 정확하게 초점을 맞추고 위치를 잡은 후 매우 작은 지점을 얻을 수 있습니다. 자동화된 생산을 위해 대량으로 생산되는 마이크로 및 소형 작업물의 조립 용접에 사용할 수 있습니다.