소개:
심층 침투 레이저 용접에 대해 들어보셨나요? 심층 침투 레이저 용접은 고급 용접 기술입니다. 심층 침투 레이저 용접(DPLW)은 고에너지 레이저 빔을 사용하여 다양한 재료, 일반적으로 금속에 깊고 좁은 용접 이음매를 만듭니다. 이 게시물에서는 작동 방식과 장단점에 대해 자세히 알아보겠습니다.
레이저 용접의 원리
연속 또는 펄스 레이저 빔은 레이저 용접을 달성할 수 있습니다. 레이저 용접의 원리는 열전도 용접과 레이저 심층 침투 용접으로 나눌 수 있습니다.
- 전력 밀도가 104~105 W/cm2 미만일 경우 열전도 용접입니다. 이때 침투 깊이가 얕고 용접 속도가 느립니다.
- 전력 밀도가 105~107 W/cm2보다 클 경우, 금속 표면은 가열에 의해 "공동"으로 가라앉아 심용입 용접을 형성합니다. 빠른 용접 속도와 큰 종횡비의 특성을 가지고 있습니다.
열전도 레이저 용접의 원리는 레이저 복사가 가공할 표면을 가열하는 것입니다. 그리고 표면 열은 열전도를 통해 내부로 확산됩니다. 레이저 펄스 폭, 에너지, 피크 전력 및 반복 주파수와 같은 레이저 매개변수를 제어함으로써 작업물이 용융되어 특정 용융 풀을 형성합니다. 기어 및 야금 박판 용접에 사용되는 레이저 용접기는 주로 심층 침투 레이저 용접을 포함합니다.
아래에서는 심층 침투 레이저 용접의 원리에 대해 설명하겠습니다.
심층 침투 레이저 용접의 원리
레이저 심층 침투 용접은 일반적으로 연속 레이저 빔을 사용하여 재료의 연결을 완료합니다. 그 야금학적 물리적 과정은 전자 빔 용접과 매우 유사합니다. 에너지 변환 메커니즘은 "키홀" 구조를 통해 완료됩니다. 충분히 높은 전력 밀도의 레이저 조사 하에서 재료는 증발하고 작은 기공을 형성합니다. 증기로 가득 찬 이 작은 구멍은 흑체와 같으며 입사 빔의 거의 모든 에너지를 흡수합니다. 캐비티의 평형 온도는 약 2500℃에 이릅니다. 열은 고온 캐비티의 외벽에서 전달되어 캐비티 주변의 금속을 녹입니다.
작은 구멍은 빔 조사 하에서 벽 재료의 지속적인 증발로 생성된 고온 증기로 채워집니다. 작은 구멍의 벽은 용융 금속으로 둘러싸여 있습니다. 액체 금속은 고체 재료로 둘러싸여 있습니다(대부분의 기존 용접 공정과 레이저 전도 용접에서는 에너지가 먼저 작업물 표면에 축적된 다음 전송을 통해 내부로 전달됩니다).
기공 벽 외부의 액체 흐름과 벽 층의 표면 장력은 기공 공동에서 지속적으로 생성되는 증기압과 동적 균형을 유지합니다. 빔은 지속적으로 작은 구멍에 들어가고 재료는 작은 구멍에서 흐릅니다. 빔이 이동함에 따라 작은 구멍은 항상 안정적인 흐름 상태에 있습니다. 즉, 작은 구멍과 구멍을 둘러싼 용융 금속은 선행 빔의 전진 속도로 앞으로 이동하고 용융 금속은 작은 구멍이 남긴 틈을 채우고 그에 따라 응축되어 용접이 형성됩니다.
심층 침투 레이저 용접의 특징
1) 높은 종횡비
용융 금속이 뜨거운 증기의 원통형 공동 주위에서 형성되어 작업물 쪽으로 확장됨에 따라 용접은 깊고 좁아집니다.
2) 최소 열 입력
작은 구멍 내부의 온도가 매우 높기 때문에 용융 과정이 매우 빠르게 일어나고, 공작물에 대한 열 입력이 매우 낮고, 열 변형과 열 영향부가 작습니다.
3) 높은 밀도
고온 증기로 채워진 작은 기공은 용접 풀의 교반과 가스 배출에 도움이 되어 기공이 없는 관통 용접이 가능합니다. 용접 후 높은 냉각 속도는 용접 구조를 쉽게 미세하게 만들 수 있습니다.
4) 강력한 용접
타오르는 열원과 비금속 성분의 충분한 흡수로 인해 불순물 함량이 감소하고 용융 풀의 내포물 크기와 분포가 변경됩니다. 용접 공정에는 전극이나 필러 와이어가 필요하지 않으며 용융 구역이 덜 오염되어 용접의 강도와 인성이 최소한 모재와 같거나 더 높습니다.
5) 정밀한 제어
초점이 맞춰진 광점이 작기 때문에 용접 이음매를 고정밀로 위치시킬 수 있습니다. 레이저 출력에는 "관성"이 없으므로 고속으로 중지하고 다시 시작할 수 있습니다. 복잡한 작업물은 수치 제어 빔 이동 기술로 용접할 수 있습니다.
6) 비접촉 대기용접 공정
에너지는 광자 빔에서 나오며, 작업물과 물리적 접촉이 없습니다. 따라서 작업물에 외부 힘이 가해지지 않습니다. 또한, 자기와 공기는 레이저 광에 영향을 미치지 않습니다.
심층 침투 레이저 용접의 장단점
장점
1) 초점 레이저는 기존 방식보다 전력 밀도가 훨씬 높습니다. 따라서 용접 속도가 빠르고 열 영향 구역과 변형이 작습니다. 티타늄과 같은 용접하기 어려운 재료도 용접할 수 있습니다.
2) 광선은 전달 및 제어가 쉽고 토치와 노즐을 자주 교체할 필요가 없습니다. 전자빔 용접에는 진공이 필요하지 않습니다. 이는 보조 다운타임 시간을 크게 줄여 부하율과 생산 효율이 높습니다.
3) 정화효과와 냉각속도가 빨라 용접강도, 인성, 종합성능이 높다.
4) 평균 열 입력이 낮고 가공 정확도가 높기 때문에 재가공 비용을 낮출 수 있습니다. 게다가 레이저 용접의 운영 비용도 낮아 공작물 가공 비용을 낮출 수 있습니다.
5) 빔 강도와 미세 위치를 효과적으로 제어할 수 있어 자동 조작을 쉽게 실현할 수 있습니다.
단점
1) 용접 깊이가 제한되어 있습니다.
2) 작업물의 조립 요구사항이 높습니다.
3) 레이저 시스템에 대한 일회성 투자 비용이 비교적 높습니다.