레이저 용접에 대한 필수 고려 사항

레이저 용접에는 수많은 공정 변수가 포함됩니다. 그러나 창의적인 사고를 통해 이는 중요한 기회도 제공합니다.

모든 산업 분야에서 제품은 더 나은 소재나 기능을 위해 설계, 재설계 또는 재평가되고 있습니다. 최종 제품은 많은 구성 요소로 만들어지며 이러한 구성 요소는 어떤 방식으로든 결합되어야 합니다. 이러한 접합 방법 중 하나는 레이저 용접입니다.

레이저 용접은 고강도 광선을 사용하여 재료를 융합하는 용융 용접 풀을 만듭니다. 이는 비접촉 공정이고, 다른 융합 공정에 비해 열 입력이 낮으며, 처리 속도가 빠르고, 단일 패스로 깊은 융합 영역을 생성합니다.

물론 이러한 모든 이점을 최대한 활용하고 고품질의 반복 가능한 공정을 보장하기 위해 제작자는 레이저 용접이 다른 융합 용접 공정과 어떻게 비교되는지 고려해야 합니다. 조인트 및 고정 장치 설계도 중요한 역할을 합니다. 모든 금속 제조 기술과 마찬가지로 스마트 구현은 프로세스 기본 사항을 잘 이해하는 것에서 시작됩니다.

레이저 용접은 작업물의 작은 지점에 집중된 광선을 사용합니다. 어떤 형태의 매체에서 생성된 빛은 레이저 소스를 빠져나가 발산하기 시작합니다. 그런 다음 빔이 평행하고 커지지 않도록 시준됩니다. 출구에서 시준면까지의 거리를 시준 길이라고 합니다. 빔은 초점 표면에 닿을 때까지 시준 상태를 유지합니다. 그런 다음 광선은 가장 작은 지점에 초점이 맞춰질 때까지 모래시계 모양으로 좁아집니다. 초점 표면에서 가장 작은 지점까지의 거리를 초점 거리라고 합니다. 초점 지점의 ​​크기는 다음 방정식으로 결정됩니다. 섬유 직경 × 초점 길이/시준 길이 = 초점 직경

초점 직경이 초점 영역의 86% 이내인 거리를 초점 심도라고 합니다. 초점 위치가 이 영역 밖으로 이동하면 프로세스 결과가 변경될 것으로 예상됩니다. 초점 거리와 시준 길이 사이의 비율이 클수록 해당 광섬유에 대한 초점 심도가 더 커집니다.

더 큰 섬유는 더 작은 섬유 직경에 비해 더 큰 초점 심도를 갖습니다. 더 큰 비율과 섬유는 더 큰 스폿 크기를 가지므로 출력 밀도가 감소하고 결과적으로 침투가 감소합니다.

레이저 용접에는 열전도 용접과 키홀 용접의 두 가지 형태가 있습니다. 열전도 용접에서는 레이저 빔이 공통 조인트를 따라 결합 부품을 녹이고, 용융된 재료가 함께 흐르면서 응고되어 용접을 형성합니다. 벽이 얇은 부품을 접합하는 데 사용되는 열전도 용접은 펄스 또는 연속파 고체 레이저를 사용합니다.

열전도 용접에서는 열전도를 통해서만 에너지가 공작물에 결합됩니다. 이러한 이유로 용접 깊이의 범위는 10분의 1밀리미터에서 1mm에 불과합니다. 재료의 열전도율은 최대 용접 깊이를 제한하며 용접 폭은 항상 깊이보다 큽니다. 열전도 레이저 용접은 장치 하우징의 눈에 보이는 표면의 코너 용접과 전자 장치의 기타 응용 분야에 사용됩니다.

키홀 용접(참조그림 1 )에는 평방 센티미터당 약 1메가와트의 매우 높은 전력 밀도가 필요합니다. 이는 깊은 용접이 필요하거나 여러 층의 재료를 동시에 용접해야 하는 응용 분야에 사용됩니다.

이 과정에서 레이저 빔은 금속을 녹일 뿐만 아니라 증기도 생성합니다. 소멸되는 증기는 용융 금속에 압력을 가하고 부분적으로 변위시킵니다. 그 사이에 물질은 계속해서 녹습니다. 그 결과, 용융된 금속으로 둘러싸인 깊고 좁으며 증기로 채워진 구멍, 즉 열쇠 구멍이 생깁니다.

그림 1키홀 용접에는 매우 높은 출력 밀도가 필요하며 깊은 용접이 필요한 응용 분야에 사용됩니다.

레이저 빔이 용접 접합부를 따라 전진하면 키홀도 공작물을 통해 함께 이동합니다. 녹은 금속이 열쇠 구멍 주위로 흐르다가 그 흔적에서 굳어집니다. 이는 균일한 내부 구조로 깊고 좁은 용접을 생성합니다. 용접 깊이는 용접 폭의 10배를 초과할 수 있습니다. 용융된 재료는 레이저 빔을 거의 완전히 흡수하여 용접 공정의 효율성이 높아집니다. 열쇠 구멍의 증기도 레이저 광을 흡수하여 부분적으로 이온화됩니다. 이로 인해 플라즈마가 형성되어 공작물에도 에너지가 공급됩니다. 결과적으로 심용입 용접은 효율성이 뛰어나고 용접 속도가 빠르다는 특징이 있습니다. 빠른 속도 덕분에 열영향부(HAZ)가 작고 왜곡이 최소화됩니다.