레이저 용접은 연속 또는 펄스 레이저 발생기를 사용하여 구현할 수 있습니다. 레이저 용접의 원리는 열전도 용접과 레이저 심융접으로 나눌 수 있습니다. 출력 밀도가 104~105 W/cm² 미만인 경우 열전도 용접으로, 이때 용융 깊이가 깊어 용접 속도가 느립니다. 출력 밀도가 105~107 W/cm²보다 크면 열 작용으로 금속 표면이 오목하게 "키홀" 형태로 오목하게 들어가 심융접이 형성됩니다. 심융접은 용접 속도가 빠르고 깊이-폭 비율이 큰 특징이 있습니다.
오늘은 레이저 심융접의 품질에 영향을 미치는 주요 요인들에 대한 지식을 주로 다루겠습니다.
1. 레이저 파워
레이저 심융접에서는 레이저 출력이 용입 깊이와 용접 속도를 모두 제어합니다. 용접 깊이는 빔 출력 밀도와 직접적인 관련이 있으며, 입사 빔 출력과 빔 초점의 함수입니다. 일반적으로 특정 직경의 레이저 빔의 경우, 빔 출력이 증가함에 따라 용입 깊이가 증가합니다.
2. 초점
빔 스팟 크기는 레이저 용접에서 가장 중요한 변수 중 하나인데, 출력 밀도를 결정하기 때문입니다. 하지만 고출력 레이저의 경우 빔 스팟 크기를 측정하는 것이 쉽지 않습니다. 하지만 간접 측정 기법이 많이 있습니다.
빔 초점의 회절 한계 스팟 크기는 회절 이론에 따라 계산할 수 있지만, 초점 반사가 불량하여 실제 스팟 크기는 계산된 값보다 큽니다. 가장 간단한 측정 방법은 등온 프로파일법으로, 두꺼운 종이를 태워 폴리프로필렌 판을 관통시킨 후 초점의 직경과 천공을 측정합니다. 이 방법은 측정 연습을 통해 레이저 출력 크기와 빔 작동 시간을 정확하게 측정할 수 있습니다.
3. 보호가스
레이저 용접 공정은 용융 풀을 보호하고 용접 공정에서 공작물이 산화되는 것을 방지하기 위해 보호 가스(헬륨, 아르곤, 질소)를 사용하는 경우가 많습니다. 보호 가스를 사용하는 두 번째 이유는 금속 증기에 의한 오염과 액체 방울에 의한 스퍼터링으로부터 초점 렌즈를 보호하기 위한 것입니다. 특히 고출력 레이저 용접에서는 분출물이 매우 강력해지므로 렌즈를 보호하는 것이 필수적입니다. 보호 가스의 세 번째 효과는 고출력 레이저 용접으로 생성된 플라즈마 차폐를 분산시키는 데 매우 효과적이라는 것입니다. 금속 증기는 레이저 빔을 흡수하여 플라즈마 구름으로 이온화됩니다. 금속 증기 주변의 보호 가스도 열로 인해 이온화됩니다. 플라즈마가 너무 많으면 레이저 빔이 플라즈마에 의해 소모됩니다. 두 번째 에너지인 플라즈마는 작업 표면에 존재하여 용접 깊이를 얕게 하고 용접 풀 표면을 넓게 만듭니다.
적절한 보호가스를 선택하는 방법은?
4. 흡수율
재료의 레이저 흡수율은 흡수율, 반사율, 열전도도, 용융 온도, 증발 온도와 같은 재료의 중요한 특성에 따라 달라집니다. 이러한 모든 요소 중 가장 중요한 것은 흡수율입니다.
레이저 빔에 대한 재료의 흡수율에는 두 가지 요인이 영향을 미칩니다. 첫째는 재료의 저항 계수입니다. 재료의 흡수율은 저항 계수의 제곱근에 비례하며, 저항 계수는 온도에 따라 변하는 것으로 나타났습니다. 둘째, 재료의 표면 상태(또는 마감)는 빔의 흡수율에 중요한 영향을 미치며, 이는 용접 효과에 상당한 영향을 미칩니다.
5. 용접 속도
용접 속도는 용입 깊이에 큰 영향을 미칩니다. 속도를 높이면 용입 깊이가 얕아지지만, 너무 낮으면 소재가 과도하게 용융되어 가공물이 용입될 수 있습니다. 따라서 특정 레이저 출력과 특정 두께를 가진 특정 소재에는 적절한 용접 속도 범위가 있으며, 해당 속도에서 최대 용입 깊이를 얻을 수 있습니다.
6. 초점 렌즈의 초점 거리
초점 렌즈는 일반적으로 용접 건 헤드에 설치되며, 일반적으로 63~254mm(직경 2.5인치~10인치)의 초점 거리를 선택합니다. 초점 스팟 크기는 초점 거리에 비례하며, 초점 거리가 짧을수록 스팟 크기가 작아집니다. 그러나 초점 거리는 초점 심도에도 영향을 미칩니다. 즉, 초점 심도는 초점 거리와 동기적으로 증가하기 때문에 초점 거리가 짧으면 출력 밀도를 향상시킬 수 있지만, 초점 심도가 얕기 때문에 렌즈와 작업물 사이의 거리를 정확하게 유지해야 하며 침투 깊이가 크지 않습니다. 용접 중 스플래시와 레이저 모드의 영향으로 인해 실제 용접에 사용되는 가장 짧은 초점 심도는 대부분 126mm(직경 5인치)입니다. 이음매가 크거나 스팟 크기를 늘려 용접 면적을 늘려야 하는 경우 초점 거리가 254mm(직경 10인치)인 렌즈를 선택할 수 있습니다. 이 경우, 깊은 관통 홀 효과를 달성하기 위해서는 더 높은 레이저 출력 전력(전력 밀도)이 필요합니다.
핸드헬드 레이저 용접기 가격 및 구성에 대한 추가 질문
게시 시간: 2022년 9월 27일