레이저 용접은 연속 또는 펄스 레이저 발생기를 이용하여 구현할 수 있습니다. 레이저 용접의 원리는 열전도 용접과 레이저 심층 용융 용접으로 나눌 수 있습니다. 출력 밀도가 10⁴~10⁵ W/cm² 미만일 때는 열전도 용접이 되며, 이때 용융 깊이가 깊고 용접 속도가 느립니다. 출력 밀도가 10⁵~10⁷ W/cm² 이상일 때는 열 작용으로 금속 표면이 "열쇠 구멍" 모양으로 오목하게 변형되어 심층 용융 용접이 형성되며, 이는 용접 속도가 빠르고 깊이 대 폭 비율이 큰 특징을 가집니다.
오늘은 레이저 심층융착 용접의 품질에 영향을 미치는 주요 요인에 대한 지식을 주로 다루겠습니다.
1. 레이저 출력
레이저 심층 융합 용접에서 레이저 출력은 용접 깊이와 용접 속도 모두를 제어합니다. 용접 깊이는 빔 출력 밀도와 직접적인 관련이 있으며, 입사 빔 출력과 빔 초점의 함수입니다. 일반적으로 특정 직경의 레이저 빔에서 용접 깊이는 빔 출력이 증가함에 따라 증가합니다.
2. 초점
레이저 용접에서 빔 스팟 크기는 출력 밀도를 결정하는 가장 중요한 변수 중 하나입니다. 하지만 고출력 레이저의 빔 스팟 크기를 측정하는 것은 어려운 과제이며, 그럼에도 불구하고 다양한 간접 측정 기술이 존재합니다.
회절 이론에 따라 빔 초점의 회절 한계 스폿 크기를 계산할 수 있지만, 초점 반사가 불량하여 실제 스폿 크기는 계산값보다 큽니다. 가장 간단한 측정 방법은 등온 프로파일법으로, 두꺼운 종이를 태워 폴리프로필렌 판을 관통시킨 후 초점 스폿의 직경과 천공 크기를 측정하는 것입니다. 이 방법은 측정 실습을 통해 레이저 출력 크기와 빔 조사 시간을 파악할 수 있습니다.
3. 보호 가스
레이저 용접 공정에서는 용융 풀을 보호하고 용접 과정에서 공작물의 산화를 방지하기 위해 보호 가스(헬륨, 아르곤, 질소)를 사용하는 경우가 많습니다. 보호 가스를 사용하는 두 번째 이유는 금속 증기 및 액체 방울에 의한 스퍼터링으로부터 집속 렌즈를 보호하기 위해서입니다. 특히 고출력 레이저 용접에서는 분출물이 매우 강력해지므로 렌즈 보호가 필수적입니다. 보호 가스의 세 번째 효과는 고출력 레이저 용접에서 발생하는 플라즈마 차폐를 효과적으로 분산시키는 것입니다. 금속 증기는 레이저 빔을 흡수하여 이온화되어 플라즈마 구름을 형성합니다. 금속 증기 주변의 보호 가스 또한 열에 의해 이온화됩니다. 플라즈마가 과도하게 생성되면 레이저 빔이 플라즈마에 의해 소모될 수 있습니다. 플라즈마는 작업 표면에 에너지를 공급하는 역할을 하여 용접 깊이를 얕게 하고 용접 풀의 면적을 넓힙니다.
적절한 보호 가스를 선택하는 방법은 무엇일까요?
4. 흡수율
물질의 레이저 흡수율은 흡수율, 반사율, 열전도율, 융점, 증발 온도와 같은 물질의 여러 중요한 특성에 따라 달라집니다. 이 모든 요소 중에서 가장 중요한 것은 흡수율입니다.
재료의 레이저 빔 흡수율에 영향을 미치는 요인은 두 가지입니다. 첫째는 재료의 저항 계수입니다. 재료의 흡수율은 저항 계수의 제곱근에 비례하며, 저항 계수는 온도에 따라 변합니다. 둘째, 재료의 표면 상태(또는 마감)는 빔 흡수율에 중요한 영향을 미치며, 이는 용접 효과에 상당한 영향을 줍니다.
5. 용접 속도
용접 속도는 용접 깊이에 큰 영향을 미칩니다. 속도를 높이면 용접 깊이가 얕아지지만, 너무 낮으면 재료가 과도하게 녹거나 용접 부위가 관통될 수 있습니다. 따라서 특정 재료, 레이저 출력 및 두께에 따라 적절한 용접 속도 범위가 존재하며, 해당 속도 값에서 최대 용접 깊이를 얻을 수 있습니다.
6. 초점 렌즈의 초점 거리
용접건 헤드에는 일반적으로 초점 렌즈가 장착되며, 초점 거리는 보통 63~254mm(직경 2.5~10인치)입니다. 초점 스폿 크기는 초점 거리에 비례하므로 초점 거리가 짧을수록 스폿 크기가 작아집니다. 그러나 초점 거리는 심도에도 영향을 미치는데, 초점 거리가 길어질수록 심도가 깊어집니다. 따라서 초점 거리가 짧으면 출력 밀도를 높일 수 있지만, 심도가 얕아지기 때문에 렌즈와 공작물 사이의 거리를 정확하게 유지해야 하며, 용접 깊이가 깊지 못합니다. 용접 중 발생하는 비산 및 레이저 모드의 영향으로 실제 용접에서 사용되는 최소 초점 거리는 대부분 126mm(직경 5인치)입니다. 용접 이음매가 크거나 스폿 크기를 키워 용접량을 늘려야 하는 경우에는 초점 거리 254mm(직경 10인치)의 렌즈를 선택할 수 있습니다. 이 경우, 깊은 관통 구멍 효과를 얻으려면 더 높은 레이저 출력(출력 밀도)이 필요합니다.
휴대용 레이저 용접기 가격 및 구성에 대한 추가 질문
게시 시간: 2022년 9월 27일