레이저 용접용 보호 가스 |

레이저 용접은 주로 얇은 벽 재료와 정밀 부품의 용접 효율 및 품질을 향상시키는 데 목적이 있습니다. 하지만 오늘은 레이저 용접의 장점에 대해 이야기하기보다는 레이저 용접 시 보호 가스를 올바르게 사용하는 방법에 대해 알아보겠습니다.

레이저 용접 시 보호 가스를 사용하는 이유는 무엇입니까?

레이저 용접에서 보호 가스는 용접 형상, 용접 품질, 용접 깊이 및 용접 폭에 영향을 미칩니다. 대부분의 경우 보조 가스 주입은 용접에 긍정적인 영향을 미치지만, 부정적인 영향을 줄 수도 있습니다.

실드 가스를 올바르게 분사하면 다음과 같은 이점이 있습니다.

✦용접 풀을 효과적으로 보호하여 산화를 줄이거나 방지할 수 있습니다.

✦용접 과정에서 발생하는 비산물을 효과적으로 줄여줍니다.

✦용접 기공을 효과적으로 줄입니다.

✦용접 부위가 굳어질 때 용융물이 고르게 퍼지도록 도와주어 용접 이음매가 깨끗하고 매끄럽게 나오도록 합니다.

✦금속 증기 기둥이나 플라즈마 구름이 레이저에 미치는 차폐 효과가 효과적으로 감소되어 레이저의 유효 활용률이 증가합니다.

~하는 한보호 가스 종류, 가스 유량 및 송풍 모드 선택올바른 보호 가스를 사용하면 이상적인 용접 효과를 얻을 수 있습니다. 그러나 보호 가스를 잘못 사용하면 용접에 악영향을 미칠 수 있습니다. 부적절한 보호 가스를 사용하면 용접부에 균열이 생기거나 용접부의 기계적 강도가 저하될 수 있습니다. 가스 유량이 너무 높거나 낮으면 용접 산화가 심해지고 용접 풀 내부 금속 재료에 외부 간섭이 발생하여 용접부가 무너지거나 불균일하게 형성될 수 있습니다.

보호 가스의 종류

레이저 용접에 일반적으로 사용되는 보호 가스는 주로 N2, Ar, He입니다. 이 가스들은 물리적, 화학적 성질이 다르기 때문에 용접에 미치는 영향도 다릅니다.

질소(N2)

질소(N2)의 이온화 에너지는 아르곤(Ar)보다 높고 헬륨(He)보다 낮아 중간 정도입니다. 레이저 조사 시 질소의 이온화도는 일정하게 유지되므로 플라즈마 구름 생성을 효과적으로 줄이고 레이저의 유효 이용률을 높일 수 있습니다. 그러나 질소는 특정 온도에서 알루미늄 합금 및 탄소강과 반응하여 질화물을 생성하는데, 이는 용접부의 취성을 증가시키고 인성을 감소시켜 용접 접합부의 기계적 특성에 심각한 악영향을 미칩니다. 따라서 알루미늄 합금 및 탄소강 용접 시 질소 사용은 권장되지 않습니다.

하지만 질소와 스테인리스강 사이의 화학 반응은 용접부의 강도를 향상시켜 용접부의 기계적 특성을 개선하는 데 도움이 되므로 스테인리스강 용접에 질소를 보호 가스로 사용할 수 있습니다.

아르곤(Ar)

아르곤의 이온화 에너지는 비교적 낮고, 레이저의 작용으로 이온화 정도가 높아집니다. 따라서 아르곤은 보호 가스로서 플라즈마 구름 형성을 효과적으로 제어하지 못하여 레이저 용접의 효율을 저하시킵니다. 그렇다면 아르곤은 용접용 보호 가스로 부적합한 것일까요? 답은 '아니오'입니다. 아르곤은 불활성 기체이기 때문에 대부분의 금속과 반응성이 낮고, 가격도 저렴합니다. 또한 아르곤의 밀도가 높아 용접 용융 풀 표면으로 쉽게 가라앉아 용접 풀을 효과적으로 보호할 수 있으므로, 아르곤은 일반적인 보호 가스로 사용될 수 있습니다.

헬륨(He)

아르곤과는 달리 헬륨은 이온화 에너지가 비교적 높아 플라즈마 구름 형성을 쉽게 제어할 수 있습니다. 또한 헬륨은 어떤 금속과도 반응하지 않습니다. 따라서 레이저 용접에 매우 적합한 원소입니다. 다만 헬륨의 가격이 상대적으로 비싸다는 것이 단점입니다. 금속 제품을 대량 생산하는 업체에게는 헬륨 사용이 생산 비용에 상당한 부담을 줄 수 있습니다. 그러므로 헬륨은 주로 과학 연구 분야나 고부가가치 제품에 사용됩니다.

보호 가스를 분사하는 방법은 무엇인가요?

우선, 소위 "용접부 산화"는 단지 일반적인 용어일 뿐이며, 이론적으로는 용접부와 공기 중의 유해 성분 사이의 화학 반응으로 인해 용접부가 열화되는 현상을 가리킨다는 점을 분명히 해야 합니다. 일반적으로 용접 금속은 특정 온도에서 공기 중의 산소, 질소, 수소와 반응합니다.

용접부의 산화를 방지하려면 고온에서 용접 금속과 유해 성분 간의 접촉을 줄이거나 피해야 하는데, 이는 용융 금속뿐만 아니라 용접 금속이 녹는 순간부터 용융 금속이 응고되어 온도가 일정 수준까지 식을 때까지의 전체 기간에 해당합니다.

보호 가스를 분사하는 두 가지 주요 방법

▶첫 번째 방법은 그림 1과 같이 측면 축에 보호 가스를 불어넣는 것입니다.

▶다른 하나는 그림 2에 나타낸 것과 같은 동축 분사 방식입니다.

그림 1.

그림 2.

두 가지 분사 방식 중 어느 것을 선택할지는 여러 측면을 종합적으로 고려하여 결정됩니다. 일반적으로는 측면 분사 방식의 보호 가스를 사용하는 것이 권장됩니다.

레이저 용접의 몇 가지 예

1. 직선 비드/라인 용접

그림 3에서와 같이 제품의 용접 형상은 직선형이며, 접합 형태는 맞대기 이음, 겹침 이음, 네거티브 코너 이음 또는 겹침 용접 이음일 수 있습니다. 이러한 유형의 제품에는 그림 1과 같이 측면 축 방향의 보호 가스 분사 방식을 사용하는 것이 좋습니다.

2. 근접 형상 또는 영역 용접

그림 4에서와 같이, 제품의 용접 형상은 평면 원주형, 평면 다각형 형상, 평면 다중 분할 선형 형상 등과 같은 폐쇄형 패턴입니다. 접합 형태는 맞대기 이음, 겹침 이음, 중첩 용접 등이 가능합니다. 이러한 유형의 제품에는 그림 2에 나타낸 것과 같은 동축 보호 가스 방식을 사용하는 것이 좋습니다.

보호 가스의 선택은 용접 품질, 효율 및 생산 비용에 직접적인 영향을 미치지만, 용접 재료의 다양성으로 인해 실제 용접 과정에서는 용접 가스 선택이 더욱 복잡해지며 용접 재료, 용접 방법, 용접 자세, 그리고 용접 효과에 대한 요구 사항 등을 종합적으로 고려해야 합니다. 용접 시험을 통해 보다 적합한 용접 가스를 선택하면 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다.