레이저 용접에는 어떤 가스가 필요합니까?

레이저 용접은 레이저 빔을 이용해 공작물의 재료를 녹인 후 냉각 후 용접을 형성하는 고정밀 용접 방법입니다. 레이저 용접에서는 가스가 중요한 역할을 합니다. 보호가스는 용접심 형성, 용접심 품질, 용접심 침투, 침투 폭에 영향을 미칠 뿐만 아니라 레이저 용접의 품질과 효율성에도 직접적인 영향을 미칩니다. 레이저 용접에는 어떤 가스가 필요합니까? 이 기사에서는 레이저 용접 가스의 중요성, 사용되는 가스 및 그 역할에 대해 심층적으로 살펴보겠습니다.

레이저 용접에 가스가 필요한 이유는 무엇입니까?

레이저 용접 공정에서는 높은 에너지 밀도의 레이저 빔이 공작물의 용접 영역에 집중되어 공작물의 표면 재료가 순간적으로 용융됩니다. 레이저 용접 중에는 용접 부위 보호, 온도 조절, 용접 품질 향상, 광학계 보호를 위해 가스가 필요합니다. 적절한 가스 유형과 공급 매개변수를 선택하는 것은 효율적이고 안정적인 레이저 용접 공정을 보장하고 고품질 용접 결과를 얻는 데 중요한 요소입니다.

용접 부위 보호

레이저 용접 공정 중 용접 부위는 외부 환경에 노출되어 공기 중의 산소 및 기타 가스에 의해 쉽게 영향을 받습니다. 산소는 용접 품질을 저하시키고 기공 및 함유물을 생성할 수 있는 산화 반응을 유발합니다. 용접 부위에 적절한 가스(일반적으로 아르곤과 같은 불활성 가스)를 공급하면 용접부를 산소 오염으로부터 효과적으로 보호할 수 있습니다.

열 제어

가스 선택 및 공급은 용접 영역의 온도를 제어하는 데 도움이 될 수 있습니다. 가스의 유량과 종류를 조정하면 용접 영역의 냉각 속도에 영향을 미칠 수 있습니다. 이는 용접 중 열 영향부(HAZ)를 제어하고 열 변형을 줄이는 데 중요합니다.

향상된 용접 품질

산소나 질소와 같은 일부 보조 가스는 용접 품질과 성능을 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 산소를 추가하면 용접 침투력이 향상되고 용접 속도가 빨라지는 동시에 용접 모양과 깊이에도 영향을 미칠 수 있습니다.

가스 냉각

레이저 용접에서 용접 부위는 일반적으로 고온의 영향을 받습니다. 가스 냉각 시스템을 사용하면 용접 부위의 온도를 제어하고 과열을 방지할 수 있습니다. 이는 용접 부위의 열 응력을 줄이고 용접 품질을 향상시키는 데 필수적입니다.

광학 시스템의 가스 보호

레이저 빔은 광학 시스템을 통해 용접 영역에 집중됩니다. 납땜 공정 중에 생성된 용융된 재료와 에어로졸이 광학 부품을 오염시킬 수 있습니다. 용접 영역에 가스를 도입함으로써 오염 위험이 줄어들고 광학 시스템의 수명이 연장됩니다.

레이저 용접에는 어떤 가스가 사용됩니까?

레이저 용접에서 가스는 용접판에서 공기를 격리하여 공기와 반응하는 것을 방지할 수 있습니다. 이렇게 하면 금속판의 용접 표면이 더 하얗고 아름다워집니다. 가스를 사용하면 용접 먼지로부터 렌즈를 보호할 수도 있습니다. 일반적으로 다음과 같은 가스가 사용됩니다.

보호가스

"불활성 가스"라고도 불리는 보호 가스는 레이저 용접 공정에서 중요한 역할을 합니다. 레이저 용접 공정에서는 종종 용접 풀을 보호하기 위해 불활성 가스를 사용합니다. 레이저 용접에 일반적으로 사용되는 보호 가스에는 주로 아르곤과 네온이 포함됩니다. 물리적, 화학적 특성이 다르기 때문에 용접에 미치는 영향도 다릅니다.

아르곤: 아르곤은 가장 일반적으로 사용되는 불활성 가스 중 하나입니다. 이는 레이저 작용 하에서 높은 수준의 이온화를 가지며, 이는 레이저의 효과적인 사용에 일정한 영향을 미칠 플라즈마 구름의 형성을 제어하는 데 도움이 되지 않습니다. 아르곤의 불활성 특성으로 인해 납땜 공정에서 아르곤이 제외되는 동시에 열을 잘 발산하여 납땜 영역의 온도를 제어하는 데 도움이 됩니다.
네온 : 네온은 아르곤과 유사한 불활성 가스로 자주 사용되며 주로 외부 환경의 산소 및 기타 오염 물질로부터 용접 부위를 보호하는 데 사용됩니다. 네온이 모든 레이저 용접 응용 분야에 적합하지는 않다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 두꺼운 재료 용접이나 더 깊은 용접 이음새가 필요한 경우와 같은 일부 특수 용접 작업에 주로 사용됩니다.

보조 가스

레이저 용접 공정에서는 주 보호 가스 외에도 보조 가스를 사용하여 용접 성능과 품질을 향상시킬 수도 있습니다. 다음은 레이저 용접에 사용되는 몇 가지 일반적인 보조 가스입니다.

산소: 산소는 일반적으로 보조 가스로 사용되며 용접 중 열과 용접 깊이를 높이는 데 사용할 수 있습니다. 산소를 추가하면 용접 속도와 침투력이 향상될 수 있지만 과도한 산소로 인해 산화 문제가 발생하지 않도록 주의 깊게 제어해야 합니다.
질소: 질소는 레이저 용접에서 보조 가스로도 자주 사용됩니다. 질소의 이온화 에너지는 적당하며 아르곤보다 높고 수소보다 낮습니다. 이온화 정도는 일반적으로 레이저의 작용하에 있습니다. 플라즈마 구름의 형성을 더 효과적으로 줄이고, 더 높은 품질의 용접 및 외관을 제공하며, 산소가 용접에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다. 질소는 용접 영역의 온도를 제어하고 기포와 기공의 형성을 줄이는 데에도 사용할 수 있습니다.
수소/수소 혼합물: 수소는 용접 품질을 향상시키고 다공성 형성을 줄입니다. 아르곤과 수소의 혼합물은 스테인리스강 용접과 같은 일부 특수 용도에 사용됩니다. 혼합물의 수소 함량은 일반적으로 2%에서 15% 범위입니다.
헬륨: 헬륨은 열전도율이 낮고 쉽게 이온화되지 않아 레이저가 원활하게 통과하고 빔 에너지가 장애물 없이 작업물 표면에 도달할 수 있기 때문에 일반적으로 고출력 레이저 용접에 사용됩니다. 더 높은 출력의 용접에 도움이 됩니다. 헬륨은 용접 품질을 향상시키고 용접 온도를 제어하는 데에도 사용할 수 있습니다. 레이저 용접에 사용되는 가장 효과적인 보호 가스이지만 상대적으로 가격이 비쌉니다.

냉각가스

냉각 가스는 레이저 용접 중에 용접 부위의 온도를 제어하고 과열을 방지하며 용접 품질을 유지하기 위해 자주 사용됩니다. 다음은 일반적으로 사용되는 냉각 가스입니다.

물: 물은 레이저 발생기와 레이저 용접 광학 시스템을 냉각하는 데 자주 사용되는 일반적인 냉각 매체입니다. 수냉식 시스템은 레이저 발생기와 광학 부품의 온도를 안정적으로 유지하여 레이저 빔의 안정성과 성능을 보장하는 데 도움이 됩니다.
대기 가스: 일부 레이저 용접 공정에서는 냉각을 위해 주변 대기 가스를 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 레이저 발생기의 광학 시스템에서는 주변 대기 가스가 냉각 효과를 제공할 수 있습니다.
불활성 가스: 아르곤 및 질소와 같은 불활성 가스도 냉각 가스로 사용할 수 있습니다. 열전도율이 낮고 용접 영역의 온도를 제어하고 열 영향부(HAZ)를 줄이는 데 사용할 수 있습니다.
액체 질소: 액체 질소는 초고출력 레이저 용접에 사용할 수 있는 극저온 냉각 매체입니다. 이는 매우 효과적인 냉각 효과를 제공하고 용접 영역의 온도 제어를 보장합니다.

다양한 응용 분야에서의 가스 선택

다양한 레이저 용접 응용 분야에서는 적절한 가스를 선택하는 것이 중요합니다. 왜냐하면 다양한 가스 조합에 따라 용접 품질, 속도 및 효율성이 달라질 수 있기 때문입니다. 특정 응용 분야에 적합한 가스를 선택하는 데 도움이 되는 몇 가지 지침은 다음과 같습니다.

용접재료의 종류

다양한 재료에는 다양한 가스 조합이 필요합니다. 일반적으로 말하면:

스테인레스강은 일반적으로 아르곤 또는 아르곤/수소 혼합물을 사용합니다.
알루미늄 및 알루미늄 합금은 종종 순수 아르곤을 사용합니다.
티타늄 합금은 종종 질소를 사용합니다.
고탄소강은 산소를 보조 가스로 사용하는 경우가 많습니다.

용접 속도 및 침투력

더 높은 용접 속도나 더 깊은 용접 침투가 필요한 경우 가스 조합을 조정할 수 있습니다. 산소를 첨가하면 속도와 침투력이 향상되는 경우가 많지만 산화 문제를 방지하려면 주의 깊게 제어해야 합니다.

용접 품질

일부 가스 조합은 용접 품질과 외관을 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 질소는 더 나은 외관과 표면 품질을 제공할 수 있습니다.

모공 및 버블 컨트롤

매우 높은 품질의 용접이 필요한 응용 분야의 경우 기공 및 기포 형성에 특별한 주의를 기울여야 합니다. 적절한 가스를 선택하면 이러한 결함의 위험을 줄일 수 있습니다.

열 영향부(HAZ) 제어

청소하는 재료에 따라 특별한 취급 절차가 필요한 유해 폐기물이 청소 과정에서 생성될 수 있습니다. 이것은 레이저 청소 프로세스의 전체 비용을 추가할 수 있습니다.

장비 및 비용 고려사항

가스 선택은 장비 유형과 비용에 의해서도 영향을 받습니다. 일부 가스에는 특별한 공급 시스템이 필요하거나 더 높은 비용이 필요할 수 있습니다.

특정 용도의 경우 용접 엔지니어 또는 전문 레이저 용접 장비 제조업체와 협력하여 전문적인 조언을 얻고 용접 프로세스를 최적화하는 것이 좋습니다. 최종 가스 조합을 선택하기 전에 일반적으로 일부 실험과 최적화가 필요합니다. 특정 응용 분야에 따라 최적의 용접 조건을 찾기 위해 다양한 가스 조합과 매개변수를 시도할 수 있습니다.

요약하다

간단히 말해서, 레이저 용접에서는 가스를 사용하여 용접 영역을 보호하고, 온도를 제어하고, 용접 품질을 개선하고, 광학 시스템을 보호해야 합니다. 적절한 가스 유형과 공급 매개변수를 선택하는 것은 효율적이고 안정적인 레이저 용접 공정을 보장하고 고품질 용접 결과를 얻는 데 중요한 요소입니다. 재료와 응용 분야가 다르면 특정 용접 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 유형과 혼합 비율이 필요할 수 있습니다.
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