재료 두께는 레이저 용접 매개변수 선택에 어떤 영향을 미칩니까?

재료의 두께는 레이저 용접 매개변수 선택에 어떤 영향을 미치는가?

효율적이고 정밀한 용접 기술로서 레이저 용접은 현대 제조업에서 널리 사용되고 있습니다. 레이저 빔을 열원으로 사용하고 레이저 발생기는 고에너지 밀도 레이저 빔을 방출하여 재료를 녹이고 연결합니다. 기존 용접 방법(가스 금속 아크 용접(GMAW/MIG), 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW/TIG), 차폐 금속 아크 용접(SMAW) 및 플럭스 코어 아크 용접(FCAW))과 비교할 때 레이저 용접은 용접 공정의 높은 정밀도와 높은 효율성, 더 작은 열 영향 구역과 같은 많은 고유한 장점이 있습니다. 그러나 레이저 용접의 효과와 품질은 여러 요인의 영향을 받는데, 그 중 재료 두께가 핵심 요인입니다. 이 글에서는 재료 두께가 선택에 어떤 영향을 미치는지 살펴보겠습니다. 레이저 용접기 매개변수를 제공하고 다양한 재료 두께에 대한 최적화 방법을 제공합니다.

레이저 용접 기본

레이저 용접 공정, 주요 구성 요소와 기존 용접에 비해 어떤 이점이 있는지 알아보겠습니다.

레이저 용접 공정 설명

레이저 용접은 레이저 빔을 열원으로 사용하여 금속이나 다른 재료를 녹이고 연결하는 용접 공정입니다. 이 공정에는 다음 단계가 포함됩니다.

레이저 빔 초점: 레이저 발생기에서 방출되는 레이저 빔은 광학 시스템을 통해 용접 헤드에 초점이 맞춰집니다.
재료 가열: 레이저 빔의 높은 에너지 밀도는 재료를 녹는점까지 가열하여 재료가 국부적으로 녹거나 증발하게 합니다.
용융 풀 형성: 용융된 재료는 용융 풀을 형성하고, 레이저 빔의 지속적인 작용으로 용융 풀이 액체 상태로 유지됩니다.
응고 및 연결: 레이저 빔이 움직이거나 멈추면 용융 풀이 냉각되고 응고되어 용접 공정이 완료됩니다.

레이저 용접 공정에는 열전도 용접과 키홀 용접의 두 가지 유형이 있습니다.

열전도 용접: 레이저 빔은 재료의 표면을 재료의 녹는점 이상으로 가열하여 용접 표면에만 용융을 생성하고, 작업물 내부는 완전히 침투되지 않으며 기본적으로 증발이 발생하지 않습니다. 이 공정은 주로 얇은 벽의 재료를 용접하는 데 사용됩니다. 열전도 용접은 매끄럽고 아름다운 용접을 생성합니다.
키홀 용접: 키홀 용접에서 레이저 빔은 재료 표면을 증발점까지 가열하고 재료에 침투합니다. 재료는 증발하여 작은 구멍을 형성합니다. 증기로 채워진 구멍은 거의 모든 입사 빔 에너지를 흡수합니다. 구멍의 평형 온도는 약 2500℃입니다. 열은 고온 구멍의 외벽에서 전달되어 구멍 주변의 금속을 녹입니다. 키홀은 빔의 조사 하에서 재료의 지속적인 증발로 생성된 고온 증기로 채워집니다. 레이저 빔은 지속적으로 구멍에 들어가고 구멍 밖의 재료는 지속적으로 흐릅니다. 빔이 이동함에 따라 구멍은 항상 안정적인 흐름 상태에 있습니다. 즉, 작은 구멍 주변의 용융 금속과 구멍 벽은 빔의 속도로 앞으로 이동합니다. 용융 금속은 작은 구멍의 움직임으로 인해 남은 틈을 채운 다음 응축되어 용접을 형성합니다.

레이저 용접 시스템의 핵심 구성 요소

레이저 용접 시스템의 핵심 구성 요소는 다음과 같습니다.

레이저 발생기: 레이저 에너지를 생성하고 방출합니다. 일반적인 레이저 발생기에는 파이버 레이저 발생기, 가스 레이저 발생기 등이 있습니다.
광학 시스템: 레이저 빔을 조정하고 초점을 맞추기 위한 초점 렌즈와 거울이 포함됩니다.
레이저 전송 시스템: 레이저 소스에서 용접 위치까지 레이저 빔을 전송하는 시스템입니다.
용접 헤드: 실제 용접 작업을 위한 레이저 초점 조절 거울, 콜리메이팅 거울 및 보호 가스 노즐이 포함되어 있습니다.
제어 시스템: 레이저 출력, 용접 속도 등 레이저 용접의 다양한 매개변수를 제어하는 데 사용됩니다.

기존 용접 방법에 비해 레이저 용접의 장점

레이저 용접은 기존 용접 방법에 비해 다음과 같은 장점이 있습니다.

용접 품질

레이저 용접의 열 영향부는 작습니다. 레이저 빔의 에너지 밀도가 높고, 가열 시간이 짧으며, 열 손실이 적기 때문에 재료의 열 영향부가 작아 재료의 변형, 균열, 산화 및 기타 문제를 줄일 수 있습니다.
레이저 용접의 용접 깊이 대 폭 비율이 높습니다. 레이저 빔의 직경이 작고 에너지가 집중되어 깊고 좁은 용접을 형성할 수 있어 용접의 강도와 밀봉성이 향상됩니다.
레이저 용접의 용접은 매끄럽고 미려합니다. 레이저 빔의 스팟이 안정적이고, 용접 위치와 매개변수를 정확하게 제어할 수 있어 매끄럽고 미려한 용접을 형성할 수 있으며, 이후의 연삭과 연마 작업을 줄일 수 있습니다.
레이저용접은 전극, 용접봉, 보호가스 등의 보조재를 사용하지 않기 때문에 용접결함이 적고, 전극오염, 기공, 슬래그 혼입물, 균열 등의 용접결함 발생을 피할 수 있습니다.

용접 효율성

레이저 용접은 용접 속도가 빠릅니다. 레이저 빔의 에너지 밀도가 높고 가열 시간이 짧기 때문에 용접 공정을 빠르게 완료할 수 있어 생산 효율이 향상됩니다.
레이저 용접은 용접 유연성이 높습니다. 레이저 빔은 비접촉 열원이기 때문에 광섬유, 반사기, 로봇 등으로 전송 및 제어할 수 있으므로 다양한 복잡한 용접 위치 및 모양에 적응하여 생산 유연성을 향상시킬 수 있습니다.
레이저 용접은 높은 수준의 용접 자동화를 갖추고 있습니다. 레이저 용접은 컴퓨터 또는 CNC 시스템으로 정확하게 제어하고 조정할 수 있기 때문에 높은 수준의 자동화와 지능을 달성하여 수동 개입과 오류를 줄일 수 있습니다.

용접 응용 프로그램

레이저 용접은 재료 적응성이 강합니다. 레이저 용접의 열원은 비접촉 열원이기 때문에 다양한 금속 또는 비금속 재료를 용접할 수 있으며, 심지어 서로 다른 유형의 재료를 용접하여 이종 재료의 연결을 달성할 수도 있습니다.
레이저 용접은 산업 적응성이 강합니다. 레이저 용접의 열원은 효율적인 열원이기 때문에 고품질, 고속, 고도로 자동화된 용접을 구현할 수 있으므로 항공우주, 자동차, 전자, 의료 등 다양한 첨단 산업에 응용할 수 있습니다.

재료 두께가 용접 매개변수에 미치는 영향

레이저 용접의 효과는 많은 매개변수의 영향을 받는데, 그 중 재료 두께가 중요한 요소입니다. 재료 두께는 레이저 전력, 펄스 지속 시간 및 주파수, 용접 속도, 초점 위치 및 빔 직경을 포함한 레이저 용접의 매개변수 설정에 직접적인 영향을 미칩니다. 다음에서는 이러한 매개변수가 재료 두께에 의해 어떻게 영향을 받는지 자세히 설명합니다.

레이저 파워

재료 두께는 레이저 출력 선택에 직접적인 영향을 미칩니다. 두꺼운 재료는 전체 용접 조인트를 녹일 수 있는 충분한 열 입력을 보장하기 위해 더 높은 레이저 출력이 필요합니다. 얇은 재료는 과열 및 과도한 녹는 것을 방지하기 위해 더 낮은 레이저 출력이 필요합니다. 적절한 레이저 출력을 선택하면 기공, 불완전한 용접 등과 같은 용접 결함을 피할 수 있습니다.

펄스 지속 시간 및 주파수

펄스 레이저 용접에서 펄스 지속 시간과 주파수는 또한 재료 두께의 영향을 받습니다. 얇은 재료의 경우 펄스 지속 시간이 짧고 주파수가 높으면 가열 및 냉각 주기가 빨라져 용접 품질이 향상됩니다. 두꺼운 재료의 경우 펄스 지속 시간이 길고 주파수가 낮으면 용접 품질을 보장하기에 충분한 열 입력이 제공됩니다.

용접 속도

용접 속도는 재료 두께와 직접 관련이 있습니다. 두꺼운 재료는 일반적으로 레이저 빔이 재료를 완전히 관통하여 녹일 수 있도록 더 느린 용접 속도가 필요합니다. 얇은 재료는 더 빠른 용접 속도를 사용하여 재료가 과열되고 녹는 것을 방지할 수 있습니다. 용접 속도를 합리적으로 설정하면 용접 공정 중 열 입력을 효과적으로 제어하여 용접 조인트의 품질과 강도를 향상시킬 수 있습니다.

초점 위치

레이저 초점의 위치는 용접 품질에 중요한 영향을 미칩니다. 얇은 재료의 경우 레이저 초점은 일반적으로 최상의 용접 효과를 얻기 위해 재료 표면 근처에 설정됩니다. 두꺼운 재료의 경우 레이저 빔이 재료를 효과적으로 관통하고 녹일 수 있도록 재료 내부에서 레이저 초점을 조정해야 할 수 있습니다. 올바른 초점 위치는 용접 조인트의 균일성과 강도를 보장할 수 있습니다.

빔 직경

빔 직경은 레이저 용접기의 출력 빔 직경을 말합니다. 일반적으로 빔 직경이 작을수록 용접 품질이 좋습니다. 두꺼운 재료는 일반적으로 충분한 에너지 밀도와 용접 깊이를 제공하기 위해 더 큰 빔 직경이 필요합니다. 얇은 재료는 용접 정확도와 세부 제어를 개선하기 위해 더 작은 빔 직경을 사용할 수 있습니다. 사용할 때는 용접 품질을 보장하기 위해 적절한 빔 직경을 선택해야 합니다.

다양한 재료 두께에 대한 레이저 용접 매개변수 최적화

재료 두께에 따라, 용접 조인트의 품질과 성능을 보장하기 위해 레이저 용접 매개변수를 적절히 최적화해야 합니다. 다음은 다양한 재료 두께에 대한 레이저 용접 매개변수에 대한 최적화 제안입니다.

얇은 소재(<1mm)

레이저 파워: 과열과 과도한 용융을 피하기 위해 더 낮은 레이저 파워를 선택해야 합니다. 일반적으로 수십 와트에서 수백 와트 범위에서 선택합니다.
펄스 지속 시간과 주파수: 펄스 지속 시간이 짧고 주파수가 높으면 가열 및 냉각 주기가 빨라져 열 효과가 줄어듭니다.
용접 속도: 더 높은 용접 속도는 생산 효율성을 높이고 과열을 방지하는 데 사용할 수 있습니다.
초점 위치: 최상의 용접 효과를 얻으려면 레이저 초점을 재료 표면에 가깝게 설정해야 합니다.
빔 직경: 더 작은 빔 직경을 사용하면 용접의 정확도와 세부 제어가 향상됩니다.

중간 두께 소재(1mm-5mm)

레이저 출력: 용접 깊이와 품질을 보장하기 위해 적당한 레이저 출력을 선택해야 합니다. 일반적으로 수백 와트에서 킬로와트 범위에서 선택합니다.
펄스 지속시간 및 주파수: 특정 소재의 두께에 따라 중간 펄스 지속시간과 주파수를 선택하여 가열 및 냉각 효과의 균형을 맞춥니다.
용접 속도: 용접 품질과 생산 효율성을 보장하기 위해 소재 두께에 따라 적절한 용접 속도를 선택해야 합니다.
초점 위치: 용접 깊이와 균일성을 보장하기 위해 레이저 초점은 재료의 중앙에 설정해야 합니다.
빔 직경: 에너지 분포와 용접 정확도의 균형을 맞추기 위해 적절한 빔 직경을 선택하세요.

두꺼운 소재 (>5mm)

레이저 전력: 용접 깊이와 품질을 보장하기 위해 충분한 열 입력을 제공하려면 더 높은 레이저 전력을 선택해야 합니다. 일반적으로 수 킬로와트 범위에서 선택합니다.
펄스 지속 시간과 주파수: 펄스 지속 시간이 길고 주파수가 낮을수록 더 두꺼운 재료를 녹이는 데 충분한 열 입력이 제공될 수 있습니다.
용접 속도: 레이저 빔이 재료를 효과적으로 관통하여 녹일 수 있도록 더 느린 용접 속도를 선택해야 합니다.
초점 위치: 레이저 빔이 재료를 효과적으로 관통하여 녹일 수 있도록 레이저 초점을 재료 내부에 설정해야 합니다.
빔 직경: 충분한 에너지 밀도와 용접 깊이를 제공하려면 더 큰 빔 직경을 사용하세요.

요약하다

효율적이고 정밀한 용접 기술로서 레이저 용접은 여러 요인의 영향을 받는데, 그 중 재료 두께가 핵심 요인입니다. 재료 두께는 레이저 전력, 펄스 지속 시간 및 주파수, 용접 속도, 초점 위치 및 빔 직경을 포함한 레이저 용접 매개변수 선택에 직접적인 영향을 미칩니다. 다양한 재료 두께의 경우 레이저 용접 매개변수를 합리적으로 설정하면 용접 품질을 효과적으로 개선할 수 있습니다.

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