레이저 용접 두께 차트 및 파워 설정
레이저 용접이 금속 가공을 어떻게 변화시키는지 궁금한 적이 있나요? 이 글에서는 정밀도와 강도를 보장하는 중요한 매개변수에 초점을 맞춰 레이저 용접의 비밀을 공개합니다. 레이저 출력 조정부터...
정밀하고 열 왜곡을 최소화하며 고속으로 처리할 수 있는 용접 기술을 상상해 보세요. 레이저 용접은 이러한 장점을 실현하여 제조 산업에 혁신을 가져왔습니다. 이 글에서는 레이저 용접의 기본 원리, 장점과 한계, 이 공정에 가장 적합한 재료의 유형에 대해 자세히 살펴봅니다. 끝으로 레이저 용접이 다양한 응용 분야에서 어떻게 효율성과 품질을 향상시킬 수 있는지 이해하게 될 것입니다. 이 첨단 용접 기술의 주요 측면과 혁신적인 잠재력에 대해 자세히 알아보세요.
(1) 처리 범위가 작을수록 에너지 입력을 더 잘 제어할 수 있어 열 스트레스를 줄이고, 더 작은 열 영향 구역열 변형이 적습니다.
(2) 좁고 매끄러운 용접은 용접 후 처리 공정이 더 적게 필요하거나 전혀 필요하지 않습니다.
(3) 빠른 냉각 속도와 미세한 용접 구조로 인해 성능이 우수합니다. 용접 조인트.
(4) 이 프로세스는 처리 속도가 빠르고 작업 주기가 짧습니다.
(5) 진공 장치를 사용하지 않고도 미세 용접 및 장거리 전송이 가능하여 대량 자동 생산에 이상적입니다.
(6) 레이저 용접 는 절곡, 펀칭, 조립과 같은 다른 가공 방법과 쉽게 통합할 수 있으며 자동 생산에 적합합니다.
(7) 센서 시스템이 실시간으로 공정을 모니터링하여 다음을 보장하므로 생산 공정을 쉽게 제어할 수 있습니다. 용접 품질.
(8) 레이저 용접은 공작물과의 접촉이 필요하지 않으므로 접촉 응력을 피할 수 있습니다.
레이저 용접은 많은 장점을 가지고 있고 유망한 용접 방법이지만 특정 한계도 있습니다.
(1) 용접 두께 는 제한적이며 주로 얇은 소재에 적합합니다.
(2) 공작물은 높은 정확도로 고정되어야 하며, 간격을 최소한으로 유지해야 합니다. 이를 위해서는 정밀 용접 설비가 필요한 경우가 많으며, 이는 상대적으로 비용이 많이 들 수 있습니다.
(3) 정확한 포지셔닝이 중요하며 프로그래밍 요구 사항이 상대적으로 높습니다.
(4) 알루미늄 및 구리 합금과 같이 반사율이 높고 열전도율이 높은 소재를 용접하는 것은 어려울 수 있습니다.
(5) 용접부의 빠른 응고는 가스 저류로 이어질 수 있으며 다공성 및 취성을 초래할 수 있습니다.
(6) 장비가 고가이며 소량 생산 또는 복잡한 위치 및 프로세스가 있는 생산의 경우 비용 효율성이 최적이 아닐 수 있습니다.
키홀 용접이라고도 하는 레이저 심용입 용접은 레이저 빔의 에너지 밀도가 일반적으로 10kW/mm²를 초과하는 고밀도여야 합니다. 이 강렬한 에너지 집중은 금속을 녹일 뿐만 아니라 기화시켜 독특한 용접 역학을 만들어냅니다.
이 과정은 집중된 레이저 빔이 금속 표면을 끓는점 이상으로 빠르게 가열하면서 시작됩니다. 이렇게 하면 고압의 금속 증기가 생성되어 주변의 용융 풀에 힘을 가합니다. 그 결과 액체 금속이 변위되어 "키홀"로 알려진 좁고 깊은 공동이 형성됩니다.
이 키홀은 깊이와 폭의 비율이 1:1보다 큰 것이 특징이며 이온화된 금속 플라즈마로 채워져 있습니다. 플라즈마는 레이저 에너지를 흡수하고 반사하여 재료 깊숙이 열을 효과적으로 전달합니다. 레이저 빔이 전진함에 따라 키홀도 함께 움직이며 용융 금속 흔적을 남깁니다.
키홀의 안정성은 증기압, 표면 장력, 수압 사이의 섬세한 균형에 의해 유지됩니다. 전진하는 키홀 뒤에서는 용융된 금속이 다시 유입되어 빈 공간을 채웁니다. 이 금속의 빠른 냉각과 응고는 깊고 좁은 프로파일이 특징인 용접 비드를 형성합니다.
이 기술을 사용하면 열 영향을 받는 영역을 최소화하면서 깊고 종횡비가 높은 용접이 가능하므로 두꺼운 재료를 접합하거나 한 번의 패스로 전체 관통 용접을 만드는 데 특히 적합합니다. 하지만 레이저 출력, 초점 위치, 이동 속도와 같은 파라미터를 신중하게 제어해야 다공성이나 불완전한 융착과 같은 결함을 방지할 수 있습니다.
1. 키 구멍
2. 용융 금속
3. 용접
4. 레이저 빔
5. 용접 방향
6. 금속 증기
7. 공작물
그리고 레이저 용접 는 좁고 얇은 모양이 특징이며, 깊이 대 너비 비율은 10:1에 달할 수도 있습니다.
엣지 용접이라고도 하는 레이저 열전도 용접은 집중된 레이저 빔이 재료의 가장자리를 따라 향하는 정밀 접합 기술입니다. 이 프로세스는 국부적인 용융을 유도하여 용융된 재료가 융합 및 응고되어 고품질의 용접 이음새를 형성합니다. 용접 깊이는 거의 0에서 약 1mm까지 고도로 제어할 수 있어 얇은 소재에 이상적입니다. 일반적으로 이 방법은 두께가 최대 3mm인 소재에 가장 효과적이지만, 2mm 미만의 시트에 가장 일반적으로 적용됩니다.
이 응용 분야에는 우수한 빔 품질과 정밀한 에너지 제어로 인해 Nd:YAG 또는 파이버 레이저와 같은 고체 레이저가 선호됩니다. 이 공정은 특히 밀폐 밀봉과 미적 마감이 필요한 산업에서 벽이 얇은 부품을 접합하는 데 탁월합니다. 대표적인 예로는 배터리 케이스 용접, 심박 조율기 쉘과 같은 의료 기기 인클로저, 정밀 공작 기계 커버 등이 있습니다.
1. 용융 재료
2. 용접
3. 레이저 빔
4. 용접 방향
5. 공작물
레이저 열전도 용접의 주요 장점은 용접 후 가공이 필요 없는 매끄럽고 깨끗한 필렛 용접을 생산할 수 있다는 것입니다. 이러한 특성은 용접된 접합부의 시각적 매력을 향상시킬 뿐만 아니라 내식성을 개선하고 응력 집중을 줄이는 데도 기여합니다. 또한 이 공정은 열 영향을 받는 영역과 열 왜곡을 최소화하여 재료의 특성과 치수 정확도를 보존합니다.
1. 맞대기 용접
2. 랩 용접
3. 오버랩 용접
4. 필렛 용접
5. 크림핑 용접
각 용접 형태에는 접합 준비, 용접 매개변수 및 품질 관리와 관련된 특정 용도, 장점 및 고려 사항이 있습니다. 선택은 재료 특성, 하중 요구 사항, 제작 제약 조건 등의 요인에 따라 달라집니다.
레이저 용접은 금속 제조에 널리 사용되는 매우 정밀하고 효율적인 접합 방법입니다. 최적의 용접 품질을 달성하려면 다음 사양이 중요합니다:
레이저 출력: 일반적으로 재료 두께와 유형에 따라 1~20kW 범위입니다. 출력이 높을수록 더 깊게 침투하고 용접 속도가 빨라집니다.
섬유 코어 직경: 보통 50~600μm 사이. 코어 직경이 작을수록 빔이 더 집중되어 정밀 용접에 이상적이며, 직경이 클수록 넓은 용접에 적합합니다.
광학 구성:
용접 속도: 재료 특성, 두께 및 레이저 출력의 영향을 받는 1~50m/분 범위입니다. 속도가 높을수록 생산성이 향상되지만 용접 관통력에 영향을 줄 수 있습니다.
초점 위치: 최적의 초점은 일반적으로 공작물 표면 위 또는 약간 아래에 있습니다. 초점 깊이를 조정하여 용접 프로파일과 관통 깊이를 제어할 수 있습니다.
차폐 가스: 일반적으로 사용되는 가스에는 아르곤, 헬륨 또는 질소가 포함됩니다. 유량은 일반적으로 10~30L/min입니다. 적절한 차폐는 산화를 방지하고 용접 품질을 향상시킵니다.
재료 흡수: 재질에 따라 크게 달라집니다. 예를 들어
흡수율이 높을수록 에너지 전달 효율이 높아지고 용접 품질이 향상됩니다. 표면 처리 또는 파장 선택을 통해 반사율이 높은 재료의 흡수를 개선할 수 있습니다.
이러한 매개변수는 상호 의존적이며 침투 깊이, 용접 폭, 전체 접합 강도 등 원하는 용접 특성을 달성하기 위해 각 특정 용도에 맞게 종합적으로 최적화해야 합니다.
일반적으로 탄소강은 레이저 용접에 적합하며 용접 품질은 존재하는 불순물의 수준에 따라 달라집니다. 높은 수준의 황과 인은 다음과 같은 결과를 초래할 수 있습니다. 용접 균열를 함유하고 있어 레이저 용접은 이러한 원소가 많이 함유된 재료에는 적합하지 않습니다.
중탄소강 및 고탄소강과 일반 합금강 는 효과적으로 레이저 용접할 수 있지만 응력을 완화하고 균열 형성을 방지하기 위해 예열 및 용접 후 처리가 필요합니다.
일반적으로 레이저 스테인리스 스틸 용접 는 기존 용접 방식에 비해 고품질의 접합부를 쉽게 제작할 수 있습니다.
열전도율이 낮은 스테인리스 스틸은 깊고 좁은 용접 관통력을 확보하는 데 더 도움이 됩니다.
스테인리스강은 크게 네 가지로 나눌 수 있습니다: 페라이트계 스테인리스강(접합부가 취화될 수 있음), 오스테나이트계 스테인리스강(고온 균열이 발생하기 쉬움), 마르텐사이트계 스테인리스강(열악한 것으로 알려짐). 용접성) 및 이중 스테인리스 스틸(용접 영향 영역에서 취화될 수 있음).
알루미늄 합금 표면의 높은 반사율과 열전도율로 인해 레이저 용접이 어렵습니다.
반응성이 높은 재료의 레이저 용접의 경우 에너지 임계값 성능이 더욱 두드러집니다.
다양한 시리즈 및 등급의 용접 특성 알루미늄 합금 다양합니다.
알루미늄 합금 용접 어려움:
알루미늄은 산화력이 강하고 공기 중이나 용접 중에 산화되기 쉽습니다. 그 결과 생성되는 알루미나는 녹는점이 높고 매우 안정적입니다.
산화막을 제거하는 것은 까다롭고 그 비율이 높아 표면에서 분리하기가 어렵습니다. 이로 인해 슬래그 포함, 불완전한 융합, 불완전한 침투와 같은 결함이 발생할 수 있습니다.
알루미늄 표면의 산화막은 또한 상당한 양의 물을 흡착하여 용접부에 기공을 형성할 수 있습니다.
공작물의 청결도에 대한 요구 사항이 높습니다.
알루미늄은 열전도율과 비열 용량이 높습니다.
효과적으로 알루미늄 용접의 경우 농도와 출력이 높은 에너지원을 사용하는 것이 좋습니다. 또한 예열은 때때로 프로세스 조치로 사용될 수 있습니다.
일반적으로 필요한 레이저 출력은 비교적 큰 편입니다.
알루미늄은 선형 팽창 계수가 크고 응고 과정에서 상당한 부피 수축이 발생하여 용접부에 높은 변형과 응력을 유발합니다. 이로 인해 수축 캐비티, 수축 다공성, 열 균열, 높은 응력이 발생할 수 있습니다. 내부 스트레스.
알루미늄은 빛과 열을 반사하는 능력이 강합니다.
고체-액체 상태 변환 중에는 눈에 띄는 색상 변화가 없기 때문에 판단하기 어렵습니다. 용접 프로세스.
고온 알루미늄은 강도가 낮고 용융된 풀을 지탱하기 힘들기 때문에 용접이 쉽게 이루어집니다.
용접에 사용되는 레이저는 다음에 대한 내성이 있어야 합니다. 높은 반사.
기공의 형성은 알루미늄 용접에서 흔히 발생합니다. 알루미늄과 그 합금은 액체 상태에서는 상당한 양의 수소를 용해할 수 있지만 고체 상태에서는 거의 용해하지 못합니다.
용접 풀이 응고되고 빠르게 냉각되는 동안 수소가 제때 빠져나가지 못해 수소 기공이 형성됩니다.
작업물 및 주변 환경의 건조를 포함하여 작업물의 청결도에 대한 요구 사항이 높습니다.
증발 및 연소 합금 원소 를 용접 중에 사용하면 용접 성능이 저하될 수 있습니다.
미러 구리의 용접 공정은 알루미늄 합금과 유사하지만 미러 구리는 반사 능력이 더 강합니다.
업계에서 가장 일반적으로 사용되는 등급은 T1, T2, T3이며, 독특한 보라색 외관을 가지고 있어 적색 구리라고도 합니다.
손쉬운 생성 용접 결함:
용접 보호 가스는 용접 품질을 보호하고 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다:
보호 가스는 용접 풀 주변에 보호 분위기를 조성하여 대기 오염을 방지하고 최적의 용접 무결성을 보장합니다. 이 보호층은 가스 금속 아크 용접(GMAW), 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW), 플럭스 코어 아크 용접(FCAW)을 비롯한 다양한 용접 공정에 필수적입니다.
차폐 가스의 주요 기능은 다음과 같습니다:
일반적인 차폐 가스 및 그 응용 분야:
차폐 가스의 선택은 모재, 용접 공정, 원하는 용접 특성, 비용 고려 사항 등의 요인에 따라 달라집니다. 효과적인 차폐를 위해서는 적절한 가스 유량과 노즐 위치가 중요합니다.
보호 가스는 일반적으로 용접 토치 또는 별도의 노즐을 통해 공급됩니다. 로봇 용접 애플리케이션에서는 가스 공급 시스템이 용접 패키지에 통합되어 있으며, 유량은 로봇의 프로그래밍에 의해 제어되는 경우가 많습니다.
복잡한 3차원 부품을 용접할 때 로봇 프로그래밍은 토치 방향과 가스 흐름을 고려하여 일관된 차폐 범위를 유지해야 합니다. 이를 위해서는 고급 경로 계획과 다축 이동이 필요할 수 있으며, 프로그래밍 복잡성과 사이클 시간이 늘어날 수 있습니다.
용접 전에 일반적으로 용접의 강도(침투 요구 사항, 기공 제어 요구 사항, 균열 제어 요구 사항 등), 외관(용접의 평탄도, 산화 수준, 깊이-폭 비율 등), 기밀성(기압을 견디는 것)을 포함하는 용접 사양을 명확하게 정의하는 것이 중요합니다.
품질 검사:
레이저 용접 품질 검사의 주요 목표는 용접된 공작물이 의도된 용도에 맞게 지정된 성능 요건을 충족하거나 초과하는지 확인하는 것입니다. 이 프로세스에는 용접 이음새와 용접 공정 중에 발생하는 열 영향 영역(HAZ)에 대한 종합적인 평가가 포함됩니다.
레이저 용접 품질 검사의 주요 측면은 다음과 같습니다:
ISO 13919 또는 AWS D17.1과 같은 레이저 용접에 대한 품질 표준은 다양한 용접 특성에 대한 구체적인 허용 기준을 제공합니다. 이러한 표준을 준수하면 다양한 산업 분야에서 레이저 용접 부품의 일관성, 신뢰성 및 최적의 성능을 보장할 수 있습니다.
용접은 다음과 같은 중요한 품질 기준을 준수해야 합니다:
1. 차원 무결성:
용접 폭과 깊이는 용접 사양을 엄격하게 준수하고 필요한 용접 강도를 충족해야 합니다. 이를 통해 용접된 조인트의 적절한 융합과 하중 지지력을 보장합니다.
2. 미세 구조 품질:
용접의 결정 구조가 나타나야 합니다:
3. 용접 절차 사양(WPS) 준수:
WPS에는 다음을 포함하되 이에 국한되지 않는 추가 중요 매개변수가 설명되어 있습니다:
4. 결함 완화:
또한 WPS는 다음과 같은 다양한 용접 결함에 대해 허용 가능한 한도를 지정합니다:
이러한 요구 사항을 준수하면 의도한 용도에 필수적인 구조적 무결성과 야금 성능 표준을 모두 충족하는 고품질 용접을 생산할 수 있습니다.
다음 그림은 다양한 용접 결함을 보여줍니다:
용접 품질 결함
일반적인 용접 내부 결함은 구조적 무결성과 성능에 심각한 문제를 야기합니다. 이러한 결함은 육안 검사에서 보이지 않는 경우가 많으며 용접 조인트의 강도, 내구성 및 안전성을 저하시킬 수 있습니다. 가장 일반적인 내부 용접 결함은 다음과 같습니다:
1. 불완전한 융합: 용접 금속과 모재 금속 사이 또는 연속적인 용접 패스 사이에 불충분한 융합이 있을 때 발생합니다. 원인은 다음과 같습니다:
2. 다공성: 용접 금속 내에 작은 구멍이나 공극이 존재하는 것이 특징인 다공성은 다음과 같은 원인으로 발생합니다:
3. 균열: 균열은 용접 표면 또는 내부에서 발생할 수 있으며 가장 심각한 결함 중 하나입니다. 유형은 다음과 같습니다:
4. 슬래그 내포물: 용접 금속 내에 갇혀 있는 비금속 고체 물질로, 일반적으로 다음과 같은 원인으로 발생합니다:
5. 침투 부족: 용접 금속이 조인트의 전체 두께를 관통하지 못할 때 발생하며, 주로 다음과 같은 원인으로 인해 발생합니다:
이러한 내부 결함을 감지하고 해결하려면 방사선 촬영, 초음파 검사, 자성 입자 검사 등 첨단 비파괴 검사 방법이 필요합니다. 이러한 결함의 발생을 최소화하고 고품질의 안정적인 용접을 보장하려면 적절한 용접 절차를 구현하고 청결한 작업 환경을 유지하며 용접사의 숙련도를 보장하는 것이 중요합니다.
무릎 관절의 품질 결함
고르지 않은 용접 프로파일: 용접 붕괴로 인한 미세 균열을 포함하여 불규칙한 비드 형상으로 나타납니다. 이는 조인트 강도와 피로 저항을 크게 감소시킬 수 있습니다.
스패터: 용융 금속 '폭발'은 용접 표면에 구덩이를 만들어 용접 무결성을 손상시킵니다. 이러한 결함은 응력 집중, 강도 감소, 잠재적인 다공성 형성으로 이어질 수 있습니다.
언더필 및 언더컷: 용접 표면 붕괴(언더필)와 용접부에 인접한 모재 침식(언더컷)은 유효 단면을 감소시켜 전반적인 접합 강도와 피로 성능을 저하시킵니다.
정렬 불량: 맞대기 용접에서 피팅이 잘못되면 축 또는 각도 정렬이 잘못되어 유효 용접 면적이 줄어들고 응력 집중이 발생하여 조기 고장으로 이어질 수 있습니다.
크레이터 결함: 부적절하게 채워진 엔드 크레이터는 유효 응력 영역을 감소시키고 특히 주기적 하중 애플리케이션에서 균열을 유발할 수 있습니다.
산화: 보호 가스가 충분하지 않으면 표면이 산화되어 특히 스테인리스강과 반응성 금속의 내식성이 저하됩니다.
스패터 접착: 용융 금속 방울이 용접 또는 모재 표면에 부착되면 미적 품질이 저하되고 용접 후 추가 청소가 필요하므로 생산 비용이 증가합니다.
용접으로 인한 왜곡: 용접 중 국부적인 가열은 불균일한 팽창과 수축을 유발하여 잔류 응력과 치수 변화를 초래합니다. 여러 번 용접해야 하는 구성 요소의 경우 용접 순서를 최적화하고 적절한 고정 장치를 사용하며 왜곡 완화 기술(예: 백스텝, 균형 용접)을 사용하여 전체 변형을 최소화하세요.
탄소강 및 스테인리스강용:
이는 일반적인 가이드라인이며 실제 전력 요구량은 재료 구성, 표면 상태, 접합부 구성, 원하는 용접 품질 등의 요인에 따라 달라질 수 있다는 점에 유의하세요. 최적의 결과를 얻으려면 다음 사항을 고려하세요:
선택 시 레이저 용접기다양한 조건과 향후 요구 사항을 수용하기 위해 최소 요구 사항보다 약간의 전력 여유가 있는 시스템을 선택하는 것이 좋습니다. 또한 빔 전달 유연성, 제어 시스템, 기존 제조 공정과의 통합 기능과 같은 요소도 고려해야 합니다.
MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.
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