레이저 용접 두께 차트 및 파워 설정

레이저 용접 두께는 용접의 품질과 강도를 결정하는 용접 공정의 중요한 요소입니다. 레이저 용접에서 얻을 수 있는 두께에 영향을 미치는 요인을 이해하면 다양한 재료와 용도에 맞게 공정을 최적화하는 데 도움이 됩니다.

레이저 용접 소개 및 중요성

레이저 용접은 왜곡을 최소화하면서 강력하고 깨끗한 용접을 생성할 수 있어 다양한 산업 분야에서 널리 사용되는 고정밀 공정입니다. 특히 용접 매개변수에 대한 정밀도와 제어가 필수적인 애플리케이션에서 유용합니다. 용접의 두께는 용접된 조인트의 기계적 특성과 전반적인 무결성에 영향을 미치는 핵심 파라미터입니다.

레이저 용접 두께에 영향을 미치는 주요 요인

레이저 파워

레이저의 출력은 재료에 침투하는 깊이에 직접적인 영향을 미칩니다. 레이저 출력이 높을수록 더 깊은 층을 녹이고 융합하는 데 필요한 에너지를 공급하여 더 두꺼운 재료를 용접할 수 있습니다. 예를 들어 두께가 10mm인 스테인리스 스틸을 용접하려면 약 5kW의 레이저 출력이 필요하지만 2mm 스테인리스 스틸과 같이 얇은 소재는 1kW만 필요할 수 있습니다. 반대로 더 얇은 재료에는 번스루와 과도한 용융을 방지하기 위해 레이저 출력이 낮을수록 적합합니다.

재료 유형

재료마다 열전도율, 흡수 계수, 융점 등 다양한 특성이 있으며, 이는 레이저 용접에 반응하는 방식에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 열전도율이 높은 알루미늄은 동일한 두께를 얻기 위해 스테인리스 스틸에 비해 더 높은 레이저 출력과 느린 용접 속도가 필요합니다. 구리는 반사율이 높기 때문에 효율적인 에너지 흡수를 위해 특수 레이저 소스나 표면 처리가 필요합니다.

용접 속도

레이저가 재료를 가로질러 이동하는 속도는 열 입력에 영향을 미치고 결과적으로 용접 두께에 영향을 미칩니다. 용접 속도가 느리면 더 많은 에너지가 재료에 침투하여 더 깊은 용접을 할 수 있습니다. 예를 들어 용접 속도를 3m/min에서 1m/min으로 낮추면 알루미늄이나 스테인리스 스틸과 같은 소재의 관통 깊이를 크게 늘릴 수 있습니다. 더 얇은 재료에는 더 빠른 속도를 사용하여 과열과 왜곡을 방지합니다.

초점 위치

재료 표면에 대한 레이저 초점의 위치가 중요합니다. 두꺼운 소재의 경우 일반적으로 용접물 위에 초점을 설정하여 더 나은 투과율을 달성합니다. 더 얇은 소재의 경우 열 영향을 받는 영역을 최소화하고 뒤틀림을 방지하기 위해 용접부 아래에 초점을 설정합니다. 초점 위치를 단 몇 밀리미터만 조정해도 용접의 품질과 깊이에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

빔 직경

레이저 빔의 직경은 에너지 밀도에 영향을 미칩니다. 빔 직경이 작을수록 에너지 밀도가 높아져 더 얇은 재료를 용접하는 데 적합합니다. 예를 들어, 0.2mm의 빔 직경은 얇은 판금 응용 분야에 사용할 수 있고, 0.6mm의 큰 빔 직경은 두꺼운 재료를 용접하는 데 유리합니다. 빔 직경이 클수록 에너지가 더 넓은 영역에 분산되므로 두꺼운 재료를 용접할 때 유리합니다.

실용적인 고려 사항

레이저 용접 공정을 설정할 때는 이러한 요소들 간의 상호 작용을 고려하는 것이 필수적입니다. 예를 들어, 용접 속도나 초점 위치를 조정하지 않고 레이저 출력을 높이면 과도한 용융이나 불완전한 용융과 같은 결함이 발생할 수 있습니다. 마찬가지로 재료 유형과 두께에 따라 빔 직경과 초점 위치를 최적화하면 고품질 용접을 보장할 수 있습니다.

제조업체는 종종 레이저 출력, 재료 두께, 용접 속도와 관련된 종합적인 차트를 사용하여 설정을 안내합니다. 이러한 차트는 다양한 재료와 두께에 대한 특정 매개변수를 제공하여 일관되고 안정적인 용접을 보장합니다.

제조업체는 이러한 파라미터를 이해하고 조정함으로써 용접 두께를 정밀하게 제어하여 용접 품질과 성능을 개선할 수 있습니다.

레이저 용접 공정 파라미터 설정

레이저 용접 장비의 핵심은 공정 파라미터의 설정과 조정입니다. 재료 두께와 유형에 따라 다양한 스캐닝 속도, 폭, 출력 등이 선택됩니다(듀티 사이클과 펄스 주파수는 일반적으로 조정할 필요가 없음). 일반적인 공정 매개변수는 아래 표에 나와 있습니다.

레이저 용접 선형 공정 파라미터

검류계의 진동 진폭을 용접되는 공작물의 폭과 정확하게 일치하도록 최적화합니다. 이렇게 하면 용접 이음새 전체에 균일한 에너지 분포가 보장됩니다.

레이저 출력 요구 사항은 재료 두께와 직접적인 상관관계가 있습니다. 두꺼운 판재는 완전한 투과를 위해 더 높은 레이저 출력이 필요하고, 얇은 재료는 번스루와 왜곡을 방지하기 위해 더 적은 출력이 필요합니다.

1.0mm 이하의 얇은 판재의 경우 레이저 파라미터를 미세 조정하는 것이 중요합니다. 재료 두께에 따라 듀티 사이클을 조정하여 열 입력 및 침투 깊이를 제어합니다. 이러한 파라미터는 주로 용접 관통 특성에 영향을 미치며 열 영향 영역(HAZ)을 최소화합니다.

선형 용접 기술은 다목적이며 대각선 및 맞대기 용접을 포함한 다양한 접합 구성에 적합합니다. 적절히 최적화하면 다양한 형상에 걸쳐 일관된 용접 품질을 제공합니다.

용접 헤드 진동의 최적 주파수 범위는 4~20Hz입니다. 이 범위 내에서 재료 특성, 두께 및 원하는 용접 특성에 따라 출력 밀도를 조정합니다. 일반적으로 주파수가 높을수록 용접 속도는 빨라지지만 출력이 높아질 수 있습니다.

내부 앵글 용접의 경우 좁은 검류계 진동 폭을 사용합니다. 진동 진폭을 줄이면 에너지가 집중되어 조인트 인터페이스에서 더 깊은 침투와 더 강한 융합이 가능합니다. 그러나 언더컷 또는 과도한 침투의 위험과 균형을 맞춰야 합니다.

특별 참고 사항:

앞서 언급한 매개변수는 일반적인 가이드라인으로 사용되며 레이저 출력, 재료 구성 및 특성, 특정 용접 기술, 접합 폭 등 몇 가지 중요한 요소에 따라 미세 조정해야 합니다. 일반적으로 얇은 판재일수록 더 낮은 레이저 출력이 필요하고, 두꺼운 판재일수록 더 높은 출력 설정이 필요합니다. 그러나 이 관계는 엄격하게 선형적이지 않으며 재료의 열전도율과 반사율에 따라 달라질 수 있습니다.

레이저 헤드 제어 매개변수도 최적의 용접 품질을 달성하는 데 중요한 역할을 합니다. 선형 파라미터는 용접 경로를 따라 정밀한 에너지 분배가 가능하기 때문에 대각선 용접 및 수형 필렛 접합에 특히 효과적입니다. 이와는 대조적으로 O형 파라미터는 다양한 기능을 제공하며 맞대기 접합, 랩 접합 및 복잡한 형상을 포함한 광범위한 용접 애플리케이션에 적합합니다.

이러한 매개변수는 실제 시험을 통해 검증되어야 하며 침투 깊이, 비드 폭, 최소 열 영향 영역 등 원하는 용접 특성을 달성하기 위해 반복적인 조정이 필요할 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 또한 보호 가스 구성, 유량, 노즐 설계와 같은 요소는 용접 공정에 큰 영향을 미칠 수 있으므로 레이저 파라미터와 함께 고려해야 합니다.

최적의 결과를 얻으려면 모든 관련 변수를 고려하고 용접되는 특정 재료 및 조인트 구성에 맞는 종합적인 용접 절차 사양(WPS)을 개발하는 것이 좋습니다.

레이저 용접 O형 공정 파라미터

검류계의 진동 진폭을 용접할 공작물의 폭과 정확히 일치하도록 조정합니다. 이렇게 하면 용접 이음새 전체에 최적의 에너지 분포가 보장됩니다.

필요한 레이저 출력은 판재 두께와 직접적인 상관관계가 있습니다. 두꺼운 플레이트는 완전한 투과를 위해 더 높은 레이저 출력이 필요하고, 얇은 플레이트는 과열이나 번스루를 방지하기 위해 더 적은 출력이 필요합니다.

1.0mm 이하의 얇은 판재의 경우 파라미터를 미세 조정하는 것이 중요합니다. 초점 위치, 펄스 지속 시간 및 에너지 밀도를 조정하여 침투 깊이를 제어하고 열 영향 영역(HAZ)을 최소화합니다. 이러한 파라미터는 주로 박판 접합부의 용접 관통 및 기계적 특성에 영향을 미칩니다.

선형 용접 패턴은 다목적이며 대각선 및 맞대기 용접을 포함한 다양한 접합 구성에 적합합니다. 그러나 특정 조인트 형상에서 에너지 분포를 최적화하기 위한 빔 성형 기술을 고려해야 합니다.

용접 건은 4~20Hz의 주파수 범위로 공정을 최적화할 수 있습니다. 일반적으로 더 낮은 주파수는 두꺼운 재료에 적합하고, 더 높은 주파수는 얇은 판재에 유리합니다. 원하는 용접 특성을 얻기 위해 주파수와 함께 출력 밀도를 조정합니다.

이중 모터 진동을 활용하는 O형 용접 모드는 다양한 용접 용도에 적용할 수 있습니다. 이 기술은 철저한 재료 용융을 보장하고 용접 풀의 균일한 혼합을 촉진하여 선형 용접에 비해 용접 안정성이 우수합니다. 향상된 에너지 입력은 더 높은 레이저 출력을 필요로 하지만 향상된 갭 브리징 능력과 용접 이음새의 다공성 감소와 같은 이점을 제공합니다.

특별 참고 사항:

제공된 매개변수는 일반적인 가이드라인으로 사용되며 레이저 출력, 재료 특성, 용접 기술 및 접합 폭 등 특정 요인에 따라 미세 조정해야 합니다. 일반적으로 얇은 판재는 더 낮은 레이저 출력이 필요하고 두꺼운 판재는 더 높은 출력 설정이 필요합니다. 레이저 헤드 제어와 관련하여 선형 파라미터는 대각선 및 수형 필렛 용접에 특히 효과적인 반면, O형 파라미터는 다목적이며 다양한 용접 애플리케이션에 적합합니다.

최적화할 때 다음 사항을 고려해야 합니다. 레이저 용접 매개변수:

1. 재료 특성: 공작물의 열 전도성, 반사율 및 융점은 매개변수 선택에 큰 영향을 미칩니다.
2. 조인트 지오메트리: 조인트 구성(맞대기, 랩, 필렛)에 따라 최적의 결과를 얻기 위해 별도의 매개변수 조정이 필요할 수 있습니다.
3. 용접 속도: 이 매개변수는 열 입력 및 용접 침투에 직접적인 영향을 미치므로 레이저 출력과 세심한 균형이 필요합니다.
4. 초점 위치: 공작물 표면을 기준으로 초점을 조정하면 에너지 분포와 용접 프로파일을 최적화할 수 있습니다.
5. 차폐 가스: 보호 가스의 종류와 유속은 용접 품질에 영향을 미치므로 특정 용도에 맞게 조정해야 합니다.
6. 펄스 성형: 펄스 레이저 용접의 경우 펄스 지속 시간과 주파수를 조작하면 용접 특성을 향상하고 결함을 최소화할 수 있습니다.

생산 용접을 시작하기 전에 항상 대표 샘플에 대한 테스트 용접을 수행하여 파라미터 설정을 검증하고 개선합니다. 이 접근 방식은 일관된 용접 품질을 보장하고 결함을 최소화하며 산업 애플리케이션에서 공정 효율성을 최적화합니다.

자주 묻는 질문

다음은 자주 묻는 질문에 대한 답변입니다:

2000W 레이저로 용접할 수 있는 최대 두께는 얼마입니까?

2000W 레이저로 용접할 수 있는 최대 두께는 용접하는 재료의 종류에 따라 다릅니다. 스테인리스 스틸의 경우 2000W 레이저로 최대 6~8mm 두께까지 용접할 수 있습니다. 연강은 최대 6mm 두께까지 용접할 수 있습니다. 알루미늄을 용접할 때 달성 가능한 최대 두께는 4~6mm입니다. 구리와 황동의 경우 최대 두께는 일반적으로 최대 2mm입니다. 이 값은 재료 특성이 2000W 레이저로 달성할 수 있는 용접 두께에 큰 영향을 미친다는 것을 보여줍니다.

레이저 출력은 용접 두께에 어떤 영향을 미칩니까?

레이저 출력은 레이저 용접에서 용접 두께에 큰 영향을 미칩니다. 일반적으로 레이저 출력이 높을수록 더 깊은 침투가 가능하므로 두꺼운 재료를 용접하는 데 적합합니다. 예를 들어 얇은 판재(1.0mm 미만)는 과열을 방지하고 용접을 정밀하게 제어하기 위해 일반적으로 500~1500W 사이의 낮은 레이저 출력이 필요합니다. 중간 두께의 재료(1.0mm~5.0mm)는 결함 없이 적절한 투과를 보장하기 위해 보통 1500~3000W 정도의 중간 레이저 출력이 필요합니다. 두꺼운 판재(5.0mm 이상)의 경우, 완전한 침투와 충분한 접합 강도를 달성하려면 3000-6000W 이상의 높은 레이저 출력이 필수적입니다.

레이저 출력과 용접 두께의 관계에는 용접 속도도 포함됩니다. 두꺼운 재료의 경우 레이저 에너지가 전체 재료 두께를 관통할 수 있는 충분한 시간을 확보하기 위해 더 높은 레이저 출력과 느린 용접 속도의 조합이 필요합니다. 반대로 얇은 재료의 경우 과도한 열 입력과 번스루와 같은 결함을 방지하기 위해 레이저 출력을 낮추고 용접 속도를 높이면 이점이 있습니다.

요약하면, 최적의 용접 결과를 얻으려면 재료 두께에 따라 적절한 레이저 출력을 선택해야 하며, 출력의 과다 또는 부족으로 인한 결함을 방지하면서 적절한 침투를 보장해야 합니다.

알루미늄에 권장되는 용접 파라미터는 무엇인가요?

알루미늄 레이저 용접 시 고품질 용접을 보장하기 위해 몇 가지 주요 매개변수를 신중하게 조정해야 합니다. 알루미늄에 권장되는 용접 파라미터는 재료의 두께에 따라 다릅니다.

얇은 알루미늄 판재(1.0mm 미만)의 경우 일반적으로 500~1500W 범위의 낮은 레이저 출력이 사용됩니다. 이러한 얇은 재료의 용접 속도는 일관된 용착을 보장하고 열 영향 영역을 최소화하기 위해 분당 약 5~10미터로 비교적 높아야 합니다.

중간 두께의 알루미늄 판재(1.0~3.0mm)의 경우 1000~3000W의 중간에서 높은 레이저 출력이 필요합니다. 이러한 시트의 용접 속도는 일반적으로 분당 3~4미터로 설정되어 고품질 용접을 위해 출력과 속도의 균형을 맞춥니다.

두꺼운 알루미늄 판재(3.0mm 이상)의 경우 3000~6000W 이상의 높은 레이저 출력이 필요합니다. 용접 속도는 일반적으로 분당 1~5미터로 낮아야 더 깊숙이 침투하고 적절하게 융합할 수 있습니다.

초점 위치는 용접 품질에 큰 영향을 미치므로 최대 관통 깊이를 얻을 수 있는 곳에 설정해야 합니다. 정밀도를 위해 레이저 빔 크기는 0.2mm에서 2mm 사이가 권장되며, 빔 크기를 조정하면 출력 밀도를 관리하는 데 도움이 됩니다.

펄스 레이저는 다공성과 열 균열을 줄이기 위해 얇은 알루미늄 시트를 용접하는 데 선호되는 반면, 연속 레이저는 더 두꺼운 시트에 더 적합하여 더 매끄러운 용접 표면을 제공합니다.

결함을 방지하려면 효과적인 표면 처리가 중요합니다. 용접 전에 알루미늄 표면을 청소하여 불순물을 제거해야 합니다. 헬륨이나 아르곤과 같은 보호 가스를 최적화하여 안정적인 키홀 형성을 보장하고 결함을 최소화해야 합니다.

또한 알루미늄 합금은 반사율이 높고 레이저 에너지의 흡수율이 낮기 때문에 열이 반사되거나 전도되는 것을 방지하려면 레이저 출력 밀도를 빠르게 높이는 것이 필수적입니다. 더블 포인트 용접 또는 추가 레이저 패스를 사용하면 용접 품질을 개선하고 결함을 줄일 수 있습니다.

작업자는 알루미늄의 특정 두께와 유형에 따라 이러한 파라미터를 신중하게 조정하여 결함을 최소화하고 최적의 기계적 특성을 갖춘 고품질 용접을 달성할 수 있습니다.

구리에 레이저 용접을 사용할 수 있으며 두께는 어느 정도까지 가능한가요?

예, 구리에 레이저 용접을 사용할 수 있지만 구리의 물리적 특성으로 인해 몇 가지 어려움이 있습니다. 구리는 적외선 레이저 복사에 대한 흡수율이 낮기 때문에 필요한 에너지 밀도를 달성하려면 더 높은 레이저 출력이 필요합니다. 또한 구리의 높은 열전도율은 빠른 열 방출로 이어져 깊은 침투를 위해 용접 부위에 필요한 열을 유지하기가 어렵습니다. 또한 용융 구리의 낮은 점도는 불규칙한 이음새 형태와 스패터링 및 다공성과 같은 결함을 초래할 수 있습니다.

이러한 어려움에도 불구하고 최신 레이저 기술을 통해 구리를 효과적으로 용접할 수 있게 되었습니다. 순수 구리의 경우 싱글 패스 하이브리드 레이저-MIG 용접과 같은 고출력 레이저를 사용하여 최대 약 4mm의 깊이를 얻을 수 있습니다. 녹색 레이저와 적외선 레이저를 결합하면 녹색 레이저가 표면을 가열하고 적외선 레이저가 필요한 깊이를 제공하므로 수 밀리미터의 용접 깊이를 달성할 수도 있습니다. 특정 실험 설정에 따르면 레이저 출력 5kW와 적절한 용접 속도를 사용하면 예를 들어 20m/min의 용접 속도로 깊은 관통 용접을 달성할 수 있는 것으로 나타났습니다.

요약하면, 구리의 레이저 용접은 가능하며 공정 파라미터를 신중하게 관리하고 구리의 물리적 특성으로 인한 고유한 문제를 완화하는 고급 기술을 통해 상당한 두께를 달성할 수 있습니다.

용접 속도는 용접 품질에 어떤 영향을 미치나요?

용접 속도는 레이저 용접 공정에서 용접 품질에 큰 영향을 미칩니다. 용접 속도는 열 입력, 침투 및 용접의 전반적인 무결성을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 용접 속도가 너무 느리면 재료에 과도한 열이 투입되어 용접 풀이 커지고 과도한 침투가 발생하며 특히 얇은 재료에서 처짐, 다공성 및 번스루와 같은 잠재적 결함이 발생할 수 있습니다. 반면에 용접 속도가 너무 빠르면 레이저가 모재를 충분히 녹일 수 있는 충분한 시간을 제공하지 못해 융착과 침투가 제대로 이루어지지 않아 용접이 약하고 좁아질 수 있습니다.

이러한 요소의 균형을 맞추고 고품질 용접을 달성하려면 최적의 용접 속도가 필수적입니다. 재료 유형, 두께, 레이저 출력 및 초점 위치와 같은 특정 용접 매개변수에 따라 신중하게 조정해야 합니다. 예를 들어, 전도성이 높은 알루미늄과 같은 재료는 과열과 번스루를 방지하기 위해 더 빠른 용접 속도가 필요한 경우가 많습니다. 반대로 두꺼운 재료는 적절한 침투와 융합을 보장하기 위해 더 느린 속도가 필요할 수 있습니다.

요약하면, 용접 속도를 제어하는 것은 열 입력을 최적화하고 적절한 침투와 융착을 보장하며 용접의 기계적 특성을 유지하는 데 매우 중요합니다. 고품질의 결함 없는 용접을 달성하려면 특정 재료와 레이저 용접 매개변수에 따라 용접 속도를 적절히 조정해야 합니다.

레이저 용접을 최적화하기 위해 고려해야 할 다른 요소는 무엇인가요?

레이저 용접을 최적화하려면 원하는 용접 두께와 품질을 얻기 위해 레이저 출력과 용접 속도 외에도 여러 가지 요소를 고려해야 합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:

1. 빔 스팟 크기 및 초점: 레이저 빔 스폿의 크기와 초점에 따라 출력 밀도와 침투 깊이가 결정됩니다. 더 작고 집중된 빔은 더 깊은 침투를 달성할 수 있고, 더 큰 빔은 더 넓은 용접에 더 좋습니다.
2. 펄스 주파수 및 오버랩 비율: 펄스 주파수와 오버랩 속도를 조정하는 것은 용접 품질에 매우 중요합니다. 오버랩 속도가 높을수록 용접이 더 부드러워지지만 용접 속도가 느려질 수 있습니다. 과도한 오버랩은 번스루 또는 스패터와 같은 결함을 유발할 수 있습니다.
3. 디포커스 양 및 초점 거리: 빔과 재료의 상호 작용을 제어하고 원하는 용접 프로파일을 얻으려면 디포커스 양과 초점 거리를 적절히 조정해야 합니다.
4. 머티리얼 속성: 재료의 흡수성, 열 전도성, 융점/비등점은 레이저 에너지가 흡수 및 소멸되는 방식에 영향을 미치며 용접 풀 역학에 영향을 미칩니다.
5. 표면 상태: 깨끗하고 매끄러운 표면은 레이저 빔과 재료 간의 일관된 상호 작용을 보장하여 용접 품질을 향상시킵니다.
6. 차폐 가스: 아르곤, 헬륨 또는 질소와 같은 적절한 보호 가스를 사용하면 용접부가 산화되지 않도록 보호하고 키홀을 안정화하여 깨끗한 용접을 유지할 수 있습니다.
7. 공동 설계 및 준비: 불완전한 융착이나 다공성과 같은 결함을 방지하려면 적절한 맞춤, 간격 공차, 베벨링 또는 모따기와 같은 모서리 준비가 필수적입니다.
8. 고정 및 클램핑: 안전한 고정 및 클램핑으로 원하는 조인트 핏을 유지하고 용접 중 왜곡을 방지합니다.
9. 빔 진동: 이 기술은 레이저 초점을 증가시키지 않고도 이음새를 확장하여 에너지 입력과 열 왜곡을 줄여 용접 이음새 표면을 더 매끄럽게 만들 수 있습니다.
10. 열 관리 및 잔류 스트레스: 용접 순서 제어, 국부 냉각, 용접 후 열처리 등 열팽창과 불균일한 냉각을 관리하는 기술은 뒤틀림과 잔류 응력을 방지하는 데 도움이 됩니다.

이러한 요소를 신중하게 최적화함으로써 원하는 두께의 고품질 레이저 용접을 달성하여 결함의 위험을 최소화하고 용접 조인트의 무결성을 보장할 수 있습니다.