레이저 용접 판금: 초보자 가이드

소개

용접은 다음과 같은 주요 공정에서 판금 제작높은 노동 강도와 열악한 근무 조건이 특징입니다. 따라서 높은 숙련도가 필수적입니다.

용접 자동화와 혁신적인 접합 방법의 개발은 다음과 같은 분야의 전문가들이 지속적으로 관심을 가져온 분야입니다. 용접 기술.

용접 자동화의 중추적인 측면은 다음을 제어하는 것입니다. 용접 품질 그리고 효율성. 이 과정에서 아크 및 용접 이음새 정렬, 부품 간격의 균일성, 용접 침투 및 제어와 같은 과제가 발생합니다. 용접 왜곡 를 해결해야 합니다.

의 급속한 발전으로 레이저 용접 기술가전제품, 하이테크 전자제품, 자동차 제조, 고속 열차 생산, 정밀 가공 등 다양한 분야에 걸쳐 큰 도약을 이루며 응용 분야가 확대되고 있습니다.

레이저 용접의 장점은 기존 아크 용접과 비교하면 이해할 수 있습니다. 이 게시물에서는 레이저 프로세스 용접을 통해 더 나은 결과를 얻는 방법을 알아보세요.

레이저 용접의 품질을 평가하기 위해 깊이 대 너비 비율과 표면 형태를 고려합니다. 이 게시물에서는 이러한 지표에 영향을 미치는 프로세스 매개변수를 살펴봅니다.

실험 레이저 용접 스테인리스강, 알루미늄, 탄소강판에 대한 실험을 실시했습니다. 그 결과는 용접 생산에 활용할 수 있는 실질적인 인사이트를 제공합니다.

레이저 용접은 에너지 밀도가 높은 레이저를 용접의 열원으로 사용하는 최첨단 생산 기술입니다. 레이저 용접은 다음과 같은 분야에서 널리 사용됩니다. 판금 제조 높은 에너지 밀도, 빠른 용접 속도, 환경 친화성, 판 변형 최소화 등의 장점으로 인해 산업계에서 각광받고 있습니다.

레이저 용접은 용접 이음새 형성의 특성에 따라 전도 용접과 다음과 같이 나눌 수 있습니다. 심관통 용접. 전도 용접은 낮은 레이저 출력을 사용하므로 용융 풀 형성 시간이 길고 용융 깊이가 얕습니다.

주로 작은 부품을 용접하는 데 사용됩니다.

반면 심용입 용접은 출력 밀도가 높아 레이저 조사 영역의 금속이 빠르게 녹습니다.

이 용융은 강렬한 기화를 동반하여 상당한 깊이와 최대 10:1의 폭 대 깊이 비율로 용접 이음새를 구현합니다.

레이저 용접, 브레이징, 원자 수소 용접, 저항 용접 등 다양한 용접 방법을 사용하여 얇은 시트 부품을 접합할 수 있습니다, 플라즈마 아크 용접및 전자빔 용접.

레이저 용접과 다른 일반적인 용접 기술열 영향 영역, 열 변형, 용접 이음새 품질, 충전재의 필요성 및 용접 환경 측면에서 상당한 이점을 제공합니다.

레이저 용접과 다른 용접 방법의 비교는 표 1에서 확인할 수 있습니다.

표 1 레이저 용접과 다른 용접 방법의 비교

레이저 용접의 특성

레이저 용접은 고에너지 레이저 빔을 광섬유로 전달하는 레이저를 사용합니다. 전송 후 시준 렌즈를 사용하여 평행광으로 시준한 다음 공작물에 초점을 맞춥니다.

이로 인해 접합부의 재료를 녹이는 매우 높은 에너지의 열원이 생성됩니다. 그런 다음 용융된 금속은 빠르게 냉각되어 고품질 용접을 형성합니다. 레이저로 용접된 판금 조각의 모습은 아래 그림과 같습니다.

간편한 조작:

레이저 용접기 는 사용이 간단합니다. 조작이 간단하고 배우기 쉬우며 사용자 친화적입니다. 운영자에게 필요한 전문 지식 수준이 상대적으로 낮기 때문에 인건비를 절감할 수 있습니다.

높은 유연성:

레이저 용접기는 모든 각도에서 용접할 수 있으며 접근하기 어려운 영역에 능숙하게 접근할 수 있습니다. 복잡한 용접 부품과 불규칙한 모양의 대형 부품을 처리할 수 있어 어떤 방향에서든 용접할 수 있는 탁월한 유연성을 제공합니다.

향상된 안전성:

안전성이 높은 용접 노즐은 금속과 접촉할 때만 작동하며, 체온 감지 기능이 있는 터치 스위치가 장착되어 있습니다. 특수 레이저 발생기를 작동할 때는 잠재적인 눈 손상을 최소화하기 위해 보호 안경을 착용하는 등 특정 안전 표준을 준수해야 합니다.

우수 레이저 빔 품질:

레이저가 포커싱되면 높은 출력 밀도를 달성합니다. 고출력 및 저모드 레이저 포커싱을 통해 스폿 직경이 작아져 얇은 두께의 자동화를 크게 촉진합니다. 시트 용접.

깊은 침투력과 최소한의 왜곡으로 빠른 용접 속도:

레이저 용접의 높은 출력 밀도로 인해 공정 중에 금속에 미세한 기공이 형성됩니다. 레이저 에너지는 이러한 기공을 통해 최소한의 측면 확산으로 재료 깊숙이 이동합니다. 재료 융합의 깊이가 상당하고 용접 속도가 빨라 단시간에 넓은 면적을 커버할 수 있습니다.

인건비 절감:

레이저 용접 시 최소한의 열만 투입되기 때문에 용접 후 왜곡이 미미합니다. 그 결과 시각적으로 매력적인 용접 마감이 완성되어 용접 후 처리가 줄어들어 평탄화 및 수평 조정과 관련된 인건비를 크게 줄이거나 없앨 수 있습니다.

어려운 재료를 용접할 수 있는 기능:

레이저 용접은 다양한 이종 금속을 접합하는 데 적합 할뿐만 아니라 다음과 같은 용도로도 적합합니다. 용접 금속 티타늄, 니켈, 아연, 구리, 알루미늄, 크롬, 금, 은, 강철 및 절삭 합금과 같은 합금을 사용할 수 있습니다. 다음과 같은 개발 요구 사항을 잘 충족합니다. 신소재 가전제품에 사용됩니다.

특히 얇은 시트 및 비코팅 미관 부품 용접에 적합합니다:

레이저 용접은 높은 종횡비, 낮은 열 입력, 최소한의 열 영향 영역, 왜곡 감소로 인해 특히 얇은 시트, 비코팅 미관 부품, 정밀 부품 및 열에 민감한 부품을 용접하는 데 적합합니다. 또한 용접 후 수정 및 2차 가공을 최소화할 수 있습니다.

레이저 용접과 기존 아크 용접의 비교

아크 용접 소개

전통 아크 용접 용접은 크게 전극 아크 용접, 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접, 금속 불활성 가스(MIG) 용접, 서브머지드 아크 용접 등 여러 가지 유형으로 분류할 수 있습니다.

전극 아크 용접은 전극과 공작물 사이에 아크를 쳐서 전극과 공작물 사이의 접촉 지점에서 금속을 녹이는 열을 발생시킵니다. 이렇게 하면 용융 금속 풀이 만들어집니다. 그런 다음 전극을 특정 방향으로 이동하여 새로운 용융 금속 풀을 만들고 이전 풀을 응고시켜 용접을 형성합니다.

다이어그램 용접 프로세스 은 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 전극 아크 용접의 개략도

텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접은 텅스텐 전극을 방전 전극으로 사용하며, 공정 중에 소모되지 않습니다. 용접 영역은 일반적으로 아르곤과 같은 불활성 가스로 보호되며, 아크에서 발생하는 열은 모재와 텅스텐을 모두 녹이는 데 사용됩니다. 용접 재료. 그 결과 매끄러운 용접 표면 거의 또는 전혀 튀어나오지 않습니다.

가스 메탈 아크 용접(GMAW)은 용접 와이어와 모재 사이에 아크가 발생하여 와이어와 모재가 녹는 공정입니다. 녹은 재료가 응고되어 용접부를 형성합니다.

아크 용접은 여전히 용접 산업에서 지배적인 위치를 차지하고 있지만 고품질의 효율적인 용접에 대한 요구가 증가함에 따라 일부 하이엔드 판금 제조 분야. 기존 아크 용접의 몇 가지 단점은 다음과 같습니다:

• 고순도 아르곤의 필요성은 차폐 가스는 비용이 많이 들 수 있습니다.
• 제대로 작동하려면 높은 수준의 기술과 인증이 필요하기 때문에 많은 사람이 접근하기 어렵습니다.
• 고밀도 전류와 열이 발생하면 용접 프로세스 는 녹는점이 낮은 금속판의 용접에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
• 용접 효율이 낮고 속도가 느립니다.
• 그리고 용접 표면 는 거칠기 때문에 매끄러운 표면을 위해 추가 연마가 필요합니다.
• 제한적 용접 강도.

레이저 용접의 장점

주류 레이저 용접 기술에는 다양한 용접 방법을 결합한 셀프 퓨전 용접, 스윙 용접, 와이어 충전 용접, 검류계 용접, 복합 용접 등이 있습니다.

표 1은 레이저 용접의 장점 기존 아크 용접과 비교되는 기술입니다.

일관된 품질, 작은 용접 간격, 높은 효율성을 갖춘 고부가가치 제품을 필요로 하는 고급 판금 제조 산업에서는 레이저 용접이 최고의 선택입니다.

표 1 레이저 용접과 아크 용접의 특성 비교

레이저 용접 공정 파라미터

레이저 용접 심 지수

판금 부품의 용접 효과에 대한 요구 사항은 고객의 요구에 따라 다릅니다. 이러한 요구 사항은 주로 다음 지표에 반영됩니다:

• 표면 형태(예: 오목, 평면, 볼록)
• 용접 풀의 깊이 대 너비 비율
• 모공, 균열, 불순물 및 언더컷과 같은 결함 없음

용접의 표면 형태는 용접력과 같은 요소를 조정하여 변경할 수 있습니다, defocus및 접합 모드를 선택합니다. 용접 풀의 깊이 대 너비 비율은 용접의 강도를 결정하는 중요한 요소입니다.

용접 제품에 대한 강도 요구 사항이 있는 고객의 경우 와이어 절단, 인레이, 연마 및 연마, 부식 테스트, 현미경 금속학적 분석 등 일련의 단계를 거쳐야 합니다. 이 과정은 용접의 경도를 반영하며, 이는 깊이 대 너비 비율과 밀접한 관련이 있습니다. 용접의 인장 강도 지수는 인장 강도 테스트를 통해 결정할 수도 있습니다. 그림 2는 침투율에 대한 금속학적 분석을 보여줍니다.

그림 2 투과율의 금속학적 분석

특정 작업 환경에서는 용접물에 기공, 균열, 불순물, 언더컷과 같은 결함이 있을 수 있으며, 이는 심각한 안전 위험을 초래할 수 있습니다. 예를 들어, 일부 제품에는 기밀성 및 수밀성에 대한 엄격한 기준이 필요합니다.

그림 3은 정상 용접과 결함이 있는 용접을 비교한 것입니다.

그림 3 용접 솔기 다이어그램

레이저 용접의 영향 요인

레이저 용접에 직접적인 영향을 미치는 몇 가지 요인은 다음과 같습니다. 용접 온도용접 재료의 융점, 용접 재료의 레이저 흡수율, 열 영향 등을 고려합니다.

용접 공정의 경우 재료 특성과 같은 요인을 고려합니다, 레이저 파워용접 속도, 초점 위치, 차폐 가스 및 용접 간격을 고려해야 합니다.

용접 재료의 레이저 흡수율은 용접 품질에 영향을 미칩니다. 알루미늄과 구리와 같은 재료는 레이저 흡수율이 높은 반면 탄소강과 스테인리스 스틸은 레이저 흡수율이 낮습니다. 흡수율이 높은 용접 재료는 일반적으로 용융되어 안정적인 용접 풀을 형성하는 데 더 많은 에너지가 필요합니다.

레이저 출력은 레이저 용접의 에너지원이며 용접 효과를 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 레이저 출력이 클수록 용접 효과가 더 좋습니다. 하지만 레이저 출력이 너무 높으면 용접 풀이 불안정해지고 용접 깊이가 줄어들 수 있습니다. 따라서 적절한 레이저 출력 값을 선택하는 것이 중요합니다.

용접 속도와 관통력 사이에는 반비례 관계가 있습니다. 용접 속도가 빠르면 에너지 투입량이 줄어들고, 속도가 느리면 특히 알루미늄과 같이 열에 민감한 소재의 경우 과열이 발생할 수 있습니다.

초점의 위치는 용접의 관통력과 폭에 직접적인 영향을 미칩니다. 초점이 용접 재료의 표면에 있는 경우 이를 제로 초점이라고 합니다. 초점이 용접 재료의 위 또는 아래에 있는 경우 이를 편심 초점이라고 합니다. 제로 포커스 스폿은 가장 작고 에너지 밀도가 가장 높은 반면, 오프 포커스 용접은 출력 밀도는 낮지만 광점이 더 커서 더 넓은 범위의 공작물을 용접하는 데 적합합니다.

보호 가스의 종류와 방법도 용접 공정에 영향을 미칩니다. 보호 가스의 기능은 용접 중 산화를 방지할 뿐만 아니라 레이저 용접 중에 생성되는 플라즈마 구름을 억제하는 것입니다. 보호 가스의 선택은 용접 표면의 모양과 색상에 영향을 미칠 수 있습니다.

용접할 공작물의 용접 간격은 용접의 관통, 폭 및 형태와 관련이 있습니다. 용접 간격이 너무 크면 융합 및 결합이 어려울 뿐만 아니라 레이저가 노출되어 툴링 또는 공작물이 손상될 수 있습니다. 광점이나 스윙을 늘리면 용접이 개선될 수 있지만 개선 효과는 제한적입니다.

용접 테스트 분석

용접 테스트는 야스카와 GP25 로봇, 프리마 레이저, 오스프리를 사용하여 수행되었습니다. 용접 조인트 (코어 직경 100μm, 초점 거리 300mm) 및 WSX 와이어 피더를 사용했습니다. 용접 효과는 1.5mm Q235 탄소강판, SS304 스테인리스 스틸 및 3 시리즈 알루미늄에 대해 테스트했습니다. 합금 플레이트.

경험을 바탕으로 테스트 프로세스에 대해 다음과 같은 참조를 제공할 수 있습니다:

1mm 박판의 테스트 용접에는 1kW의 시동 전력과 30mm/s의 용접 속도를 사용할 수 있습니다. 기준 전력은 P=A-X로 계산할 수 있으며, 여기서 A는 상수 계수(A≥0)이고 X는 플레이트 두께입니다. 판 두께가 증가함에 따라 상수 계수 A는 점차 감소하며 용접 방법의 영향을 받기도 합니다.

탄소강판의 용접 공정 분석

스윙 용접 공정 파라미터는 표 2를 참조하십시오. Q235 두께 1.5mm의 탄소강판.

표 2 Q235 카본의 스윙 용접 공정 파라미터 강판

테스트 데이터에 따르면 스윙을 할 때 탄소강 용접 플레이트의 경우 스윙 범위가 변하지 않도록 하면서 용접 속도가 증가함에 따라 레이저 출력을 높여야 합니다. 스윙 속도가 너무 느리면 용접이 고르지 않게 됩니다.

일반적으로 탄소강 자체 융착 스윙 용접에 비해 탄소강 자체 융착 스윙 용접에 필요한 에너지가 적고 탄소강 스윙 와이어 필러 용접에 비해 탄소강 자체 융착 스윙 용접에 필요한 에너지가 적습니다. 필요한 에너지는 주로 전력과 속도에 의해 제어되며, 더 높은 전력과 더 빠른 속도는 더 많은 에너지를 필요로합니다.

품질과 효율성의 균형을 맞추려면 용접 속도를 최대한 높이는 것이 이상적입니다. 그러나 너무 빠른 용접은 불안정성을 유발할 수 있으며 레이저 출력에 의해 제한될 수 있습니다. 재료 속성. 따라서 일반적으로 파워와 속도 사이의 균형을 추구합니다.

알루미늄 판 용접 공정 분석

이 테스트에서 선택한 광섬유의 코어 직경은 100μm였습니다. 알루미늄 및 구리와 같이 반사율이 높고 열을 흡수하는 재료를 용접하려면 용융에 더 높은 출력 밀도가 필요합니다. 이 경우 제로 포커스 용접이 필요합니다.

제로 포커스 용접은 최소 전력으로 최대 출력 밀도를 구현할 수 있어 작은 부품을 용접하고 금속을 녹여 용융 풀을 형성하는 데 이상적입니다. 표 3은 다양한 재료에 대한 용접 프로세스 파라미터를 제공합니다.

표 3 다양한 재료의 용접 공정 파라미터 비교

테스트 데이터에 따르면 다른 파라미터를 일정하게 유지한 상태에서 3계열 알루미늄 합금의 이상적인 용접 효과를 얻으려면 더 많은 열이 필요하기 때문에 Q235 탄소강에 비해 용접 속도가 느려야 합니다.

스테인리스 스틸 화이트 블로잉 공정 분석

표 4는 다음 항목에 대한 미백 프로세스 매개변수의 비교를 보여줍니다. 스테인리스 스틸 용접 두께가 1.5mm인 이음새. 용접 효과의 비교는 그림 4에서 확인할 수 있습니다.

그림 4의 세 용접 매개변수(왼쪽부터)는 각각 표 4의 일련 번호 1, 2, 3에 해당합니다.

그림 4 용접 효과 비교

표 4 스테인리스강 용접 이음새 미백의 공정 파라미터 비교

스테인리스 스틸의 표면을 하얗게 만들려면 레이저 용융 후 차폐 가스 분위기에서 금속을 빠르게 냉각하고 결정화해야 합니다. 출력이 너무 높으면 금속판에 많은 열이 유지되어 냉각 속도가 느려지고 산화 및 변색 위험이 증가합니다. 출력이 너무 낮으면 금속이 완전히 녹지 않을 수 있습니다.

속도가 너무 빠르면 블로잉 툴링이 충분하지 않아 블로잉 효과에 영향을 줄 수 있습니다. 속도가 너무 느리면 열이 과도하게 축적될 수 있습니다. 하얀 표면을 얻으려면 파워, 속도, 분사 사이의 균형을 찾는 것이 중요합니다.

한 번의 시도로 표면을 하얗게 만들 수 없는 경우, 한 층을 약간 높은 출력으로 용접한 다음 두 번째 층의 출력을 낮춰서 용접할 수 있습니다.

결론

레이저 용접 과정에서 높은 품질을 보장하기 위해고품질 용접 결과를 얻으려면 재료 특성, 레이저 출력, 용접 속도, 초점 위치, 차폐 가스, 용접 간격 등 다양한 요소를 고려하는 것이 중요합니다.

탄소강, 스테인리스강 및 알루미늄 판과 같이 일반적으로 사용되는 재료의 경우 앞서 언급한 초기 테스트 매개 변수를 참조로 사용한 다음 재료의 특정 특성 및 고객 요구 사항에 따라 조정하여 원하는 용접 효과를 얻을 수 있습니다.