레이저 용접의 열전달 원리란?

레이저 용접은 고에너지 밀도 레이저 빔을 열원으로 사용하는 매우 효율적이고 정밀한 용접 기술입니다. 이 방법은 레이저 재료 가공 기술의 중요한 측면입니다.

1970년대에 레이저 용접은 주로 벽이 얇은 재료의 용접과 저속 용접 작업에 활용되었습니다. 이 공정은 열 전도 용접의 한 유형으로 레이저 방사 는 공작물 표면을 가열하고 열은 전도를 통해 내부로 전달됩니다.

레이저 펄스 폭, 에너지, 피크 출력 및 반복 주파수와 같은 매개 변수를 신중하게 제어하여 공작물을 녹이고 특정 용융 풀을 형성합니다.

고유한 장점이 있기 때문입니다, 레이저 용접 는 마이크로 및 소형 부품의 정밀 용접에 성공적으로 적용되었습니다.

1. 기술 원칙

레이저 용접은 연속 또는 펄스 레이저 빔을 사용하여 수행할 수 있습니다. 레이저 용접의 원리는 열전도 용접과 레이저 딥 용접의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 관통 용접.

전력 밀도가 104~105W/cm 미만인 경우²를 초과하면 열전도 용접으로 간주됩니다. 이 전력 밀도에서는 침투가 얕고 용접 속도가 느립니다.

반면, 전력 밀도가 105~107W/cm를 초과하는 경우²를 사용하면 금속 표면이 오목해지고 가열 효과로 인해 "구멍"이 형성되어 깊은 관통 용접이 이루어집니다. 이 용접 유형 는 빠른 용접 속도와 큰 깊이 대 너비 비율이 특징입니다.

열전도 레이저 용접의 원리는 다음과 같습니다:

가공할 표면은 레이저 방사에 의해 가열되고 열 전달을 통해 열이 내부로 확산됩니다. 그런 다음 레이저 펄스 폭, 에너지, 피크 출력 및 반복 주파수와 같은 레이저 파라미터를 제어하여 공작물을 용융시켜 특정 용융 풀을 형성합니다.

그리고 레이저 용접기 주로 기어 용접 및 야금 시트 용접에 사용되는 레이저 심용입 용접은 일반적으로 재료를 연결하기 위해 연속 레이저 빔을 사용하는 레이저 심용입 용접과 관련이 있습니다.

레이저 심용입 용접의 야금학적 물리적 과정은 "키홀" 구조의 형성을 통해 에너지 변환이 일어나는 전자빔 용접의 과정과 유사합니다.

높은전력 밀도 레이저 조사를 받으면 물질이 증발하여 증기로 채워진 작은 구멍을 형성합니다. 이 구멍은 블랙바디처럼 작용하여 거의 모든 입사 빔 에너지를 흡수하고 약 2500도의 평형 온도에 도달합니다.

그런 다음 고온 구멍 공동의 외벽에서 열이 전달되어 주변 금속을 녹이고, 작은 구멍은 광선을 조사하여 벽 재료의 지속적인 증발로 생성된 고온 증기로 채워집니다.

대부분의 기존 용접 공정과 레이저 전도 용접에서는 에너지가 공작물 표면에 증착된 후 내부로 전달됩니다. 그러나 레이저 심용입 용접에서는 작은 구멍의 네 벽이 용융 금속으로 둘러싸여 있으며, 이 용융 금속은 고체 재료로 둘러싸여 있습니다.

구멍 벽 외부의 액체 흐름과 벽 표면 장력은 구멍 캐비티 내부의 연속 증기 압력과 동적 평형을 이룹니다. 외부의 물질이 지속적으로 흐르면서 광선은 지속적으로 작은 구멍으로 들어갑니다. 광선의 움직임에 따라 작은 구멍은 안정된 흐름 상태에 있으며 선행 빔의 속도로 앞으로 이동합니다. 용융 금속은 작은 구멍이 남긴 틈을 채우고 응축되어 용접부를 형성합니다.

이 모든 과정은 매우 빠른 속도로 진행되어 용접 속도가 분당 수 미터에 달할 수 있습니다.

2. 열전도 용접의 원리

가열 재료 표면

필요한 표면 열 전력은 반사와 열 발산의 합보다 큽니다.

열은 표면과 깊숙한 곳 모두에서 전도됩니다.

표면 온도가 녹는점(TM, 강철의 경우 1490°C)에 도달합니다.

흡수율은 온도에 따라 달라집니다. 반도체 레이저의 경우 20°C에서 38%에서 1500°C에서 36%로 변화합니다. CO₂ 레이저는 20°C에서 5%에서 1500°C에서 12%로 변화하며, 이 시점에서 용융 풀이 형성되기 시작합니다.

용접 솔기

피드 이동에 따라 용접 모양이 결정됩니다.

슬릿의 깊이와 폭은 파워와 속도와 관련이 있습니다.

일반적인 용접 속도: 분당 1-3미터.

용접 표면이 매끄럽고 불순물이 없습니다.

깊이와 너비의 비율이 1보다 작습니다.