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...
무엇이 완벽한 용접을 만드는지 궁금한 적이 있나요? 레이저 용접에서 그 비밀은 바로 보호 가스의 사용에 있습니다. 이 글에서는 질소, 아르곤, 헬륨과 같은 다양한 가스가 용접 품질에 미치는 영향과 올바른 가스를 선택하는 것이 중요한 이유를 살펴봅니다. 완벽한 용접을 달성하기 위한 필수 요소를 알아볼 준비를 하세요!
보호 가스는 레이저 용접에서 용접 품질을 향상시키고 용융 풀을 보호하며 레이저 광학장치의 손상을 방지하는 중요한 역할을 합니다. 보호 가스는 세 가지 유형으로 분류할 수 있으며, 각 유형은 용접 공정에서 특정 기능을 수행합니다:
이러한 가스의 선택과 최적화는 용접 품질, 공정 안정성 및 전반적인 효율성에 큰 영향을 미칩니다. 레이저 용접 작업. 특정 용도에 맞는 최적의 가스 구성을 결정할 때는 재료 구성, 용접 조인트 설계, 레이저 매개변수 등의 요소를 고려해야 합니다.
연속 레이저 용접은 고에너지 레이저 빔을 집중된 열원으로 사용하여 공작물 표면을 정밀하게 녹여 고품질의 고효율 용접 접합부를 생성하는 고급 접합 공정입니다.
고출력 레이저 용접 시 강력한 레이저 빔은 재료를 녹는점 이상으로 빠르게 가열합니다. 그러나 생성된 극한의 온도는 금속 기화를 일으켜 용접 영역에 금속 증기 플라즈마를 형성할 수 있습니다.
이 플라즈마 기둥은 들어오는 레이저 에너지를 크게 감쇠시켜 공작물 표면에 도달하는 유효 출력을 감소시킬 수 있습니다. 결과적으로 용융 풀의 안정성에 영향을 미치고 용접 품질과 일관성을 저하시킬 수 있습니다.
이러한 문제를 완화하고 공정 안정성을 보장하려면 용접 중에 이온화 가능성이 높은 엄선된 차폐 가스를 도입해야 합니다. 일반적으로 아르곤이나 헬륨과 같은 불활성 가스가 사용됩니다. 보호 가스는 여러 가지 중요한 기능을 수행합니다:
보호 가스를 적절히 적용하면 용접 공정이 더욱 안정되고 결함이 감소하며 기계적 특성이 개선된 균일하고 매끄러운 용접 표면을 얻을 수 있습니다.
레이저 용접에서 보호 가스를 사용하면 용접의 형성, 품질, 관통력 및 폭에 영향을 미칩니다.
대부분의 상황에서 차폐 가스를 분사하면 용접에 긍정적인 영향을 미치지만 부정적인 영향을 미칠 수도 있습니다.
(1) 적절한 차폐 가스는 용접 풀을 효과적으로 보호하고 산화를 줄이거나 제거할 수 있습니다.
(2) 용접 중 스패터를 줄일 수도 있습니다.
(3) 용접 풀이 고르게 굳어지고 균일하고 매력적인 모양을 갖습니다.
(4) 적절한 차폐 가스는 금속 증기 기둥 또는 플라즈마가 레이저에 미치는 차폐 효과를 감소시켜 레이저 활용도를 높일 수 있습니다.
(5) 또한 차폐 가스를 올바르게 사용하면 다음을 줄일 수 있습니다. 용접 다공성.
올바른 가스 유형, 유량, 분사 모드만 선택하면 원하는 결과를 얻을 수 있습니다.
그러나 보호 가스를 잘못 사용하면 용접에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
(1) 보호 가스를 잘못 사용하면 용접 품질이 저하될 수 있습니다;
(2) 부적절한 가스 유형을 선택하면 용접부에 균열이 발생할 수 있으며 용접의 기계적 특성도 저하될 수 있습니다;
(3) 가스 유량을 잘못 선택하면 용접의 산화가 증가하거나(유량이 너무 높거나 낮은 경우) 용접 풀의 금속이 외부 힘에 의해 심하게 파괴되어 용접이 붕괴되거나 고르지 않게 형성될 수 있습니다;
(4) 잘못된 가스 흐름 방법을 선택하면 용접부에 대한 보호가 부족하거나 보호 효과가 전혀 없거나 용접부 형성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다;
(5) 용접 이음새의 관통은 특히 얇은 판을 용접할 때 차폐 가스의 흐름에 영향을 받습니다.
레이저 용접에 일반적으로 사용되는 보호 가스는 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He)입니다. 이들 가스의 물리적, 화학적 특성이 다르기 때문에 용접에 미치는 영향도 다릅니다.
N의 이온화 에너지2 는 중간값으로, Ar보다 높고 He보다 낮은 값입니다.
레이저의 작용으로 N의 이온화2 는 일반적으로 보통 수준으로, 플라즈마 구름의 형성을 줄이고 레이저의 효과적인 활용도를 높일 수 있습니다.
그러나 질소가 특정 온도에서 알루미늄 합금 또는 탄소강과 반응하면 질화물이 생성되어 인성 및 용접 취성이 감소하고 용접 조인트의 기계적 특성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
따라서 다음과 같은 경우에는 질소를 보호 가스로 사용하지 않는 것이 좋습니다. 알루미늄 합금 용접 또는 탄소강.
반면 질소가 스테인리스 스틸과 반응하면 용접 조인트의 강도를 향상시키고 용접의 기계적 특성에 긍정적인 영향을 줄 수 있습니다.
결과적으로 질소는 다음과 같은 경우에 차폐 가스로 사용할 수 있습니다. 스테인리스 스틸 용접.
Ar의 이온화 에너지는 상대적으로 낮고 레이저의 작용으로 이온화 정도가 상대적으로 높아 플라즈마 구름 형성 제어 및 레이저의 효과적인 활용에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
하지만 아르곤은 일반 금속과의 반응성이 낮고 비용이 상대적으로 저렴하기 때문에 매력적인 옵션입니다. 또한 밀도가 높기 때문에 용접 풀 위로 효과적으로 가라앉아 더 나은 보호 환경을 제공합니다.
이러한 이유로 아르곤은 일반적으로 기존의 차폐 가스로 사용됩니다.
He의 이온화 에너지는 가장 높고 레이저의 작용으로 이온화 정도가 매우 낮아 플라즈마 구름 형성을 제어하는 데 효과적입니다.
레이저는 금속에 효과적으로 작용할 수 있으며 He는 반응성이 낮고 활성도가 낮아 용접에 좋은 차폐 가스입니다.
그러나 He의 높은 비용으로 인해 대량 생산 제품에 널리 사용하기에는 부적합합니다. 일반적으로 과학 연구나 고가 제품에 사용됩니다.
현재 차폐 가스를 분사하는 방법에는 그림 1과 같이 측면 샤프트 측면 분사 차폐 가스, 그림 2와 같이 동축 차폐 가스의 두 가지 주요 방법이 있습니다.
그림 1 측면 샤프트 측면 송풍 보호 가스
그림 2 동축 차폐 가스
두 가지 차폐 가스 분사 방법 중 하나를 선택하려면 여러 가지 요소를 종합적으로 고려해야 합니다.
일반적으로 가스를 차폐할 때는 측면 송풍 방식을 사용하는 것이 좋습니다.
우선, 용접의 "산화"라는 용어는 단순히 구어체 이름이라는 점에 유의하는 것이 중요합니다.
이론적으로는 공기 중의 유해 성분과 용접 사이의 화학 반응을 말하며, 이는 다음을 감소시킵니다. 용접 품질.
일반적인 원인은 고온에서 용접 금속과 공기 중의 산소, 질소, 수소와 같은 원소가 반응하기 때문입니다.
용접이 "산화"되는 것을 방지하려면 고온에서 용접 금속과 이러한 유해한 구성 요소 사이의 접촉을 줄이거나 제거해야 합니다.
이 고온 상태는 용융 풀 금속뿐만 아니라 용접 금속이 용융되는 순간부터 특정 온도 이하로 응고되어 냉각될 때까지의 전체 공정을 포함합니다.
예를 들어 티타늄 합금은 300°C 이상의 온도에서 수소를, 450°C 이상의 온도에서 산소를, 600°C 이상의 온도에서 질소를 빠르게 흡수할 수 있습니다.
따라서 티타늄을 보호하는 것이 필수적입니다. 합금 용접 고형화 후 300°C 이하에서 보관하지 않으면 '산화'됩니다.
이를 통해 보호 가스의 사용은 실시간으로 용접 풀뿐만 아니라 방금 응고된 용접 영역도 보호해야 한다는 것을 알 수 있습니다.
따라서 일반적으로 그림 1과 같이 측면 샤프트 측면 송풍 차폐 가스가 사용됩니다.
동축 보호(그림 2)에 비해 이 방법은 특히 용접이 막 굳은 부위에 대해 더 넓은 범위의 보호 기능을 제공합니다.
실제 적용 시 모든 제품이 사이드 샤프트 측면 블로잉 보호 방식을 사용할 수 있는 것은 아닙니다.
일부 특정 제품의 경우 동축 차폐 가스만 사용할 수 있으며, 구체적인 선택은 제품에 따라 달라집니다. 제품 구조 관절의 형태.
그림 3과 같이 제품의 선형 용접 형태는 맞대기 조인트, 랩 조인트, 내부 코너 조인트 또는 오버랩입니다. 용접 조인트.
이 제품의 경우 그림 1과 같이 측면 샤프트 측면 송풍 차폐 가스 방식을 사용하는 것이 더 유리합니다.
그림 3 직선 용접
그림 4에 표시된 바와 같이 제품은 평면 원형 형상, 평면 다각 형상, 평면 다분할 선형 형상 또는 기타 폐쇄 형상인 용접 형상을 가지며, 접합 형태는 맞대기 접합, 랩 접합, 겹침 접합 등이 될 수 있습니다.
따라서 이 제품은 그림 2에 표시된 동축 차폐 가스 방식을 사용하는 것이 더 적합합니다.
그림 4 평면 폐쇄형 그래프 용접
보호 가스의 선택은 용접 생산의 품질, 효율성 및 비용에 직접적인 영향을 미칩니다.
그러나 용접 재료의 다양성으로 인해 다음을 선택해야 합니다. 용접 가스 는 실제 용접 실무에서 더 복잡합니다.
가장 적합한 차폐 가스를 선택하려면 다음을 고려하는 것이 중요합니다. 용접 재료용접 방법, 용접 위치, 원하는 용접 결과를 입력합니다.
최선의 옵션을 결정하는 유일한 방법은 용접 테스트를 수행하는 것입니다.
용접 재료에 따라 적절한 보호 가스를 선택하는 것 외에도 보호 가스의 분사 각도, 방향 및 유속이 용접 형태에 미치는 영향도 검토해야 합니다.
동일한 용접 조건에서 차폐 가스의 다양한 분사 각도가 용접에 미치는 영향을 이해하기 위한 연구가 수행되었습니다.
실험 결과는 다른 변수를 동일하게 제어한 상태에서 용접 형태 영향의 추세가 다른 유속에서도 동일하게 유지된다는 것을 보여줍니다.
그러나 유속이 증가하면 용접 침투에 미치는 영향은 더욱 두드러지는 반면 용접 표면과 폭에 미치는 영향은 감소합니다.
분사 각도의 영향을 구체적으로 연구하기 위해 다른 변수는 제어하고 분사 각도만 변경한 상태에서 유량은 5L/min으로 유지했습니다.
테스트 결과는 그림 5에 표시되어 있으며, 그림 6에는 단면 용접 형태에 대한 금속학적 다이어그램이 표시되어 있습니다.
그림 5 다양한 블로잉 방법이 용접 관통 및 폭에 미치는 영향
그림 6 다양한 분사 각도에서의 용접 형태
실험 데이터에 따르면 용접 관통력은 초기에 증가하다가 분사 각도가 증가함에 따라 감소합니다.
0° 또는 45° 이상에서는 침투력이 크게 감소합니다. 최대 투과율은 분사 각도 30°에서 달성됩니다.
용접 폭은 플라즈마로 인한 레이저 강도의 감소와 용접 풀에 대한 가스 흐름의 영향에 의해 결정됩니다.
블로잉 각도가 0°일 때 용융 폭이 가장 작습니다. 블로잉 각도가 증가함에 따라 용융 폭이 증가하지만 각도가 45° 이상일 때는 용접 폭의 변화가 거의 없습니다.
결과 분석
용접 형태에 대한 차폐 가스의 영향은 주로 공작물 표면에 도달하는 레이저의 출력 밀도를 결정하는 플라즈마의 크기를 조정하여 제어합니다.
용접 단면의 금속 조직도를 보면 용접 형태가 0° 또는 75°에서 열전도 용접을 지향하는 경향이 있음을 알 수 있습니다. 심관통 용접 는 30°와 45°에서 뚜렷하게 나타납니다.
결론적으로, 동일한 용접 프로세스 매개변수의 경우, 침투력을 높이려면 분사 각도를 30°, 표면 폭을 넓히려면 45°, 더 낮은 용융 폭을 넓히려면 0° 또는 75°를 사용하는 것이 좋습니다.
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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