레이저 용접이란?- 작업, 유형 및 응용

레이저 용접이란?

레이저 빔 용접(LBW)은 레이저를 사용하여 금속 또는 열가소성 플라스틱 조각을 접합하는 데 사용되는 용접 기술입니다. 빔은 집중된 열원을 제공하여 좁고 깊은 용접 및 높은 용접 속도를 허용합니다. 열쇠 구멍 또는 침투 모드 용접을 기반으로 합니다.

레이저 용접은 전도 제한 용접과 열쇠 구멍 용접의 두 가지 근본적으로 다른 모드에서 작동합니다. 레이저 빔이 용접되는 재료와 상호 작용하는 모드는 공작물에 닿는 빔의 출력 밀도에 따라 달라집니다.

이 프로세스는 자동차 산업에서와 같이 자동화를 사용하는 대용량 애플리케이션에서 자주 사용됩니다. 높은 에너지 밀도로 인한 레이저 용접의 주요 이점은 부품의 넓은 영역에 영향을 주지 않고 접합부의 가장자리에 있는 영역을 녹일 수 있다는 것입니다.

레이저 용접은 아크 용접 프로세스에 비해 상대적으로 낮은 열 입력으로 높은 종횡비 용접을 생성하는 고출력 밀도 융합 용접 프로세스입니다. 또한, 레이저 용접은 "진공 상태에서" 수행할 수 있으며 근적외선 고체 레이저 빔의 광섬유 전달은 다른 접합 기술에 비해 향상된 유연성을 제공합니다.

 

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레이저 빔 기계 장비

레이저 기계(Laser Machine)
용접용 레이저를 생산하는데 사용되는 기계입니다. 레이저 기계의 주요 구성 요소는 다음과 같습니다.

전원(Power Source)
레이저 빔을 생성하기 위해 레이저 기계에 고전압 전원이 가해집니다.

캠(CAM)
레이저 기계가 컴퓨터와 통합되어 용접 공정을 수행하는 컴퓨터 지원 제조입니다. 레이저에 의한 용접 과정의 모든 제어 작업은 CAM에 의해 수행됩니다. 그것은 용접 공정을 훨씬 더 빠르게 합니다.

캐드(CAD)
이를 Computer-Aided Design이라고 합니다. 용접 작업을 설계하는 데 사용됩니다. 여기에서 컴퓨터는 공작물을 설계하고 용접이 수행되는 방법에 사용됩니다.

차폐 가스(Shielding Gas)
용접 과정에서 w/p가 산화되는 것을 방지하기 위해 차폐 가스를 사용할 수 있습니다.

 

레이저 빔 용접의 작동 원리

레이저 용접은 용접을 형성하기 위해 레이저 빔을 사용하여 금속 또는 열가소성 수지를 함께 결합하는 데 사용되는 공정입니다. 이처럼 집중된 열원이기 때문에 얇은 재료에서는 분당 미터의 높은 용접 속도로 레이저 용접을 수행할 수 있고 두꺼운 재료에서는 사각 모서리 부품 사이에 좁고 깊은 용접을 생성할 수 있습니다.

레이저 빔 용접은 원자의 전자가 약간의 에너지를 받아 여기되는 원리로 작동합니다. 그리고 얼마 후 바닥 상태로 돌아가면 광자를 방출합니다.

이 방출된 광자의 농도는 방사선의 여기된 방출에 의해 증가되고 우리는 고에너지 집속된 레이저 빔을 얻습니다. 방사선의 유도 방출에 의한 광 증폭을 레이저라고 합니다.

처음에 용접기는 원하는 위치에 설정됩니다(결합할 두 금속 조각 사이). 나중에 설정하면 작업을 수행하기 위해 레이저 기계에 고전압 전원이 공급됩니다.

렌즈는 용접이 필요한 영역에 레이저의 초점을 맞추는 데 사용됩니다. CAM은 용접 공정 중 레이저 및 공작물 테이블의 속도를 제어하는 ​​데 사용됩니다.

그것은 기계의 플래시 램프를 시작하고 가벼운 광자를 방출합니다. 빛 광자의 에너지는 루비 결정의 원자에 흡수되고 전자는 더 높은 에너지 수준으로 여기됩니다. 낮은 에너지 상태나 바닥 상태로 돌아갈 때 빛의 광자를 방출합니다.

이 가벼운 광자는 다시 원자의 전자를 자극하여 두 개의 광자를 생성합니다. 이 프로세스는 계속되고 여러 조각을 함께 용접하기 위해 원하는 위치에 사용되는 집중된 레이저 빔을 얻습니다.

 

 

사용되는 레이저의 종류

가스 레이저(Gas lasers)
가스 혼합물을 레이저를 생성하는 레이저 매체로 사용합니다. 질소, 헬륨 및 이산화탄소와 같은 가스 혼합물이 레이저 매체로 사용됩니다.

고체 레이저(Solid-state laser)
합성 루비 크리스탈(산화알루미늄의 크롬), 유리의 네오디뮴(Nd: 유리), 이트륨 알루미늄 석류석의 네오디뮴(Nd-YAG, 가장 일반적으로 사용됨)과 같은 여러 고체 매체를 사용합니다.

파이버 레이저(Fiber laser)
이 유형의 레이저에서 레이저 매체는 광섬유 자체입니다.

 

레이저 빔 머신의 장점

용접 강도(Weld strength)
레이저 용접은 폭이 좁고 깊이 대 너비 비율이 우수하고 강도가 높습니다.

열영향부(Heat affected zone)
열영향부가 제한되어 있고 급속 냉각으로 인해 주변 물질이 소둔되지 않습니다.

금속(Metals)
레이저는 탄소강, 고강도강, 스테인리스강, 티타늄, 알루미늄, 귀금속 및 이종 재료를 성공적으로 용접합니다.

정밀 작업(Precision work)
작고 엄격하게 제어되는 레이저 빔은 소형 부품의 정확한 미세 용접을 가능하게 합니다.

변형(Deformation)
부품의 변형이나 수축이 최소화됩니다.

접촉(No contact)
재료와 레이저 헤드 사이에 물리적 접촉이 없습니다.

단면 용접(One sided welding)
레이저 용접은 한 쪽에서만 접근이 필요한 스폿 용접을 대체할 수 있습니다.

스크랩(Scrap)
레이저 용접은 제어 가능하며 소량의 스크랩을 생성합니다.

 

레이저 빔 기계의 단점

▷ 용접 장비가 고가이므로 이 공정에 대한 비용이 높다.
▷ 충전재가 필요한 경우, 이 과정에서 충전재를 사용하여 생산되는 양이 한정되어 있으므로 상대적으로 고가이다.
▷ 용접 후 작업이 있습니다.
▷ 조인트는 빔 아래에서 측면으로 정확하게 위치해야 합니다.
▷ 조인트의 최종 위치는 빔 충돌 지점과 정확하게 정렬됩니다.
▷ 레이저 빔으로 용접할 수 있는 최대 접합 두께는 다소 제한적입니다.
▷ 재료는 열전도율이 높고 Al 및 Cu 합금과 같은 반사율이 레이저 용접성에 영향을 줄 수 있습니다.
▷ 중간에서 고출력 레이저 용접을 수행하는 동안 용접 재현성을 보장하려면 적절한 플라즈마 제어 장치를 사용해야 합니다.
▷ 레이저는 에너지 변환 효율이 10% 미만인 경향이 있습니다.
▷ LBM의 빠른 응고 특성으로 인해 약간의 용접 다공성 및 취성이 예상될 수 있습니다.

 

레이저 빔 기계의 응용

▷ 자동차 산업에서 두각을 나타내고 있습니다. 따라서 대량 생산이 필요한 분야에서 사용됩니다.
▷ 고정밀 용접에 사용됩니다. 전극을 사용하지 않기 때문에 최종 용접은 가볍지만 강합니다.
▷ 레이저 용접은 보석상 제작에도 자주 사용됩니다.
▷ 레이저 빔 용접은 의료 산업에서 소규모로 금속을 함께 고정하는 데 사용됩니다.