레이저 용접 기본 가이드

레이저 용접 기본 사항

레이저 용접은 용접되는 부품의 한쪽에서 용접 영역에 접근해야 하는 비접촉 공정입니다.

• 강렬한 레이저 광선이 일반적으로 밀리초 단위로 계산되는 재료를 빠르게 가열하면서 용접이 형성됩니다.

• 일반적으로 세 가지 유형의 용접이 있습니다.

– 전도 모드.

– 전도/침투 모드.

– 관통 또는 열쇠 구멍 모드.

• 전도 모드 용접은 얕고 넓은 용접 너깃을 형성하는 낮은 에너지 밀도에서 수행됩니다.

• 전도/침투 모드는 중간 에너지 밀도에서 발생하며 전도 모드보다 더 많은 침투를 나타냅니다.

• 관통 또는 키홀 모드 용접은 깊고 좁은 용접이 특징입니다.

– 이 모드에서 레이저 광은 재료 안으로 확장되고 레이저 광이 재료에 효율적으로 전달될 수 있도록 도관을 제공하는 "열쇠 구멍"으로 알려진 기화된 재료 필라멘트를 형성합니다.

– 재료에 에너지를 직접 전달하는 방식은 전도에 의존하지 않고 침투를 이루기 때문에 재료로의 열을 최소화하고 열 영향 영역을 줄입니다.

전도 용접

• 전도 접합은 레이저 빔이 초점을 맞추는 일련의 공정을 설명합니다.

– 10³ Wmm⁻²

정도의 전력 밀도 제공

– 재료를 융합하여 상당한 기화 없이 조인트를 생성합니다.

• 전도 용접에는 두 가지 모드가 있습니다.

– 직접 가열

– 에너지 전달.

직접 가열

• 직접 가열 중

– 열 흐름은 표면 열원의 고전적인 열 전도에 의해 좌우되며 용접은 모재의 녹는 부분에 의해 이루어집니다.

• 최초의 전도 용접은 1960년대 초에 이루어졌으며 와이어 커넥터에 저출력 펄스 루비와 CO2 레이저를 사용했습니다.

• 전도 용접은 다음을 사용하여 다양한 구성의 와이어 및 얇은 시트 형태의 광범위한 금속 및 합금으로 만들 수 있습니다.

– CO2 , Nd:YAG 및 수십 와트 정도의 출력 레벨을 가진 다이오드 레이저

– CO2 레이저 빔에 의한 직접 가열은 폴리머 시트의 겹침 및 맞대기 용접에도 사용할 수 있습니다.

전송 용접

• 투과 용접은 Nd:YAG의 근적외선을 투과하는 폴리머와 다이오드 레이저를 접합하는 효율적인 수단입니다.

• 에너지는 새로운 계면 흡수 방식을 통해 흡수됩니다.

• 복합재료는 매트릭스와 보강재의 열적 특성이 유사하다면 결합될 수 있습니다.

• 전도 용접의 에너지 전달 모드는 근적외선 복사를 전달하는 재료, 특히 폴리머에 사용됩니다.

• 흡수 잉크는 랩 조인트의 인터페이스에 배치됩니다. 잉크는 레이저 빔 에너지를 흡수하여 제한된 두께의 주변 재료로 전도되어 용접된 조인트로 응고되는 용융된 계면 필름을 형성합니다.

• 접합부의 외면이 녹지 않고 두꺼운 부분의 랩 접합부를 제작할 수 있습니다.

• 맞대기 용접은 조인트의 한쪽 면에 있는 재료를 통해 비스듬히 조인트 라인 쪽으로 에너지를 전달하거나 재료가 높은 투과율을 나타내는 경우 한쪽 끝에서 에너지를 전달하여 만들 수 있습니다.

레이저 납땜 및 납땜

• 레이저 솔더링 및 브레이징 공정에서 빔을 사용하여 필러 첨가물을 녹여 모재를 녹이지 않고 접합부의 가장자리를 적십니다.

• 레이저 납땜은 인쇄 회로 기판의 구멍을 통해 전자 부품의 리드를 접합하기 위해 1980년대 초에 인기를 얻기 시작했습니다. 공정 매개변수는 재료 속성에 의해 결정됩니다.

관통 레이저 용접

• 높은 전력 밀도에서 에너지를 흡수할 수 있으면 모든 재료가 증발합니다. 따라서 이러한 방식으로 용접할 때 일반적으로 증발에 의해 구멍이 형성됩니다.

• 이 "구멍"은 용융된 벽이 뒤에서 밀봉된 상태로 재료를 통과합니다.

• 결과는 "열쇠 구멍 용접"으로 알려져 있습니다. 이것은 평행한 측면의 융합 영역과 좁은 폭이 특징입니다.

레이저 용접 효율성

• 이러한 효율성 개념을 정의하는 용어를 "결합 효율성"이라고 합니다.

• 접합 효율은 (mm2 접합 /kJ 공급)의 단위를 갖는다는 점에서 진정한 효율이 아닙니다.

– 효율성 =V.t/P(절단 시 비에너지의 역수) 여기서 V =이송 속도, mm/s; t =용접 두께, mm; P =입사 전력, KW.

조인 효율성

• 접합 효율 값이 높을수록 불필요한 가열에 소비되는 에너지가 적습니다.

– 낮은 열영향부(HAZ).

– 낮은 왜곡.

• 저항용접은 용접하고자 하는 고저항 계면에서만 융해 및 HAZ 에너지가 발생하기 때문에 저항용접이 가장 효율적이다.

• 레이저 및 전자빔도 효율이 좋고 출력 밀도가 높습니다.

프로세스 변형

• Arc Augmented Laser Welding.

– 레이저 빔 상호 작용 지점에 가깝게 장착된 TIG 토치의 아크는 레이저 생성 핫스팟에 자동으로 고정됩니다.

– 이 현상에 필요한 온도는 주변 온도보다 약 300°C 높습니다.

– 그 효과는 회전 속도 때문에 불안정한 아크를 안정화시키거나 안정적인 아크의 저항을 줄이는 것입니다.

– 잠금은 낮은 전류로 인해 느린 음극 제트가 있는 아크에서만 발생합니다. 즉, 80A 미만의 전류에 대한 것입니다.

– 아크는 레이저와 동일한 면에 있으므로 자본 비용을 약간만 증가시키면서 용접 속도를 두 배로 늘릴 수 있습니다.

• 트윈 빔 레이저 용접

– 두 개의 레이저 빔을 동시에 사용하는 경우 용접 풀 형상과 용접 비드 모양을 제어할 가능성이 있습니다.

– 두 개의 전자빔을 사용하여 열쇠 구멍이 안정화되어 용접 풀에 더 적은 파도가 발생하고 더 나은 침투와 비드 모양을 제공할 수 있습니다.

– 엑시머와 CO2 레이저 빔 조합은 알루미늄 또는 구리와 같은 높은 반사율 재료의 용접을 위해 향상된 결합을 보여 얻을 수 있었습니다.

– 강화된 결합은 주로 다음과 같은 이유로 고려되었습니다.

• 엑시머로 인한 표면 잔물결에 의한 반사율 변경

• 엑시머 생성 플라즈마를 통한 커플링으로 인한 2차 효과 코이닝.