코어 직경이 다른 레이저의 용접 효과 비교
금속 재료의 레이저 가공은 주로 광열 효과를 이용한 열처리입니다. 레이저가 재료의 표면에 조사되면 재료의 표면적은 다양한 출력 밀도에 따라 다양한 변화를 겪게 됩니다. 이러한 변화에는 표면 온도 증가, 용융, 기화, 열쇠 구멍 형성 및 광플라스마 생성이 포함됩니다. 더욱이, 재료 표면 영역의 물리적 상태 변화는 재료의 레이저 광 흡수에 큰 영향을 미칩니다. 일반적으로 온도가 높을수록 재료의 레이저 광 흡수율이 높아집니다. 전력 밀도와 작용 시간이 증가함에 따라 금속 재료는 그림 1[1]과 같이 다음과 같은 물리적 상태 변화를 겪게 됩니다.
레이저 용접에는 열 전달과 열 전도라는 두 가지 핵심이 있습니다. 열 전달은 열원, 전력 밀도 및 라인 에너지와 관련됩니다. 공기 흐름을 미세 조정합니다. 용접 공정에서는 열원, 전력 밀도 및 라인 에너지가 주로 조정됩니다. 관련된 공정 매개변수에는 레이저 코어 직경, 출력, 속도 및 초점 흐림 정도의 선택이 포함됩니다. 이 기사가 주로 코어 직경이 다른 레이저에 초점을 맞추고 있으며 주로 다양한 전력 밀도와 관련되어 있다는 점을 고려하면 그림 2는 전력 밀도의 간단한 계산 공식을 보여줍니다.
용접 공정의 흡수율에 따라 레이저 용접에는 두 가지 주요 유형이 있습니다. 하나는 열전도 용접(깊이-폭 비율)입니다.<1, laser absorption rate of red light is within 20%, and different wavelengths are different), and the other is deep penetration welding (Aspect ratio > 1, the absorption rate is greater than the absorption rate of the molten pool of the material, more than 60%, mainly due to the multiple reflection and absorption of the laser in the keyhole).
레이저 열전도 용접:
레이저 조사량이 다르면 재료 상태가 달라지며 이는 레이저 열전도 용접과 레이저 심용입 용접이라는 두 가지 일반적인 용접 모드로 용접 공정에 반영됩니다. 두 가지의 열전달 과정, 용접 형성 메커니즘, 공정 특성 및 적용 범위는 매우 다릅니다.
레이저 열전도 용접 모드:
열전도 용접 시 가공물 표면에 조사되는 레이저 조사량은 10E4~10E6W/cm 범위이며, 레이저 에너지는 표면의 10~100m 두께의 얇은 층에 흡수됩니다. 표면의 레이저 에너지는 열전도에 의해 재료 내부로 전달되며, 레이저는 직접 닿을 수 없습니다. 일정 기간 레이저를 조사한 후 표면이 용융에 도달하고 이 용융 등온선이 재료 깊숙이 전파되어 표면 온도가 계속 상승합니다. 그러나 가장 높은 온도는 재료의 끓는점에만 도달할 수 있습니다. 온도가 아무리 높아도 재료가 기화하여 구덩이를 형성하고 안정적인 열전도 용접 공정이 파괴되고 용융 풀이 진동하여 재료가 불에 탔다. 일반적으로 열전도 용접은 박판에 주로 사용됩니다. 이 경우에는 종료해야 합니다. 레이저 빔과 가공물의 상대적인 움직임으로 그림 3과 같이 얕고 넓은 용접 이음새가 형성됩니다. 용접 이음새의 깊이 대 너비 비율은 작고 용접 이음새의 너비는 일반적으로 침투깊이의 2배 이상. 아래 그림은 일반적인 레이저 열전도 용접 이음매의 단면 모양을 보여 주며, 용접 이음매의 모양은 대략 반구형입니다.
다양한 코어 직경 레이저 비교:
(1) 실험 속도는 150mm/s, 초점 위치는 용접되고 재료는 1 시리즈 알루미늄이며 두께는 2mm입니다.
(2) 코어 직경이 클수록 융합 폭이 커지고 열 영향 영역이 커지고 단위 전력 밀도가 작아집니다. 코어 직경이 200um를 초과하면 알루미늄 및 구리와 같은 고반응 합금에 대한 용입 깊이를 달성하기가 쉽지 않으며 더 높은 전력이 필요하므로 깊은 용입 용접을 달성할 수 있습니다.
(3) 코어 직경이 작은 레이저는 출력 밀도가 높고 높은 에너지로 재료 표면에 열쇠 구멍을 빠르게 뚫을 수 있으며 열 영향 영역이 작지만 동시에 용접 표면이 거칠기 때문에 저속 용접 중에는 열쇠 구멍 붕괴 확률이 높고 용접 사이클 중에 열쇠 구멍이 닫힙니다. 사이클이 길고 결함, 기공 및 기타 결함이 발생하기 쉽고 고속 가공 또는 스윙 트랙 가공에 적합합니다.
(4) 대구경 레이저는 큰 스폿과 분산된 에너지로 인해 레이저 표면 재용해, 클래딩, 어닐링 및 기타 공정에 더 적합합니다.
반사율이 높은 재료: 알루미늄, 구리, 스테인레스 스틸, 니켈, 몰리브덴 등;
(1) 반사율이 높은 재료는 작은 직경의 레이저를 선택해야 합니다. 고출력 밀도 레이저 빔을 사용하여 재료를 액화 또는 기화 상태로 빠르게 가열하고 재료의 레이저 흡수율을 향상시키며 효율적이고 빠른 가공을 달성합니다. 코어 직경이 큰 레이저를 선택하는 것은 쉽습니다. 반사율이 높아지고 가상 용접이 발생하며 심지어 레이저가 소진되기도 합니다.
균열에 민감한 재료: 니켈, 니켈 도금 구리, 알루미늄, 스테인레스 스틸, 티타늄 합금 등
(2) 이러한 종류의 재료는 일반적으로 열 영향부의 엄격한 제어가 필요하며 작은 용융 풀이 필요합니다. 작은 직경의 레이저를 선택하는 것이 더 적절합니다.
고속 레이저 가공:
(3) 심용입 용접에는 고속 레이저 가공이 필요하며, 특히 랩 용접, 관통 용접 및 용접의 경우 재료를 고속으로 녹일 수 있을 만큼 라인 에너지가 충분하도록 에너지 밀도가 높은 레이저를 선택해야 합니다. 높은 침투 깊이가 필요한 기타 소형 코어. 방사형 레이저가 더 적합합니다.
Advantages and applications of large core lasers (>100um):
큰 코어 직경과 큰 스폿, 큰 열 적용 영역, 넓은 작용 표면, 그리고 재료 표면에서만 미세 용융을 달성하므로 레이저 클래딩, 레이저 재용융, 레이저 어닐링, 레이저 경화 등의 응용 분야에 매우 적합합니다. 영역이 넓다는 것은 생산성이 높고 결함이 낮다는 것을 의미합니다(열전도 납땜은 결함이 거의 없음).
용접 측면에서 큰 스폿은 주로 복합 용접에 사용되며 작은 코어 직경의 레이저와 결합하는 데 사용됩니다. 큰 스폿은 재료 표면을 약간 녹여 고체에서 액체로 변형시켜 흡수율을 크게 향상시킵니다. 이 공정에서는 큰 스폿의 예열, 후처리 및 용융 풀에 부여된 큰 온도 구배로 인해 재료에 균열 결함이 발생하기 쉽지 않습니다. 급속 가열과 급속 냉각으로. 이는 용접 모양을 더욱 매끄럽게 만드는 동시에 단일 레이저 솔루션보다 스패터를 줄일 수 있습니다.
