첨단 가공 도구인 레이저는 산업 용접 분야에서 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다. 기존의 레이저 용접 기술도 용접 결함을 어느 정도 제어할 수 있지만, 고정된 용접 매개변수와 공정으로 인해 그 효과가 제한되는 경우가 많습니다. 최근 레이저 스윙 용접 기술이 등장하여 용접 결함 제어에 대한 새로운 해결책을 제시하고 있습니다. 용접 과정에서 레이저 빔의 스윙을 도입함으로써 용접 풀의 동적 특성을 크게 향상시켜 용접 품질을 최적화할 수 있습니다. 레이저 스윙 용접 기술은 레이저 빔의 정밀 제어와 스윙 기술을 기반으로 효율적이고 고품질의 용접을 구현합니다.
외모 개선:
그 동안용접 공정레이저 빔은 용접 영역 전체를 덮도록 빠르고 정밀하게 스윙됩니다. 빔이 용접 방향을 따라 이동하면서 원형, 8자형, 나선형 등 다양한 형태로 진동합니다. Chen 등은 스윙 레이저를 이용하여 이종 알루미늄 합금을 용접했는데, 스윙 레이저를 사용하지 않은 용접과 비교했을 때 스윙 레이저 용접의 전면 및 후면 용접 형상이 크게 개선되었습니다. 또한, 횡방향 스윙 레이저 용접은 홈의 간극 적응성을 향상시키는 데 사용됩니다. 일부 전도성 연결 공작물에서는 과전류 영역을 확장해야 하고, 금속 연결면을 확장해야 하며, 금속 연결면이 "U"자형이 되도록 레이저 스윙 용접을 적용해야 합니다.
1. (a) 및 (b) 서로 다른 스윙 모드에서 용접 단면 형상 및 용접 크기의 통계; (c) 서로 다른 스윙 모드에서 용접 상부면의 형성.
측벽 융합 불량 개선:
중후판재의 기존 협소 갭 레이저 용접에서는 측벽 불융착 결함이 발생하기 쉬운데, 이는 용접부 내 레이저 에너지 분포가 고르지 못하여 홈 중심부의 열 입력은 크고 측벽의 열 입력은 작아 접합이 제대로 이루어지지 않기 때문입니다. 측벽 불융착 결함을 해결하는 핵심 방안은 측벽에 대한 열 입력을 증가시키는 것입니다. 레이저 용접 공정에서 빔 스윙을 통해 공작물 표면에 레이저 빔 에너지를 보다 균형 있게 분포시킬 수 있습니다. 홈 폭이 변할 경우, 빔 스윙의 진폭을 홈 폭에 맞춰 조정함으로써 측벽에 효과적인 열 입력을 제공할 수 있습니다.
2. 진동 유무에 따른 레이저 용접 시 첫 번째 층(L1)부터 일곱 번째 층(L7)까지의 용접부 거시적 이미지.
기공 결함을 줄이십시오:
레이저 스윙이 용접 기공에 미치는 억제 메커니즘은 미세 기공의 안정성 향상과 용융 금속의 유동성 개선에 기인합니다. 그림 3은 용접 과정 중 추적 입자를 통해 관찰된 용융 풀의 유동 거동을 보여줍니다. 광선의 흔들림은 미세 기공 내에 고주파 및 고속 회전 교반 운동을 유발하여 기포의 넘침을 촉진하고 응고된 기공을 "포획"하는 효과를 나타냅니다. 동시에 광선의 흔들림은 미세 기공의 면적을 증가시켜 기포 형성을 유발하는 불안정 붕괴 가능성을 감소시킵니다.
3. (a) 및 (b) 용접 중 추적 입자의 궤적; 키홀 개구부 영역: (c) 레이저 스윙 없음 (d) 레이저 스윙 있음.
균열 결함을 줄이세요:
열균열은 용접 과정에서 내부 응력과 야금학적 요인의 상호작용으로 발생하는 결함의 일종으로, 용접 열영향부(HAZ)에서 흔히 발견됩니다. 이러한 균열의 발생은 고온에서의 재료 취약성, 용접 응력, 그리고 재료의 화학적 조성과 관련이 있습니다. 기존의 레이저 용접 기술은 용접 과정에서 열균열을 발생시킬 수 있는데, 주요 원인은 다음과 같습니다. 첫째, 레이저 용접의 높은 에너지 투입으로 인해 용접 부위가 급격하게 가열 및 냉각되어 큰 열 구배와 열응력이 발생합니다. 둘째, 용접 과정 중 발생하는 야금학적 반응으로 인해 융점이 낮은 불순물 원소가 석출되어 취성상이 형성되고 균열 발생 민감도가 증가할 수 있습니다. 마지막으로, 재료의 급속 응고로 인해 미세구조가 불균일해지고, 그림 4에서와 같이 주상 결정의 성장 방향이 용융 풀에서 중심으로 향하게 됩니다. 이 경우 균열 발생 민감도가 크게 증가합니다.
4. 레이저 용접 응고 방식 (a) 일반 레이저 용접 (b) 스윙 레이저 용접.
진동 레이저 용접 기술은 진동 레이저 빔을 도입함으로써 열 균열 발생을 효과적으로 줄이거나 제거할 수 있습니다. 진동 레이저 용접 공정 중 레이저 빔의 주기적인 진동은 용융 풀 내 금속의 흐름을 촉진하여 미세 구조의 균일성을 향상시키고, 그림 5에서와 같이 용융 풀 중심부에서 결정립이 동축으로 성장하게 합니다. 이러한 동축 결정립은 균열 전파를 방지하는 보호 장벽 역할을 하고, 추가적인 균열 전파를 막는 단열층 역할을 합니다. 동시에 진동 레이저는 구성 요소 편석으로 인한 취성상 형성을 줄여 열 균열 발생 위험을 감소시킵니다.
5. (A) 기존 레이저 용접의 응고 미세구조 특성 (B) 레이저 스윙 용접(CCW)의 응고 미세구조 특성.
레이저 자가융착 용접과 비교했을 때, 스윙 레이저 용접 기술은 기공 발생 경향을 줄이고 측벽 불융착과 같은 결함을 개선하는 효과적인 방법으로 인정받고 있습니다. 레이저 빔이 용융 풀을 교반하는 효과 덕분에 틈새 맞춤을 개선하고 미세 구조 균일성을 향상시키며 결정립을 미세화하는 데 상당한 이점이 있습니다. 레이저 스윙 용접 기술의 적용으로 레이저 용접의 활용 범위가 더욱 넓어지고, 대형 공작물 및 넓은 용접부에 대해서도 효율적인 정밀 레이저 용접이 가능해짐에 따라 제품의 기본 공정 및 조립 정밀도에 대한 요구 사항이 완화됩니다.
게시 시간: 2025년 2월 21일
