용접은 열을 가하여 두 개 이상의 금속을 접합하는 공정입니다. 용접은 일반적으로 재료를 녹는점까지 가열하여 모재가 녹아 접합부 사이의 틈을 메우고 견고한 결합을 형성하도록 합니다. 레이저 용접은 레이저를 열원으로 사용하는 접합 방식입니다.
사각형 케이스의 고성능 배터리를 예로 들면, 배터리 코어는 여러 부품을 레이저로 접합합니다. 전체 레이저 용접 공정에서 재료 접합 강도, 생산 효율, 불량률은 업계에서 가장 중요하게 고려되는 세 가지 요소입니다. 재료 접합 강도는 금속 조직 침투 깊이와 폭(레이저 광원과 밀접한 관련)으로 나타낼 수 있으며, 생산 효율은 주로 레이저 광원의 가공 능력에 달려 있고, 불량률은 주로 레이저 광원의 선택에 따라 달라집니다. 따라서 본 논문에서는 시중에 나와 있는 일반적인 레이저 광원들을 살펴보고, 몇 가지 광원을 간단히 비교하여 공정 개발자들에게 도움을 주고자 합니다.
왜냐하면레이저 용접본질적으로 빛을 열로 변환하는 과정이며, 관련된 주요 매개변수는 다음과 같습니다: 빔 품질(BBP, M2, 발산각), 에너지 밀도, 코어 직경, 에너지 분포 형태, 적응형 용접 헤드, 가공 공정 범위 및 가공 가능한 재료. 이러한 방향에서 레이저 광원을 분석하고 비교하는 데 주로 사용됩니다.
싱글모드-멀티모드 레이저 비교
단일 모드 다중 모드 정의:
싱글 모드는 2차원 평면상에서 레이저 에너지의 단일 분포 패턴을 의미하며, 멀티 모드는 여러 분포 패턴의 중첩으로 형성된 공간 에너지 분포 패턴을 의미합니다. 일반적으로 빔 품질 계수 M2의 크기를 사용하여 파이버 레이저 출력이 싱글 모드인지 멀티 모드인지 판단할 수 있습니다. M2가 1.3 미만이면 순수 싱글 모드 레이저, M2가 1.3에서 2.0 사이이면 준 싱글 모드 레이저(소규모 모드 레이저), M2가 2.0보다 크면 멀티 모드 레이저입니다.
왜냐하면레이저 용접본질적으로 빛을 열로 변환하는 과정이며, 관련된 주요 매개변수는 다음과 같습니다: 빔 품질(BBP, M2, 발산각), 에너지 밀도, 코어 직경, 에너지 분포 형태, 적응형 용접 헤드, 가공 공정 범위 및 가공 가능한 재료. 이러한 방향에서 레이저 광원을 분석하고 비교하는 데 주로 사용됩니다.
싱글모드-멀티모드 레이저 비교
단일 모드 다중 모드 정의:
싱글 모드는 2차원 평면상에서 레이저 에너지의 단일 분포 패턴을 의미하며, 멀티 모드는 여러 분포 패턴의 중첩으로 형성된 공간 에너지 분포 패턴을 의미합니다. 일반적으로 빔 품질 계수 M2의 크기를 사용하여 파이버 레이저 출력이 싱글 모드인지 멀티 모드인지 판단할 수 있습니다. M2가 1.3 미만이면 순수 싱글 모드 레이저, M2가 1.3에서 2.0 사이이면 준 싱글 모드 레이저(소규모 모드 레이저), M2가 2.0보다 크면 멀티 모드 레이저입니다.
그림에서 볼 수 있듯이, 그림 b는 단일 기본 모드의 에너지 분포를 나타내며, 원의 중심을 통과하는 모든 방향의 에너지 분포는 가우스 곡선 형태를 띕니다. 그림 a는 다중 모드 에너지 분포를 보여주는데, 이는 여러 개의 단일 레이저 모드가 중첩되어 형성된 공간 에너지 분포입니다. 다중 모드 중첩의 결과는 평평한 꼭대기를 가진 곡선 형태를 나타냅니다.
일반적인 단일 모드 레이저: IPG YLR-2000-SM (SM은 Single Mode의 약자). 계산에는 150~250mm의 평행 초점을 사용하여 초점 크기를 계산했으며, 에너지 밀도는 2000W이고, 초점 에너지 밀도를 비교 기준으로 사용했습니다.
단일 모드와 다중 모드의 비교레이저 용접효과
단일 모드 레이저는 코어 직경이 작고 에너지 밀도가 높으며 침투력이 강하고 열영향부가 작아 날카로운 칼과 같은 특성을 지닙니다. 특히 얇은 판재 용접 및 고속 용접에 적합하며, 검류계를 사용하여 미세 부품이나 반사율이 매우 높은 부품(귀, 연결 부품 등) 가공에도 사용할 수 있습니다(위 그림 참조). 단일 모드 레이저는 키홀이 작고 내부 고압 금속 증기량이 제한적이어서 일반적으로 내부 기공과 같은 결함이 발생하지 않습니다. 저속에서는 보호 공기를 분사하지 않으면 표면이 거칠어 보일 수 있지만, 고속에서는 보호 공기를 추가로 분사해야 합니다. 가스 처리 품질이 우수하고 효율이 높으며 용접면이 매끄럽고 평탄하며 수율이 높습니다. 적층 용접 및 관통 용접에 적합합니다.
다중 모드 레이저는 코어 직경이 크고 단일 모드 레이저보다 에너지 밀도가 약간 낮으며, 칼날이 무디고 키홀이 커서 두꺼운 금속 구조물에 적합하고 깊이 대 폭 비율이 작습니다. 또한 동일 출력에서 침투 깊이가 단일 모드 레이저보다 30% 낮기 때문에 맞대기 용접 가공 및 조립 간격이 큰 두꺼운 판재 가공에 적합합니다.
복합 링 레이저 대비
하이브리드 용접: 915nm 파장의 반도체 레이저 빔과 1070nm 파장의 파이버 레이저 빔이 동일한 용접 헤드에서 결합됩니다. 두 레이저 빔은 동축으로 분포되며, 두 레이저 빔의 초점면을 유연하게 조정할 수 있어 제품에 반도체 특성과 파이버 특성을 모두 부여할 수 있습니다.레이저 용접용접 후의 성능. 효과는 밝고 광섬유 특유의 깊이감을 가지고 있습니다.레이저 용접.
반도체에는 종종 400μm 이상의 큰 광점이 사용되는데, 이는 주로 재료를 예열하고, 재료 표면을 녹이고, 파이버 레이저의 재료 흡수율을 높이는 역할을 합니다(재료의 레이저 흡수율은 온도가 증가함에 따라 증가합니다).
링 레이저: 두 개의 광섬유 레이저 모듈이 레이저 광을 방출하고, 이 광은 복합 광섬유(원통형 광섬유 내부에 링형 광섬유가 있는 구조)를 통해 재료 표면으로 전달됩니다.
환형 스폿을 가진 두 개의 레이저 빔: 바깥쪽 링은 키홀 개구부를 확장하고 재료를 용융시키는 역할을 하며, 안쪽 링 레이저는 침투 깊이를 담당하여 초저스패터 용접을 가능하게 합니다. 안쪽 링과 바깥쪽 링 레이저의 출력 코어 직경을 자유롭게 조절할 수 있으며, 코어 직경 자체도 자유롭게 조정할 수 있어 단일 레이저 빔보다 공정 범위가 훨씬 유연합니다.
복합재 원형 용접 효과 비교
하이브리드 용접은 반도체 열전도 용접과 광섬유 심층 침투 용접의 조합이므로, 외륜 침투 깊이가 얕고 금속 조직 구조가 더욱 선명하고 가늘게 나타납니다. 또한, 열전도성이 우수하여 용융 풀의 변동이 적고 범위가 넓으며, 용융 풀이 더욱 안정적이어서 표면이 더욱 매끄럽게 보입니다.
링 레이저는 심층 침투 용접과 심층 침투 용접이 결합된 형태이므로, 외측 링 또한 깊은 침투 깊이를 생성하여 키홀 개구부를 효과적으로 확장할 수 있습니다. 동일한 출력에서 더 깊은 침투 깊이와 더 두꺼운 금속 조직을 얻을 수 있지만, 용융 풀의 안정성은 광섬유 반도체 용접보다 다소 떨어지고, 변동폭은 복합 용접보다 약간 크며, 표면 조도 또한 상대적으로 높습니다.
게시 시간: 2023년 10월 20일
