레이저 절단은 집중된 고출력 밀도의 레이저 빔을 공작물에 조사하는 열 절단 방식입니다. 이로 인해 조사된 재료는 급속하게 녹거나, 기화되거나, 삭마되거나, 발화점에 도달하게 됩니다. 동시에 레이저 빔과 동축으로 흐르는 고속 공기 흐름이 녹은 재료를 날려 보내면서 공작물을 절단합니다.
레이저 절단의 분류 및 특징
레이저 절단은 레이저 증발 절단, 레이저 융합 절단, 레이저 산소 절단, 레이저 스크라이빙 및 제어 파단 등 네 가지 유형으로 나눌 수 있다.
레이저 증발 절단은 고에너지 밀도의 레이저 빔을 사용하여 가공물을 가열하고, 매우 짧은 시간 안에 재료의 끓는점까지 온도를 급격히 높여 재료를 기화시켜 증기를 발생시키는 방식입니다. 이 증기는 고속으로 분출되면서 재료에 절단면을 만들어냅니다. 대부분의 재료는 기화열이 높기 때문에 레이저 증발 절단에는 상당한 출력과 출력 밀도가 필요합니다.
레이저 융합 절단은 레이저를 이용하여 금속 재료를 가열하고 녹이는 방식입니다. 그런 다음, 산화되지 않는 가스(예: 아르곤, 헬륨, 질소 등)를 레이저 빔과 동축인 노즐을 통해 분사합니다. 고압의 가스가 용융된 금속을 밀어내면서 절단면을 형성합니다. 증발 절단과 달리, 이 방법은 재료를 완전히 증발시킬 필요가 없으며 증발 절단에 필요한 에너지의 1/10밖에 소모하지 않습니다. 주로 스테인리스강, 티타늄, 알루미늄 및 이들의 합금과 같이 산화되기 어렵거나 반응성이 낮은 금속을 절단하는 데 사용됩니다.
레이저 산소 절단
레이저 산소 절단의 원리는 산소아세틸렌 절단과 유사합니다. 레이저는 예열 열원으로 작용하고, 산소와 같은 활성 가스가 절단 가스로 사용됩니다. 분사된 가스는 절단 대상 금속과 반응하여 산화 반응을 일으키고, 이 과정에서 많은 산화열을 발생시킵니다. 또한, 반응 영역에서 발생한 용융 산화물과 금속을 날려 보내면서 금속에 절단면을 형성합니다. 절단 과정에서 발생하는 산화 반응으로 인해 상당한 열이 발생하므로, 레이저 산소 절단은 융접 절단에 비해 절반의 에너지만으로도 가능하며, 절단 속도는 증발 절단이나 융접 절단보다 훨씬 빠릅니다. 주로 탄소강, 티타늄강, 열처리강과 같은 산화성 금속 재료에 적용됩니다.
레이저 스크라이빙은 고에너지 밀도의 레이저를 사용하여 취성 재료의 표면을 스캔하고 미세한 홈을 새겨 넣는 방식입니다. 그런 다음 특정 압력을 가하면 취성 재료가 홈을 따라 파괴됩니다. 레이저 스크라이빙에는 Q-스위치 레이저와 CO₂ 레이저가 일반적으로 사용됩니다. 제어 파괴는 레이저 홈 가공 중에 발생하는 급격한 온도 분포를 이용하여 취성 재료에 국부적인 열 응력을 발생시켜 새겨진 홈을 따라 파괴되도록 하는 기술입니다.
레이저 절단의 응용 분야
대부분의 레이저 절단기는 수치 제어(NC) 프로그램으로 작동되거나 절단 로봇으로 구성됩니다. 정밀 가공 방식인 레이저 절단은 얇은 금속판의 2D 또는 3D 절단을 포함하여 거의 모든 재료를 절단할 수 있습니다. 항공우주 분야에서 레이저 절단 기술은 주로 티타늄 합금, 알루미늄 합금, 니켈 합금, 크롬 합금, 스테인리스강, 산화베릴륨, 복합재료, 플라스틱, 세라믹, 석영과 같은 특수 항공우주 소재를 절단하는 데 사용됩니다. 레이저 절단으로 가공되는 항공우주 부품에는 엔진 화염관, 박판 티타늄 합금 케이스, 항공기 기체, 티타늄 합금 외피, 날개 스트링거, 꼬리 날개 패널, 헬리콥터 주 로터, 우주왕복선 세라믹 단열 타일 등이 있습니다.
게시 시간: 2025년 12월 8일
