기존 용접 방식과 비교했을 때,레이저 용접낮은 열 입력, 빠른 용접 속도, 작은 열영향부 등 상당한 이점을 가지고 있습니다.
최근 몇 년 동안 레이저 용접은 자동차 산업, 조선 산업, 원자력 발전 산업, 항공우주 산업에서 널리 사용되고 있습니다.
항공 산업을 비롯한 첨단 산업에서 사용이 점점 확대되고 있으며, 완제품 장비의 가격이 하락함에 따라 일상적인 하드웨어 공급에도 이러한 기술이 적용되고 있습니다.
그리고 다른 생활 관련 응용 분야들이 빠르게 성장하기 시작했습니다. 하지만 동시에 단일 레이저 용접에는 몇 가지 단점도 있습니다.
점점 더 다양해지는 요구사항을 충족할 수 없습니다. 첫째, 단일 레이저 용접 시 용접 조립 틈새에 대한 요구사항이 매우 엄격합니다.
일반적으로 0.2mm 미만의 간격이 필요하며, 그렇지 않으면 양호한 연결을 얻기 어렵습니다. 둘째,단일 레이저 용접용접 균열에 매우 민감합니다.
용접 균열이 발생하기 매우 쉽고, 용접부의 조성을 조정하여 균열 발생을 제어할 수 없습니다. 셋째, 단일
레이저 용접은 두꺼운 판재를 용접할 때 초고출력 레이저를 필요로 하며, 용접 침투력은 전적으로 레이저 출력에 달려 있습니다.
용접 품질을 완벽하게 보장할 수는 없습니다.
다양한 산업 발전의 요구를 충족하기 위해 레이저 용접 방법 또한 개선되어 왔으며, 본 논문과 같은 그에 따른 발전이 이루어졌습니다.
레이저 와이어 충진 용접 및 기타 용접 방법에 대해 설명한다. 레이저 와이어 충진 용접은 단일 레이저 용접을 기반으로 개발되었다.
단일 레이저 용접과 비교했을 때, 다음과 같은 분명한 장점이 있습니다:
①용접 공정에 용접 와이어를 첨가하면 용접 풀의 금속량이 크게 증가하고 용접 부위를 연결할 수 있으므로 공작물의 조립 요구 사항이 크게 줄어듭니다.
용접 간격을 넓히면서 용접 부위를 더욱 꽉 채우십시오.
용접 와이어의 조성이 용접 이음매의 모재 조성과 다르기 때문에 용접 부위의 미세 구조 특성을 제어할 수 있다.
용접 와이어가 용접 풀에 융합된 후에는 용접 풀의 품질, 구성 및 비율을 조정하여 응고 과정과 미세 구조 형성을 제어할 수 있습니다.
(3) 선 에너지 입력이 작고 열영향부 및 열변형이 작아 변형 요구 사항이 엄격한 공작물을 용접하는 데 매우 유리합니다.
④용접 와이어를 용접 공정에 추가하면 다중 용접이 가능하므로 더 낮은 레이저 출력으로 더 두꺼운 재료를 용접할 수 있습니다.
용접 풀의 금속 부피가 상당히 커지므로 용접부를 벌려 용접부의 실제 크기를 줄일 수 있습니다.
레이저 용접 두께를 조절하여 다채널 레이저 와이어 용접으로 두꺼운 판재를 용접할 수 있습니다.
레이저 와이어 용접과 레이저 와이어 용접의 차이점
레이저 와이어 필러 용접의 형태는 그림 1에 나타나 있으며, 이는 그림 2에 나타난 레이저 와이어 필러 브레이징과는 다릅니다. 두 용접 방법의 기본 요소는 다음과 같습니다.
일관성 있는 용접 과정은 레이저 빔, 용접 와이어, 용접 부품, 보호 가스 등으로 구성되며, 실제 필요에 따라 추가 여부를 결정합니다.
주요 장비는 와이어 공급기, 용접기, 와이어 필러 용접 연질 건 헤드, 용접 헤드, 고출력 레이저입니다.
그림 1 레이저 와이어 융합 용접
그림 2 레이저 와이어 브레이징
두 용접 방식의 외형적인 형태는 기본적으로 차이가 없지만, 본질적인 차이는 상당합니다. 레이저 와이어 용접의 경우,
일반적으로 그림 3에서와 같이 고출력 파이버 레이저를 사용하는 경우, 레이저는 용접 와이어뿐만 아니라 모재 금속을 녹여야 합니다.
레이저 심층 용접의 특수한 구멍 효과는 모재에 깊은 용융 풀을 형성하고, 용접 와이어의 구성 성분이 모재의 금속 성분과 완전히 혼합되도록 합니다.
새로운 혼합 용융 풀이 형성되며, 이 혼합 용융 풀의 원소 조성, 비율 및 품질은 용접 와이어 및 모재보다 우수합니다.
따라서, 모재 자체의 성능 결함에 따라 적절한 용접 와이어를 용접 공정에 첨가함으로써 용접 효율을 향상시킬 수 있다.
외관상으로는 용접부의 균열 저항성, 피로 저항성, 부식 저항성, 마모 저항성 등의 특성이 의도적으로 향상됩니다.
또한, 레이저 와이어 용접은 미세한 구멍 효과를 내면서 깊은 침투 용접이 가능하기 때문에 다중 채널 적층 용접이 가능합니다.
용접 비드의 아래쪽 두 층이 완전히 융합되어 융합 불량과 같은 심각한 결함을 방지하므로 두꺼운 이음매를 용접할 수 있습니다.
언제레이저 와이어브레이징에는 일반적으로 그림 4에 나타낸 바와 같이 고출력 반도체 레이저가 사용됩니다.
용접 와이어에서는 아주 소량의 레이저만이 용접부에 작용하여 용접면의 금속을 소량 녹이고, 용융 풀은 거의 완전히 녹습니다.
용접 와이어는 성형되므로 용접 성능은 주로 용접 와이어의 원소 구성 및 비율과 용접 부위의 용융된 용접 와이어에 따라 달라집니다.
레이저 와이어 브레이징의 주된 목적은 용접 접합부에 특정 강도를 확보하는 것입니다.
또한 밀봉 및 레이저 와이어 브레이징은 다중 채널 적층 용접이 불가능하며, 용접부의 상하 두 층이 기본적으로 완전히 접합되지 않습니다.
완전히 융합된 이 관절의 기계적 특성은 매우 떨어집니다.
레이저 와이어 용접의 응용 분야
레이저 와이어 필러 용접 기술의 발전과 레이저 출력 한계의 증가로 적용 범위가 확대되고 있습니다.레이저 와이어 필러 용접
점점 더 광범위해지고 있으며, 주로 다음과 같은 측면에서 그렇습니다.
알루미늄 합금의 레이저 와이어 용접
일반적으로 알루미늄 합금은 레이저에 대한 반사율이 높고 열전도율이 높기 때문에 레이저 용접에 적합합니다.
레이저 출력이 높을 경우, 알루미늄 합금에 함유된 저비점 원소(마그네슘, 아연 등)의 심각한 증발 및 연소 손실이 발생할 수 있습니다.
동시에 용융 금속 풀의 낮은 표면 장력은 용접부의 응고 특성에 영향을 미치며, 이러한 이유로 레이저 용접 알루미늄 합금에서 문제가 발생합니다.
용접 이음매의 기계적 특성 저하, 용접 성형 불량, 기공 및 균열 등 여러 가지 문제가 심각합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 레이저를 사용하여 용접 와이어를 채웁니다.
알루미늄 합금을 용접하면 이러한 문제들이 크게 개선될 것입니다.
①레이저 와이어 용접은 용접면의 함몰을 개선하여 용접 품질을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.유형 및 용접 과정에서 발생하는 비산량이 적습니다.
②용접 와이어를 첨가하면 용접부에서 원통형 결정의 결정 배향에 영향을 미칠 뿐만 아니라 용접부의 점도를 낮출 수도 있습니다.중심부의 기둥형 결정의 상대적 성장에 의해 생성된 결정 계면은 용접 형성을 개선하고 재료의 레이저 흡수율도 향상시킵니다.
용융 폭이 증가함에 따라 미세 경도는 약간 감소하고, 최적화된 공정 매개변수 하에서 접합부의 인장 강도와 연신율은 크게 향상될 것입니다.
개선; (3) 적절한 공정 매개변수를 사용한 용접은 내부 결함이 거의 없고, 미세 경도가 HV60 이상이며, 접합부 열영향부가 양호한 결과를 얻을 수 있습니다.
해당 부위의 용접 접합부에서 뚜렷한 연화 현상은 관찰되지 않았으며, 인장 시험 중 파손은 모재 부위에서 발생했습니다.
이종 금속의 레이저 와이어 용접
까다로운 작업 환경이나 비용 절감 등의 이유로 공작물의 여러 부분을 동시에 가공해야 하는 경우가 종종 있습니다.
내식성, 높은 비강도, 내열성, 내마모성, 높은 전도성, 우수한 방열성 등과 같은 특수한 성질을 지니지만, 대다수는 그렇지 않습니다.
금속 재료는 동시에 여러 가지 두드러진 특성을 가질 수 없으며, 특수한 특성을 가진 금속 재료는 종종 특정 성질만을 띠는 경우가 많습니다.
희소하고 비싸서 대량으로 사용할 수 없으므로, 특수한 성질을 가진 다양한 재료를 조합하여 효과적인 연결을 이룰 수 있다면 좋을 것입니다.
사용 요구사항을 충족할 수 있습니다. 이종 금속 재료의 물리적 및 화학적 특성 차이는 일반적으로 크며, 이는 용접 과정에서 불가피합니다.
금속간 화합물의 형성은 용접 이음매의 성능에 큰 영향을 미치는데, 특히 취성 금속간 화합물은 용접 부위의 균열 발생을 매우 쉽게 만듭니다.
레이저 하나만으로 이종 금속 접합부를 직접 용접하는 것은 매우 어렵고, 공정 안정성을 제어하기도 힘듭니다.
재현성이 떨어집니다. 다수의 학자와 전문가들은 레이저 와이어 용접이 이종 금속 용접에 비교적 적합하며, 따라서 적절한 선택이라고 평가했습니다.
용접봉은 금속간 화합물 형성을 어느 정도 억제할 수 있으며, 용접부의 역학적 특성을 크게 향상시킬 수 있다.
성능:
①레이저 와이어 충진 용접으로 용접된 Mg/Cu 겹침 접합부는 적절한 공정 매개변수 하에서 양호한 형태로 형성될 수 있습니다.특정 강도를 가진 이종 금속 접합부의 최대 전단 강도는 164.2MPa에 달할 수 있으며, 이는 마그네슘 합금 모재의 64%에 해당합니다.
② 알루미늄/티타늄 겹침 이음 및 맞대기 이음 용접에 대한 연구를 수행한 결과, 직사각형 광점을 사용할 때 용접 공정이 안정적이고 잘 형성되는 것으로 나타났습니다.아름다운 외관, 폭넓은 공정 매개변수 범위, 높은 용접 품질, 최대 인장 강도는 알루미늄 합금 모재의 94%에 달합니다.용접 성형성을 향상시키십시오.베어링 용도로 사용되는 공작물의 경우, 용접부가 무너지면 유효 두께가 줄어들고, 용접부가 서로 맞물리면 기계적 특성이 저하됩니다.
용접부 가장자리에 응력 집중이 발생하여 기계적 특성이 저하될 수 있습니다. 외관이 중요한 공작물의 경우, 용접부가 무너지면 문제가 발생할 수 있습니다.
모서리가 걸리거나 물어뜯기는 현상은 심각한 시각적 영향을 미칠 수 있으며 용납할 수 없습니다. 완벽한 용접을 위해서는 레이저 와이어 용접이 필요합니다.
이 방법은 용접 와이어가 용융 풀에 융합되면서 용융 풀의 부피를 효과적으로 증가시켜 용접 부위가 완전히 채워지도록 해주기 때문에 매우 효과적입니다.
물린 부위 가장자리 결함.
접합부 간격이 큰 공작물의 경우 (일반적으로)≥두께가 0.3mm 미만인 경우, 단일 레이저 용접으로는 효과적인 연결을 달성하기 어렵고, 단순히 채워 넣는 방식으로만 연결할 수 있습니다.
추가 재료를 사용하여 용접 틈을 메울 수 있으므로 레이저 와이어 용접은 매우 효과적인 해결책입니다.
좁은 틈 필렛 용접
좁은 갭 레이저 와이어 충진 용접은 소형 및 중형 출력의 레이저를 사용하여 중후판의 효과적인 용접을 실현할 수 있으며, 단순히 용접을 추가하는 것 이상의 효과를 제공합니다.
와이어를 사용하여 용접 금속의 구성과 구조를 변경하고 용접 접합부의 전반적인 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 단일 레이저 용접의 경사도 또한 개선합니다.
입구 간극의 적응성과 내결함성이 우수하고, 용접부의 열영향부가 좁으며, 용접부의 응력 또한 작아 작업 효율이 매우 높습니다.
따라서 최근 몇 년 동안 많은 전문가와 학자들이 이에 대한 관련 연구를 수행해 왔습니다.
①좁은 간격의 레이저 와이어를 사용하여 다중 채널을 채웁니다.용접 방법을 이용하여 40mm 두께의 Q345D 해양용 강판을 용접한 결과, 적절한 용접 공정 매개변수를 사용하면 양호한 형상을 얻을 수 있음을 보여줍니다.
기공이 없고, 용융 불량 등의 결함이 없는 용접 접합부이며, 용접 중심부의 충격 인성이 우수하고, 용접부의 인장 강도가 모재보다 높다.
②두께 50mm의 로터 강재는 좁은 간격의 레이저 와이어 충진 다중 패스 용접으로 용접되었으며, 그 결과 용접 공정 매개변수가 적합한 것으로 나타났습니다.
성형성이 우수하고 측벽 불융착 등의 결함이 없으며, 접합부의 충격 인성은 감소하지만 인장 강도는 모재보다 높다.
목재;③두께 20mm의 5083 알루미늄 합금에 대한 좁은 갭 레이저 와이어 충진 용접을 연구하고, 적절한 용접 공정 매개변수를 도출하였다.
기공이 적고 비융착과 같은 결함이 없는 용접 접합부를 얻을 수 있습니다.
적용 사례 및 장비와 공정 매개변수 권장 사항
1. 적용 사례
용접 성형성 향상
요구 사항: 1mm 및 3mm 스테인리스강 용접, 용접 이음매에 기공이 없어야 하며 성형 상태가 양호해야 합니다.
장비: RFL-C4000 (광섬유 코어 직경 200)μm), 와이어 공급 장치, 용접 헤드.
표 5 홈 모양 및 크기 권장 사항
결과: 그림 5에서 볼 수 있듯이 성형 상태는 양호했고 용접 부위에는 기공이 없었습니다.
그림 5 용접 형성 및 단면 형상
좁은 갭 레이저 와이어 충진 다중 패스 용접
요구 사항: 18mm 두께의 Q345 해양용 강판을 용접하여 용접 구멍 수를 최소화하고, 비융착이 없으며, 접합부는 인장 강도를 가져야 합니다.
강도가 기본 재료보다 높고 용접 성형 품질도 더 우수합니다.
장비: RFL-C6000 (광섬유 코어 직경 400)μm), 와이어 공급 장치, 용접 헤드.
공정 매개변수: 용접 패스는 경사면을 만들어야 하며, 경사면의 크기는 그림 6에 나와 있고, 기타 용접 공정 매개변수는 표 2에 나와 있습니다.
그림 6 홈 크기
결과: 성형 상태는 양호했고, 용융 불량은 없었으며, 용접 부위에는 기공이 거의 없었다(그림 7 참조). 인장 시험을 실시하였다.
용접부가 모재에서 파손되는 것이 확인되었는데, 이는 접합부의 인장 강도가 모재의 인장 강도보다 높다는 것을 의미합니다.
그림 7. 용접 단면의 금속 조직 사진
2. 장비 및 공정 매개변수 제안
용접 형상 및 품질 향상
일반적인 재료의 맞대기 레이저 와이어 용접에서 용접 형성을 개선하기 위해서는 일반적으로 레이저 및 광섬유 코어 직경을 다음과 같이 조정하는 것이 좋습니다.
용접 헤드는 초점 직경이 0.4mm에서 0.6mm 사이가 되도록 설정해야 하며, 용접 와이어는 적절한 등급으로 선택해야 합니다.
다른 용접 매개변수는 표 2와 표 3에 나와 있습니다.
좁은 갭 레이저 와이어 충진 다중 패스 용접
중후판의 좁은 갭 레이저 와이어 충진 다중 패스 용접의 경우, 일반적으로 초점 직경은 0.6mm ~ 1.0mm가 권장됩니다.
용접 와이어는 적절한 등급을 선택해야 하며, 접합 홈의 크기도 합리적으로 설계해야 합니다. 홈 크기가 너무 크면 안 됩니다.
그렇지 않으면 용접부 내부에 불융착이 발생하기 쉬우며, 일반적으로 권장되는 홈 크기는 표 5에 나와 있습니다. 비드 개수는 접합부의 최대 크기를 기준으로 해야 합니다.
두께가 큰 경우, 첫 번째 바닥 용접 시에는 장비의 최대 용접 용량을 사용하여 각 깊이마다 용접량을 결정하는 것이 좋습니다.
일반적으로 3mm ~ 5mm입니다. 각 비드에 사용되는 용접 공정 매개변수는 필요한 용접 깊이와 시기에 따라 달라집니다.
전면 용접 패스의 폭을 결정합니다. 용접 패스의 폭이 클 경우, 측벽의 용융 불량을 방지하기 위해 디포커싱 양을 적절히 증가시켜야 합니다.
게시 시간: 2025년 4월 3일
