레이저 용접: 차폐 가스 선택 방법

올바른 레이저 용접 보조 가스를 선택하는 것은 가장 중요한 결정 중 하나이지만, 종종 오해를 받습니다. 겉보기에 완벽해 보이는 레이저 용접이 왜 응력 하에서 실패하는지 궁금했던 적이 있나요? 그 답은 공기, 아니, 용접 부위를 보호하는 데 사용한 특정 가스에 있을 수 있습니다.

레이저 용접용 보호 가스라고도 불리는 이 가스는 단순한 선택 사항이 아니라 공정의 핵심 요소입니다. 최종 제품의 품질, 강도, 그리고 외관을 결정하는 세 가지 필수 요소를 담당합니다.

용접부를 보호합니다:보조 가스는 용융 금속 주변에 보호 기포를 형성하여 산소나 질소와 같은 대기 가스로부터 금속을 보호합니다. 이 보호막이 없으면 산화(용접부가 약하고 변색됨)나 기공(강도를 저하시키는 작은 기포)과 같은 심각한 결함이 발생합니다.

완전한 레이저 파워를 보장합니다:레이저가 금속에 닿으면 "플라즈마 구름"이 생성될 수 있습니다. 이 구름은 레이저 에너지를 차단하고 산란시켜 얕고 약한 용접을 초래할 수 있습니다. 적절한 가스는 이 플라즈마를 날려 레이저의 최대 출력이 작업물에 도달하도록 합니다.

장비를 보호합니다:가스 흐름은 금속 증기와 튀김이 날아올라 레이저 헤드의 값비싼 초점 렌즈를 오염시키는 것을 방지하여 비용이 많이 드는 가동 중지 시간과 수리를 방지합니다.

레이저 용접용 차폐 가스 선택: 주요 경쟁자

가스 선택은 아르곤, 질소, 헬륨, 이 세 가지 주요 가스로 압축됩니다. 이 가스들은 특정 작업에 고용할 수 있는 서로 다른 전문가라고 생각하면 됩니다. 각 가스는 고유한 강점과 약점, 그리고 이상적인 사용 사례를 가지고 있습니다.

아르곤(Ar): 믿음직한 올라운더

아르곤은 용접계의 주력 가스입니다. 불활성 가스이기 때문에 용융된 용접 풀과 반응하지 않습니다. 또한 공기보다 무거워서 과도한 유량을 사용하지 않고도 탁월하고 안정적인 차폐 효과를 제공합니다.

가장 적합한 대상:알루미늄, 스테인리스 스틸, 특히 티타늄과 같은 반응성 금속을 포함한 광범위한 소재에 적합합니다. 아르곤 레이저 용접은 깨끗하고 밝으며 매끄러운 용접 마감을 제공하기 때문에 파이버 레이저에 가장 적합합니다.

주요 고려 사항:이온화 전위가 낮습니다. 매우 고출력 CO₂ 레이저를 사용하면 플라즈마 형성에 기여할 수 있지만, 대부분의 최신 파이버 레이저 응용 분야에서는 완벽한 선택입니다.

질소(N₂): 비용 효율적인 성능

질소는 저렴한 선택이지만, 가격이 낮다고 해서 안심해서는 안 됩니다. 적절한 용도로 사용하면 질소는 단순한 보호막이 아니라, 용접 품질을 실제로 개선하는 데 중요한 역할을 합니다.

가장 적합한 대상:특정 등급의 스테인리스강. 스테인리스강 레이저 용접 시 질소를 사용하면 합금화제 역할을 하여 금속의 내부 구조를 안정화시켜 기계적 강도와 내식성을 향상시킬 수 있습니다.

주요 고려 사항:질소는 반응성 기체입니다. 티타늄이나 일부 탄소강과 같이 잘못된 재질에 질소를 사용하면 큰 재앙을 초래할 수 있습니다. 질소는 금속과 반응하여 심각한 취성을 유발하고, 용접부에 균열과 파손을 초래할 수 있습니다.

헬륨(He): 고성능 전문가

헬륨은 값비싼 슈퍼스타입니다. 매우 높은 열전도도와 믿을 수 없을 만큼 높은 이온화 잠재력을 가지고 있어, 플라즈마 억제 분야에서 명실상부한 챔피언입니다.

가장 적합한 대상:알루미늄이나 구리처럼 두껍거나 전도성이 높은 소재의 심용입 용접에 적합합니다. 또한 플라즈마 형성에 매우 취약한 고출력 CO₂ 레이저에도 가장 적합합니다.

주요 고려 사항:비용. 헬륨은 비싸고, 너무 가볍기 때문에 적절한 차폐 효과를 얻으려면 높은 유량이 필요하며, 이는 운영 비용을 더욱 증가시킵니다.

빠른 참조 가스 비교

실용적인 레이저 용접 가스 선택: 금속에 맞는 가스 선택

이론은 훌륭하지만, 어떻게 적용해야 할까요? 가장 흔한 재료에 대한 간단한 가이드를 소개합니다.

스테인리스 스틸 용접

두 가지 훌륭한 선택이 있습니다. 오스테나이트계 및 듀플렉스 스테인리스강의 경우, 질소 또는 질소-아르곤 혼합 가스가 가장 적합합니다. 미세 구조를 개선하고 용접 강도를 높여줍니다. 화학적 반응 없이 완벽하게 깨끗하고 밝은 마감을 원하신다면 순수 아르곤 가스가 최선의 선택입니다.

알루미늄 용접

알루미늄은 열이 매우 빨리 방출되기 때문에 까다로운 소재입니다. 대부분의 경우, 뛰어난 차폐력 덕분에 순수 아르곤이 표준으로 사용됩니다. 하지만 3~4mm 이상의 두꺼운 부분을 용접하는 경우에는 아르곤-헬륨 혼합가스가 탁월한 선택입니다. 헬륨은 깊고 일관된 용입을 달성하는 데 필요한 추가적인 열적 효과를 제공합니다.

티타늄 용접

티타늄 용접에는 단 하나의 규칙이 있습니다. 고순도 아르곤을 사용하는 것입니다. 질소나 반응성 가스가 포함된 가스 혼합물은 절대 사용하지 마십시오. 질소는 티타늄과 반응하여 티타늄 질화물을 생성하고, 이로 인해 용접부가 매우 취약해져 결국 파손될 수 있습니다. 또한, 냉각되는 금속이 공기와 접촉하지 않도록 후행 및 후행 가스를 이용한 철저한 차폐가 필수적입니다.

전문가 팁:사람들은 종종 가스 유량을 줄여 비용을 절감하려고 하지만, 이는 전형적인 실수입니다. 산화로 인해 용접이 한 번 실패할 경우 발생하는 비용이 적절한 양의 차폐 가스를 사용하는 비용보다 훨씬 큽니다. 항상 용도에 권장되는 유량으로 시작하여 그에 맞춰 조정하십시오.

일반적인 레이저 용접 결함 문제 해결

용접 부분에 문제가 있는 경우 가장 먼저 조사해야 할 사항 중 하나가 보조 가스입니다.

산화 및 변색:이는 차폐가 제대로 되지 않았다는 가장 분명한 징후입니다. 가스가 용접 부위를 산소로부터 보호하지 못하고 있습니다. 일반적으로 가스 유량을 늘리거나 노즐과 가스 공급 시스템에 누출이나 막힘이 있는지 점검하면 해결됩니다.

다공성(기포):이 결함은 용접부를 내부에서부터 약화시킵니다. 이는 유량이 너무 낮거나(보호 기능이 부족함) 유량이 너무 높을 때 발생할 수 있으며, 유량이 너무 높으면 난류가 발생하여 용접 풀로 공기가 유입될 수 있습니다.

불균일한 침투:용접 깊이가 제자리에 없다면 플라즈마가 레이저를 차단하고 있을 수 있습니다. 이는 CO에서 흔히 발생하는 현상입니다.₂ 레이저. 해결책은 헬륨이나 헬륨-아르곤 혼합 가스처럼 플라즈마 억제력이 더 좋은 가스로 바꾸는 것입니다.

고급 주제: 가스 혼합물 및 레이저 유형

전략적 혼합의 힘

때로는 단일 가스만으로는 충분하지 않습니다. 가스 혼합물을 사용하면 "두 가지 장점을 모두 얻을 수 있습니다."

아르곤-헬륨(Ar/He):아르곤의 탁월한 차폐력과 헬륨의 높은 열 및 플라즈마 억제력을 결합한 제품입니다. 알루미늄의 깊은 용접에 적합합니다.

아르곤-수소(Ar/H₂):소량의 수소(1~5%)는 ​​스테인리스 강의 "환원제" 역할을 하여 떠도는 산소를 제거하여 더욱 밝고 깨끗한 용접 비드를 생성합니다.

이산화탄소 대섬유: 올바른 레이저 선택

CO₂ 레이저:이들은 플라즈마 형성에 매우 취약합니다. 이것이 고출력 CO에서 값비싼 헬륨이 흔히 사용되는 이유입니다.₂ 응용 프로그램.

파이버 레이저:플라즈마 문제가 훨씬 적습니다. 이러한 놀라운 장점 덕분에 대부분의 작업에 아르곤이나 질소와 같은 비용 효율적인 가스를 성능 저하 없이 사용할 수 있습니다.

결론

레이저 용접 보조 가스 선택은 중요한 공정 변수이며, 나중에 고려할 사항이 아닙니다. 차폐, 광학 장치 보호, 그리고 플라즈마 제어의 핵심 기능을 이해하면 정보에 기반한 선택을 할 수 있습니다. 항상 소재와 적용 분야의 특정 요구 사항에 맞춰 가스를 선택하십시오.

레이저 용접 공정을 최적화하고 가스 관련 결함을 제거할 준비가 되셨나요? 현재 사용 중인 가스를 다음 지침에 따라 검토하고, 간단한 변경만으로도 품질과 효율성을 크게 향상시킬 수 있는지 확인해 보세요.