레이저 용접: 보호 가스 선택 방법

레이저 용접 시 적합한 보조 가스를 선택하는 것은 매우 중요한 결정 중 하나이지만, 종종 오해되는 부분이기도 합니다. 겉보기에 완벽해 보이는 레이저 용접이 응력 하에서 파손되는 이유가 궁금했던 적이 있으신가요? 그 해답은 바로 용접 부위를 보호하는 데 사용한 특정 가스에 있을지도 모릅니다.

레이저 용접용 차폐 가스라고도 불리는 이 가스는 선택 사항이 아니라 공정의 필수적인 부분입니다. 최종 제품의 품질, 강도 및 외관을 직접적으로 결정하는 세 가지 중요한 역할을 수행합니다.

용접 부위를 보호합니다:용접 보조 가스는 용융 금속 주위에 보호막을 형성하여 산소나 질소와 같은 대기 가스로부터 금속을 보호합니다. 이 보호막이 없으면 산화(약하고 변색된 용접부) 및 기공(강도를 저하시키는 미세한 기포)과 같은 심각한 결함이 발생합니다.

레이저 출력을 최대한으로 끌어올립니다:레이저가 금속에 닿으면 "플라즈마 구름"이 생성될 수 있습니다. 이 플라즈마 구름은 레이저 에너지를 차단하고 산란시켜 얕고 약한 용접을 유발할 수 있습니다. 적절한 가스를 사용하면 이 플라즈마를 제거하여 레이저의 최대 출력이 가공물에 도달하도록 할 수 있습니다.

장비를 보호해줍니다:또한 가스 흐름은 금속 증기와 비산물이 튀어 올라 레이저 헤드의 고가의 초점 렌즈를 오염시키는 것을 방지하여 값비싼 가동 중단 및 수리 비용을 절감해 줍니다.

레이저 용접용 보호 가스 선택: 주요 후보

사용할 가스를 고를 때는 크게 아르곤, 질소, 헬륨 세 가지를 고려해야 합니다. 마치 각기 다른 분야의 전문가를 고용하는 것과 같다고 생각하면 됩니다. 각 가스는 고유한 장점, 단점, 그리고 이상적인 사용 사례를 가지고 있습니다.

아르곤(Ar): 믿음직한 만능 플레이어

아르곤은 용접 분야에서 가장 널리 사용되는 가스입니다. 불활성 기체이기 때문에 용융된 용접 풀과 반응하지 않습니다. 또한 공기보다 무겁기 때문에 과도하게 높은 유량 없이도 우수하고 안정적인 차폐 효과를 제공합니다.

다음과 같은 경우에 가장 적합합니다:알루미늄, 스테인리스강, 특히 티타늄과 같은 반응성 금속을 포함한 매우 다양한 재료에 아르곤 레이저 용접이 적합합니다. 아르곤 레이저 용접은 깨끗하고 밝으며 매끄러운 용접면을 제공하기 때문에 파이버 레이저 용접에 가장 적합한 방식입니다.

주요 고려 사항:이산화탄소는 이온화 전위가 낮습니다. 매우 높은 출력의 이산화탄소 레이저에서는 플라즈마 형성에 기여할 수 있지만, 대부분의 최신 광섬유 레이저 응용 분야에서는 최적의 선택입니다.

질소(N₂): 비용 효율적인 최고의 선택

질소는 가격이 저렴한 선택지이지만, 낮은 가격에 속지 마세요. 적절하게 사용하면 질소는 단순한 보호막이 아니라 용접 품질을 실제로 향상시키는 데 도움이 되는 능동적인 요소입니다.

다음과 같은 경우에 가장 적합합니다:특정 등급의 스테인리스강. 레이저 용접에 질소를 사용하면 스테인리스강의 합금제로 작용하여 금속의 내부 구조를 안정화시켜 기계적 강도와 내식성을 향상시킬 수 있습니다.

주요 고려 사항:질소는 반응성이 높은 기체입니다. 티타늄이나 일부 탄소강과 같은 부적절한 재료에 사용하면 심각한 문제가 발생할 수 있습니다. 질소가 금속과 반응하여 심각한 취성을 유발하고, 용접 부위에 균열이 생겨 파손될 수 있습니다.

헬륨(He): 고성능 전문가

헬륨은 값비싼 슈퍼스타입니다. 열전도율이 매우 높고 이온화 전위도 엄청나게 높아 플라즈마 억제에 있어 타의 추종을 불허합니다.

다음과 같은 경우에 가장 적합합니다:알루미늄이나 구리처럼 두껍거나 전도성이 높은 재료에 깊은 침투 용접을 할 수 있습니다. 또한 플라즈마 발생에 매우 민감한 고출력 CO₂ 레이저에 가장 적합한 용접 방식입니다.

주요 고려 사항:비용. 헬륨은 비싸고 매우 가볍기 때문에 적절한 차폐를 위해서는 높은 유량이 필요하며, 이는 운영 비용을 더욱 증가시킵니다.

가스 비교 간편 참고 자료

레이저 용접 가스 선택의 실용성: 금속에 맞는 가스 선택

이론은 훌륭하지만, 실제로 어떻게 적용할까요? 가장 일반적인 재료들을 활용한 간단한 가이드를 소개합니다.

스테인리스강 용접

두 가지 훌륭한 선택지가 있습니다. 오스테나이트계 및 듀플렉스 스테인리스강의 경우 질소 또는 질소-아르곤 혼합 가스가 최적의 선택인 경우가 많습니다. 이는 미세 구조를 개선하고 용접 강도를 향상시킵니다. 화학적 반응 없이 완벽하게 깨끗하고 밝은 마감을 원하신다면 순수 아르곤 가스를 사용하는 것이 좋습니다.

알루미늄 용접

알루미늄은 열을 매우 빠르게 발산하기 때문에 용접이 까다롭습니다. 대부분의 경우, 뛰어난 차폐 효과 때문에 순수 아르곤 가스가 표준으로 사용됩니다. 하지만 3~4mm 이상의 두꺼운 부분을 용접할 때는 아르곤-헬륨 혼합 가스가 매우 효과적입니다. 헬륨은 깊고 균일한 용접 침투를 위해 필요한 강력한 열을 제공합니다.

티타늄 용접

티타늄 용접에는 단 하나의 규칙만 있습니다. 바로 고순도 아르곤 가스를 사용하는 것입니다. 질소나 반응성 가스가 포함된 혼합 가스는 절대로 사용해서는 안 됩니다. 질소는 티타늄과 반응하여 질화티타늄을 생성하는데, 이로 인해 용접 부위가 매우 취약해지고 결국 파손될 가능성이 높아집니다. 또한 냉각 중인 금속이 공기와 접촉하지 않도록 트레일링 가스와 백킹 가스를 이용한 철저한 차폐가 필수적입니다.

전문가 팁:많은 사람들이 가스 유량을 낮춰 비용을 절감하려 하지만, 이는 흔히 저지르는 실수입니다. 산화로 인한 용접 불량 비용은 적정량의 보호 가스를 사용하는 비용보다 훨씬 큽니다. 항상 사용 목적에 맞는 권장 유량으로 시작하여 필요에 따라 조정하십시오.

레이저 용접 시 흔히 발생하는 결함 문제 해결

용접에 문제가 발생하면 가장 먼저 점검해야 할 사항 중 하나는 용접 보조 가스입니다.

산화 및 변색:이는 차폐가 제대로 되지 않고 있다는 가장 명백한 징후입니다. 가스가 용접 부위를 산소로부터 보호하지 못하고 있는 것입니다. 일반적으로 해결 방법은 가스 유량을 늘리거나 노즐 및 가스 공급 시스템의 누출이나 막힘을 점검하는 것입니다.

다공성(기포):이 결함은 용접부를 내부에서부터 약화시킵니다. 이는 유량이 너무 낮거나(보호 기능 부족) 너무 높아 난류가 발생하고 용접 풀로 공기가 유입될 때 발생할 수 있습니다.

불규칙적인 침투:용접 깊이가 일정하지 않다면 플라즈마가 레이저를 차단하고 있을 가능성이 있습니다. 이는 CO2 용접에서 흔히 발생하는 현상입니다.₂ 레이저의 경우, 플라즈마 억제력이 더 뛰어난 헬륨이나 헬륨-아르곤 혼합물과 같은 가스로 바꾸는 것이 해결책입니다.

고급 주제: 가스 혼합물 및 레이저 종류

전략적 조합의 힘

때로는 단일 가스로는 충분하지 않을 때가 있습니다. 가스 혼합물은 "두 가지 장점"을 모두 얻기 위해 사용됩니다.

아르곤-헬륨(Ar/He):아르곤의 탁월한 차폐 특성과 헬륨의 높은 열 발생 및 플라즈마 억제 특성을 결합한 가스입니다. 알루미늄 심층 용접에 이상적입니다.

아르곤-수소(Ar/H₂):소량의 수소(1~5%)는 ​​스테인리스강에서 "환원제" 역할을 하여 잔류 산소를 제거함으로써 더욱 밝고 깨끗한 용접 비드를 생성할 수 있습니다.

이산화탄소 vs.섬유적합한 레이저 선택하기

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

파이버 레이저:플라즈마 문제 발생 가능성이 훨씬 낮습니다. 이러한 뛰어난 장점 덕분에 성능 저하 없이 대부분의 작업에서 아르곤이나 질소와 같은 비용 효율적인 가스를 사용할 수 있습니다.

결론

레이저 용접 보조 가스 선택은 매우 중요한 공정 변수이며, 나중에 고려할 사항이 아닙니다. 차폐, 광학 장비 보호, 플라즈마 제어라는 핵심 기능을 이해하면 정보에 입각한 선택을 할 수 있습니다. 항상 사용 재료와 특정 용도에 맞는 가스를 선택하십시오.

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