레이저 용접기는 산업 생산에서 흔히 사용되는 용접 장비의 일종이며, 레이저 재료 가공에 없어서는 안 될 필수 장비입니다. 레이저 용접기의 초기 개발부터 현재의 기술 성숙에 이르기까지, 널리 사용되는 휴대용 레이저 용접기를 비롯한 다양한 유형의 용접기가 개발되었으며, 이는 용접 작업에 강력한 도움을 주는 장비입니다.
휴대용 레이저 용접기 사용 시 보호 가스를 사용하는 이유는 무엇일까요? 휴대용 레이저 용접기는 주로 얇은 벽 재료 및 정밀 부품 용접에 사용되는 새로운 용접 방식으로, 점 용접, 맞대기 용접, 겹침 용접, 밀봉 용접 등을 구현할 수 있습니다. 높은 용접 깊이, 작은 용접 폭, 열 영향 영역 최소화, 변형 감소, 빠른 용접 속도, 매끄럽고 아름다운 용접 이음매, 용접 후 추가 처리가 필요 없거나 간단한 처리만으로 고품질의 기공 없는 용접, 정밀한 제어, 작은 초점 스폿, 높은 위치 정확도, 손쉬운 자동화 구현 등의 장점을 제공합니다.
1. 금속 증기 오염 및 액체 방울의 스퍼터링으로부터 초점 렌즈를 보호할 수 있습니다.
보호 가스는 레이저 용접기의 초점 렌즈를 금속 증기 오염 및 액체 방울의 비산으로부터 보호할 수 있습니다. 특히 고출력 용접 시에는 비산이 매우 강해지기 때문에 렌즈 보호가 더욱 중요합니다.
2. 차폐 가스는 고출력 레이저 용접에서 발생하는 플라즈마 차폐를 분산시키는 데 효과적입니다.
금속 증기는 레이저 빔을 흡수하여 플라즈마 구름으로 이온화되고, 금속 증기를 둘러싼 보호 가스 또한 열에 의해 이온화됩니다. 플라즈마가 과도하게 생성되면 레이저 빔이 플라즈마에 의해 일부 소모됩니다. 플라즈마는 작업 표면에 2차 에너지원으로 존재하여 용접 침투 깊이를 얕게 하고 용접 풀의 표면을 넓힙니다.
플라즈마 내 전자 밀도를 낮추기 위해 전자와 이온 및 중성 원자 간의 삼체 충돌을 증가시키면 전자의 재결합 속도가 증가합니다. 중성 원자가 가벼울수록 충돌 빈도가 높아지고 재결합 속도도 높아집니다. 반면, 이온화 에너지가 높은 보호 기체를 사용할 경우 기체 자체의 이온화로 인해 전자 밀도가 증가하지 않습니다.
3. 보호 가스는 용접 중 공작물의 산화를 방지할 수 있습니다.
레이저 용접기는 특정 종류의 가스를 사용해야 합니다. 보호 가스를 먼저 분사한 후 레이저를 조사하도록 프로그램을 설정하여 연속 가공 중 펄스 레이저의 산화를 방지해야 합니다. 불활성 가스는 용융 풀을 보호할 수 있습니다. 표면 산화 여부와 관계없이 용접하는 재료의 경우 보호가 필요하지 않을 수 있지만, 대부분의 경우 헬륨, 아르곤, 질소 등의 가스를 용접 중 공작물의 산화를 방지하기 위해 보호 가스로 사용합니다.
4. 노즐 구멍 설계
보호 가스는 일정한 압력으로 노즐을 통해 공작물 표면에 분사됩니다. 노즐의 유체역학적 형상과 배출구 직경은 매우 중요합니다. 분사된 보호 가스가 용접면을 충분히 덮을 수 있도록 노즐은 충분히 커야 하지만, 렌즈를 효과적으로 보호하고 금속 증기가 렌즈를 오염시키거나 금속 비산물이 렌즈를 손상시키는 것을 방지하기 위해서는 노즐 크기를 제한해야 합니다. 유량 또한 제어해야 하는데, 그렇지 않으면 보호 가스의 층류가 난류로 변하고 용융 풀에 대기가 혼입되어 결국 기공이 형성될 수 있습니다.
레이저 용접에서 보호 가스는 용접 형상, 용접 품질, 용접 침투 깊이 및 침투 폭에 영향을 미칩니다. 대부분의 경우 보호 가스를 분사하면 용접에 긍정적인 영향을 미치지만, 경우에 따라 부정적인 영향을 미칠 수도 있습니다.
긍정적인 역할:
1) 보호 가스를 적절하게 불어넣으면 용접 풀을 효과적으로 보호하여 산화를 줄이거나 방지할 수 있습니다.
2) 보호 가스를 적절하게 분사하면 용접 중 발생하는 비산물을 효과적으로 줄일 수 있습니다.
3) 보호 가스를 적절하게 불어넣으면 용접 풀이 응고될 때 고르게 퍼져 용접 형상이 균일하고 아름다워집니다.
4) 보호 가스를 적절하게 분사하면 금속 증기 기둥이나 플라즈마 구름이 레이저에 미치는 차폐 효과를 효과적으로 줄이고 레이저의 유효 활용률을 높일 수 있습니다.
5) 보호 가스를 올바르게 불어넣으면 용접 기공을 효과적으로 줄일 수 있습니다.
가스의 종류, 유량, 분사 방식 선택만 올바르면 이상적인 효과를 얻을 수 있습니다. 하지만 보호 가스를 잘못 사용하면 용접에 악영향을 미칠 수 있습니다.
부작용:
1) 보호 가스 주입이 부적절하면 용접 품질이 저하될 수 있습니다.
2) 잘못된 종류의 가스를 선택하면 용접부에 균열이 발생할 수 있으며, 용접부의 기계적 특성이 저하될 수도 있습니다.
3) 가스 분사 유량을 잘못 선택하면 용접부의 산화가 더욱 심해질 수 있으며(유량이 너무 많거나 너무 적은 경우 모두), 용접 풀 금속이 외부 힘에 의해 심하게 교란되어 용접부 붕괴 또는 불균일한 형성이 발생할 수도 있습니다.
4) 잘못된 가스 주입 방법을 선택하면 용접부가 보호 효과를 얻지 못하거나, 보호 효과가 거의 없거나, 용접 형성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
5) 보호 가스 주입은 용접 침투 깊이에 일정 영향을 미치며, 특히 얇은 판재를 용접할 경우 용접 침투 깊이를 감소시킵니다.
일반적으로 보호 가스로는 헬륨을 사용하는데, 헬륨은 플라즈마 발생을 최대한 억제하여 용접 깊이와 용접 속도를 높여줍니다. 또한 헬륨은 가볍고 쉽게 빠져나가며 기공 발생도 적습니다. 물론 실제 용접 결과를 보면 아르곤 보호 가스를 사용하는 것도 나쁘지 않은 효과를 보입니다.
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게시 시간: 2023년 2월 4일
