목차
보여주다
1. 레이저 용접 기술의 개요
1.1 레이저 용접의 정의
레이저 용접, 강력한 창조, 내구성있는 채권.
이 기술 (섬유 레이저) 10,600Nm (Co₂ 레이저)- 공작물에 강한 열을 전달합니다, 광범위한 열 왜곡없이 국소 용융을 가능하게합니다.
전통적인 용접 방법과 달리 (예를 들어, 나, 싸움), 레이저 용접은 광학 시스템에 의존하여 빔을 지시합니다., 에너지 입력을 정확하게 제어 할 수 있습니다.
이것은 얇은 시트를 연결하는 데 이상적입니다, 미세 경쟁자, 그리고 다른 재료, 자동차에 걸친 응용 프로그램, 항공우주, 전자 제품, 의료 기기.
1.2 개발 배경과 중요성
- 역사적 이정표:
- 1960에스: 첫 번째 레이저 용접은 루비 레이저를 사용하여 수행되었습니다, 제한된 전력과 신뢰성은 산업 사용을 제한했습니다.
- 1970에스: Co₂ 레이저 (10KW 파워) 두꺼운 강철의 깊은 침투 용접, 최초의 주요 산업 채택을 표시합니다.
- 2000에스: 섬유 레이저는 30-40% 에너지 효율 로이 분야에 혁명을 일으켰습니다, 소형 디자인, 우수한 빔 품질, 운영 비용 절감 50% CO₂ 시스템과 비교합니다.
- 산업적 중요성:
- 경량의 대량 생산을 가능하게합니다, 전기 자동차의 고강도 성분 (EV) 그리고 항공기.
- 전자 제품의 소형화를 용이하게합니다, 마이크로 칩의 용접 50μm 두께 와이어와 같은.
- 재료 폐기물 및 에너지 소비 감소를 통한 지속 가능한 제조를 지원합니다..
1.3 핵심 장점
| 이점 | 기술적 기준 | 실제 영향 |
|---|---|---|
| 정도 | 빔 직경은 10μm만큼 작습니다; 공차 ± 0.02mm. | 항공 우주 패스너 및 의료 스텐트에 중요합니다. |
| 속도 | 용접 속도는 1mm 알루미늄의 경우 최대 15m/min입니다. | 자동차 바디 어셈블리의주기 시간을 줄입니다. |
| 소재의 다양성 | 스틸에 합류합니다, 알류미늄, 구리, 티탄, 그리고 플라스틱. | 다른 재료 결합을 가능하게합니다 (예를 들어, 강철에서 알루미늄). |
| 최소한 | 현지화 된 열 입력; 위험요소 <0.2얇은 시트의 경우 mm. | 열에 민감한 합금의 재료 특성을 보존합니다. |
2. 레이저 용접의 기본 원리
2.1 레이저의 물리적 특성
용접에 사용되는 레이저는 이러한 주요 특성을 공유합니다:
- 단색 성: 단일 파장 조명은 에너지를 효율적으로 집중시킵니다.
- 공간 일관성: 단단한 빔 초점은 높은 전력 밀도를 산출합니다 (최대 10 –10f w/cm²).
- 방향성: 낮은 발산은 거리에서 일관된 에너지 전달을 보장합니다.
- 파장 범위: Co₂ 레이저 (~ 10.6 µm), nd:이그 (~ 1.06 µm), 섬유/디스크 레이저 (~ 1.07 µm) 흡수에 트레이드 오프를 제공합니다, 능률, 그리고 빔 품질.
2.2 용접 공정의 물리적 메커니즘
- 흡수: 재료 표면은 레이저 에너지를 흡수합니다, 온도 상승.
- 녹는: 현지화 된 용융은 작은 용접 풀을 형성합니다.
- 열쇠 구멍 형성 (침투 모드): 높은 전력 밀도에서, 기화는 공동을 만듭니다 ("키홀") 그 레이저 라이트 트랩, 깊은 침투.
- 멜트 풀 역학: 표면 장력 및 반동 압력 압력 가로 주변의 용융 금속 흐름.
- 응고: 빔이 움직일 때, 금속이 식고 굳어집니다, 용접 솔기 형성.
2.3 용접 모드의 분류
| 방법 | 빔 프로파일 | 침투 깊이 | 주요 기능 |
|---|---|---|---|
| 전도 | 저전력 밀도 CW | 얕은 (<1 mm) | 넓은 열 영향 구역, 간단한 설정 |
| 침투 (열쇠 구멍) | 고전력 밀도 CW | 깊은 (>5 mm) | 좁은 이음새, 깊은 용접, 높은 종횡비 |
| 연속파 (CW) | 일정한 빔 | 전력에 의한 변수 | 안정적인 열 입력, 부드러운 용접 |
| 펄스 | 에너지의 폭발 | 제어 <3 mm | 낮은 열 입력, 제한된 왜곡 |
| 잡종 (레이저 - 아크) | 원자 램프 + ME/MAG ARC | 깊은 + 필러 기능 | 적합하기에 관용, 더 낮은 레이저 파워 |
- 연속파 (CW): 일관된 열 전달을 위해 꾸준한 빔을 제공합니다, 고속으로 깊은 열쇠 구멍 용접에 이상적입니다.
- 펄스: 짧은 펄스를 방출합니다 (µs – ms) 열 입력을 제한합니다, 제어 침투 깊이, "스태킹 된 경우"용접 모양을 생성합니다.
- 하이브리드 레이저 – ARC: 레이저 빔과 MIG/MAG 아크를 결합합니다, 레이저 전력 감소 및 관절 간격에 대한 내성 증가에서 더 깊은 침투를 제공.
3. 레이저 용접 장비 및 구성 요소
3.1 레이저 소스 기술
- Co₂ 레이저: 가스가 채워진, 높은 평균 전력, 그러나 복잡한 빔 길이의 거울이 필요하며 파장이 더 길어집니다 (~ 10.6 µm).
- nd:YAG 레이저: 솔리드 - 스테이트, 펄스 작업을 위해 Q 스위치, 소형 공진기 - 섬유보다 평균 전력이 낮습니다 .
- 섬유 레이저: 도핑 된 섬유 코어를 사용하여 이득을 얻으십시오; 우수한 빔 품질을 제공합니다, 높은 전기 효율, 유지 보수가없는 작동.
- 디스크 레이저: 얇은 디스크 게인 매체는 높은 전력 밀도와 우수한 열 처리를 제공합니다., 매우 높은 전력 애플리케이션에 적합합니다.
3.2 광학 시스템
- 빔 전달: 거울 (반사 광학) 또는 광섬유 케이블은 소스에서 작업용으로 빔을 안내합니다.
- 광학 중심: 포물선 거울을 사용하십시오 (co₂) 또는 Znse/Kcl 렌즈 (최대 ~ 4kW) 빔을 0.1–1 mm 초점 지점으로 농축합니다.
- 빔 모양: 고급 빔 형태 모듈 (예를 들어, 회절 광학) 맞춤형 용접 형상에 대한 강도 프로파일을 조정할 수 있습니다.
3.3 모션 제어
- 직교 갠트리 & 로봇: 반복 가능한 XYZ 모션을 제공합니다; 로봇은 복잡한 형상에 대한 5 축 균형을 활성화합니다.
- 검류계 스캐너: 공작물을 움직이지 않고 비행기 용접을위한 빠른 스티어링 미러.
- 통합 제어: 실시간 조정은 빔 파워를 연결합니다, 맥박 매개 변수, 일관된 용접 품질을위한 여행 속도.
3.4 냉각 및 안전 시스템
- 냉각: 폐쇄 루프 워터 냉각기는 안정적인 온도에서 레이저 소스와 광학을 유지합니다., 열 드리프트 방지.
- 차폐 가스: 아르곤 또는 헬륨은 용접 풀을 산화 및 혈장 흡수로부터 보호합니다..
- 인클로저 & 연동: 도어 잠금 및 비상 정지가있는 레이저 - 안전 하우징은 운영자 안전을 보장합니다..
- 추출: 환기 시스템은 연기를 제거합니다, 튐, 광학 선명도와 직장 건강을 유지하기위한 증기.
4. 프로세스 매개 변수 및 최적화
4.1 주요 프로세스 매개 변수
| 매개 변수 | 정의 | 용접 품질에 미치는 영향 | 조정 팁 |
|---|---|---|---|
| 레이저 파워 (피) | 에너지 출력 (w) | 더 높은 전력은 침투를 증가시킵니다; 과도한 경우 스 패스가 발생합니다. | 강철의 200w/mm 두께로 시작하십시오. |
| 용접 속도 (다섯) | 빔 이동 속도 (m/my) | 더 빠른 속도는 HAZ를 줄이지 만 융합에는 더 높은 전력이 필요합니다.. | 11–5mm 강철의 경우 –5m/min; 0.5알루미늄의 경우 –2m/분. |
| 초점 위치 (에프) | 렌즈에서 공작물까지의 거리 (mm) | +더 깊은 침투를위한 f; -더 넓은 경우, 얕은 용접. | 다양한 시트 두께에 자동 초점을 사용하십시오. |
| 가스를 지원합니다 | 유형/압력 (예를 들어, n ₂, 15 술집) | 산화를 방지합니다 (n ₂/on) 또는 융합을 향상시킵니다 (오 ₂). | 스테인레스 스틸의 질소; 강철의 산소. |
| 맥박 지속 시간 (티) | 맥박 당 시간 (MS, 펄스 레이저 용) | 마이크로 웰링의 경우 더 짧은 τ; 두꺼운 재료의 경우 더 긴 τ. | 10.1–1mm 구리의 경우 –10ms; 502–5mm 알루미늄의 경우 –100ms. |
4.2 최적화 기술
- 중첩 소프트웨어:
- AutoCAD Weld와 같은 프로그램 검토를 최소화하기 위해 용접 경로 최적화, 사이클 시간을 줄입니다 20%.
- 실시간 모니터링:
- 불로계는 용융 풀 온도를 측정합니다 (예를 들어, 1800강철의 경우 ° C) 실시간으로 전원을 조정합니다.
- 기계 비전 시스템은 결함을 감지합니다 (다공성, 언더컷) ~와 함께 99% 정확성.
5. 특정 재료에 대한 용접 공정
레이저 용접의 적응성은 다양한 재료에 합류 할 수 있습니다.:
5.1 철 금속
- 스테인레스 스틸: 레이저 용접은 좁아집니다, 최소한의 왜곡으로 깊은 용접, 높은 부식 저항이 필요한 응용 프로그램에 이상적입니다.
- 탄소강: 균열을 방지하려면 정확한 제어가 필요합니다; 고 탄소 변형에 예열이 필요할 수 있습니다.
5.2 비철 금속
- 알류미늄: 높은 반사율과 열전도율은 도전에 도전합니다; 짧은 파장 레이저와 적절한 표면 준비를 사용하면 결과가 향상됩니다..
- 구리: 높은 반사율과 전도도는 고출력 레이저 또는 특수 파장을 필요로합니다., 파란색 레이저와 같은, 품질 용접을 달성합니다 .
5.3 특수 자료
- 티타늄 합금: 오염을 방지하려면 불활성 가스 차폐가 필요합니다; 레이저 용접은 정확한 제어를 제공합니다, 항공 우주 응용 프로그램에 적합합니다.
- 니켈 합금: 열에 영향을받는 구역을 최소화하여 고강도 조인트를 생산할 수있는 레이저 용접의 혜택.
6. 레이저 용접의 장점
6.1 정밀도와 제어
- 마이크로 웰링 기능:
- MEMS 센서에서 50μm 직경 전선을 결합합니다 99.9% 성공률, 항공 우주 항법 시스템에 중요합니다.
- 치수 정확도:
- 자동차 변속기 구성 요소에 대한 ± 0.02mm 공차, 포스트 웰드 가공 제거.
6.2 다재
- 다른 재료 용접:
- EV 모터의 강철 대 알루미늄 조인트, 알루미늄-실리콘 필러 금속으로 브레이징을 통해 달성.
- 복잡한 기하학:
- 3로켓 노즐을위한 곡선 티타늄 시트의 레이저 용접, 전통적인 방법으로 불가능한 프로세스.
6.3 속도와 효율성
- 처리량:
- 5kW 섬유 레이저 용접 1000 자동차 도어가 시간당 힌지, 3x tig 용접보다 빠릅니다.
- 에너지 절약:
- 섬유 레이저가 소비합니다 50% Co₂ 레이저보다 전기가 적습니다, 용접 미터당 $ 0.30– $ 1.00으로 운영 비용을 낮추는 것.
7. 레이저 용접의 응용
7.1 자동차 산업
- 바디 흰색 (좌석):
- Tesla gigafactories 10kW 섬유 레이저를 사용하여 알루미늄 및 강철 BIW 구성 요소를 사용합니다., 차량 중량 감소 20% 충돌 안전 개선.
- 파워 트레인:
- 레이저 용접 차동 기어 (20MNCR5 스틸) 0.1mm 갭 공차, 부드러운 작동 보장 10,000 RPM.
7.2 항공우주산업
- 구조 구성 요소:
- 보잉 787 Dreamliner는 티타늄 날개 스킨에 레이저 용접을 사용합니다, 부품 수 감소 30% 그리고 조립 시간 50%.
- 엔진 부품:
- Rolls-Royce Trent 엔진에는 레이저 용접 니켈 합금 연소기가 특징입니다, 1500 ° C를 견딜 수 있고 연료 효율 향상 5%.
7.3 전자 산업
- 마이크로 전자 공학:
- Apple Watch 배터리 연락처 (0.2MM 두께의 구리) 펄스 다이오드 레이저로 용접, 달성 99.99% yield in high-volume production.
- Optoelectronics:
- Hermetic sealing of laser diodes with 10μm precision, critical for fiber optic communication devices.
7.4 의료기기
- 수술 도구:
- Laser-welded stainless steel forceps with 5μm edge roughness, meeting ISO 23360 medical standards.
- Implantable Devices:
- Stent grafts (nitinol alloy) welded with ultrafast lasers, minimizing heat damage to shape-memory properties.
7.5 에너지와 건축
- Renewable Energy:
- Solar panel frames (알류미늄) welded at 10m/min with 1kW fiber lasers, enabling 98% material utilization in PV module production.
- 하부 구조:
- Laser-welded steel bridges (20mm thick) using hybrid technology, 유지 보수 비용 절감 40% due to superior fatigue resistance.
8. 레이저 용접 대. 기존의 용접
Laser welding differs from conventional welding methods in several ways:
- Heat Input: Laser welding has a lower heat input, reducing distortion and improving joint quality.
- 속도: Laser welding is generally faster, 생산 시간이 짧아집니다.
- 소재의 다양성: 레이저 용접은 많은 전통적인 방법보다 더 넓은 범위의 재료와 두께에 합류 할 수 있습니다..
테이블 2: 용접 방법의 비교
| 특징 | 레이저 용접 | 기존의 용접 |
|---|---|---|
| Heat Input | 낮은 | 높은 |
| 속도 | 빠른 | 느리게 |
| 재료 범위 | 넓은 | 제한된 |
| 정도 | 높은 | 변하기 쉬운 |
9. 레이저 용접의 FAQ
Q1: 레이저로 용접 할 수있는 재료 유형?
A1: 레이저는 다양한 재료를 용접 할 수 있습니다, 철 및 비철 금속을 포함합니다, 플라스틱, 그리고 복합재.
Q2: 연속 레이저 용접과 펄스 레이저 용접의 차이점은 무엇입니까??
A2: 연속 레이저 용접은 고속 응용 분야에 일정한 빔을 사용합니다., 펄스 레이저 용접은 더 큰 통제를 위해 버스트에서 에너지를 제공하는 동안.
Q3: 레이저 용접은 전통적인 용접 방법과 어떻게 비교됩니까??
A3: 레이저 용접은 더 낮은 열 입력을 제공합니다, 더 높은 정밀도, 많은 기존의 용접 기술에 비해 더 빠른 속도.
10. 결론
레이저 용접 기술은 제조 환경에 혁명을 일으켰습니다, 정확한 제공, 효율적인, 다양한 응용 분야를위한 다목적 솔루션.
그 원칙을 이해합니다, 장점, 또한 응용 프로그램을 통해 산업은이 기술을 효과적으로 활용할 수 있습니다.
발전이 계속됨에 따라, 레이저 용접은 현대 제조 공정에서 점점 더 중요한 역할을 할 것입니다., 부문간에 혁신과 효율성을 주도합니다.
우리 파트너: https://dz-machining.com/