핸드헬드 레이저 용접 과정에서 레이저 빔은 광학 시스템에 의해 집속되어 공작물 표면 또는 재료 내부에 고 에너지 밀도 영역을 형성합니다. 초점 위치는 단위 면적당 에너지 분포, 용융 풀 형태, 용접부 형성 품질을 결정하며, 용접 안정성 및 용접 품질에 영향을 미치는 주요 공정 매개변수 중 하나입니다.
초점 위치는 일반적으로 공작물 표면을 0점으로 참조하며, 양의 초점, 음의 초점, 비초점 상태로 분류할 수 있습니다.
1. 공작물 표면에 초점을 맞춘 용접 특성 (제로 초점)
레이저 초점이 공작물 표면에 위치하면 레이저 스폿 직경이 최소화되고 에너지 밀도가 최대가 됩니다. 레이저와 재료 간의 결합 효율이 높습니다.
용접 특성은 다음과 같습니다:
빠른 용융 풀 시작 및 안정적인 용접 공정
경계가 명확한 좁은 용접부
집중된 침투 깊이 및 높은 에너지 활용 효율
얇은 재료 및 정밀 용접 응용 분야에 적합
핸드헬드 레이저 용접에서 표면에 초점을 유지하려면 높은 작동 안정성이 필요합니다. 용접 중 토치 높이의 변화는 침투 깊이 및 용접부 형태의 변동을 쉽게 유발할 수 있습니다.
2. 양의 초점 조건에서의 용접 현상
양의 초점은 레이저 초점이 공작물 표면 아래에 위치하는 조건, 즉 초점이 재료 내부에 위치하는 것을 의미합니다.
용접 현상은 다음과 같습니다:
재료 내부에서 발생하는 최대 레이저 에너지 밀도
침투 깊이 증가 및 깊이 대 폭 비율 증가
강화된 종방향 용접 침투를 갖는 두드러진 키홀 효과
상대적으로 수축된 표면 용융 풀 및 더 좁은 용접 외관
양의 초점은 중후판 용접 또는 더 큰 침투가 필요한 응용 분야에 적합합니다. 핸드헬드 용접에서 양의 초점은 공정 허용 오차를 개선하지만, 과도한 초점 깊이는 표면 융합 불량 또는 불완전한 용접 형성을 초래할 수 있습니다.
3. 음의 초점 조건에서의 용접 현상
음의 초점은 레이저 초점이 공작물 표면 위에 위치하는 조건, 즉 레이저 빔이 재료에 도달하기 전에 발산하기 시작하는 것을 의미합니다.
용접 현상은 다음과 같습니다:
스폿 직경 확대 및 에너지 밀도 감소
용접 폭 증가 및 침투 깊이 감소
키홀 효과 약화 또는 제거
용접부 표면 매끄러움 개선
음의 초점 조건에서 레이저 에너지 분포가 더 균일하여 얇은 판 겹침 용접 및 높은 표면 외관 요구 사항이 있는 응용 분야에 적합합니다. 핸드헬드 레이저 용접에서 적절한 음의 초점은 스패터를 줄이고 관통을 억제하는 데 도움이 됩니다.
4. 비초점 조건에서의 용접 특성
비초점은 초점이 공작물 표면에서 멀리 떨어진 위치에 있는 조건으로, 양의 방향 또는 음의 방향에 관계없이 에너지 밀도가 현저하게 감소합니다.
용접 특성은 다음과 같습니다:
안정적인 용융 풀 형성 또는 유지의 어려움
불충분한 침투 및 융합 부족의 높은 위험
느슨한 형성을 가진 넓고 얕은 용접부
이동 속도 변화에 대한 용접 공정의 높은 민감도
비초점 조건은 일반적으로 안정적인 용접에 적합하지 않으며, 주로 특수 저열 입력 또는 표면 가열 공정에 사용됩니다. 핸드헬드 레이저 용접에서 과도한 비초점은 용접 일관성을 현저하게 감소시킵니다.
5. 다양한 초점 상태에서의 용접 효과 비교
공작물 표면에 위치한 초점과 비교:
양의 초점은 침투 및 용접 능력을 향상시켜 높은 구조 강도가 필요한 응용 분야에 적합합니다.
음의 초점은 용접 폭을 증가시키고 표면 외관을 개선하며 과도한 에너지 집중의 위험을 줄입니다.
비초점은 전체 에너지 밀도를 낮추고 안정적인 용접에 불리합니다.
실제 응용 분야에서는 재료 유형, 판 두께, 용접 속도 및 레이저 출력과 결합하여 초점 위치를 조정해야 합니다.
6. 핸드헬드 레이저 용접에서 초점 위치의 공정적 중요성
핸드헬드 레이저 용접은 작동 안정성 및 공정 허용 오차에 대한 높은 요구 사항을 제시합니다. 초점 위치를 적절하게 선택하는 것은 다음 측면에서 중요한 역할을 합니다:
용접 안정성 향상 및 작업자 움직임의 영향 감소
침투 깊이와 용접부 형성을 균형 있게 유지
스패터 및 용접 결함 발생 감소
복잡한 용접 조건에서 적응성 향상
초점 위치 조정은 일반적으로 토치 높이 제어 또는 집속 시스템 조정을 통해 이루어지며, 핸드헬드 레이저 용접 공정 최적화의 핵심 단계입니다.