현대 산업 제조 공장의 경우,레이저 용접과 아크 용접은금속 연결에 대한 엄청난 수요를 공동으로 지원하는, 뚜렷한 장점을 가진 두 개의 날카로운 도구와 같습니다. 정밀하고 작은 의료 기기에서 선박 및 교량과 같은 거대한 구조물에 이르기까지, 적용 분야가 때로는 겹치더라도 핵심 특성에서 뚜렷한 차이를 형성합니다. 이 두 가지 주요 기술 간의 본질적인 차이점을 철저히 이해하는 것은 엔지니어링 실무에서 정확한 선택을 달성하고 효율성을 극대화하기 위한 핵심 초석입니다.
I. 에너지원: 광자에서 이온화 아크까지
레이저 용접: 레이저 용접은 고에너지 밀도의 레이저 빔을 열원으로 사용하는 효율적이고 정밀한 용접 방법입니다. 레이저 용접은 레이저 재료 가공 기술의 중요한 응용 분야 중 하나입니다. 레이저 용접은 연속 또는 펄스 레이저 빔을 사용하여 수행할 수 있습니다. 레이저 용접의 원리는 열전도 용접과 레이저 심층 침투 용접으로 나눌 수 있습니다.
열전도형 레이저 용접의 원리는 다음과 같습니다. 레이저 방사선이 가공할 표면을 가열하고 표면 열이 열전도를 통해 내부로 확산됩니다. 레이저 펄스의 폭, 에너지, 피크 전력 및 반복 주파수와 같은 레이저 매개변수를 제어하여 특정 용융 풀을 형성하기 위해 공작물을 녹입니다.
(1) 전력 밀도 전력 밀도는 레이저 가공에서 가장 중요한 매개변수 중 하나입니다. 비교적 높은 전력 밀도를 채택함으로써 표면층을 마이크로초 범위 내에서 비등점까지 가열하여 많은 양의 기화를 생성할 수 있습니다. 따라서 높은 전력 밀도는 드릴링, 절단 및 조각과 같은 재료 제거 가공에 유리합니다. 낮은 전력 밀도의 경우 표면층 온도가 비등점에 도달하는 데 몇 밀리초가 걸립니다. 표면층이 기화되기 전에 하층이 융점에 도달하여 좋은 융합 용접을 형성하는 데 도움이 됩니다.
(2) 레이저 펄스 파형. 레이저 펄스의 파형은 레이저 용접, 특히 얇은 판 용접에서 중요한 문제입니다. 고강도 레이저 빔이 재료 표면에 직접 조사되면 금속 표면의 레이저 에너지의 60~98%가 반사되어 손실되며 반사율은 표면 온도에 따라 달라집니다. 레이저 펄스 기간 동안 금속의 반사율은 크게 변동합니다.
(3) 레이저 펄스 폭. 펄스 폭은 펄스 레이저 용접에서 중요한 매개변수 중 하나입니다. 재료 제거와 재료 용융을 구별하는 중요한 매개변수일 뿐만 아니라 가공 장비의 비용과 부피를 결정하는 핵심 매개변수이기도 합니다.
(4) 용접 속도. 용접 속도는 단위 시간당 열 입력량에 영향을 미칩니다. 용접 속도가 너무 느리면 열 입력이 너무 커서 공작물이 타버릴 수 있습니다. 용접 속도가 너무 빠르면 열 입력이 너무 작아 공작물이 관통되지 않을 수 있습니다.
아크 용접: 에너지는 전극(전극 또는 와이어)과 공작물 사이의 연속적인 방전으로 형성된 아크에서 발생합니다. 아크에 의해 생성된 고온(일반적으로 5000°C 이상)은 전극과 모재를 동시에 녹여 용융 풀을 형성합니다. 전극 유형 및 보호 방법에 따라 여러 가지 접근 방식으로 더 분류됩니다.
가스 금속 아크 용접(MIG/MAG): 전극으로 용접 와이어를 지속적으로 공급하고 동시에 불활성 또는 활성 차폐 가스(아르곤, CO₂ 또는 혼합물)를 분사합니다.
텅스텐 불활성 가스 용접(TIG): 내화성 텅스텐 전극을 사용하며 불활성 가스(주로 아르곤)로 보호됩니다. 필러 와이어를 추가하거나 추가하지 않을 수 있으며 아크의 열에 의해 모재가 녹습니다.
피복 금속 아크 용접(SMAW): 피복 전극이 전기 아크의 열에 의해 녹고 피복재는 용융 풀을 덮기 위해 보호 가스와 슬래그를 생성합니다.
잠수 아크 용접(SAW): 용접 와이어와 입상 플럭스가 동시에 아크 영역으로 공급됩니다. 아크는 플럭스 층 아래에서 연소되고 플럭스는 녹아 용융 풀을 덮는 슬래그를 형성합니다.
II. 핵심 성능 차원의 심층 분석
레이저 용접: 상당한 장점. 에너지가 고도로 집중되어 있고 열 입력이 매우 낮으며 열 영향부가 매우 좁습니다. 이는 용접 변형 및 잔류 응력을 크게 줄여 특히 얇은 판, 정밀 부품 및 조립 부품에 적합하며, 이후의 번거로운 수정 프로세스를 효과적으로 방지합니다.
아크 용접: 열 입력이 비교적 높고 광범위하게 분포되어 있으며 열 영향부가 상당히 넓습니다. 변형 및 잔류 응력 문제가 더욱 두드러지며, 특히 얇은 판 용접에서는 특히 신중한 툴링 설계 및 용접 시퀀스 계획이 필요합니다.
용접 속도 및 효율성
레이저 용접: 상당한 장점. 에너지 밀도가 매우 높고 대부분의 아크 용접 방법보다 훨씬 빠른 용접 속도를 가지고 있습니다. 고속 자동화 생산 라인에서의 장점은 대체할 수 없습니다.
아크 용접: 속도가 비교적 느립니다. 잠수 아크 용접 또는 고속 MIG 용접은 비교적 높은 속도를 달성할 수 있지만 일반적으로 레이저 용접보다 여전히 낮습니다. 효율성은 아크의 물리적 특성과 드롭렛 전이 프로세스에 의해 제한됩니다.
관통 능력 및 용접 형성:
레이저 용접: 장점(특히 심층 침투 용접). 키홀 효과로 인해 폭 대 깊이 비율이 큰 용접을 달성하는 데 적합하며 단일 패스로 두꺼운 판을 관통할 수 있습니다. 용접 이음새는 일반적으로 좁고 깊으며 표면이 매끄럽고 아름답습니다.
아크 용접: 관통 능력이 비교적 제한적이며 폭 대 깊이 비율이 작습니다. 두꺼운 판을 용접하려면 일반적으로 다층 및 다중 패스 용접을 위해 모따기가 필요합니다. 용접 이음새의 폭은 일반적으로 레이저 용접보다 크며 형성은 특정 공정 매개변수와 용접공의 기술에 따라 달라집니다.
III. 재료 적응성 및 두께 범위:
레이저 용접
유리한 재료: 탄소강, 스테인리스강, 알루미늄 합금, 티타늄 합금과 같은 일반적인 금속은 모두 적용 가능합니다. 구리 및 금과 같은 고반사 재료의 경우 반사를 극복하기 위해 특수 파장(녹색광, 청색광) 또는 더 높은 전력이 필요합니다.
두께 범위: 얇은 판 및 중간 판에 능숙합니다. 고출력 레이저(예: 10,000와트 파이버 레이저)는 더 두꺼운 재료(> 10mm)도 용접할 수 있지만 장비 비용이 급증했습니다. 이종 금속 용접(예: 강철-알루미늄)은 큰 잠재력을 가지고 있지만 정밀한 제어가 필요합니다.
아크 용접
장점: 거의 모든 용접 가능한 금속(강철, 스테인리스강, 알루미늄, 구리, 니켈 기반 합금, 주철 등)을 포함하여 매우 광범위한 재료에 적용할 수 있습니다. 고반사 재료에 특별한 어려움이 없습니다.
두께 범위: 매우 넓은 적응성. 초박막(마이크로 빔 TIG/플라즈마와 같은 특수 기술 필요)에서 수백 밀리미터 두께의 거대한 구조물(조선용 잠수 아크 용접 및 두꺼운 판의 전기로 슬래그 용접 등)에 이르기까지 모든 것을 처리할 수 있으며 두껍고 큰 부품을 용접하는 데 주력합니다.
레이저 용접은 고속, 저열 입력, 고정밀 및 높은 종횡비의 특성으로 정밀 제조 및 효율적인 자동화 분야에서 두각을 나타냈습니다. 아크 용접은 넓은 재료 적응성, 강력한 두꺼운 판 용량, 낮은 장비 비용 및 유연한 작동의 장점으로 중공업 및 현장 건설에서 깊은 기반을 가지고 있습니다. 두 가지 모두 산업 제조의 거대한 청사진에서 강점을 발휘하고 연결 기술의 경계를 지속적으로 확장합니다. 엔지니어의 지혜는 특정 응용 시나리오의 핵심 요구 사항을 인식하고 비용, 효율성 및 품질의 삼각형에서 가장 적합한 균형점을 찾아 금속의 연결을 견고하고 안정적이며 효율적이고 경제적으로 만드는 데 있습니다.