레이저 용접 구리 및 알루미늄: 기술적 도전 과 해결책

구리와 알루미늄은 현대 제조에서 가장 중요한 두 가지 재료이며레이저 용접하기 가장 어려운 재료 중 두 가지입니다. 이들의 열적 및 광학적 특성은 강철 및 스테인리스강에서 레이저 용접을 간단하게 만드는 표준 가정을 벗어납니다.가공업체가 구리 또는 알루미늄 접합부에서 불량 융합, 균열, 기공 또는 불규칙한 침투를 경험할 때 그 원인은 거의 항상 레이저 시스템의 기능과 이러한 재료가 요구하는 물리적 현실 간의 불일치입니다.

이 기사에서는 각 금속이 제시하는 특정 과제, 이들 간의 이종 금속 용접의 추가 복잡성, 그리고 안정적이고 생산 준비가 된 결과를 제공하는 실질적인 접근 방식을 분석합니다.

주요 내용:

구리:

• 높은 1064nm 반사율(95-98%)과 극심한 열 전도성은 고출력 밀도, 녹색 레이저(515nm) 또는 정밀한 펄스 성형을 요구합니다.알루미늄:

• 수소 기공 및 열 균열(특히 6xxx 시리즈)에 취약합니다. 엄격한 표면 준비 및 용가재 선택이 필수적입니다.구리-알루미늄:

• 주요 장애물은 취성 금속간 화합물(IMC) 형성입니다. 열 입력 최소화 및 빔 오프셋 제어가 필수적입니다.구리가 레이저 용접하기 어려운 이유

후방 반사 위험: 반사된 빔이 레이저 소스로 되돌아갑니다. 강력한 후방 반사 보호 기능이 없으면 이 에너지는 광섬유 커넥터, 콜리메이터 및 레이저 모듈 자체를 손상시킬 수 있습니다. 강철용으로 설계된 표준 광섬유 레이저는 적절한 보호 기능이 부족할 수 있습니다.불규칙한 결합: 임계 에너지 밀도 이하에서는 거의 모든 에너지가 반사됩니다. 키홀이 형성되면 흡수율이 80-90%로 급증합니다. 이 급격한 전환은 불안정한 용접 시작, 스패터 및 불규칙한 침투를 유발할 수 있습니다.2. 높은 열 전도성

• 구리는 강철보다 약 8배 빠르게 열을 전도합니다. 용접 영역에 공급된 에너지는 용융 온도까지 축적되기보다는 주변 재료로 빠르게 분산됩니다. 레이저는 고출력 밀도를 신속하게 전달하여 열 확산과의 경쟁에서 이겨야 합니다.구리 솔루션

• 녹색 레이저 용접(515nm / 532nm): 녹색 파장에서 구리의 흡수율은 40-60%(1064nm에서의 2-5%와 비교)입니다. 녹색 레이저는 후방 반사 위험을 제거하고 안정적인 키홀 용접을 가능하게 합니다.

고 피크 파워 펄스는 키홀을 시작하고 유지할 수 있지만, 이 접근 방식은 표면 조건 및 조인트 맞춤에 민감합니다.표면 준비: 깨끗하고 산화물이 없는 표면은 결합 일관성을 향상시킵니다.

• 특정 합금 및 두께를 검증하기 위해 항상 생산 조건에서 샘플 용접을 실행하십시오.알루미늄이 레이저 용접하기 어려운 이유1. 높은 열 전도성과 낮은 융점알루미늄은 강철보다 약 4배 빠르게 열을 전도합니다. 낮은 융점(~660°C)과 비등점까지의 좁은 간격과 결합되어 알루미늄은 고체에서 액체, 증기로 빠르게 전환됩니다. 이는 키홀 안정성이 매개변수 변화에 매우 민감한 좁은 안정적인 용융 풀 창을 만듭니다.

• 2. 수소 기공수소 기공은 알루미늄 레이저 용접에서 가장 흔한 결함입니다. 알루미늄은 수분, 윤활유 및 표면 산화물에서 수소를 쉽게 흡수합니다. 빠른 응고 중에 포획된 수소는 내부 기공을 형성합니다. 기공을 최소화하려면 다음이 필요합니다.

• 적절한 용매를 사용한 철저한 표면 세척.보관, 취급 및 차폐 가스 순도에 대한 엄격한 제어.

• 3. 열 균열특정 합금, 특히 6000 시리즈(6061, 6063)는 넓은 응고 범위로 인해 열 균열에 매우 취약합니다.

이종 금속 용접: 구리 대 알루미늄

금속간 화합물(IMC) 형성

• 구리와 알루미늄이 용융 풀에서 혼합되면 CuAl₂ 및 Cu₉Al₄와 같은 취성 금속간 화합물을 형성합니다. 이러한 화합물은 다음과 같습니다:

• 취성:

전기 저항성: 접촉 저항을 증가시켜 전기 성능을 저하시킵니다.열에 민감함:

• 높은 열 입력은 더 두껍고 파괴적인 IMC 층을 생성합니다.구리-알루미늄 접합 전략오프셋 빔 위치 지정: 레이저를 주로 더 쉽게 녹거나 더 효율적으로 결합되는 재료(일반적으로 알루미늄)에 직접 조사하여 열 전도에 의존하고 직접적인 상호 혼합을 제한합니다.

MOPA 레이저를 사용하여 에너지를 빠르게 전달하여 더 작은 용융 풀을 만들고 반응 시간을 줄입니다.열 입력 최소화: 충분한 융합을 유지하면서 IMC 층 두께를 제한하기 위해 총 열 입력을 낮게 유지합니다.

구리 응용 분야: EV 배터리 버스바, 열 교환기, 전기 접점 및 전원 커넥터.알루미늄 응용 분야:

• 자동차 구조 부품(차체, 배터리 인클로저), 항공 우주 판금 및 HVAC 열 교환기.구리-알루미늄 이종 응용 분야:

• EV 배터리 셀 탭, 모터 권선 연결 및 전력 인버터 버스바.Jiangpin Tech가 생산을 돕는 방법

• Jiangpin Tech에서는 구리 및 알루미늄 레이저 용접에 대한 일률적인 접근 방식을 믿지 않습니다. 특정 재료, 조인트 형상 및 성능 요구 사항을 분석하는 것부터 시작합니다.구리의 경우:

• 알루미늄의 경우: 기공 및 균열을 제거하기 위한 강력한 재료 준비 프로토콜 및 차폐 가스 사양을 제공합니다.

• 이종 접합의 경우: 엄격한 기계적 및 전기적 규정 준수를 보장하기 위해 맞춤형 샘플 테스트 매트릭스(빔 오프셋, 펄스 성형, 이동 속도)를 설계합니다.

• 모든 Jiangpin Tech 시스템에는 완전한 문서, CE 마킹 및 전 세계 제조업체를 위한 맞춤형 안정적인 원격 시운전 지원이 함께 제공됩니다.구리 또는 알루미늄 용접 공정을 최적화할 준비가 되셨습니까?