정밀한 세계에서레이저 용접, 고에너지 빔은 의심할 여지 없이 주역입니다. 그러나 적절한 가스의 정밀한 조율과 보호 없이는 용접 품질이 크게 저하되거나 심지어 실패할 수 있습니다. 이러한 겉보기에는 단순한 가스들이 실제로 여러 가지 중요한 역할을 합니다:
절연 보호: 용융 풀의 고온에서 공기를 차단하여 금속 산화 및 질화를 효과적으로 방지하고 용접 취성, 기공 및 개재물을 방지합니다.
플라즈마 억제제: 고출력 용접으로 생성된 밀집된 플라즈마 구름은 레이저 에너지를 산란시키고 흡수합니다. 특정 가스는 플라즈마를 억제하여 레이저 에너지가 효율적으로 공작물에 도달할 수 있도록 합니다.
광학 보호 쉴드: 용접 연기와 스패터를 날려 보내고 고가의 집광 렌즈를 오염 및 손상으로부터 보호하며 장비 수명을 연장하고 빔 품질을 유지합니다.
용융 풀 안정제: 적절한 기류는 용융 풀의 흐름을 안정시키고 용접 형성을 개선합니다(예: 언더컷 및 험프 감소).
냉각 보조: (보조 가스) 열영향부를 냉각하고 렌즈 홀더를 보호합니다.
핵심 가스 유형에 대한 자세한 설명
레이저 용접은 주로 두 가지 유형의 가스를 사용하며, 기능과 선택 기준이 다릅니다:
I. 보호 가스: 용융 풀의 직접적인 "방패"
아르곤(Ar): Ar의 이온화 에너지는 비교적 낮습니다. 레이저의 작용 하에서 이온화 정도가 비교적 높아 플라즈마 구름 형성을 제어하는 데 도움이 되지 않으며 레이저의 유효 이용률에 어느 정도 영향을 미칩니다. 그러나 Ar의 활성은 매우 낮고 일반적인 금속과 화학 반응을 일으키기 어렵습니다. 또한 Ar의 비용이 높지 않습니다. 또한 Ar의 밀도가 비교적 커서 용접 풀 위에 가라앉는 데 도움이 됩니다. 용접 풀을 더 잘 보호할 수 있으므로 일반적인 차폐 가스로 사용할 수 있습니다.
질소(N₂): N₂의 이온화 에너지는 중간 정도이며, Ar보다 높고 He보다 낮습니다. 레이저의 작용 하에서 이온화 정도는 평균이며, 플라즈마 구름 형성을 효과적으로 줄여 레이저의 유효 이용률을 높일 수 있습니다. 질소는 특정 온도에서 알루미늄 합금 및 탄소강과 화학 반응을 일으켜 질화물을 생성하여 용접부의 취성을 증가시키고 인성을 감소시키며 용접 조인트의 기계적 특성에 상당한 악영향을 미칩니다. 따라서 알루미늄 합금 및 탄소강의 용접부를 보호하기 위해 질소를 사용하는 것은 권장되지 않습니다. 질소와 스테인리스강의 화학 반응으로 생성된 질화물은 용접 조인트의 강도를 향상시켜 용접의 기계적 특성을 개선하는 데 도움이 됩니다. 따라서 스테인리스강을 용접할 때 질소를 보호 가스로 사용할 수 있습니다.
헬륨 He: He은 가장 높은 이온화 에너지를 가지며 레이저의 작용 하에서 이온화 정도가 매우 낮아 플라즈마 구름 형성을 효과적으로 제어할 수 있습니다. 레이저는 금속에 잘 작용할 수 있으며, He은 활성이 매우 낮고 기본적으로 금속과 화학 반응을 일으키지 않아 용접부에 탁월한 보호 가스가 됩니다. 그러나 He의 비용이 너무 높고 이 가스는 일반적으로 대규모 생산 제품에 사용되지 않습니다. He은 일반적으로 과학 연구 또는 매우 높은 부가가치를 가진 제품에 사용됩니다.
II. 보조 가스: 장비의 "보이지 않는 수호자"
보조 가스는 독립적인 노즐에서 분사되며 주로 광학 시스템을 보호합니다:
기능
용접 중에 생성된 연기와 금속 스패터를 강력하게 제거하여 보호 렌즈에 침착 및 오염되는 것을 방지합니다.
렌즈 홀더와 주변 영역을 냉각합니다.
일반적인 가스: 건조하고 깨끗한 압축 공기가 가장 경제적이고 일반적으로 사용됩니다. 요구 사항이 매우 높거나 재료가 특수한 경우 불활성 가스(예: Ar)를 사용할 수도 있습니다.
핵심 사항: 기류의 방향, 유량 및 압력을 신중하게 설정하여 주 보호 기류 및 용융 풀의 안정성을 방해하지 않으면서 효과적인 세척을 보장해야 합니다.
가장 적합한 가스를 선택하는 방법?
용접 재료
스테인리스강, 티타늄, 알루미늄: 아르곤 가스가 선호됩니다(산화 방지).
구리 및 고열 전도성 합금: 헬륨 가스 또는 고헬륨 혼합 가스가 자주 선택됩니다.
탄소강: 아르곤 및 헬륨-아르곤 혼합물을 사용할 수 있지만 순수 질소는 피해야 합니다.
특정 오스테나이트계 스테인리스강: 질소로 테스트할 수 있습니다.
용접 요구 사항
깊은 침투 및 고출력 용접의 경우 헬륨 가스 또는 고헬륨 혼합 가스가 선호됩니다.
높은 표면 품질 요구 사항: 헬륨 및 아르곤 가스가 일반적으로 더 잘 작동합니다.
극도로 높은 산화 방지 요구 사항: 아르곤 가스.
비용 고려 사항: 헬륨은 비쌉니다. 공정 요구 사항을 충족하는 조건에서 아르곤, 질소 또는 혼합 가스(헬륨 비율 감소)를 고려할 수 있습니다.
레이저 출력 및 용접 속도: 고출력 및 고속 용접은 플라즈마를 억제하기 위해 헬륨에 더 많이 의존합니다.
조인트 형태 및 노즐 접근성: 복잡한 조인트 또는 제한된 공간은 가스 보호 효과에 영향을 미칠 수 있습니다.
가스 전달 매개변수
유량: 너무 낮으면 보호가 불충분하고, 너무 높으면 용융 풀을 방해하고 가스를 낭비하며 비용을 증가시킬 수 있습니다.
노즐 유형 및 높이: 가스 커버리지 및 보호 효과에 직접적인 영향을 미칩니다.
공기 공급 모드: 동축/측면축 공기 공급 선택.
가스는 레이저 용접에서 조연이 아니라 고품질, 고효율 및 고안정성 생산을 보장하는 핵심 요소입니다.