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레이저 용접의 결함을 제거하거나 줄이기 위해 주로 레이저 및 아크, 레이저 및 플라즈마 아크, 레이저 및 유도 열원 하이브리드 용접 및 다중 빔 용접을 포함한 다른 열원 및 레이저 하이브리드 용접 프로세스가 제안됩니다. 또한, 레이저 필러 와이어 용접(냉간 와이어 용접 및 열선 용접으로 세분될 수 있음), 외부 자기장 보조 강화 레이저 용접, 차폐 가스 제어 침투 레이저 용접, 레이저 용접과 같은 다양한 보조 공정 조치가 제안되었습니다. 보조 마찰 교반 용접 등

레이저 아크 하이브리드 용접의 원리와 열원 분류

레이저 아크 하이브리드 용접의 원리

레이저 아크 하이브리드 용접 기술은 1970년대 후반 영국 학자 WM Steen에 의해 처음 제안되었습니다. 주요 아이디어는 아크 열을 효과적으로 사용하는 것입니다. 여기서 말하는 "아크"는 주로 텅스텐 아르곤 아크(TIG)와 용융 아르곤 아크를 말합니다. (MIG/MAG), 레이저-TIG/MIG로도 알려져 있음; 2001년 에센 국제 용접 전시회에서 오스트리아 Fronuis가 전시한 "레이저-MIG 하이브리드 용접" 장비인 하이브리드 용접 기술은 큰 관심을 불러일으켰습니다. 최근 몇 년 동안 산업 생산의 요구로 인해 점차 국제 용접 커뮤니티의 관심의 초점이되어 주목을 받았습니다.

레이저 아크 하이브리드 용접 기술은 레이저와 MIG 아크에 의해 용접 부위에 동시에 작용하는 기술입니다. 레이저와 아크의 상호 영향을 통해 좋은 복합 효과를 얻을 수 있으며, 더 작은 레이저 출력 조건에서 더 큰 용접 용입이 얻어짐과 동시에 레이저가 향상됩니다. 접합 간극에 대한 용접의 적응성은 고효율 및 고품질 용접 공정을 가능하게 합니다. 그림 1.1은 레이저-아크 하이브리드 용접의 원리와 일반적인 용접 단면 형상을 보여줍니다.

레이저는 금속 표면에 작용하고 레이저의 작용으로 용접부 위에 광플라즈마 구름이 생성됩니다. 플라즈마 구름에 의한 입사 레이저의 흡수 및 산란은 레이저 에너지의 이용률을 감소시킵니다. 아크가 적용된 후 저온 및 저밀도 아크 플라즈마로 인해 광 유도 플라즈마가 희석되고 레이저 에너지 전송 효율이 향상됩니다. 동시에 아크는 모재를 가열하여 모재의 온도를 높이고 모재의 레이저 흡수율을 높입니다. 관통력이 증가합니다.

용융 금속은 아크에 자유 전자를 제공하고 아크 채널의 저항을 줄이며 아크의 에너지 이용률을 높입니다. 마지막으로 총 에너지 이용률이 증가하고 침투 깊이가 더욱 증가합니다. 레이저 빔이 MIG를 통과하면 금속을 투과하는 능력이 일반 대기에서보다 크게 향상됩니다. 레이저 빔은 또한 아크에 초점을 맞추고 가이드하여 용접 과정에서 아크를 보다 안정적으로 만듭니다.

레이저 하이브리드 용접 기술에서는 레이저 아크 하이브리드 용접 기술이 더 널리 사용됩니다. 주요 목적은 아크 에너지를 효과적으로 사용하여 더 큰 침투 깊이를 얻고 레이저 용접의 조립 정확도를 줄이는 것입니다. 예를 들어, 레이저와 TIG/MIG 아크로 구성된 레이저 TIG/MIG 하이브리드 용접은 더 낮은 레이저 출력 조건에서 대용입 용접을 실현할 수 있으며, TIG/MIG 아크에 비해 입열량이 크게 감소합니다.

금속 부품을 용접할 때 YAG 레이저에서 출력되는 레이저 빔의 에너지 밀도는 약 106W/cm2입니다. 레이저 빔이 재료의 표면에 닿으면 가열된 표면이 즉시 증발 온도에 도달하고 흐르는 금속 증기의 작용으로 인해 용접 금속에 피트가 생성되어 더 큰 용접 종횡비를 얻을 수 있습니다. MIG 아크의 에너지 밀도는 10보다 약간 큽니다.⁴W/cm², 이는 작은 종횡비로 더 넓은 용접을 얻을 수 있습니다. 레이저-아크 하이브리드 용접의 원리[그림 3.1(a)]에서 알 수 있듯이, 레이저빔과 아크가 용접 장소의 동일한 영역에서 결합되고, 두 가지가 서로 영향을 주어 개선되는 것을 알 수 있다. 에너지 이용률. 레이저-MIG 하이브리드 용접의 용접 형태는 그림 3.1(b)에 나와 있으며, 이는 단일 에너지원의 용접 효과보다 우수합니다.

단일 레이저 용접의 경우 레이저 빔의 직경이 작아서 홈 조립 간격이 작아야 합니다. 용접 이음매 추적 정확도가 높아야 하며, 용융풀이 형성되지 않을 경우 열효율이 매우 낮습니다. 레이저 아크 하이브리드 용접은 다음과 같은 측면에서 반영될 수 있는 이러한 단점을 보완할 수 있습니다.

• 레이저 용접과 MIG 용접이 결합되어 용융 풀의 너비가 증가하고 홈 조립에 대한 요구 사항이 감소하며 용접 이음매를 추적하기 쉽습니다.
• MIG 용접 아크는 먼저 용접물의 표면을 가열하여 용융 풀을 형성하여 레이저 방사선의 흡수율을 증가시킬 수 있습니다. MIG 용접의 기류는 또한 레이저 빔에 의해 여기된 금속 증기를 보호할 수 있습니다. MIG 용접의 용융 와이어에 의해 생성된 액체 금속은 용접을 채울 수 있고 언더컷을 피할 수 있습니다.
• 레이저에 의해 생성된 플라즈마는 MIG 아크의 점화 및 유지보수 능력을 향상시키고 레이저-MIG 복합 아크는 보다 안정적입니다.

즉, 레이저와 MIG 아크의 상호 작용이 보완되고 강화되어 더 나은 용접 결과를 얻을 수 있습니다.

예를 들어, 용접 속도 2m/min에서 출력 0.2KW의 레이저 빔과 용접 전류 90A의 TIG 아크를 결합하여 일반적으로 레이저 빔이 필요한 용입 깊이 1mm의 용접을 용접할 수 있습니다. 5KW의 힘으로. 같은 효과. 또한 연속적인 레이저 빔이 아크 중심선에서 3~5mm 떨어져 있을 때 아크를 끌어당겨 안정적으로 연소할 수 있어 레이저 용접 속도를 높일 수 있습니다. 레이저와 아크의 조합은 두 용접 공정의 단순한 중첩이 아닙니다. 두 열원이 각각의 장점을 충분히 발휘할 수 있을 뿐만 아니라 서로의 단점을 보완하여 "1+1>2" 시너지 효과를 구현하여 가장 유망한 고효율 용접 기술 중 하나가 되었습니다. 산업 생산에서.

레이저-아크 복합 열원 분류

레이저와 아크의 조합은 두 열원의 장점을 최대한 활용하고 서로의 단점을 보완하여 새롭고 고품질의 고효율 에너지 절약형 열원을 형성합니다. 동일한 조건에서 레이저 아크 하이브리드 용접은 단일 용접 또는 TIG/MIG 용접보다 적응성이 강하고 용접 성형성이 우수합니다. 레이저 아크 하이브리드 용접은 독일과 일본과 같은 선진국에서 산업 응용 단계에 진입했습니다.

레이저 아크 복합 열원에 사용되는 레이저에는 일반적으로 CO가 포함됩니다.₂ 가스 레이저, YAG 고체 레이저, 반도체 레이저 및 파이버 레이저. 다양한 유형의 아크에 따라 레이저 및 아크 복합 열원에는 주로 TIG 복합, 레이저-MIG/MAG, 레이저-이중 복합, 레이저-플라즈마 복합 등이 포함됩니다.

Laser-TIG 복합 열원

레이저-아크 복합 열원에 대한 초기 연구는 CO의 근축 재결합에서 시작되었습니다.₂ 레이저 및 비용융 전극 TIG. 레이저와 TIG 아크의 복합 공정은 비교적 간단합니다. 빔과 호는 동축 또는 측면 축에 배치될 수 있습니다. 빔 사이의 각도, 아크 전류와 입력 형태의 크기, 레이저 파워, 배열 방향, 작용 거리, 아크 높이, 차폐 가스의 흐름 등이 주요 하이브리드 용접의 효과에 영향을 미치는 요인.

그림 1.2는 laser-TIG의 개략도를 보여줍니다. 하이브리드 용접. 레이저-TIG 복합 열원은 빠른 용접 조건에서 안정적인 아크를 얻을 수 있으며, 기공, 개재물, 언더컷과 같은 용접 결함을 줄이면서 용접 이음매를 아름답게 형성합니다. 특히 낮은 전류, 높은 용접 속도 및 긴 아크에서 laser-TIG 복합 열원의 용접 속도는 기존 TIG 용접에서 어려운 단일 레이저 용접의 2배 이상까지 도달할 수 있습니다. 레이저-TIG 아크 복합 열원은 주로 박판의 고속 용접에 사용되며, 두께가 다른 판의 맞대기 용접에도 사용할 수 있습니다. 필러 메탈은 큰 갭 플레이트를 용접할 때 사용할 수 있습니다.

연구에 따르면 용접 속도가 0.5~5m/min일 때 5KW 레이저 빔과 TIG 아크를 사용한 용접 침투는 5KW 레이저 빔 단독의 1.3~2배이고 용접부에 언더컷이나 기공이 없습니다. 결함. 아크 복합 레이저 이후 전류 밀도가 크게 향상되었습니다.

Laser-MIG/MAG 복합 열원

Laser-MIG/MAG 하이브리드 용접은 자동차 및 조선 분야에서 널리 사용되는 복합 열원 용접 방법입니다. 레이저 MIG/MAG 하이브리드 용접은 MIG/MAG 용접 필러 와이어의 장점을 사용하여 용접 야금 및 구조적 특성을 향상시키면서 용접 침투 및 적응성을 높일 수 있습니다.

그림 1.3은 레이저-MIG/MAG 하이브리드 용접의 개략도를 보여줍니다. 레이저-MIG/MAG 복합 열원 용접은 와이어 공급 및 액적 전달과 같은 문제가 있기 때문에 물리적 공정이 레이저-TIG 또는 레이저-PAW 복합 열원 용접보다 복잡하고 대부분 횡축 복합 용접을 사용합니다.

그림 1.4는 두 가지 유형의 레이저 MIG 복합 용접 토치 헤드를 보여줍니다. 일부 회사는 레이저-MIG/MAG 복합 용접 토치 헤드의 설계 및 제조를 전문으로 합니다. MIG 용접 와이어와 차폐 가스는 특정 각도와 비스듬히 용접 영역에 공급됩니다. 에 의해 용융된 용접 와이어는 축 방향으로 전이된 액적을 형성한 다음 액적과 모재가 레이저와 아크에 의해 가열 및 용융되어 용접 풀을 형성합니다. 용가 와이어의 존재로 인해 용접 침투를 증가시키고 공정의 적응성을 향상시키며 용접 구조 및 특성을 향상시킬 수 있습니다.

공정 매개변수가 부적절하게 설정되면 용접 와이어와 용융 방울이 쉽게 레이저에 간섭을 일으켜 용접 품질에 영향을 줄 수 있습니다. 공작물 표면의 레이저 방사 조도가 재료 기화의 임계 방사 조도에 도달하면 핀홀 효과와 광유도 플라즈마가 생성되어 심층 용입 용접 공정을 실현합니다. 레이저-TIG 하이브리드 용접과 비교할 때 레이저-MIG/MAG 하이브리드 용접은 더 큰 판 두께와 더 강한 용접 적응성으로 용접될 수 있는 좋은 응용 전망을 가지고 있습니다. 특히 MIG/MAG 아크는 강한 방향성과 음극 분무의 장점을 가지고 있기 때문에 두꺼운 판재와 알루미늄 합금, 기타 내레이저 금속의 용접에 적합합니다.

Laser-MIG 하이브리드 용접은 용접 금속의 야금학적 특성과 미세 구조를 개선하기 위해 필러 와이어의 장점을 사용하며 매체 및 후판 용접에 자주 사용됩니다. 따라서 이 방법은 주로 조선, 파이프라인 운송 및 대형 자동차 제조에 사용됩니다. 독일에서는 이 복합 기술이 실용화 단계에 이르렀습니다. 예를 들어, Fraunhofer 연구소는 두께 5-8mm의 오일 탱크를 효과적으로 용접할 수 있는 레이저-MIG 복합 열원 용접 오일 저장 탱크 용접 시스템을 개발했습니다.

레이저-TIG 또는 레이저-PAW 하이브리드 용접과 비교하여 레이저 MIG/MAG 하이브리드 용접은 용접 와이어의 존재로 인해 측면 축 복합 용접을 사용합니다.

구조는 더 큰 전류 밀도로 용접될 수 있고 클래딩 효율이 더 높으며 더 큰 침투 깊이와 너비를 얻을 수 있습니다. 두껍고 큰 판의 용접에 사용되며 공작물 간격, 잘못된 모서리 및 중간 편차, 더 강한 적응성 및 더 높은 용접 효율에 덜 민감합니다. 또한 레이저 MIG/MAG 하이브리드 용접은 적절한 용접 와이어를 선택하여 용접 금속에 유익한 요소를 추가하여 용접의 야금학적 특성과 미세 구조를 개선하여 용접 균열 경향을 줄이고 충격 인성 및 강도를 보장할 수 있습니다. 고강도 구조용 강, 알루미늄 합금 및 기타 재료의 용접에 더 적합합니다. 레이저-MIG/MAG 하이브리드 용접이 국내외에서 높이 평가되는 레이저-아크 하이브리드 열원 용접 방법이 된 것은 이러한 특성에 기반합니다.

레이저 이중 아크 복합 열원

레이저-이중 아크 하이브리드 열원 용접은 레이저와 두 개의 MIG 아크를 동시에 결합하는 용접 프로세스입니다. 두 MIG 용접 토치는 독립적인 전원 공급 장치 및 와이어 공급 메커니즘을 가지고 있으며 자체 전원 공급 시스템을 통해 용접 토치 헤드를 공유합니다. 각 MIG 용접 토치는 그림 1.5와 같이 다른 용접 토치 및 레이저 빔의 위치에 대해 임의로 조정할 수 있습니다.

3개의 열원이 동시에 한 영역에서 작용해야 하기 때문에 서로의 배열이 특히 중요합니다. 수직 방향으로 재배치 가능한 레이저 빔에 대한 하이브리드 용접 헤드의 위치를 만들기 위해서는 테스트 장치를 연구하고 설계할 때 MIG 용접 건의 크기와 레이저 빔 초점을 신중하게 고려해야 합니다.

갭리스 이음 용접의 경우 레이저-더블 아크 하이브리드 용접의 용접 속도는 일반 레이저-MIG 하이브리드 용접보다 약 30%, 서브머지드 아크 용접보다 약 80% 더 높습니다. 단위 길이당 입열량은 기존 laser-MIG 하이브리드 용접보다 약 25%, 서브머지드 아크 용접보다 약 80% 적으며 용접 공정이 매우 안정적이며 기존 laser-MIG 하이브리드 용접 효율을 훨씬 능가합니다. 용접.

레이저 전후에 MIG 열원이 있기 때문에 단일 레이저-MIG 복합 열원의 용접 방향의 제한을 피하고 두꺼운 판의 자동 용접을 구현하기가 더 쉽습니다.

레이저 플라즈마 복합 열원

플라즈마 아크는 강성, 고온, 강한 방향성, 양호한 아크 점화성, 좁은 가열 영역 및 외부 세계에 대한 낮은 감도의 장점이 있어 복합 열원 용접에 좋습니다. 박판 맞대기 용접, 불균일 판 연결, 아연 도금 판 겹침 용접, 알루미늄 합금 용접, 절단 및 표면 합금을 위한 플라즈마 아크 및 복합 재료의 적용은 좋은 결과를 얻었습니다.

두께가 0.16mm인 아연도금판의 고속 용접에 레이저-플라즈마 하이브리드 용접을 사용하면 90m/min에서도 용접 중 아크가 매우 안정적이며 용접만으로는 결함이 없음을 보여줍니다. 레이저 용접만 48m/min일 경우 아크 불안정 및 용접 불량이 발생합니다.

레이저-TIG 하이브리드 용접과 마찬가지로 레이저 플라즈마(PAW) 하이브리드 용접은 나란히 또는 동축으로 결합될 수 있습니다.

레이저 아크 하이브리드 용접의 특징

레이저-아크 하이브리드 용접은 두 개의 독립적인 열원의 장점을 결합합니다(예를 들어, 레이저 열원은 높은 에너지 밀도, 우수한 지향성 및 투명 매체 전도의 특성을 가지며, 아크 플라즈마는 높은 열-전기 변환 낮은 효율 , 낮은 장비 비용 및 운영 비용, 성숙한 기술 개발 및 기타 장점), 두 가지 단점(예: 레이저에 대한 금속 재료의 높은 반사도로 인한 레이저 에너지 손실, 레이저 장비의 높은 비용 및 낮은 전력- 광변환 효율 등, 아크 열원의 낮은 에너지 밀도, 고속 이동 시 열악한 아크 안정성 등).

동시에 이 둘의 유기적 결합은 많은 새로운 기능(높은 에너지 밀도, 높은 에너지 활용도, 높은 아크 안정성, 낮은 툴링 정확도 및 용접할 공작물의 표면 품질 등)을 도출하여 뛰어난 성능을 제공합니다. 응용 유망한 새로운 용접 열원.

복합 레이저에 사용할 수 있습니다. CO₂ 레이저, YAG 레이저, 반도체 레이저, 파이버 레이저 등 복합 용접 아크 열원에 사용할 수 있습니다. TIG, MIG, MAG, 플라즈마 아크 등

상술한 레이저와 아크는 어떠한 방식으로든 제한 없이 조합되어 복합 열원을 구성할 수 있다. 복합 기술에는 다음과 같은 주요 기능이 있습니다.

아크 예열로 레이저 열 효율 향상

금속 재료의 광학적 특성은 시험 온도와 밀접한 관련이 있습니다. 온도가 상승하면 금속의 레이저 에너지 흡수율이 비선형적으로 증가합니다. 하이브리드 용접 공정에서 아크 가열로 인해 공작물이 가열되어 녹고 레이저 빔이 아크를 통과하여 액체 금속 표면에 직접 작용하여 적외선 레이저에 대한 공작물의 반사율을 크게 줄입니다. 특히 CO₂ 더 큰 파장의 레이저), 레이저의 작업물 흡수율을 향상시킵니다.

또한, 아크 플라즈마의 온도와 이온화 정도가 상대적으로 낮아 광 유도 플라즈마에 희석 효과를 주어 전자 수 밀도를 감소시켜 광 유도 플라즈마에 의한 레이저의 흡수 및 굴절을 감소시키고, 및 공작물의 표면에 대한 입사각을 증가시키는 단계를 포함한다. 레이저 에너지. 그러나 이러한 종류의 영향은 더 복잡하며 용접 전류가 크면 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.

레이저 및 아크 하이브리드 용접에서 TIG 또는 MIG 아크는 먼저 모재를 녹인 다음 용융 금속을 레이저로 조사하여 레이저에 모재의 흡수율을 증가시켜 아크 에너지를 효과적으로 사용하고 감소시킬 수 있습니다. 레이저 파워. 그것의 상호 작용은 용접 효율성을 증가시키고 용접 속도는 9m/min에 도달할 수 있습니다. 아크의 영향으로 인해 낮은 출력의 레이저를 사용하여 좋은 용접 효과를 얻을 수 있습니다. 레이저 용접과 비교하여 생산 비용을 절감하고 "고효율, 에너지 절약 및 경제"의 요구 사항을 충족하며 레이저 에너지를 효과적으로 사용할 수 있습니다.

아크 열유속 및 용접 안정성 향상

레이저 에너지 밀도가 매우 높기 때문에 용접 과정에서 금속이 증발하고 많은 양의 금속 플라즈마를 형성하여 아크에 좋은 전도성 경로를 제공하고 아크에 강한 인력 및 수축 효과가 있습니다. 아크 점화 압력을 감소시키고 전계 강도를 감소시킬 수 있습니다. 아크의 안정성을 향상시킵니다. 레이저의 아크 안정화 효과로 인해 복합 열원의 고속 용접 중에 아크 드리프트 또는 아크 차단 현상이 발생하기 쉽지 않아 전체 용접 공정이 매우 안정적이고 스패터가 극히 적습니다. 레이저가 아크를 수축시키기 때문에 아크의 열유속 밀도가 증가하고 레이저가 아크 루트를 압축하여 침투 깊이를 더욱 증가시킵니다.

TIG 또는 MIG 단독의 경우 용접 아크가 불안정한 경우가 있으며 특히 작은 전류의 경우 용접 속도가 특정 값까지 증가하면 아크가 드리프트되어 용접 공정이 불가능합니다. 레이저-아크 하이브리드 용접 기술을 사용할 때 레이저에 의해 생성된 플라즈마는 아크를 안정화하는 데 도움이 되고 레이저는 용융 풀에 작용하여 열쇠 구멍을 형성하여 아크를 끌어당기고 용접 안정성도 증가시킵니다. 열쇠 구멍은 아크의 루트를 압축하여 아크 에너지의 활용도를 높입니다. 복합 아크는 용접 폭(특히 MIG 아크)을 증가시키고 조립 정확도에 대한 열원의 요구 사항, 정렬 불량의 양 및 조인트 갭의 센터링 감도를 줄이며 공작물 맞대기 처리 및 조립의 작업 부하를 줄입니다. 용접은 더 큰 조인트 갭에서 실현되어 생산 효율성을 향상시킵니다.

전기 졸의 작용으로 모재가 녹아서 용융풀을 형성하고, 레이저 빔이 아크의 바닥에 작용하여 용융풀을 형성합니다. 액체 금속은 레이저 빔의 흡수율이 높기 때문에 하이브리드 용접의 침투 깊이는 레이저 용접과 동일한 단순 레이저 용접의 침투 깊이보다 큽니다. 고출력의 레이저 용접과 비교할 때 복합 열원 용접의 침투 깊이는 특히 좁은 간격과 큰 두꺼운 판의 용접에서 두 배로 증가 할 수 있습니다. 레이저 아크 하이브리드 용접을 사용할 때 레이저 작용으로 아크가 용접 깊이로 잠수할 수 있습니다. 용가재의 용착량을 줄이고 크고 두꺼운 판재의 심용입 용접을 실현합니다.

용접 효율성 향상 및 비용 절감

아크의 예열 효과로 인해 공작물에 의한 레이저 에너지 흡수율이 증가하여 용접 침투 깊이가 증가합니다. 또한 아크 열은 저조도에 의해 생성된 작은 구멍을 통해 공작물 내부에 작용할 수 있으며, 이는 침투 깊이를 더욱 증가시킵니다. 6mm 두께의 1Cr18NigTi 스테인리스 강판의 용접 이음매 단면 형상을 서로 다른 용접 공정(레이저 용접, MIG 용접 및 레이저-MIG 하이브리드 용접)으로 비교한 결과가 그림 1.6에 나와 있습니다.

레이저와 아크의 상호 작용은 하이브리드 용접의 에너지 효과를 두 개의 개별 열원의 에너지 효과의 합보다 크게 만들고 레이저-아크 하이브리드 용접이 단일 열원에 비해 분명한 이점을 갖도록 합니다. 용접 공정. 동일한 용입 깊이 조건에서 용접 속도를 1~2배 높일 수 있어 용접 효율이 크게 향상되고 레이저 출력에 대한 요구 사항이 감소하며 장비 투자 및 생산 비용이 절감됩니다.

레이저와 아크의 조합

레이저와 전기 아크 용접을 결합하는 두 가지 방법이 있습니다. 하나는 용접 방향을 따라 레이저와 아크 사이의 거리가 크고 전후에 직렬로 배열됩니다. 2개는 공작물에서 독립적인 열원으로 작동합니다. 주요 목적은 레이저 흡수율을 향상시키기 위해 용접을 예열 또는 사후 가열하기 위해 아크 열원을 사용하는 것입니다. 용접 구조 및 성능 향상을 목적으로 합니다.

고체 레이저의 짧은 파장으로 인해 재료 가공, 특히 용접 가공에서 고유한 장점이 있습니다(예: 재료는 레이저의 높은 흡수율을 가지며 빔은 광섬유를 통해 전송하기 쉽고, 용접 유연성 및 자동화 등을 쉽게 달성 할 수 있으므로 솔리드 레이저 + 아크 하이브리드 열원 용접이 점점 더 주목 받고 있습니다.

생산 실습에서 레이저-아크 복합 열원은 주로 CO를 사용합니다.₂ 레이저 및 YAG 레이저(반도체 파이버 레이저는 최근 몇 년 동안 점진적으로 추진되고 있음). 레이저와 호의 상대 위치에 따라 그림과 같이 근축 복합 재료와 동축 복합 재료가 있습니다. 1.7과 같이.

근축 화합물

근축 재결합은 레이저 빔과 아크가 공작물의 동일한 위치에서 특정 각도로 함께 작용하는 것을 의미합니다. 즉, 레이저가 호의 외부를 통과하여 공작물의 표면에 도달하고 전방으로 보낼 수 있습니다. 1.8(a)와 같이 그림에서와 같이 호의 또는 호 뒤에 있습니다. 근축 재조합은 달성하기가 더 쉽습니다. 현재 널리 사용되는 비용융 전극 텅스텐 아르곤 아크 용접(TIG) 아크 또는 용융 전극 가스 차폐 용접(MIG) 아크를 사용할 수 있습니다.

동축 합성물

동축 재결합은 레이저와 아크가 공작물의 동일한 위치에 동축으로 작용하는 것을 의미합니다. 즉, 레이저가 아크의 중심을 통과하거나 아크가 링 레이저 빔의 중심을 통과하여 공작물의 표면에 도달하는 것입니다. , 그림 1.8(b)와 같이. 동축 복합재는 더 어렵고 공정이 더 복잡하므로 TIG 아크 또는 PAW(플라즈마 아크 용접, 플라즈마 아크 용접) 아크가 자주 사용됩니다.

레이저의 전면 및 후면 위치의 영향

레이저와 아크의 상대 위치는 용접 표면 형성 및 미세 구조 속성에 영향을 미칩니다. 연구에 따르면 용접 솔기의 상부 표면은 레이저 빔이 아크에 있기 전에 균일하게 형성되고 완전하고 아름답습니다. 특히 용접 속도가 높을 때 효과가 더 분명합니다. 아크가 레이저 빔 앞에 있는 동안 용접 솔기의 윗면은 홈으로 나타납니다.

용접부의 조성과 성능을 분석하여 두 경우 모두 용접부의 상부에서 하부로 원소 함량이 증가함을 알 수 있다. 레이저에 의한 아크 전의 용접 상부의 경도는 하부의 경도보다 작고, 레이저 후 용접의 상부의 경도는 하부의 경도보다 크다.

그 이유는 아크가 뒤에 있을 때 열원의 작용 영역이 넓고 용접 후 열원이 제거되기 때문입니다. 수영장과 좋은 형성; 아크 열원이 레이저에 작용한 후 용접의 템퍼링과 동일하며 열이 용접의 더 깊은 부분으로 전달될 수 없으므로 하부가 템퍼링되지 않으므로 상부의 경도 용접은 하부보다 적습니다.

레이저의 앞면과 뒷면의 차이와 아크는 용접 과정에 영향을 미칠 뿐만 아니라 거리의 차이도 용접 과정에 영향을 미칩니다. 그들 사이의 거리는 하이브리드 용접의 액적 전달에 영향을 미칩니다. 액적 전달은 고속 MIG 용접 중에 매우 불안정합니다. 레이저 MIG-하이브리드 용접에서는 액적에 대한 레이저 플라즈마의 열 복사 효과와 아크의 흡수로 인해 액적의 모양과 힘 상태가 변경되고 액적 전달이 변경되었습니다. 용접 전류가 다르면 최적의 레이저 및 아크 거리가 다릅니다. 최적의 간격에서 액적 전달 형태는 안정적인 단일 제트 전달이며 전류와 전압이 일정하며 용접 이음새가 잘 형성됩니다.

그림 1.9(a)에서 호는 두 개의 레이저 빔의 중간에 위치합니다. 광섬유에서 YAG 레이저 빔이 출력된 후 두 개의 빔으로 분할되어 렌즈 세트를 통해 다시 초점이 맞춰집니다. 전극과 아크는 렌즈 아래에 배치되고 방사점의 초점은 일치합니다. 이때 8개의 텅스텐 전극을 사용하는데, 이는 일정한 직경의 원형 링에 45°로 균일하게 분포되어 있다.

텅스텐 전극은 독립적인 전원으로 구동됩니다. 용접 과정에서 해당 방향의 두 쌍의 전극이 토치의 이동 방향에 따라 작동하도록 제어되어 전후 방향으로 열원을 형성합니다. 레이저 빔이 원형의 중심을 통과하도록 중공 텅스텐 전극을 설계하는 것도 동축 재결합의 일반적인 방법입니다. 동축 복합재는 근축 복합재의 방향성 문제를 해결하고 3차원 구조 부품 용접에 적합합니다. 어려움은 용접 총의 부정이 더 복잡하다는 것입니다.

레이저 아크 하이브리드 용접의 전압 및 전류 변화

레이저와 아크의 상호 작용은 적응성을 향상시키는 용접 방법을 형성합니다. 단일 용접 방법의 단점을 방지합니다. 에너지 증가, 침투력 증가, 용접 공정 안정화의 장점이 있습니다. 또한 조립 요구 사항을 줄이고 반사율이 높은 재료의 용접을 실현합니다. 많은 장점.

그림 1.10은 순수 TIG 용접과 레이저-TIG 하이브리드 용접에서 아크 전압과 용접 전류의 파형을 보여준다. 그림 1.10(a)에서 용접속도는 135cm/min, TIG 용접전류는 100A이다. 레이저-TIG 하이브리드 용접 시 아크 전압과 용접 전류가 크게 증가함을 알 수 있다. 그림 1.10(b)에서 용접속도는 270cm/min, TIG 용접전류는 70A이다. TIG 용접 단독으로는 아크 전압과 용접 전류가 불안정함을 알 수 있다. 용접이 어려운 반면, TIG 하이브리드 용접은 전압과 용접전류가 매우 안정되어 용접이 원활하게 이루어집니다.

레이저 와이어 용접은 레이저 용접을 수행하면서 용접 이음매를 용접 와이어로 채우는 것을 말합니다. 용접 와이어를 추가하는 두 가지 목적이 있습니다. 용접이 잘 형성될 수 있도록 조인트 갭이 이상적이지 않은 경우에도 일반 용접을 수행할 수 있습니다. 두 번째는 용접이 특정 성능 요구 사항을 충족할 수 있도록 용접의 구성과 구조를 변경하는 것입니다.

와이어 심용입 용접을 사용할 때 용접 와이어를 너무 빨리 추가하지 않도록 주의해야 합니다. 용융 웅덩이의 작은 구멍을 손상시키지 않습니다. 실험에 따르면 와이어 레이저 용접을 사용할 때 다른 용접 조건은 변경되지 않았습니다. 와이어가 추가되지 않은 경우보다 용접 폭이 좁아집니다. 이는 필러 와이어가 녹으면서 동일한 열 입력 하에서 빛의 일부를 소비하기 때문입니다. 에너지, 즉 기본 재료를 녹이는 데 사용되는 에너지가 그에 따라 감소합니다.