이번 글에서는 레이저 용접 종류와 특징 및 장단점에 대해 알아보겠습니다.
오늘날의 세계에서 용접은 재료를 함께 결합하기 위해 다양한 산업에서 사용되는 필수 공정으로 전통적인 용접 방법이 널리 사용되는 동안 레이저 용접은 다양하고 효율적인 기술로 부상했습니다.
레이저 용접은 집중된 빛 에너지 빔을 사용하여 정밀하고 고품질의 용접이 가능해졌습니다.
이번 글에서는 다양한 유형의 레이저 용접을 살펴보고 주요 기능은 물론 혁신적인 접합 공정과 관련된 장단점에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다.
1. 대표적인 종류 3가지
특정 용도 및 용접 설정에 따라 여러 유형으로 분류할 수 있으며 세 가지 주요 유형은 다음과 같습니다.
A. 전도(Conduction) 모드 용접: 전도 제한 용접이라고도 하는 이 용접 기술은 얇은 재료를 용접하는 데 적합하며 전도 모드 용접에서 레이저 빔은 재료 표면을 가열하여 재료를 녹입니다.
용융된 재료는 모세관 작용을 통해 함께 융합됩니다.
B. 키홀(Keyhole) 모드 용접: 이 유형의 레이저 용접은 일반적으로 두꺼운 재료를 접합하는 데 사용되는데 키홀 모드 용접에는 고출력 레이저 빔을 재료에 집중시켜 키홀 모양의 캐비티를 생성하는 작업이 포함됩니다.
또한, 레이저 에너지는 재료를 기화시키고, 기화된 재료에 의해 형성된 키홀은 접합부에 깊숙이 침투할 수 있으며 레이저 빔이 조인트를 따라 이동함에 따라 키홀이 용융된 재료로 채워져 강력한 용접이 이루어집니다.
C. 펄스(Pulse) 레이저 용접: 펄스 레이저 용접에는 재료에 짧은 펄스로 레이저 에너지를 전달하는 작업이 포함됩니다.
이 기술은 열 영향부를 최소화하므로 열에 민감한 용접 재료에 유리하며 펄스 레이저 용접은 전달되는 에너지를 정밀하게 제어하므로 섬세한 용접 작업에 적합합니다.
2. 기존 기술과 차별화된 기능
레이저 용접은 기존의 용접 기술과 차별화되는 몇 가지 기능을 제공하며 몇 가지 주목할 만한 기능을 살펴보도록 하겠습니다.
A. 정밀도 및 제어: 레이저 용접을 통해 에너지 출력, 스폿 크기 및 지속 시간을 포함한 용접 매개변수를 정밀하게 제어할 수 있습니다.
이러한 수준의 제어를 통해 복잡한 형상에서도 매우 정확하고 반복 가능한 용접이 가능하게 됩니다.
B. 최소한의 열 입력: 기존의 용접 방법과 비교하여 레이저 용접은 재료에 최소한의 열 입력(Heat Input)을 생성합니다.
이는 뒤틀림 및 인접 영역의 열 손상 위험을 줄여 섬세한 구성 요소 및 열에 민감한 재료에 적합합니다.
C. 높은 용접 품질: 레이저 용접은 결함을 최소화한 고품질의 용접을 생성합니다.
집중된 에너지 빔은 작은 열 영향 영역이 최소화 되어 우수한 용접 강도는 물론 최소 기공 및 균열 가능성의 감소와 같은 높은 품질을 얻을 수 있습니다.
D. 다목적성(Versatility): 금속, 플라스틱, 세라믹 및 이종 재료를 포함한 광범위한 재료에서 작업을 수행할 수 있으며 자동차, 항공 우주, 전자 및 의료를 포함한 다양한 산업 분야에서 각각의 분야에 사용되는 여러 가지 재료에 대해 좋은 대안이 됩니다.
3. 레이저 용접의 4가지 주요 장점
레이저 용접은 기존의 용접 방법에 비해 다양한 장점을 제공하므로 많은 산업 분야에서 선호되고 있는 공정으로 몇 가지 주요 장점을 살펴보도록 하겠습니다.
A. 속도 및 효율성: 레이저 용접은 최소한의 설정 시간이 필요한 고속 프로세스이며 집중된 레이저 빔은 신속한 용접을 가능하게 하여 생산성을 높이고 제조비용을 절감합니다.
B. 비접촉 공정: 용접 도구와 공작물 사이의 물리적 접촉이 필요한 기존 용접 기술과 달리 레이저 용접은 비접촉 공정입니다.
소모성 전극이나 충전재가 필요하지 않아 운영비용이 절감되고 오염 위험을 최소화할 수 있습니다.
C. 최소한의 용접 후 마무리: 레이저 용접은 깨끗하고 미학적으로 만족스러운 용접을 생성하며 종종 최소한의 용접 후 마무리가 필요하기도 합니다.
이렇게 하면 일반적으로 용접부의 연삭, 샌딩 또는 광택 처리에 소요되는 시간과 리소스를 절약할 수 있는 효과를 얻을 수 있습니다.
D. 자동화 및 통합: 레이저 용접은 자동화 시스템과의 호환성이 높기 때문에 생산 라인에 원활하게 통합할 수 있습니다.
레이저 용접 공정은 컴퓨터 시스템을 사용하여 쉽게 제어 및 모니터링할 수 있으므로 전반적인 효율성과 품질 관리가 향상됩니다.
4. 잠재적인 한계를 보여주는 단점
많은 장점을 제공하지만 그 한계와 잠재적인 단점도 고려해야 합니다.
A. 장비 비용: 장비는 특히 소규모 작업의 경우 구매 및 유지비용이 비쌀 수 있기 때문에 초기 투자 및 유지비용은 일부 업체 운영에 문제가 될 수 있습니다.
B. 높은 기술 요구 사항: 레이저 용접 시스템을 작동하려면 전문 교육과 전문 지식이 필요합니다.
그렇기 때문에 최적의 용접 품질과 성능을 보장하기 위해 공정 매개변수를 설정하고 모니터링하려면 숙련된 기술자를 필요로 합니다.
C. 제한된 조인트 두께: 레이저 용접은 두께가 얇은 재료에서 중간 두께의 재료에 효과적이지만 매우 두꺼운 조인트의 경우 제한이 있을 수 있습니다.
특히, 키홀 모드 용접은 매우 두꺼운 재료에 레이저 빔이 완전히 침투하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다.
D. 표면 조건에 대한 민감성: 레이저 용접은 최적의 용접 품질을 달성하기 위해 깨끗하고 잘 준비된 표면이 필요합니다.
산화물, 오일 또는 코팅과 같은 표면 오염 물질은 용접 공정에 영향을 미치기 때문에 용접 강도를 저하시키는 원인이 될 수 있습니다.
결론
레이저 용접은 다양한 산업 분야에서 재료를 결합하는 효율적인 접근 방식을 제시합니다.
최소한의 열 입력과 최소한의 용접 후 마무리로 정밀하고 고품질의 용접을 제공하는 능력은 다양한 산업 분야에서 선호하는 옵션입니다.
레이저 용접은 속도, 다용성 및 자동화 기능을 포함하여 수많은 장점을 제공합니다.
하지만 관련 비용, 기술 요구 사항 및 제한 사항을 고려하는 것이 중요하며 기술이 계속 발전함에 따라 레이저 용접은 더욱 발전하여 제조 공정 및 제품 개발을 향상할 수 있는 더 많은 기회를 제공할 것으로 예상됩니다.