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레이저 용접은 정밀도, 효율성 및 다양성으로 인해 다양한 산업에서 상당한 관심을 끌었습니다. 집중 레이저 빔을 사용하여 재료를 녹여 함께 연결하는 프로세스입니다. 이 용접 기술은 일반적으로 자동차, 항공 우주, 의료 및 전자 제조에 사용됩니다. 그러나 기술 발전과 마찬가지로 레이저 용접이 실제로 작동합니까?
이 기사에서는 레이저 용접이 어떻게 작동하는지, 장점 및 단점, 사용 된 레이저의 유형을 살펴보고, 프로세스에 관련된 일부 공통 기계를 조사 할 것입니다. 또한, 일부 일반적인 응용 프로그램 과이 기술이 혁신을 원하는 산업에 진정으로 실행 가능한지 여부를 조사 할 것입니다.
레이저 용접은 농축 레이저 빔을 사용하여 재료를 함께 녹이고 융합시키는 고정밀 용접 공정입니다. 이 레이저는 금속과 플라스틱을 녹일 수있는 집중된 에너지 원을 제공하여 최소한의 열 입력으로 강력하고 내구성있는 결합을 생성하여 왜곡의 위험을 줄입니다.
레이저 용접 기계는 집중 레이저 라이트를 사용하여 작은 영역에서 강한 열을 생성합니다. 이 집중 열은 재료, 일반적으로 금속을 녹이고 용융 풀을 생성 한 다음 인접한 재료와 응고하고 결합하여 용접 된 조인트를 형성합니다. 레이저 빔은 일반적으로 섬유 광학, 렌즈 또는 거울을 통해 표시되므로 용접 위치를 매우 정확하게 제어 할 수 있습니다.
레이저 용접의 주요 장점 중 하나는 최소 열 영향 구역으로 고도로 현지화 된 용접을 생성하는 능력입니다. 이는 주변 재료가 열 왜곡이 적다는 것을 의미합니다. 이는 민감한 구성 요소의 무결성을 유지하는 데 중요한 요소입니다. 레이저 용접은 얇은 재료와 복잡한 디자인에서도 수행 할 수 있으므로 정밀도가 가장 중요한 산업에 이상적입니다.
레이저 용접은 일반적으로 전도 용접 및 키홀 용접의 두 가지 주요 유형으로 분류됩니다.
전도 용접 :이 방법에서 레이저 빔은 워크 피스의 표면을 가열하여 재료로 열을 전도하여 용융 풀을 형성합니다. 이 유형의 용접은 얇은 재료에 적합하며 왜곡을 유발할 가능성이 적습니다.
키홀 용접 : 키홀 용접은 더 두꺼운 재료에 사용되며 레이저는 재료에 열쇠 구멍 모양의 공동을 만듭니다. 이를 통해 레이저가 재료에 더 깊이 침투하여 용접이 강해집니다. 녹은 금속은 열쇠 구멍 주위에 형성되고 용접을 형성합니다.
레이저 용접은 기존의 용접 방법으로 달성하기 어려운 비 유사 금속에 결합 할 수있는 고유 한 기능을 가지고 있습니다. 이는 레이저를 정확하게 제어 할 수 있기 때문에 용접의 품질을 손상시키지 않으면 서 다양한 금속을 함께 융합시킬 수 있기 때문입니다. 예를 들어, 레이저 용접을 사용하여 알루미늄을 강철 또는 티타늄으로 결합하여 전통적으로 특수 용접 공정이 필요한 금속입니다.
이 다양성은 레이저 용접이 단일 어셈블리에서 다른 재료의 조합을 요구하는 산업에 이상적입니다. 그러나 일부 금속은 다른 레이저 전력 또는 차폐 가스와 같은 강한 결합을 보장하기 위해 추가 매개 변수를 필요로 할 수 있습니다.
레이저 용접 기계는 빔의 초점과 강도를 조정할 수 있으며, 이는 조절 가능한 링 모드라고합니다. 이 모드를 사용하면 용접 비드의 크기와 모양을 정확하게 제어 할 수있어 사용자가 용접되는 재료와 원하는 결과에 따라 프로세스를 조정할 수 있습니다. 대부분의 경우 레이저 빔은 스폿 용접, 이음새 용접 또는 엉덩이 용접과 같은 특정 패턴을 형성하도록 조정되어 용접 공정의 다양성을 더욱 향상시킵니다.
레이저 용접은 제조 분야에서 비교적 최근의 기술 발전입니다. 레이저가 처음 개발되었을 때 1960 년대 초까지의 기원을 추적합니다. 레이저 용접의 개념은 1965 년에 레이저 재료 처리의 개척자 중 하나로 널리 알려진 William M. Steen 박사에 의해 도입되었습니다.
레이저 용접의 최초의 성공적인 사용은 항공 우주 산업에 있었으며, 정밀도와 정확도는 가혹한 조건을 견딜 수있는 가벼운 강력한 재료를 만드는 데 중요했습니다. 그 후 수십 년 동안 기술은 점차 발전했으며 자동차, 전자 장치 및 의료 기기를 포함한 다양한 산업에서 레이저 용접이 사용되기 시작했습니다.
레이저 기술의 발전과보다 정교한 기계의 개발로 레이저 용접은 대량 생산을위한 점점 더 실행 가능하고 비용 효율적인 솔루션, 특히 정밀도가 높은 응용 분야에서 점점 더 많은 비용 효율적인 솔루션이되었습니다.
모든 레이저가 용접에 적합한 것은 아니며, 재료 및 원하는 결과에 따라 다양한 유형의 레이저가 사용됩니다. 용접에 사용되는 가장 일반적인 유형의 레이저는 다음과 같습니다.
CO2 레이저 : 이산화탄소 레이저는 용접 응용 분야에서 가장 널리 사용되는 레이저 유형 중 하나입니다. 그들은 매우 효율적이며 금속 및 플라스틱을 포함한 다양한 재료에서 작업 할 수 있습니다. CO2 레이저는 전도 및 키홀 용접 공정 모두에 이상적입니다.
광섬유 레이저 : 섬유 레이저는 높은 빔 품질과 효율로 유명합니다. 전자 및 의료 기기 산업과 같이 정밀도가 필수적인 응용 분야에서 종종 사용됩니다. 섬유 레이저는 알루미늄과 같은 높은 반사율을 갖는 금속을 용접 할 수 있으며, 이는 다른 레이저가 다루기가 어려울 수 있습니다.
YAG 레이저 : YAG (YTTRIUM ALUMINIM GARNET) 레이저는 고 에너지 밀도와 우수한 빔 품질을 제공하는 고형 상태 레이저입니다. 이들은 자동차, 항공 우주 및 전자 부문에서 고정밀 부품을 용접하는 데 일반적으로 사용됩니다.
다이오드 레이저 : 다이오드 레이저는 종종 플라스틱 용접 및 더 낮은 전력 레벨이 필요한 상황에 사용됩니다. 그것들은 작고 에너지 효율적이며 다재다능하여 산업 응용 분야에 인기있는 선택입니다.
각 유형의 레이저에는 특정 장점이 있으며 레이저 선택은 용접되는 재료, 용접의 원하는 깊이 및 프로세스의 전체 비용과 같은 요소에 따라 다릅니다.
레이저 용접은 다음과 같은 전통적인 용접 방법에 비해 많은 이점을 제공합니다.
정밀도 : 레이저 용접은 탁월한 정밀도를 제공하여 작거나 섬세한 구성 요소로 복잡한 용접을 생성 할 수 있습니다. 이것은 정확도가 중요한 전자, 의료 기기 및 항공 우주와 같은 산업에서 특히 유익합니다.
최소 열 영향 구역 : 레이저의 집중된 특성으로 인해 열 영향 구역이 최소화되어 용접되는 재료의 뒤틀림 또는 왜곡 위험이 줄어 듭니다.
다목적 성 : 레이저 용접은 금속, 플라스틱 및 이종 금속을 포함한 다양한 재료를 용접하는 데 사용하여 다양한 산업에 다재다능한 기술이됩니다.
속도 : 레이저 용접은 일반적으로 전통적인 용접 기술보다 빠르며, 이는 생산성을 높이고 제조 비용을 줄일 수 있습니다.
자동화 : 레이저 용접은 쉽게 자동화 할 수 있으므로 대량 생산 환경에 이상적인 솔루션입니다. 로봇 암 또는 다축 플랫폼과 같은 자동화 된 시스템은 생산 속도를 크게 증가시킬 수 있습니다.
필러 재료가 필요 없음 : 일부 용접 방법과 달리 레이저 용접은 필러 재료가 필요하지 않으므로 많은 경우보다 비용 효율적이고 효율적인 프로세스가됩니다.
레이저 용접은 몇 가지 이점을 제공하지만 기술에는 몇 가지 제한 사항도 있습니다.
초기 비용이 많이 든다 : 레이저 용접 기계는 특히 고급 기능과 기능이있는 선불 비용이 높은 경향이 있습니다. 이것은 소규모 제조업체 나 신생 기업의 장벽이 될 수 있습니다.
제한된 재료 두께 : 레이저 용접은 다양한 재료를 처리 할 수 있지만 키홀 용접과 같은 특수 기술이 사용되지 않는 한 매우 두꺼운 재료로 어려움을 겪을 수 있습니다.
빔 감도 : 레이저 빔은 재료의 표면 조건에 매우 민감합니다. 더러운 또는 녹슬었던 재료는 레이저의 효과를 방해하여 용접하기 전에 추가 세척 단계가 필요합니다.
에너지 소비 : 일부 유형의 레이저 용접 기계, 특히 고출력 레이저가있는 기계는 상당한 양의 에너지를 소비하여 운영 비용을 높일 수 있습니다.
레이저 용접 기계는 다양한 유형과 구성으로 제공되며 각각의 다양한 산업의 특정 요구를 충족하도록 설계되었습니다. 가장 일반적인 레이저 용접기 중 일부는 다음과 같습니다.
배터리 용접 기계는 일반적으로 전기 자동차 및 소비자 전자 제품을위한 리튬 이온 배터리 생산에 사용됩니다. 이 기계는 레이저 빔을 사용하여 배터리 팩의 개별 구성 요소에 결합하여 연결에 안전하고 결함이 없도록합니다.
핸드 헬드 레이저 용접 기계는 운영자가 도달하기 어려운 지역이나 작은 부품에서 레이저 용접을 수행 할 수있는 휴대용 시스템입니다. 이 기계는 자동차 또는 항공 우주와 같은 산업의 수리 및 유지 보수에 특히 유용합니다.
로봇 용접기는 로봇 암을 사용하여 용접 공정을 자동화합니다. 이 시스템에는 레이저가 장착되어있어 대량 생산 환경에서 정확한 용접을 수행 할 수 있습니다. 원격 용접 기능을 통해 작업자는 직접 접촉하지 않고 위험하거나 제한된 공간에서 용접 작업을 수행 할 수 있습니다.
로봇 용접 기계는 자동차 산업에서 일반적으로 자동차 프레임 및 기타 대형 구성 요소를 용접하는 데 사용됩니다. 이 시스템은 대량 생산을 처리하고 차량 부품 제조에 필요한 정밀도를 제공 할 수 있습니다.
레이저 용접 기계는 정밀, 다양성 및 속도를 포함한 다양한 이점을 제공하므로 많은 산업에 매력적인 옵션이됩니다. 그러나 높은 초기 비용 및 특정 재료의 제한된 두께 용량과 같은 도전이 없습니다. 이러한 단점에도 불구하고, 이종 금속을 용접하고 고도로 현지화 된 강력한 관절을 수행하는 능력은 다양한 부문에서 광범위한 채택을 가져 왔습니다.
생산 품질과 효율성을 향상시키려는 산업의 경우 레이저 용접은 실행 가능한 솔루션을 제공합니다. 자동차 제조, 전자 제품 또는 의료 기기 생산에 관계없이 레이저 용접은 강력하고 내구성이 뛰어나며 정확한 용접을 만드는 능력을 입증했습니다.
예, 레이저 용접기는 많은 응용 분야에서 효과적이고 효율적으로 작동합니다. 레이저 용접은 집중 레이저 빔을 사용하여 재료 (일반적으로 금속 또는 플라스틱을 녹이고 융합하여 강력하고 정확한 용접을 만듭니다. 이 과정은 자동차, 항공 우주, 전자 제품 및 의료 기기 제조와 같은 다양한 산업에서 널리 채택되었습니다. 레이저 용접 기계는 최소 열 영향 구역으로 고품질 조인트를 만들어 왜곡을 줄이고 섬세한 구성 요소의 무결성을 보장 할 수 있습니다. 그러나 모든 기술과 마찬가지로 제한 사항이 있으며 특정 유형의 재료, 두께 및 응용 프로그램에 가장 적합합니다.
레이저 용접에는 많은 장점이 있지만 몇 가지 단점도 있습니다.
높은 초기 비용 : 레이저 용접 기계는 구매 및 설치 비용이 많이들 수 있습니다. 전문 교육 및 유지 보수의 필요성과 함께 레이저 장비의 비용은 소기업이나 제조업체의 장벽이 될 수 있습니다.
재료 두께 한계 : 레이저 용접은 얇은 것 또는 중간 두께 재료에 가장 효과적입니다. 키 구멍 용접은 더 두꺼운 재료를 침투하는 데 도움이 될 수 있지만, 레이저 용접은 일반적으로 MIG 또는 TIG와 같은 전통적인 용접 방법에 비해 매우 두꺼운 재료로 어려움을 겪고 있습니다.
표면 감도 : 레이저 용접은 최적의 결과를 위해 깨끗한 표면이 필요합니다. 녹, 먼지 또는 기름과 같은 오염 물질은 레이저 빔의 효과를 방해하고 용접 품질이 좋지 않습니다. 용접하기 전에 재료를 청소하면 공정에 추가 단계가 추가됩니다.
에너지 소비 : 레이저의 유형과 전력에 따라 레이저 용접 기계는 특히 고출력 응용 분야에서 상당한 양의 에너지를 소비 할 수 있습니다. 이는 지속적인 생산에 의존하는 산업의 운영 비용을 증가시킬 수 있습니다.
특정 재료로 제한 : 레이저 용접은 다재다능하지만 금속 및 플라스틱과 같은 특정 재료에 특히 효과적입니다. 모든 유형의 재료를 용접하거나 필러 재료가 필요한 응용 프로그램에 가장 적합한 선택이 아닐 수도 있습니다.
예, 레이저 용접기는 강력하고 내구성있는 용접을 생산할 수 있습니다. 높은 정밀도 및 제어 된 열 입력은 레이저 용접이 최소 열 영향 구역 (HAZ)으로 강한 결합을 생성하여 재료의 무결성을 보존하는 데 도움이됩니다. 결과적인 용접은 종종 기존 용접 방법으로 생성 된 용접, 특히 항공 우주 및 의료 기기 제조와 같이 높은 정밀도가 필요한 응용 분야에서 강력하거나 강합니다. 또한, 레이저 용접은 다른 용접 기술에서는 다른 용접 기술에 어려움을 겪고있는 비 유사 금속 (예 : 알루미늄에서 강철)에 결합 할 수 있습니다.
그러나 용접의 강도는 용접되는 재료, 용접 매개 변수 및 레이저 유형과 같은 여러 요인에 의존 할 수 있습니다. 적절한 준비 및 기계 교정은 최적의 용접 강도를 달성하기 위해 필수적입니다.
레이저 용접 및 MIG 용접은 각각 강점과 약점을 가지고 있으므로 하나는 반드시 다른 것보다 '더 나은 '는 아닙니다. 레이저 용접과 MIG (금속 불활성 가스) 용접 사이의 선택은 특정 응용 분야에 따라 다릅니다.
정밀도 및 속도 : 레이저 용접은 더 높은 수준의 정밀도와 속도를 제공 할 수 있으므로 정밀하고 복잡한 용접 또는 빠른 생산 시간이 필요한 응용 분야에 이상적입니다.
최소 열 영향 구역 : 레이저 용접은 더 적은 열을 생성하여 얇은 재료의 왜곡 가능성을 줄여 섬세한 부품에 적합합니다.
이종 금속을 용접하는 능력 : 레이저 용접은 알루미늄과 강철과 같은 MIG 용접으로 용접하기가 어렵거나 불가능한 금속에 결합 할 수 있습니다.
초기 비용 절감 : MIG 용접기는 일반적으로 레이저 용접기보다 저렴하므로 소규모 운영 또는 예산이 낮은 작업에 더 쉽게 액세스 할 수 있습니다.
재료 두께의 다양성 : MIG 용접은 레이저 용접보다 두꺼운 재료를 더 쉽게 처리 할 수 있으며, 이는 특정 기술이 사용되지 않는 한 매우 두꺼운 금속으로 어려움을 겪을 수 있습니다.
깨끗한 표면이 필요하지 않습니다 : 레이저 용접과 달리 MIG 용접은 표면 오염에 덜 민감하여 완벽하게 깨끗하지 않은 재료를 쉽게 용접 할 수 있습니다.
