파이버 레이저 용접 대 CO2 레이저 용접: 어느 것이 더 낫나요?

파이버 레이저와 CO2 레이저 용접의 주요 차이점은 레이저 에너지의 흡수율에 있습니다.

(1) 파이버 레이저는 파장이 짧아 플라즈마 생성량이 적고 에너지 밀도가 높아 집중도가 높습니다. 그러나 이는 또한 레이저 에너지의 사용률이 높고 금속 증기의 반동 압력이 더 커서 투과와 비투과 사이의 균형을 찾기가 어렵다는 것을 의미합니다.

(2) 반면에 CO2 레이저 용접은 열전도 손실 전력이 더 높기 때문에 작은 구멍의 전면 벽의 경사각이 더 커지고 플라즈마 생성량이 더 많아집니다. 이는 분포의 균형을 맞추고 조정하는 데 도움이됩니다. 레이저 흡수 에너지를 사용하여 침투와 비침투 사이의 프로세스 창을 더 넓게 만듭니다.

참고 자료는 다음과 같습니다:

• 파이버 레이저파장 1.06μm, 스폿 직경 0.6mm
• CO2 레이저: 파장 1.06μm, 스폿 직경 0.86mm

파이버 레이저와 CO2 레이저 용접은 용접부의 형성이 크게 다릅니다. 연구에 따르면 이러한 차이는 레이저 파장과 용접되는 재료 사이의 결합 특성에서 비롯된다고 합니다.

레이저 용접에서 레이저와 재료 사이의 결합 강도는 용융 효율을 통해 평가할 수 있습니다.

파이버 레이저와 CO2 레이저 용접의 용융 효율 비교는 아래에서 확인할 수 있습니다.

용융 효율을 계산하기 위해 용접의 단면적이 사용됩니다. 계산 결과는 첨부된 그림에 나와 있습니다.

파이버 레이저와 CO2 레이저 용접의 용융 효율은 초기에는 증가하다가 용접 속도가 증가함에 따라 감소합니다. 최대 용융 효율은 다음과 같습니다. 파이버 레이저 용접 의 경우 약 10m/min의 속도로 발생하는 반면 CO2 레이저 용접의 경우 약 4m/min의 속도로 발생합니다.

용융 효율과 용접 속도의 관계는 레이저 용접 시 에너지 결합 거동과 관련이 있습니다.

에너지 보존 원리에 따라 입사 레이저에 노출되었을 때 깊은 관통 구멍의 총 흡수율(AK)은 다음과 같이 표현할 수 있습니다:

A_K=（P_F+ P_EY+Po+ P_L）/P

방정식에서 P_EV 는 용접 중 부분적인 금속 증발에 필요한 전력을 나타내고, P_o 는 용융 풀 금속의 과열로 인해 소비되는 전력을 나타내며, P_L 는 열전도를 통해 손실되는 전력을 나타냅니다.

연구에 따르면 레이저 용접 증발 질량(MeV)은 매우 작기 때문에 방정식에서 무시할 수 있다고 합니다.

용융 풀의 과열 전력 변화 패턴(P_o) 용접 속도는 용융 효율과 비슷하지만 전체에 대한 과열 전력의 비율은 비슷합니다. 레이저 출력 전력 는 상대적으로 작습니다.

열 전도 전력의 일부(P_L) 중 용융 전면을 통과하는 열은 플레이트 용융에 활용되고 나머지는 열 전도를 통해 모재에 손실됩니다.

용융 전선을 가로지르는 열전도를 통해 손실되는 전력은 다음과 같이 표현할 수 있습니다:

방정식에서 2r₀ 는 용접의 폭을, S는 용접의 단면을 나타냅니다.

P_L 를 구하고 실험에서 측정한 용접의 단면 곱과 용융 폭을 위의 공식에 대입하여 용접 속도를 결정할 수 있습니다. 이는 첨부된 그림에 나와 있습니다.

그림에서 볼 수 있듯이 용접 속도가 증가함에 따라 열전도로 인한 전력 손실은 감소합니다. 이 감소는 낮은 용접 속도에서 더 두드러지고 높은 용접 속도에서는 덜 두드러집니다.

파이버 레이저와 CO 모두에 대한 심관통 구멍의 총 흡수율(AK)과 용접 속도 간의 관계₂ 레이저 용접은 첨부된 그림에 설명되어 있습니다.

그림에서 볼 수 있듯이 두 레이저 용접 공정의 용접 속도에 따른 총 흡수율의 변화는 유사하며, 서서히 감소하기 시작하여 급격하게 감소합니다.

그러나 느린 감소에서 빠른 감소로 전환되는 임계 속도는 다음과 같이 각기 다릅니다. 레이저 용접 공정파이버 레이저 용접의 경우 10m/분, CO₂ 레이저 용접.

두 레이저 용접 공정 간의 총 흡수율 차이는 전체 레이저 빔이 깊은 침투 구멍에 들어가는 정도와 관련이 있습니다. 용접 속도가 낮으면 레이저 빔이 깊은 침투 구멍에 완전히 들어갈 수 있으므로 총 흡수율에 미치는 영향이 덜 두드러집니다.

그러나 용접 속도가 빨라지면 빔의 앞부분이 더 이상 작은 구멍의 앞부분을 기화시키지 못해 구멍에 들어가지 못하고 입사 레이저의 총 흡수율이 급격히 감소할 수 있습니다.

결론

총 흡수율과 열전도 손실 전력은 용융 효율에 영향을 미치는 주요 요인입니다. 용융 효율을 기준으로 볼 때, 용접 공정이 비슷한 경우 파이버 레이저 용접이 중고속 용접에 더 적합하고, CO₂ 레이저 용접은 저속 용접에 더 적합합니다.