레이저 용접 — 용접법

은 모든 아크 방식과 완전히 다르게 작동한다. 여기서는 가 녹는 게 아니라, 집속된 레이저 빔이 녹인다. 빔은 에너지를 1mm의 몇 분의 1도 안 되는 한 점에 집중시킨다 — 에너지 밀도가 너무 높아서 금속이 그 지점에서 순식간에 증발하고 "증기 구멍"(Keyhole)이 생긴다. 레이저가 재료를 "뚫고" 들어가고, 초점 뒤에서 용융풀이 다시 닫히면서 용접비드가 된다.

결과는 피복아크용접(SMAW)의 정반대다:

• 극도로 좁고 깊은 비드: 깊이 대 폭 비율이 10:1 이상이 될 수 있다.

• 최소한의 : 열이 한 점에 집중되고 나머지 부재는 차갑게 유지된다 — 변형 거의 없고, 조직 변화도 거의 없다.

• 최고 속도: 얇은 판은 순식간에 용접된다.

거기에 더해: 비접촉. 레이저는 전극도, 와이어 접촉도, 토치를 공작물에 대는 것도 필요 없다. 그래서 접근하기 어려운 곳에서의 과 로봇을 이용한 완벽한 자동화가 가능하다.

어떤 레이저가 있나?

빛을 만드는 매질에 따라 구분한다:

• CO₂ 레이저 (10,6 µm): 두꺼운 강판의 클래식. 오랫동안 표준으로 쓰였지만 오늘날 용접 기술에서는 거의 대체되었다.

• 파이버 레이저 (약 1,06 µm): 현대의 표준. 콤팩트하고 효율이 최고이며, 빛을 유리섬유로 보낼 수 있다. 로봇과 정밀 비드에 이상적이다.

• 디스크 레이저 (약 1,03 µm): 뛰어난 빔 품질에 매우 높은 출력 — 두꺼운 판과 고속용.

• 다이오드 레이저: 반도체에서 직접 나오고 빔이 부드러움 — 브레이징과 오버레이 용접 쪽에 더 적합.

예전에는 Nd:YAG 고체 레이저 (1,06 µm)가 과도기적 해법으로 있었지만, 오늘날은 파이버와 디스크 레이저가 주도한다.

왜 암페어가 아니라 와트인가?

둘이 서로 다른 물리량이기 때문이다. 에서는 출력이 전류 곱하기 전압이고 — 아크 전압이 거의 일정하기 때문에(20–40 V) 암페어 단위의 전류가 열을 직접 조절한다. 레이저에서는 빔이 빛(광자)을 공급하지, 전류를 공급하지 않는다 — 관련 있고 직접 측정 가능한 값은 광 출력 = 초당 에너지 = 와트다. 빔 안에는 그냥 "전류"가 없다. 장비는 콘센트에서 전력을 끌어오지만(역시 와트 단위), 30–50 % 효율로 레이저 빛으로 바꾼다. 그래서 레이저는 와트 단위의 광 출력으로 분류한다 — 판 두께에 따라 보통 0,5–20 kW.

어떤 가스를 쓰나?

프로세스/는 레이저에서 두 가지 역할을 한다: 용융풀을 산화로부터 보호하고 그리고 비드 위의 플라스마 구름을 조절해서 빔이 약해지는 걸 막는다:

• 헬륨: 플라스마를 가장 잘 억제한다 — 깊은 용접, 특히 CO₂ 레이저에.

• 아르곤: 강과 스테인리스에서 파이버 및 디스크 레이저의 표준.

• 질소: 스테인리스용(조직을 안정화), 하지만 기공 위험이 있다.

• 아연도금 판: 특수 가스 혼합물이 필요하다, 증발하는 아연이 비드를 갈라지게 할 수 있기 때문이다.

두 가지 기본 공정:

• 열전도 용접: 낮은 출력에서는 빔이 표면만 녹인다 — 넓고 평평하고 매끄러운 비드, 브레이징과 비슷하다.

• 심용입 용접 (Keyhole): 높은 출력에서는 빔이 재료를 관통한다 — 구조 접합용 깊고 좁은 비드.

응용 분야는 정밀과 양산의 영역이다: 자동차(차체 부품, 변속기), 배터리 셀, 전자기기 하우징, 의료기기 부품, 그리고 변형이 문제가 되는 모든 곳.

대가는: 장비가 비싸고, 비드 준비가 정확해야 하며(간극 거의 0), 안전을 위해 레이저 클래스 4에 밀폐 캐빈이 필요하다. 작업장 단품 생산에서는 레이저가 첫 선택이 되는 일이 드물다 — 거기서는 MAG나 TIG 이 군림한다.