연속 또는 펄스 레이저 용접: 올바른 모드를 선택하는 방법

레이저 용접 구매자는 종종 사양 단계에서 동일한 질문에 직면합니다.연속파(CW) 또는 펄스?대답은 단순히 "얇은 펄스, 두꺼운 CW"가 아닙니다. 재료 반사율, 열 민감도, 솔기 형상, 필요한 깊이 및 사이클 시간은 모두 다양한 방향으로 결정을 내립니다. 이 가이드는 물리학, 빔 특성, 용접 결과 및 비용 논리를 안내하므로 레이저 모드를 작업에 일치시킬 수 있습니다-.

레이저는 파장, 활성 매체 또는 작동 모드로 분류될 수 있습니다. 파장별로 업계에서는 일반적으로 적외선, 가시광선 및 자외선 시스템을 지칭합니다. 활성 매질별로 CO2 레이저, 파이버 레이저, Nd³⁺:YAG 고체- 레이저, 디스크 레이저, 직접 다이오드 레이저(DDL) 및 염료 레이저를 선택할 수 있습니다. 작동 모드 - 빔이 전달되는 방식 - 용접에 가장 중요한 것은 연속파(CW), 준-QCW(준연속파) 또는 펄스입니다.

귀하의 응용 분야에 적합한 레이저 소스를 여전히 비교하고 계시다면 다음 기사를 참조하세요.다양한 레이저 유형의 장단점 비교CO₂, 광섬유, Nd:YAG, 디스크 및 DDL 플랫폼에 대한-개요-개요를 나란히 제공합니다.

공진기 내부에서는 빛이 거울 사이를 진동합니다. 해당 버스트의 반복 속도가 임계값 미만으로 유지되면 출력이 별도의 펄스로 전달됩니다. 주파수가 해당 임계값을 초과하면 개별 펄스가 연속 스트림으로 병합됩니다. 모든 제조업체가 사용하는 보편적인 주파수 경계는 없지만 실질적인 차이는 있습니다. 펄스 시스템은 개별적인 고{3}}에너지 패킷을 제공하는 반면 CW 시스템은 안정적인 열 입력을 제공합니다.

열원 동작, 접합 유형 및 산업용 용접 모드에 대한 광범위한 소개를 보려면레이저 용접 기술의 기본.

표 1: 반복률에 따른 레이저 작동 모드의 실제 분류. 경계 값은 업계{2}}참조 범위이지 절대 임계값이 아닙니다.

용접 효과, 장점 및 적용 적합성을 포함하여 특히 - CW와 QCW 간의 집중 비교를 보려면 - 가이드를 읽어보세요.CW와 QCW 작동 모드 비교.

금속 절단에서 CW 레이저는 일반적으로 출력만으로 설명됩니다. 펄스 레이저 용접에서는 피크 펄스 전력, 펄스 지속 시간(펄스 폭), 반복률(주파수) 및 평균 전력이라는 네 가지 매개변수가 공정을 정의합니다. 그들 사이의 관계는 다음과 같습니다.

평균 전력=피크 펄스 전력 × 펄스 폭 × 반복률

이 방정식은 모든 펄스 용접 작업의 핵심 제약 조건입니다. 500W 평균-전력 펄스 Nd:YAG 시스템은 에너지가 매우 짧고 넓게 분리된 버스트로 압축되기 때문에 여전히 12kW 이상의 피크 펄스 전력을 제공할 수 있습니다. 높은 피크-대-평균 비율이 펄스 용접을 반사 금속 및 열에 민감한 조립품에 효과적으로 만드는 이유입니다.

파이버 CW 레이저는 고속-깊은-관입 용접을 지배합니다. 이는 Nd:YAG와 동일한 단일-펄스 피크 전력에 도달하지 않지만 높은 이동 속도에서 공작물을 안정적인 열 부하 상태로 유지합니다. DDL 시스템은 CW 용접에서 점점 더 경쟁력을 갖추고 있습니다. 컴팩트하고, 전기적으로 효율적이며, 넓은 솔기를 고르게 덮는 거의-상단-해트 강도 프로필을 갖추고 있습니다.

두 극단 사이에는 QCW 파이버 레이저 용접이 있습니다. QCW 시스템은 높은 피크 전력과 제어된 듀티 사이클을 결합하여 kHz-급 반복 속도로 짧은 펄스를 발사합니다. QCW가 펄스 처리와 CW 처리를 연결하는 방법에 대한 기술 개요는 다음을 참조하세요.QCW 파이버 레이저 용접 기술 개요. 펄스열 뒤의 최고-전력 메커니즘은 다음을 참조하세요.QCW 펄스 구조 및 피크 전력.

펄스 용접을 파일 드라이버로 생각하십시오. 각 펄스는 강력하고 국지적인 충격을 전달한 후 다음 펄스가 도달하기 전에 재료가 냉각됩니다. 그 결과 깊고 좁은 열-영향부(HAZ)가 형성되고 측면 열 확산이 최소화됩니다. 연속 용접은 꾸준한 못총과 비슷합니다. 개별 펄스 에너지는 낮지만 초당 적중 횟수가 더 많기 때문에 열이 솔기를 따라 지속적으로 흐릅니다. 용접 풀은 더 오랫동안 열려 있고, 비드는 더 넓으며, 개별적인 파열보다는 지속적인 에너지 입력을 통해 관통력이 형성됩니다.

Nd:YAG 펄스 레이저는 정밀한 열 제어가 중요한 경우 일반적인 선택입니다. 높은 피크 전력은 알루미늄, 구리 및 금- 코팅 표면의 반사율을 극복할 수 있으며 펄스 사이의 긴 오프-시간은 열 축적을 제한합니다. 이와 대조적으로 파이버 CW 레이저는 뛰어난 빔 품질, 높은 벽-플러그 효율성, 긴 서비스 간격 등 속도와 안정성 면에서 유리합니다. DDL은 섬유 또는 램프{6}}펌프 시스템 비용 없이 넓은 영역에 걸쳐 균일한 가열이 필요한 응용 분야에 또 다른 옵션을 추가합니다.

빔 프로파일은 간과되는 경우가 많지만 에너지가 재료에 들어가는 방식을 결정합니다.

CW 파이버 레이저는 일반적으로가우스 빔: 전력 밀도는 중앙에서 가장 높고 가장자리로 갈수록 기하급수적으로 감소하여 종-모양의 TEM₀₀ 프로파일을 제공합니다. 이러한 긴밀한 집중은 초점에서 매우 높은 피크 강도를 생성하므로 가우스 빔은 높은-종횡비-비 키홀 용접 및 미세 절단에 이상적입니다. 집중된 에너지가 어떻게 깊은 용접을 유도하는지 알아보십시오.깊은 침투 레이저 용접의 작동 방식.

Pulsed Nd:YAG 및 많은 DDL 시스템은모자-(플랫-상단) 빔: 에너지가 지점 전체에 거의 균일하게 분산되며 가장자리가 날카롭습니다. 탑{2}}햇 프로파일은 정의된 영역에 걸쳐 일관된 에너지 증착을 생성하며, 이는 표면 처리, 열 전도 용접 및 평평하고 반복 가능한 융합 영역이 최대 깊이보다 중요한 얇은 시트 오버랩 조인트에 유용합니다.

따라서 프로필 선택은 우선순위가 깊이, 속도 또는 균일성인지에 따라 달라집니다.

올바른 매개변수 하에서 CW 파이버 레이저 심은 부드럽고 균일하므로 다운스트림 연삭 또는 연마가 필요하지 않은 경우가 많습니다. 비드는 연속적이고 발가락 라인은 균일하며 열 입력은 처음부터 끝까지 예측 가능합니다. 이것이 바로 자동차 파워트레인, 배터리 버스바 및 두꺼운 벽 배관 응용 분야에서 CW 섬유 용접을 선호하는 이유입니다.

연속용접 · 아연도금강판의 반도체 레이저 용접

펄스형 Nd:YAG 용접은 청각적으로 다릅니다. 각 펄스는 짧게 두드리는 소리를 내고, 굳어진 비드는 정밀 TIG 작업에서 흔히 볼 수 있는 친숙한 물고기-비늘 패턴을 보여줍니다. 스폿-용접 모드에서 각 펄스는 개별 너겟을 생성합니다. 이는 조인트가 작아야 하고 근처 구성 요소로부터 열적으로 격리되어야 하는 마이크로 전자공학, 의료 기기 및 센서 어셈블리에 이상적입니다.

펄스 용접 · 스테인레스 강판의 Nd:YAG 레이저 용접

펄스 매개변수 세트는 CW보다 더 복잡합니다. 작업자는 펄스 폭, 피크 전력, 주파수, 이동 속도 및 파형 형태의 균형을 맞춰야 합니다. 이와 대조적으로 CW 용접은 주로 출력, 이동 속도 및 빔 초점 위치의 문제입니다. 표면 품질, 다공성 또는 스패터가 문제가 되는 경우레이저 용접기 문제 해결체계적인 진단을 위한 가이드입니다.

CW 파이버 레이저는 CO2 및 Nd:YAG 시스템에서 상당한 시장 점유율을 차지했습니다. 더 안정적이고, 더 에너지 효율적이며,{1}}빠르고, 로봇 및 Industry 4.0 생산 라인과 쉽게 통합할 수 있습니다. 대표적인 성공 사례로는 자동차 변속기 기어, 엔진 부품, 배터리 인클로저, 모선 및 두꺼운- 단면 스테인레스 스틸 파이프 등이 있습니다.

Nd:YAG 펄스 레이저는 낮은 총 열 입력이 가장 중요한 문제인 열-전자 장치, 미세{1}}용접 의료 기기, 얇은-벽으로 둘러싸인 항공우주 부품, 반사 귀금속 등 어디에서나 가치를 유지합니다. QCW 파이버 레이저는 프로그래밍 가능한 펄스 성형으로 높은 피크 전력을 제공하면서 여기에서도 경쟁하지만 Nd:YAG 시스템은 여전히 ​​많은 소규모 -로트 및 작업-공장 환경에서 더 낮은 진입 비용과 더 간단한 유지 관리를 제공합니다.

소량 수리,{0}}시제품 작업 또는 현장 유연성을 위해-휴대용 레이저 용접기의 기본설정은 두 모드를 모두 연결할 수 있어 작업자가 기계를 변경하지 않고도 CW 얇은 시트 작업과 펄스 지점 수리 간에 전환할 수 있습니다.

앞으로는 빔 성형, 다중-빔, 하이브리드 레이저 공정으로 인해 경계가 더욱 흐려질 것입니다. 질문은 더 이상 "CW 또는 펄스?"가 아닙니다. 그러나 "소스, 빔 모양 및 펄스 제어의 어떤 조합이 가장 낮은 총 비용으로 애플리케이션을 해결합니까?"

견적을 요청하기 전에 이 프레임워크를 사용하여{0}}올바른 모드를 짧게 나열하세요.

표 2: 펄스 레이저 용접과 연속 레이저 용접의 결정 매트릭스. 값은 일반적인 프로세스 특성이며 절대적인 보증은 아닙니다. 샘플-용접 검증은 생산 출시 전에 권장됩니다.

요점:부품이 열을 견딜 수 없거나 접합부가 작거나 재료의 반사율이 높은 경우 펄스형을 선택하십시오. HAZ를 최소화하는 것보다 속도, 깊은 침투 및 미터당 저렴한 비용이 더 중요한 경우 CW를 선택하십시오. 그 사이에 있는 작업의 경우 QCW 섬유 용접 또는 이중{2}} 모드 시스템이 가장 유연한 경로일 수 있습니다.

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