레이저 빔 대 전자빔 용접 어떤 공정이 어떤 작업에 가장 적합합니까?

레이저 빔 용접(LBW)과 전자 빔(EBW) 용접을 지지하는 사람들은 각각 자신이 선호하는 기술에 대해 칭찬을 아끼지 않지만 고객을 위한 최선의 솔루션은 두 기술을 함께 사용하는 것인 경우가 많습니다. 두 공정 모두 복잡한 형상의 부품을 결합하는 데 매우 적합하며 최종 조립품의 야금학적 특성에 대한 가장 엄격한 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

단일 시설에서 레이저와 전자빔 기술을 모두 사용하면 부품 설계에 하나의 공정 또는 다른 공정에 맞게 개별적으로 맞춤화된 여러 용접 접합이 통합되어 있는 경우 제조 공정을 간소화할 수 있습니다. 예를 들어 완성된 부품 내에 불활성 가스나 진공을 밀봉해야 하는 센서, 의료 기기 및 제품이 포함됩니다.

최종 조립품의 크기가 EB 용접 챔버에 비해 너무 크거나, 조립품의 일부 구성 요소가 진공 처리(예: 액체 또는 가스)와 호환되지 않거나 용접이 전자 빔에 접근할 수 없는 경우 레이저 가공이 필요합니다. 원천. 완성된 어셈블리를 진공 상태에서 내부 부품으로 밀봉해야 하는 경우, 용접 관통 길이가 1/2"를 초과하는 경우, 재료가 레이저 커플링을 시작하기 어려운 경우 또는 용접이 대기 조건에 노출되어서는 안 되는 경우 전자빔이 기본 선택이 됩니다. 허용 가능한 온도로 냉각될 때까지 티타늄과 그 합금, 텅스텐, 니오븀, 레늄, 탄탈륨과 같은 많은 내화성 금속의 항공우주 용접이 그 예입니다.

레이저 용접 에너지원은 연속파(CW) 또는 펄스 광자 출력을 활용합니다. CW 시스템을 사용하면 용접 프로세스 중에 레이저 빔이 항상 켜져 있습니다. 펄스 시스템은 해당 펄스 사이에 오프 시간을 두고 일련의 펄스를 출력하도록 변조됩니다. 두 방법 모두 레이저 빔은 용접할 작업물 표면에 광학적으로 초점을 맞춥니다. 이러한 레이저 빔은 기존의 하드 광학 장치를 통해 부품에 직접 전달되거나 레이저 에너지를 먼 작업장에 전달할 수 있는 유연성이 뛰어난 광섬유 케이블을 통해 부품에 직접 전달될 수 있습니다.

레이저의 높은 에너지 밀도 덕분에 재료 표면이 빠르게 액상 온도에 도달할 수 있어 GTAW(TIG 용접) 및 유사한 프로세스와 같은 기존 용접 방법에 비해 빔 상호 작용 시간이 짧아집니다. 따라서 에너지가 공작물 내부로 소산되는 시간이 줄어듭니다. 이로 인해 열 영향을 받는 부분이 좁아지고 부품의 피로도가 줄어듭니다.

빔 에너지 출력은 고도로 제어되고 변조되어 임의의 펄스 프로파일을 생성할 수 있습니다. 용접 이음새는 개별 펄스를 겹쳐서 생성할 수 있으며, 이는 펄스 사이에 짧은 냉각 주기를 도입하여 열 입력을 줄입니다. 이는 열에 민감한 재료에 용접을 생성하는 데 유리합니다.

레이저 클래딩, 전자 빔 및 레이저 용접 응용 분야의 CT 기반 혁신 기업인 Joining Technologies의 재료 엔지니어인 Salay Stannard는 CW 레이저는 최대 0.5인치 이상의 관통력을 달성할 수 있는 반면 펄스 레이저는 일반적으로 0.030인치에 불과하다고 말합니다. -0.045인치. 그녀는 "이러한 결과는 레이저 시스템마다 다를 수 있으며 가공 매개변수 선택 및 접합 설계에 따라 크게 달라집니다."라고 말합니다. 그림 1은 고체 레이저 용접 시스템의 구성을 보여줍니다.

Stannard는 “이러한 유형의 용접 공정에서 열원은 빛의 에너지이므로 용접 재료의 반사율을 고려해야 합니다. 예를 들어, 금, 은, 구리, 알루미늄은 더 강렬한 에너지 투입이 필요합니다. 일단 녹으면 반사율이 감소하고 공정의 열전도도가 진행되어 침투가 이루어집니다.”

언급한 바와 같이 레이저의 출력 밀도가 높기 때문에 열에 영향을 받는 부분이 작아지고 중요한 구성 요소가 손상되지 않도록 보장됩니다. 이는 수술 기구, 전자 부품, 센서 어셈블리 및 기타 여러 정밀 장치에 특히 유리합니다. EBW와 달리 LBW는 엑스레이를 생성하지 않으며 자동화 및 로봇 공학으로 쉽게 조작됩니다. 일반적으로 LBW는 툴링 요구 사항도 더 간단하며 진공 챔버의 물리적 제약이 없습니다. 사이클 시간이 짧을수록 품질 저하 없이 비용 이점을 누릴 수 있습니다. 표 1에는 연속파 및 펄스 LBW의 장점이 나열되어 있습니다.