레이저 용접 중 모공 발생의 원인과 솔루션
1. 다공성의 유형
레이저 용접의 다공성은 전형적으로 수소 다공성, 질소 다공성 및 CO 다공성의 세 가지 주요 형태로 나타납니다. 수소 다공성은 종종 용접 중심 또는 퓨전 라인 근처에 위치한 매끄러운 표면이있는 작은 구형 공극으로 보입니다. 질소 다공성은 용접 표면의 날카로운 모서리와 종종 클러스터로 불규칙하게 형성되는 경향이 있습니다. 깊은 침투 용접에서 흔한 CO 다공성은 일반적으로 더 두꺼운 용접 부분에서 발견되는 후행 꼬리를 가진 독특한 올챙이 같은 모양을 나타냅니다.
2. 주요 원인과 시정 조치
가스 문제를 보호합니다
부적절한 차폐 가스 범위는 다공성의 주요 원인입니다. 가스의 불순물 (아르곤에서 50ppm을 초과하는 산소 수준) 또는 부적절한 유량은 대기 오염을 허용 할 수 있습니다. 과도한 가스 흐름으로 인한 난류 또는 낮은 유량으로 인한 부족한 커버리지는 모두 다공성에 기여합니다. 솔루션에는 초 고급 아르곤 (99.999%) 사용, 가스 흐름 최적화 (일반적으로 알루미늄과 같은 반응성 금속의 비율이 높은 8-15 L\/분) 및 적절한 노즐 정렬을 보장하는 것이 포함됩니다. 이중 가스 차폐 시스템 (예 : 내부 차폐 용 헬륨 및 외부 커버리지의 아르곤)은 보호를 더욱 향상시킬 수 있습니다.
재료 표면 오염
공작물 표면의 오일, 그리스, 산화물 층 또는 코팅은 용접 풀에 가스 형성 요소를 도입 할 수 있습니다. 예를 들어, 알루미늄의 산화물 층 (ALASI)은 기본 금속의 용융점을 초과하여 불완전한 융합 및 가스 포획보다 2050도에서 녹습니다. 아연 코팅 강은 아연이 907 도로 기화되어 다공성을 만듭니다. 기계적 마모를 통한 전직 청소와 용매 탈지 (예 : 초음파 아세톤 욕조)가 필수적입니다. 아연 도금 금속의 경우 빔 진동 기술은 아연 증기를 배출하는 데 도움이되는 반면 (150–200도)는 기화 강도를 줄입니다.
부적절한 용접 매개 변수
과도한 레이저 전원은 폭력적인 열쇠 구멍 붕괴, 가스 포획을 유발할 수 있지만, 불충분 한 전력은 재료를 완전히 침투하지 못할 수 있습니다. 여행 속도는 또한 중요한 역할을 빠르게 진행하며 가스 버블은 탈출 할 수 없습니다. 너무 느리고 과도한 열 입력은 용융 풀이 확대되어 가스 용해도가 증가합니다. 최적의 매개 변수는 재료에 따라 다르지만 종종 균형을 유지하는 전력 (예 : 1mm 스테인리스 스틸의 경우 800W), 속도 (3m\/분) 및 초점 위치 (키홀을 안정화시키기위한 약간의 양의 디 포커스)를 포함합니다. 용접 시작시 전원 램프 업을 구현하면 불안정성을 더욱 최소화 할 수 있습니다.
깊은 침투 용접의 키 구멍 불안정성
고출력 레이저 용접에서, 키홀 (레이저 절제에 의해 형성된 증기 채널)은 가스를 포획 할 수 없을 정도로 붕괴 될 수있다. 완화 전략에는 전력 밀도 감소 (예를 들어, 빔 스팟 크기를 확대하는 0. 빔 진동 (50Hz, 1mm 진폭)은 더 나은 금속 흐름과 가스 탈출을 촉진합니다.
환경 및 물질 요인
주변 습도는 수증기 분리를 통해 수소를 도입하여 알루미늄 및 마그네슘과 같은 흡습성 금속에서 다공성을 악화시킵니다. 작업장 습도 제어 (<40%) and pre-drying materials (120°C for 1–2 hours) are effective countermeasures. Material composition also matters: aluminum's hydrogen solubility drops sharply during solidification, while sulfur/phosphorus in stainless steel forms low-melting compounds that trap gas. Using low-impurity filler metals (e.g., 5083 aluminum) or grain-refining additives (yttrium/zirconium) can improve results.
3. 탐지 및 개선
Pre-weld material analysis (spectroscopy for O/H/S content) and real-time process monitoring (high-speed cameras to observe melt pool dynamics) help prevent porosity. Post-weld inspection via X-ray radiography detects sub-surface voids (>0. 1mm). 수리를 위해, 국소화 된 연삭 후 저전력 레이저 재 릴링이 종종 성공적이며, 표면 산화물이 완전히 제거되면 종종 성공합니다.
4. 고급 완화 기술
중요한 응용 분야에서, 진공 레이저 용접 (10 ³PA)은 대부분의 산업에 대한 비용이 많은 가스 간섭을 완전히 제거합니다. 초음파 보조 용접 (20kHz 진동)은 기포 형성을 방해하여 다공성을 최대 70%감소시킵니다. 혈장 분광법 (예 : IPG의 Laserdyne)과 같은 새로운 기술은 Weld Plume 배출량을 분석하여 실시간 매개 변수 조정을 가능하게합니다.
결론
다공성 제어에는 체계적인 접근 방식을 최적화하는 차폐, 청결, 매개 변수 및 환경이 필요합니다. 이러한 측정을 구현함으로써 결함이 엄격한 표준을 충족 할 수 있습니다 (예 :<0.5% for automotive welds). Documenting procedures in a Welding Procedure Specification (WPS) ensures consistency across production runs.
-- Rayther Laser Camila Wang