레이저 용접 침투와 용접선 에너지의 관계!

분말야금재료 내부에 기공이 있기때문에 결합강도가 제련재료보다 훨씬 낮다.용접 투입을 보장하는 조건에서는 용접 열 영향부를 줄이기 위해 최소 라인 에너지 입력을 사용해야합니다. 

용접선 에너지는 용접 방향에 작용하는 레이저의 단위 길이당 에너지로, 에너지가 효과적으로 사용되는지에 대한 중요한 변수이다.레이저 깊은 침투 용접의 완전 침투 공정 조건, 완전 침투 곡선은 판 두께와 관련이 있습니다.두꺼운 판의 경우 안정적인 깊은 침투 용접 곡선에 완전 침투 곡선이 포함되어야 합니다.용접 라인 에너지가 용접 결과에 미치는 영향을 연구하기 위해 Co 분말 재료의 레이저 용접시 단위 길이당 투입되는 에너지 (이하 라인 에너지라고 함)와 용융 깊이와의 관계를 조사한다.용접선 에너지 W (단위 kj/cm)는 다음과 같이 정의된다 W = P/v

여기서 P는 공작물 표면의 사고 레이저 파워, v는 용접 속도입니다.

EFA51 CO2 레이저와 f/5 focusing system을 이용하여 각각 두께 3 mm와 4 mm의 순수 Co 소결 시료판에 대한 실험을 수행하였다.작은 구멍 위의 플라즈마 화염은 옆으로 불어난 He 가스에 의해 압축되며, 가스 흐름은 공작물 표면에 45o 각도로 이루어집니다.아르곤 가스의 주요 송풍은 용융된 풀을 보호하며, 등에 균일한 너비의 후면 용접은 완전히 관통된 용접으로 간주됩니다.

완전 침투 용접을 위한 열 입력은 레이저 파워와 용접 속도 모두의 기능입니다.레이저 파워가 일정할 때 최소 열 입력으로 용접 속도를 얻을 수 있습니다.마찬가지로 용접 속도가 일정할 때도 최소 열 입력 전력을 얻을 수 있다.레이저 파워와 용접 속도가 일정 비율로 증가할수록 좁고 깊은 용접을 얻을 수 있고 열 입력량이 감소합니다.용접 속도가 감소하고 전력이 증가할수록 용접 관통력이 얕아집니다.

레이저 용접기의 레이저 파워는 0.8-1.3 kW로하고, 용접 속도와 탈착량을 조절하며, 판 두께는 3mm'완전 관통을 얻기 위해, 그리고 완전 관통 조건에서 일련의 선 에너지를 얻는다.그 결과 레이저 파워가 1.2 kW 일 때 선에너지 W는 최소값을 가지며, v=15 mm/s, W=0.8 kj/cm 일 때 용접부의 depth-to-width 비가 가장 큰 것으로 나타났다.0.6 kj/cm 선에너지 조건에서 추가 실험을 통해 레이저 파워에 따라 용접부 관통력이 변화함을 확인하였다.동일 라인 에너지 입력 조건에서는 레이저 파워의 증가에 따라 용접부 관통력이 증가하는 반면, 용접부 폭은 거의 변화가 없다.따라서 핀홀 효과를 기반으로 하는 용접 방법의 경우 레이저 파워 밀도를 높이는 것이 용접 속도를 줄이는 것보다 용접 관통력을 높이는 데 더 분명한 영향을 미친다.

4 mm 두께의 시료 표면의 용접부를 스캔하면, 용접 관통부와 선 에너지 사이에 상응하는 여러 개의 산란점이 있는 것으로 밝혀졌다.용접선 에너지 외피 곡선, 즉 최소선 에너지의 곡선이 그림에 표시됩니다.외피 곡선의 수학적 표현은 계산과 분석을 통해 얻어진다

H =-0이다.32 + 3.6W0.25이다

여기서 H는 용접 침투 깊이 (mm), W는 선 에너지 (k/cm)입니다.

이 곡선에 떨어지는 실제 용접에서 주어진 파라미터의 데이터는 좋은 파라미터 상태라고 생각할 수 있다.선택된 데이터가 그림에서 외피 곡선 아래에 있다면,이 용접 시스템의 에너지 이용 효율이 낮다고 간주할 수 있으며, 이는 레이저 전송 시스템이나 포커스 시스템에 의한 것인지 그리고 다른 요인에 의한 것인지에 대한 분석이 필요하다.대부분의 실제 레이저 심층 침투 용접에서 선택된 데이터는 그림에서 곡선보다 약간 아래에 있지만 이러한 용접 변수는 여전히 수용 가능하다는 점에 주목할 필요가 있습니다.레이저 깊은 침투 용접의 경우 고출력 및 고속으로 레이저의 유효 이용률을 향상시킬 수 있으며, 높은 레이저 파워를 사용하면 안정적인 깊은 침투 용접을 위한 더 큰 초점 위치 범위를 얻을 수 있다.물론 이러한 레이저 위력의 증가는 어느 정도 한계가 있는데, 과도한 레이저 위력은 플라즈마에 의한 레이저 흡수를 증가시켜 투과깊이를 감소시키기 때문이다.실제로 레이저 파워가 매우 작을 때는 용접 속도를 줄임으로써 더 큰 선 에너지를 얻을 수 있다.

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