레이저 용접 기술 공정 제조 응용

레이저 용접 기술 공정 제조 응용

레이저 용접 기술을 안정적이고 완벽하게 적용하려면 레이저 용접 공정 매개변수, 접합 성능과 수치 시뮬레이션을 결합한 여러 측면의 검증이 필요하며, 그래야만 차량 제조에 적합한 공정 매개변수를 형성할 수 있습니다.

1.1 최적 공정 변수 연구

외부 표면에 용접 흔적이 없는 규격과 저항 점용접보다 높은 강도를 준수하며, 레이저 용접 다양한 두께 조합의 스테인리스 강판에 대해 공정 테스트를 수행했습니다. 그 결과, 스테인리스강 본체의 레이저 용접을 위한 최적의 매개변수 조합을 결론지었습니다.

(1) 레이저 출력

레이저 용접에는 레이저 에너지 밀도의 임계값이 있습니다. 이 값 아래에서는 용융 깊이가 매우 얕아집니다. 이 값에 도달하거나 초과하면 용융 깊이가 급격히 증가합니다. 플라즈마는 공작물의 레이저 출력 밀도가 임계값(재료에 따라 다름)을 초과할 때만 형성되며 이는 안정적인 심융합 용접의 진행을 나타냅니다. 레이저 출력이 이 임계값 미만이면 공작물의 표면 용융만 발생하고 용접 공정은 안정적인 열전도 모드에서 수행됩니다. 그러나 레이저 출력 밀도가 작은 구멍을 형성하는 임계 조건에 가까워지면 심융합 용접과 전도 용접이 번갈아 진행되어 용접 공정이 불안정해지고 결과적으로 용융 깊이에 큰 변동이 발생합니다. 관통 용접에서는 레이저 출력이 관통 깊이와 용접 속도를 동시에 제어합니다. 용접 침투 깊이는 빔 파워 밀도와 직접적인 관련이 있으며 입사 빔 파워와 빔의 초점의 함수입니다. 일반적으로 특정 직경의 레이저 빔의 경우 빔 파워가 클수록 용융 깊이가 증가합니다. 증가합니다.

(2) 용접속도

용접 속도는 용융 깊이에 중요한 영향을 미칩니다. 속도를 높이면 용융깊이가 얕아지지만, 속도가 너무 낮으면 재료가 과도하게 용융되어 가공물의 용접침투가 발생할 수 있습니다. 따라서 특정 레이저 출력과 특정 두께의 특정 재료에 대해서는 는 적절한 용접 속도 범위이며, 해당 속도 값에서 최대 용융 깊이를 얻을 수 있습니다.

(3) 빔 초점.

빔 스폿의 크기는 가장 중요한 변수 중 하나입니다.레이저 용접이는 전력 밀도를 결정하기 때문입니다. 그러나 간접 측정 기술이 많이 있음에도 불구하고 고출력 레이저의 경우 이를 측정하는 것이 어렵습니다. 빔 초점의 회절 한계 스폿 크기는 광 회절 이론에 따라 계산할 수 있습니다. 그러나 포커싱 렌즈의 수차로 인해 실제 지점은 계산된 값보다 큽니다. 가장 간단한 실제 테스트 방법은 Equal Temp Contour 방법으로 두꺼운 종이를 태운 후 폴리프로필렌 보드를 관통시킨 후 초점과 구멍의 직경이 측정됩니다. 이 방법은 레이저 출력의 크기와 레이저 빔의 작용 시간을 정확하게 측정하기 위한 실제 테스트에 의존합니다.

(4) 초점 위치

용접 중에는 충분한 전력 밀도를 유지하기 위해 초점 위치가 중요합니다. 공작물 표면을 기준으로 초점의 위치 변화는 용접의 폭과 깊이에 직접적인 영향을 미칩니다. 레이저 용접에서는 일반적으로 레이저가 초점을 맞추는 빔 스폿 중심의 전력 밀도가 너무 높아 기화 및 구멍 뚫림이 쉽게 발생할 수 있기 때문에 어느 정도의 초점 흐림이 필요합니다. 레이저 초점에서 멀어지는 각 평면에서 전력 밀도 분포는 비교적 균일합니다. 디포커싱에는 포지티브 디포커싱과 네거티브 디포커싱의 두 가지 유형이 있습니다. 초점 평면이 공작물 위에 있으면 포지티브 디포커싱이라고 하며 그 반대의 경우 네거티브 디포커싱이라고 합니다. 기하학적 광학 이론에 따르면 포지티브 및 네거티브 디포커싱 평면이 용접 평면에서 동일한 거리에 있을 때 , 해당 평면의 전력 밀도는 거의 같습니다. 그러나 획득된 용접 풀의 실제 모양은 다릅니다. 네거티브 디포커스 동안 용접 풀의 형성 과정과 관련된 더 큰 융합 깊이를 얻을 수 있습니다. 실험에 따르면 50~200μs의 레이저 가열 후에 재료가 녹기 시작하여 액체 금속을 형성하고 기화하여 실내 압력 증기를 생성하며, 이는 매우 빠른 속도로 분출되어 눈부신 백색광을 방출합니다. 동시에 고농도 가스가 액체 금속을 용접 풀 가장자리쪽으로 추진하여 용접 풀 중앙에 함몰을 만듭니다. 네거티브 디포커싱을 적용하면 재료 내부의 전력 밀도가 표면보다 높아 용융 및 기화가 더 강해지고 빛 에너지가 재료 내부로 더 깊이 전달될 수 있습니다. 따라서 실제 적용에서는 더 큰 융합 깊이가 필요할 때 네거티브 디포커싱이 사용됩니다. 포지티브 디포커싱은 얇은 재료를 용접할 때 적합합니다.

(5) 용접 시작점과 끝점에서 레이저 출력의 점진적인 상승 및 하강 제어

심용입 레이저 용접 중에는 용접 이음새의 깊이에 관계없이 다공성 문제가 항상 존재합니다. 용접 공정이 종료되고 전원 스위치가 꺼지면 용접 심의 끝 부분에 함몰이 나타납니다. 또한 레이저 용접 층이 원래 용접 심을 덮으면 레이저 빔의 과도한 흡수가 발생할 수 있으며, 앞서 언급한 문제를 방지하기 위해 전원 시작 및 중지 지점에 대한 프로그램을 설정하여 시작 및 중지 시간을 조정할 수 있습니다. 즉, 시동 전력이 단시간 내에 0에서 설정 전력 값까지 전기적으로 상승하고 용접 시간이 조정됩니다. 마지막으로 용접이 종료되면 설정된 출력에서 ​​0까지 출력이 점차 감소합니다.

1.2 커넥터 성능 테스트

스테인리스강 차체의 레이저 용접 조인트에 대해 관련 규격에 따라 인장-전단 시험, 피로 성능 시험, 조인트 미세 구조 분석을 실시했습니다. 요약하면 강도, 외관, 솔기 형상 간의 관계를 정리하면 다음과 같습니다. 스테인리스강 레이저 용접 조인트의 구성과 레이저 용접 공정의 매개변수가 확립되었습니다. 이는 생산 안내의 기초가 됩니다. 테스트 결과, 동일한 판 두께 조합에 대해 스테인레스 강판의 레이저 용접 이음매의 피로 성능, 전단 인장 하중 및 외관 품질이 모두 저항 점용접 이음매보다 우수한 것으로 나타났습니다. .

1.3 수치 시뮬레이션 연구

유한 요소 계산 소프트웨어는 레이저 용접 조인트의 용융 풀 모양을 시뮬레이션하는 데 사용됩니다. 이로 인해 공정 매개변수의 다양한 조합에 따라 접합부의 미세 형상이 생성되고 이를 통해 용접 이음매의 미세한 치수를 얻고 용접 이음매의 강도를 판단할 수 있습니다. 검증을 통해 수학적 모델은 높은 정확도를 갖습니다. 생산 과정에서 수치 계산을 통해 기술 매개변수를 결정할 수 있으므로 테스트 횟수를 줄이고 인력 및 물적 자원 소비를 낮출 수 있습니다.

1.4 조인트의 기본 형태

실험에 사용된 접합의 기본 형태는 Table 1과 같다.

표 1 관절의 기본 형태

번호	조인트 형태	커넥터 다이어그램	판 두께 범위/mm
1	맞대기 조인트		t ≤ 4
2	랩 조인트		t1+ t2 ≤6
3	T-조인트		t1 ≥1

1.5 프로세스 평가

관련 표준에 따라 공정 매개변수의 이론적 탐구와 공정 및 물리화학 금속 조직학 테스트를 통한 검증을 통해 공정 평가 및 보고서가 형성되어 실제 생산을 안내하기 위한 이론적 기반을 제공합니다.

 레이저 용접 솔기 품질 검사 및 분석

품질 검사 및 제어 측면에서 레이저 용접의 전체 생산 공정의 품질을 제어하는 ​​것이 특히 중요합니다. 일부 레이저 용접 이음매는 비침투 레이저 용접이기 때문입니다. 용접 작업 생산 전에 레이저 검증이 필요합니다 공작물을 용접하고 레이저 용접 장비 전력 및 용접 속도와 같은 매개변수의 안정성을 검증합니다. 용접 생산 과정에서는 공정 방법에 따라 엄격한 조립이 이루어져야 합니다. 용접 이음매 표면이 서로 밀착되도록 하는 것 외에도 용접 공정 중에 용접 품질을 실시간으로 모니터링하는 것도 필요합니다. 직간접적인 기술적 수단을 사용하여 용융 깊이가 용접 깊이인지 분석하고 확인하는 것이 필요합니다. 레이저 용접은 품질 요구 사항을 충족하며 저장된 기록은 추적 가능합니다. 동시에 경보 프롬프트 기능이나 장비 자체의 적응 기능을 통해 용접 매개 변수를 조정하여 보상하는 기능도 있습니다. 용접이 완료된 후에는 용접 이음새를 육안으로 검사하는 것 외에도 초음파를 사용해야 합니다. 용접심의 용융 깊이를 확인하는 비파괴 검사 기술입니다. 궁극적으로 이는 비침투 레이저 용접 심의 용융 깊이가 제어 범위 내에 있는지 확인하여 용접 품질의 전체 공정 제어를 보장합니다.

결론

요약하면, 비침투형 레이저 용접 이 공정은 측벽 저항 용접 공정의 다양한 용접 변형을 해결하고, 용접 품질을 향상시키며, 전통적인 저항 점용접을 레이저 용접으로 대체하고, 용접 조인트의 강도를 높이고, 차체 외관 품질을 향상시키며, 생산 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 동시에 스테인레스 스틸 철도 차량 생산 기술의 변화는 동종 업계에서 우리 회사의 경쟁력을 향상시켰습니다. 철도 차량에 레이저 용접 기술을 적용하면 철도 객차의 전반적인 품질이 향상될 뿐만 아니라 중국산 철도 객차의 국제 경쟁력도 향상됩니다.