"e-모빌리티 강화: 가변 링 모드 파이버 레이저 기술을 이용한 구리 용접

HighLight™ ARM 파이버 레이저

파이버 레이저는 고체 녹색 레이저보다 전기적인 효율성이 훨씬 더 큽니다. 즉, 정해진 출력 전력을 전달하는 데 전력이 덜 필요하고 폐열이 적게 발생합니다. 따라서 소유 비용이 감소하고 냉각이 단순화됩니다. 또한 파이버 레이저는 매우 안정적입니다. 그리고 적외선 출력은 쉽게 파이버로 전달됩니다. 그러나 이러한 바람직한 기능에도 불구하고 앞서 확인한 문제로 인해 특히 구리 용접에 널리 사용되지 않았습니다.

Coherent는 몇 년 전 HighLight 시리즈 가변 링 모드(ARM) 파이버 레이저를 도입하여 기존 기술로 적절하게 처리되지 않는 응용 분야에 이러한 소스의 비용 및 실질적인 이점을 제공했습니다. 일반적으로 이러한 작업은 우수한 용접 품질(스패터 낮음, 균열 최소화 및 다공성 감소)을 얻기 위해 작업 표면에서 출력 및 출력 밀도의 공간 분배를 주의 깊게 제어해야 하는 작업입니다. 대표적인 예로는 아연도금강의 제로 갭 용접, 동력전달장치 부품의 스패터 없는 용접, 필러 와이어를 사용하지 않고 균열이 없는 벽걸이형 알루미늄 부품 용접이 있습니다.

공간 전력 분포에 대한 이러한 정밀한 제어는 레이저 광의 또 다른 동심원 링으로 둘러싸인 중앙 지점으로 구성된 ARM 레이저의 고유 출력 빔을 통해 달성됩니다. 중앙과 링의 전력은 필요에 따라 독립적으로 조정 및 변조될 수 있으며, 이를 통해 용융 풀 역학을 매우 신중하게 제어할 수 있습니다.

Coherent HighLight ARM 레이저는 특정 응용 분야에 맞춤화할 수 있는 다양한 중심 대 링 비율 및 출력 수준으로 사용할 수 있습니다. 중심의 직경은 22µm~100µm로 구성할 수 있으며 링 외경은 140µm~200µm로 변경할 수 있습니다.

구리 용접의 경우 고강도 고출력 센터 빔이 필요합니다. 이 빔은 흡수 계수가 상대적으로 낮은 상태에서도 재료를 쉽게 녹이는 데 필요한 에너지를 제공하는 반면 링 빔은 키홀을 안정화하는 데 도움이 됩니다. 그 결과 용접 프로세스는 공작물의 표면 변화에 관계없이 일관되게 시작되고 유지되므로 기존 파이버 레이저에서 경험한 한계를 극복할 수 있습니다.

구리 용접 결과

Coherent 애플리케이션 엔지니어들은 22µm 직경의 고휘도 센터 빔과 내경/외경이 100µm/170µm인 링 빔을 가진 ARM 레이저를 사용하여 일련의 구리 용접 테스트를 수행했습니다. 레이저는 1.4배율의 원격 가공 헤드로 초점을 맞추었으며, 질소를 차폐 가스 및 크로스 제트로 사용했습니다. 용접된 재료는 순수한 구리였습니다. 모든 테스트에서 레이저 출력은 4kW로, 중앙에 1.5kW, 링에 2.5kW였습니다. 사진(그림 2)은 실험 설정을 보여 줍니다.

초점 위치는 다양했고 재료 표면에서 1.5mm 위로 초점을 설정했을 때 최상의 용접 품질이 나타나는 것으로 확인되었습니다. 특히 이 위치는 용접 침투와 용접 품질을 가장 적절하게 절충한 위치였습니다. ARM 레이저는 재료 표면에 직접 초점을 맞추면 용접 침투 깊이가 더 깊어지지만 결과적으로 용접 표면 품질과 스패터는 일반적인 e-모빌리티 용도에 충분하지 않습니다. 최적의 빔 초점 위치(표면 위 1.5mm)를 사용하는 작업 표면의 빔 프로파일이 그래픽에 표시됩니다.