Laser material processing(레이저 재료 가공)은 어떻게 하나요? - 2편

Laser material processing 2편에서는 Welding,Cutting,Drilling의 원리 및 종류에 대해 알아보도록 하겠습니다. 

Laser material processing - Welding/Cutting/Drilling의 종류

 

■  Welding의 종류

  · Conduction Welding  (Depth-width ratio < 1)

  · Penetration welding  (Depth-width ratio > 1)

■ Cutting의 종류.

  · Flame Cutting              (Steel with oxygen)

  · Fusion Cutting             (cutting with inert gas) 

     stainless steel with nitrogen   /  titan with argon

■ Drilling의 종류

  · Single Pulse

  · Percussion

  · Trepanning

  · Helical Drilling

 

Laser material processing – Welding/Cutting/Drilling
conduction welding의 원리

 

[conduction welding 의 원리]

 

■  표면의 열가열

  ▶ 소재 표면의 열을 증가 시킨다.

        Power > Reflect. + heat dissipation

  ▶ 소재의 온도가 용융점까지 올라 간다. 

      (TM,Steel = 1490°C)

  ▶ 흡수도의 변화

    - YAG : 35% (20°C) à 32% (1500°C)
    - CO2  : 5%   (20°C) à 12% (1500°C)

 

■  Welding joint:

   ▶ Spot의 Overlapping 으로 seam 형성

   ▶ 중복율 :  approx. 0,6 - 0,8

   ▶ 용접속도 : VW = Ø · fp·(1 - overlap)

   ▶ Depth-width ratio < 1

   ▶ 평균출력이 용접 속도를 좌우 한다.

 

Laser material processing – Welding/Cutting/Drilling
penetration welding의 원리

 

■ Conduction Welding에 비해 높은 출력이 요구되며, 용접 속도가 빠르다.

 

■ 표면온도가 용융점을 넘는다. (TM,Steel = 1490°C)

 

■ Melting bath 형성

 

    ▶ 표면 온도가 기화점을 넘는다. (TV,Steel = 2590°C)

     

    ▶ 기화 시작

 

 

■ Key hole 형성:

 

    ▶ Metal vapor (=laser plasma) 는vapor channel (= keyhole)를 형성 한다.

 

    ▶ vapor channel 내에서 다중 반사가 일어나며 흡수도를 높인다.

 

 

■ Welding joint:

 

    ▶ 용융된 소재들이 key-hole을 따라 흐른다. (Diameter » focal diameter)

 

    ▶ Depth-width ratio > 1

 

Laser material processing – Welding/Cutting/Drilling
Laser Beam Cutting 의 원리

 

[Laser Beam Cutting 의 원리]

 

■ 시작점의 drilling

 

   ▶ 용융소재들의 분출이 관통후에는 밑으로 빠져 나간다.

 

   ▶ Flame Cutting의 경우 시작점이 Fusion Cutting에 비해 크다.

 

 

■ Cutting process

 

   ▶용융물 형성

 

   ▶Cutting gas가 용융물을 절단선에서 불어 낸다.

 

Flame cutting: Steel with oxygen

Fusion cutting with inert gas (e.g. stainless steel with nitrogen; titan with argon)

 

Laser material processing – Welding/Cutting/Drilling
Laser Beam drilling 의 원리 및 종류

 

[Laser Beam drilling 의 원리 및 종류]

 

■  Drilling

 

  ▶ 용융소재들의 분출이 관통후에는 밑으로 빠져 나간다.

  ▶ Flame Cutting의 경우 시작점이 Fusion Cutting에 비해 크다.