동안 파이버 레이저 는 용접에 주로 사용되는 레이저 광원으로, 근적외선(IR) 파장 출력은 특정 금속, 특히 구리에 의해 많이 반사되어 이러한 재료를 가공하는 데 효율성이 제한됩니다. 그 결과 고출력 고체 녹색 레이저가 구리 용접의 잠재적 대안으로 떠오르고 있는데, 이 파장은 구리에 더 쉽게 흡수되기 때문입니다. 그러나 이러한 그린 레이저는 몇 가지 실질적인 한계가 있어 궁극적으로 운영 비용이 높아집니다.

이 기사에서는 새로운 유형의 구리 용접을 사용한 최근 테스트를 소개합니다. 파이버 레이저 고휘도 중앙 빔과 조정 가능한 링 모드(ARM)를 갖추고 있습니다. 상용 킬로와트급 그린 레이저와 비교했을 때, 고휘도 ARM 파이버 레이저 는 구리 용접 작업에서 우수한 용접 품질, 다양한 용접 속도에서 더 나은 침투력, 비용 효율적인 이점을 달성했습니다. 이러한 결과는 다음과 같은 결과를 보여줍니다. 파이버 레이저 는 까다로운 구리 용접 애플리케이션을 위한 저렴한 비용, 신뢰성, 실용성을 제공합니다.

전기 자동차 제조

전기 자동차(EV) 제조 산업의 호황으로 구리 용접 솔루션에 대한 수요가 크게 증가했습니다. 구리는 다른 금속에 비해 전기적, 열적, 기계적, 비용적 특성이 이상적이어서 전기 자동차의 고정자, 배터리, 배전 시스템과 같은 부품에 널리 사용됩니다. 이러한 부품과 시스템 중 상당수는 구리 용접을 필요로 합니다.

그러나 구리의 높은 전도성과 열적 특성은 이러한 애플리케이션에 이상적인 소재이지만, 기존 소재를 사용할 때 다음과 같은 문제도 있습니다. 파이버 레이저 용접에 사용됩니다. 특히, 전자적 특성으로 인해 다음과 같은 근적외선 파장에서 높은 반사율을 보입니다. 파이버 레이저. 또한 구리의 뛰어난 열 전도성 때문에 재료를 녹이고 용접 공정을 시작하려면 상당한 양의 레이저 에너지가 필요합니다.

따라서 기존의 파이버 레이저 재료를 녹이는 데 필요한 전력 밀도에 도달하기 위해 매우 높은 전력을 필요로 하는 경우가 많습니다. 그러나 이러한 “무차별 대입” 방식은 용접 공정을 불안정하게 만들고 사소한 표면 변화에 매우 민감하게 반응할 수 있습니다. 특히 국부적인 표면 산화 또는 작은 표면 불규칙성은 공정 불안정성을 유발하여 일관되지 않은 용접, 표면 품질 저하 및 다공성을 초래할 수 있습니다. 또한 스플래터링은 일반적인 문제로, 후처리에 시간이 많이 걸리거나 수율 저하로 이어질 수 있습니다.

솔리드 스테이트 그린 레이저

구리는 근적외선보다 녹색광을 훨씬 더 효율적으로 흡수하지만 상온에서만 흡수합니다. 그린 레이저의 에너지는 공작물과 더 효과적으로 결합하여 기존보다 더 안정적이고 덜 민감한 프로세스를 가능하게 합니다. 파이버 레이저. 따라서 일부 제조업체는 고출력 솔리드 스테이트 그린 레이저를 사용하고 있으며, 다른 제조업체는 그 잠재력을 평가하고 있습니다.

그러나 전기 자동차 제조에 고출력 그린 레이저를 적용하는 데에는 현실적으로 중요한 문제가 있습니다. 이러한 그린 레이저의 고유한 특성과 구조에서 몇 가지 문제가 발생합니다.

녹색 레이저는 주파수를 두 배로 증가시키는 근적외선 레이저 광선으로 생성할 수 있으며, 이는 고체 상태의 녹색을 생성합니다. 파이버 레이저 또는 디스크 레이저를 사용합니다. 이 기술은 저전력(1킬로와트 미만) 애플리케이션에서 널리 사용되지만, 킬로와트급 전력이 필요한 대부분의 산업용 구리 용접 작업에서는 어려움을 겪습니다. 특히 주파수 배가 프로세스의 효율은 약 50%입니다. 따라서 2kW 녹색 광 출력을 생성하려면 4kW 단일 모드 적외선 레이저가 필요합니다. 사용하지 않은 에너지는 열이 되어 수냉식 냉각 시스템을 통해 발산되어야 합니다. 따라서 이러한 레이저는 에너지 비효율적이어서 운영 비용이 높아지고 많은 양의 냉각수가 필요합니다. 또한, 높은 출력으로 인해 시간이 지남에 따라 주파수 배가 결정이 저하되어 지속적인 모니터링 없이는 신뢰성과 다운타임 문제를 일으킬 수 있습니다.

HighLight™ ARM 파이버 레이저

파이버 레이저 는 고체 상태의 그린 레이저보다 에너지 효율이 훨씬 높습니다. 즉, 동일한 정격 출력을 제공하는 데 더 적은 전력이 필요하므로 폐열 발생이 적습니다. 따라서 운영 비용이 절감되고 냉각이 간편해집니다. 게다가, 파이버 레이저 는 신뢰성이 높고 광섬유를 통해 적외선을 효율적으로 전송합니다. 하지만 이러한 이상적인 특성에도 불구하고, 파이버 레이저 는 앞서 언급한 문제로 인해 구리 용접에 널리 사용되지 않았습니다.

고출력 파이버 레이저 는 한동안 자동차 생산에 성공적으로 사용되어 왔습니다. 그러나 전기차 생산에서 가장 까다로운 용접 작업, 특히 경량 소재의 경우 기본적인 에너지와 높은 출력 이상의 것이 필요합니다. 실제로는 다음과 같은 많은 응용 분야가 있습니다:

매우 얇거나 열에 민감한 소재

“알루미늄, 구리 및 고강도 강철과 같은 용접하기 ”어려운" 재료

서로 다른 재료가 포함된 조인트

이러한 까다로운 작업을 해결하기 위해 레이저는 두 가지 주요 기능을 제공해야 합니다. 첫째, 필요한 출력을 지원하기에 충분한 에너지를 제공해야 합니다. 두꺼운 부품의 경우 적절한 재료 투과를 위해 높은 출력도 필요합니다. 둘째, 레이저는 단위 면적당 에너지 밀도와 단위 시간당 에너지 밀도 측면에서 작업 표면 전체에 전력이 분배되는 방식을 정밀하게 제어해야 합니다.

코히어런트는 조정 가능한 링 모드(ARM)의 HighLight 시리즈를 출시했습니다. 파이버 레이저, 는 기존 기술로는 완전히 해결할 수 없는 응용 분야에 이러한 광원의 비용과 실질적인 이점을 제공합니다. 이러한 작업에서는 고품질 용접(스패터 감소, 균열 최소화, 다공성 감소)을 위해 작업 표면의 전력 분배와 전력 밀도를 세심하게 제어하는 것이 중요합니다. 대표적인 예로는 아연 도금 강철의 제로 갭 용접, 파워트레인 부품의 저스패터 용접, 필러 와이어 없이 균열이 없는 알루미늄 서스펜션 부품 용접 등이 있습니다.

이러한 공간 전력 분배의 정밀한 제어는 중앙 스팟과 추가 동심원형 환형 빔으로 구성된 ARM 레이저의 고유한 빔 출력을 통해 이루어집니다. 중앙 및 환형 빔의 출력을 독립적으로 조정하고 사용자 정의하여 용융 풀의 역학을 미세하게 제어할 수 있습니다.

ARM 파이버 레이저를 사용한 구리 용접 결과

코히어런트의 애플리케이션 엔지니어들은 ARM을 사용하여 일련의 구리 용접 테스트를 수행했습니다. 파이버 레이저 22µm의 고휘도 중앙 빔과 내/외경 100µm/170µm의 환형 빔으로 구성되었습니다. 용접 재료는 순수 구리였습니다. 모든 테스트에는 중앙 빔에 1.5kW, 환형 빔에 2.5kW의 4kW 레이저 출력을 사용했습니다. 실험 결과 초점 위치를 재료 표면 위 1.5mm로 조정했을 때 최상의 용접 품질을 얻을 수 있었습니다. 이 위치는 용접 침투 깊이와 품질 사이의 균형이 잘 잡혀 있습니다.

용접 효율성

ARM의 용접 효율성 파이버 레이저 를 측정하고 2kW 그린 레이저에 대해 발표된 결과와 비교했습니다. 두 용접 테스트 모두 질소를 차폐 가스로 사용했습니다. 녹색 레이저는 0.5mm²의 일정한 용접 단면적과 약 1mm의 침투 깊이를 가진 것으로 보고되었습니다. ARM 레이저와 비슷한 결과를 얻으려면 녹색 레이저의 용접 속도가 200mm/s인 데 비해 3.5kW 출력과 300mm/s의 용접 속도가 필요했습니다.

표면 품질

또 다른 주요 고려 사항은 표면 품질입니다. 전통 파이버 레이저 구리를 용접할 수 있지만 표면 품질 변화에 매우 민감합니다. 고휘도 ARM 파이버 레이저 샌딩 및 광택 처리된 구리 표면 모두에서 안정적인 용접 품질을 유지했습니다.

결론

이 테스트는 코히어런트 고유의 고휘도 ARM이 파이버 레이저 는 전기 자동차의 까다로운 구리 용접 애플리케이션을 위한 실용적인 솔루션입니다. 용접 침투 깊이와 처리 속도는 현재 생산 요구 사항을 충족하거나 초과합니다. 지금까지는 표면 품질 민감도와 공정 불안정성으로 인해 파이버 레이저 하지만 ARM 레이저는 이러한 문제를 극복합니다. 비용 효율성, 신뢰성, 실용적인 이점을 갖춘 이 새로운 ARM 레이저는 다음과 같은 이점을 제공합니다. 파이버 레이저 기술은 많은 산업 분야에서 선호되는 선택으로, 궁극적으로 까다로운 구리 용접 작업에도 이러한 모든 이점을 제공합니다.