티타늄은 다른 원소와 쉽게 반응하기 때문에 많은 산업에서 티타늄 용접이 어렵다고 생각합니다. 티타늄은 용접 중에 산소와 접촉하면 부서지기 쉽고 강도가 떨어질 수 있습니다. 레이저 용접은 이 문제를 해결하기 위해 정확하고 왜곡이 적은 방법을 제공합니다. 티타늄의 자연적인 특성을 그대로 유지하면서 강력한 용접을 생성합니다.
이 가이드에서는 티타늄 레이저 용접의 작동 방식과 장점, 일관된 고품질 결과를 얻기 위해 필요한 단계를 설명합니다.
레이저 용접이란 무엇인가요?
레이저 용접은 집중된 광선을 사용하여 금속 표면을 녹이고 접합합니다. 빔은 작고 제어된 영역에 열을 가하여 깊고 좁은 용접을 만들고 열이 주변 재료로 퍼지는 것을 제한합니다. 얇은 부분, 섬세한 부품 및 복잡한 모양에 유용합니다.
티타늄은 열을 받으면 산소, 질소, 수소와 빠르게 반응하여 부서지기 쉽습니다. 이를 방지하려면 깨끗하고 차폐가 잘 된 공간에서 용접을 진행해야 합니다. 고온의 공기에 잠깐만 노출되어도 용접이 손상될 수 있습니다. 열과 보호 가스 제어를 유지하는 것은 튼튼하고 깨끗한 접합부를 만들기 위한 핵심입니다.
티타늄 레이저 용접을 위한 단계별 프로세스
다음은 간단한 작업 현장 프로세스입니다. 각 단계를 따라 깨끗하고 튼튼하며 반복 가능한 용접을 유지하세요.
1단계: 작업 영역 준비하기
밀폐된 스테이션, 글러브박스 또는 밀폐된 슈라우드에서 용접 부위를 청소합니다. 고순도 아르곤 또는 헬륨 가스(99.999%가 이상적)를 사용합니다. 모든 호스, 피팅, 씰에 누출이 있는지 확인합니다. 완벽한 차폐를 위해 트레일링 슈와 필요한 경우 후면 퍼지 시스템을 설치합니다.
2단계: 티타늄 표면 청소하기
아세톤 또는 이소프로필 알코올과 보푸라기가 없는 물티슈로 기름, 기름, 먼지를 제거하세요. 전용 스테인리스 스틸 브러시 또는 부직포 패드를 사용하여 산화물 층을 제거합니다. 솔질 후 조인트를 다시 닦아주세요. 재오염을 방지하기 위해 니트릴 장갑을 착용하고 재산화를 방지하기 위해 청소 후 곧바로 용접을 시작하세요.
3단계: 공작물 고정
조인트가 틈새 없이 균일하게 맞도록 부품을 고정합니다. 완전한 차폐 아래에 압정 용접을 추가하여 왜곡을 제어하고 간격을 균일하게 하여 조인트를 안정화합니다. 용접하기 전에 게이지 또는 핀으로 정렬 상태를 확인합니다. 퍼지 댐 또는 밀폐용 밀봉 테이프를 설치합니다. 관절 를 사용하여 뒷면 차폐를 잘 유지합니다.
4단계: 레이저 매개변수 설정
재료 두께에 따라 레이저를 조정합니다. 0.5~1.5mm 사이의 얇은 시트의 경우 200~500W의 연속 출력, 0.10~0.30mm의 스폿 크기, 분당 12~25인치의 이동 속도를 가진 파이버 레이저가 좋은 출발점입니다. 더 두꺼운 섹션의 경우 더 높은 출력과 느린 이동 속도를 사용하여 완전히 관통할 수 있습니다.
빔의 초점을 표면 또는 약간 아래에 맞춥니다. 얇거나 열에 민감한 영역에는 펄스 모드를 사용합니다. 필러 와이어가 필요한 경우 합금에 맞추고 이송 속도를 낮게 유지합니다.
5단계: 용접 프로세스 시작
빔을 켜기 전에 몇 초 동안 차폐 가스 프리플로우로 시작합니다. 토치 가스 유량을 약 20-35 CFH로, 트레일링 슈를 25-45 CFH로 설정합니다.
용접하기 전에 닫힌 조인트의 뒷면 퍼지를 시작하세요. 가능하면 탭으로 유도하여 용융 풀을 안정화합니다. 빔을 조인트 중앙에 두고 일정한 이동 속도를 유지하면서 관통력이 변하면 조정합니다.
6단계: 냉각 중 차폐 유지
용접부가 흐릿한 빨간색 아래로 식을 때까지 보호 가스를 계속 흐르게 합니다. 깨끗한 용접부는 은색에서 연한 짚색으로 나타납니다. 파란색 또는 회색은 오염을 의미합니다. 외풍에 노출되지 않도록 보호 구역 내부에서 부품을 완전히 식히세요. 조인트가 만져질 정도로 식은 후에만 가스를 끄세요.
용접에 영향을 미치는 티타늄의 특성
티타늄은 독특한 물리적, 화학적 특성을 가지고 있어 가치가 높지만 용접하기 어려운 소재이기도 합니다. 이러한 특성을 이해하면 올바른 용접 방법을 선택하고 공정의 각 단계를 제어하는 데 도움이 됩니다.
무게 대비 강도 비율
티타늄은 다른 강철만큼 강하지만 무게는 절반 정도에 불과합니다. 따라서 항공우주 및 모터스포츠와 같이 강도와 가벼움이 동시에 요구되는 분야에 이상적입니다. 강도가 높기 때문에 약점을 피하기 위해 용접은 모재의 성능과 일치해야 합니다.
내식성 및 산화 거동
티타늄은 자연적으로 얇은 산화물 층을 형성하여 부식으로부터 보호합니다. 따라서 바닷물이나 혹독한 화학 환경에서도 잘 작동합니다. 하지만 용접 시 열로 인해 이 층이 손상될 수 있습니다. 적절한 보호막이 없으면 산화가 진행되어 용접이 약화될 수 있습니다.
열전도도 및 팽창
티타늄은 열전도율이 낮습니다. 열이 빠르게 퍼지지 않고 용접부 근처에 머물러 있습니다. 이는 깊은 용접을 달성하는 데 도움이 되지만 주변 금속에 고르지 않은 가열을 일으킬 수도 있습니다. 열팽창이 적어 용접 시 왜곡을 줄이는 데 도움이 됩니다.
고온에서의 반응성
티타늄은 가열되면 산소, 질소, 수소와 쉽게 반응하여 용접부에 복잡하고 부서지기 쉬운 화합물을 생성합니다. 이를 방지하기 위해 용접은 차폐가 잘 된 환경에서 이루어져야 하며, 종종 아르곤과 같은 불활성 가스를 사용하여 용접 부위를 깨끗하게 유지해야 합니다.
티타늄 레이저 용접의 기초
레이저 용접 티타늄은 집중된 빛 에너지를 사용하는 정밀한 접합 방법입니다. 레이저가 티타늄과 어떻게 상호 작용하는지, 용접부가 오염으로부터 안전하게 유지되는지를 아는 것이 성공의 관건입니다.
레이저 용접은 어떻게 작동합니까?
고에너지 레이저 빔이 두 티타늄 부품 사이의 접합부로 향합니다. 빔의 빛 에너지는 열로 변하여 제어된 작은 영역에서 금속을 녹입니다. 녹은 풀이 식으면 부품이 하나의 단단한 조각으로 융합됩니다. 열이 매우 집중되어 있기 때문에 용접부는 깊고 좁으며 주변 금속의 왜곡이 거의 없습니다.
티타늄 용접에 사용되는 레이저의 종류
파이버 레이저와 Nd:YAG 레이저는 티타늄에 가장 많이 사용되는 레이저입니다. 파이버 레이저는 높은 효율, 안정적인 출력, 정밀한 제어 기능을 제공하여 얇은 소재와 미세한 디테일에 적합합니다. Nd: YAG 레이저는 침투력이 뛰어나고 빔 전달이 유연하여 복잡한 모양이나 접근하기 어려운 부분을 용접하는 데 유용합니다.
티타늄 용접에서 차폐 가스의 중요성
티타늄은 용접하는 동안 공기로부터 보호되어야 합니다. 일반적으로 고순도 아르곤 또는 헬륨을 사용합니다. 보호 가스는 용접부 위로 흐르면서 산소, 질소, 수소를 차단합니다. 이러한 보호가 없으면 용접부가 부서지거나 균열이 생길 수 있습니다. 완전한 커버리지를 위해 차폐는 종종 용접 뒷면까지 확장되며 금속이 식을 때까지 계속됩니다.
티타늄에 레이저 용접을 사용할 때의 이점
레이저 용접은 티타늄으로 작업할 때 많은 이점을 제공합니다. 이러한 장점 덕분에 강력하고 정밀하며 안정적인 용접이 필요한 산업 분야에서 최고의 선택이 될 수 있습니다.
높은 정밀도와 정확성
레이저 빔은 매우 작은 지점에 초점을 맞출 수 있어 용접 위치와 깊이를 정밀하게 제어할 수 있습니다. 이는 정확성이 중요한 작거나 섬세한 부품에 특히 유용합니다.
최소 열 영향 구역
레이저는 매우 집중된 지점에 열을 가합니다. 이렇게 하면 주변 금속이 더 차갑게 유지되고 열의 영향을 받는 영역이 줄어듭니다. 그 결과 티타늄의 강도와 자연적 특성이 더 잘 보존됩니다.
왜곡이 적은 강력하고 깨끗한 용접
레이저 용접은 매끄러운 표면을 가진 좁고 깊은 용접을 만듭니다. 열 입력이 적기 때문에 부품이 뒤틀리거나 구부러질 가능성이 적습니다. 따라서 추가 작업이 거의 또는 전혀 필요하지 않은 강력한 접합부를 생성합니다. 마무리 손질.
복잡한 형상에 대한 적합성
집중된 빔은 좁거나 어색한 공간에 도달하여 복잡한 모양을 용접할 수 있습니다. 따라서 레이저 용접은 의료 기기나 항공 우주 부품과 같이 복잡한 디자인이나 접근하기 어려운 조인트가 있는 부품에 이상적입니다.
최상의 결과를 위한 프로세스 매개변수
티타늄 레이저 용접 시 최상의 결과를 얻으려면 몇 가지 주요 설정을 제어해야 합니다. 각 매개변수는 용접 품질, 외관 및 강도에 영향을 미칩니다.
레이저 출력 및 빔 초점
대부분의 얇고 중간 정도의 티타늄 시트의 경우 용접기는 약 1.5~3kW로 작업하는 경우가 많습니다. 이는 금속을 태우지 않고 깨끗하게 녹이기에 충분한 전력입니다. 출력을 너무 높게 설정하면 용접 시 스패터가 너무 많이 튀거나 구멍이 생길 수 있습니다.
빔 초점은 열이 전달되는 방식을 형성합니다. 초점이 작을수록 더 깊게 침투할 수 있어 두꺼운 부분에 효과적입니다. 얇은 부분의 경우 초점을 약간 넓히면 열이 분산되어 번스루의 위험이 줄어듭니다. 많은 작업장에서 적절한 균형을 맞추기 위해 초점을 1밀리미터 단위로 조정합니다.
이동 속도 및 용접 깊이
이동 속도는 금속에 머무는 열의 양을 결정합니다. 천천히 움직이면 용접에 더 많은 열이 전달되지만 너무 빠르면 변색되거나 접합부가 부서질 수 있습니다. 너무 빠르게 진행하면 용접이 얕거나 불완전해질 수 있습니다. 일반적인 티타늄 시트 작업의 경우, 많은 용접사가 100mm 이음새를 몇 초 안에 끝내는 속도로 작업하면서도 매끄럽고 깊이 있는 이음새를 얻습니다.
용접 깊이는 작업 설계와 부품 두께에 따라 다릅니다. 구조 부품의 경우 일반적으로 전체 관통이 목표입니다. 가장자리가 과열되지 않고 조인트의 뿌리까지 도달하는 것이 목표입니다.
차폐 가스 유량 및 적용 범위
티타늄은 뜨거울 때 공기로부터 강력한 보호가 필요합니다. 아르곤은 가장 일반적인 보호 가스로, 일반적으로 용접 중과 용접 후에도 계속 흐르게 됩니다. 가스가 너무 적으면 산소가 유입되어 용접부가 어둡고 약해질 수 있고, 너무 많으면 공기를 휘저어 같은 문제를 일으킬 수 있습니다.
가장 안전한 방법은 용접이 식을 때까지 용접부를 완전히 덮는 꾸준한 흐름입니다. 완성된 비드는 파란색이나 보라색으로 변하지 않고 잘 보호된 용접부에서 밝은 은색을 유지합니다. 항공 우주 작업에서 이 깨끗한 색상은 용접부가 오염되지 않았다는 빠른 신호입니다.
레이저 용접 티타늄의 응용 분야
레이저 용접 티타늄은 강하고 가벼우며 부식에 강한 부품이 필요한 산업에서 선택됩니다. 정확성과 일관성 덕분에 많은 고급 제품에 적합합니다.
항공우주 및 방위 부품
레이저 용접 티타늄은 강도, 경량, 내식성이 중요한 산업에서 사용됩니다. 정밀도와 신뢰성이 뛰어나 많은 고성능 제품에 적합합니다.
의료기기 및 임플란트
의료 기기는 인체에 안전해야 하며 높은 정밀도로 제작되어야 합니다. 티타늄은 이 두 가지 요구 사항을 모두 충족하며 레이저 용접으로 매끄럽고 깨끗한 접합부를 제공합니다. 티타늄은 수술 도구, 뼈 임플란트, 치과용 고정 장치에 흔히 사용됩니다.
자동차 및 모터스포츠 부품
고성능 차량은 강도와 가벼움 때문에 티타늄을 사용합니다. 레이저 용접은 배기 시스템, 서스펜션 암, 프레임 부품에 적용됩니다. 이 공정은 열, 진동, 응력을 견디는 반복 가능한 용접을 제공합니다.
해양 및 해양 구조물
티타늄은 해양 및 해양 작업에서 바닷물 부식에 강합니다. 레이저 용접은 프로펠러 샤프트, 수중 하우징 및 지지 프레임에 사용됩니다. 정밀한 용접은 이러한 부품이 거칠고 습한 환경에서도 강도를 유지하는 데 도움이 됩니다.
결론
티타늄 레이저 용접은 최소한의 왜곡으로 강하고 깨끗한 접합부를 만들어내는 정밀한 공정입니다. 고순도 차폐 가스를 사용하여 용접 부위에 고에너지 빔을 집중시켜 용융 금속을 보호합니다. 이 접근 방식은 티타늄의 강도, 내식성 및 모양 안정성을 유지하는 데 도움이 됩니다.
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안녕하세요, 저는 케빈 리입니다
지난 10년 동안 저는 다양한 형태의 판금 제작에 몰두해 왔으며 다양한 워크숍에서 얻은 경험에서 얻은 멋진 통찰력을 이곳에서 공유했습니다.
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케빈 리
저는 레이저 절단, 굽힘, 용접 및 표면 처리 기술을 전문으로 하는 판금 제조 분야에서 10년 이상의 전문 경험을 갖고 있습니다. Shengen의 기술 이사로서 저는 복잡한 제조 문제를 해결하고 각 프로젝트에서 혁신과 품질을 주도하는 데 최선을 다하고 있습니다.
