자동차 용접 - 2. 바디조립 용접 II '레이저용접'

1. 레이저의 원리
• LASER(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)는 복사의 유도방사에 의한 빛의 증폭이라고 하는 의미.
• 일종의 빛이라고 할 수 있음.
• 레이저는 그 파장에 따라 다양하게 구분할 수 있고, 크게 적외선레이저, 가시광선레이저, 자외선레이저로 나뉜다.

 

2. 레이저빔의 공통적인 특징
• 단색광으로서 파장이 일정하고 광의 주파수가 일정함.
• 직진성이 뛰어나고 가간섭성이 뛰어남.
• 증폭이 용이하며 에너지밀도를 매우 높게할 수 있음.

 

3. CO2 레이저용접기의 원리
• CO2 레이저는 파장10.6㎛의 적외선 레이저빔을 이용.
• 기본적으로는 열선이 빔의 형태로 출력되므로 금속을 용융시키면서 키홀을 형성시켜 두 모재를 용접하기에 적합하다고도 할 수 있음.
• 탄산가스레이저는 전형적인 대출력(수kw에서수백kw)에 많이 이용.
• 기체레이저로서 탄산가스외에 질소가스 및 헬륨가스가 함께 쓰이지만, 역시 탄산가스에서 레이저빔이 얻어짐.
• 질소가스는 방전을 위하여 쓰이고, 헬륨은 냉각을 위해 적용.
• 탄산가스 레이저에서는 가압한 레이저가스(CO2+N2+He)중에서의 연속 글로방전(glow discharge)에 의해 여기.
• 주로 연속적으로 레이저출력을 얻음.

 

4. YAG 레이저용접기의 원리
• YAG는 Yttrium Aluminum Garnet의 약자.
• 자연계에는 존재하지 않는 일종의 보석으로서 주로 핑크색을 띄는 막대기 형태로 가공하여 레이저발진기에 활용.
• 파장은 탄산가스레이저의 1/10인 1.06㎛로서 역시 적외선.
• 금속의 가열에 의한 용융과 용접등에는 비교적 우수한 특성을 보임.
• YAG 레이저는 탄산가스레이저와는 달리 지금까지 주로 강력한 순간출력을 비교적 안정적으로 낼 수 있으므로 펄스형레이저로 널리 활용되고 있음.

 

5. 레이저-아크 하이브리드 용접
• 레이저 와는 별도로 MIG 아크를 일으켜서 와이어 끝에 용융금속, 즉 용적이 용융지로 이행되도록 갭의 공간을 채우도록 한 것.
• 이렇게 용접하면 레이저의 효용성은 극대화할 수 있다고 볼 수 있음.
• MIG용접의 갭브리징 능력은 뛰어나지만, 스패터가 심해서 초기에는 다양한 형태의 문제가 생겼으나 지금은 실용화수준까지 이르고 있음.

 

6. 레이저용접의 장점
• 좁고 깊은 용입, 용접부의 그루브가 공이 필요없음.
• 소입열용접이 가능하고 변형이 적으며 좁은 HAZ로 연성이 우수함.
• 자동화, 고속대량생산이 가능하고 자장의 영향을 받지 않음.
• 용접이음부가 간단하고, 오버랩이 필요하지 않기 때문에 자동차 중량감소에 유리.
• 한방향 용접이 가능함.
• 형상이 복잡한 용접부의 용접이 가능.
• 이종금속의 용접이 유용함.

 

7. 레이저용접의 단점
• 용접이음부의 정확한 조준이 필요.
• 이음부의 가공 및 정렬에 있어서 고도의 정밀성이 요구됨.
• 용접부의 급냉으로 경도가 높고 인성값이 저하되는 경우가 있음.
• 구리와 같이 LASER를 반사하는 재질의 용접은 어려움.
• 장치가 비싸고 자동용접만 가능.