스테인리스강 7에 대한 레이저 용접의 응용

결함: 원인 및 해결 방법

스테인리스 스틸 레이저 용접은 뛰어난 정밀도를 제공하지만, 재료 준비, 공정 매개변수 또는 보호 가스 공급이 최적화되지 않으면 여전히 결함이 발생할 수 있습니다. 아크 용접과 달리 레이저 용접의 용융 풀은 매우 작아서 급속하게 응고되므로 에너지 공급이나 보호 가스 차단과 같은 사소한 문제라도 눈에 보이거나 숨겨진 결함을 유발할 수 있습니다. 아래에는 일반적인 결함 유형, 근본 원인 및 검증된 조치들을 자세히 설명합니다.

성

· 금속학적 원인: 응고 중 용융 풀에 갇힌 기체 방울(수소, 산소, 질소). 수소가 가장 흔한 원인이며, 일반적으로 접합면의 습기나 탄화수소에서 발생한다.

· 레이저 특유의 유발 요인:

1. 불충분한 탈지(절단유, 오일, 접착제 잔여물)

2. 습한 환경에서의 수분 흡수

3. 보호 가스 난류로 인해 주변 공기가 유입됨

· 해결 방법:

1. 청결도: 용접 직전에 부품을 용매로 세척하고 완전히 건조

2. 보호 가스 관리: 층류 가스 흐름 유지; 난류를 방지하기 위해 더 큰 노즐이나 확산기를 사용

3. 파라미터 조정: 응고 전에 기체가 빠져나갈 수 있도록 이동 속도를 약간 감소; 기체가 갇힐 수 있는 과도한 키홀 깊이는 피함

핫 크래킹(응고 균열)

· 금속학적 원인: 전적으로 오스테나이트 계열 용접부에서 페라이트 함량이 낮으면 응고 과정 중 결정립 경계에 불순물이 집중된다. 수축으로 인한 인장 응력이 완전한 응고 이전에 균열을 유발한다.

· 레이저 특유의 유발 요인:

1. 매우 높은 이동 속도는 좁고 전적으로 오스테나이트 형태의 응고를 생성한다.

2. 수축을 제한하는 강성 고정 장치.

· 해결 방법:

1. 금속학적 조치: 3~8% 페라이트를 확보하기 위해 페라이트 형성 잠재력이 높은 필러재(예: ER308L, ER316L) 사용.

2. 응력 관리: 고정 장치의 구속을 줄이고, 수축 응력을 분산시키기 위해 용접 순서를 교차 배치.

3. 파라미터 조정: 민감한 등급에서는 초고속 운전을 피하고, 빔 포커스를 조절하여 다소 넓은 비드 프로파일을 확보.

융합 부족 / 완전 침투 미달

· 금속학적 원인: 에너지 밀도가 부족하거나 빔 위치 조정이 잘못되어 접합면이나 루트 부분이 완전히 녹지 않는 경우.

· 레이저 특유의 유발 요인:

1. 올바르지 않은 초점 위치로 인한 빔의 비초점화.

2. 빔과 접합 중심선 사이의 정렬 오류.

3. 과도한 이동 속도.

· 해결 방법:

1. 광학: 초점 거리와 위치를 확인하고, 렌즈 오염 여부를 점검하십시오.

2. 파라미터: 출력을 증가시키거나 이동 속도를 감소시키며, 와블 진폭이 과도할 경우 이를 줄이십시오.

3. 조립 정밀도: 조인트 준비 상태를 개선하고, 자가 용접의 경우 틈새가 0.1mm 미만이 되도록 보장하십시오.

언더컷 / 언더필

· 금속학적 원인: 충분한 용융 금속으로 채워지지 않은 채 용접 토우에서 모재 금속이 녹아 없어지는 현상.

· 레이저 특유의 유발 요인:

1. 고에너지 밀도와 빠른 이동 속도가 결합되어 토우 금속을 씻어내는 현상.

2. 빔의 중심 오프셋.

· 해결 방법:

1. 접착성을 향상시키기 위해 이동 속도 또는 빔 오프셋을 줄이십시오.

2. 틈 메우기나 봉형성 형성을 위해 필러 와이어를 추가하십시오.

3. 방패 가스를 조절해 용액 배수를 불안정하게 하는 과도한 플라즈마 을 피하세요.

키홀 불안정성 / 스프터

· 금속학적 원인: 증기 구멍 (키홀) 의 변동은 녹은 금속의 붕괴 또는 방출로 이어집니다.

· 레이저 특유의 유발 요인:

1. 과도한 전력 밀도는 강렬한 증발을 유발합니다.

2. 오염은 흡수율이 불균형하게 만듭니다.

3. 불량 방호 가스 선택 또는 흐름을 불안정한 을 유발합니다.

· 해결 방법:

1. 최고 전력 밀도를 약간 낮추고 안정성을 위해 초점 위치를 조정합니다.

2. 표면이 산화물 없는 건조한지 확인하세요.

3. 헬륨 혼합물을 사용하여 잠금 구멍을 안정화시켜

변색 과 산화

· 금속학적 원인: 스테인리스강에 포함된 크롬이 뜨거운 금속이 산소에 노출될 때 산화되어 히트틴트(heat tint)를 형성하며, 이는 부식 저항성을 저하시킬 수 있습니다.

· 레이저 특유의 유발 요인:

1. 용접 중 및 용접 후 보호 가스의 커버리지가 부족함.

2. 후행 보호 없이 너무 높은 사이패스(interpass) 온도 또는 냉각 온도 유지.

· 해결 방법:

1. 기본 보호 가스를 강화하고 후행 쉴드(trailing shields)를 추가하여 냉각 중인 비드를 2~5초 동안 보호합니다.

2. 고순도 가스(>99.99%)를 사용하세요.

3. 관통을 유지하면서 열입력을 최소화하세요.

과도한 변형

· 금속학적 원인: 스테인리스강은 열팽창 계수가 높아 미세한 온도 변화에도 크게 반응하여 수축 응력이 발생합니다.

· 레이저 특유의 유발 요인:

1. 접합부 두께에 비해 과도하게 강한 빔 사용.

2. 균형 잡힌 순서 없이 긴 연속 용접.

· 해결 방법:

1. 속도 또는 전력 조정을 통해 열 입력을 줄이십시오.

2. 응력을 균형 있게 분산시키기 위해 용접 순서를 조절하십시오.

3. 정렬을 유지하면서 제한된 팽창이 가능한 고정구를 사용하되, 제어된 클램핑 방식을 적용하십시오.

스테인리스강 레이저 용접에서 대부분의 결함은 오염, 빔 제어 불량, 잘못된 열 입력 또는 부족한 보호 가스 공급이라는 네 가지 근본 원인 중 하나에서 비롯됩니다. 기공은 오염 또는 가스 갇힘으로 인해 발생하고, 핫 크랙킹은 페라이트 제어 불량과 과도한 구속에서 비롯되며, 융합 부족은 침투 불충분으로, 언더컷은 빔 정렬 불량으로, 키홀 불안정은 불안정한 증기 공동으로, 변색은 산소 노출로, 왜곡은 열적 불균형에서 발생합니다. 해결 방법은 항상 근본 원인을 목표로 해야 합니다. 즉, 단순히 증상만 다루는 것이 아니라 준비 상태, 용접 조건 및 보호 가스 공급을 개선하여 근본 원인을 제거해야 합니다.