새로운 레이저 기술로 두꺼운 부품 용접 가능

Civan은 두꺼운 금속을 위한 턴키 방식의 레이저 용접 시스템을 개발하기 위해 AMET Inc.와 협력하고 있습니다. 사진 제공: Civan Lasers

동적 빔 레이저(DBL) 기술을 사용하면 25~50mm 두께의 금속 부품을 단일 패스로 용접할 수 있습니다. 이 기술을 통해 엔지니어는 더욱 광범위한 용접 매개변수 세트를 더욱 효과적으로 제어할 수 있습니다. 사진 제공: Civan Lasers

두꺼운 금속 부품을 용접하는 일반적인 공정은 서브머지드 아크 용접(SAW)입니다. 일반적으로 SAW 및 기타 공정에서는 토치가 조인트 루트에 접근할 수 있도록 가공물을 베벨링해야 합니다. 다중 패스 공정에서는 용접물에 대한 높은 열 입력이 필요하며 뒤틀림과 함께 큰 열 영향부(HAZ)가 생성될 수 있습니다.

이스라엘 제조업체인 Civan Lasers가 개발한 새로운 레이저 기술은 이러한 한계를 극복할 것을 약속합니다. 이 회사의 동적 빔 레이저(DBL)를 사용하면 25~50mm 두께의 금속 부품을 단일 패스로 용접할 수 있습니다. 메가헤르츠 주파수와 7~28kW 범위의 전력에서 작동하는 이 기술을 통해 엔지니어는 보다 광범위한 용접 매개변수 세트를 보다 효과적으로 제어할 수 있습니다.

Civan의 레이저는 간섭성 빔 결합(CBC) 및 광학 위상 배열(OPA) 기술을 기반으로 합니다. CBC를 사용하면 단일 시드 신호의 병렬 증폭으로 일관성 있는 재결합이 가능해 직렬 증폭기로는 얻을 수 없는 수준까지 출력 전력을 높일 수 있습니다. OPA는 2D 출력 배열의 위상을 개별적으로 조절합니다. 이는 빔 형성, 라이브 빔 보정, 초점 조정 및 기타 성능 기능의 핵심 기술입니다.

Civan의 기술을 사용하면 엔지니어는 사용하기 쉬운 소프트웨어를 통해 임의의 빔 모양을 설계할 수 있습니다. 엔지니어는 몇 분 안에 새로운 빔 형태를 구성하고 레이저에 업로드할 수 있습니다. 엔지니어는 빔 주파수를 제어할 수도 있습니다. 빔 모양은 최대 50MHz의 주파수에서 빔을 빠르게 흔들면서 생성됩니다. 엔지니어는 용융 풀에 대한 제어력을 높이기 위해 정적 및 동적 움직임을 결합하는 복잡한 빔 모양을 만들 수 있습니다. 빠른 초점 조정을 통해 엔지니어는 용접 중에 레이저 초점을 최대 20mm까지 빠르고 지속적으로 변경할 수 있으므로 빔은 퍼즐의 동작을 시뮬레이션합니다. 이를 통해 엔지니어는 키홀 및 용융 풀 역학을 더 효과적으로 제어할 수 있으며 특히 균열에 민감한 재료를 용접하는 데 효과적입니다.

Civan의 CEO인 Eyal Shekel 박사는 “이러한 기능을 통해 레이저의 새로운 응용 분야가 가능해졌습니다.”라고 설명합니다. “DBL은 메가헤르츠 영역에서 빔을 흔들 수 있는 능력에서 전자빔 기술과 유사합니다. 그러나 DBL은 진공 환경 없이도 그렇게 할 수 있습니다.”

DBL의 고유한 기능을 통해 최초로 두꺼운 금속 레이저 용접이 가능해졌으며, 두께 15~50mm 범위의 금속 부품에 레이저의 모든 장점을 적용할 수 있습니다. 이러한 장점에는 베벨 작업이 필요 없고 용접 속도가 빨라짐과 동시에 HAZ 및 왜곡이 줄어드는 것이 포함됩니다.

또한 DBL 플랫폼을 사용하면 다양한 빔 모양과 주파수를 쉽고 빠르게 테스트하여 고품질 용접을 위한 최적의 프로세스를 정의할 수 있습니다. 엔지니어는 짧은 시간 내에 다양한 테스트를 수행하고 결과를 빠르게 확인할 수 있습니다. 한 번에 하나의 조건을 변경함으로써 엔지니어는 응용 분야에 관계없이 스패터와 다공성을 최소화하면서 가장 강한 용접에 대한 이상적인 모양, 빈도 및 공급 속도를 식별할 수 있습니다.

Civan은 두꺼운 금속을 위한 턴키 방식의 레이저 용접 시스템을 개발하기 위해 AMET Inc.와 협력하고 있습니다. ID Rexburg에 본사를 둔 AMET는 자동 용접 시스템을 설계 및 제조합니다. 이 프로젝트는 이스라엘과 미국 기업 간의 협력을 지원하는 것을 목표로 하는 이스라엘-미국 쌍방 산업 연구 개발 재단으로부터 보조금을 받았습니다.

이 프로젝트는 2022년 3월에 시작되었으며 양사는 2023년 2월에 첫 번째 시스템을 납품할 예정입니다. 이 시스템은 AMET의 아이다호 공장에서 생산될 예정입니다. 기계 제작과 병행하여 Civan은 예루살렘에 있는 응용 연구실에서 용접 공정을 개발하고 있습니다. Civan은 이미 25mm 두께의 부품을 용접하는 능력을 입증했으며, 회사는 2022년 말까지 50mm 두께의 부품을 용접하는 프로세스를 갖추는 것을 목표로 하고 있습니다.