안녕하세요, 여러분. 오늘은 레이저 용접 과정에서 발생하는 스패터(Spatter, 비산)에 대해 알아보고, 이를 해결할 수 있는 방안에 대해 소개해 드리고자 합니다.

먼저, 스패터가 발생하는 원리를 살펴보겠습니다. 레이저 빔이 지속적으로 금속을 가열하면, 고체 상태의 금속이 액체 상태로 변하며 용융 풀(Molten pool)을 형성합니다. 이후 용융 풀 내부의 액상 금속이 열에 의해 비등하게 되고, 재료가 열을 흡수하여 기화점에 도달하면 내부 압력이 변화하며 주변의 액상 금속을 밀어내면서 스패터가 발생하게 됩니다.

스패터를 방지하기 위한 주요 방안으로는 크게 세 가지가 있습니다.

첫 번째 방안은 레이저 빔의 에너지 분포를 변경하여 비등을 피하는 것입니다. 단일 가우시안 분포의 레이저 빔을 환상 및 중심부 빔으로 변경하면 중심부 재료의 온도와 열에 의한 기화를 효과적으로 줄일 수 있습니다.

두 번째 방안은 스캔 방식을 변경하는 것입니다. 레이저 헤드를 이용한 진동 용접 방식은 용접부의 온도 균일성을 향상시킬 수 있습니다. 이는 국부적인 과열과 비등을 방지하며, X축과 Y축의 제어만으로도 다양한 진동 경로를 구현할 수 있습니다.

세 번째 방안은 분산 레이저를 사용하여 흡수율을 높이는 것입니다. 청색 레이저를 사용하면 스패터 발생을 줄일 수 있습니다. 일반적으로 금속의 레이저 흡수율은 파장이 증가함에 따라 현저히 감소하며, 구리, 금, 알루미늄 등의 고반사 재료에서는 이러한 현상이 더욱 두드러집니다.

레이저 용접 시 스패터 문제는 피하기 어려운 고질적인 문제로, 용접 품질에 큰 영향을 미칩니다. 일반적인 레이저 용접은 좁고 불안정한 키홀(Keyhole)을 형성하여 스패터와 기공이 쉽게 발생하며, 이는 용접부의 형상과 미관을 저해하는 요인이 됩니다.

레이저 용접에 대한 유익한 정보가 되셨기를 바라며, 다음 시간에도 유익한 레이저 상식으로 찾아뵙겠습니다. 감사합니다.