펄스형 Nd:YAG 레이저와 GMA 열원을 이용한 하이브리드 용접에 대한 연구

Abstract

하이브리드 용접 공정은 1970년대 이래로 발전해오고 있으며 이중 레이저와 아크 열원을 결합한 레이저-아크 하이브리드 용접 공정이 주류를 이루고 있다. 이러한 레이저-아크 하이브리드 용접에 관한 연구는 지금까지 CW 레이저와 아크 열원을 결합하여 사용했지만 자동차 산업등에서의 경량화 요구에 따라 열입력이 작은 펄스형 레이저, 단락이행모드 GMA, 펄스형 GMA 열원등의 사용이 증가할 것으로 예상된다. 하지만 이들 단일 열원을 이용하여 용접 생산성 향상을 위해 용접 속도를 증가 시켰을 때 용접부 결함이 발생함을 확인하였고 따라서 본 연구에서는 이들 열원을 동시에 같은 용접부에 적용함으로써 결함을 제거하고자 하였다. 본 연구에서는 두가지 용접현상을 주로 다뤘다. 한가지는 아크의 보조적 역할로 인한 레이저 용접부의 용접성 향상 현상과 레이저에 의해 발생한 플라즈마가 GMA의 용접비드를 안정화 시켜주는 현상이다. 위의 두가지 열원을 조합한 하이브리드 용접 실험과 용접 현상의 물리적 모델링 그리고 모델의 검증이 본 연구의 큰 가지가 되었다. 이들에 대한 세부내용은 다음과 같다. 첫번째로 예비실험에서 펄스 레이저, 단락이행모드 GMA, 그리고 펄스 GMA 용접 시험을 각각 수행하였고 또한 이들의 물리적 현상을 각각 모델링 하였다. 다음으로 하이브리드 용접 시험을 하기 앞서 본 연구에서 사용된 열원들이 펄스 또는 펄스와 비슷한 형태를 가지기 때문에 펄스를 제어할 수 있는 기법을 개발하였다. 펄스 제어 기법의 개발로 레이저와 아크의 상호작용을 일정하게 제어할 수 있게 되었다. 앞의 결과를 이용하여 하이브리드 용접 시험이 수행되었고 이의 모델을 작성하였다. 마지막으로 고속카메라를 이용하여 용접현상의 모니터링과 물리적 모델의 검증을 수행하였다.