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가시광선 파장 영역(Green/Blue)의 레이저를 이용한 KW-급 레이저 용접
T. Hesse,O. Bocksrocker,E. Dold,D. Havrilla 한국레이저가공학회 2020 Laser Solutions Vol.23 No.10
자동차 제조는 항상 산업용 레이저 응용 분야의 주요 원동력 중 하나였다. 최근 각광받고 있는 E-모빌리티(Electric Mobility) 산업은 이미 신형 레이저 빔 광원 개발에 상당한 영향을 미치고 있다. 지난 수년간 녹색(박막 디스크 레이저 @ 515nm - 1kW에서 2mm*mrad의 BPP(빔 파라미터 곱)), 최근에는 청색(다이오드 레이저 @ 450nm - 500W~1.5kW에서 약 30~100mm*mrad인 BPP) 파장 범위의 고출력 연속파(CW) 빔 광원이 출시되었다. 이러한 신형 레이저 빔 광원은 이미 수 kW 출력 수준에서 이용할 수 있기 때문에 특히 E-모빌리티 산업에 사용되는 용접에 적합하다고 예상할 수 있다. 본 기고문은 신형 연속파 빔 광원이 특히 구리 용접에 있어 새로운 응용분야에 이점을 제공한다는 사실을 제시한다. 이 재료는 근적외선 파장에서 레이저 광선에 대한 반사율이 높은 것으로 알려졌다. 녹색과 청색 레이저 파장의 주요 이점은 다음과 같다: 키홀 용접을 위해 불필요한 공정 전환을 하지 않고 스패터 없는 안정적인 열전도 용접. 또한 mm 이하 범위에서 조절이 매우 우수하고 안정적인 구리의 용입 깊이를 조절할 수 있다. 무엇보다 포일 스택의 전체를 관통할 때 다층 재료를 용접하는 신뢰도를 극대화할 수 있다. 이러한 특성은 특히 전기 자동차산업에서 용접 응용 분야의 새로운 가능성을 선보인다. 본 논문에서는 가시광선 파장 범위에서 kW-등급 CW 레이저 광원의 최신 용접 결과를 제시한다. 본 연구는 현재의 관점에서 녹색과 청색 두 파장은 적외선 레이저와 관련한 구리 용접 작업에 상당한 이점을 제공한다고 사료된다. 이는 시트 두께 범위가 mm 이하인 각종 구리 용접 작업에서 나타난다. kW 등급 CW녹색 레이저 광원의 토대인 박막 디스크 레이저 설계로 재료 가공 및 시스템 기술과 관련하여 녹색 파장에 이점이 제공된다. 연구 결과 용입 깊이의 증가와 범용성 확대, 특히 현재 이용되는 빔 광원 515nm의 스캐너 용접 적합성을 입증하였다. 이에 대한 원인은 청색 다이오드 레이저 광원과 고휘도의 녹색 박막 디스크 레이저가 달성할 수 있는 빔 품질에 더 큰 차이가 있기 때문이다.
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