레이저 용접 (Laser Beam Welding)

한 줄 정의: 고출력 레이저 광을 좁은 영역에 집속시켜 발생하는 높은 에너지 밀도로 금속을 국소적으로 용융시켜 접합하는 용접 공법입니다.

구조 부재에 하중이 가해지는 기본 개념을 나타냅니다.

쉽게 풀면

레이저 용접은 돋보기로 햇빛을 한 점에 모아 종이를 태우는 원리를 훨씬 강력하게 확장한 것과 비슷합니다. 강한 빛 에너지를 아주 작은 점에 집중시키면 그 지점의 금속이 순식간에 녹아 인접한 부재와 하나로 이어집니다. 전자빔 용접과 비슷하게 좁고 깊은 용접부를 만들 수 있지만, 진공이 필요 없어 대기 중에서도 작업할 수 있다는 점이 큰 차이입니다. 그래서 자동차 생산 라인처럼 빠르고 자동화된 공정에 잘 맞습니다.

왜 중요한가

레이저 용접은 높은 정밀도와 빠른 용접 속도, 낮은 열 입력으로 인한 적은 변형 덕분에 자동차, 전자, 의료기기 산업의 정밀 부품 접합에 널리 쓰입니다. 자동화 및 대량 생산과 결합하기 쉬워 산업 공정 최적화 연구와 용접부 미세조직 연구에서 자주 다루어지는 주제입니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"Laser beam welding at high traverse speed resulted in a fine-grained fusion zone with reduced heat-affected zone width compared to gas metal arc welding."

고속 레이저 용접이 가스메탈아크용접에 비해 열영향부 폭이 좁고 결정립이 미세한 용융부를 만들었다는 뜻입니다.

"Keyhole instability during laser beam welding was identified as the primary cause of porosity in the weld seam."

레이저 용접 중 키홀의 불안정성이 용접부 기공 형성의 주요 원인으로 확인되었다는 내용입니다.

조금 더 깊게 보면

레이저 용접도 전자빔 용접과 마찬가지로 충분한 출력 밀도에서는 키홀 모드로 전환되어 깊고 좁은 용입을 얻을 수 있으며, 출력이 낮은 영역에서는 표면 흡수 위주의 열전도 모드로 작동해 얕고 넓은 용융부가 형성됩니다. 최근에는 아크 용접과 레이저를 결합한 하이브리드 레이저 아크 용접이 두꺼운 판재의 생산성과 용입 안정성을 높이기 위해 함께 연구되고 있습니다.

주의할 점

고반사 재료(예: 알루미늄, 구리 등)는 레이저 에너지 흡수 효율이 낮아 안정적인 용접이 상대적으로 까다로울 수 있으며, 키홀 모드에서는 기공이나 스패터와 같은 결함 발생 가능성에 유의해야 합니다.