안녕하세요. URITTO입니다.
저는 20년 동안 레이저 자동화 분야를 경험해왔습니다.
레이저 용접을 하다 보면 용접부 주변으로 작은 금속 입자가 튀어 붙는 스패터(Spatter) 현상을 볼 수 있습니다.
스패터가 조금 발생한다고 해서 모든 제품을 불량으로 판단할 수는 없습니다. 하지만 평소보다 발생량이 갑자기 늘거나 특정 위치에서 반복적으로 발생한다면 단순히 외관만 볼 것이 아니라 용접 조건이나 설비 상태가 달라졌다는 신호인지 확인할 필요가 있습니다.
특히 스패터는 제품 외관뿐 아니라 보호유리 오염, 지그 주변 오염, 유지보수 주기에도 영향을 줄 수 있습니다.
이번에는 레이저 용접 스패터가 발생하는 대표적인 원인 7가지와 함께, 현장에서 문제가 생겼을 때 어떤 순서로 확인하면 좋은지 정리해보겠습니다.
1. 레이저 출력이 과한 경우 🔥
한눈 요약: 소재와 속도에 비해 에너지가 과하게 들어가면 용융부가 불안정해지면서 스패터가 증가할 수 있습니다.
- Q. 스패터가 많으면 레이저 출력을 먼저 낮추면 될까요?
- A. 바로 낮추기보다는 기존 정상 생산 조건과 현재 출력값이 같은지 먼저 확인하는 것이 좋습니다.
레이저 출력은 용입 깊이를 확보하는 데 중요한 조건입니다. 하지만 필요 이상으로 높은 출력이 들어가면 용융금속의 움직임이 불안정해지고 주변으로 비산하는 양이 늘어날 수 있습니다.
여기서 주의할 점은 스패터만 보고 출력을 바로 낮추는 것입니다.
출력을 무작정 낮추면 겉으로 보이는 스패터는 줄어들더라도 용입 부족이나 접합 강도 저하 같은 다른 문제가 생길 수 있습니다.
따라서 먼저 정상 생산 시 사용하던 출력값과 현재 설정값이 같은지, 최근 조건 변경이 있었는지를 확인하는 것이 좋습니다.
2. 용접 속도가 달라진 경우 🚗
한눈 요약: 같은 출력이라도 용접 속도가 달라지면 단위 길이당 투입되는 에너지가 바뀝니다.
- Q. 출력값은 그대로인데 스패터가 늘었다면 속도도 확인해야 하나요?
- A. 네. 출력과 속도는 따로 보기보다 함께 확인하는 것이 좋습니다.
용접 속도가 느려지면 한 위치에 머무는 시간이 길어져 열 투입량이 증가할 수 있습니다.
반대로 속도가 지나치게 빠르면 용융부가 안정적으로 형성되지 못하면서 비드 형상이나 접합 상태가 달라질 수 있습니다.
특히 로봇 용접에서는 직선 구간과 코너 구간의 속도가 완전히 같지 않을 수 있습니다.
그래서 특정 위치에서만 스패터가 증가한다면 로봇 궤적과 감속 구간도 함께 확인하는 것이 좋습니다.
3. 초점 위치가 달라진 경우 🎯
한눈 요약: 초점 위치가 변하면 실제 가공점에서의 에너지 밀도가 달라집니다.
- Q. 출력과 속도가 같은데도 스패터가 달라질 수 있나요?
- A. 네. 초점 위치나 제품 높이가 달라졌다면 같은 설정값에서도 용접 결과가 변할 수 있습니다.
설비 셋업을 변경하거나 렌즈를 교체한 뒤 초점 위치가 달라지는 경우가 있습니다.
제품이 지그에 완전히 안착하지 않거나 소재 자체의 높이 편차가 있어도 레이저 헤드와 제품 사이의 상대적인 거리가 달라질 수 있습니다.
이때 스패터뿐 아니라 비드 폭, 용입 깊이, 용접부 형상도 함께 변한다면 초점 조건을 의심해볼 수 있습니다.
현장에서는 설정된 초점값만 보는 것보다 실제 제품 기준으로 초점 위치가 유지되고 있는지 확인하는 것이 중요합니다.
4. 제품 갭이 일정하지 않은 경우 📏
한눈 요약: 접합부의 갭 변화는 용융금속의 흐름을 불안정하게 만들 수 있습니다.
- Q. 작은 갭 차이도 스패터에 영향을 줄까요?
- A. 정밀 레이저 용접에서는 작은 갭 변화도 용접 품질에 영향을 줄 수 있습니다.
용접 시작부에서는 제품이 잘 밀착되어 있는데 중간이나 끝부분에서 갭이 커지는 경우가 있습니다.
이런 상태에서는 용융금속이 빈 공간을 채우는 과정이 달라지면서 비드 형상이나 스패터 발생량에도 변화가 생길 수 있습니다.
갭 문제를 확인할 때는 제품 치수만 보지 않는 것이 좋습니다.
지그 클램핑 위치, 제품 안착 상태, 열변형, 반복 위치 정밀도까지 같이 확인해야 실제 원인을 찾기 쉽습니다.
5. 보호가스 조건이 맞지 않는 경우 🌬️
한눈 요약: 보호가스는 종류뿐 아니라 유량, 노즐 위치, 분사 방향까지 함께 관리해야 합니다.
- Q. 보호가스는 많이 공급할수록 좋은가요?
- A. 아닙니다. 지나치게 강한 가스 흐름도 용융부에 영향을 줄 수 있습니다.
보호가스가 부족하면 용접부 보호가 제대로 이루어지지 않을 수 있습니다.
반대로 유량이 과하거나 노즐 방향이 맞지 않으면 가스 흐름이 용융풀을 흔들면서 용접 상태에 영향을 줄 수 있습니다.
그래서 보호가스를 볼 때는 단순히 유량계 숫자만 보는 것이 아니라 노즐이 실제 용접점에 어떻게 향하고 있는지까지 확인하는 것이 좋습니다.
주변의 에어 블로우나 집진기 흡입이 가스 흐름에 영향을 주는 경우도 있기 때문에 설비 전체의 공기 흐름도 함께 살펴볼 필요가 있습니다.
6. 소재 표면 상태가 달라진 경우 🧽
한눈 요약: 오일, 수분, 먼지, 산화물 등은 용접부의 안정성에 영향을 줄 수 있습니다.
- Q. 같은 설비 조건인데 특정 제품에서만 스패터가 심하면 무엇을 봐야 할까요?
- A. 설비 조건과 함께 소재 표면 상태와 세정 상태도 확인하는 것이 좋습니다.
레이저 용접 전 소재 표면에 오일이나 이물질이 남아 있으면 레이저 조사 과정에서 급격한 기화나 가스 발생이 일어날 수 있습니다.
같은 생산 조건에서 일부 제품이나 특정 LOT에서만 스패터가 증가한다면 설비 자체보다 소재 차이를 의심해볼 수도 있습니다.
이럴 때는 소재 입고 상태, 세정 공정, 보관 상태, 표면 산화 여부 등을 정상 제품과 비교해보는 것이 좋습니다.
7. 보호유리와 광학계가 오염된 경우 🔍
한눈 요약: 보호유리 오염은 제품에 전달되는 레이저 에너지를 불안정하게 만들 수 있습니다.
- Q. 보호유리가 조금 더러워도 바로 용접 품질에 영향을 줄까요?
- A. 오염 정도와 위치에 따라 영향을 줄 수 있으므로 정기적인 확인이 필요합니다.
스패터가 많이 발생하는 공정에서는 보호유리가 오염되기 쉽습니다.
문제는 스패터가 증가하면서 보호유리 오염이 심해지고, 다시 광학계 상태가 나빠지면서 용접 조건이 불안정해질 수 있다는 점입니다.
즉, 스패터 증가 → 보호유리 오염 → 용접 상태 변화 → 추가 스패터 발생과 같은 악순환이 생길 수 있습니다.
보호유리는 단순히 교체 주기만 정해두기보다 오염 상태와 생산량을 함께 기록해두면 이상 발생 시 원인을 찾는 데 도움이 됩니다.
8. 현장에서 스패터가 갑자기 늘면 무엇부터 볼까? 🛠️
한눈 요약: 새로운 조건을 만들기 전에 정상 생산 때와 무엇이 달라졌는지부터 확인하는 것이 중요합니다.
- Q. 여러 원인 중 어디부터 확인하는 것이 가장 빠를까요?
- A. 저는 최근 변경 사항과 비교하기 쉬운 기본 조건부터 확인하는 편입니다.
갑자기 스패터가 증가했다면 처음부터 모든 조건을 바꿀 필요는 없습니다.
제가 점검 순서를 잡는다면 보통 다음과 같이 접근합니다.
- 최근 레이저 출력이나 프로그램 변경 여부 확인
- 용접 속도와 로봇 궤적 확인
- 제품 안착 상태와 갭 확인
- 지그 클램핑 상태 확인
- 초점 위치 확인
- 보호가스 유량과 노즐 위치 확인
- 소재 표면 상태 확인
- 보호유리와 광학계 상태 확인
이 순서가 모든 설비에 똑같이 적용되는 것은 아닙니다.
중요한 것은 한 번에 여러 조건을 바꾸지 않는 것입니다.
조건을 하나씩 확인하고 결과를 기록해야 실제 원인이 무엇이었는지 나중에도 판단할 수 있습니다.
9. 스패터와 제품 불량을 어떻게 구분할까? 👀
한눈 요약: 스패터가 보인다고 무조건 제품 불량으로 판단하기보다 제품 품질 기준과 용접 상태를 함께 확인해야 합니다.
- Q. 스패터가 조금만 발생해도 NG로 처리해야 하나요?
- A. 제품별 품질 기준에 따라 다르므로 스패터의 존재만으로 판단하기는 어렵습니다.
어떤 제품은 외관 기준이 매우 엄격할 수 있고, 다른 제품은 기능과 접합 강도가 더 중요할 수도 있습니다.
따라서 스패터의 양뿐 아니라 발생 위치, 제품 기능에 미치는 영향, 보호유리 오염 정도, 후공정 영향까지 함께 보는 것이 좋습니다.
특히 기존에는 일정한 수준으로 관리되던 스패터가 갑자기 증가했다면 그 자체를 공정 변화의 신호로 보는 것이 중요합니다.
10. 스패터를 줄이기 위해 흔히 하는 실수 ⚠️
한눈 요약: 눈에 보이는 증상만 줄이려고 조건을 바로 변경하면 다른 용접 품질 문제가 생길 수 있습니다.
- Q. 가장 조심해야 할 조건 변경은 무엇인가요?
- A. 원인을 확인하지 않은 상태에서 출력이나 기준 조건부터 크게 바꾸는 것입니다.
스패터가 많다고 바로 출력을 낮추거나 속도를 크게 올리면 일시적으로 외관은 좋아 보일 수 있습니다.
하지만 용입 깊이, 비드 형상, 접합 강도처럼 눈에 바로 보이지 않는 품질이 달라질 수 있습니다.
그래서 정상 양산 중 문제가 발생했다면 새로운 조건을 만드는 것보다 먼저 정상 생산 시점과 현재 상태의 차이를 찾는 것이 좋습니다.
현장에서 원인을 찾는 데 가장 도움이 되는 자료는 의외로 복잡한 분석보다 기존 정상 조건과 변경 이력인 경우가 많습니다.
11. 레이저 용접 스패터 점검 핵심 정리 ✅
레이저 용접 스패터는 단순히 레이저 출력 하나 때문에 발생하는 문제가 아닙니다.
출력, 속도, 초점 위치, 제품 갭, 지그, 보호가스, 소재 표면, 광학계 상태가 서로 영향을 주면서 발생할 수 있습니다.
특히 정상적으로 생산되던 설비에서 스패터가 갑자기 증가했다면 새로운 조건을 만들기 전에 최근 무엇이 달라졌는지 확인하는 것이 중요합니다.
또한 스패터만 줄이는 것이 목표가 되어서는 안 됩니다. 스패터를 줄인 뒤에도 용입 깊이, 접합 상태, 비드 형상 등 제품 품질이 정상적으로 유지되는지 함께 확인해야 합니다.
장비, 소재, 용접 방식과 공정 조건에 따라 실제 결과는 달라질 수 있으므로 구체적인 적용 시에는 해당 장비 제조사의 기술자료와 제품별 품질 기준, 안전지침을 함께 확인해 주세요.
항상 감사합니다. 좋은하루 되세요^^