4.1 레이저빔 위치변화에 따른 용접 특성
4.1.4 용접부 단면 미세조직 특성
초점위치별로 인장강도 값이 큰 경우와 작은 경우의 조직사진을 자세히 관찰하 면 조직의 조대화된 차이가 다른 것을 확인 할 수 있다. 인장강도 값이 낮은 경우 의 조직은 내부에 기공과 같은 결함이 발생하여 인장강도 값이 작게 측정되었다.
초점위치를 시편표면 보다 아래 방향으로 하여 레이저빔이 수렴하면서 전달되는 레이저빔이 조사될 경우 과입열량으로 작용하게 된다. 레이저빔으로 용접할 때 펄 스당 에너지 밀도에 의해 입열량이 결정되는데 펄스 조사시간이 길어져 조직이 조 대화하는 시간이 길어져 조직이 조대화 되기 때문에 인장강도 값이 낮게 나온 것 이다. 인장강도 값이 큰 경우의 조직사진은 용접단면에 기공과 같은 결함이 없는 경우 인장강도 값이 크게 측정되었다. 이와 같은 경우는 초점위치 f=+3이고 펄스조 사시간이 짧은 경우로 레이저빔이 조사될 때 초점면을 지나 발산하면서 레이저빔 이 시편에 조사되면서 레이저빔의 중심부의 가우시안강도분포의 성질이 용접하는 데 용융열로 작용하고 외부로 열이 급속하게 전달되어 냉각하는 속도를 지연하면 서 응고되어 균일하게 성장한 조직을 관찰 할 수 있다.
전체적으로 구리 용접에서 기공이 관찰되었다. 이는 앞서 언급하였듯이 Cu2O상 을 함유한 구리를 수소가 함유된 환원성 가스 중에 가열하면 수소가 Cu 중에 확산 침투해서 Cu2O을 환원하여 수증기가 발생되어 빠른 응고속도로 인해 수증기가 용 융풀 밖으로 빠져나가지 못해 기공이 발생한 것을 확인 할 수 있다.
Fig. 4.19 Microstructure photos of weld zone (f=+3 5kW 4ms 25Hz)
Fig. 4.20 Microstructure photos of weld zone (f=+3 6kW 8ms 12Hz)
Fig. 4.21 Microstructure photos of weld zone (f=0 5kW 4ms 25Hz)
Fig. 4.22 Microstructure photos of weld zone (f=0 5kW 8ms 12Hz)
Fig. 4.23 Microstructure photos of weld zone (f=-3 6kW 6ms 16Hz)
Fig. 4.24 Microstructure photos of weld zone (f=-3 6kW 10ms 10Hz)
제 5 장 결 론
순수 구리를 펄스파형 파이버 레이저로 38㎛박판 40장을 겹치기 용접을 실시하 였다. 겹치기 용접실시시 초점위치에 따라 공정변수를 변화시켜 펄스당 에너지 밀 도, 전면, 후면비드 폭비, 입열량, 금속학적 분석과 기계적 성질인 인장강도 특성을 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
1. 펄스당 에너지 밀도는 펄스 조사시간, 주파수와 피크 출력을 변화시켜 최적의 에너지 밀도를 얻을 수 있지만 펄스당 에너지 밀도가 같더라도 공정변수에 따라 용접단면의 특성에 주도적인 영향을 미치는 변수가 있음을 알았다.
2. 펄스파형 레이저로 박판 겹치기 용접시 관통용접에 크게 영향을 주는 변수로 는 피크 출력이고 용접부 크기에 크게 영향을 주는 변수는 펄스 조사시간과 초점 위치이다.
3. 레이저 용접의 인장강도 결과 초점위치가 f=+3, 피크출력이 5kW, 펄스조사시 간과 주파수가 4ms 25Hz 일 때 69.8MPa로 초점위치가 각각 f=0, f=-3일 때 인장강 도 값이 가장 높았던 값에 비해 각각 약 2.1배, 약 2.5배 정도 인장강도 값이 높았 다.
4. 경도분석 결과 초점위치별로 인장강도가 큰 경우일 때 인장강도가 작은 경우 보다 경도값이 약 5~10%정도 크게 측정되었다.
5. 조직사진 분석 결과 펄스 조사시간이 4ms에서 10ms로 길어질수록 조직이 조 대화되었다. 이는 용접시 용접부 조직이 조대화되는데 펄스조사시간이 큰 영향을 주는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 초점위치가 f=+3일 경우 기공이 현저하게 줄어 드는 사실도 확인 할 수 있었다.
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