원격 레이저 용접을 이용한 고강도 자동차강판의 용접성 평가에 관한 연구. 또한, 본 연구 결과를 실제 제품에 적용하고, 연구의 신뢰성을 검토하고, 이론적 연구 결과와 실제 현장에서 얻은 결과의 차이를 분석하여 높은 실용화 기준을 확립하고자 하였다. -강력강의 레이저 용접.
연구 배경
강판의 강도가 높으면 차체의 강성이 높아져 안전성이 향상됩니다. 이론적으로는 강판의 강도가 증가할수록 두께 감소의 폭이 커지므로 경량화 효과가 확대될 수 있다.
연구 목적과 내용
본 연구를 요약하기 위해 1장에서는 연구의 배경과 목적을 기술하였고, 2장에서는 자동차 산업에서 사용되는 고강도강 및 레이저 용접 공정에 대한 공정변수에 대해 논의하였다. Ⅱ 자동차 고강도강 및 레이저 용접의 공정 변수1.
자동차용 고강도강과 레이저 용접 공정변수
자동차용 고강도강의 개발 현황
자동차용 고강도강판의 분류 및 특징
TRIP 강의 특징과 제조 방법
DISK 레이저 출력에서의 용접 속도 및 침투 깊이 그래프(데이터 출처: TRUMPF). FIBER 레이저 출력을 이용한 용접 속도 및 침투 깊이 그래프(출처: IPG Photonics) 스캐너 레이저 용접을 이용한 자동차 부품.
레이저 빔 크기에 따라 용접 비드 및 침투 깊이가 달라집니다.
DP 강의 특징과 제조 방법
레이저 용접 공정변수
레이저 출력의 영향
레이저 출력은 침투 깊이 제한을 결정하는 가장 중요한 요소입니다. 원칙적으로 다른 모든 조건이 최적이라고 하더라도 정해진 출력을 낼 수 없는 장치로는 일정 깊이의 용접부를 얻는 것이 불가능하다. 저전력 용접 조건에서는 부분 용입 용접이 형성되어 기공 발생 가능성이 높아지지만, 출력을 높이면 결함이 적은 건강한 용접을 얻을 수 있습니다. 그러나 레이저 출력이 일정 값 이상으로 증가하면 용탕의 점도가 감소하고 용융 정도가 증가하여 용융 및 용접 결함이 발생하게 됩니다.
따라서 결함이 적은 용접부를 얻기 위해서는 판 두께에 따라 적절한 레이저 출력을 선택해야 합니다.
용접 속도의 영향
초점 위치의 영향
국내외 자동차용 레이저용접 동향
그림 10에서 볼 수 있듯이 N사는 1980년대 초반부터 자동차 제조에 레이저 용접을 적용해 왔으며, 최근에는 스캐너를 이용한 원격 레이저 용접을 활발히 활용하고 있다. 하나의 레이저 용접 라인에서 4종 19품목을 공동 생산해 스폿 용접 대비 조립 면적을 48% 줄이고, 생산성을 스폿 용접 대비 6배 향상시킨 것으로 알려졌다. 따라서 자동차 부품의 경량화에 따른 고강도 강판, 초고강도 강판의 적용으로 스캐닝 레이저 용접의 가치가 확대되고 있습니다.
기존 로봇 베이스에서는 레이저 용접의 형태가 직선으로 만들어졌으나, C, O, ∅ 등 다양한 형태로 스캐너 레이저 용접을 구현할 수 있기 때문에 스캐너 레이저 용접이 고차원으로 확대될 것으로 예상된다. 고강도강판, 초고강도강판 등을 생산하고 있으며 현재 활발히 연구개발이 진행되고 있습니다.
실험 방법
실험 재료
따라서 레이저 용접 시 발생하는 용접 흄 및 스패터는 레이저 빔을 간섭하여 용접 불량을 유발할 수 있으므로, 본 실험에서는 3D 스캐너의 레이저 용접 헤드에 압축 공기를 분사하기 위한 분사 장치를 설치하였다. 용접 속도에 따른 용접부의 파단 면적의 차이와 모재 대비 용접부의 파단 형상 및 특성을 디지털 카메라로 관찰하였다.
용접부 평가 방법
미세조직 관찰
기계적 성질 평가
레이저용접 용입 특성 평가
레이저 빔 크기에 따른 용입 특성
소재 두께에 따른 용입 특성
레이저 빔 직경에 따른 용융 폭과 인장 하중. 모든 용접부에서는 용접부, 열영향부, 모재부로 구분되어 패널간 중첩부분이 명확히 구분되는 것으로 판단된다.
패턴 형상에 따른 용입 특성
기계적 성질 평가
미세 조직 관찰
레이저용접의 융착부는 급속 냉각에 의해 마르텐사이트로 이루어지기 때문에 융착부 중앙에서는 모재나 열영향부보다 경도값이 높았고, 열영향부에서는 마르텐사이트로 이루어졌기 때문에 경도값이 모재나 열영향부보다 높게 나타났다. 모재에서 융합부로 갈수록 경도가 증가하며 조직이 증가할수록 경도가 증가하여 용융부(12)에서 가장 높은 경도값을 나타낸다. 따라서 이러한 결과는 인장시험에서도 경도가 가장 낮은 위치에서 파단이 발생하고, 레이저 용접열에 의해 모재조직의 마르텐사이트 조직이 변화되는 것으로 판단된다. 본 연구에서는 건전한 용접을 보장할 수 있는 용접기술을 확립하고 용접조건에 따른 레이저 출력, 용접속도 등 용접조건을 예측할 수 있는 에너지량을 예측하기 위해 자동차 시트용 고강도강에 레이저 용접을 실시한다. 겹침부분의 두께를 구하고, 고강도강의 파단형상을 개선하기 위한 용접 패턴을 개발하여 고강도강 레이저 용접의 이론적 배경을 제시하였다.
중첩 패널을 레이저 용접할 때 완전 관통 조건을 도출하려면 중첩 영역의 두께가 증가함에 따라 용접 영역에 방사되는 에너지의 양도 증가해야 합니다. 직경이 큰 레이저 빔으로 용접한 용접부의 침투깊이는 상대적으로 얕았으나, 중첩 패널 경계면의 용융 면적이 넓어 소빔 직경 용접에 비해 인장하중 값이 더 높게 나타났다. 따라서 용접강도는 용입깊이가 아닌 용융폭의 크기에 좌우된다는 것을 알 수 있다. 용접강도를 확보하기 위해서는 용융면적을 증가시킬 수 있는 용접형상 및 용접조건의 설정이 필요하다.
