최근 자동차 업계의 주요 관심 분야인 환경친화적인(연료전지차량 및 하이브리드 차량)자동차의 실현을 위해 차체 경량화는 반드시 해결해야 할 과제로 대두되고 있다. 이러한 경향에 맞춰 기존 철강재에 비해 비중이 낮으며 적절한 강도를 가진 알루미늄 합금의 적용과 용접성과 생산성을 높이기 위한 방법으로써 레이저빔을 이용한 용접이 고려되고 있다. 자동차에 필요한 알루미늄 합금 후보 재료로서 강도, 용접성, 성형성 등을 고려한 결과 5xxx, 6xxx계열 알루미늄 합금이 가장 적절하며 이들 합금 계열 중 적합한 소재를 선정하려는 시도가 이뤄지고 있다. 5xxx, 6xxx계열 알루미늄 합금의 ...
최근 자동차 업계의 주요 관심 분야인 환경친화적인(연료전지차량 및 하이브리드 차량)자동차의 실현을 위해 차체 경량화는 반드시 해결해야 할 과제로 대두되고 있다. 이러한 경향에 맞춰 기존 철강재에 비해 비중이 낮으며 적절한 강도를 가진 알루미늄 합금의 적용과 용접성과 생산성을 높이기 위한 방법으로써 레이저빔을 이용한 용접이 고려되고 있다. 자동차에 필요한 알루미늄 합금 후보 재료로서 강도, 용접성, 성형성 등을 고려한 결과 5xxx, 6xxx계열 알루미늄 합금이 가장 적절하며 이들 합금 계열 중 적합한 소재를 선정하려는 시도가 이뤄지고 있다. 5xxx, 6xxx계열 알루미늄 합금의 레이저 용접 적용시, 레이저 용접부의 기계적 성질 및 성형성은 모재에 비해 저하되며, 비열처리형 알루미늄 합금인 5xxx계열 알루미늄 합금에 비해, 열처리형 알루미늄 합금인 6xxx계열 알루미늄 합금의 경우 더욱 더 심각하다.
본 연구에서는 알루미늄 합금의 Nd:YAG 레이저 용접성을 조사하기 위한 기초연구로서 보호가스의 사용유무, 용접와이어의 사용에 따른 용접금속의 합금조성이 레이저 용접부 성질에 어떠한 영향을 미치는가 조사하기 위해 레이저 용접부의 금속학적 관찰과 기계적 성질 및 성형성을 측정하여 분석한 결과 다음과 같은 결론은 얻었다.
먼저 보호가스 사용 여부에 관계없이 6061 및 5182 알루미늄 합금 레이저 용접부의 기계적 성질 및 성형성은 모재에 비해 저하되었다. 6061 알루미늄 합금의 경우 Ar 및 He 보호가스 사용시 보호가스를 사용하지 않은 용접에 비해 용접금속내에 미세한 등축정이 넓게 분포하였으며, 냉각속도도 빨라진 것을 관찰할 수 있었다. 그 결과 최대인장강도는 Ar 및 He 보호가스 사용시 보호가스를 사용하지 않았을 때보다 개선되었다. 그러나 항복강도, 연신률 및 성형성은 서로 유사하였다. 5182 알루미늄 합금 용접시 Ar 및 He 보호가스 사용시 보호가스를 사용하지 않은 용접에 비해 비드함몰과 spiky bead가 감소하여 유효단면적이 증가하였다. 그 결과 보호가스를 사용하지 않은 용접보다 Ar 및 He 보호가스 사용시 최대인장강도, 연신율, 성형성이 향상되었다.
6K21 알루미늄 합금을 4043 용접와이어를 사용하여 Nd:YAG 레이저 용접한 결과 용접와이어를 사용하지 않은 조건에 비해 용접와이어 사용시 응고균열 발생이 저하되었다. 이것은 4043 용접와이어 사용시 용접금속의 조성이 균열민감도가 낮은 영역에 존재하기 때문이다. 용접부의 기계적 성질 및 성형성은 모재에 비해 용접부에서 저하되었으나, 용접와이어를 사용하지 않은 경우에 비해 용접와이어 사용시 기계적 성질 및 성형성이 개선되었다.
최근 자동차 업계의 주요 관심 분야인 환경친화적인(연료전지차량 및 하이브리드 차량)자동차의 실현을 위해 차체 경량화는 반드시 해결해야 할 과제로 대두되고 있다. 이러한 경향에 맞춰 기존 철강재에 비해 비중이 낮으며 적절한 강도를 가진 알루미늄 합금의 적용과 용접성과 생산성을 높이기 위한 방법으로써 레이저빔을 이용한 용접이 고려되고 있다. 자동차에 필요한 알루미늄 합금 후보 재료로서 강도, 용접성, 성형성 등을 고려한 결과 5xxx, 6xxx계열 알루미늄 합금이 가장 적절하며 이들 합금 계열 중 적합한 소재를 선정하려는 시도가 이뤄지고 있다. 5xxx, 6xxx계열 알루미늄 합금의 레이저 용접 적용시, 레이저 용접부의 기계적 성질 및 성형성은 모재에 비해 저하되며, 비열처리형 알루미늄 합금인 5xxx계열 알루미늄 합금에 비해, 열처리형 알루미늄 합금인 6xxx계열 알루미늄 합금의 경우 더욱 더 심각하다.
본 연구에서는 알루미늄 합금의 Nd:YAG 레이저 용접성을 조사하기 위한 기초연구로서 보호가스의 사용유무, 용접와이어의 사용에 따른 용접금속의 합금조성이 레이저 용접부 성질에 어떠한 영향을 미치는가 조사하기 위해 레이저 용접부의 금속학적 관찰과 기계적 성질 및 성형성을 측정하여 분석한 결과 다음과 같은 결론은 얻었다.
먼저 보호가스 사용 여부에 관계없이 6061 및 5182 알루미늄 합금 레이저 용접부의 기계적 성질 및 성형성은 모재에 비해 저하되었다. 6061 알루미늄 합금의 경우 Ar 및 He 보호가스 사용시 보호가스를 사용하지 않은 용접에 비해 용접금속내에 미세한 등축정이 넓게 분포하였으며, 냉각속도도 빨라진 것을 관찰할 수 있었다. 그 결과 최대인장강도는 Ar 및 He 보호가스 사용시 보호가스를 사용하지 않았을 때보다 개선되었다. 그러나 항복강도, 연신률 및 성형성은 서로 유사하였다. 5182 알루미늄 합금 용접시 Ar 및 He 보호가스 사용시 보호가스를 사용하지 않은 용접에 비해 비드함몰과 spiky bead가 감소하여 유효단면적이 증가하였다. 그 결과 보호가스를 사용하지 않은 용접보다 Ar 및 He 보호가스 사용시 최대인장강도, 연신율, 성형성이 향상되었다.
6K21 알루미늄 합금을 4043 용접와이어를 사용하여 Nd:YAG 레이저 용접한 결과 용접와이어를 사용하지 않은 조건에 비해 용접와이어 사용시 응고균열 발생이 저하되었다. 이것은 4043 용접와이어 사용시 용접금속의 조성이 균열민감도가 낮은 영역에 존재하기 때문이다. 용접부의 기계적 성질 및 성형성은 모재에 비해 용접부에서 저하되었으나, 용접와이어를 사용하지 않은 경우에 비해 용접와이어 사용시 기계적 성질 및 성형성이 개선되었다.
5xxx(Al-Mg) and 6xxx(Al-Mg-Si) alloys are candidate materials for eco-friendly car(lightweight car body structure and panels) due to their good combination of strength and formability.
In this study, 6061 and 5182 aluminum alloy sheets of 2㎜ thickness were butt welded using continuous wave Nd:YAG la...
5xxx(Al-Mg) and 6xxx(Al-Mg-Si) alloys are candidate materials for eco-friendly car(lightweight car body structure and panels) due to their good combination of strength and formability.
In this study, 6061 and 5182 aluminum alloy sheets of 2㎜ thickness were butt welded using continuous wave Nd:YAG laser with and without Ar/He shielding gas. 6K21 aluminum alloy sheet of 1㎜ and 2㎜ thickness were TB(tailored blank) welded using continuous wave Nd:YAG laser with and without 4043 filler wire. Vickers hardness, transverse-weld tensile, bulge and Erichsen tests were carried out to investigate the effect of Ar/He shielding gas and filler wire on the mechanical properties and formability of laser welds. Porosity and solidification cracking in the weld metals was investigated using an optical microscope.
Mechanical properties and formability of 6061 and 5182 aluminum alloy laser welds were degraded compared to those of base metal. Mechanical properties and formability of 6061 and 5182 aluminum alloy laser welds were improved when Ar or He shielding gas was used. When Ar or He shielding gas were used, the smaller equiaxed grains were observed than the welds made without shielding gas. On the other hand, mechanical properties of 6061 alloy laser welds were substantially degraded compared to those of 6061 alloy. The reason for the degradation of the mechanical properties in the 6061 alloy welds was related with solidification cracking. However, when Ar or He shielding gas was used, the mechanical properties of 6061 alloy laser welds were improved due to the reduction of solidification cracking.
The effect of filler wire on the weldability of 6K21 alloy was also investigated. The weld metal composition was changed by feeding 4043 filler wire containing 5wt.% Si.
Solidification cracking in the weld metal was substantially reduced when the filler wire was used. Tensile strength and formability of the welds were improved compared to those of welds made without filler wires. It was revealed by EPMA analysis and image mapping that the abundant amount of Al-Si eutectic existed particularly at the interdendritic sites or grain boundaries and thus the eutectic prevented the solidification cracking in the weld metal.
5xxx(Al-Mg) and 6xxx(Al-Mg-Si) alloys are candidate materials for eco-friendly car(lightweight car body structure and panels) due to their good combination of strength and formability.
In this study, 6061 and 5182 aluminum alloy sheets of 2㎜ thickness were butt welded using continuous wave Nd:YAG laser with and without Ar/He shielding gas. 6K21 aluminum alloy sheet of 1㎜ and 2㎜ thickness were TB(tailored blank) welded using continuous wave Nd:YAG laser with and without 4043 filler wire. Vickers hardness, transverse-weld tensile, bulge and Erichsen tests were carried out to investigate the effect of Ar/He shielding gas and filler wire on the mechanical properties and formability of laser welds. Porosity and solidification cracking in the weld metals was investigated using an optical microscope.
Mechanical properties and formability of 6061 and 5182 aluminum alloy laser welds were degraded compared to those of base metal. Mechanical properties and formability of 6061 and 5182 aluminum alloy laser welds were improved when Ar or He shielding gas was used. When Ar or He shielding gas were used, the smaller equiaxed grains were observed than the welds made without shielding gas. On the other hand, mechanical properties of 6061 alloy laser welds were substantially degraded compared to those of 6061 alloy. The reason for the degradation of the mechanical properties in the 6061 alloy welds was related with solidification cracking. However, when Ar or He shielding gas was used, the mechanical properties of 6061 alloy laser welds were improved due to the reduction of solidification cracking.
The effect of filler wire on the weldability of 6K21 alloy was also investigated. The weld metal composition was changed by feeding 4043 filler wire containing 5wt.% Si.
Solidification cracking in the weld metal was substantially reduced when the filler wire was used. Tensile strength and formability of the welds were improved compared to those of welds made without filler wires. It was revealed by EPMA analysis and image mapping that the abundant amount of Al-Si eutectic existed particularly at the interdendritic sites or grain boundaries and thus the eutectic prevented the solidification cracking in the weld metal.
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