[논문]TB용 레이저 용접부의 피로 특성

오종철; 한문식; 서정; 이제훈

TB용 레이저 용접부의 피로 특성
Fatigue Characteristics of Laser Welding Part for TB 원문보기

As automotive manufacturers have taken a growing more interest in tailored sheet metals for improving the rigidity, weight reduction, crash durability, and cost saving application of the tailored sheet metals to automotive bodies has been resently increased greatly. In this study, we investigated the characteristics of fatigue crack initiation behavior of laser welded sheet use for vehicle body panel. We experimented three types of specimens which were machined of the same base metal : one is 1.4㎜ thick, another is 1.6㎜ thick, the others is laser welded of the 1.4mm thick specimen and 1.6㎜ thick specimen. The results indicated that laser welded metal (1.4＋1.6㎜) is the best one for fatigue strength and fatigue life.

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문제 정의

그러므로 본 연구에서는 차량 소재로 사용되고 있는 고강도 강판의 Laser 용접에 대한 내구설계 근거를 마련하기 위한 기초 연구로서 서로 두께가 다른 시편을 맞대기 용접하여 레이저 용접부의 기계적 특성 변화를 검토하기 위해 용접부의 조직 변화 관찰 및 모재 부와 열영향부 그리고 비드부의 경도측정을 하고 또한, 각각 정하중 실험 및 피로 하중실험을 실시하여 정적 및 피로 특성을 분석하고자 한다
본 연구에서는 자동차 차체제작에 이용되는 냉연 고장력강판 (SPFC 590)에 대한 두께가 1.4mm와 L6mm를 레이저 용접한 TB 시편과 두께가 1.4mm, 1.6mm인 모재에 대하여 정적강도 및 피로특성을 비교하고, 용접부의 기계적 물성을 고찰하기 위해 정하중 실험, 피로하중 실험 그리고 경도실험을 각각 수행하였다. 실험결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

제안 방법

6mm를 레이저 용접(이하 TB시편) 한 3종의 시편으로 실험하였다. TB시편을 제작하기 위한 CO₂ 레이저 발진기는 연속 출력 파이며 정격출력 4Kw의 횡여기 방식 (trans verse flow type)으로서 빔모드는 multi-mode 이고, 빔 조사 속도는 4m/min으로 하였다.기초실험을 통하여 빔의 초점은 시편 표면으로부터 1mm아래로 설정하고, 레이저 출력은 .
용접부 주위의 기계적 물성의 변화를 고찰하기 위하여 Mitutoyo의 Mvk-Hl 인 Micro-Vickers 경도기를 이용하여 용접부의 경도 변화를 고찰하였으며, 용접부 주위의 금속학적 고찰과 파단면에 대한 분석은 금속현미경(ZEIZZ )과 CCD MICRO SCOPE(inf-500)-a- 사용하였다.
응력비 R(0min/Snax)은 0.1 로 하였으며 파형은 정현파(sine wave), 시험 주파수는 20 Hz로 하여 고주기 피로시험 (high-cycle fatigue test)을 하였다

대상 데이터

일반적으로 샤링한 면의 양호한 절단상태를 위하여 정밀절단 또는 밀링작업이 요구되고 있으나, 샤링한 상태로 레이저 용접이 가능하도록 용접조건을 선택하는 것이 비용절감 및 공정 단축을 위해 가장 적절한 방법이다. 따라서, 용접실험에서는 샤링한 상태에서의 판재를 사용 하였다. Fig.
본 실험에 사용된 재료는 자동차에 사용되는 고강도 강판이며, 제품명은 SPFC 590(이하 SPFC라고 한다) 강판이다. 재료의 화학적 조성은 아래 Table 1과 같다.
시편은 SPFC 두께 L4mm, 1.6mm, 그리고 1.4mm와 1.6mm를 레이저 용접(이하 TB시편) 한 3종의 시편으로 실험하였다. TB시편을 제작하기 위한 CO₂ 레이저 발진기는 연속 출력 파이며 정격출력 4Kw의 횡여기 방식 (trans verse flow type)으로서 빔모드는 multi-mode 이고, 빔 조사 속도는 4m/min으로 하였다.

이론/모형

인장 실험은 lOton 용량의 전기유압식 MTS 810 Material Testing System으로 ASTM E 8에 준하여 상온에서 시험을 수행하였다. 부속 장치 로서 변위 측정 장치 인 Extensometer (Gage Length 20mm)를 부착하여 Stroke Control 방식으로 인장속도는 3mm/min 로 하여 실험하였다.
피로실험은 ASTM E 466-96 에 의하여 인장 실험에 사용된 같은 시험기로 수행하였다. 응력비 R(0min/Snax)은 0.
6mm 일 때가 가장 큰 것으로 나타났다. 항복강도는 0.2% offset 방법을 이용하여 각각 구하였다. 두께가 1.

성능/효과

1) 레이저 용접부를 절단하여 현미경으로 관찰한 결과 일반 용접 등에서 명확히 나타나는 열영향부(HAZ)는 극소화되었고, 용접부의 경도를 측정한 결과 비드부의 경도는 모재 보다 약 1.8배 높았다.
2) 정하중 실험 결과 레이저 용접한 TB 시편이 두께가 1.4mm, 1.6mm인 시편에 비해 항복강도가 가장 크게 나타났다. 실제 설계는 항복강도 이하에서 설계하기 때문에 TB시편은 1.
3) 각 시편의 피로특성은 Fig. 8에서 알 수 있듯이 두께 1.4mm, 1.6mm 모재보다 레이저 용접한 TB시편이 피로강도 및 피로 수명에 있어서 우수한 것으로 나타났다. 이러한 이유는 시편 가공시의 가공 경화와 레이저 용접으로 인한 용접부의 강도의 증가 때문이라 사료된다.
8 배 높은 Hv=390을 나타낸다. 그리고, 일반용접 등에서 명확히 나타나는 열 영향부(HAZ) 가 레이저 용접시 경도측정에서는 극소화됨을 나타내고 있다. 이러한 현상은 Fig.
6mm인 시편에 비해 항복강도가 가장 크게 나타났다. 실제 설계는 항복강도 이하에서 설계하기 때문에 TB시편은 1.4mm, 1.6mm 시편보다 정적강도 측면에서 우수한 것을 알 수 있다.

후속연구

따라서, 피로강도에 대한 최적 용접조건 예측은 차량의 운행 조건의 향상과 안전운행은 물론 기술 자립을 통해 경제적 이득이 파생될 것으로 예상된다. 특히, 현재 차량 소재로 사용되고 있는 고강도 강판재에 대한 Laser 용접부의 피로강도 데이터는 국내 완성차 및 부품회사에서 보유하고 있지 못하므로, 앞으로 고강도 차량의 국산화를 위해서는 고강도 강판재의 용접 설계 조건의 설정 연구는 매우 중요하며 최적의 용접 설계 조건을 설정하기 위해서는 기계적 인정 하중 강도와 피로하중 강도 시험이 필수적이라고 하겠다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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