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제안 방법
- 선행 연구로 Mai(4)는 평균출력이 350W인 Nd:YAG 펄스 레이저로 두께가 1mm인 시편을 제작하여 강과 Kovar 그리고 동과 알루미늄 을 이종 용접하였다. BriiggemannG)는 RSt37-2강과 알루미늄합금(ALMg-SIO.7) 을 출력이 5kW 인 C6레이저를 이용하여 이종용접에 대한 이론과 실험결과를 비교하였다. 이''9은 STS304와 SM45C를 평균 출력이 500-600W인 Nd:YAG 펄스레이저로 두께가 0.
- SM45C와 STS304의 이종 용접 후 용접성 평가는 인장강도 시험을 하 고, 최적의 공정조건에서 내부 조직을 관찰하였다. SM45C와 STS304의 모재 인장강도, 용접 후 인장강도, 이종 용접 인장강도를 레이저빔 이송 속도를 변화시키는 방법으로 입 열량을 조절하여 최적의 용접 조건을 제시하였다.
- 또한 최적의 공정변수로 레이저빔의 출력, 빔의 초점 거리는 선행연구 유7)의 결과를 기준으로 하여 실험하였다. SM45C와 STS304의 이종 용접 후 용접성 평가는 인장강도 시험을 하 고, 최적의 공정조건에서 내부 조직을 관찰하였다. SM45C와 STS304의 모재 인장강도, 용접 후 인장강도, 이종 용접 인장강도를 레이저빔 이송 속도를 변화시키는 방법으로 입 열량을 조절하여 최적의 용접 조건을 제시하였다.
- 화학적 성분은 Table 1, Table 2에 나타내었다. STS304와 SM45C를 Nd:YAG 레이저로 용접 시 보호 가스는 불활성 가스인 아르곤(Ar)을 이용해 공기를 차단하여 용접 시 산화되는 것을 방지하는 한편 플라즈마를 제거하도록 하였다. 아르곤 가스의 유량은 3~4ℓ/min로 하였다.
- 두 금속 최적의 용접조건을 결정하기 위해 비드온 플레이트(bead on plate)를 실시하였다. 비드 온 플레이트 실험 결과로부터 용융 용접시 고온균열이나 기공 등 결함이 생기지 않는 조건을 찾았다
- 06um)를 이용하여 STS304와 SM45C를 이 종 용접하였기 때문에 재료와 파장은 결정되어있다. 또한 최적의 공정변수로 레이저빔의 출력, 빔의 초점 거리는 선행연구 유7)의 결과를 기준으로 하여 실험하였다. SM45C와 STS304의 이종 용접 후 용접성 평가는 인장강도 시험을 하 고, 최적의 공정조건에서 내부 조직을 관찰하였다.
- 레이저 공정변수 변화에 따른 용접단면을 관찰하기 위해 정밀금속절단기(BUEHLER : isomet 4000 precision Saw 1)로 용접시 편을 절단하고 사포(sand paper)로 연마 및 폴리 싱 후 에칭액(CuSQlOmg + Hcl 50m« + H2O 50㎖)을 만들어 에칭하였다. 에칭된 용접비드 경계면은 광학현미경 (Nikon : ECLIPSE L150)으로 관찰하였다.
- 에칭된 용접비드 경계면은 광학현미경 (Nikon : ECLIPSE L150)으로 관찰하였다. 레이저 빔을 금속 시편에 직접 조사하는(bead on plate) 방식과 맞대기 용 접후 용접단면을 절단하여 광학 현미경으로 용입 깊이를 측정하였다. 용접시 용접속도의 변화에 따른 종횡비(aspect rato)와 맞대기 용접시 최적의 용접조건을 찾기 위해 공정변 수를 변화시키면서 레이저 용접실험을 했다.
- 시편은 공작대에 부착된 지그(Jig)에 고정시키고 용접헤 드에서 나오는 He-Ne 레이저광(적색)을 이용하여 용접위치를 확인하였다. 용접위치의 허용오차는 0.
- 1mm 이하로 유지 하였다. 시편을 지그로 단단히 고정시켜 용접 중 열팽창에 의한 변형이 발생하지 않도록 하였다. 이는 산업현장에서 용접 시 작업의 편의성 때문에 지그(Jig)나 클램프(Clamp) 등으로 고정하는 것과 같은 현상을 재현하기 위함이기도 하다.
- 레이저 공정변수 변화에 따른 용접단면을 관찰하기 위해 정밀금속절단기(BUEHLER : isomet 4000 precision Saw 1)로 용접시 편을 절단하고 사포(sand paper)로 연마 및 폴리 싱 후 에칭액(CuSQlOmg + Hcl 50m« + H2O 50㎖)을 만들어 에칭하였다. 에칭된 용접비드 경계면은 광학현미경 (Nikon : ECLIPSE L150)으로 관찰하였다. 레이저 빔을 금속 시편에 직접 조사하는(bead on plate) 방식과 맞대기 용 접후 용접단면을 절단하여 광학 현미경으로 용입 깊이를 측정하였다.
- 실험에 사용된 시 편은 STS304와 SM45C이며 시 편의 크기는 100mm(L)x50mm(W)x3mm(T)이다. 용접시 시편 표면의 이물질을 제거하기 위해 아세톤으로 세척한 후, 레이저 용접 공정 변수를 변화시켜 가면서 실험하였다. 각 시편의 물리적.
- 레이저 빔을 금속 시편에 직접 조사하는(bead on plate) 방식과 맞대기 용 접후 용접단면을 절단하여 광학 현미경으로 용입 깊이를 측정하였다. 용접시 용접속도의 변화에 따른 종횡비(aspect rato)와 맞대기 용접시 최적의 용접조건을 찾기 위해 공정변 수를 변화시키면서 레이저 용접실험을 했다.
- )으로 하였다. 용접하면서 열 때문에 발생하는 조직 변화에 의한 경도 측정은 마이크로 비커스(SHIMADZU : HmV-2 model) 경도 시험기를 사용하여 1.0kg의 하중을 적용시켰다.
- 작업거리(z)를 변화시켜 공정별 입열 량을 분석하였다. 이때 용접속도는 각각 1.0m/min~10m/min 로 변화시키면서 용접 비드면과 비드 폭을 측정하였다.
- 이종의 금속을 용접함에 있어 여러 방법이 있으나 본 연구에서는 레이저를 이용하여 연구하였다. 선행 연구로 Mai(4)는 평균출력이 350W인 Nd:YAG 펄스 레이저로 두께가 1mm인 시편을 제작하여 강과 Kovar 그리고 동과 알루미늄 을 이종 용접하였다.
- 이종 용접의 입열량 변화는 레이저빔의 이송 속도를 변화시켜 입 열량을 변화시켰다. 인장응력의 기준은 SM45C와 STS304 모재의 인장시험편을 제작하여 인장 시험하여 인장응력 기준값으로 하였다. 인장시험편은 한국공업규격(KS B0801 13B)에 맞도록 와이어컷하여 만든 후 인장시험장비(Instron Corporation U.
- 입열량에 따른 용접의 특성을 실험하기 위해 STS304와 SM45C 동종의 재료를 맞대기용접하고 이종 재료를 맞대기 용접하였다. 용접 공정변수가 적절하지 않으면 열변형과 용접 결함등이 발생하므로 최적의 용접 공정 변수를 결정하여 용접해야 한다.
대상 데이터
- 아르곤 가스의 유량은 3~4ℓ/min로 하였다. 레이저 용접을 위한 레 이저 빔 이송속도와 용접비드의 관계를 연구하기 위해 레이저 출력을 1600W와 2000W로 하고 초점거리 f=200mm이고 렌 즈 직경 D가 60mm인 렌즈를 사용하였다. 시편표면에서 초점 면이 가장 작은 초점거리가 f=200mm를 작업거리(z)로 하였다.
- 본 연구에 이용한 Nd:YAG레이저의 파장은 1.06㎛이고, 최대출력은 2.8kW이다. 평균유효출력은 2kW인 연속파 (continuous wave : CW)이고, 레이저 빔은 직경이 600p.
- 레이저 용접은 레이저빔의 파장, 레이저빔의 이송속도, 초점거리, 레이저빔의 출력, 보호가스 종류, 유량, 재료의 레이저 빔 흡수율과 반사율에 따라 다르다. 본 연구에서는 Nd:YAG 레이저(파장 1.06um)를 이용하여 STS304와 SM45C를 이 종 용접하였기 때문에 재료와 파장은 결정되어있다. 또한 최적의 공정변수로 레이저빔의 출력, 빔의 초점 거리는 선행연구 유7)의 결과를 기준으로 하여 실험하였다.
- 실험에 사용된 시 편은 STS304와 SM45C이며 시 편의 크기는 100mm(L)x50mm(W)x3mm(T)이다. 용접시 시편 표면의 이물질을 제거하기 위해 아세톤으로 세척한 후, 레이저 용접 공정 변수를 변화시켜 가면서 실험하였다.
이론/모형
- 인장응력의 기준은 SM45C와 STS304 모재의 인장시험편을 제작하여 인장 시험하여 인장응력 기준값으로 하였다. 인장시험편은 한국공업규격(KS B0801 13B)에 맞도록 와이어컷하여 만든 후 인장시험장비(Instron Corporation U.S.A의 Universal Testing Machine 4206. 15ton)을 이용하여 실험하였고 그 결과를 Fig. 4에 나타내었다
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