[논문]6K21 알루미늄 판재의 레이저 겹치기 용접 시 발생하는 기공에 관한 연구

양현석; 이경돈; 김용; 박기영

[국내논문] 6K21 알루미늄 판재의 레이저 겹치기 용접 시 발생하는 기공에 관한 연구
Study on the porosity formation in the lap joint CW Nd:YAG laser welds of 6K21 aluminum alloy sheet 원문보기

The lap Joint welding of 6K21 aluminum sheets by Nd:YAG laser were performed with an aluminum 5183 filler wire or without a filler wire. The porosity of laser welding beads were observed through an optical microscope and X-ray photography with various levels of welding speed and gap size. The porosity was observed in the gap between upper and lower sheet near a heat affected zone when autogenous welding. Decrease of welding speed and use of AA5183 filler wire reduced porosity significantly.

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문제 정의

하지만 알루미늄합금 판재는 일반적인 아크 용접 뿐만 아니라, 레이저 용접 시에도 용접부의 기공과 응고균열, 합금원소 감소 등의 문제점이 여전히 존재하며, 적용될 용접 구조물의 형상에 따라서 존재하는 결함의 중요성 또한 달라진다 [1-3]. 본 연구에서는 서로 다른 두께의 6K21 알 루미늄합금 판재에 대해 레이저 겹치기 용접을 실시하였고, 용접 조건에 따른 용접부에 존재하는 기공에 대해 관찰한 결과를 기술하고자 한다.

제안 방법

150 X 60mm 크기의 각각 1.0 mm（상판）, 1.4 mm（하판） 두께를 갖는 두 종류의 6K21-T4 합금 에 대해 상판 아래로 40 mm를 겹친 후 20 mm 겹침 중앙부위에 대해 레이저용접을 실시하였다. Table 1은 6K21-T4 알루미늄 합금 및 AA5183 용접 와이어의 화학적 조성 및 기계적 성질을 나타낸다.
또한 Mg의 첨가로 인한 용융금속 내 강도와 연성, flow 향상 및 크랙저항성을 높여주는 특성을 가지고 있으며 내 부식성이 뛰어나다[4]. 따라서 본 연구에서는 제 살용접과 함께 AA5183 용접와이어를 사용하여 용접을 진행하였다.
최대출력 3 kW를 갖는 Trumpf HASS HL3006D Nd:YAG 레이저와 초점거리 200 mm인 레이저 헤 드를 Yaskawa 6축 로봇에 장착하여 용접하였다. 용접속도는 2.0, 2.5 m/min, 판재 人卜이의 간격은 0, 0.1 mm, 0.3 mm으제실용접(autogenous welding) 과 AA5183 용접와이어를 사용하여 용접한 경우 각각에 대하여 용접부를 비교하였다. 제살 용접부 는 보호가스를 사용하지 않았으며, 용접 와이어 공 급 시에는 Ar 보호가스를 사용하였다.
Table 2의 레이저용접 조건에 따라 알루미늄합 금 판재의 겹치기 용접을 실시하였다. Fig. 1과 같이 용접 후 비드부의 단면을 용접방향에 수직 인 종단면을 절단하고, 용접 길이방향으로 상부비 드 좌우 끝단으로부터 기공이 존재하는 0.5 mm 안쪽 지점까지 연마하여 광학현미경 및 방사선 투과시험을 통해 기공을 관찰하였다.
(a), (c)는 용접방향에 대하여 수직인 횡단면을, (b)와 (d)는 용접방향과 평 행인 종단면을 나타낸다. 수직 횡단면은 제살 용 접부의 단면 비드의 형상을 나타내며 평행 종단 면은 용접방향에서의 기공을 관찰하였다.
Nd:YAG 레이저를 이용하여 6k21 알루미늄 겹 치기 용접을 실시하였고, 용접부에 존재하는 기 공에 대해 용접와이어, gap 그리고 용접속도가 어떤 영향을 미치는지 관찰하였고 다음과 같은 결론을 얻었다.

성능/효과

2와 3 모두 용접속도에 관계없이 기공을 형 성하고 있으며 주로 상하판 겹침부와 모재 사이에 기공이 존재하고 있다. 횡단면을 통해 기공이 연속 적으로 분포하고 있음을 알 수가 있고, 용접부에 알루미늄 5183 용접와이어를 공급하였을 때 기공의 발생 빈도는 줄었으나, 기공의 크기가 증가하였다.
(1) AA5183 용접와이어를 공급하였을 때 제살용 접부에 비해 기공의 발생빈도는 줄었으나 그 크기는 증가하였다
(3) 용접속도가 빠를 때, 모든 용접부에서는 크레 이터 형태의 기공이 연속적으로 분포한다. 특히 0.

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