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[국내논문] Nd:YAG 레이저를 이용한 자동차 배터리용 SS41 다층박판 이종두께 T형상 용접 특성
T-joint Welding Characteristics of Multi-thin Plate Dissimilar Thickness of SS41 of Automobile Battery by using Nd:YAG Laser 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.29 no.10, 2012년, pp.1078 - 1088  

양윤석 (조선대학교 첨단부품소재공학과) ,  황찬연 (조선대학교 첨단부품소재공학과) ,  유영태 (조선대학교 메카트로닉스공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we present research experimental results about the different thickness T-joint welding of the high power continuous wave(CW) Nd:YAG laser for the secondary battery of a vehicle. Although the conventional method used for the secondary battery is a argon TIG welding, we utilize a laser ...

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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 이와 같은 문제점을 해결하고자 기존의 용접법인 아르곤 티그 용접법을 레이저 용접법으로 대체함으로써 열영향이 적고 용접부위가 균일한 양질의 용접단면을 얻고자 연구하였다. 실험에 사용한 재료는 저탄소강 SS41 이다.
  • 본 연구의 목표는 서로 다른 두께의 저탄소강(SS41)을 T 형상으로 용접하는 것이다. 여기서 말하는 T 형상은 얇은 시편을 일정한 간격과 높이를 유지하도록 세워 놓고 그 위에 전극으로 작용하는 두꺼운 시편을 놓고 고정한 다음 두꺼운 시편 윗면에 레이저빔을 조사 시킴으로써 에너지를 관통시켜 남은 열로 아래 얇은 시편을 T 자 형상으로 용접하는 것을 말한다.
  • 여기서 말하는 T 형상은 얇은 시편을 일정한 간격과 높이를 유지하도록 세워 놓고 그 위에 전극으로 작용하는 두꺼운 시편을 놓고 고정한 다음 두꺼운 시편 윗면에 레이저빔을 조사 시킴으로써 에너지를 관통시켜 남은 열로 아래 얇은 시편을 T 자 형상으로 용접하는 것을 말한다. 본 연구 수행을 위해 저탄소강 용접과 T 형상 용접에 대한 선행연구를 결과를 조사하였다. 저탄소강 용접으로는 S.
  • Gural6 은 여러 종류의 저탄소강을 용접한 후 열처리함으로써 용접부 내부 조직 및 기계적 강도 분석하였다. E. Gharibshahiyan7은 저탄소강을 불활성 가스 용접시 입열량에 따른 경도 및 인성에 대해 연구하여 발표하였다. 그리고 T 형상 용접으로는 Y.
  • 1 mm 인 탭 40 장을 T 형상으로 동시에 용접하고자 한다. 용접하면서 발생하는 열전달을 고려하여 불필요하게 제품을 크게 제작하는 부속품들의 크기를 줄임으로써 극주와 탭 연결부 사이즈를 줄이고 극주와 탭 접합부 전기전도 특성 향상 시킴으로써 배터리 출력성 및 용량을 높이고자 한다.
  • 본 연구에서는 극판의 탭부분을 일정간격으로 배열된 상태에서 극주판 위에 고정한 다음 비드 온 플레이트(Bead on plate) 용접해서 T 형상으로 용접하고자 한다. 극주판 비드 온 플레이드 용접 시 탭의 최적 용입 깊이를 예측하기 위해 극주판 2 장을 겹치기 용접하여 용입 깊이를 예측하는 예비실험을 하였다.
  • 본 연구의 목적이 상부 극주판의 비드 온플레이트 용접방법으로 관통용접된 뒤 아래에 있는 두께 0.1 mm 의 박판을 T 형상 용접하는 것이기 때문에 겹치기 용접 시 하부시편으로 침투된 용입 깊이가 100 µm 내외정도가 되면 충분하다고 생각 되어 기공이 없고 아래 시편의 침투 깊이가 크지 않은 공정조건을 중심으로 T 용접을 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
배터리 제작 시 아르곤 티그 용접법은 어떤 단점이 있으며, 그 이유는 무엇인가? 아르곤 티그 용접법은 용융점이 높은 텅스텐 전극과 모재 사이에 아크를 일으키고 용접 중 산화, 질화를 막기 위해 Ar 가스로 용접부를 보호하는 용접법이다. 이 용접법은 배터리 제작 시 용접부의 면적이 균일하지 않아 저항이 많이 발생하기 때문에 배터리 성능을 저하 시키는 단점이 있다. 그 뿐만 아니라 작업자에 따라 용접품질이 다르고 여러번 반복 시 균일한 용접 품질을 얻을 수 없다. 또 다른 이유는 열영향부가 커서 배터리를 구성하는 소재의 열변형 부위가 커진다는 것이다. 이러한 단점들이 배터리 성능을 저하시키는 원인은 먼저 용접품질이 좋지 않거나 균일하지 않으면 배터리가 충방전을 하면서 용접부 결함부에서 전위차가 발생하여 저항손실이 발생하기 때문이다. 또 열영향부가 크면 용접하는 외의 부분에는 열영향을 주지 않기 위해서 부속품들이 커지기 때문에 그 부분에서 전기전도손실도 발생하고 배터리 크기도 커지기 때문이다.
배터리 패키징 및 접합부에 많이 사용되는 접합법은? 배터리 패키징 및 접합부에 가장 많이 사용되는 있는 접합법으로는 아르곤 티그 용접법이 주로 사용되고 있다. 아르곤 티그 용접법은 용융점이 높은 텅스텐 전극과 모재 사이에 아크를 일으키고 용접 중 산화, 질화를 막기 위해 Ar 가스로 용접부를 보호하는 용접법이다.
이차전지 중 많이 사용되고 있는 것은? 특히 최근에는 이동통신기기, 노트북, 캠코더 등 휴대용 전자기기에 이차전지가 보급됨으로써 소형 Li-ion 와 Ni-MH 전지의 개발에 관심이 높아지고 있다. 이차전지로 많이 사용 되고 있는 Li-ion 와 Ni-MH 전지 중 전기자동차용과 하이브리드 자동차에 적합한 전지사양은 자동차의 동력원으로 사용되는 특수성 때문에 고에너지 밀도와 고출력 밀도 같은 전지의 기본적인 성능, 수명뿐만 아니라 신뢰성과 안전성이 자동차용 전지를 결정하는 데 중요한 요인이 되고 있다. Li-ion 이차전지의 가장 큰 문제점은 리튬 금속이 대기 중에 노출될 경우 리튬 고유의 활성으로 인한 화재 발생문제가 있기 때문에 전기자동차용으로는 안전성이 높은 Ni-MH 전지를 일반적으로 사용하고 있다.
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참고문헌 (11)

  1. Korea Institute of Science and Technology Information, "Hybrid new power system," MCTNET, pp. 1-15, 2008. 

  2. Korea Institute of Science and Technology Information, "The study on bibliometric profiles of academic Li secondary batteries research," Next Generation Growth Engine Industry, pp. 1-32, 2004. 

  3. Park, S. Y. and Kim, S. W., "Nickel-metal hydride battery technology of electric vehicles," Physics & High Technology, Vol. 8, No. 4, pp. 1-16, 1999. 

  4. Ahn, S. H., Jeong, J. H., and Nam, K. W., "Evaluation of Characteristic for SS400 and STS304 Steel by Weld Thermal Cycle Simulation," Journal of Ocean Engineering and Technology, Vol. 19, No. 6, pp. 64-71, 2005. 

  5. Ueji, R., Fujii, H., Cui, L., Nishioka, A., Kunishige, K., and Nogi, K., "Friction stir welding of ultrafine grained plain low-carbon steel formed by the martensite process," Materials Science and Engineering: A, Vol. 423, No. 1-2, pp. 324-330, 2006. 

  6. Gural, A., Bostan, B., and Ozdemir, A. T., "Heat treatment in two phase region and its effect on microstructure and mechanical strength after welding of a low carbon steel," Materials & Design, Vol. 28, No. 3, pp. 897-903, 2007. 

  7. Gharibshahiyan, E., Raouf, A. H., Parvin, N., and Rahimian, M., "The effect of microstructure on hardness and toughness of low carbon welded steel using inert gas welding," Materials & Design, Vol. 32, No. 4, pp. 2042-2048, 2011. 

  8. Oh, Y. S., Yoo, Y. T., and Shin, H. J., "A Study on T Joint Welding by High Power Fiber Laser of SAPH Steel Plate for Automobile," Transactions of KSAE, Vol. 17, No. 3, pp. 35-44, 2009. 

  9. Li, M., Li, Z., Zhao, Y., Li, H., Wang, Y., and Huang, J., "Influence of welding parameters on weld formation and microstructure of dual-laser beams welded T-joint of aluminum alloy," Advances in Materials Science and Engineering, Vol. 2011, Paper No. 767260, 2011. 

  10. Moazed, R., Szyszkowski, W., and Bitner, D., "Welded T-joint connections of square thin-walled tubes under a multi-axial state of stress," The Journal of Strain Analysis for Engineering Design, Vol. 45, No. 8, pp. 629-646, 2010. 

  11. Yoo, Y. T. and Shin, H. J., "A Study on the Characteristics of Repair Welding for Mold Steel using Continuous Wave Nd:YAG Laser," J. of the KSPE, Vol. 27, No. 11, pp. 7-16, 2010. 

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