[논문]질화처리된 저탄소강 레이저 용접부의 기공 감소

안영남; 김철희; 이원범; 김정한

doi:10.5781/kwjs.2013.31.6.71

질화처리된 저탄소강 레이저 용접부의 기공 감소
Porosity Reduction in Laser Welding of Nitrided Carbon Steel 원문보기

大韓溶接·接合學會誌 = Journal of the Korean Welding and Joining Society, v.31 no.6, 2013년, pp.71 - 76

안영남 (한국생산기술연구원 용접접합연구그룹) , 김철희 (한국생산기술연구원 용접접합연구그룹) , 이원범 (한국생산기술연구원 열표면기술센터) , 김정한 (한국생산기술연구원 뿌리산업진흥본부)

Abstract ▼ AI-Helper

Gas nitriding is a surface hardening process where nitrogen is introduced into the surface of a ferrous alloy. During fusion welding of nitrided carbon steel, the nitride inside weld metal is dissolved and generates nitrogen gas, which causes porosities - blow holes and pits. In this study, several laser welding processes such as weaving welding, two-pass welding, dual beam welding and laser-arc hybrid welding were investigated to elongate the weld pool to enhance nitrogen gas evacuation. The surface pits were successfully eliminated with elongated weld pool. However blowholes inside the weld metal were effective reduced but not fully disappeared.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

질화처리된 소재의 레이저 용접에서 기공의 발생원인은 키홀안정성 보다는 질화물의 분해로 인한 가스 발생이므로 본 연구에서는 용융풀의 형상을 제어하기 위하여 레이저 위빙을 이용한 빔모듈레이션, 다층 용접, 레이저-아크 하이브리드용접, 듀얼 빔 레이저 용접을 수행하면서 용접부에 형성되는 기공의 양상을 실험적으로 관찰하고자 한다.

제안 방법

듀얼빔 레이저 용접 시에는 0.6 mm 직경의 파이버로 전송한 레이저 빔을 초점거리 205 mm를 가지는 광학계를 이용하여 소재로 조사하였으며 나누어진 두 빔은 각각 50%의 출력을 가진다. 빔의 최소 직경은 0.
레이저 빔 위빙에 따른 기공특성을 평가하기 위하여 레이저 출력 2.6 kW, 용접속도 1.2 m/min, 레이저 위빙속도 15 m/min에서 위빙 폭을 2 mm, 3 mm, 4 mm 로 변경하면서 용접을 수행하였다.
용접부에 발생한 기공 감소의 방안으로 레이저 용접으로 완전용입이 달성된 용접부에 레이저를 한번 더 조사하고 용접부 품질을 평가하였다. 본 연구에서는 직선용접 후 위빙용접을 두 번째 패스에 적용한 결과와 위빙용접 후 직선용접을 두 번째 패스에 적용한 결과를 비교하였다.
질화처리된 SPFH590 저탄소강의 맞대기용접부에 레이저 직선용접, 위빙용접, 2패스용접, 듀얼빔용접, 레이저-아크 하이브리드 용접을 적용하여 아래와 같은 결론을 도출하였다.

대상 데이터

레이저-플라즈마 아크 하이브리드 용접에서는 0.2 mm 직경의 광파이버와 220 mm 초점거리 광학계를 이용하여 레이저 조사하였으며, 이 때 초점에서 빔의 직경은 0.22 mm 이다. 플라즈마 아크는 Fig.
본 연구에 사용한 소재는 2.6 mm 두께의 SPFH 590소재로 화학적 성분은 Table 1과 같다. 소재는 용접을 수행하기 전 560도에서 2.
1(b)와 같이 향상되었다. 싱글빔 레이저 용접과 레이저-아크 하이브리드 용접은 디스크레이저를 이용하였으며, 듀얼빔 레이저 용접은 Nd:YAG 레이저를 이용하였다.

데이터처리

용접부에 발생한 기공 감소의 방안으로 레이저 용접으로 완전용입이 달성된 용접부에 레이저를 한번 더 조사하고 용접부 품질을 평가하였다. 본 연구에서는 직선용접 후 위빙용접을 두 번째 패스에 적용한 결과와 위빙용접 후 직선용접을 두 번째 패스에 적용한 결과를 비교하였다.

성능/효과

1) 질화처리된 시편의 레이저 직선용접 시 질화물이 분해되어 가스가 발생하고 이로 인해 표면의 피트와 용접부 블로우홀이 발생한다.
2) 레이저 위빙을 적용하여 용융풀의 길이를 길게 형성할 경우 표면 피트가 제거되고 내부 블로우홀 감소가 가능하였다.
3) 완전용입이 가능한 조건을 이용한 2 패스용접을 적용할 경우 표면 피트 제거가 가능하였으며, 직선 혹은 위빙을 이용한 1 패스 용접에 비해 내부 블로우홀 감소율이 크게 나타났다.
4) 용융풀의 길이를 길게 유지할 수 있는 듀얼빔 용접 및 레이저-아크 하이브리드 용접을 적용한 경우에도 표면 품질 확보가 가능하였으나 내부 블로우홀의 완전한 제거는 어려움이 확인되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	저탄소강의 질화처리는 재료에 어떤 영향을 미치는가?	자동차의 파워트레인 부품의 경우 표면의 물성을 향상시키기 위해 질화나 침탄과 같은 열처리를 수행하고 있다. 이 중 저탄소강의 질화처리의 경우 495~565도의 비교적 낮은 온도의 질소분위기속에서 표면에 질화물(nitride)을 형성함으로써 부품 표면에서 고경도, 고내마모성, 고내식성을 달성하고 피로수명을 향상시킨다1).
	질화처리된 부품이 산업현장에서 방질처리를 하여 용접부 근처에서는 질화처리를 하지 않는 방법을 사용하는 이유는?	그러나 질화처리된 부품에 용접을 실시할 경우 용융금속내의 질화물이 분해되면서 질소 가스가 생성되고 이로 인해 용접부에 기공이 발생하게 된다. 이를 방지하기 위해 산업현장에서는 방질처리를 하여 용접부 근처에서는 질화처리를 하지 않는 방법을 이용하고 있어 생산성을 떨어뜨리는 원인이 되고 있다.
	질화처리된 소재의 레이저 용접에서 기공의 발생원인은?	질화처리된 소재의 레이저 용접에서 기공의 발생원인은 키홀안정성 보다는 질화물의 분해로 인한 가스 발생이므로 본 연구에서는 용융풀의 형상을 제어하기 위하여 레이저 위빙을 이용한 빔모듈레이션, 다층 용접, 레이저-아크 하이브리드용접, 듀얼 빔 레이저 용접을 수행하면서 용접부에 형성되는 기공의 양상을 실험적으로 관찰하고자 한다.

참고문헌 (11)

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