[논문]Nd:YAG 레이저를 통한 SIDE PANEL의 3겹 겹치기 레이저 용접

장인성; 서보신; 권태용

문제 정의

바 있다. 본 연구에서는 3 겹 겹치기 용접의 시편 유형과 용접 속도에 의한 용접 상대 또한 플랜지 끝 단부로부터의 죄적 거리와 인장 시험에 대하여 고찰 되었다.
빔의 유입이 광 화이버를 통하여 가능하며 이 장점은 레이저의 용접 탄력성에 매우 유용하도록 작용한다. 비접촉을 통한 레이저 용접은 자유로운 위치변경의 가능성을 제시한다. 자유로운 위치 변경의 가능성은 다만 로보트와 가공 헤드 또는 누름 장치에 의하여 제한된다.

가설 설정

5. 플랜지 끝 단에서의 죄직 용집 위치는 3mm 로부터 이상적인 비드 형상을 보여 주었으며이는 충분한 단부글 통한 일 분포 막힘 현상을 피할 수 있었기 때문이다.
7. 레이저 용접은 판제에 있어서 좁은 간격의 절대적인 유지와 정확한 위치 선정을 요구한다. 판재 간격의 최대 허용치는 레이저 빔의 초점 직경과 용접 비드의 선택된 영역 둥을 말할 수 있다.
8. 아연 도금 강판에 있어서 고속의 용접 속도와 높은 에너지 밀도로 순식간에 아연이 가스화 되며 그로 인헤 웅고되는 용융 풀에 가스 기공을 형성한다. 그러므로 정확한 용접 감시장치와 함께 용접 비드 표면의 절대적인 밀봉이 요구된다.

제안 방법

1 에서 시도하였다. 모든 시편의 간격은 클램프에 의하여 OGap 상태로 용겁을 실시하였다. 용융강판의 두께는 상부 판재 1.
속도별 Bead 의 상태를 측정하기 위하여 레이저의 동일 출력(P=4 kW)으로 실험을 실시 하였으며 용접 속도(V)는 0.01m/s-0.05m/s 로 각 속도에 있어서의 경향을 시각적 관점에서 고찰 하였다. 겹치기 용접에 있어서 3 겹 모두 용융 아연 도금강판의 기본적 재질 조건을 통하여 거의 0 Gap 상태에서의 아연증기의 직접적인 동향과 상부 판재의 비드 형상(길이, 깊이, 함몰정도, 폭, 증기 폭발), 용접 결함 동시에 레이저 용접에 직접적인 영향을 미치는 로보트의 동특성에 대한 관찰도 함께 이루어 질 수 있다.
6mm 의 지름을 갖는다. 이 연구에서는 되도록 높은 용접 속도를 위하여 적은 초점 직경을 갖도록 했다. focallength 는 용접 스패타와 기름의 증발에 대처키 위하여 가능한한 멀리(f=200mm) 격리되도록 하였다.
모든 응력 원소들이 관찰되어야 한다. 이들의 웅력 정도를 알아보기 위하여 인장, 굽힘 또는 비틀림 시험에 의하여 유도되며 이 실험에서는 인장 시험을 통하여 점 용접과 함께 레이저 용접을 실시 하였으며 두 값을 비교하여 분석 하였다.
플렌지 끝단으로 부더의 최적 응접 위치를 선정하기 위하여 위의 동일한 용융 강판과 출력 (P=4kW)을 사용하였으며, 플랜지 단부로부터 1.5, 3, 5, 7mm의 거리에서 레이저 용접을 실시하였다. 판정은 상부 판재의 Bead 형상에 의하여 정의하였다.

대상 데이터

본 연구를 위 하여 3 종류의 용융도금강판 SGARC35 60/60(1.2t), SGARC35 60/60(1.4t), SGACEN F30/F60(0.7t) 이 사용되었으며, Side Panel 은 현존의 3 겹 상태로 실험을 실시하였다. 사용된 레이저는 HAAS 사의 CW HL4006D(4kW)를 사용했으며, 빔은 모재에 수직으로 용사되며, 직경은 1:1 비율에 의한 0.
7t) 이 사용되었으며, Side Panel 은 현존의 3 겹 상태로 실험을 실시하였다. 사용된 레이저는 HAAS 사의 CW HL4006D(4kW)를 사용했으며, 빔은 모재에 수직으로 용사되며, 직경은 1:1 비율에 의한 0.6mm 의 지름을 갖는다. 이 연구에서는 되도록 높은 용접 속도를 위하여 적은 초점 직경을 갖도록 했다.
모든 시편의 간격은 클램프에 의하여 OGap 상태로 용겁을 실시하였다. 용융강판의 두께는 상부 판재 1.2mm 중간 판재 1.4mm와 하부 판재 0.7mm 로 구성되어 있으며 모든 판재는 양면 도금 강판이다. 각 용접 형태의 실험 변수들을 아래의 table 1 에 열거 하였다.
차후 인장시험을 위하여 100mm X 330mm의 철판을 사용하였다.

이론/모형

5, 3, 5, 7mm의 거리에서 레이저 용접을 실시하였다. 판정은 상부 판재의 Bead 형상에 의하여 정의하였다. 아연 증기 상태의 동향과 함께 Bead 형상이 구체적으로 논의되었다.

성능/효과

1. 주어진 강판(GAL2t+GA1.4t+GA0.7t) 있어서는 3 겹 겹치기 용접에 있어서 0.03m/s의 변수가 아연 증기 발생과 니부 응력 형성에 이상적인 조건을 나타냈다.
4. 모재 내에서의 긍징직인 일 확산과 아연 가스의 증발 현상이 본 연구에서는 0.03m/s에서 최상으로 나다났다.
6. Crashtest 에 있어서 레이저 용접은 점 용접에 비하여 경도 및 강도에 있어서 보다 향상된값을 보였다. 이를 통하여 Side Panel 용접에 있어서 용접 수를 줄일 수 있는 방안을 마련할 수 있다.
YAG 레이저를 통한 차체 부분의 용접은 차체 경도의 향상뿐 아니라, 차체의 중량 감소를 통한 경량화에 지대한 영향을 미친다. 또한 레이저 용접은 접합 형태에 있어서 연속적인 용접형태를 가능하게 하므로서 사이드 판재의 비틀림 경도를 약 30%의 성능개선을 유토 하며 이로 인한 경량화 정도의 향상을 가져온다. 빔의 유입이 광 화이버를 통하여 가능하며 이 장점은 레이저의 용접 탄력성에 매우 유용하도록 작용한다.
고 밀도 에너지 분포에 의해 아연 증기의 증발이 발생에도 불구하고 판재 내부에서의 적질한 열 확산과 이상적인 내부 응력의 형성을 볼 수 있었다. 또한 이상적인 비드 폭과 함께 길이와 깊이 그리고 아연증기 가스의 배출도 적절한 비드 형성에 적은 영향을 나타냈다.
종래의 저항용접에 비하여 레이저 용접은 얇은 판넬을 제공하며, 레이저 빔의 높은 에너지 밀도는 고속의 용접 속도와 높은 생산성을 제공하며, 동시에 낮은 열 유입을 통하여 적절한 열 확산과 적은 내부웅력을 형성케 한다 2). 또한 진동부하에 있어서 현존의 저항용접보다 높은 강도와 경도를 갖는 것을 알 수 있다. 또한 용접 비드의 안정직인 형성을 위하여 정확한 간격을 가능하게 하는 Tool 개발도 동시에 진행되었다.
양호한 형태를 형성헸다. 상부 판제와 하부 판재 두께의 차이가 거의 2 배인 상태에서 최적변수의 선정에 이려움이 있었으나 반복되는 변수 선정을 통하여 양호한 비드를 얻어낼 수 있었다. 고 밀도 에너지 분포에 의해 아연 증기의 증발이 발생에도 불구하고 판재 내부에서의 적질한 열 확산과 이상적인 내부 응력의 형성을 볼 수 있었다.
심각한 경우에 있어서는 열유도 막힘 현상을 통한 열 역학적인 내부 웅력이 발생하여 비드의 파괴 현상이 발생하게 된다. 이 실험의 결과로 X=3mm 로부터 최적의 용접 비드 형상을 관찰할 수 있었다. 레이저 용접에 의한 기공 형성 빈도는 기존의 용접 방식보다 높게 생기는데, 이는 ''용접 비드의 깊이/ 용접비드의 폭”의 관계에 있어서 현저한 차이와 동시에 고온으로 인한 짧은 용융 시간 및 냉각시간이 용융 풀에 있어서의 가스 방출을 저헤 한 것으로 사료된다.
그로 인한 비드 폭의 확장 현상을 현저하게 볼 수 있었다. 저속(V=0.01m/s)의 용접은 모재 내부에서의 열확산에 긍정적인 작용을 통하여 아연 가스 폭발의 현상을 최소화 할 수 있었다. 그러나 레이저 적용의 경제성 문제와 양산 적용을 위한 C/Time 에 부정적인 역할을 한다.
4). 종합적인 결과로 레이저 용접은 점 용접에 비교하여 15-30%의 강도 향상을 볼 수 있었다.

후속연구

2. 레이저 용접을 산업에 직용하기 위하여는 현저한 용접 판재 두께 차이에 의한 용접의 어려움을 설계 변경을 통하여 개선해야 한다.

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