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CFRP-steel 이종소재의 CFRP 홀 가공 기반 SPR-glue Hybrid 접합
감동혁(D. H. Kam),조경환(K. H. Cho) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
차량 경량화는 내연기관(ICE) 자동차의 연비 향상과 배기가스 감소를 위한 가장 효율적인 방법 중 하나이다. 또한 친환경 자동차인 전기차(EV)의 주행거리 확보를 위하여 경량 차체 구현이 필요하다. 자동차 경량화를 구현하기 위하여 초고강도강, 알루미늄, 복합재 등 경량 다종소재 적용이 확대되고 있으며, 개별 부품의 요구특성 및 가격에 따라 적합한 경량화 소재가 복합적으로 요구된다. 따라서 다종소재 부품을 조립하기 위하여 이종소재 접합이 필요하다. CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic)는 무게 대비 강성이 높아 차량 경량화 소재로 각광을 받으나 금속 소재와 물성이 매우 상이하여 기존의 용융용접이 불가한 단점이 있다. 따라서, 접착제 접합이나 기계적 체결 등 비용접법이 제안되고 있다. 본 논문은 CFRP 와 Steel 의 이종소재간 SPR (Self-piercing Rivet)과 접착제 접합이 혼합된 SPR-glue Hybrid 접합을 이용한 접합 품질에 대하여 설명한다. 또한, 고강도의 CFRP 와 Steel 이 조합된 경우 SPR 접합이 불가한 경우가 많으므로 SRP-glue Hybrid 접합에 앞서 CFRP 에 홀 가공을 진행함으로써 SPR 의 접합이 가능함을 보여주고자 한다. 그리고 CFRP-steel 로 구성된 경량 B-pillar 의 조립 강도가 기존 Steel 기반 B-pillar 에 적용된 저항점 용접 조립 강도와 동등 이상이 될 수 있도록 SPR-hybrid 접합 공정을 최적화하고자 한다.
감동혁(Dong-Hyuck Kam),김영민(Young-Min Kim),김철희(Cheolhee Kim) 대한용접·접합학회 2016 대한용접·접합학회지 Vol.34 No.1
Recent developments of Laser metal 3D deposition with wire feeding are reviewed which provide an alternative to powder feeding method. The wire feeding direction, angle and position as well as laser power, wire feeding rate, and deposition speed are found to be key parameters to make quality deposition with high throughput. When compared with the powder feed, the wire feed shows higher material efficiency, higher deposition rate, and smoother surface. Large elongated columnar grains which have epitaxial growth across deposit layers are observed in deposit cross sections. The growth direction is parallel to the thermal gradient during the deposit process. Tensile properties are found to be dependent on the direction due to the anisotropic deposit property. A real-time feedback control is demonstrated to be effective to improve the deposition stability.
Ti-6Al-4V 합금의 Gas Metal Arc Welding (GMAW) 에서 Electrode Negative (EN) 극성 적용이 용접성에 미치는 영향
이태현,오제훈,감동혁 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5
티타늄 합금은 비중 대비 높은 항복강도를 가지고 있으며, 높은 내식성과 고온환경에서의 우수한 기계적 물성을 가지기 때문에 고기능 경량소재로 평가받는다. 티타늄 합금에 GMAW기법을 적용할 경우 높은 용착 효율을 가지지만, 저 전류 용접 영역에서 대량의 스패터, 용접선 이탈, 젖음성 저하 등 다양한 용접결함이 발생되는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 Ti-6Al-4V 합금의 GMAW에서 EN극성이 용접성에 미치는 영향을 평가하였다. EN극성의 효과를 확인하기 위하여 교류 전류 파형 및 극성 비율의 제어가 가능한 프로니우스사의 CMT-Advanced 용접기를 사용하였다. EN극성이 용접성에 미치는 영향은 극성의 비율에 따라 Bead On Plate (BOP) 용접을 수행한 후 와이어의 용융량의 측정과 용착부의 단면 형상을 비교 평가하였다. 용접 중 사용된 전원의 출력에 따른 용착 효율을 확인하기 위하여 용접전류 및 용접전압의 측정을 실시한 후 분석을 진행하였다. 또한 극성의 변화에 따른 아크의 거동과 와이어 용융현상을 관찰하기 위해 두 대의 고속카메라를 동시 촬영하였다. 실험 결과 EN극성의 비율 증가에 따라 와이어의 용융량의 감소와 젖음성이 향상되는 현상을 확인하였다. 와이어 용융효율은 완전한 EN 극성을 적용되었을 경우 EP 극성에 대비하여 8.2% 감소하였다. 고속촬영 결과를 통하여 티타늄 원소로 인한 열전자 방출이 아크의 거동을 변화시키며, 와이어 용융량에 영향을 미치는 것으로 확인되었다.
아크열원을 이용한 Inconel 718의 금속적층에서 SS 275 모재로의 대체 가능성 평가
이태현,오제훈,감동혁 대한용접접합학회 2019 대한용접·접합학회지 Vol.37 No.1
Additive manufacturing of novel metals has received much attention as an alternative to traditional manufacturing because of its high material efficiency, shorter lead time and higher design flexibility. However for most additive manufacturing base substrate were not considered in the calculations. Generally, the base substrate is applied in the same material or similar chemical component alloys. This is in addition to the feedstock and the cost of use since it is discarded after the process in the process of removing the base substrate after the process. Therefore, it is very important to minimize the cost of the base substrate and the use of cheaper and different materials should be considered. In this study, substitution of base substrate in the production of arc and wire additives using gas metal arc welding (GMAW) was evaluated. Inconel 718 was deposited on two different substrates (SS275, Inconel 718). In SS275 substrate, we observed that after three layers of deposition, the deposition width is similar to the thickness of the Inconel 718 substrates. It has also been found that dilution from the fourth deposition layer with respect to the SS275 substrate by examining the dilution from the viewpoint of the deposition layer can be solved by cutting the first three layers of the dilution problem.
Al/Steel 이종소재 (구조용 접착제 + SPR) 하이브리드 접합부의 염수분무 시간에 따른 파단모드 및 접합강도 연구
이한주,강태영,이승훈,장우석,감동혁,김철희,금종원,이광원,박영도 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5
최근 배출 가스 규제 등이 강화됨에 따라 자동차산업에서는 차체 경량화를 통한 연비 상승을 위해 노력하고 있다. 이를 위해 알루미늄과 같은 경량소재와 강성 확보를 위한 steel 소재를 조합하는 등의 다양한 이종 소재 조합에 대한 접합 방법들이 소개되고 있다. 이러한 이종 소재는 self-piercing rivet (SPR) 공정으로 체결이 크게 증가하고 있으며 특히 접합강성 증가 및 내식특성 향상 개선을 위해 판재 계면에 구조용 접착제를 도포한 하이브리드 공정에 대한 다양한 시도가 진행되고있다. 그러나, 이러한 하이브리드 공정은 단순 SPR 체결시 발생하는 이종 소재 및 SPR rivet 사이 전위차에 의한 갈바닉 부식에 따른 체결 부 기계적 특성 저하 이슈가 존재할 뿐만 아니라 Steel 과 Al 판재 계면에 존재하는 접착제의 경화 이후 염수분무 시간에 따른 접착성능 저하와 이후 발생하는 갈바닉 부식과의 상관성에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 Al/Steel 조합 하이브리드 공정 접합부에 염수분무 시간을 변수로 부식에 따른 SPR 하이브리드 체결부 파단모드와 접합강도 간의 상관관계를 도출하였다. Al/Steel 이종 소재에서 염수분무 약 10일 경과 직후 부식물의 friction 효과로 인한 전단 인장강도 소폭 증가가 보고된 바가 있으며 본 연구에서도 유사한 결과가 도출되었다. 염수분무 시간이 60일까지 진행됨에 따라 구조용 접착제가 포함된 하이브리드 접합의 경우 급격한 강도 저하가 관찰되었으며 그에 따른 접착제의 파단모드 변화도 관찰되었다. SPR 하이브리드 급격한 강도저하는 접착제가 염수와의 반응에 따른 화학적 결합력 감소에 기인하며 이후 SPR 체결부의 갈바닉 부식으로 전이가 발생하는 것으로 분석되었다.