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자동차용 핫스탬핑 보론강판의 ARM 레이저 용접시 센터 빔/링 빔 출력 조정에 따른 용접부의 편석과 미세조직 비교
전현욱(Hyun-Uk Jun),김재원(Jae Won Kim),천주용(Jooyong Cheon),김재득(Jae-Deuk Kim),지창욱(Changwook Ji) 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5
최근 세계적인 환경 규제 강화로 인하여 자동차 산업에서는 CO2 가스 배출 저감과 연비향상을 위한 차체의 경량화와 더불어 운전자의 안전을 위한 강성 및 내구성 확보가 요구되어, 보론강과 같은 1 GPa급 이상인 고강도강 적용이 증가하고 있다. 하지만 강재가 고강도화됨에 따라 프레스 성형시 연성이 부족하여 복잡한 형상의 가공이 어려운 실정이다. 이러한 성형성 문제를 해결하기 위해 고온에서 성형과 동시에 빠른 냉각을 함으로써 강도 및 성형성을 동시에 확보할 수 있는 핫스탬핑 공법이 적용되었다. 그러나 이 공법은 900℃ 이상의 가열공정으로 강재의 표면산화에 의한 스케일 생성 및 표면탈탄 현상을 방지하기 위해서는 Al-Si(10wt%) 도금이 필수적이다. 이러한 도금층으로 인해 핫스탬핑용 Al-Si 도금 보론강의 단일 빔 파이버레이저 용접시 도금층이 용융부에 혼입되어 페라이트를 형성하여 용접부의 강도를 저하시키는 문제로 인해 많은 어려움을 겪고 있다. 레이저 용접은 타 용접법에 비해 용접속도가 빠르고 입열량이 작아 열변형이 작은 이점이 있고, 비드 외관이 미려할 뿐만 아니라 정밀성, 안정성이 높다. 현재는 파이버 레이저 시스템에서 조정 가능한 링 모드(ARM)를 추가한 차세대 고출력 파이버 레이저가 개발되었다. ARM 레이저는 스패터 저감, 심 품질 향상 및 생산성 증가와 같은 많은 이점이 제시되었지만, ARM 레이저 용접 메커니즘 연구 및 공정 개발에 관한 연구는 미비한 실정이다. 특히 ARM 레이저 용접의 경우, 센터 빔/링 빔의 출력 값에 따라 용접 효율이 달라짐으로써, 용접부의 형상 및 미세조직 특성에 차이가 발생할 것으로 예상된다. 본 연구의 목적은 핫스탬핑용 Al-Si 도금 보론강의 ARM 레이저 용접시 센터 빔과 링 빔의 출력 값의 조정에 따른 용접부의 형상, 미세구조의 변화를 통해 링 빔의 효과를 명확하게 고찰하는 것이며, 이를 위해 도금층의 성분인 Al과 Si의 용융부 혼입에 따른 편석 현상과 상변화에 대한 경향을 현미경과 전자탐침미량분석기(EPMA)를 이용하여 비교·분석하였다.
Hyun-Uk Jun(전현욱),Jae Won Kim(김재원),Jae-Hun Kim(김재훈),Kwang-Weon Lee(이광원),Jooyong Cheon(천주용),Changwook Ji(지창욱) 대한용접·접합학회 2021 대한용접·접합학회지 Vol.39 No.1
This study investigate the effect of weld mechanical properties and the failure mode on the distance of misalignment that occurs during resistance element welding (REW) when the base sheet (steel plate) overlaps the cover sheet (aluminum plate). Differences exist in the tensile shear strength, cross tension strength, ductility ratio, and failure mode based on the distance of misalignment. The length of the nugget diameter is a major factor that influences the mechanical properties and failure mode in the REW. In addition, it is necessary to consider, the asymmetrical nugget shape derived from the abnormal current path which itself results from an increase in the misalignment distance, as well as the stress concentration generating mechanism resulting from the gap between the cover sheet and base material.
A6014-T4 합금 소재의 저항 용접 시 용접부 미세구조 및 전극 열화에 미치는 전극 패터닝 효과
전현욱(Hyun-Uk Jun),김재훈(Jae-Hun Kim),천주용(Jooyong Cheon),김재득(Jae-Deuk Kim),김원호(Wonho Kim),지창욱(Changwook Ji) 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5
세계적으로 온실가스 배출, 연료 경제에 대한 규정이 강화됨에 따라, 자동차 산업분야에서는 연비 개선 및 환경문제가 지속적으로 대두되고 있다. 차체 경량화를 위해 알루미늄, 마그네슘, 탄소섬유 강화 복합재료 등의 다양한 경량소재의 적용이 필요하다. 특히 알루미늄 합금 판재를 차체에 적용할 경우, 주철이나 강철보다 전체 중량의 40-60 % 감소하는 효과와 더불어 다른 경량소재에 비하여 많은 장점을 지니고 있어 차체부품에 대한 적용 및 확대가 이루어지고 있는 실정이다. 하지만, 알루미늄 합금 판재는 높은 산화 특성으로 인해 수초 내에 표면에 불균일한 산화층을 형성시키는데, 이는 저항 점 용접 공정에서는 절연체 역할을 함으로써 알루미늄 합금 판재 판재와 구리 전극 계면 사이에 높은 발열을 야기시켜 전극 표면 합금화, 전극열화, 비산형상, 표면 균열 등의 문제를 발생시킨다. 이러한 문제점들을 개선하기 위해 많은 공법들이 제시되었으며, 실용성 및 경제성 측면에서 전극 패터닝을 활용한 공법에 대한 이슈가 가장 부각되어지고 있다. 기존에 전극 패터닝 공법을 통해 용접성 향상 및 전극 열화를 개선시킨 연구가 보고되어 있으나, 전극 패터닝에 따른 용융 거동 및 용접성 향상 효과의 원인에 대한 연구가 미흡하다. 본 연구에서는 격자 모양의 형상으로 금형을 제작하여 반복 가압을 통해 전극 패터닝공법을 구현하였으며, 격자 모양의 패턴 형상을 사용한 이유는 전극 표면에 인장 및 압축 변형을 교차로 방생시키는 지점을 극대화하기 위함이다. 연구의 목적은 A6014 - T4 합금 소재의 저항 점 용접에서 모니터링 시스템을 활용한 전극 패터닝 유무에 따른 용융 거동에 대한 영향을 전기적, 열적 특성을 통해 간접적으로 분석하여 패터닝 효과에 대해 고찰하는 것이며, 연속적인 용접 공정에서 전극 형상에 따른 용접부 미세구조 및 전극 열화를 현미경과 고분해능 전자현미분석기를 이용하여 용접성 비교·분석해보았다.
핫스탬핑 보론 강판의 ARM 레이저 용접 시 용융 거동 및 미세조직에 미치는 링 빔 모드의 효과
전현욱(Hyun-Uk Jun),천주용(Jooyong Cheon),김재훈(Jae-Hun Kim),김재득(Jae-Deuk Kim),김원호(Wonho Kim),지창욱(Changwook Ji) 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.11
최근 세계적인 환경 규제 강화로 인하여 자동차 산업에서는 온실 가스 배출 저감과 연비향상을 위한 차체의 경량화와 더불어 운전자의 안전을 위한 강성 및 내구성 확보가 요구되어, 보론강과 같은 1.5 GPa급 이상인 고강도강 적용이 증가하고 있다. 하지만 강재가 고강도화됨에 따라 프레스 성형시 연성이 부족하여 복잡한 형상의 성형이 제한적이며, 금형에 가해지는 하중 증대로 인하여 금형의 수명단축이 문제로 작용하고 있다. 이를 해결하기 위해, 경화능이 우수한 보론강에 고온에서 성형과 동시에 빠른 냉각을 통한 강도 및 성형성을 동시에 확보할 수 있는 핫스탬핑 공법을 적용함으로써 실용화되고 있다. 이 공법은 900℃ 이상의 가열공정으로 강재의 표면산화에 의한 스케일 생성 및 표면탈탄 현상을 방지하기 위해서는 Al-Si(10wt%) 도금이 필수적이다. 이러한 도금층으로 인해 핫스탬핑용 Al-Si 도금 보론강의 단일 빔 파이버 레이저 용접시 도금층이 용융부에 혼입되어 페라이트를 형성하여 용접부의 강도를 저하시키는 문제점이 발생한다. 레이저 용접은 타 용접법에 비해 용접속도가 빠르고 입열량이 작아 열변형이 작은 이점이 있고, 비드 외관 및 정밀성이 뛰어나다. 현재는 파이버 레이저 시스템에서 독립적으로 조정 가능한 링 모드(ARM)를 추가한 차세대 고출력 파이버 레이저가 개발되었다. ARM 레이저는 스패터 저감, 심 품질 향상 및 생산성 증가와 같은 많은 이점이 제시되었지만, ARM 레이저 용접 메커니즘 연구 및 공정 개발에 관한 연구는 미비한 실정이다. 특히 ARM 레이저 용접의 경우, 빔 모드에 따른 용접 효율이 달라지기 때문에 용접부의 형상 및 미세구조 특성에 많은 변화가 예상된다. 본 연구의 목적은 자동차 차체 소재인 Al-10Si 도금된 보론강을 레이저 용접시 센터 빔과 링 빔의 출력 값의 조정에 따른 용접부의 용융거동 및 미세구조의 변화를 통해 링 빔의 효과를 명확하게 고찰하는 것이며, 이를 위해 도금층의 성분인 Al과 Si의 용융부 혼입 위치(농도)에 따른 편석 현상과 상변화에 대한 경향을 체계적으로 검토하고자 현미경과 전자탐침미량분석기(EPMA)를 이용하여 비교·분석하였다.
알루미늄 6014 - T4 합금의 저항 점 용접에서 예비 통전이 너겟 성장 및 용접성에 미치는 영향
전현욱(Hyun-Uk Jun),김재훈(Jae-Hun Kim),천주용(Joo-Yong Cheon),김영곤(Young-Gon Kim),김양도(Yang-Do Kim),지창욱(Changwook Ji) 대한용접·접합학회 2020 대한용접·접합학회지 Vol.38 No.2
In this study, the growth behavior of nugget and button diameter according to pre-welding conditions was investigated using dynamic resistance behavior in resistance spot welding. In the single welding condition, the nugget was generated when the welding current was stronger than 15 ㎄. When the current was increased to more than 35 ㎄, the shape of the nugget was unbalanced because the Peltier effect in resistance welding was too strong. With multi-welding using the pre-welding condition, the nugget diameter was reduced and melting was concentrated in the center, compared to the single-welding condition. This occurs because it plays a role in the lowering of surface resistance and the extension of the conduction area at the faying surface by breaking-down the oxide layer.
Al-Si 도금된 핫스탬핑 보론강 볼트 프로젝션 용접 시 도금층 용융 거동이 용접성에 미치는 영향
김재훈(Jae-Hun Kim),전현욱(Hyun-Uk Jun),천주용(Joo-Yong Cheon),김양도(Yang-Do Kim),지창욱(Changwook Ji) 대한용접·접합학회 2020 대한용접·접합학회지 Vol.38 No.1
In this study, the effect of Al-Si coating melting behavior and weldability during the resistance spot welding of hot stamped boron steels was investigated. In the case of the Al-Si coated hot-stamped boron steel, high heat was generated on the surface and the oxide layer by the intermetallic coating, and the molten coating layer pushed toward the outer edge of the weld like a film of liquid. The liquid coating layer accumulated at the periphery, preventing current flow and extension of the contact area, and this influenced the height of the nugget growth. As a result of the limited nugget growth, weld strength decreased. However, in the case of bare hot stamped boron steel, relatively low heat was generated due to the large contact area, and the nugget grew in the longitudinal direction. Compared to the nugget diameter of Al-Si coated hot-stamped boron steel, this can result in superior weldability.