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고밀도 에너지빔을 이용한 알루미늄합금 용접부의 기계적 성질

전문가 제언: ○ 최근 환경보호의 일환으로 차량용 배기가스 규제가 심해짐에 따라 자동차업체들은 매연가스의 배출량을 줄이고 자동차의 연비향상을 위한 차체의 경량화를 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 대표적 경량소재인 알루미늄합금은 특성상 강재보다 용접이 어렵고 단가가 높기 때문에 현재는 제한적으로 사용하고 있지만 가까운 장래에 차량경량화를 위한 핵심재료로 활용될 것으로 예측된다.

○ 알루미늄합금을 용접하는 경우 고밀도 열원이 필요하기 때문에 레이저빔을 이용한 용접은 매우 효과적인 접합방법이다. 레이저빔 용접은 아크용접에 비해 용접속도가 10배 이상으로 생산성이 높고 고정밀/고품질의 장점을 갖고 있으며, 빠른 냉각속도로 인해 수지상간격이 좁아지므로 아크용접금속에 비해 기계적 성질이 개선될 수 있다.

○ 알루미늄합금의 레이저빔 용접부에 발생하는 주요 용접결함은 고온균열(hot cracking)과 기공(porosity)이므로 각 용접결함의 발생원인과 발생 기구를 파악하여 방지기술을 마련하는 것이 중요하다. 또한 알루미늄합금 표면에서의 레이저빔 반사율이 80% 이상으로 연강의 25%에 비해 매우 높으므로 레이저빔 용접 시 초기 용융이 일어날 수 있도록 약 4.5×106W/㎠ 이상의 출력강도를 공급하는 것이 필요하다.

○ 비열처리형인 5000계열 알루미늄합금 레이저빔 용접부의 강도는 모재의 약 80% 이상이나 연신율은 모재의 약 50% 이하로 낮으며, T. Debroy 등은 용접 중에 발생하는 기공과 용착부족(underfill) 그리고 마그네슘의 손실(magnesium loss)에 의해 모재강도 저하현상이 발생한다고 보고하였다. 이를 극복할 수 있는 방법으로 용가와이어(filler wire)의 사용, 레이저와 아크용접을 결합한 하이브리드 용접의 사용 등이 제시되고 있다.

○ 알루미늄합금의 레이저빔 용접시공은 레이저빔 출력, 용접속도, 보호가스 등에 의하여 많은 영향을 받으며, 용가와이어를 사용하는 경우 와이어 공급 속도 또한 매우 중요한 변수로 작용한다. 따라서 이들을 종합적으로 고려하여 최적의 용접시공 조건을 도출할 필요가 있다.

저자: Tomiko Yamaguchi
자료유형: 학술정보