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티타늄의 레이저용접에서 키홀 형성 요인

전문가 제언:    ○ 티타늄은 가볍고 비강도가 높으며 고내열성을 가지고 있고, 산과 해수에 대해서도 강한 내식성을 나타내고 있다. 이러한 이유로 조선, 경량 선박, 항공기, 화학플랜트기기, 의료기기, 경기용 기기, 장신구 등에 폭넓게 사용되고 있다. 티타늄은 활성금속이어서 용접 시에 산소 등과 반응하여 품질을 저하시키기 때문에 가스실드를 충분히 유지할 필요가 있으며, 나아가 키홀의 형성원리를 파악하는 것이 무엇보다 중요하다.

   ○ 레이저용접에서는 종래 용접법에 비해 저입열과 고속용접이기 때문에 산화를 억제할 수 있어 비교적 고품질의 용접이 이루어진다. 그러나 레이저용접 특유의 키홀에 기인되는 기공(porosity) 등의 용접결함이 발생한다. 고품질의 레이저용접을 실현하기 위해서는 본 자료를 참고로 한 티타늄의 키홀 형성기구의 규명이 대단히 중요하다고 사료된다.

   ○ 지금까지 X선을 이용한 관찰에 의한 키홀의 분석 및 수치계산에 의한 해석이 선진국에서 주도적으로 진행되고 있지만, 레이저와 재료와의 상호작용을 포함한 키홀 내부의 현상은 아직까지 충분히 밝혀져 있지 않은 상태에 있다. 적은 비용으로 생산성이 높고 품질이 우수한 제품의 생산을 위해서는 향후 국내연구진의 적극적인 기술투자가 필요하다.

   ○ 본 연구에서는 순티타늄에 대하여 레이저출력을 변화시키면서 멜트-런(melt-run) 용접을 행하여 키홀의 형성과정의 X선 투시관찰을 행하였다. 입자법을 이용하여, 레이저광의 반사 및 후레넬(frenel) 흡수와 증발에 의한 반도압을 고려하여 수치계산을 하였다. 또한 X선 투시관찰결과와 비교하여, 키홀의 형성과정에 의한 증발속도에 주목하여 키홀 내부현상을 규명하였다.

   ○ 2014년 포항산업과학연구원, 포스코의 국내 등록특허(10-1419879)에 의하면, 레이저빔을 조사하여 튜브를 가열하고 용융시켜 키홀이 형성되게 하는 원리로, 레이저 발생장치를 이용한 튜브 제조장치를 개발하였다. 이러한 경우, 키홀의 현상분석은 티타늄합금, 마그네슘합금 등의 산화되기 쉬운 소재의 레이저 용접에서 기공 등의 내부 결함을 감소시키고, 생산성을 향상시키기 위해 필요한 용접기술로 깊이 인식되고 있다.

저자: Isaku Chimura, Yousuke Kawahito, Hidekazu Murakawa and Seiji Katayama？
자료유형: 니즈학술정보