자동차용 1500MPa급 초고강도강의 레이저 용접 특성에 관한 연구

Abstract

자동차 산업에서는 환경문제와 국제 유가 상승 등으로 인한 차량 경량화의 노력이 요구되고 있다. 따라서 알루미늄 합금과 특수 소재 등을 적용하여 차량 중량을 줄이는데 활용하고 있지만 비용과 강도 측면에서 철강소재를 극복하기에 위해 많은 문제점이 있다. 따라서 강도와 성형성이 좋은 UHSS(Ultra high strength steel)의 적용이 증가하고 있다. 특히 운전자 보호를 위한 안전 규제가 강화되면서 범퍼(Bumper)나 A, B 필러(Pillar) 부분에 1500MP급 초고강도강의 적용이 점차 늘어나고 있고 레이저 용접의 우수성이 알려지며 차체 적합에 그 적용이 증가하고 있다. 따라서 1500MP급 초고강도강의 레이저 용접 특성에 대한 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 상대적으로 강도가 낮은 UHSS 소재의 레이저 용접 특성파악, 1500MPa급의 보론 합금강과 Al-Si 성분이 코팅된 Al-Si 코팅 보론 합금강의 소재를 가지고 레이저 빔 특성(Beam characteristic), 그리고 용접 이음(Weld joint) 방법에 따른 용접 특성에 대해 알아보고자 하였다. 첫째로 600~1200MPa의 다양한 강도를 가지는 UHSS소재에 대해 CO2 레이저를 이용하여 기초 실험을 수행하였으며 강도에 따라 소재가 가지는 용접부의 기계적인 특성에 대해 알아보았다. 실험 결과 일반적으로 용접 금속부(Weld metal)에서 경화(Hardening) 현상이 나타났으며 소재의 강도가 높아짐에 따라 1000MPa급 이상의 소재에서 열영향부(Heat affected zone)에서 연화(Softening) 현상이 나타남을 확인 하였다. 둘째로 레이저 빔 특성에 따라 앞서 언급한 소재에 대해 맞대기 용접을 실시하여 용접 특성을 파악하였다. 레이저 빔의 직경이 줄어 들수록 용접 속도가 빨라지게 되고 용접 금속부와 열 영향부의 폭이 감소하여 기계적 성질이 향상됨을 알 수 있었다. Al-Si 코팅층이 존재하는 소재의 경우 상대적으로 레이저 빔 직경이 작아 좁은 용접금속부가 생성된 조건에서 파단이 원인이 된 개재물이 용접부에 형성되어 기계적 강도가 저하되었다. 셋째로 레이저 빔 특성에 따라 각 소재의 겹치기 용접을 수행하여 그 용접 특성을 파악하였다. 실험을 통해 겹치기 용접 시 Al-Si성분의 코팅층이 용접부의 기계적 특성에 영향을 주게 됨을 알 수 있었다.