KR100500992B1

KR100500992B1 - 프레스 압하방식의 twb제품의 제조방법

Info

Publication number: KR100500992B1
Application number: KR10-2001-0086848A
Authority: KR
Inventors: 이영수; 김동환; 이용진
Original assignee: 현대하이스코 주식회사
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2005-07-11
Also published as: KR20030056584A

Abstract

본 발명은 복수의 이종(異種) 강판을 목적에 맞게 용접하여 조립하는 프레스 가공 소재의 제조 과정에서 생산성 및 품질이 우수한 결합용접소재(TWB) 제조를 위한 방법에 관한 것이다. 발명의 목적은 정밀 절단한 소재를 레이저(Laser) 용접할 때 용접 허용 갭을 강판의 품종, 재질, 두께에 따라 0.3mm이하의 범위안에서 자동 제어토록 함으로써 용접 불량율을 1% 미만으로 향상시키는 것을 목적으로 기존 롤러시스템(Roller System) 방식인 소우카(Souka)의 압력을 자동 제어하는 방법을 개발한 TWB 제조 방법에 관한 것이다.

Description

프레스 압하방식의 TWB제품의 제조방법{A process for producing press-style tailored welded blanks}

본 발명은 자동차용 프레스 압하방식의 TWB(Tailored Welded Blank) 제품의 제조 방법에 관한 것이다. 이 방법은 이미 세계적으로는 유럽 및 미국 그리고 일본 등지에서 자동차 프레스 가공용 소재 제작 방법으로 널리 사용되어오는 있는 방법으로서, 복수의 이종(異種) 강판을 목적에 맞게 절단(Tailored)한 후 2개 또는 3개를 레이저(Laser)로 용접하여 일체화 성형을 하도록 되어 있다.

종래, 이를 전문적으로 제조하는 방법으로는 통상 4가지 방법이 사용되어 왔다. 즉, 독일 티센 그룹이 개발한 금형 및 크럽쉐어(Crop Shear)의 정밀가공을 통해 용접 허용 갭(gap)을 최소화하여 갭 0.1mm 이내까지 용접이 가능하도록 하는 방법, 스위스 수드로닉(Soudronic)사에서 개발한 용접 단면부의 프레스 압연(Press Rolling) 방법, 미국의 빌(Vil)사가 개발한 판재의 끝단(Edge)면을 정밀 절단기로 절단하여 용접하는 방법, 그리고 미국 에이더블유에스(A.W.S)사의 연속 레이저(Tandem Laser) 생성원(Source)를 이용한 용접 방법들이 그것이다..

본 발명은 프레스 압연 방법과 관련된 것으로 얇은 두께의 판재를 고정하고(Clamping) 두꺼운 판재를 얇은 판재쪽으로 맞붙인 후 두꺼운 판재의 끝단(Edge)부를 압연함으로서 맞붙인 판재 사이의 갭을 0.3mm 이하로 줄여 용접하는 방식이다. 이 방식은 정밀 금형 기술이 필요 없으며 단순 직선 용접에 유리하며 품질의 안정성이 높은 용접 방법이다. 그러나 종래기술에서는 한쪽면 만을 지나치게 압연함으로서 용접부의 경도가 증가되고 및 고정(Clamping) 과정을 반복함에 따른 생산성 감소 및 판재 사의의 갭에 따른 제품의 품질 문제, 생산성 그리고 압연시 발생하는 롤 내구성 저하 등의 문제점을 가지고 있어 효율화 되지 못하였다.

레이저 용접은 레이저 광선(Beam)의 품질에 문제가 없다면 용접 특성과 그 정밀도는 두 개의 피용접물의 갭에 따라 용접 특성과 정밀도가 결정되게 된다. 프레스 압연 방식의 TWB 제조에 있어서 중요한 기술적 과제는 두 피용접물 사이의 갭을 최적화하는 것이 매우 중요하다. 특히 판재의 절단 상태, 강도, 두께에 따라 압연시 가해야 하는 힘이 달라지기 때문에 피용접물의 갭(Gap)을 최적화하는 방안 또는 이를 극복하는 방안 등이 필요하게 된다.

본 발명에서는 연구 결과 ① 갭을 최적화하기 위한 방법과 이를 제어하는 방법, ② 롤의 내구성 저하를 최소화 하는 방법, ③ 용접부의 성형성을 모재부의 80% 이상 또는 최대화하는 방법, ④ 통상의 프레스 압연 생산성 대비 생산속도 향상을 주안점으로 하여 그 기술수단을 연구 창안하였다.

즉, 본 발명은 프레스 압하(Press Rolling) 방식의 TWB 제품생산을 위하여 그 공정 롤 압력을 재료, 기계, 물성값을 이용하여 자동제어하도록 한 용접 방식을 창안한 것이다. 도면을 이용하여 이를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명상의 용접 롤 시스템을 사진으로 보여주고 있다.

도 2는 본 발명상의 용접 과정을 모식적으로 나타낸 것이다. 먼저 용접되어질 두꺼운 판재가 수압(水壓)하치용 클램핑죠(Hydraulically loaded Clamping Jaws)에 의해 하치 또는 하적되고 이 판재는 정지(Positioning Stop) 위치에 와서 정지한다(도 2(a)). 다음 위치정지구( Positioning Stopper)가 위로 올라가고 용접되어질 제 2의 판재가 두꺼운 판재쪽으로 놓여져 밀착된다(도 2(b)).

피용접물 판재들은 각각의 직선도, 절단 각도, 절단 길이차, 두께차 및 우툴두툴한 부분(Burr) 등의 여러 가지 요인에 의해 두 피용접물 사이에 틈(Gap)이 발생하게 된다. 이러한 틈은 용접 후 기공(Porosity) 또는 빈틈으로 잔존하여 용접부의 기계적 성질을 해치기 때문에 이러한 틈을 물리적인 방법으로 없애 주거나 최소화하여야 한다.

프레스 압하 방식에서는 두꺼운 소재의 용접될 끝단(Edge)부를 압연하여 틈을 메워주는 방법을 사용하는데 그 과정은 도 2 (c) 같다.

여기에서, 하부 지지롤(Support Roll)은 피용접 판재 아래에 위치하게 하여 판재를 지지하는 역할을 하며, 상롤(上 roll)인 에스이이엠(SEEM)은 얇은 쪽 판재를 약한 힘으로 누르게 된다. 또 하나의 상롤인 소우카(Souka)는 두꺼운 판재의 끝단(Edge)부를 압연하여 틈(Gap)을 줄여주는 역할을 한다. 그러나, 전술함 바와 같이 가해주는 힘이 같더라도 판재의 강도, 두께에 따라 두꺼운 판재의 변형량이 달라져 판재 사이의 틈이 달라지기 때문에 용접 품질은 각각 다르게 된다.

도 3은 소우카(Souka) 롤 압하력에 따른 용접 특성변화를 보여 주고 있다. 가해주는 힘이 큰 경우는 도 3(a)와 같이 냉간 압연제품(CR) 소재 단부에 볼록한 비드(bead)가 발생하여 용접 특성을 나쁘게 한다. 그러나, 적절한 힘을 가해 주는 경우 도 3(b)와 같이 피용접 판재에 직선적인 비드(Bead)가 생기게 된다.

종래에는 작업자가 경험으로 소우카(Souka) 롤의 압하력을 조절하였는데, 본 연구에서는 피용접 판재의 재질 강도, 두께(t)를 고려하여 이 소우카(Souka) 롤의 압하력을 제어기에 입력하여 자동 제어하도록 하는 방법을 고안하였다.

P=1.12×(TS)/(YP)×t₁×(t₁-t₂)(bar) (1)

여기서, TS는 두꺼운 판재의 인장강도(Tensile Strength), YP는 두꺼운 판재의 항복강도(Yield Point), t₁는 두꺼운 판재의 두께 그리고 t₂는 얇은 판재의 두께이고 1.12는 통계수치로서 판재 재료가 강재(鋼材)일 때의 정수(定數)값이다. 판재의 YP, TS, t₁, t₂의 값을 입력하면 미리 작성된 프로그램 상에서 (1)의 식에 따라 소우카(Souka) 롤 압하력(P)이 결정되게 된다.

본 발명은 종래 프레스 압연 방식에서 작업자의 경험에 의해 소우카(Souka) 롤의 압하력을 수동으로 제어하여 판재간의 틈(Gap)을 줄여주는 방법을 사용하던 것을 이를 판재의 인장 물성값을 이용한 자동 제어 방법을 유도하므로써 효율적이고 정확한 프레스 압하방식을 제공할 수 있게 되었다.

이렇게 함으로써 작업자는 수동으로 제어하는 소우카(Souka) 롤 압하력을 프로그램으로 자동 제어가능하게 되어 따로 소우카 롤 압하력을 작업표로 일일이 찾을 필요 없이 재료의 기본 물성값을 적용하기만 하면 소우카 롤 압하력을 자동제어하게 되므로 균일한 품질의 제품을 생산함과 동시에 20% 이상의 생산성의 향상을 가져오게 되었다. 또한, 롤의 무리한 가압력을 배제함으로써 롤의 내구성 저하를 방지할 수 있게 되었다.

도 1은 프레스 압연 TWB 용접 롤 시스템의 일례를 사진으로 나타낸것이다.

도 2는 본 발명상의 프레스 압연 TWB용접 공정을 각 단계별로 나타낸 설명도이다.

도 3은 소우카(souka) 롤 압하력에 따른 용접 특성 변화를 사진으로 나타낸 것이다.

Claims

복수의 이종강판을 목적에 맞게 용접하여 조립하는 테일러웰디드블랭크(Tailored Welded Blank:TWB)프레스 가공재의 제조방법에 있어서, 상기 프레스 가공재의 각 판 소재를 레이저 용접할 때 용접허용갭(Gap)을 강판의 품종, 재질, 두께에 따라 0.3mm이하의 범위내에서 미리 작성된 프로그램상에서 다음의 식에 따라 소우카(Souka) 롤의 압하력(P)을 자동 제어되도록 한 것을 특징으로 하는 프레스 압하방식의 TWB제품의 제조방법

P=1.12×(TS)/(YP)×t₁×(t₁-t₂)(bar) (1)

여기서, TS는 두꺼운 판재의 인장강도, YP는 두꺼운 판재의 항복강도, t₁는 두꺼운 판재의 두께 그리고 t₂는 얇은 판재의 두께이고 1.12는 재료가 강재일 때의 정수(定數)값.