KR101321919B1 - 이종 재료를 접합하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 이종의 제1 판재와 제2 판재를 서로 겹쳐 놓는 단계; 상기 제1 판재의 표면에 아연볼을 위치시키는 단계; 그리고, 상기 아연볼 만을 가열하는 단계;를 포함하고, 상기 아연볼이 제1 판재보다 먼저 용융되면서 상기 제1 판재와 결합하여 관통되고, 상기 제1 판재와 제2 판재 사이에서 응고되면서 이종의 제1 판재 및 제2 판재를 결합시키는 접합 방법을 제공한다.

이종, 접합, 응고, 합금

Description

이종 재료를 접합하는 방법{Methods for welding of Mg and Al alloy}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 이종 재료를 접합하는 방법을 설명하는 모식도이다.

도 2는 이종재료가 접합되는 과정을 보여주는 모식도이다.

도 3은 제1 판재의 표면을 보여주는 사진이다.

도 4는 제1 판재 및 제2 판재의 접합된 단면 모습을 보여주는 도면이다.

본 발명은 자동차에 사용되는 마그네슘 합금과 알루미늄 합금의 이종재료를 접합하는 것에 관한 것이다.

자동차의 각종 구조재는 경량화를 위해서 일부 알루미늄계 재료가 사용되고 있다. 이 때문에, 철계 재료와 알루미늄계 재료 사이를 접합하는 방법의 개발이 요구된다. 종래의 접합 방법으로는 알루미늄계의 납재를 사용하는 납땜이 일반적이다. 동종 재료 사이를 접합하는 방법으로서 일반적으로 사용되고 있는 레이저 용접 등의 용융 용접 방법을 알루미늄계 피용접재와 철계 피용접와의 위재 접합에 적용한다면, 알루미늄계 재료와 철계 재료와의 계면에 Al3Fe 등의 부서지기 쉬운 Al-Fe 계 금속간 화합물이 생성되므로, 알루미늄계 피용접재와 철계 피용접재 사이의 접합 강도를 현저하게 저하시킨다.

또, 납땜이 아니라, 스폿 용접에 의하여 알루미늄계 재료와 철계 재료를 접합할 수도 있고, 이종 금속의 레이저 롤 방법도 제안되어 있다. 이 방법은 제1 금속판만을 레이저 조사에 따라서 가열한 뒤, 이 제1 금속판의 가열부를 압접 롤러를 이용해서 제2 금속판에 압박하고 밀착시킨 후에, 소성 변형을 하는 것에 의해 양 금속판을 접합시키는 방법이다.

그렇지만, 이와 같은 접합 방법은 다음과 같은 문제점들이 있다.

먼저, 납땜에 의한 접합 방법은 알루미늄계 피용접재와 철계 피용접재 사이에 납재를 삽입해야 하기 때문에 접합 비용이 높아지게 된다.

그리고, 스폿 용접의 경우에는 한쪽면에서만 접합 작업을 진행하는 것이 아니고, 피용접재의 양쪽에 전극을 배치해야 하기 때문에 접합 작업에 제약이 따른다.

그리고, 롤 접합에 있어서는 위재 사이를 롤로 가압해야 하기 때문에 가압 장치가 추가로 필요하게 된다.

이 같은 문제점들을 해결하기 위해서 일본 특개평 2006-281279에서는 피접합재 사이에 단차를 만들고, 접합을 위한 소재를 위치시킨 후 열원을 이용해서 이종 재료를 접합하는 것에 대해서 개시하고 있다.

그런데, 이 같은 종래 기술은 접합 소재를 피접합재에 피복해야 하는 과정이 필요하며, 두 개의 열원이 필요하다는 단점으로 인해 작업이 까다롭고, 에너지 측 면에서도 낭비 요소가 있다.

본 발명은 이 같은 기술적 배경에서 탄생된 것으로, 이종 재료를 간단히 접합할 수 있도록 개선한 본 발명을 제공하는데 그 목적이 있다.

이 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명에서는 이종의 제1 판재와 제2 판재를 서로 겹쳐 놓는 단계; 상기 제1 판재의 표면에 아연볼을 위치시키는 단계; 그리고, 상기 아연볼 만을 가열하는 단계;를 포함하고, 상기 아연볼이 제1 판재보다 먼저 용융되면서 상기 제1 판재와 결합하여 관통되고, 상기 제1 판재와 제2 판재 사이에서 응고되면서 이종의 제1 판재 및 제2 판재를 결합시키는 접합 방법을 제공한다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 이종 재료를 접합하는 방법을 설명하는 모식도이고, 도 2는 이종재료가 접합되는 과정을 보여주는 모식도이다.

이 도면들을 참조하면, 본 발명에 따른 접합 방법은 다음과 같다.

먼저, 접합하고자 하는 이종의 제1 판재(4)와 제2 판재(5)를 서로 겹쳐 놓는다. 여기서, 제1 판재(4)는 마그네슘이고, 제2 판재(5)는 알루미늄인 것이 바람직하다.

그리고, 이 판재들(4, 5) 중 어느 하나의 바깥면에 아연(Zn) 볼(2)을 위치시킨다. 도면에서는 제1 판재(4)의 바깥면에 아연볼(2)이 위치하는 것으로 예시하였다. 여기서, 아연볼(2)은 도시된 바처럼 가이드 튜브(3)를 통해서 제공되는 것이 바람직하다. 가이드 튜브(3)는 원뿔 형상으로 일측에 투입구가 형성된다. 아연볼(2)은 이 투입구를 통해서 가이드 튜브(3)로 투입되어, 제1 판재(4)에 공급된다.

다음으로, 열원(1)을 이용해서 아연볼(2)만을 가열한다. 이때, 열원은 레이저 또는 토치인 것이 바람직하다.

이처럼 열원(1)을 이용해서 아연볼(2)을 용융시키면, 아연볼(2)이 용융되면서 제1 판재(4)와 합금화가 진행된다. 이때, 제1 판재(4)는 아연볼(2)이 위치했던 부분에서만 부분적으로 아연볼과 합금화가 진행된다.

한편, 마그네슘 또는 알루미늄의 녹는 온도는 600∼650(℃)이고, 아연의 녹는 온도는 300∼350(℃)이기 때문에, 제1 판재(4)보다 아연볼(2)이 먼저 용융되면서 제1 판재(4)와 결합하여 제1 판재(4)를 관통하게 된다.

이에 따라서, 아연은 제1 판재(4)를 관통해서 제1 판재(4)와 제2 판재(5) 사이로 흘러들어가 응고되면서 두 판재(4, 5)를 접합시키게 된다.

도 3 및 도 4는 상술한 방법에 따라 제1 판재 및 제2 판재를 접합한 모습을 보여주는 사진으로, 도 3은 제1 판재의 표면 모습이고, 도 4는 제1 판재 및 제2 판재가 결합된 단면 모습이다.

도면에서 알 수 있듯이, 접합 후 제1 판재(4)의 표면에는 아연볼(2)과 마그네슘과의 반응만 관찰되고, 접합부도 양호한 것을 알 수 있다. 접합부의 조직도 수 지상정 조직으로 금속간 화합물은 보이지 않고 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

이상과 같이 본 발명에 의한 방법으로 마그네슘과 알루미늄의 이종 접합시 한 쪽 소재의 표면에 아연볼을 위치시킨 후 접합하기 때문에, 작업이 단순해지고 금속간 화합물도 형성되지 않는 우수한 접합부를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 이종의 제1 판재와 제2 판재를 서로 겹쳐 놓는 단계;

   상기 제1 판재의 표면에 아연볼을 위치시키는 단계; 그리고,

   상기 아연볼을 가열하는 단계;

   를 포함하고,

   상기 아연볼이 제1 판재보다 먼저 용융되면서 상기 제1 판재를 관통하게 되고, 상기 제1 판재와 제2 판재 사이에서 응고되면서 상기 제1 판재와 합금이 되어 이종의 제1 판재 및 제2 판재를 결합시키는 접합 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 판재는 알루미늄으로 이루어진 접합 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제2 판재는 마그네슘으로 이루어진 접합 방법.

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