KR101385151B1 - Method for brazing dissimilar metals using laser - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 레이저를 이용한 이종금속간 브레이징 접합 방법은, 철계 금속, 알루미늄계 금속 및 마그네슘계 금속 중에서 각각 선택되는 제1 금속 패널 및 제2 금속 패널을 서로 중첩시켜 배치하는 제1 단계와, 제1 및 제2 금속 패널 사이의 접합부에 알루미늄계 금속 또는 마그네슘계 금속으로 이루어진 삽입금속을 개재하는 제2 단계와, 1.2×104W/㎠ 이상이고 2.4×104W/㎠ 이하인 범위의 에너지 밀도를 가지는 레이저 빔으로 접합부를 가열하여 제1 및 제2 금속 패널을 브레이징 접합하는 제3 단계를 포함한다. The brazing bonding method between dissimilar metals using a laser according to the present invention includes a first step of overlapping and arranging a first metal panel and a second metal panel each selected from an iron metal, an aluminum metal, and a magnesium metal; A second step of interposing an interstitial metal made of an aluminum metal or a magnesium metal at the junction between the first and second metal panels, and an energy density in the range of 1.2 × 10 4 W / cm 2 or more and 2.4 × 10 4 W / cm 2 or less And a third step of brazing the first and second metal panels by heating the junction with a laser beam having a.

Description

레이저를 이용한 이종금속간 브레이징 접합 방법{METHOD FOR BRAZING DISSIMILAR METALS USING LASER}Brazing bonding method between dissimilar metals using a laser {METHOD FOR BRAZING DISSIMILAR METALS USING LASER}

본 발명은 이종금속의 접합 기술에 관한 것으로서, 더 자세하게는 레이저를이용한 이종금속간 브레이징 접합 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bonding technology of dissimilar metals, and more particularly, to a brazing bonding method between dissimilar metals using a laser.

최근 들어 이산화탄소(CO2) 배출량 저감과 에너지 효율의 극대화를 꾀하고자, 철강과 알루미늄 또는 마그네슘과 같은 경량 소재의 조합으로 비강도를 높이려는 시도가 빈번해지고 있으며, 그에 따라 이종금속에 대한 브레이징 기술의 요구가 날로 증가하고 있다. 예컨대, 자동차 등에 일반적으로 적용되는 철강 소재와 경량화를 위한 알루미늄 또는 마그네슘소재의 조합은 필수적이다. 그러나, 이러한 소재들은 계면에 취성이 큰 금속간 화합물의 형성으로 인해 접합부 균열이 발생하기 쉬울 뿐만 아니라, 철강재에 비해 열팽창 계수가 매우 크기 때문에 용융 용접 및 브레이징 접합이 어려운 점이 있다. 또한, 열량 제어를 정밀하게 하지 않으면 용락이 발생하거나 산화되기 쉽다.Recently, in order to reduce carbon dioxide (CO 2 ) emissions and maximize energy efficiency, attempts to increase specific strength by using a combination of light materials such as steel and aluminum or magnesium have been frequently performed. The demand is increasing day by day. For example, a combination of a steel material generally applied to automobiles and the like or an aluminum or magnesium material for weight reduction is essential. However, these materials are not only prone to cracking at the joint due to the formation of a brittle intermetallic compound at the interface, but also difficult to weld and braze because of their large coefficient of thermal expansion. In addition, if the calorie control is not precisely controlled, melting is likely to occur or oxidize.

한편, 종래의 이종금속간 접합 기술로서 일본 특허공개공보 제2008-183612호 에는 레이저빔에 의한 삽입 금속과 모재의 용융으로 약 10~40%의 희석율이 발생하는 근적외광 혹은 원적외광의 파장을 이용한 레이저 브레이징 방법이 소개되었으나, 이 방법은 철강과 비철 특히 마그네슘이나 알루미늄의 접합에는 적용이 불가능한데, 이는 모재와 반응에 의한 금속간 화합물이 계면에 다량으로 두껍게 형성되어 균열이 발생하기 쉽고 취성이 매우 커서 강도확보가 어렵기 때문이다. On the other hand, as a conventional technique for joining dissimilar metals, Japanese Patent Laid-Open No. 2008-183612 uses a wavelength of near-infrared or far-infrared light in which a dilution rate of about 10 to 40% occurs due to melting of the insertion metal and the base metal by a laser beam. Although the laser brazing method was introduced, this method is not applicable to the joining of steel and non-ferrous metals, especially magnesium or aluminum, because the intermetallic compound formed by the reaction with the base metal is formed in a large amount at the interface, so that cracking is easy and brittle. This is because it is difficult to secure the strength of the cursor.

본 발명은 레이저 브레이징 접합에 의해 철강과 비철(Al, Mg), 알루미늄과 마그네슘의 이종재료를 접합함에 있어서 공정 변수들의 최적화를 통해 이종금속간의 접합특성을 향상시킬 수 있는 이종금속간 브레이징 접합 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a method of brazing bonding between dissimilar metals that can improve the bonding characteristics between dissimilar metals by optimizing process parameters in bonding dissimilar materials of steel and nonferrous (Al, Mg), aluminum and magnesium by laser brazing bonding. It aims to provide.

본 발명에 따른 레이저를 이용한 이종금속간 브레이징 접합 방법은, 철계 금속, 알루미늄계 금속 및 마그네슘계 금속 중 어느 하나로서 이종금속으로 선택되는 제1 금속 패널 및 제2 금속 패널을 서로 중첩시켜 배치하는 제1 단계와, 상기 제1 및 제2 금속 패널 사이의 접합부에 알루미늄계 금속 또는 마그네슘계 금속으로 이루어진 삽입금속을 개재하는 제2 단계와, 1.2×104W/㎠ 이상이고 2.4×104W/㎠ 이하인 범위의 에너지 밀도를 가지는 레이저 빔으로 상기 접합부를 가열하여 상기 제1 및 제2 금속 패널을 브레이징 접합하는 제3 단계를 포함한다. 여기서, 레이저는 다이오드 레이저를 이용하는 것이 바람직하다.In the brazing bonding method between dissimilar metals using a laser according to the present invention, the first metal panel and the second metal panel selected from the dissimilar metal as any one of an iron metal, an aluminum metal, and a magnesium metal may be disposed to overlap each other. A first step and a second step of interposing an intermetallic metal made of an aluminum metal or a magnesium metal in a joint portion between the first and second metal panels; and 1.2 × 10 4 W / cm 2 or more and 2.4 × 10 4 W / And a third step of brazing the first and second metal panels by heating the junction with a laser beam having an energy density in the range of cm 2 or less. Here, it is preferable that a laser uses a diode laser.

제3 단계에서는 상기 접합부에 불활성 가스를 분사하여 대기와의 접촉을 차단할 수 있다. 여기서, 상기 불활성 가스는 아르곤 가스로서 상기 레이저 빔의 조사 면적 12㎟에 대하여 10ℓ/min 이상 및 20ℓ/min 이하의 유량으로 분사될 수 있다. 그리고, 상기 레이저 빔은 삽입금속의 중심을 기준으로 상기 제1 및 제2 금속 패널 중에서 용융점이 높은 금속 패널 측으로 소정의 거리만큼 편향시켜 가열하도록 배치될 수 있으며, 레이저 빔의 편향 거리는 상기 접합면을 기준으로 0초과 0.5㎜ 이하로 조절될 수 있다. 아울러, 본 접합 방법은 이종금속의 접합부 즉 삽입금속의 중심을 기준으로 이종금속 중 열전도율이 높은 금속 쪽을 레이저로 가열하는 구조일 수 있다. 이러한 구조의 경우 상기 레이저 가열 위치는 접합면을 기준으로 열전도율이 높은 금속쪽으로 0.1 ~ 0.5mm 이격된 구조일 수 있다. In the third step, inert gas may be injected into the junction to block contact with the atmosphere. The inert gas may be an argon gas and may be injected at a flow rate of 10 l / min or more and 20 l / min or less with respect to the irradiation area of 12 mm 2 of the laser beam. The laser beam may be arranged to be deflected and heated by a predetermined distance toward the metal panel having a higher melting point among the first and second metal panels with respect to the center of the insertion metal. It can be adjusted to 0 seconds and 0.5 mm or less as a reference. In addition, the present joining method may be a structure in which a metal having a high thermal conductivity among the dissimilar metals is heated by a laser based on the junction of the dissimilar metal, that is, the center of the insertion metal. In the case of such a structure, the laser heating position may be a structure spaced 0.1 to 0.5 mm away from the metal having a high thermal conductivity based on the bonding surface.

또한, 제1 및 제2 금속 패널의 브레이징 각도는 접합면을 기준으로 10°이상 및 30°이하로 설정될 수 있다. 나아가, 제3 단계 이전에, 상기 제1 및 제2 금속 패널의 접합면을 기준으로 각각의 외측에 단열재를 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다. 추가적으로, 제3 단계에서, 상기 제1 및 제2 금속 패널의 접합면은 상기 레이저 빔의 조사 방향에 대하여 30°이상 및 60°이하로 경사지게 배치될 수 있다.In addition, the brazing angles of the first and second metal panels may be set to 10 ° or more and 30 ° or less with respect to the joint surface. Furthermore, before the third step, the method may further include disposing a heat insulating material on each outer side of the bonding surface of the first and second metal panels. Additionally, in the third step, the joining surfaces of the first and second metal panels may be inclined at 30 ° or more and 60 ° or less with respect to the irradiation direction of the laser beam.

본 발명에 따른 이종금속간 브레이징 접합 방법에 의하면, 브레이징 접합부위의 폭을 최적화하고 양호한 표면 상태를 얻을 수 있으며, 접합부 건전성을 확보할 수 있게 된다.According to the brazing joining method between dissimilar metals according to the present invention, it is possible to optimize the width of the brazing joint and to obtain a good surface state, and to secure the joint integrity.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며, 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 다른 실시예에서 대응하거나 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.The drawings are schematic and illustrate that they are not drawn to scale. The relative dimensions and ratios of the parts in the figures are shown exaggerated or reduced in size for clarity and convenience in the figures, and any dimensions are merely illustrative and not restrictive. And to the same structure, element, or component appearing in more than one of the figures, the same reference numerals are used to denote corresponding or similar features in other embodiments.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. The singular forms as used herein include plural forms as long as the phrases do not expressly express the opposite meaning thereto. Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified, and that other specific features, regions, integers, steps, operations, elements, components, and / And the like.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Commonly used predefined terms are further interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the present disclosure, and are not to be construed as ideal or very formal meanings unless defined otherwise.

사시도를 참조하여 설명된 본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형, 예를 들면 제조 방법 및/또는 사양의 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되 지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다. 즉, 편평하다고 도시되거나 설명된 영역은 일반적으로 거칠거나/거칠고 비선형인 특성을 가질 수 있다. 또한, 날카로운 각도를 가지는 것으로 도시된 부분은 라운드 될 수 있다. 따라서 도면에 도시된 영역은 원래 대략적인 것에 불과하며, 이들의 형태는 영역의 정확한 형태를 도시하도록 의도된 것이 아니고, 본 발명의 범위를 좁히려고 의도된 것이 아니다.The embodiment of the present invention described with reference to the perspective view specifically illustrates an ideal embodiment of the present invention. As a result, various variations of the illustration, for example variations in the manufacturing method and / or specification, are expected. Thus, the embodiment is not limited to the specific form of the illustrated region, but includes, for example, modification of the form by manufacture. That is, regions shown or described as flat may have properties that are generally rough and / or rough. Also, portions shown to have sharp angles can be rounded. Thus, the regions shown in the figures are merely approximate, and their shapes are not intended to depict the exact shape of the regions, nor are they intended to limit the scope of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 이종금속 브레이징 접합 공정을 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다. 이하의 설명에서 '이종금속'은 서로 다른 성질을 가지는 금속을 의미하는데, 예컨대 용융점이 서로 다른 철계 금속과 알루미늄계 금속의 접합, 철계 금속과 마그네슘계 금속의 접합, 알루미늄계 금속과 마그네슘계 금속의 접합을 의미한다. 본 실시예에서는 이종재료 접합을 위해 자동차용 도금강판과 알루미늄계 금속 판재, 도금강판과 마그네슘계 금속 판재, 및 알루미늄 판재와 마그네슘 판재를 접합하는 것을 예로서 설명한다.1 is a perspective view for schematically illustrating a dissimilar metal brazing bonding process using a laser according to the present invention. In the following description, 'heterometal' refers to a metal having different properties, for example, a junction between an iron metal and an aluminum metal having different melting points, a junction between an iron metal and a magnesium metal, and an aluminum metal and a magnesium metal. Means junction. In the present embodiment, an example of joining an automotive plated steel sheet and an aluminum metal plate, a plated steel plate and a magnesium metal plate, and an aluminum plate and a magnesium plate to bond dissimilar materials will be described.

본 발명에 따른 레이저를 이용한 이종금속간 브레이징 공정은 다이오드 레이저 브레이징 설비(10)를 이용하는 것이 바람직하다. 다이오드 레이저를 이용하면 접합하고자 하는 접합부를 낮은 에너지밀도로 제어하기 쉬울 뿐만 아니라 알루미늄과 마그네슘 등에 흡수율이 우수한 바, 융점이 낮은 알루미늄이나 마그네슘 등의 이종접합에 대한 최적의 브레이징 접합 열원이 될 수 있다. 따라서 브레이징 접합부를 예열과 동시에 삽입금속을 용융시킴으로써 건전한 접합부를 확보할 수 있기 때문에, 다른 부분에 열적인 손상을 최소화할 수 있다는 장점이 있고 프로그램에 의한 정밀제어와 자동화가 용이하다는 장점이 있다.The intermetallic brazing process using the laser according to the present invention preferably uses a diode laser brazing facility (10). Using a diode laser is not only easy to control the junction to be bonded to low energy density, but also has excellent absorption rate in aluminum and magnesium, and thus can be an optimal brazing junction heat source for heterojunctions such as aluminum or magnesium having a low melting point. Therefore, since the brazing joint can be secured by melting the insert metal at the same time as the preheating, there is an advantage of minimizing thermal damage to other portions, and there is an advantage that the precise control and automation by the program are easy.

여기서, 다이오드 레이저 브레이징 설비(10)는, 레이저를 생성하는 레이저 발진기(11)와, 이 레이저 발진기(11)에서 발생된 레이저 빔을 이동시키는 통로인 파이버에 연결된 로봇(12)과, 이종금속의 접합부를 가열하기 위한 레이저 헤드(13)을 포함한다. 레이저 헤드(13)는 제1 금속 패널(31; 예컨대, 강판, 알루미늄 판재)과 제2 금속 패널(32; 예컨대, 알루미늄 또는 마그네슘 판재)의 접합부위를 따라 삽입 개재된 삽입금속(30)을 가열 용융시키게 된다. 그에 따라, 레이저 에너지 및 용융금속의 간접가열에 의하여 두 부재의 접합부를 국부적으로 가열하게 되고, 용융된 삽입금속(30)이 예열된 두 소재의 표면을 따라 접합된다.Here, the diode laser brazing apparatus 10 includes a laser oscillator 11 for generating a laser, a robot 12 connected to a fiber which is a passage for moving a laser beam generated by the laser oscillator 11, and a dissimilar metal. A laser head 13 for heating the junction. The laser head 13 heats the interposed insertion metal 30 along the junction of the first metal panel 31 (for example, steel sheet or aluminum sheet) and the second metal panel 32 (for example, aluminum or magnesium sheet). Melted. Accordingly, the joints of the two members are locally heated by laser energy and indirect heating of the molten metal, and the molten insert metal 30 is joined along the surfaces of the two preheated materials.

여기서, 삽입금속(30)은, 예컨대 제1 금속 패널(31)로서 강판을 사용하고 제2 금속 패널(32)로서 알루미늄 판재를 사용하는 경우에는 알루미늄계 금속(예컨대, 실리콘을 함유한 알루미늄계 금속)일 수 있고, 제1 금속 패널(31)로서 강판을 사용하고 제2 금속 패널(32)로서 마그네슘 판재를 사용하는 경우에는 마그네슘계 금속(예컨대, 알루미늄을 함유한 마그네슘계 금속)일 수 있으며, 제1 금속 패널(31)로서 알루미늄 판재를 사용하고 제2 금속 패널(32)로서 마그네슘 판재를 사용하는 경우에는 알루미늄 및 마그네슘 합금일 수 있다. 또한, 삽입금속(30)을 개재하기 전에 제1 금속 패널(31)과 제2 금속 패널(32) 사이에 금속 패널들의 접합면을 세정함과 동시에 용융된 삽입금속(30)의 젖음성을 향상시킬 수 있는 표면처리제(34)를 도포하는 것이 바람직하다.Here, the insertion metal 30 is, for example, in the case of using a steel sheet as the first metal panel 31 and an aluminum sheet material as the second metal panel 32, for example, an aluminum-based metal (for example, an aluminum-based metal containing silicon). May be a magnesium-based metal (eg, a magnesium-based metal containing aluminum) when using a steel sheet as the first metal panel 31 and a magnesium plate as the second metal panel 32. When the aluminum plate is used as the first metal panel 31 and the magnesium plate is used as the second metal panel 32, the aluminum plate may be aluminum and a magnesium alloy. In addition, the wettability of the molten insert metal 30 may be improved while cleaning the joint surface of the metal panels between the first metal panel 31 and the second metal panel 32 before the insertion metal 30 is interposed therebetween. It is preferable to apply a surface treating agent 34 which can be used.

본 발명에 따른 레이저 브레이징 설비를 통한 브레이징 공정에 있어서, 레이저 헤드(13)을 통한 레이저 빔(14)은, 접합부 가열에 의해 이종금속의 접합부에 삽입되는 알루미늄계 또는 마그네슘계 삽입금속(30)을 충분히 용융시킬 수 있는 에너지 밀도를 가지는 것이 바람직하다. 레이저 헤드(13)을 통한 레이저 빔의 에너지 밀도가 삽입금속(30)을 충분히 용융시킬 수 있는 에너지 밀도보다 높지 않은 경우(1.2×104W/㎠ 미만)에는 삽입금속(30)이 충분히 용융되어 퍼지지 않기 때문에 두 금속간 접합이 이루어지지 않게 된다. 또한, 레이저 헤드(13)의 에너지 밀도가 너무 큰 경우(2.4×104W/㎠ 초과)에는, 모재가 용융이 되어 접합부의 희석율이 증가하기 때문에 취약한 금속간 화합물 등이 많이 발생하거나 열영향부의 결정립이 조대화되어 접합부가 취약해지는 문제가 발생하게 된다(도 3b 참조). 따라서 레이저 빔(14)의 에너지 밀도는 접합부를 충분히 예열할 수 있고, 삽입금속인 알루미늄계 또는 마그네슘계 금속을 적절하게 용융시킬 수 있는 1.2×104W/㎠ 이상 및 2.4×104W/㎠ 이하의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.In the brazing process through the laser brazing facility according to the present invention, the laser beam 14 through the laser head 13, the aluminum- or magnesium-based insertion metal 30 is inserted into the junction of the dissimilar metal by the junction heating. It is desirable to have an energy density that can be sufficiently melted. When the energy density of the laser beam through the laser head 13 is not higher than the energy density capable of sufficiently melting the insertion metal 30 (less than 1.2 × 10 4 W / cm 2), the insertion metal 30 is sufficiently melted. Since it does not spread, the bonding between the two metals does not occur. In addition, when the energy density of the laser head 13 is too large (greater than 2.4 × 10 4 W / cm 2), since the base material is melted and the dilution rate of the joint is increased, vulnerable intermetallic compounds or the like are generated or the heat affected zone is increased. Coarse grains cause a problem of weakening of the junction (see FIG. 3B). Therefore, the energy density of the laser beam 14 can be sufficiently preheated to the junction, and at least 1.2 × 10 4 W / cm 2 and 2.4 × 10 4 W / cm 2, which can adequately melt the aluminum-based or magnesium-based metal as the insertion metal. It is preferable to set in the following range.

또한, 알루미늄계 또는 마그네슘계 삽입금속을 이용한 이종금속의 브레이징 접합에 있어서는, 접합시 산화 방지를 위하여 불활성 가스로 접합 부위를 대기와 차단하는 것이 바람직하다. 여기서, 불활성 가스로는 아르곤 가스를 사용할 수 있다. 특히, 접합 부위를 대기와 완전히 차단하기 위해서, 노즐(20)을 통해 접합 부위로 공급되는 아르곤 가스의 유량을 레이저 빔(14)의 조사 면적 12㎟에 대하여 10 ℓ/min 이상 및 20ℓ/min 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 아르곤 가스의 공급 유량이 10ℓ/min 미만인 경우에는 대기와 접합부위와의 차단이 불완전하여 표면 산화가 발생하므로 접합이 불가능하게 된다. 또한, 아르곤가스의 공급 유량이 20ℓ/min보다 클 경우에는 소재의 냉각이 지나치게 발생하기 때문에 아르곤 가스가 삽입금속과 모재의 레이저 가열을 방해하여 접합이 제대로 이루어지지 않게 된다.In brazing bonding of dissimilar metals using aluminum or magnesium insertion metals, it is preferable to block the bonding site from the atmosphere with an inert gas to prevent oxidation during bonding. Here, argon gas may be used as the inert gas. In particular, in order to completely block the bonding site from the atmosphere, the flow rate of argon gas supplied to the bonding site through the nozzle 20 is set to 10 l / min or more and 20 l / min or less with respect to the irradiation area of 12 mm 2 of the laser beam 14. It is preferable to set to. If the supply flow rate of argon gas is less than 10 l / min, the interfacing between the atmosphere and the junction is incomplete and surface oxidation occurs, thus making joining impossible. In addition, when the supply flow rate of the argon gas is greater than 20 l / min, since the cooling of the material is excessively generated, the argon gas interferes with the laser heating of the insertion metal and the base material, thereby preventing the bonding.

한편, 도 2에서 보듯이, 제1 금속 패널(31)과 제2 금속 패널(32)의 접합면(P)은 레이저 빔의 조사 방향(14a)에 대하여 30도 이상 내지 60도 이하의 각도(A)로 경사지게 배치되는 것이 바람직하다. 여기서, 접합면(P)이 레이저 빔의 조사 방향(14a)에 대하여 30도 미만의 각도로 배치된 경우에는 일측 금속 패널의 간섭으로 인해 레이저 빔이 접합부위를 충분히 가열하지 못하게 되며, 반대로 60도 이상으로 경사지게 배치된 경우에는 레이저 빔이 일측 금속 패널(31)만 가열하게 되어 삽입금속(30)과 금속 패널(32)에 대한 충분한 가열이 이루어지지 않게 된다. 또한, 제1 및 제2 금속 패널(31, 32) 각각의 외측에는 예컨대 세라믹 재질의 단열재(40)를 배치하면, 외부로의 열방출을 차단하여 접합부에서의 열 집중도를 향상시킬 수 있다. 아울러, 삽입금속(30)을 개재하기 위하여 제1 및 제2 금속 패널(31, 32) 중 어느 하나 또는 둘 다를 소정의 각도로 절곡할 수 있는데, 이때 두 금속 패널들 사이의 각도(즉, 브레이징 각도; B)는 접합면(P)을 기준으로 10도 이상 내지 30도 이하로 설정하는 것이 더욱 바람직하다.Meanwhile, as shown in FIG. 2, the bonding surface P of the first metal panel 31 and the second metal panel 32 has an angle of 30 degrees to 60 degrees with respect to the irradiation direction 14a of the laser beam ( It is preferable to arrange | position obliquely to A). Here, when the bonding surface P is disposed at an angle of less than 30 degrees with respect to the irradiation direction 14a of the laser beam, the laser beam does not sufficiently heat the bonding portion due to interference of one metal panel, and conversely, 60 degrees. In the case of being disposed obliquely, the laser beam heats only one metal panel 31 so that sufficient heating of the insertion metal 30 and the metal panel 32 is not performed. In addition, by arranging a heat insulating material 40 made of, for example, a ceramic material on the outside of each of the first and second metal panels 31 and 32, heat dissipation to the outside may be blocked to improve heat concentration at the joint portion. In addition, one or both of the first and second metal panels 31 and 32 may be bent at a predetermined angle to interpose the insertion metal 30 at an angle, that is, the angle between the two metal panels (that is, brazing). The angle B) is more preferably set to 10 degrees or more and 30 degrees or less based on the bonding surface P. FIG.

본 발명에 따른 이종금속간 브레이징 접합시, 삽입금속(30)의 중심을 기준으로을 기준으로 용융점과 열전도도가 상대적으로 높은 소재 측을 레이저 빔으로 가 열하는 것이 바람직하다. 즉, 철강재와 알루미늄 판재(또는 마금네슘 판재)을 접합하는 경우 철강재 쪽에 편향시켜 레이저 빔을 주사하고, 알루미늄 판재와 마그네슘 판재의 접합인 경우에는 레이저빔을 알루미늄 판재 쪽에 편향시켜 레이저 빔을 주사함으로써 건전한 접합부를 확보할 수 있다. 예컨대, 도 1에 도시한 바와 같이, 레이저 빔(14)의 가열 위치를 철강재(31)와 비철금속(32; 알루미늄계 금속 또는 마그네슘계 금속) 사이의 삽입금속(30)의 중심을 기준으로 철강재(31)쪽으로 일정 거리 만큼 편향시켜 조사한다. 그리고 알루미늄 판재(제1 금속 패널; 31)와 마그네슘 판재(제2 금속 패널; 32)의 접합시에는, 알루미늄 판재 쪽으로 일정거리를 이동시켜 접합시킴으로써 건전한 접합부를 확보할 수 있다. 여기서, 이격되는 거리는 삽입금속(30)의 중심을 기준으로 0 초과 0.5mm 이하의 범위 내로 조정되는 것이 바람직하다.When brazing bonding between dissimilar metals according to the present invention, it is preferable to heat the material side having a relatively high melting point and thermal conductivity based on the center of the insertion metal 30 with a laser beam. That is, in the case of joining the steel plate and the aluminum plate (or the magnesium plate), the laser beam is scanned by deflecting the steel plate, and in the case of the joining of the aluminum plate and the magnesium plate plate, the laser beam is deflected on the aluminum plate side to scan the laser beam. The joint can be secured. For example, as shown in FIG. 1, the heating position of the laser beam 14 is based on the center of the insertion metal 30 between the steel material 31 and the nonferrous metal 32 (aluminum metal or magnesium metal). 31) Bias toward a certain distance to investigate. At the time of joining the aluminum plate (first metal panel) 31 and the magnesium plate (second metal panel) 32, a healthy joint can be secured by moving a predetermined distance toward the aluminum plate. Here, it is preferable that the distance spaced from the center of the insertion metal 30 is adjusted within the range of more than 0 and 0.5mm or less.

브레이징 공정시 서로 성질이 다른 철강재(31)와 알루미늄계(또는 마그네슘계) 비철금속(32) 중 어느 위치를 가열하는가는 본 방법에서 매우 중요한 인자이다. 이는 보다 양호하고 건전성 있는 접합면을 얻기 위함이다. 즉, 알루미늄 또는 마그네슘계 삽입금속이 충분히 용융되어 브레이징 접합이 되기 위해서는 주위의 예열이 필요하다. 또한, 철강재가 알루미늄이나 마그네슘 합금보다 용융점이 높기 때문에 온도 제어를 잘못할 경우 알루미늄 또는 마그네슘 합금의 용락이 일어날 수도 있기 때문에 철강재 측에 주로 가열이 될 수 있도록 레이저 빔(14)의 위치를 설정하는 것이 매우 중요하다. 특히, 알루미늄과 마그네슘은 융점은 낮지만 열전도도가 철강에 비교하여 높기 때문에 철강재의 물리적인 특성을 최대한 활용할 수 있 도록, 철강재의 선단 접합부 중앙(즉, 삽입금속의 중심)에서 0초과 0.5mm 이하의 범위 내에서 이격된 위치의 철강재를 가열하여 최적의 브레이징 접합부를 형성시킬 수 있게 된다. 그러나, 레이저 빔(14)의 가열 위치가 철강재와 알루미늄계(또는 마그네슘계) 비철금속의 접합부 중앙에서 0.5mm 초과의 거리로 이격되어 위치한 경우에는, 철강재만 가열되어 비철금속 측에 접합이 불가능해지므로 건전한 접합부를 확보할 수 없게 된다. In the brazing process, which of the steel materials 31 and aluminum-based (or magnesium-based) nonferrous metals 32 having different properties is heated is a very important factor in the present method. This is to obtain a better and sounder joint surface. In other words, it is necessary to preheat the surroundings in order for the aluminum or magnesium-based intercalating metal to be sufficiently melted to form a brazing joint. In addition, since the steel has a higher melting point than the aluminum or magnesium alloy, if the temperature control is wrong, melting of the aluminum or magnesium alloy may occur. Therefore, it is necessary to set the position of the laser beam 14 to be mainly heated on the steel side. very important. In particular, aluminum and magnesium have a lower melting point but higher thermal conductivity than steel, so that they can make the most of the physical properties of steel. It is possible to form the optimum brazing joint by heating the steel in the spaced apart position within the range of. However, when the heating position of the laser beam 14 is located at a distance of more than 0.5 mm from the center of the junction between the steel material and the aluminum-based (or magnesium-based) nonferrous metal, only the steel material is heated so that the non-ferrous metal side cannot be joined to a healthy state. The joints cannot be secured.

도 3은 상술한 조건에 따른 브레이징 접합된 이종금속 간의 접합단면을 예시한 사진이다. 여기서, 도 3a는 본 실시예에서와 같이 레이저 브레이징 접합 방법에 따른 적정조건에서 행해진 것으로서 철강재(31)와 비철금속(알루미늄 또는 마그네슘)(32) 사이의 희석이 거의 없이 계면접합에 의한 완전한 접합면을 형성할 수 있음을 나타낸다. 반면에, 과도한 에너지 밀도나 레이저 빔의 편향량이 클 때에는 도 3b와 같이 융점이 낮은 금속측의 용융량이 급격히 증가하여 과도한 희석으로 취약한 접합부를 형성시키게 된다. 참고로, 도 3c는 도 3a의 접합부를 상측에서 촬영한 사진으로서 건전한 접합부가 형성된 상태를 확인할 수 있다. 아울러, 도 3d는 알루미늄계 합금 판재(31)와 마그네슘계 합금 판재(32)를 브레이징 접합한 상태를 나타낸 사진으로서, 이를 통해 본 발명에 따른 브레이징 접합 방법에 의해서 알루미늄과 마그네슘의 브레이징 접합을 행하는 경우에도 건전한 접합부가 형성됨을 확인할 수 있다.3 is a photograph illustrating a bonding cross section between brazed bonded dissimilar metals according to the above-described conditions. 3A shows the complete joint surface by interfacial bonding with little dilution between the steel material 31 and the non-ferrous metal (aluminum or magnesium) 32 as shown in this embodiment under the appropriate conditions according to the laser brazing bonding method. It can be formed. On the other hand, when the excessive energy density or the amount of deflection of the laser beam is large, as shown in FIG. 3B, the melted amount on the metal side having a low melting point is rapidly increased to form a weak joint by excessive dilution. For reference, FIG. 3C is a photograph photographing the junction of FIG. 3A from the upper side, so that a healthy junction is formed. In addition, Figure 3d is a photograph showing a state in which the aluminum-based alloy plate 31 and the magnesium-based alloy plate 32 brazing bonding, when the brazing bonding of aluminum and magnesium by the brazing bonding method according to the present invention through this It can be seen that a healthy junction is formed.

한편, 도 4a는 철강재(Steel)와 마그네슘 합금 판재(AZ31B)의 브레이징 접합을 행한 후 접합부(Brazed Area) 전후로 접합 단면을 따라 거리(Distance)에 따른 경도(Hardness)를 측정한 결과이고, 도 4b는 알루미늄 합금 판재(Al5083)와 마그네슘 합금 판재(AZ31B)의 브레이징 접합을 행한 후 접합부 전후로 접합 단면을 따라 거리에 따른 경도를 측정한 결과이다. 도 4a 및 4b에서 보듯이, 두 실시예 모두에서 안정된 브레이징 접합이 형성됨을 확인할 수 있다.On the other hand, Figure 4a is a result of measuring the hardness (Hardness) according to the distance (Distance) along the cross section before and after the brazed area after brazing the steel (Steel) and magnesium alloy plate (AZ31B), Figure 4b Is the result of measuring the hardness according to the distance along the joint cross section before and after the joint after performing the brazing joining of the aluminum alloy plate (Al5083) and the magnesium alloy plate (AZ31B). As shown in Figures 4a and 4b, it can be seen that a stable brazing junction is formed in both embodiments.

지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. It is therefore to be understood that the embodiments of the invention described herein are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, and the scope of the invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description, Should be interpreted as being included in.

도 1은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 이종금속 브레이징 접합 공정을 개략적으로 설명하기 위한 사시도이고,1 is a perspective view for schematically illustrating a dissimilar metal brazing bonding process using a laser according to the present invention,

도 2는 레이저 빔에 대한 두개의 금속 패널의 배치 상태를 개략적으로 설명하는 단면도이고,2 is a cross-sectional view schematically illustrating an arrangement state of two metal panels with respect to a laser beam,

도 3a, 도 3c 및 도 3d는 본 발명에 따른 브레이징 접합 방법에 따른 브레이징 접합된 이종금속 간의 접합단면을 예시한 사진들이고, 도 3b는 비교를 위하여 본 발명에 따른 브레이징 접합 조건을 벗어난 경우에 일측 금속 패널에 과도한 희석이 발생한 상태를 나타낸 사진이고,Figures 3a, 3c and 3d are photographs illustrating the bonding cross section between the brazed bonded dissimilar metal according to the brazing joining method according to the present invention, Figure 3b is one side in the case out of the brazing joining conditions according to the present invention for comparison Photo shows excessive dilution on the metal panel,

도 4a는 철강재(Steel)와 마그네슘 합금 판재(AZ31B)의 브레이징 접합을 행한 후 접합부(Brazed Area) 전후로 접합 단면을 따라 거리(Distance)에 따른 경도(Hardness)를 측정한 그래프이고, 도 4b는 알루미늄 합금 판재(Al5083)와 마그네슘 합금 판재(AZ31B)의 브레이징 접합을 행한 후 접합부 전후로 접합 단면을 따라 거리에 따른 경도를 측정한 그래프이다.Figure 4a is a graph measuring the hardness (Hardness) according to the distance (Distance) along the cross section before and after the brazed area after brazing the steel (Steel) and magnesium alloy plate (AZ31B), Figure 4b is aluminum After brazing the alloy plate (Al5083) and the magnesium alloy plate (AZ31B) is a graph of the hardness according to the distance along the joint cross section before and after the joint.

Claims (9)

다이오드 레이저를 이용한 이종금속간 브레이징 접합 방법으로서,Brazing bonding method between dissimilar metals using a diode laser, 철계 금속, 알루미늄계 금속 및 마그네슘계 금속 중 어느 하나로서 이종금속으로 선택된 제1 금속 패널 및 제2 금속 패널을 서로 중첩시켜 배치하는 제1 단계와,A first step of overlapping and arranging a first metal panel and a second metal panel selected as a dissimilar metal as one of an iron metal, an aluminum metal, and a magnesium metal; 상기 제1 및 제2 금속 패널 사이의 접합부에 알루미늄계 금속 또는 마그네슘계 금속으로 이루어진 삽입금속을 개재하는 제2 단계와,A second step of interposing an insertion metal made of an aluminum-based metal or a magnesium-based metal in a joint portion between the first and second metal panels; 1.2×104W/㎠ 이상이고 2.4×104W/㎠ 이하인 범위의 에너지 밀도를 가지는 레이저 빔으로 상기 접합부를 가열하여 상기 제1 및 제2 금속 패널을 브레이징 접합하는 제3 단계를 포함하고,A third step of brazing the first and second metal panels by heating the junction with a laser beam having an energy density in the range of 1.2 × 10 4 W / cm 2 or more and 2.4 × 10 4 W / cm 2 or less, 상기 제3 단계 이전에, 상기 제1 및 제2 금속 패널의 접합면을 기준으로 상기 제1 및 제2 금속 패널 각각의 외측에 세라믹 재질의 단열재를 배치하고,Before the third step, a heat insulating material of ceramic material is disposed on the outside of each of the first and second metal panels based on the joint surfaces of the first and second metal panels, 상기 제3 단계에서는, 상기 레이저 빔이 상기 삽입금속의 중심을 기준으로 상기 제1 및 제2 금속 패널 중에서 상기 제1 금속 패널 측으로 0 초과 0.5㎜ 이하의 거리만큼 편향시켜 가열하고, 여기서 상기 제2 금속 패널이 알루미늄계 금속 및 마그네슘 금속 중 어느 하나인 경우 상기 제1 금속 패널은 철계 금속이고, 상기 제2 금속 패널이 마그네슘 금속인 경우 상기 제1 금속 패널은 알루미늄계 금속 및 철계 금속 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 이종금속간 브레이징 접합 방법.In the third step, the laser beam is heated by deflecting a distance of more than 0 and 0.5 mm or less from the first and second metal panels toward the first metal panel with respect to the center of the insertion metal, wherein the second When the metal panel is any one of an aluminum metal and a magnesium metal, the first metal panel is an iron metal, and when the second metal panel is a magnesium metal, the first metal panel is any one of an aluminum metal and an iron metal. Characterized in that, the brazing joining method between dissimilar metals. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제3 단계에서, 상기 접합부에 불활성 가스를 분사하여 대기와의 접촉을 차단하는 이종금속간 브레이징 접합 방법.In the third step, the intermetallic brazing joining method for injecting an inert gas to the junction to block contact with the atmosphere. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제3 단계에서, 상기 불활성 가스는 아르곤 가스로서 상기 레이저 빔의 조사 면적 12㎟에 대하여 10ℓ/min 이상 및 20ℓ/min 이하의 유량으로 분사되는 이종금속간 브레이징 접합 방법.In the third step, the inert gas is an argon gas is sprayed at a flow rate of 10 l / min or more and 20 l / min or less with respect to the irradiation area of 12 mm 2 of the laser beam. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 및 제2 금속 패널의 브레이징 각도는 접합면을 기준으로 10°이상 및 30°이하인 이종금속간 브레이징 접합 방법.The brazing angle between the dissimilar metals of the first and second metal panels is 10 ° or more and 30 ° or less with respect to the bonding surface. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제3 단계에서, 상기 제1 및 제2 금속 패널의 접합면은 상기 레이저 빔의 조사 방향에 대하여 30°이상 및 60°이하로 경사지게 배치되는 이종금속간 브레이징 접합 방법.In the third step, the bonding surface of the first and second metal panel is inclined to more than 30 ° and less than 60 ° with respect to the direction of irradiation of the laser beam is intermetallic brazing bonding method.
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