KR101543851B1

KR101543851B1 - 레이저 용접용 용접재료, 이를 이용한 레이저 용접이음부 및 이를 위한 용접방법

Info

Publication number: KR101543851B1
Application number: KR1020130112174A
Authority: KR
Inventors: 김상훈; 이진우; 정보영; 한일욱; 박갑식
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2015-08-11
Also published as: KR20150032121A

Abstract

본 발명은 레이저 용접용 용접재료, 이를 이용한 레이저 용접이음부 및 이를 위한 용접방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시형태는 Si: 2.8중량%이상 및 Al: 0.35중량%이상을 포함하는 강재의 레이저 용접용 용접재료로서, 중량%로, C: 0.02%이하(0은 제외), Si: 0.2%이하(0은 제외), Al: 0.2%이하(0은 제외), Mn: 0.2~1.0% 및 Ni: 10~20%를 포함하는 레이저 용접용 용접재료, 이를 이용한 레이저 용접이음부 및 이를 위한 용접방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 용접재료의 합금조성을 적절하게 제어하여 석출물과 변형쌍정의 발생을 효과적으로 억제함으로써 취성증가를 방지하고 인성을 향상시킨 레이저 용접이음부를 얻을 수 있다.

Description

레이저 용접용 용접재료, 이를 이용한 레이저 용접이음부 및 이를 위한 용접방법{WELDING MATERIAL FOR LASER WELDING, LASER WELDED JOINT FORMED BY USING THE SAME AND WELDING METHOD FOR FORMING THE LASER WELDED JOINT}

본 발명은 레이저 용접용 용접재료, 이를 이용한 레이저 용접이음부 및 이를 위한 용접방법에 관한 것이다.

일반적으로 Si와 Al을 다량 함유하는 고합금강의 경우, 전기적 또는 자기적 특성을 쉽게 구현할 수 있다. 그러나, 이러한 고합금강의 높은 Si 및 Al은 강재의 강도를 급격히 상승시키며, 동시에 강재의 취성을 급격히 증가시킨다. 특히, Si 및 Al을 다량 함유하는 고합금강은 저온에서 매우 취약해지는 경향이 나타나며, 따라서 이러한 고합금강의 접합을 위해서는 적절한 용접 프로세스, 용접재료 및 용접조건 등을 주의하여 제어하여야 한다.

상기 고합금강의 접합을 위해서는 GMAW(Gas Metal Arc Welding), GTAW(Gas Tungsten Arc Welding), SAW(Submerged Arc Welding), LBW(Laser Beam Welding)등의 다양한 프로세스가 적용될 수 있다. 근래에는 이러한 접합방법 중 고밀도 에너지원을 사용하여 열영향이 가장 적은 접합방법인 레이저용접(LBW)에 연강용 솔리드 와이 등의 용접재료를 적용하여 이용하고 있다. 레이저용접은 타 접합방법에 비하여 적은 입열량으로도 접합이 가능하여, 용접이음부의 열영향부(Heat Affect Zone, HAZ)의 결정립 조대화에 따른 취성 증가을 억제하는데 효과적이며, S나 P와 같은 성분의 편석을 방지하여 용접이음부의 파단 가능성을 낮추는데 우수한 장점을 가진다.

종래에는 Si: 2.8%이상, Al: 0.35%이상을 포함하는 고합금강의 레이저 용접시 탄소강 용접에 사용되는 상용 필러 와이어(filler wire)가 주로 적용되었으며, 대표적인 상용 필러 와이어로는 YGW12가 있다. 이러한 YGW12(ER70S-6)는 50Kg급 고장력강용로, 0.07%의 C, 0.86%의 Si, 1.53%의 Mn을 대표적으로 포함하고 있다. 상기 YGW12 필러 와이어를 사용하여 용접이음부를 형성하는 경우, 상기 용접이음부는 페라이트 단상 조직을 가져 상변태가 발생하지 않아 조대한 결정립으로 이루어지며, 내부에 조대한 석출물들이 발견된다. 이러한 조대한 석출물은 균열의 개시점(initiation site)로 작용하게 되는 문제점이 있다.

또한, 레이저 용접의 적용 후, 용접이음부에 생성된 용접 비드 돌출부를 제거하기 위해, 용접이음부를 롤링(rolling)하는 작업을 수행하게 되는데, 이 때 종래의 고 Si, 고 Al을 포함하는 고합금강의 경우 다량이 변형 쌍정(deformation twin)이 발생한다. 상기 변형 쌍정은 용접이음부의 취성을 증가시킴에 따라 용접이음부의 기계적 특성을 현저히 감소시키게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 Si나 Al 등을 다량 포함하는 고합금강의 레이저용접시 석출물 형성을 억제하고, 변형 쌍정의 발생을 방지함으로써 용접이음부의 취성을 억제시킬 수 있는 용접재료와 이를 이용하여 형성된 우수한 인성을 갖는 고합금강 레이저 용접이음부 및 이를 위한 용접방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시형태는 Si: 2.8중량%이상 및 Al: 0.35중량%이상을 포함하는 강재의 레이저 용접용 용접재료로서, 중량%로, C: 0.05%이하(0은 제외), Si: 0.2%이하(0은 제외), Al: 0.2%이하(0은 제외), Mn: 0.2~1.0% 및 Ni: 10~20%를 포함하는 레이저 용접용 용접재료를 제공한다.

본 발명의 다른 실시형태는 중량%로, C: 0.05%이하(0은 제외), Si: 0.2%이하(0은 제외), Al: 0.2%이하(0은 제외), Mn: 0.2~1.0% 및 Ni: 10~20%를 포함하는 용접재료에 의해 형성되며, 면적%로, 페라이트: 70~90%, 마르텐사이트: 10~30%, 오스테나이트: 10%이하(0을 포함)로 이루어지는 미세조직을 갖는 레이저 용접이음부를 제공한다.

본 발명의 다른 실시형태는 Si: 2.8중량%이상 및 Al: 0.35중량%이상을 포함하는 강재의 레이저 용접방법으로서, 상기 고합금강의 용접시, 중량%로, C: 0.05%이하(0은 제외), Si: 0.2%이하(0은 제외), Al: 0.2%이하(0은 제외), Mn: 0.2~1.0% 및 Ni: 10~20%를 포함하는 용접재료를 공급하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 용접재료의 합금조성을 적절하게 제어하여 석출물과 변형쌍정의 발생을 효과적으로 억제함으로써 취성증가를 방지하고 인성을 향상시킨 레이저 용접이음부를 얻을 수 있다.

도 1은 기존재의 미세조직 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발명재 1의 미세조직 사진이다.
도 3은 기존재의 에릭슨 시험 후 파단의 형상을 관찰한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발명재 1의 에릭슨 시험 후 파단의 형상을 관찰한 사진이다.

본 발명자들은 높은 함량의 Si와 Al을 포함하는 고합금 강재의 레이저 용접시 통상의 용접봉을 이용하여 용접이음부를 형성하는 경우에 발생하는 취성 증가 등의 문제점을 해결하기 위하여 연구를 행하던 중, 용접 재료의 합금성분을 적절히 제어함으로써 석출물을 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 미세조직을 최적화하여 변형 쌍정이 발생하는 것을 억제함으로써, 우수한 인성을 갖는 레이저 용접이음부를 제공할 수 있다는 식견하에 본 발명을 완성하게 되었다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명이 대상으로 하는 강재는 전기적 또는 자기적 특성의 구현을 위하여, Si와 Al을 다량을 포함하며, 상기 특성을 위하여, Si: 2.8중량%이상 및 Al: 0.35중량%이상을 포함한다. 상기 효과를 위하여, 상기 Si 및 Al은 다량 포함되는 것이 바람직하므로, 그 상한에 대해서는 특별히 한정되지 않으나, 과도하게 함유되는 경우에는 취성이 급격하게 증가할 수 있으므로, 그 상한이 각각 6중량%를 초과하는 것은 바람직하지 않다.

상기 대상 강재의 용접을 위하여, 본 발명이 제안하는 용접재료는 하기와 같은 합금조성을 갖는 것이 바람직하다.

C: 0.05중량%이하(0은 제외)

C는 용접금속의 강도를 증가시키는 원소로서, 용접경화성을 확보하기 위해 필수적인 원소이다. 다만, 상기 C가 0.05중량%를 초과하여 첨가되는 경우에는 용접시 용접이음부에 저온균열이 발생하기 용이하고, 용접금속부의 충격인성이 크게 저하될 수 있으며, 탄화물의 생성이 급격히 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 상기 C는 0.04중량%이하인 것이 보다 바람직하고, 0.03중량%이하인 보다 더 바람직하다.

Si: 0.2중량%이하(0은 제외)

Si는 전기적 또는 자기적 특성을 쉽게 구현할 수 있도록 하는 원소이다. 다만, 상기 Si가 0.2중량%를 초과하여 첨가되는 경우에는 용접시 용접이음부에 저온균열이 발생하기 용이하고, 용접금속부의 충격인성이 크게 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 상기 Si는 0.15중량%이하인 것이 보다 바람직하고, 0.1중량%이하인 것이 보다 더 바람직하다.

Al: 0.2중량%이하(0은 제외)

Al은 Si와 함께 전기적 또는 자기적 특성을 쉽게 구현할 수 있도록 하는 원소이다. 다만, 상기 Al이 0.2중량%를 초과하여 첨가되는 경우에는 용접시 용접이음부에 저온균열이 발생하기 용이하고, 용접금속부의 충격인성이 크게 저하될 수 있으며, AlN과 같은 석출물의 생성이 급격히 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 상기 Al은 0.15중량%이하인 것이 보다 바람직하고, 0.1중량%이하인 것이 보다 더 바람직하다.

Mn: 0.2~1.0중량%

Mn은 기지조직내에서 고용강화에 따라 강도 및 인성을 향상시키며, 탈산작용을 하는 원소로서, 상기 효과를 위해서는 0.2중량%이상 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 상기 Mn이 1.0중량%를 초과하여 첨가되는 경우에는 저온변태조직이 다량 생성되어 취성이 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 상기 Mn의 하한은 보다 바람직하게는 0.3중량%, 보다 더 바람직하게는 0.4중량%이다. 상기 Mn의 상한은 보다 바람직하게는 0.9중량%, 보다 더 바람직하게는 0.8중량%이다.

Ni: 10~20중량%

Ni는 고용강화에 의해 강도와 인성을 향상시키는데 필수적인 원소이며, 조성적인 변태를 촉진하는 원소로서, 상기 효과를 위해서는 10중량%이상 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 상기 Ni가 20중량%를 초과하여 첨가되는 경우에는 용접입열량이 증가하게 되어 결정립 크기를 조대화시킬 수 있고, 이에 따라 연성-취성천이온도를 높이는 문제가 발생할 수 있다. 상기 Ni는 보다 바람직하게는 10~18중량%, 보다 더 바람직하게는 10~16중량%, 가장 바람직하게는 10~14중량%의 범위를 갖는 것이 유리하다.

상기와 같이 제안되는 합금조성을 갖는 용접재료에 의하면, Si: 2.8중량%이상 및 Al: 0.35중량%이상을 포함하는 강재에 대하여 그 용접이음부가 페라이트+마르텐사이트 혹은 페라이트+마르텐사이트+오스테나이트 복합조직이 되도록 할 수 있다. 이를 통해, 조직이 조대화하는 것을 방지하고 변형 쌍정이 발생하는 것을 억제하여, 인성을 향상시키고 취성의 증가를 방지할 수 있다. 또한, 석출물의 수를 현저히 저감시킬 수 있어 석출물이 용접부 벽개 파단의 개시점으로 작용하는 것을 방지하는 것을 방지하여 인성을 향상시키고 취성의 증가를 방지할 수 있다. 나아가, 용접이음부의 강도가 과다하게 증가하는 것을 방지하고 적정 강도를 가지도록 유도하여, 우수한 인성을 갖고, 적정 파단모드를 얻을 수 있다.

이하, 상기 용접재료에 의해 형성되는 용접이음부에 대하여 설명한다.

본 발명의 용접이음부는 면적%로, 페라이트: 70~90%, 마르텐사이트: 10~30%, 오스테나이트: 10%이하(0을 포함)로 이루어지는 미세조직을 갖는 것이 바람직하다. 통상적인 용접재료를 이용하여 얻어지는 용접이음부의 경우에는 페라이트 단상 조직을 가져 상변태가 발생하지 않아 조대한 결정립으로 이루어지며, 내부에 조대한 석출물들이 발견되며, 이러한 조대한 석출물은 균열의 개시점(initiation site)로 작용하게 되는 문제점이 있다. 그러나, 본 발명의 용접이음부의 경우에는 상기와 같이, 복합조직을 형성시킴으로써, 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있다. 한편, 상기 페라이트의 함량이 70면적%미만인 경우에는 마르텐사이트와 같은 저온변태 조직의 증가에 따라 용접이음부의 취성이 증가하는 문제가 발생할 수 있고, 90면적%를 초과하는 경우에는 상변태에 따른 조직미세화 효과가 감소하여 용접이음부의 결정립 크기가 현저히 증가되고, 용접후 비드형상 개선을 위한 롤링(rolling) 작업에 의해 변형 쌍정(deformation twin)이 용접이음부에 다량 형성되어 용접이음부의 취성이 증가되는 단점이 있을 수 있다. 상기 마르텐사이트는 용접이음부의 강도를 증가시키며, 상변태에 따라 결정립 크기 증가를 억제하는 효과를 발현하는 조직으로서, 그 분율이 10면적%미만인 경우에는 결정립 크기 증가 억제효과를 얻을 수 없는 문제가 발생할 수 있고, 30면적%를 초과하는 경우에는 용접이음부의 강도가 현저히 증가하게 되어 취성을 증가시키는 단점이 있을 수 있다. 본 발명의 미세조직은 상기 미세조직에 더하여 10면적%이하의 오스테나이트를 더 포함할 수 있다. 상기 오스테나이트 조직은 인성향상과 상변태에 따른 조직미세화와 같은 효과를 발현하는 조직이다. 다만, 상기 오스테나이트 조직의 분율이 10면적%를 초과하는 경우에는 마르텐사이트의 생성을 촉진시켜 용접이음부의 취성을 증가시키는 단점이 있을 수 있다.

또한, 본 발명의 용접이음부는 면적이 1㎛²이상~5㎛²미만인 석출물이 350개/mm²이하의 범위를 가지고, 5㎛²이상인 석출물이 15개/mm²이하의 범위를 가질 수 있다. 상기 석출물 수는 통상의 용접재료에 의해 형성된 석출물 수에 비하여 현저히 저하된 수준으로서, 상기와 같이 석출물의 수를 저감시킴으로써, 석출물이 용접부 벽개 파단의 개시점으로 작용하는 것을 방지하는 것을 방지하여 인성을 향상시키고 취성의 증가를 방지할 수 있다. 한편, 상기 석출물은 AlN이나 카바이드가 될 수 있다.

또한, 본 발명의 용접이음부는 경도가 230~260Hv일 수 있다. 통상적인 용접재료를 이용할 경우 용접이음부는 약 280Hv의 경도를 갖게 되는데, 이 경우 약 210Hv 수준의 경도를 갖는 모재와 경도차가 심하여, 우수한 인성을 확보하기 어렵고, 또한 가공시 용접이음부에서 파단이 발생하게 된다. 그러나, 본 발명에 의하면, 용접이음부의 경도가 모재의 경도와 큰 차이가 없어 우수한 인성을 확보할 수 있다.

상기와 같은 특성을 확보함으로써, 본 발명이 제안하는 상기 용접이음부는 우수한 인성을 가질 수 있으며, 예를 들면 8mm이상의 에릭슨(erischen) 값을 얻을 수 있다. 여기서, 상기 에릭슨(erischen) 값은 용접이음부를 소성 변형시켜 컵(cup) 형태로 가공하였을 때, 균열이 발생할때까지 용접이음부가 소성 변형된 높이를 의미한다.

본 발명은 전술한 바와 같은 용접이음부를 얻기 위하여, Si: 2.8중량%이상 및 Al: 0.35중량%이상을 포함하는 강재의 레이저 용접방법으로서, 상기 고합금강의 용접시, 중량%로, C: 0.05%이하(0은 제외), Si: 0.2%이하(0은 제외), Al: 0.2%이하(0은 제외), Mn: 0.2~1.0% 및 Ni: 10~20%를 포함하는 용접재료 공급하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접방법을 제공한다.

상기 용접시에는 불활성 분위기로 유지되는 것이 바람직한데, 이를 위해, 보호가스로서 He을 이용하는 것이 바람직하다. He 가스의 경우 용접프로세스에 이용되는 보호가스 중 이온화에너지가 커 레이저빔에 의한 플라즈마 생성을 방지시키는 효과가 크며, 따라서 레이저빔이 플라즈마에 의해 산란되는 문제를 방지할 수 있다.

또한, 상기 용접시에 레이저출력은 6~12kW의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 레이저 출력이 6kW미만일 경우에는 낮은 레이저 출력으로 인해 용접부의 용융이 충분히 발생하지 않아 용접이 소재 두께방향으로 완전히 이루어지지 않는 문제가 발생할 수 있고, 12kW를 초과할 경우에는 높은 레이저 출력으로 인해 입열량 과다에 따른 용접부 및 용접 열영향부의 결정립 성장이나 용접부 내 다량의 기공형성 및 용접부가 흘러내리는 용락과 같은 문제점이 발생할 수 있다. 상기 레이저출력의 하한은 보다 바람직하게는 7kW, 보다 더 바람직하게는 8kW이다. 상기 레이저 출력의 상한은 보다 바람직하게는 11kW, 보다 더 바람직하게는 10kW이다.

또한, 상기 용접시에 용접속도는 3~9m/min의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 용접속도가 3m/min미만일 경우에는 느린 용접속도로 인해 입열량 과다에 따른 용접부 및 용접 열영향부의 결정립 성장이나 용접부 내 다량의 기공형성 및 용접부가 흘러내리는 용락과 같은 문제점이 발생할 수 있고, 9m/min를 초과할 경우에는 빠른 용접속도로 인해 입열량이 충분하지 않아 용접부의 용융이 충분히 발생하지 않아 용접이 소재 두께방향으로 완전히 이루어지지 않는 문제가 발생할 수 있다. 상기 용접속도의 하한은 보다 바람직하게는 4m/min, 보다 더 바람직하게는 5m/min이다. 상기 용접속도의 상한은 보다 바람직하게는 8m/min, 보다 더 바람직하게는 7m/min이다.

또한, 상기 용접시에 용접재료의 공급속도는 2~5m/min의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 용접재료의 공급속도가 2m/min미만일 경우에는 느린 용접재료의 공급속도로 인해 모재와의 충분한 희석이 발생하지 않아 원하는 미세조직 및 기계적 특성을 가지는 용접부를 얻을 수 없는 문제가 발생할 수 있고, 5m/min를 초과할 경우에는 빠른 용접재료의 공급속도로 인해 용접재료의 과도한 희석이 발생하여 원하는 미세조직 및 기계적 특성을 가지는 용접부를 얻을 수 없는 단점이 있다. 상기 공급속도의 하한은 보다 바람직하게는 2.2m/min, 보다 더 바람직하게는 2.4m/min이다. 상기 공급속도의 상한은 보다 바람직하게는 4m/min, 보다 더 바람직하게는 3m/min이다.

상기 용접재료의 직경은 0.75~1.2mm의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 용접재료의 직경이 0.75mm미만일 경우에는 적정 소재의 수급이 어려운 문제가 발생할 수 있고, 1.2mm를 초과할 경우에는 레이저 빔을 조사하더라도 충분한 용융이 발생하지 않아 용접이 이루어지지 않을 수 있다는 단점이 있다. 상기 용접재료 직경의 하한은 보다 바람직하게는 0.8mm이며, 상기 용접재료 직경의 상한은 보다 바람직하게는 1.1mm, 보다 더 바람직하게는 1.0mm이다.

또한, 상기 용접시에는 용접이음부의 갭(gap)이 0.05~0.25mm의 범위를 갖도록하는 것이 바람직하다. 상기 용접이음부의 갭이 0.05mm미만일 경우에는 용접재료의 충분한 희석이 발생하지 않아 원하는 미세조직 및 기계적 특성을 가지는 용접부를 얻을 수 없는 문제가 발생할 수 있고, 0.25mm를 초과할 경우에는 넓은 용접이음부의 갭에 의해 용접부가 다 채워지지 않아 결함이 발생하는 단점이 있을 수 있다. 상기 용접이음부의 갭의 하한은 보다 바람직하게는 0.07mm, 보다 더 바람직하게는 0.08mm이다. 상기 용접이음부의 갭의 상한은 보다 바람직하게는 0.20mm, 보다 더 바람직하게는 0.15mm이다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하지 않는다.

(실시예)

2.8중량%이상의 Si와 0.35중량%이상의 Al을 포함하는 강재를 하기 표 1과 같은 합금조성을 갖는 용접재료를 이용하여 레이저 용접을 통해 용접이음부를 얻었다. 이 때, 상기 용접시 보호가스로는 He을 이용하였으며, 레이저 출력은 9kW, 용접속도는 6m/min, 용접재료의 공급속도는 2.6m/min, 용접재료의 직경은 0.9mm인 용접이음부 갭(gap)은 0.1mm였다. 상기와 같이 얻어진 용접이음부에 대하여 미세조직과 석출물의 수를 측정한 뒤, 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 상기 용접이음부에 대하여 인성을 평가하기 위하여, 일면이 반구 형태인 스틸(steel) 펀치를 사용하여 용접부를 소성 변형시켜 강재를 컵(cup) 형태로 가공하였을 때, 용접부가 소성 변형된 높이를 측정하는 에릭슨 실험을 행한 뒤, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

구분	합금조성(중량%)
구분	C	Si	Al	Mn	Ni
기존재	0.07	0.86	-	1.53	-
발명재1	0.029	0.016	0.005	0.488	10.25
발명재2	0.032	0.011	0.008	0.505	14.35
발명재3	0.034	0.013	0.005	0.495	18.42

구분	미세조직(면적%)			석출물 크기 및 단위면적당 개수(개/mm²)		경도 (Hv)	에릭슨 값(mm)
구분	페라이트	마르텐사이트	오스테나이트	1㎛²이상~5㎛²미만	5㎛²이상	경도 (Hv)	에릭슨 값(mm)
기존재	100	0	0	2457	109	280	5.94
발명재1	88	11	1	295	8	234	9.98
발명재2	79	17	4	324	12	248	8.5
발명재3	74	18	8	288	9	273	8.42

상기 표 1 및 2에서 알 수 있듯이, 본원발명이 제안하는 합금조성을 만족하지 않는 기존재의 경우에는 페라이트 단상 조직을 가짐으로써, 1㎛²이상~5㎛²미만의 크기를 갖는 석출물이 2457개이고, 5㎛²이상의 크기를 갖는 석출물이 109개로서, 매우 많이 형성되어 있음을 알 수 있음을 알 수 있다. 이로 인해, 경도가 280Hv으로 매우 높은 수준이어서, 모재와의 경도차로 인해 에릭슨 값이 5.94mm로 상당히 낮은 인성을 가지고 있음을 알 수 있다.

반면, 본원발명의 합금조성을 만족하는 발명재 1 내지 3의 경우에는 용접이음부가 페라이트+마르텐사이트+오스테나이트 혼합조직을 가지도록 함으로써, 크기가 1㎛²이상~5㎛²미만인 석출물이 350개/mm²이하이고, 5㎛²이상인 석출물이 15개/mm²이하로 그 개수가 상당히 낮음을 알 수 있다. 이를 통해, 에릭슨 값이 8.42~9.98mm로서 매우 우수한 인성을 가지고 있음을 확인할 알 수 있다.

도 1은 기존재의 미세조직 사진이며, 도 2는 발명재 1의 미세조직 사진이다. 도 1에서 알 수 있듯이, 기존재의 경우에는 용접부의 미세조직이 전부 페라이트로 이루어져 있어, 결정립이 성장되는 것을 효과적으로 억제하지 못하였을 뿐만 아니라, 용접부 내부에 형성되는 석출물의 크기나 개수가 높은 수준임을 알 수 있다. 그러나, 도 2에서 알 수 있듯이, 발명재 1의 경우에는 비교재와 달리 용접부가 대부분 페라이트로 구성되어 있으나 마르텐사이트가 적정 비율 혼재되어 있어 결정립 성장 억제 효과와 일정 경도를 유지하는 효과를 얻을 수 있고, 석출물의 크기와 개수도 현저히 줄어들었음을 알 수 있다.

도 3은 기존재의 에릭슨 시험 후 파단의 형상을 관찰한 사진이고, 도 4는 발명재 1의 에릭슨 시험 후 파단의 형상을 관찰한 사진이다. 도 3에서 알 수 있듯이, 기존재를 이용하여 용접하는 경우에는 파단의 형태가 용접선을 따라 이루어짐을 확인할 수 있다. 반면, 도 4에서 알 수 있듯이, 발명재를 이용하여 용접하는 경우에는 파단이 용접선에 수직으로 발생한 후 모재를 따라 전파되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명이 제안하는 용접재료를 이용하는 경우에는 용접부의 건전성이 확보됨을 알 수 있다.

Claims

Si: 2.8중량%이상 및 Al: 0.35중량%이상을 포함하는 강재의 레이저 용접용 용접재료로서,
중량%로, C: 0.05%이하(0은 제외), Si: 0.2%이하(0은 제외), Al: 0.2%이하(0은 제외), Mn: 0.2~1.0%, Ni: 10~20%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 레이저 용접용 용접재료.
중량%로, C: 0.02%이하(0은 제외), Si: 0.2%이하(0은 제외), Al: 0.2%이하(0은 제외), Mn: 0.2~1.0%, Ni: 10~20%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 용접재료에 의해 형성되며,
면적%로, 페라이트: 70~90%, 마르텐사이트: 10~30%, 오스테나이트: 10%이하(0을 포함)로 이루어지는 미세조직을 갖는 레이저 용접이음부.
청구항 2에 있어서,
상기 용접이음부는 면적이 1㎛²이상~5㎛²미만인 석출물이 350개/mm²이하이고, 5㎛²이상인 석출물이 15개/mm²이하인 레이저 용접이음부.
청구항 2에 있어서,
상기 용접이음부는 경도가 230~260Hv인 레이저 용접이음부.
청구항 2에 있어서,
상기 용접이음부는 에릭슨(erischen) 값이 8mm이상인 레이저 용접이음부.
(단, 상기 에릭슨(erischen) 값은 용접이음부를 소성 변형시켜 컵(cup) 형태로 가공하였을 때, 균열이 발생할때까지 용접이음부가 소성 변형된 높이이다.)
Si: 2.8중량%이상 및 Al: 0.35중량%이상을 포함하는 강재의 레이저 용접방법으로서,
상기 강재의 용접시, 중량%로, C: 0.02%이하(0은 제외), Si: 0.2%이하(0은 제외), Al: 0.2%이하(0은 제외), Mn: 0.2~1.0%, Ni: 10~20%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 용접재료를 사용하여, 면적%로, 페라이트: 70~90%, 마르텐사이트: 10~30%, 오스테나이트: 10%이하(0을 포함)로 이루어지는 미세조직을 갖는 용접이음부를 형성하는 레이저 용접방법.
청구항 6에 있어서,
상기 용접시 보호가스로 He을 이용하는 레이저 용접방법.
청구항 6에 있어서,
상기 용접시 레이저출력은 6~12kW인 레이저 용접방법.
청구항 6에 있어서,
상기 용접시 용접속도는 3~9m/min인 레이저 용접방법.
청구항 6에 있어서,
상기 용접시 용접재료의 공급속도는 2~5m/min인 레이저 용접방법.
청구항 6에 있어서,
상기 용접재료의 직경은 0.75~1.2mm인 레이저 용접방법.
청구항 6에 있어서,
상기 용접시 용접이음부 갭(gap)은 0.05~0.25mm인 레이저 용접방법.