KR101581878B1

KR101581878B1 - 방향성 판상 강 제품을 제조하는 방법

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Publication number: KR101581878B1
Application number: KR1020137021149A
Authority: KR
Inventors: 에윕 두만; 크리스토프 홀자프펠; 토르스텐 크렌케; 루트거 라흔; 레지 르메트르; 차오용 왕; 티에리 벨그랑
Original assignee: 티센크루프 일렉트리컬 스틸 게엠베하
Priority date: 2011-02-14
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2015-12-31
Also published as: US20140034193A1; CN103429767B; KR20130114246A; EP2675927A1; WO2012110111A1; JP2014512453A; MX367050B; BR112013019877A2; RU2547377C2; EP2675927B1; RU2013138224A; PL2675927T3; CN103429767A; BR112013019877B1; MX2013009016A; JP5822243B2; ES2759823T3; DE102011000712A1

Abstract

본 발명은, 전기 공학 분야의 부품의 제조에 사용되고 자기 손실이 최소화되고 자왜 특성이 최적화된 방향성 판상 강 제품을 제조하기 위하여,
a) 판상 강 제품을 제공하는 작업 단계와,
b) 판상 강 제품을 레이저 처리하되, 레이저 처리 중에 레이저 빔 발생원에 의해 출력 P로 방출되는 레이저 빔에 의하여, 판상 강 제품 표면 내에 간격 L로 배치된 선형 변형부가 형성되는 작업 단계를 포함하는 방향성 판상 강 제품 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라 판상 강 제품을 제조하는 방법은 변압기용의 부품 제조에 최적으로 적합하다. 이는, 레이저 처리 전과 후(작업 b))에 50 헤르츠의 주파수와 1.7 텔사의 분극에서 측정된 판상 강 제품의 피상 전력(S_1.7/50)에 의하여, 그리고 레이저 처리 전과 후에 측정된 피상 전력(S_1.7/50)의 차이가 40%보다 작도록 변경된 레이저 처리의 파라미터들에 의하여 달성된다.

Description

방향성 판상 강 제품을 제조하는 방법{METHOD FOR PRODUCING A GRAIN-ORIENTED FLAT STEEL PRODUCT}

본 발명은 최소화된 자기 손실(magnetic loss) 값과 최적화된 자왜 특성(magnetostrictive property)을 갖는 방향성 판상 강 제품을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

전문 용어로 "HGO 재료"라고 알려진 해당 방향성 판상 강 제품은, "전기 강 스트립"으로 알려진 강 스트립 또는 "전기 강 시트"라고 알려진 강 시트이다. 전기 공학 분야의 부품들은 이러한 유형의 판상 강 제품으로부터 제조된다.

방향성 전기 강 스트립 또는 시트는, 특히 낮은 재자화 손실(remagnetisation loss)이 중요하고 투자율(permeability) 또는 분극(polarisation)에 있어서 높은 요건이 존재하는 용도에 특히 적합하다. 이러한 유형의 요건은 특히 전력 변압기, 배전 변압기 및 고품질 소형 변압기용 부품에 수반된다.

예를 들면, 유럽 특허 공보 제EP 1 025 268 B1호에 상세히 기재된 바와 같이, 일반적으로 판상 강 제품의 제조 과정에 있어서, 우선, (중량 백분율로) 전형적으로 2.5% 내지 4.0% Si, 0.010% 내지 0.100% C, 최대 0.150% Mn, 최대 0.065% Al 및 최대 0,0150% N을 함유하고, 선택적으로 0.010% 내지 0.3% Cu, 최대 0.060% S, 최대 0.100% P, 각각 최대 0.2%의 As, Sn, Sb, Te 및 Bi를 또한 함유하고, 잔부 철과 불가피한 불순물을 함유하는 강이 슬라브, 박슬라브(thin slab) 또는 주조 스트립(cast strip)과 같은 1차 재료로 주조된다. 1차 재료는 그 후에 열간 스트립으로 열간 압연되기 위하여 반드시 소둔 처리를 거친다.

권취, 선택적으로 추가로 실시된 소둔, 마찬가지로 선택적으로 실시된 스케일 제거(descaling) 및 산세 처리 후에, 열간 스트립으로부터 냉간 스트립이 1회 또는 다수의 단계로 압연되며, 필요하다면, 냉간 압연 단계들 사이에 중간 소둔이 실시될 수도 있다. 자기 시효(magnetic ageing)가 방지되도록, 후속적으로 실시되는 탈탄 소둔(decarbonisation annealing) 시에 냉간 스트립의 탄소 함량이 일반적으로 상당히 감소한다.

탈탄 소둔 후에, 전형적으로 MgO인 소둔 분리제(annealing separator)가 스트립의 표면에 배치된다. 소둔 분리제는 냉간 스트립으로부터 권취된 코일의 권회부(winding)들이 후속 고온 소둔 시에 서로 부착되는 것을 방지한다. 전형적으로 벨로(bell furnace)에서 비활성 가스 내에서 실시되는 고온 소둔 중에, 선택적인 결정립 성장의 결과로서 냉간 스트립 내에 집합조직이 발생한다. 또한, 스트립의 표면에는 "글라스 필름"으로 알려진 포스테라이트 층(forsterite layer)이 형성된다. 또한, 강 재료는 고온 소둔 중에 일어나는 확산 과정을 통하여 정화된다.

고온 소둔 후에, 이러한 방식으로 얻어진 판상 강 제품은 절연 층(insulation layer)으로 코팅되고, 열적으로 평탄화되고, 후속 "최종 소둔"에서 응력 제거를 위해 소둔된다. 추가 처리에 필요한 블랭크(blank)를 형성하기 위하여 전술한 방식으로 제조된 판상 강 제품의 조립 전 또는 후에 최종 소둔이 실시될 수 있으며, 분할 공정(division process) 중에 발생한 추가 응력은 블랭크의 분할 후에 최종 소둔에 의하여 제거될 수 있다. 이러한 방식으로 제조된 판상 강 제품은 두께가 0.15mm 내지 0.5mm이다.

재료의 금속학적 특성, 판상 강 제품의 제조 시에 설정된 냉간 압연 공정의 변형도 및 열간 처리 단계의 파라미터들은, 목표로 하는 재결정 과정이 일어나도록, 서로에 대하여 각각 조정된다. 이러한 재결정 과정은, 가장 용이한 자화성의 방향이 완료 스트립의 압연 방향인 재료에 대하여 전형적인 "고스(Goss) 집합조직"을 발생시킨다. 따라서, 방향성 판상 강 제품은 강한 이방성 자기 특성을 갖는다.

방향성 판상 강 제품의 재자화 손실을 개선하기 위한 다양한 방법들이 존재한다. 예를 들면, 판상 강 제품의 고스 집합조직의 방위 첨예도(orientation sharpness)는 향상될 수 있다. 추가적인 손실 감소는 180^o 자벽(domain wall)들 사이의 거리를 감소시킴으로써 달성될 수 있다. 절연 층을 통하여 강의 표면으로 전달되는 압연 방향으로의 높은 인장 응력은 자구들 사이의 거리 감소에 또한 기여하고, 따라서 재자화 손실의 감소에도 기여한다. 그러나, 필요한 인장 응력 값은 기술적인 이유로 제한된 정도까지만 실현될 수 있을 뿐이다.

손실을 감소시키기 위하여, 예를 들면 독일 공개 특허 공보 제DE 18 04 208 B1호와 유럽 공개 특허 공보 제EP 0 409 389 A2호에 제안된 추가 가능성은, 판상 강 제품의 표면에 부분적인 소성 변형이 생성될 수 있다는 점이다. 이는 예를 들면 관련된 판상 강 제품의 표면의 기계적 선각(scratching) 또는 압입(piercing)을 통하여 달성될 수 있다. 이러한 방식으로 자기 특성의 상당한 향상이 달성되지만, 표면의 기계적 처리가 판상 강 제품 상에 배치된 절연 층을 손상시키는 단점이 있다. 이는, 예를 들면 이러한 유형의 판상 강 제품으로부터 변압기 판을 제조하는 경우에, 변압기의 적층 코어(stacked core) 내의 단락(short circuit) 및 국소 부식을 일으킬 수 있다.

절연을 파손하지 않고 기계적 선각 또는 압입의 장점을 활용하는 시도는 레이저원의 사용에 집중되어 왔다(유럽 특허 공보 제EP 0 008 385 B1, 제EP 0 100 638 B1호, 유럽 공개 특허 공보 제EP 1 607 487 Al호). 레이저의 사용에 기초한 방법들이 공통으로 하는 바는, 처리될 판상 강 제품의 표면에 레이저 빔이 집속되어 기지 재료(basic material)에 열적 인장을 생성하는 것이다. 이에 의하여 전위가 형성되는데, 이 전위에서 자류(magnetic flow)의 성분이 판상 강 제품의 표면으로부터 탈출한다. 이에 따라, 표류 자계 에너지(magnetic stray field energy)가 국소적으로 증가하고, 이를 보상하기 위하여 "2차 구조(secondary structure)"로 알려져 있기도 한 "최종 자구"가 형성된다. 그와 동시에, 주 자구(main domain)들 사이의 거리가 감소한다.

비정상적인 재자화 손실은 주 자구들 사이의 거리에 의존하므로, 적절한 레이저 처리에 의하여 손실은 최소화된다. 방향성 판상 강 제품은 전형적으로 공칭 두께가 0.23mm이며, 이러한 제품의 재자화 손실을 비처리 상태에 비하여 10% 이상 개선하기 위하여 레이저 처리가 이용될 수 있다. 손실의 개선은, 결정립 크기 및 집합조직 첨예도와 같은 기지 재료의 특성에 의존할 뿐만 아니라, 각 판상 강 제품들 상에서 레이저 빔이 안내되는 라인의 간격(L), 체류 시간(dwell time)(t_체류) 및 비에너지 밀도(specific energy density)(U_s)를 포함하는 레이저 파라미터들에도 의존한다. 이러한 파라미터들의 조정은 각 경우에 달성되는 재자화 손실의 감소에 결정적인 영향을 미친다.

재자화 손실뿐만 아니라 소음 발생도 변압기에 영향을 미친다. 이는 자왜라고 알려진 물리적 효과에 기초한다.

자왜는 강자성 재료의 자화 방향으로의 길이 변화이다. 교번 자계 내에서 예를 들어 변압기와 같은 강자성 구성품의 작동은 180^o 주 자구를 이동시키는데, 이는 단독적으로는 자왜에 기여하지 않는다. 그러나, 재료 내에는 180^o 주 자구로부터 90^o 최종 자구로의 천이부에 자왜 인장이 존재한다. 교번 자계에서의 작동 시에, 이는 소음원을 형성하고 변압기 내의 소음의 원인이다.

레이저 처리에 의하여 추가로 90^o 최종 자구, 즉 2차 구조를 도입하면, 특히 변압기 작동 시에, 자왜 및 그에 따른 소음 방출이 증가한다.

변압기 작동 시에 소음 발생의 최소화의 관점에서 제정되는 요건은 계속 증가하고 있다. 한편으로는, 이는 계속 엄격해지고 있는 법적 지침과 표준 때문이다. 다른 한편으로는, 일반적으로 소비자들은 변압기로부터 잡음이 들리는 전기 제품을 더 이상 허용하지 않는다. 주택 지역의 근방에 대형 변압기의 허용은, 이러한 유형의 변압기의 작동 과정 중에 발생하는 소음 방출에 주로 의존한다.

적절한 공정 파라미터들을 선택함으로써, 손실의 개선 및 자왜 특성 향상이 달성될 수 있는 다수의 레이저 처리 공정들이 제안되어 왔다(제DE 601 12 357 T2호/제EP 1,154,025 B1호, 제DE 698 35 923 T2호/제EP 0 897 016 B1호, 제EP 2 006 397 A1호, 제EP 1 607 487 A1호). 그러나, 레이저 처리의 파라미터들의 최적화는 재자화 손실의 개선의 관점에서만 실시되었을 뿐이다.

전술한 종래 기술을 배경으로 하여, 본 발명의 목적은 변압기용 부품의 제조에 최적으로 적합한 판상 강 제품을 제조하는 방법을 개시하는 것이다.

이러한 목적은 판상 강 제품의 제조를 위하여 청구항 1에 기재된 작업 단계를 실시함으로써 본 발명에 따라 달성된다.

본 발명의 바람직한 실시 형태는 종속 청구항들에 기재되어 있고, 본 발명의 일반적 사상과 함께 이하에 더욱 상세히 설명되어 있다.

자기 손실 값이 최소화되고 자왜 특성이 최적화된 방향성 판상 강 제품을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은, 전술한 종래 기술과 마찬가지로,

a) 판상 강 제품을 제공하는 작업 단계와,

b) 판상 강 제품을 레이저 처리하는 작업 단계를 포함하며,

레이저 처리 중에, 레이저 빔 발생원에 의하여 출력 P로 방출되는 레이저 빔에 의하여, 판상 강 제품의 표면 내에 간격 L로 배열된 선형 변형부(linear deformation)가 형성된다.

작업 단계 a)에 따라 제공된 판상 강 제품의 제조의 방식에 있어서 특별한 요건은 존재하지 않는다. 이와 같이, 본 발명에 따른 방법을 위하여 제공된 판상 강 제품은, 해당 분야의 기술자에게 일반적으로 공지되어 있고 서두에 요약된 대책을 사용함으로써, 그리고 종래 기술로부터 또한 충분히 공지되어 있는 적절한 강 합금을 기본 합금으로 채용함으로써, 제조될 수 있다. 이는, 물론, 아직 공지되지 않은 그러한 제조 공정 및 합금을 또한 포함한다.

본 발명에 따르면, 레이저 처리(작업 단계 b))의 파라미터들은, 본 발명에 따라 제조된 판상 강 제품이 최소화된 재자화 손실을 가질 뿐만 아니라, 레이저 처리 후에 주어지는 피상 전력(apparent power)(S_{1.7/50 후})도 최적화되도록 설정된다.

이러한 목적으로, 레이저 빔으로 처리될 판상 강 제품에 대하여, 50 헤르츠의 주파수 및 1.7 텔사(Telsa)의 분극에서 나타나는 피상 전력(S_1.7/50)이 본 발명에 따라 처리 전과 후(작업 단계 b))에 측정된다.

레이저 처리 전에 측정된 피상 전력(S_{1.7/50 전})과 레이저 처리 후에 측정된 피상 전력(S_{1.7/50 후})의 차이에 의존하여, 레이저 처리 전과 후에 측정된 피상 전력(S_1.7/50)들의 차이가 40% 미만이 되도록, 레이저 처리의 파라미터들이 변경된다.

본 발명에 따르면, 레이저 처리 후에 측정된 피상 전력(S_{1.7/50 후})이 아래의 조건을 만족하도록 레이저 처리의 파라미터들이 설정되며, 따라서 본 발명에 따라 처리된 판상 강 제품에 대하여 레이저 처리 중에 설정된 피상 전력(S_1.7/50)까지의 증가가 제한되도록 레이저 처리의 파라미터들이 설정된다.

피상 전력(S₁ _{.7/50 후}) < 1.4 x 피상 전력(S₁ _{.7/50 전})

그에 따라, 레이저 처리에 기인하는 피상 전력의 증가는, 본 발명에 따르면, 레이저 처리 후의 피상 전력이 레이저 처리 전의 동일 가공편(work piece)에서의 값에 비하여 40%를 초과하지 않도록 제한된다.

따라서, 본 발명은 변압기의 설계에 있어서 피처리 판상 강 제품 각각의 재자화 손실보다도 피상 전력을 일반적으로 중시한다는 점을 고려한다. 본 발명에 따르면, 레이저 처리의 파라미터들은 재자화 손실뿐만 아니라 동일 분극에서 피상 전력에 대해서도 최적화된다.

따라서, 본 발명에 따른 방법의 주제는 재자화 손실(P_1.7/50) 및 피상 전력(S_1.7/50)의 최소화의 관점에서 레이저 파라미터들의 최적화이다. 피상 전력이 최소화되면 소음 증가도 최소화된다는 점이 알려져 있다. 이는, 레이저 처리가 주로 주 자구를 미세화하여 손실을 바람직하게 최소화할 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 레이저 처리의 최적화의 결과로서, 가급적 낮은 피상 전력의 관점에서, 자기 2차 구조를 갖는 부피 수준의 비교적 낮은 증가를 달성한다는 것을 의미한다.

원론적으로, 전기 시트(electric sheet)들 또는 시트 구획들에 레이저 처리를 실시하는 것이 고려될 수 있다. 레이저 처리가 연속적으로 실시되도록, 스트립 재료로서 제공된 판상 강 제품이 처리될 때에 특히 실용적이라는 점이 밝혀져 있다.

연속적인 레이저 처리 전과 후에 관련된 피상 전력(S_1.7/50)을 온라인으로 측정하고, 측정한 피상 전력(S_1.7/50)들 사이의 차이에 따라서 레이저 처리의 파라미터들을 변경하면, 레이저 처리의 결과에 대한 변화에 특히 신속하게 대응할 수 있다.

그러나, 시간상 단속적으로, 레이저 처리 전과 후에 피상 전력을 측정하고 레이저 파라미터들을 보정하는 것도 가능하다. 이를 위하여, 판상 강 제품의 샘플들이 소정 간격으로 추출될 수 있고, 레이저 처리 전과 후의 이 샘플들 각각의 피상 전력(S_1.7/50)이 측정될 수 있고, 이 측정의 결과에 따라서 레이저 처리의 파라미터들이 변경될 수 있다. 이러한 설계는, 본 발명에 따른 방법이 통상의 공정 공학(comparable process engineering)과 측정 기술로 실시될 수 있게 한다.

레이저 처리의 결과를 최적화하기 위하여 변경될 수 있는 파라미터들은, 예를 들면 선형 변형부들 사이의 간격(L), 레이저 빔의 체류 시간(t_체류), 비에너지 밀도(U_s), 레이저 출력(P), 초점 크기(Δs) 및 주사 속도(v_주사)를 포함한다.

실용 테스트에 의하면, 최적 피상 전력(S_1.7/50)을 달성하기 위하여, 선형 변형부들 사이의 간격(L)을 2mm 내지 10mm, 특히 4mm 내지 7mm의 범위 내에서 변경하는 것이 유용할 수 있다는 것이 밝혀졌다.

레이저 처리의 결과로서 발생하는 피상 전력(S_1.7/50)에 대한 변화의 최소화는, 레이저 빔의 체류 시간(t_체류)을 1 x 10^-5초 내지 2 x 0^-4초의 범위 내에서 변경함으로써 달성될 수 있다.

레이저원으로서 광섬유 레이저(fibre laser)가 사용되면, 레이저 처리의 결과로서 발생하는 피상 전력(S_1.7/50)의 변화를 최소화하기 위하여, 현재 이용 가능한 광섬유 레이저에 있어서는, 레이저 출력(P)이 200W 내지 3000W의 범위 내에서 변경될 수 있다. 광섬유 레이저는 레이저 빔의 좁은 집속을 가능하게 한다는 특별한 장점이 있다. 이러한 방식으로, 광섬유 레이저에 의하여 20㎛ 미만의 트랙 폭(track width)이 달성될 수 있다.

그러나, 본 발명에 따른 방법을 실시할 때에, 레이저원으로서 CO₂ 레이저를 사용하는 것도 가능하다. 이러한 유형의 레이저로는 레이저 빔이 좁게 집속될 수 없다는 사실에 의하여, 현재 사용 가능한 CO₂ 레이저에 있어서는, 레이저 처리의 결과로서 발생하는 피상 전력(S_1.7/50)의 변화를 최소화하는 목적으로 1000W 내지 5000W 범위의 레이저 출력(P)의 변동이 필요하다.

물론, 본 발명에 따른 방법은 적어도 하나의 절연 층으로 코팅된 유형의 판상 강 제품에 실시되는 것이 바람직하다. 이와 더불어, 글라스 또는 포르테라이트 층이 예를 들면 판상 강 제품의 절연 층과 강 기재(steel substrate) 사이에 존재할 수도 있다.

도 1은 레이저 트랙의 간격(L)에 대하여 손실 개선(ΔP_1.7/50) 및 피상 전력의 변화(ΔS_1.7/50)가 도시되어 있는 도면이다.
도 2는 측정된 길이 변화로부터 계산된 소음(N)이 분극(J)의 함수로서 도시되어 있는 도면이다.

본 발명의 효과의 증거로서, 본 발명에 따른 방법의 이하의 예가 조사되었다.

체계적 테스트의 일부로서, 1KW 다중-모드 광섬유 레이저를 구비하는 작동 레이저 장비의 여러 파라미터들이 변경되었다. 최적화될 파라미터들은 레이저 라인의 간격(L), 레이저 출력(P), 초점 크기(Δs) 및 주사 속도(v_주사)이었다.

실험적 행렬의 경험적 평가에 의하면, 재자화 손실의 명확한 개선을 수반하는 전술한 파라미터들의 변화는 피상 전력의 급격한 변화를 동시에 일으키는 것으로 밝혀졌다.

일례로, 도 1은 레이저 트랙들 사이의 간격(L)에 의존하는 손실 개선(ΔP_1.7/50)(채워진 사각형으로 표시) 및 피상 전력의 변화(ΔS_1.7/50)를 나타낸다. 기준 값으로서 레이저 가공 전의 상태, 즉 레이저 처리(작업 단계 b)) 전의 상태와 비교하여 전력 손실(P_1.7/50)의 변화(ΔP_1.7/50) 및 피상 전력(S_1.7/50)의 변화(ΔS_1.7/50)가 나타나 있다.

초점 크기(Δs)와 주사 속도(v_주사), 즉 레이저가 이동하는 속도를 변경함으로써, 스트립 재료로서 제공된 판상 강 제품의 표면 상에서 레이저 빔의 여러 길이의 체류 시간(t_체류)이 형성된다. t_체류, Δs 및 v_주사 사이의 관계는 다음과 같이 표현될 수 있다.

t_체류 = Δs / v_주사

1 x 10^-5초 내지 2 x 0^-4초의 체류 시간의 길이(span)는, 재자화 손실(P₁ _.7/50)에 대한 개선이 동일 수준이고 피상 전력(S₁ _.7/50)의 변화의 크기가 다른 소정 범위가 형성되게 한다. 피상 전력의 변화(ΔS_1.7/50)가 최소화되면, 처리될 해당 판상 강 제품의 최적의 소음 특성이 설정되는 것으로 밝혀졌다.

이하의 예는 재자화 손실(P_1.7/50)과 피상 전력(S_1.7/50)에 미치는 체류 시간(t_체류)의 영향을 나타낸다.

0.23mm 두께의 강 스트립이 레이저로 처리되었다. 체류 시간(t_체류)은 전술한 관계에 기초하여 변경되었다.

아래의 표 1에 요약된 재자화 손실(P₁ _.7/50) 및 피상 전력(S₁ _.7/50)의 변화(ΔP_1.7/50, ΔS₁ _.7/50)들은 자기 파라미터들의 측정 후에 얻어졌다.

샘플	P [W]	ΔS [mm]	t_체류 [s]	ΔP_1.7/50[%]	ΔS_1.7/50 [%]
1	900	5	9.9 x 10^-5	-12	+70
2	900	5	6.6 x10^-5	-13	+46
3	900	5	3.3 x 10^-5	-13	+18

샘플들은 이하에서 자왜 특성 및 이로부터 계산된 작동 중에 예상되는 소음에 관하여 조사되었다. 자왜 측정으로부터 소음을 계산하기 위하여, IEC 기술 리포트(Technical Report) IEC 62581 TR 및 이. 라이플링거(E. Reiplinger)에 의한 출판물인 "변압기 소음에 관한 방향성 변압기 시트의 평가(Assessment of grain-oriented transformer sheets with respect to transformer noise)"[자기 및 자성 재료 저널(Journal of Magnetism and Magnetic Material) 21 (1980), 257 - 261]에 기재된 방법이 사용되었다.

도 2는 측정된 길이 변화로부터 계산된 소음(N)을 분극(J)의 함수로 나타낸다.

도 2에서 연속 곡선은 레이저 처리 전의 기준 상태("레이저 미처리")이며, 이 곡선의 기초를 형성하는 측정 값들은 채워진 흑색 원에 의해 표시되어 있다.

도 2에서 측정 값들이 빈 사각형으로 표시되어 있는 파선은, +70%의 피상 전력(S_1.7/50)의 변화를 일으키는 레이저 처리 중의 소음 발달을 나타낸다.

도 2에서 측정 값들이 빈 삼각형으로 표시되어 있는 짧은 파선은, +46%의 피상 전력(S_1.7/50)의 변화를 일으키는 레이저 처리 중에 소음 발달을 나타낸다.

도 2에서 측정 값들이 빈 원으로 표시되어 있는 점선은, 피상 전력(S_1.7/50)이 +18%로 제한되도록 본 발명에 따라 파라미터들이 선정된 레이저 처리 중에 소음 발달을 나타낸다.

레이저 처리로 달성된 전력 손실(P_1.7/50)의 변화(ΔP_1.7/50)는, 각 경우에 레이저 처리 전의 초기 상태와 비교하여 -13%이었다.

따라서, 본 발명에 따라 달성된 피상 전력의 최적 변화인 ΔS = +18%를 사용하여 계산된 소음은 초기에 비하여 항상 낮다.

그러나, 피상 전력이 고려되지 않으면, 동등한 손실 개선에 대하여, 1.1dB 내지 1.5dB의 소음 증가가 관찰된다.

따라서, 도 2로부터, 예를 들면 1.7 텔사에서의 변압기의 높은 변조(modulation)에 있어서는, 본 발명에 따라 처리된 판상 강 제품과 일반적으로 처리된 판상 강 제품 사이의 소음 방출의 차이는 작을 뿐이라는 결과가 된다. 그러나, 이 차이는 여기에서 항상 체계적으로 주어진다. 이외에도, 이 차이는 변압기의 낮은 변조에 있어서, 즉 낮은 자기 분극에서는 매우 명확히 바로 확인될 수 있다.

레이저 파라미터들은, 본 발명에 따라, 레이저 처리 전후에 측정된 피상 전력(S_1.7/50)의 차이가 40% 미만이 되도록 최적화되므로, 한편으로는 전력 손실(P_1.7/50)의 효과적인 최소화가 달성될 수 있을 뿐만 아니라, 다른 한편으로는 작동 중에 소음 방출도 최소화될 수 있다. 레이저 처리 전후에 측정된 피상 전력(S_1.7/50)의 값들의 비교를 본 발명에 따라 실시함에 있어서, 그 비교가 연속 스트립 상에서 온라인으로 실시되든지, 또는 시간적으로 별도로 실행되는 교정의 일부로서 실시되는지는 중요하지 않다.

Claims

전기 공학 분야의 부품의 제조에 사용되고 최소화된 자기 손실과 최적화된 자왜 특성을 갖는 방향성 판상 강 제품을 제조하기 위하여,
a) 판상 강 제품을 제공하는 작업 단계와,
b) 판상 강 제품을 레이저 처리하는 작업 단계로서, 레이저 처리 중에 레이저 빔 발생원에 의해 출력 P로 방출되는 레이저 빔에 의하여, 판상 강 제품 표면 내에 간격 L로 배치된 선형 변형부를 형성시키는 작업 단계를 포함하는 방향성 판상 강 제품 제조 방법에 있어서,
연속 작업으로, 레이저 처리 전과 후에 각각의 피상 전력(S_1.7/50)이 온라인으로 측정되고, 피상 전력(S_1.7/50)들 사이의 차이에 따라서 레이저 처리의 파라미터들이 온라인으로 변경되거나,
판상 강 제품의 샘플들이 소정 간격으로 추출되고, 레이저 처리 전과 후의 이 샘플들 각각의 피상 전력(S_1.7/50)이 측정되고, 이 측정의 결과에 따라서 레이저 처리의 파라미터들이 변경되며,
레이저 처리 전과 후(작업 단계 b))에 50 헤르츠의 주파수와 1.7 텔사의 분극에서 판상 강 제품의 피상 전력(S_1.7/50)을 측정하고, 레이저 처리 전과 후에 측정된 피상 전력(S_1.7/50)의 차이가 40% 미만이 되도록, 레이저 처리의 파라미터들을 변경하는 것을 특징으로 하는 방향성 판상 강 제품 제조 방법.
제1항에 있어서,
레이저 처리는 연속적인 것을 특징으로 하는 방향성 판상 강 제품 제조 방법.
제1항에 있어서,
레이저 처리의 파라미터로서, 선형 변형부들 사이의 간격(L), 레이저 빔의 체류 시간(t_체류), 비에너지 밀도(U_s), 레이저 출력(P), 초점 크기(Δs) 또는 주사 속도(v_주사)가 변경되는 것을 특징으로 하는 방향성 판상 강 제품 제조 방법.
제3항에 있어서,
선형 변형부들 사이의 간격(L)은 2mm 내지 10mm의 범위 내에서 변경되는 것을 특징으로 하는 방향성 판상 강 제품 제조 방법.
제4항에 있어서,
선형 변형부들 사이의 간격(L)은 4mm 내지 7mm의 범위 내에서 변경되는 것을 특징으로 하는 방향성 판상 강 제품 제조 방법.
제3항에 있어서,
레이저 빔의 체류 시간(t_체류)은 1 x 10^-5초부터 2 x 10^-4초까지의 범위 내에서 변경되는 것을 특징으로 하는 방향성 판상 강 제품 제조 방법.
제3항에 있어서,
레이저원으로서 광섬유 레이저가 사용되고, 출력(P)은 200W부터 3000W까지의 범위 내에서 변경되는 것을 특징으로 하는 방향성 판상 강 제품 제조 방법.
제3항에 있어서,
레이저원으로서 CO₂ 레이저가 사용되고, 출력(P)은 1000W부터 5000W까지의 범위 내에서 변경되는 것을 특징으로 하는 방향성 판상 강 제품 제조 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
판상 강 제품은 절연 층으로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 방향성 판상 강 제품 제조 방법.
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