KR20030011077A - 알루미늄 합금의 레이저빔 용접방법 - Google Patents

알루미늄 합금의 레이저빔 용접방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 에너지를 흡수하는 물질에 의해 접합 지점이 피복되어 있는 알루미늄 합금의 레이저빔 용접방법에 관한 것이다. 레이저 에너지를 흡수하는 물질로서 알루미늄을 용접하는데 적합한 융제가 사용되는데 칼슘 플루오로알루미네이트를 함유하고 있는 융제 페이스트 또는 융제와 금속 분말의 혼합물이 사용된다.

Description

알루미늄 합금의 레이저빔 용접방법{LASER BEAM SOLDERING OF ALUMINIUM ALLOYS}
용접은 용융 땜납(solder)을 사용하여 금속재를 접합시키는 것이다. 용접작업에서는 용접표면을 깨끗하게 하고 견고하게 접합시키기 위하여 용접 융제(soldering flux)를 사용한다.
레이저빔 용접은 예컨대 알루미늄 합금으로 된 부재 또는 알루미늄으로 된 부재와 다른 재료로 된 부재를 물질상 확고하게 서로 접합시키기 위해 선택 가능한 열적(熱的) 접합 방법을 나타낸다. 연결시키려는 부재들이 단지 부분적으로만 열에 노출되어야 할 때에는 레이저빔의 사용이 바람직하다.
레이저 용접시에는, 필요로하는 열이 에너지가 많은 광속의 변환에 의해 충돌될때 가공물 위에 집중된다. 레이저광이 흡수된 부분에 의해 가공물은 용접 온도로 가열되어 땜납이 용융되고, 그래서 접합될 표면을 도포하게 할 수 있다.
효과적인 용접과정이라는 견지에서 레이저빔의 흡수가 가장 중요한 의미를 갖는데, 그 이유는 단지 흡수된 레이저빔의 에너지 만큼 만이 접합과정에 이용되기때문이다.
흡수율은 예컨대 적당한 피복제(코팅제)에 의해 개선될 수 있다. 그래서 흑연은 강철의 흡수율을 개선시킨다.
그러나 흑연은 그 부식성때문에 알루미늄 합금의 접합에는 적당하지 않다.
본 발명은 적당한 융제의 사용하에 알루미늄 합금의 레이저빔 용접방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 레이저 에너지를 흡수하는 보조제가 이용되는 알루미늄 합금의 레이저 용접 방법을 제공하는 것이다.
상기 방법은, 알루미늄 합금의 접합될 지점에 레이저 에너지 흡수 보조제가 피복되고, 이때 정확한 땜질 연결은 균질한 습윤과 피복이 보장될 수 있게 함으로써 달성된다.
레이저 에너지 흡수 보조제로서는 알루미늄 땜질에 적합한 융제, 특히 칼륨플루오로알루미네이트를 함유하는 융제, 융제 페이스트 또는 융제와 금속 분말의 혼합물이 사용된다. 용어 "칼륨플루오로알루미네이트"는, 칼륨, 알루미늄, 플루오르 및 경우에 따라서는 물로 구성된, 기지의 칼륨의 플루오르화알루미늄 착제를 포함한다. 바람직한 융제는 세슘플루오로알루미네이트 융제 또는 이 융제와 Al/Si-분말, Al/Zn-분말 또는 Si-분말과의 혼합물이다. K2SiF6, KZnF 또는 CsSiF와 같은 활성 융제도 역시 적합하다.
본 발명에 있어서 융제는, 예컨대 칼륨플루오로알루미네이트로서 KAlF4, K2AlF5, K2AlF3ㆍH2O 또는 K2AlF6을 포함할 수 있다. 그리고 펜타플루오로알루미네이트는 비가역 탈수된 생성물의 형태로도 존재할 수 있다.
융제는 그것 자체로 또는 경우에 따라서는 통상적 보조제의 병용 하에 사용될 수 있다.
예컨대 보조제로서는 융제가 연결될 알루미늄 부재의 표면 위에 부착하는 것을 개선하는 결합제가 사용될 수 있다.
융제는 물, 유기 액체 또는 물과 유기 액체와의 혼합물 내 슬러지나 페이스트로서, 융제를 함유하는 융제 조제물의 형태로 사용하는 것이 합목적적이다. 유기 액체로서는 알코올, 특히 메탄올, 에탄올, 프로판올 또는 이소프로판올이 사용될 수 있다.
그 조제물을 제조하기 위해서는, 예컨대 K2AlF6및 칼륨플루오로알루미네이트를 개별적으로 또는 혼합물로서 액상 성분과 혼합할 수도 있다.
물과 유기 용액의 함량은, 슬러지나 페이스트에 있어 요구되는 농도가 달성되도록 조정된다.
용접할 접합 지점의 피복은 통상적 방법에 의해, 예컨대 분무, 붓기, 뿌리기, 칠하기에 의해 행해질 수 있다. 레이저 에너지 흡수 보조제에 의한 금속 표면의 피복층은 3 내지 50g/m2이다. 보조제가 융제 또는 융제 혼합물이면, 표면의 퇴적층은 합목적적으로 10 내지 20g/m2이다. 융제/금속 분말 혼합물이 사용되면 퇴적층은 바람직하게는 30 내지 40g/m2이다.
상기한 레이저 에너지 흡수 보조제의 사용 하에서는 여러 조성의 알루미늄 합금, 특히 Mg-함유 알루미늄 합금이 레이저광에 의해 용접될 수 있다는 것을 발견했다.
이 방법은 땜납이 도포된 합금들의 연결에도 적합하다.
알루미늄과 다른 금속, 예컨대 강, 동, 철, 티탄 등과의 레이저빔 용접도 접합 지점을 상기한 보조제에 의해 피복함으로써 가능해질 수 있다.
용접은 연속 레이저광에 의해서도, 또한 펄스식 레이저광에 의해서도 수행될 수 있다. 예컨대 Nd:YAG 고체 레이저 또는 CO2레이저가 적합하다.
레이저광 출력이 직접 출력 밀도 및 구간 에너지(단위 길이당 에너지 입력)를 결정짓는다. 용접 속도는 구간 에너지에 직접 영향을 받는다. 사용된 공정 가스 및 그때의 공정 가스 양이 용접 공정의 상호 작용 구역의 범위에 있는 용접 면의 산화에 영향을 미치고, 가스 종류에 따라서는 환원에도 영향을 미친다.
바람직한 실시형태에서는 1.5kW의 출력으로 CO2레이저가 사용되었다.
레이저빔 용접에 특징적인 짧은 용접 시간, 빔과 가공물과의 짧은 상호작용 및 그와 연관된 작은 용융물 체적으로 인해, 접합 지점이 공간적으로 뻗는 범위는 대단히 작아진다.
3mm까지의 두께를 가진 알루미늄 판이 문제 없이 용접될 수 있다는 것을 알게 되었다.
본 발명에 의한 레이저빔 용접 방법은 예컨대 장치 제작, 차량 제조, 특히자동차 제조에 사용될 수 있다. 예컨대 얇은 파일(필름)도 용접할 수 있다.
다음의 실시예들은 발명의 범위를 축소함 없이 본 발명을 설명한다.
실시예 1:
3mm두께의 알루미늄 판들(100×20mm)의 접합지점에 KAlF4및 K2AlF5에 기초하는 칼륨플루오로알루미네이트(Nocolok)를 피복했다. 보호 가스로서는 아르곤, 그리고 레이저로서는 CO2레이저(OPL 1800형)를 사용했다.
레이저 간극 폭: 2mm
용접 시간: 0.2 내지 1 초
전진 속도: 50 내지 70mm/분.
실시예 2:
실시예 1과 유사한 시험 절차로 접합 지점을 K2AlF6로 피복했다.
접합 지점에 대한 금속 도해적 시험으로 접합 지점의 결정 조직은 통상적인 불꽃 용접에 비해 극히 더 미세하다는 것을 알았다.

Claims (8)

  1. 레이저 에너지를 흡수하는 물질에 의해 접합 지점을 피복하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금의 레이저빔 용접방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 레이저 에너지를 흡수하는 물질로서 알루미늄 용접에 적합한 융제, 융제 페이스트 또는 융제와 금속 분말의 혼합물이 사용되는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금의 레이저빔 용접방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 융제로서 세슘플루오로알루미네이트 융제, 칼륨플루오로알루미네이트 융제 또는 그들의 Al/Si-분말, Al/Zn-분말 또는 Si-분말과의 혼합물이 사용되는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금의 레이저빔 용접방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서, 융제로서 K2SiF6, KZnF, CsSiF 또는 그들의 혼합물이 사용되는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금의 레이저빔 용접방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서, 금속 표면의 피복층은 3 내지 50g/m2이 되는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금의 레이저빔 용접방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 마그네슘 함유 알루미늄 합금이 용접되는 되는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금의 레이저빔 용접방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 땜납이 피복되거나 도금된 알루미늄 합금이 땜질되는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금의 레이저빔 용접방법.
  8. 제 1항 내지 제 7항중 어느 한 항에 있어서, 알루미늄으로 된 부재가 다른 금속, 예컨대 강, 동, 철, 티탄으로 된 부재와 접합되는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금의 레이저빔 용접방법.
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