KR20060048251A - 아연 도금 강철 시트 또는 알루미늄 시트 용접의 예비 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대기 중의 저온 플라스마가 표면에 설치되는, 용접 결합을 위해 고안된 이음매 영역에 표면의 예비 처리을 통한 아연 도금된 강철 시트의 용접 가능성의 향상을 위한 방법에 관한 것이다.

저온-플라스마(low-temperature plasma), 플라즈마 예비처리, 네오디윰-YAG-레이저(Nd-YAG-Laser)

Description

아연 도금 강철 시트 또는 알루미늄 시트 용접의 예비 처리방법{A Pre-processing Method for Weldign Zinc Coating Steel Sheet Or Aluminium Sheet}

본 발명은 아연으로 도금된 강철 시트(sheet) 또는 알루미늄 시트를 용접하는 예비 처리법에 관한 것이며, 특히 레이저 용접에 관한 것이다. 본 명세서에서 하나의 아연 도금된 강철 시트는 또한 코팅된 보호층이 단독으로 아연 할당을 갖는 강철 시트로 이해되어야 한다. 상기 강철 시트는 특히, 아연-알루미늄, 아연-니켈 소재 초합금 또는 아연 파우더 래커(zinc powder lacquer) 또는 아연과 혼합된 합성 소재와 같은 유기 소재가 포함된다.

아연으로 도금된 강철 시트의 용접의 경우 추가적인 작업이 없으면 용접 이음매 영역(welding joint area)에 질적인 문제가 발생하는 것으로 알려져 있다. 왜냐하면 아연은 이미 본질적으로 높은 온도에 강철 시트로 융해 되기 시작하고 증발되어, 용접 이음매 둘레에 바람 구멍과 결점이 생겨나기 때문이다. 이는 저항력이 결핍되고 부식성과 손상된 용접 이음매 결합구조를 가진 용접 이음매의 불침투성을 야기한다.

아연 도금된 강철 시트는 특히 차체, 산업가스탱크 그리고 가전 기기에 쓰인 다.

특히 도금된 코팅의 좋은 접착력과 그것의 부식 저항력은 아연 도금된 강철 시트의 삽입과 같은, 무엇보다도 자동차 산업에서 꾸준히 상승중이다. 제품의 질의 경쟁자와 기술적인 상태에는 아직 견줄만한 상대가 없는 이 분야에서 경쟁은 결국 생산 비용에서 결정된다. 광대한 양의 생산 중인 상품들 때문에, 이미 시간과 원료 투입의 근소한 절약에 비중을 두고있다. 예를 들어, 연대순으로 더 빨리 진행하고 있는 방식의 대체나 기술적으로 중요한 작업 중단 시간의 방지를 가능하게 하는 것을 통해 자동차의 생산 싸이클을 단축하는 것은 영원한 목표이다. 그 외에도 사람들은 생산과정을 위해 중요한 시스템 엔지니어링이 가능한 한 저-유지비용으로 견고하게 하려고 애쓴다. 궁극적으로는 역시 보조 소재들의 경제적인 소비를 통해 생산비용을 낮추는 것이다.

공지된 기술로서 사람들이 시도한 용접 이음매에서 일어나는 질적인 문제를 향상시키기 위한 많은 다양한 업적들이 알려져 있다.

예를 들어 EP 0 527 229 B1은 레이저 용접법에 대하여 개시하고, 특히 용접과정 이전에 산소로 혼합된 보조 가스와 용접과정 중에 계속되는 가스가 삽입되는 아연 도금된 강철 시트의 레이저 용접에 관하여 기술하고 있다.

산소 가스는 아연과 결합되어 아연 산화물과 아연 과산화물을 형성하며, 그리하여, 눈에 띄게 더 작은 바람구멍이 생겨나는 것을 통해, 아연 증발의 압착에 의한 고체가 형성된다.

EP 0 446 677 B1에는 향상된 용접 가능성을 가진 아연 도금된 강철 시트의 생산 방법을 개시하고 있으며, 상기 특허는 강철 시트의 표면에 아연층의 침전 이전에 강철 시트의 표면에 정확한 탄소 내용물의 철/탄소층을 발생시키는 것을 개시하고 있다.

현 시점에서 두 개의 일본특허출원을 통해 기술의 상태가 명백히 기술되고 있는데, 그에 따르면 각각의 아연 도금된 강철 시트의 용접가능성은 산화 피막(oxidation film)의 형성에 의해 아연 도금된 표면 상에서 향상되어져야만 한다고 한다.

상기 산화 피막은 JP 60-063394 또는 JP 02-004983에 기술된 핫 딥핑(hot dipping)을 통한 아연 도금된 강철 시트에서 생성된다.

EP 0 446 677 B1의 발명자는 아연 도금된 강철 시트에 산화 피막을 형성시킨 실험은 지금까지의 상업적 척도에 만족할 만한 결과에 도달하지 못할 만큼 실패했기 때문이라고 기술한다.

위 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 하나의 아연 도금된 강철 시트가 질적 요구, 즉 바람 구멍의 생성이나 용접 이음매 둘레에 아연층의 잔재의 생성 없이 용접을 하기 위한 방법을 제공한다.

본 발명에서 개시하는 주제는 근본적으로 가능한 한 적은 기술적, 시간적 소재의 비용을 요구하는 아연 도금된 강철 시트의 용접 가능성의 향상에 적합한 방법을 발견하는데 있다.

하나의 아연 도금된 강철 시트가 질적 요구, 즉, 바람 구멍의 생성이나 용접 이음매 둘레에 아연층의 잔재의 생성 없이 용접을 되기 위해서는 대단한 노력이 요구된다는 관점에서 이 분야의 공지된 기술의 설명에서 명시된 해결책이 고려된다.

레이저 용접을 하는 동안의 보조 가스의 삽입(EP 0 446 677 B1)은 가스의 흐름의 규칙에 따라 공통의 축을 가지고 레이저 방사로 기계 위에 설치되는, 특별히 작동된 용접 노즐을 필요로 한다. 보조 가스 없이 작동하는 레이저 용접의 차이점은, 여기서 가스의 공급과 가스 흡입을 위한 추가적인 기술적 방법이 충족이 되어야 한다는 것이다.

또 다른 해결책은 층의 추가 적용을 의미한다. 이 방법은 조건부 방식으로 각각의 전체 표면 위에 생겨나는 것인데, 즉 다음의 용접결합을 위한 이음매 영역(joining area)이 전혀 생기지 않은 표면 영역에 생기는 것이다. 코팅을 위한 소재의 삽입은 기능적으로 사살상 중요한 것보다 몇 배로 중요하다. 이에 관해 예를 들면 핫 딥핑은 필수적인 냉각 및 건조 시간이 요구된다는 것이다.

DE 101 35 611 A1에서 개새된 공지 기술에 따르면, 코팅 소재의 증발의 감소를 위해서는 흔히, 감소된 용접흐름과 함께 규칙적으로 작동하는, 값비싼 특수 전극(special-electorde)이 사용되었다. 그러나 이 때문에, 그러한 환경에서는 용접 결합의 기계의 전기용량이 증가하고, 그에 따른 생산라인(production line)의 원료 처리량은 감소된다.

또 다른 방법으로는, 발생하고 있는 프로세스 증기(process steam)의 자율 운반출을 가능하게 하기 위해, 특별히 건설적인 방법을 수행하게 되는 것이다.

공지된 기술과는 대조적으로 DE 101 35 611 A1에서 청구된 해결책은, 부식보호층(아연층)이 마멸되고 부분적으로 제거되거나 현저하게 감소된다고 기술하였다. 용접 이음새 영역(용접구역) 내의 아연층의 제거에는, 예를 들어 치과에서 충치 제거에 사용되는 것과 같은, 소형화 된 모래분사기(sandblasting machine)가 적합하다. 둘러싸고 있는 표면의 부패를 제거하고 그릿(grit)을 재사용하기 위해 흡입을 위한 행위를 해야 하는데, 예를 들면 부압방사장치(negative pressure beam device)의 사용을 통한 것이다.

이 방법은 특히 레이저를 이용한 용접에 적합하며 특히 차체 제작의 이음매에 차체의 철재 시트(autobody sheet steel)의 연달아 놓은 표면에 이전의 부압방사장치 작업 이후 공정의 안전을 기하며 용접되게 하는 것을 요점으로 한다.

적절한 송풍 연마제(blasting abrasive)로는 무기질의 알루미늄 산화 연마제(aluminium oxide abrasive)가 알려져 있다. 송풍 연마제가 어떤 잔류물도 제거되지 않는 이점을 갖는 마지막 수단일 때, 유리, 염분, 탄산 소다, 부스러진 호두껍질, 얼음 또는 드라이 아이스도 가능하다고 한다. 부식성에 있어 부정적인 효과는, DE 10135 611 A1에 청구된 방식은 공지의 기술과는 상반되는 것으로 보이고, 이에따르면 아연층은 용접 이음매 영역에서 증발되기 때문이다.

용접과정의 형성을 방해하는 표면층에 기댄, 가벼운 산화될 수 있는 금속으로 된 전기 전도성 기계의 용접 가능성의 향상에, 표면을 뛰어 넘어 방해 중인 표면층은 갑작스럽게 분리된 지점들을 관통하며 일부는 증발하는 높은 빈도의 아크(arc)를 생산하는 것으로 DE 199 27 557 A1에 개시되어 있다.

이 과제는 청구한 1의 개념에 알맞은 방식에 의해 해결 되는데, 이는 대기 속 저온 플라스마(low-temperature plasma)의 방사를 표면에 설치하는 것이다.

유리한 실행들이 첨부된 청구항들에 기술되어 있다.

표면의 처리에 저온 플라스마를 사용하는 것은 이와 같이 새로운 것만은 아니다. EP 0 761 415 B1에서 표면의 습윤 가능성(wettablity)을 증가시키는 방식으로, 상용가스(working gas)의 공급 하에 플라스마의 제거를 통해 반동 매체(reactive medium)의 방사를 생성시키며 처리 중인 표면을 지나며 실행시키는 유동체(fluids)를 가진 장치가 제안되었다. 플라스마의 생성에 관해 알려진 방식의 공지의 기술과의 차이점은 표면 처리에의 플라스마가, 역시 손상되기 쉬운 표면을 다치지 않게 할 수 있게 하기 위해, 비교적 낮은 온도를 갖는 것이다. 이 방식은 전도성이 있거나 전도성이 없는 기계, 특히 합성 소재로 된 기계의 처리에 적합하다.

적합한 대기 속 저온 플라스마를 생성 시킬 수 잇는 방법의 실행에 사용되는 방사 생성기는, EP 0 761 415 B1에, 비전도성 아크(arc)를 가진 합성소재의 예비 처리을 위해 쓰인다고 기술되었다. EP 1 292 176 A2에도 명시된 것처럼, 플라스마의 생성을 위해 제작된 전기 아크는 기계 상에서는 전도되지 않는다. 방사 생성기에 의지하는 플라스마 방사의 물리적이고 화학적 특성을 경험하기 위해서, EP 0 761 415 B1에서 개시된 결과에 대한 실험이 실시되었다.

그러나, 플라스마에 사실상 실제 의미상의 하나의 플라스마가, 최소한으로 일부 이온화 된 매체로서 관련이 있거나, 단독으로 프리 라디칼(free radical)의 또는 활성화 된 원소 또는 분자를 포함하는 것인지는 명확하지 않은 듯하다.

어쨌든, 플라스마 방사는 기계의 표면 상에 고안되어 예비 처리된 효과를 가져온 것은 증명될 수 있었다. 이는, 일반적으로는 물에 젖을 수 없는 다양한 합성 소재의 표면을 플라스마 방사 내에 들려놓은 것이다. 그 결과, 그것들은 물에 젖을 수 있었다. 금속 표면이 플라스마 방사의 도움으로, 예를 들어 실리콘 잔류물과 그과 비슷한 것들로부터 제거될 수 있었다고 보고되었다. 비금속, 예를 들어 알루미늄의 실험에서, 플라스마 방사는 사살상 산화 효과를 갖지 않았고, 역시 자연적인 것보다 더 두꺼운 산화층도 형성되지 않은 것을 보여주었다.

EP 1 292 176 A2에서, 거기서 청구된 방사 생성기는 전기적으로 중성인 플라스마 방사에 적합해야만 한다고 발단 부분에 진술되었다. 이후, 표면의 처리에 적합한 플라스마 방사는, 예를 들어 접착, 코팅 또는 와니스칠(varnishing) 이전의 예비 처리과 표면의 세척에, 코팅, 친수성화(hydrophilization), 전기 충전의 제거 또는 살균, 그리고 화학반응의 가속화에 적합하다. 비록 EP 1 292 176 A2에는 명백히 언급되지는 않았으나, 전문가가 사용 가능성의 열거에 의해, 플라스마 방사로 모든 접착성 있는 표면상의 접착성 소재를 제거한다는 것을 함축한다.

EP 0 761 415 B1과 EP 1 292 176 A2에서는, 대기 속 저온 플라스마로 아연 도금된 강철 시트를 용접하는 예비 처리을 할 수 있다고, 전문가에게 근접하게 어떤 부가설명도 하고 있지 않다.

이와 같은 실용성은, 비록 출원인이 방사 생성기가 자동적인 기계에 통합하기 위해서 몇 해에 거쳐 EP 1 292 176 A2에 적절한 공급장치로서 생산된 방사 생성기를 언급했지만, 이는 출원인에게도 완전히 놀랄만 한 일이다. 기술의 상태에서 적절하게 명명된 실용성은 정화장치를 위한 방사생성기가 전기 기계와 회로에 의해, 그리고 활성화 장치를 위한 방사 생성기는 접착성 향상을 위한 합성 소재에 의해 고정된다.

한 실험에서, 표면이 나사로 두개가 용접 되고 있는 아연 도금된 강철 시트는, 표면이 방사생성기로 적절하게 EP 1 292 176 A2에서 생성된 것처럼, 플라스마 방사와 함께 작동된다. 용결된 강철 시티는 약 5 마이크로 미터의 강한 갈바니 전기에 의해 (galvanic) 침전된 아연층을 사용한다. 작업 가스로는 한 실험에서는 공기가, 다른 실험에서는 질소-산화물 혼합체에서 12mm +/- 2mm가 제거되고, 속도는 초속 80mm +/- 10mm로 유지되었다.

그 결과로 두 개의 시트는 레이저로 전문가에게 잘 알려진 식으로 용접된다. 매우 좋은 결과는 예를 들어 네오디윰-YAG-레이저(Nd-YAG-레이저)로 관리된 최고 2.5킬로 와트의 관리된 용량이 생성된다. 용접에서 발생하고 있는 효과와 용접결과는 동일한 실험요소에서, 예비 처리되지 않고 발명에 적절하게 예비 처리된 강철 시트를 위해, 가변성을 갖는다.

그리하여 예비 처리된 강철 시트의 용접에 더 적은 양의 포르세스 증기를 발생시킨다.

발생 중인 용접 이음매는 분명히 더 나은 용접 이음매 표면과 분명히 더 적은 바람 구멍과 결점을 갖는다. 그 외에도 용접 이음매는 더 적게 연소 없이 산화된다.

제작된 것처럼, 용접 이음매들은 비교적 좋은 질을 갖고 발생하며, 두개의 용접 중인 강철 시트의 용접 이음매가 용접에서 발생된다면, 플라스마 방사를 갖는 표면 영역(이음매 영역)이 예비 처리된다.

플라스마 방사의 활동이 그 결과로 아연층을 변화시키며, 우선 높은 온도에서 녹기 시작할 것이다.

용접의 질의 향상을 위한 알려진 기술의 상태와 반대로 아연 도금된 강철 시트의 용접에 발명에 적절한 예비 처리은, 더 적은 기술적, 시간적, 그리고 소재 비용으로, 비용 효과가 큰 선택, 특히 고도의 자동화 된 대량 생산에서 유리한 점을 갖는다.

놀랄만한 것은, 알루미늄 시트에서도 역시 요접 결합을 위한 표면처리가 용접 가능성의 향상을 위한 대기 속 저온 플라스마를 가진 고안된 이음매 영역이 유지되는 것이 확인되었다.

본 발명에 의해 예비 처리된 강철 시트의 용접에 더 적은 양의 포르세스 증기를 발생시키고 발생 중인 용접 이음매는 분명히 더 나은 용접 이음매 표면과 분명히 더 적은 바람 구멍과 결점을 갖는다. 그 외에도 용접 이음매는 더 적게 연소 없이 산화되는 효과가 있다.

아연 도금된 강철 시트의 용접에 발명에 적절한 예비 처리는, 더 적은 기술적, 시간적, 그리고 소재 비용으로, 비용 효과가 큰 선택, 특히 고도의 자동화 된 대량 생산에서 유리한 효과를 갖는다.

또한, 알루미늄 시트에서도 요접 결합을 위한 표면처리에 의해 대기 속 저온 플라스마를 가진 고안된 이음매 영역이 유지되어 용접 가능성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 대기중에서 전기적으로 중성인 저온 플라스마를 방사하여 용접 결합을 위해 고안된 이음매 영역 표면에 플라즈마 막층이 형성되는 것을 특징으로 하는 아연 도금된 강철 시트 또는 알루미늄 시트의 용접 예비처리 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 플라스마는 전기로 발화되는 것을 특징으로 하는 아연 도금된 강철 시트 또는 알루미늄 시트의 용접 예비처리 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 플라스마 제작을 위한 작업가스는 공기가 사용되는 것을 특징으로 하는 아연 도금된 강철 시트 또는 알루미늄 시트의 용접 예비처리 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 아연 도금된 시트의 표면은 서로 용접중에 예비 처리되는 것을 특징으로 하는 아연 도금된 강철 시트 또는 알루미늄 시트의 용접 예비처리 방법.