KR20160064296A - 열처리형 합금 판재의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 열처리형 합금 판재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열처리형 합금 판재의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 열처리형 합금 판재에 관한 것으로, 구체적으로는 열처리형 합금 판재들을 용접하여 판재를 제조하는 방법이되, 툴 핀(tool pin)의 회전속도 1000 내지 2000 rpm, 용접속도 50 내지 350 mmpm인 마찰교반용접장치를 이용하여 용접을 수행하고, -50 내지 25 ℃의 온도로 용접부위를 냉각하는 것을 특징으로 하는 열처리형 합금 판재의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 열처리형 합금 판재의 제조방법은, 특정 용접 조건 및 냉각 조건에서 수행함으로써, 열처리형 합금의 용접부위의 강도가 우수하다. 나아가, 열처리형 합금 판재를 제조할 때, 냉각 방법으로 직접 냉각재를 분사하거나 판재를 냉각재에 담가서 사용하지 않고, 냉매를 간접적으로 지그나 받침대 내의 냉각유로에 흘림으로써, 친환경적이며 경제적이고, 온도 제어를 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 열처리형 합금 판재의 제조방법은, 특정 용접 조건 및 냉각 조건에서 수행함으로써, 열처리형 합금의 용접부위의 강도가 우수하다. 나아가, 열처리형 합금 판재를 제조할 때, 냉각 방법으로 직접 냉각재를 분사하거나 판재를 냉각재에 담가서 사용하지 않고, 냉매를 간접적으로 지그나 받침대 내의 냉각유로에 흘림으로써, 친환경적이며 경제적이고, 온도 제어를 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 열처리형 합금 판재의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 열처리형 합금 판재에 관한 것으로, 특정 용접조건 및 냉각 조건에서 열처리형 합금 판재를 용접하는 방법에 관한 것이다.
경량소재의 접합 공정에 있어, 기존의 용접 기술과 차별화된 비용융 고상 접합인 마찰교반용접(Friction Stir Welding, FSW)이 적용되고 있다. FSW는 기존 용접법에 비해 용접에 의한 변형이 적고, 용접결함 발생 없이 우수한 접합부를 얻을 수 있어 최근 마찰교반용접 기술이 경량소재 뿐만 아니라 타이타늄, 스틸, 스테인리스, 니켈합금과 같은 고융점 소재의 동종 및 이종소재의 접합에도 적용 확대되어 여러 산업분야에 응용되고 있고, 차세대 용접기술로 각광을 받고 있다.
마찰교반접합은 회전 툴을 피접합재료의 접합 경계면에 삽입한 후, 피접합재료와 회전 툴의 마찰열로 재료를 가열하고, 이에 따라 연화된 재료를 회전 툴로 교반하여 소성 유동시킴으로써 접합하는 기술이다. 융점 이하에서 접합할 수 있는 고상 접합이기 때문에, 접합 변형이 적고 결함이 잘 발생하지 않는다.
기존의 용융 접합과 비교하면, 조인트 강도가 높고, 접합 변형이 적어 2000계열, 7000 계열 알루미늄 합금의 접합이 가능하며, 결함이 잘 발생하지 않고, 접합 전후 처리가 간단하다는 등의 이점이 있다. 또한, 리벳 결합과 비교하면 조인트 강도가 높고, 중량절감 효과가 있으며, 원가가 낮다는 등 장점이 있다.
한편, 열처리형 합금은 용융 접합 시 온도 상승에 따라 물성 저하가 발생한다. 종래에는 이러한 열처리형 합금의 마찰 교반 접합 시 온도 성능을 제어하는 방법으로 접합 부위에 냉각수를 뿌리거나, 냉각수에 담가서 판재를 접합하는 방법을 사용하였다. 그러나, 상기 방법은 많은 양의 냉각수가 소모되어 친환경적이거나 경제적이지 못하고, 온도 제어가 용이하지 못하였다.
대한민국 등록특허 제10-0492837호에서는 동시 냉각을 갖는 마찰 교반 용접을 제공하고 있다. 구체적으로는, (가) 마찰 교반 용접이 가능한 재료로 구성된 공작물을 용접하기 위하여 회전식 마찰 교반 용접 공구를 사용하는 단계와, (나) 상기 마찰 교반 용접 공구를 사용함으로써 생성된 과잉 열을 동시에 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 과잉 열을 제거하는 단계는 용접하는 단계 중에 공구 상으로 냉각제 연무를 분무함으로써 공구를 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 방법을 제공한다.
상기 방법은 공구를 냉각시키기 위해서 냉각재를 연무하며, 이렇게 냉각재를 뿌리는 것은 친환경적이지 못하며, 경제적이지 못한 문제점이 있다.
이에, 본 발명자들은 열처리형 합금을 마찰 교반 용접하여 용접부위를 효과적으로 냉각할 수 있는 방법에 관하여 연구를 수행하던 중, 특정 용접조건 및 냉각 조건에서 열처리형 합금 판재를 용접하면 용접부위의 강도가 향상됨을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은,
열처리형 합금 판재의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은,
열처리형 합금 판재를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은,
자동차, 트럭, 기차, 장갑차, 항공기, 선박 및 우주선과 같은 운송수단을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은,
마찰교반용접장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은,
알루미늄 합금 판재의 용접부위 강도 향상방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
열처리형 합금 판재들을 용접하여 판재를 제조하는 방법이되,
툴 핀(tool pin)의 회전속도 1000 내지 2000 rpm, 용접속도 50 내지 350 mmpm인 마찰교반용접장치를 이용하여 용접을 수행하고, -50 내지 25 ℃의 온도로 용접부위를 냉각하는 것을 특징으로 하는 열처리형 합금 판재의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은,
상기 제조방법에 따라 제조되는 열처리형 합금 판재이되,
용접부위의 항복강도가 123 내지 139 N/mm2이고 인장강도가 199 내지 216 N/mm2인 것을 특징으로 하는 열처리형 합금 판재를 제공한다.
나아가, 본 발명은,
상기 열처리형 합금 판재를 포함하는 운송수단을 제공한다.
더욱 나아가, 본 발명은,
용접하고자하는 판재가 위치되는 하부 받침대;
상기 하부 받침대 상의 판재를 고정하는 상부 고정지그;
툴 핀을 포함하며, 판재를 용접하는 용접 툴;
용접시 열 발생을 제어하기 위해 하부 받침대 및 상부 고정지그 내에 적어도 일부가 위치된 냉각유로; 및
상기 냉각유로 내의 냉매의 온도를 조절하는 온도조절장치;를 포함하는 마찰교반용접 장치이되,
툴 핀(tool pin)의 회전속도는 1000 내지 2000 rpm, 용접속도는 50 내지 350 mmpm이고, 냉각유로 내의 냉매는 -50 내지 25℃로 조절되는 것을 특징으로 하는 열처리형 합금 판재용 마찰교반용접장치를 제공한다.
나아가, 본 발명은,
상기 열처리형 합금 판재용 마찰교반용접장치를 이용하여 알루미늄 합금 판재들을 용접하되,
알루미늄 합금 판재들을 하부 받침대 상에 위치시키는 단계(단계 1);
상기 하부 받침대 상에 위치된 판재들을 상부 고정지그로 고정시키는 단계(단계 2);
상기 판재들을 접합하고자 하는 부위에 회전속도 1000 내지 2000 rpm, 용접속도 50 내지 350 mmpm인 용접 툴의 툴 핀을 삽입하여 용접하고, 동시에 냉각유로의 냉매가 -50 내지 25 ℃의 온도로 용접부위를 냉각하는 단계(단계 3);를 포함하는 알루미늄 합금 판재의 용접부위 강도 향상방법을 제공한다.
본 발명에 따른 열처리형 합금 판재의 제조방법은, 특정 용접 조건 및 냉각 조건에서 수행함으로써, 열처리형 합금의 용접부위의 강도가 우수하다. 나아가, 열처리형 합금 판재를 제조할 때, 냉각 방법으로 직접 냉각재를 분사하거나 판재를 냉각재에 담가서 사용하지 않고, 냉매를 간접적으로 지그나 받침대 내의 냉각유로에 흘림으로써, 친환경적이며 경제적이고, 온도 제어를 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 열처리형 합금의 일례를 나타낸 모식도이고;
도 2는 본 발명에 따른 마찰교반용접장치의 일례를 나타낸 모식도이고;
도 3은 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 6에서 제조된 열처리형 판재의 용접부위의 강도를 인스트론(Instron) 인장시험기로 관찰한 결과를 나타낸 그래프이고;
도 4는 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 열처리형 판재의 용접부위의 단면을 광학현미경으로 관찰한 사진이고;
도 5는 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 열처리형 판재의 용접부위의 단면의 2차원 면경도분포를 듀라 스캔 미소 경도 시험기(Dura Scan Micro Hardness Tester)로 관찰한 사진이고;
도 6은 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 열처리형 판재의 용접부위의 미세조직을 전자현미경(SEM/EBSD)로 관찰한 후, (a)미세조직 및 (b)극점도를 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 마찰교반용접장치의 일례를 나타낸 모식도이고;
도 3은 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 6에서 제조된 열처리형 판재의 용접부위의 강도를 인스트론(Instron) 인장시험기로 관찰한 결과를 나타낸 그래프이고;
도 4는 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 열처리형 판재의 용접부위의 단면을 광학현미경으로 관찰한 사진이고;
도 5는 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 열처리형 판재의 용접부위의 단면의 2차원 면경도분포를 듀라 스캔 미소 경도 시험기(Dura Scan Micro Hardness Tester)로 관찰한 사진이고;
도 6은 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 열처리형 판재의 용접부위의 미세조직을 전자현미경(SEM/EBSD)로 관찰한 후, (a)미세조직 및 (b)극점도를 나타낸 사진이다.
본 발명은,
열처리형 합금 판재들을 용접하여 판재를 제조하는 방법이되,
툴 핀(tool pin)의 회전속도 1000 내지 2000 rpm, 용접속도 50 내지 350 mmpm인 마찰교반용접장치를 이용하여 용접을 수행하고, -50 내지 25 ℃의 온도로 용접부위를 냉각하는 것을 특징으로 하는 열처리형 합금 판재의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 열처리형 합금 판재의 제조방법을 상세히 설명한다.
종래에 열처리형 합금 판재들을 마찰교반용접장치를 사용하여 용접함에 있어서, 용접부위의 온도가 상승함에 따라 물성이 저하되는 문제점이 있었다. 이에, 본 발명에서는 용접부위의 온도를 특정 온도로 조절하고, 용접조건을 조절함으로써 용접부위의 물성이 가장 높은 열처리형 합금 판재의 제조방법을 제공한다.
이때, 툴 핀(tool pin)의 회전속도 1000 내지 2000 rpm이다. 만약, 상기 툴 핀의 회전속도가 1000 rpm 미만인 경우에는 용접이 일어나기에 적절한 마찰이 발생하지 않는 문제점이 발생할 수 있고, 2000 rpm을 초과하는 경우에는 회전속도가 높은 장치를 제조해야하는 비용적 문제가 발생할 수 있다.
이때, 용접속도는 50 내지 350 mmpm이다. 만약, 상기 용접속도가 50 mmpm 미만인 경우에는 높은 발열로 물성저하를 가속화시키고 낮은 접합속도로 인한 비용상승 등의 문제점이 발생할 수 있고, 350 mmpm 초과인 경우에는 제조되는 열처리형 합금 판재의 용접부위의 강도가 저하하는 문제점이 발생할 수 있다.
이때, 냉각 온도는 -50 내지 25 ℃의 온도이다. -50 ℃ 미만의 온도에서 용접이 수행되는 경우에는 장비에 걸리는 하중이 커져, 툴 핀이 판재에 응착되는 문제점이 발생할 수 있고, 25 ℃ 초과의 온도에서 용접이 수행되는 경우에는 냉각의 효과가 제대로 나타나지 않는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 열처리형 합금 판재는 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 용접 시 용접부위의 온도가 상승하면 물성이 저하하는 열처리형 합금 판재를 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 도 1을 참조하면, 상기 알루미늄 합금은 6000계열일 수 있고, 특히 A6082일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 툴 핀의 회전속도는 1500 rpm, 용접속도는 100 내지 300 mmpm이고, 용접부위는 20 ℃의 온도로 냉각할 수 있다. 이와 같은 조건에서 제조되는 열처리형 합금 판재의 용접부위는 높은 강도를 가질 수 있다.
본 발명은,
상기 제조방법에 따라 제조되는 열처리형 합금 판재이되, 용접부위의 항복강도가 123 내지 139 N/mm2이고 인장강도가 199 내지 216 N/mm2인 것을 특징으로 하는 열처리형 합금 판재를 제공한다.
또한, 상기 제조방법에 따라 제조되는 열처리형 합금 판재는, 특정조건에서 용접부위가 냉각되기 때문에 냉각하지 않을 때보다 3.8 내지 6.2 % 향상된 항복강도, 1.5 내지 8.3 % 향상된 인장강도를 가질 수 있다.
본 발명은,
상기 열처리형 합금 판재를 포함하는 운송수단을 제공한다.
본 발명에 따른 열처리형 합금 판재는 자동차, 트럭, 기차, 장갑차, 항공기, 선박 및 우주선과 같은 운송수단으로 제공될 수 있다. 그러나, 상기 열처리형 합금 판재가 운송수단에의 적용으로 제한되는 것은 아니며, 높은 접합강도가 요구되는 구조물에 적절히 응용할 수 있다.
본 발명은,
용접하고자하는 판재가 위치되는 하부 받침대(100);
상기 하부 받침대 상의 판재를 고정하는 상부 고정지그(200);
툴 핀(310)을 포함하며, 판재를 용접하는 용접 툴(300);
용접시 열 발생을 제어하기 위해 하부 받침대 및 상부 고정지그 내에 적어도 일부가 위치된 냉각유로(400); 및
상기 냉각유로 내의 냉매의 온도를 조절하는 온도조절장치(500);를 포함하는 마찰교반용접 장치이되,
툴 핀(310)의 회전속도는 1000 내지 2000 rpm, 용접속도는 50 내지 350 mmpm이고, 냉각유로(400) 내의 냉매는 -50 내지 25℃로 조절되는 것을 특징으로 하는 열처리형 합금 판재용 마찰교반용접장치(10)를 제공한다.
이때, 본 발명에 따른 열처리형 합금 판재용 마찰교반용접장치(10)의 일례를 도 2에 도시하였으며, 이하, 본 발명에 따른 열처리형 합금 판재용 마찰교반용접장치(10)를 상세히 설명한다.
하부 받침대(100)는 용접하고자 하는 판재를 지지하여 용접이 될 수 있도록 지면에 수평으로 설치될 수 있다. 하부 받침대(100)는 냉각유로(400)의 일부를 포함하며, 용접부위 하단 및 판재의 하단에 3 내지 5 개의 냉각유로(400)의 일부를 포함할 수 있으나, 상기 냉각유로(400)의 개수가 이에 제한되는 것은 아니다.
상부 고정지그(200)는 하부 받침대(100) 상의 용접하고자 하는 판재가 용접중에 움직이지 않도록 고정시킬 수 있다. 상부 고정지그(200)는 용접하고자 하는 2 개의 판재를 고정시킬 수 있도록 2 개로 구성될 수 있다. 또한, 각각의 상부 고정지그(200)는 2 개의 냉각유로(400)의 일부를 포함할 수 있으나, 냉각유로(400)의 개수가 이에 제한되는 것은 아니다.
용접 툴(300)은, 실질적으로 판재가 마찰교반용접될 수 있도록 회전하며, 이동하는 툴 핀(310)을 포함한다. 이때, 툴 핀(310)의 회전 속도는 1000 내지 2000 rpm, 용접속도는 50 내지 350 mmpm인 것이 바람직하다.
냉각유로(400)는, 하부 받침대(100) 및 상부 고정지그(200)에 적어도 일부가 포함되어 용접 중에 판재를 냉각하는 역할을 한다. 종래, 마찰교반용접장치에서, 용접 중의 용접부위를 냉각하기 위해 냉각수를 용접부위에 직접 뿌리거나, 냉각수에 판재를 담가 용접했던 것과 달리, 본원 발명에서는 냉각유로(400)를 형성하여 간접적으로 판재를 냉각하기 때문에 친환경적이고, 경제적이며, 온도의 조절이 용이한 장점이 있다.
온도조절장치(500)는 냉각유로(400) 내의 냉매의 온도를 조절하기 위해 포함될 수 있으며, -50 내지 25 ℃로 조절되는 것이 바람직하다.
본 발명은,
상기 열처리형 합금 판재용 마찰교반용접장치(10)를 이용하여 알루미늄 합금 판재들을 용접하되,
알루미늄 합금 판재들을 하부 받침대(100) 상에 위치시키는 단계(단계 1);
상기 하부 받침대(100) 상에 위치된 판재들을 상부 고정지그(200)로 고정시키는 단계(단계 2);
상기 판재들을 접합하고자 하는 부위에 회전속도 1000 내지 2000 rpm, 용접속도 50 내지 350 mmpm인 용접 툴(300)의 툴 핀(310)을 삽입하여 용접하고, 동시에 냉각유로(400)의 냉매가 -50 내지 25 ℃의 온도로 용접부위를 냉각하는 단계(단계 3);를 포함하는 알루미늄 합금 판재의 용접부위 강도 향상방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 알루미늄 합금 판재의 용접부위 강도 향상방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 알루미늄 합금 판재의 용접부위 강도 향상방법에 있어서 단계 1은 알루미늄 합금 판재들을 하부 받침대(100) 상에 위치시키는 단계이다. 상기 단계에서 용접하고자 하는 판재를 지면에 수평으로 설치된 하부 받침대(100) 상에 위치시킴으로써, 용접하고자 하는 판재를 지지시킬 수 있다.
이때, 상기 알루미늄 합금 판재들은 2000계열, 6000계열 및 7000계열로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 알루미늄 합금 판재의 용접부위 강도 향상방법에 있어서 단계 2는 상기 하부 받침대(100) 상에 위치된 판재들을 상부 고정지그(200)로 고정시키는 단계이다. 단계 1에서 위치된 판재가 용접중에 움직이지 않도록 상부 고정지그(200)에 의해 고정시키는 단계이다.
본 발명에 따른 알루미늄 합금 판재의 용접부위 강도 향상방법에 있어서 단계 3은 상기 판재들을 접합하고자 하는 부위에 회전속도 1000 내지 2000 rpm, 용접속도 50 내지 350 mmpm인 용접 툴(300)의 툴 핀(310)을 삽입하여 용접하고, 동시에 냉각유로(400)의 냉매가 -50 내지 25 ℃의 온도로 용접부위를 냉각하는 단계이다. 단계 3에서는 고정된 판재를 특정 조건에서 용접하면서 동시에 하부 받침대(100) 빛 상부 고정지그(200) 내에 일부 포함된 냉각유로(400)의 냉매에 의해 냉각하는 단계이다. 상기 특정 조건으로 용접을 수행하는 경우에는 제조되는 판재의 용접부위의 강도가 향상될 수 있다.
<실시예 1> 1500 rpm - 100 mmpm(냉각 ○)
단계 1: 길이 300 mm, 너비 150 mm, 두께 15 mm의 A6082 알루미늄 합금 판재 두 장을 준비하였다. 준비된 판재를 하부 받침대(100) 상에 맞대기 상태로 놓고, 상부 고정지그(200)로 고정하였다.
단계 2: 상기 고정된 알루미늄 판재의 접합 부분에 툴 핀(310)을 삽입하여 전진각(tiliting angle) 2도로 1500 rpm의 회전속도, 100 mmpm의 용접속도로 용접을 수행하였으며, 이때, 상부 고정지그(100) 및 하부 받침대(200) 내를 지나가는 냉각유로(400)의 냉매의 온도는 20 ℃로 조절하였다. 상기 실시예 1을 다섯 번 반복하여 용접된 열처리형 판재를 준비하였다.
<실시예 2> 1500 rpm - 300 mmpm(냉각 ○)
상기 실시예 1의 단계 2에서 300 mmpm의 용접속도로 용접을 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 열처리형 판재를 준비하였다.
<비교예 1> 1500 rpm - 100 mmpm(냉각 ×)
상기 실시예 1의 단계 2에서 냉매를 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 열처리형 판재를 준비하였다.
<비교예 2> 1500 rpm - 300 mmpm(냉각 ×)
상기 실시예 2의 단계 2에서 냉매를 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여 열처리형 판재를 준비하였다.
<비교예 3> 1500 rpm - 500 mmpm(냉각 ○)
상기 실시예 1의 단계 2에서 500 mmpm의 용접속도로 용접을 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 열처리형 판재를 준비하였다.
<비교예 4> 1500 rpm - 500 mmpm(냉각 ×)
상기 비교예 3의 단계 2에서 냉매를 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 비교예 3과 동일하게 수행하여 열처리형 판재를 준비하였다.
<비교예 5> 1500 rpm - 700 mmpm(냉각 ○)
상기 실시예 1의 단계 2에서 700 mmpm의 용접속도로 용접을 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 열처리형 판재를 준비하였다.
<비교예 6> 1500 rpm - 700 mmpm(냉각 ×)
상기 비교예 5의 단계 2에서 냉매를 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 비교예 5와 동일하게 수행하여 열처리형 판재를 준비하였다.
<실험예 1> 용접부위의 강도 비교
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 6에서 제조된 열처리형 판재의 용접부위의 강도를 비교하기 위해, 인스트론(Instron) 인장시험기를 사용하여 표점거리 25 mm, 항복강도 0.2 오프셋(offset), ASTM E8/E8M-11 시험방법에 의해 강도 시험을 수행한 후, 그 결과를 표 1 및 도 3에 나타내었다.
| 단위:N/mm2 | 항복강도 | 인장강도 | 항복강도 | 인장강도 | |
| 실시예 1-1 | 123 | 200 | 비교예 1-1 | 116 | 195 |
| 실시예 1-2 | 124 | 200 | 비교예 1-2 | 117 | 196 |
| 실시예 1-3 | 124 | 199 | 비교예 1-3 | 119 | 195 |
| 실시예 1-4 | 125 | 199 | 비교예 1-4 | 120 | 195 |
| 실시예 1-5 | 126 | 199 | 비교예 1-5 | 120 | 196 |
| 실시예 2-1 | 134 | 210 | 비교예 2-1 | 127 | 194 |
| 실시예 2-2 | 135 | 216 | 비교예 2-2 | 130 | 210 |
| 실시예 2-3 | 139 | 214 | 비교예 2-3 | 131 | 211 |
| 실시예 2-4 | 138 | 215 | 비교예 2-4 | 130 | 212 |
| 실시예 2-5 | 139 | 214 | 비교예 2-5 | 131 | 211 |
| 비교예 3-1 | 149 | 225 | 비교예 4-1 | 147 | 233 |
| 비교예 3-2 | 148 | 224 | 비교예 4-2 | 145 | 232 |
| 비교예 3-3 | 150 | 224 | 비교예 4-3 | 145 | 233 |
| 비교예 3-4 | 148 | 224 | 비교예 4-4 | 146 | 232 |
| 비교예 3-5 | 148 | 224 | 비교예 4-5 | 146 | 232 |
| 비교예 5-1 | 150 | 227 | 비교예 6-1 | 146 | 235 |
| 비교예 5-2 | 151 | 228 | 비교예 6-2 | 146 | 234 |
| 비교예 5-3 | 150 | 228 | 비교예 6-3 | 146 | 234 |
| 비교예 5-4 | 152 | 228 | 비교예 6-4 | 147 | 235 |
| 비교예 5-5 | 152 | 229 | 비교예 6-5 | 147 | 236 |
표 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 1500 rpm, 100 mmpm의 용접조건에서 냉각을 수행하지 않은 경우보다, 냉각을 수행한 경우 항복강도가 평균 5 % 향상되고, 인장강도가 평균 5.5 % 향상된 것을 알 수 있다. 300 mmpm의 용접조건에서도, 냉각을 수행하지 않은 경우보다 냉각을 수행한 경우 항복강도가 평균 2 % 향상되고, 인장강도가 평균 3.2 % 향상된 것을 알 수 있다.
그러나, 500 mmpm의 조건에서는, 냉각을 수행한 경우 항복강도가 평균 1.9 % 향상되지만, 인장강도는 오히려 3.5 % 하락하고, 700 rpm의 조건에서도 냉각을 수행한 경우 항복강도는 3.1 % 향상되지만 인장강도는 2.8 % 하락함을 알 수 있다.
이를 통해, 본 발명에서와 같이 1500rpm의 툴핀 회전속도, 100 내지 300 mmpm의 용접진행속도에서 20 ℃로 냉각을 수행한 경우에만 냉각을 통해 용접부위의 강도가 향상함을 알 수 있다.
<실험예 2> 용접부위의 관찰
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 열처리형 판재의 용접부위를 관찰하기 위해, 단면을 광학현미경으로 관찰하고 그 결과를 도 4에 도시하였고, 2차원 면경도분포를 듀라 스캔 미소 경도 시험기(Dura Scan Micro Hardness Tester)로 관찰하고 그 결과를 도 5에 도시하였으며, 용접부위의 미세조직을 전자현미경(SEM/EBSD)로 측정한 후, 그 결과를 도 6에 도시하였다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 접합부위의 광학현미경 사진을 살펴 보면 냉각수가 있는 쪽의 접합부위가 냉각수를 쓰지 않은 접합부위보다 비교적 작게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 냉각수를 사용한 부분의 용접부위의 경도가 그렇지 않는 곳보다 더 높게 나타남을 알 수 있다. 이를 통해, 냉각수가 순환한 곳에서 열 영향 부위 등이 상대적으로 작고, 따라서 결함의 위험이 낮음을 알 수 있다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 집합조직에는 별 차이가 없으나, 결정립의 크기가 냉각수를 사용한 경우 평균 10 ㎛로, 냉각수를 사용하지 않은 13 ㎛보다 작은 것으로 나타났다. 이를 통해, 온도저하에 따라 동적 결정립 성장이 다소 약해 결정립의 크기가 작은 것을 알 수 있다.
10: 마찰교반용접장치
100: 하부 받침대
200: 상부 고정지그
300: 용접 툴
310: 툴 핀
400: 냉각유로
500: 온도조절장치
100: 하부 받침대
200: 상부 고정지그
300: 용접 툴
310: 툴 핀
400: 냉각유로
500: 온도조절장치
Claims (11)
- 열처리형 합금 판재들을 용접하여 판재를 제조하는 방법이되,
툴 핀(tool pin)의 회전속도 1000 내지 2000 rpm, 용접속도 50 내지 350 mmpm인 마찰교반용접장치를 이용하여 용접을 수행하고, -50 내지 25 ℃의 온도로 용접부위를 냉각하는 것을 특징으로 하는 열처리형 합금 판재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 열처리형 합금 판재는 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금인 것을 특징으로 하는 열처리형 합금 판재의 제조방법.
- 제2항에 있어서,
상기 알루미늄 합금은 6000계열인 것을 특징으로 하는 열처리형 합금 판재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 툴 핀의 회전속도는 1500 rpm, 용접속도는 100 내지 300 mmpm이고, 용접부위는 20 ℃의 온도로 냉각하는 것을 특징으로 하는 열처리형 합금 판재의 제조방법.
- 제1항의 제조방법에 따라 제조되는 열처리형 합금 판재이되,
용접부위의 항복강도가 123 내지 139 N/mm2이고 인장강도가 199 내지 216 N/mm2인 것을 특징으로 하는 열처리형 합금 판재.
- 제5항에 있어서,
용접부위를 냉각하지 않을 때보다 3.8 내지 6.2 % 향상된 항복강도, 1.5 내지 8.3 % 향상된 인장강도를 갖는 용접부위를 포함하는 열처리형 합금 판재.
- 제5항의 열처리형 합금 판재를 포함하는 운송 수단.
- 용접하고자하는 판재가 위치되는 하부 받침대;
상기 하부 받침대 상의 판재를 고정하는 상부 고정지그;
툴 핀을 포함하며, 판재를 용접하는 용접 툴;
용접시 열 발생을 제어하기 위해 하부 받침대 및 상부 고정지그 내에 적어도 일부가 위치된 냉각유로; 및
상기 냉각유로 내의 냉매의 온도를 조절하는 온도조절장치;를 포함하는 마찰교반용접 장치이되,
툴 핀(tool pin)의 회전속도는 1000 내지 2000 rpm, 용접속도는 50 내지 350 mmpm이고, 냉각유로 내의 냉매는 -50 내지 25℃로 조절되는 것을 특징으로 하는 열처리형 합금 판재용 마찰교반용접장치.
- 제8항에 있어서,
상기 상부 고정지그는 용접하고자 하는 판재를 각각 고정할 수 있도록 2개로 구성되며, 각각의 고정지그는 2개의 냉각유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리형 합금 판재용 마찰교반용접장치.
- 제8항에 있어서,
상기 하부 받침대는 3 내지 5개의 냉각유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리형 합금 판재용 마찰교반용접장치.
- 제8항의 열처리형 합금 판재용 마찰교반용접장치를 이용하여 알루미늄 합금 판재들을 용접하되,
알루미늄 합금 판재들을 하부 받침대 상에 위치시키는 단계(단계 1);
상기 하부 받침대 상에 위치된 판재들을 상부 고정지그로 고정시키는 단계(단계 2);
상기 판재들을 접합하고자 하는 부위에 회전속도 1000 내지 2000 rpm, 용접속도 50 내지 350 mmpm인 용접 툴의 툴 핀을 삽입하여 용접하고, 동시에 냉각유로의 냉매가 -50 내지 25 ℃의 온도로 용접부위를 냉각하는 단계(단계 3);를 포함하는 알루미늄 합금 판재의 용접부위 강도 향상방법.
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| KR1020140167272A KR20160064296A (ko) | 2014-11-27 | 2014-11-27 | 열처리형 합금 판재의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 열처리형 합금 판재 |
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| KR (1) | KR20160064296A (ko) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180070307A (ko) * | 2016-12-16 | 2018-06-26 | 주식회사 포스코 | 투피스 로드휠용 마그네슘 림 및 그 제조방법 |
| KR20210035366A (ko) * | 2019-09-23 | 2021-04-01 | 한국생산기술연구원 | 전기 자동차용 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 제작 방법 및 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 |
| CN113134674A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-07-20 | 哈尔滨工业大学 | 一种辅助加热、激冷联合搅拌摩擦增材装置及方法 |
| FR3128392A1 (fr) * | 2021-10-26 | 2023-04-28 | Airbus Operations (S.A.S.) | Appareil de soudage par friction linéaire comprenant un dispositif de régulation de la température d’au moins une des pièces à souder |
-
2014
- 2014-11-27 KR KR1020140167272A patent/KR20160064296A/ko active Search and Examination
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