KR20200078616A - 알루미늄 합금 부품의 용접 후 열처리 방법 및 장치, 그리고 이 방법에 따라 처리된 용접된 알루미늄 부품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접된 알루미늄 합금 부품의 용접 후 열처리(PWHT) 방법 및 장치, 그리고 이 방법에 따라 처리된 용접된 알루미늄 합금 부품에 관한 것이다. 용접된 부품은 초기에 감소된 하중 지지 능력을 가진 열 영향 영역을 포함한다. 이 방법은 상기 열 영향 영역을 위치시키는 단계; 및 상기 열 영향 영역의 적어도 하나의 제1 위치에 열원을 적용하는 단계를 포함하고, 열원은 T_min보다 높은 온도를 발생시키고, 그리고 열원은 적어도 기간 t_min 동안 상기 위치에 유지될 수 있다. 이 장치는 부품에 대해 상대적으로 이동 가능하고, 그 정해진 위치에 위치될 수 있고, 그리고 상기 국부 위치에서 부품으로 전달된 열에 영향을 미치는 온도 및 체류 시간에 대해 추가로 제어 가능한 열원을 포함한다. 본 발명에 따르면, 용접부를 따라 있는 열 영향 영역의 면적이, PWHT에 의해 용접부 전반에 걸쳐서의 힘 분포가 강화되도록 확대되어, 부품의 하중 지지 특성의 개선을 제공한다.

Description

알루미늄 합금 부품의 용접 후 열처리 방법 및 장치, 그리고 이 방법에 따라 처리된 용접된 알루미늄 부품

본 발명은 용접된 알루미늄 합금 부품의 용접 후 열처리(Post Weld Heat Treatment) 방법 및 장치, 그리고 이 방법에 따라 처리된 용접된 알루미늄 합금 부품에 관한 것이다.

예를 들면, 강철과 비교하여 알루미늄 합금의 밀도가 낮아, 강도 대 중량비가 높아진다. 이로 인해, 자동차 산업, 해양 및 연안 구조물, 교량, 그리고 건물과 같은 다수의 구조용 용례에서 알루미늄 합금이 매력적이게 된다. 그러나 용접된 알루미늄 합금은 용접 공정으로부터 야기된 "연질 영역(soft zone)"의 형성으로 인해 강도가 상당히 감소된다는 문제가 있다. 이 문제는, 영향을 받지 않는 베이스 재료에 비해 용접 영역에서 하중 지지 능력이 현저히 낮기 때문에, 구조용 용례에의 알루미늄의 사용이 심각한 수준으로 제한된다는 것을 나타낸다.

유로코드 9와 같은 알루미늄 합금에 대한 현재의 설계 표준에서, 이러한 강도 감소는 강도 감소 인자들을 도입함으로써 처리된다. 이러한 인자들은 0.5 정도로 낮을 수 있고, 이는 베이스 재료 강도의 50%만 활용될 수 있음을 의미한다. 실제 인자는 합금의 타입과 처리 조건에 따라 좌우된다. 따라서, 구조용 용례에서 알루미늄의 전체 강도를 활용하기 위해, 용접에 관한 혁신적인 해결책이 필요하다.

본 발명은 용접과 관련된 강도 감소 문제에 대해 가능한 해결책을 제시한다. 본 발명은 금속 불활성 가스(MIG), 텅스텐 불활성 가스(TIG)와 같은 용융 용접 방법, 레이저 및 하이브리드 방법(예컨대, 레이저+MIG), 냉간 금속 이행(CMT), 그리고 마찰 교반 용접(FSW) 방법을 포함하는 몇몇 타입의 용접 방법에 적용될 수 있다.

본 발명에 의하면, 국부 용접 후 열처리(PWHT)에 의해 용접된 알루미늄 합금 구조물의 하중 지지 능력을 최적화하기 위한 새로운 그리고 신규의 방법 및 장치가 제공된다.

상기 방법은, 하중 지지 능력이 감소된 열 영향 영역들을 갖는 용접된 알루미늄 합금 부품의 용접 후 열처리로서, 상기 열 영향 영역들이 위치해 있고, 상기 열 영향 영역들의 적어도 하나의 제1 위치에 열원이 적용되며, 상기 열원은 T_min보다 높은 온도를 발생시키고, 그리고 상기 열원은 적어도 기간 t_min 동안 상기 위치에 유지되는 것인 알루미늄 합금 부품의 용접 후 열처리를 수반한다.

상기 장치는 알루미늄 합금 부품에 대해 상대적으로 이동 가능한 열원으로서, 그 정해진 위치들에 배치될 수 있고, 상기 위치들에서 상기 부품에 전달된 열에 영향을 미치는 온도 및 체류 시간에 관하여 제어 가능한 열원을 포함한다.

국부 가열을 위해, 유도 가열, 레이저 가열, 전기 저항 가열, 마찰 교반 용접 툴 등을 포함하는 다양한 방법이 사용될 수 있다. 이 개념은 4xxx, 6xxx 및 7xxx 시리즈 내의 시효 경화 합금, 그리고 특히 5xxx 시스템 내의 가공 경화 합금을 포함하는, 다양한 합금 시스템에 사용될 수 있다. 이러한 타입의 합금에 대한 높은 열 영향 영역(HAZ) 강도 감소로 인해, 잠재적 강도 증가 및 이에 대응하는 중량 절감이 특히 6xxx 합금의 경우에 크다. 중량 절감은 구조물의 중량 감소와 관련하여 장점일 뿐만 아니라 재료 비용과 직접 관련이 있다.

압출 프로파일, 압연 및 주물 합금에 의해 제조된 시트 재료, 및 이들의 조합을 포함하는 상이한 타입의 알루미늄 제품 또는 부품이 사용될 수 있다.

이 국부 용접 후 열처리에 의해 부품의 하중 지지 능력이 현저히 증대될 수 있다.

상기한 그리고 추가의 장점들은 첨부된 청구범위에 정해진 바와 같이 본 발명에 의해 달성될 수 있다.

본 발명은 실시예 및 도면에 의해 더 설명되어야 하는데;
도 1은 6060 타입 합금에 대한 용접부 전체에 걸쳐서의 경도 측정의 결과를 보여주고,
도 2는 국부 PWHT가 없는 종방향 용접부의 양측에 있는 열 영향 영역을 보여주며,
도 3은 국부 PWHT 이후, 종방향 용접부의 양측에 있는 열 영향 영역을 보여주고,
도 4는 도 2에 도시된 용접부의 하중 지지 능력(F₁)을 보여주며,
도 5는 국부 PWHT에 노출된, 도 3에 도시된 용접부의 하중 지지 능력(F₂)을 보여주고,
도 6은 국부 PWHT를 위한 열원에 의해 취약 영역의 위치가 어떻게 조작될 수 있는가를 보여주며,
도 7은 국부 PWHT에서 이동될 수 있는 열원이 따르는 패턴을 보여주고,
도 8은 제어된 방식으로 취약 영역의 위치가 어떻게 조작될 수 있는가를 보여주며,
도 9는 제2 국부 열처리를 사용하는 것을 보여주고,
도 10은 본 발명에 따른 PWHT에 의한 효과의 가시화를 위한 이론적 설정을 개시하며,
도 11은 직선형 및 파형을 갖는 HAZ에서 빠른 PWHT의 효과의 검증 설정을 개시하고,
도 12는 직선 HAZ를 갖는 115 ㎫ HAZ 항복 응력에 대해 2 ㎜ 두께 판의 중간에서의 유효 응력을 가시화하며,
도 13은 볼록한 HAZ를 갖는 115 ㎫ HAZ 항복 응력에 대해 2 ㎜ 두께 판의 중간에서의 유효 응력을 가시화하고,
도 14는 도 11의 샘플에 기초한 시뮬레이션의 개요를 나타내는 표이며,
도 15는 국부 용접 후 열처리 이후의 취약 영역의 위치에 대해 추가 예를 개시하고,
도 16은 용접의 횡방향으로 힘에 노출되는 용접된 부품의 단면도를 개시하며,
도 17은 그 표면에 수직인 방향으로 압력에 노출되는 용접된 부품의 단면도를 개시하고,
도 18은 PWHT가 없는 조건에서, 용접부에 대하여 횡방향 하중을 가하는 동안의, 스트레인의 분포를, 다른 회색 톤(greyscales)으로 보여주며,
도 19는 도 18의 용접부 위치와, PWHT가 없는 조건에서, 열 영향 영역에서의 연질 영역의 위치에 대응하는 파단 위치의 표시를 보여주고,
도 20은 도 18과 유사하고, 회색 톤으로 스트레인 패턴을 도시하지만, 여기서 국부 PWHT는 본 발명에 따른 횡 가열과 관련하여 적용되는 것을 보여주며,
도 21은 도 20의 국부 PWHT의 흔적을 보여주고, 그리고
도 22는 도 18, 도 19, 도 20 및 도 21에 각각 설명된 2개의 상황에 대한 기록된 응력 대 신장을 개시한다.

도 1은 본 발명에 의해 해결될 문제를 설명하는 6060 타입 합금의 용접부(11) 전체에 걸쳐서의 경도 측정의 결과를 보여준다. HAZ에 있어서 용접부로부터 경계부(12, 13)까지의 연질 영역은 하중 지지 능력을 감소시킨다. 용접부 전체에 걸쳐서의 경도 측정으로 이러한 연질 영역이 드러난다.

도 2는 도 1에 도시된 바와 같이, 종방향 용접부(11)의 양측에 있는 경계부(12, 13)를 갖는 열 영향 영역을 보여준다. 이것은 취약 영역의 최근 위치이다.

도 3은 본 발명에 따른 국부 PWHT 이후, 종방향 용접부(11)의 양측에 있는 열 영향 영역의 위치를 보여준다. 선택된 국부 용접 후 열처리(PWHT)로 인해, 열 영향 영역(22, 23)의 경계는 여기서 지그재그 패턴으로 예시되어 있다.

도 4는 도 2에 도시된 용접부(11)의 하중 지지 능력(F₁)을 보여준다.

도 5는 경계부(22, 23)를 갖고 국부 PWHT에 노출된, 도 3에 도시된 바와 같은 용접부(11)의 하중 지지 능력(F₂)을 보여준다.

이러한 국부 PWHT는 상당히 높은 교차-용접 하중 지지 능력을 제공하는 것으로 입증될 수 있다; F₂>>F₁.

이것은 취약 영역의 더 넓은 면적이 힘을 분산시키도록 되어 있다는 점 때문이다. 일부 구역에서, 취약 영역은 하중 방향과 평행한다.

취약 영역의 위치는 다음과 같이 조작될 수 있다; 열원(예컨대, 유도 코일)은 미리 정해놓은 패턴을 따라 이동된다. 이는 간단한 패턴일 수 있고, 예컨대 도 6의 왼쪽 부분에 예시된 바와 같이 직선일 수 있다. 이러한 예에서, 열원은 먼저 위치 1로 이동하고 전원이 켜진다. 그 후, 전원이 차단되고 열원이 위치 2로 이동하여, 전원이 다시 켜진다. 이것은 우측 도면에 예시된 바와 같이 새로운 취약 영역 패턴을 생성하는데, 여기서 실제 패턴(32)(가장 오른쪽)은 이상적인 직사각형 지그재그 패턴(22)으로부터 다소 벗어날 것이다. 용접부는 참조 번호 11로 표시된다.

열원이 따라 이동하는 패턴은 복잡할 수 있고, 용접부에 대해 수직하거나 어느 각도일 수 있다. 패턴은 또한 도 7에 예시된 바와 같이 곡선 형상일 수 있고, 예를 들어 참조 부호 33을 참조하면, 용접부(11)를 한 번 또는 여러 번 가로지를 수도 있다. 열원은 이러한 타입의 패턴에 따라 이동 중에 켜질 수 있고, 열 영향을 받는 패턴들 사이에서 이동 중에 꺼질 수 있음을 이해해야 한다.

변할 수 있는 열원의 패턴들의 형상(폭을 포함) 및 위치, 그리고 강도(즉, 전력), 그리고 위치의 기능은, 용접 열 사이클을 계산하기 위한 FE-코드들의 조합과 같은, 다른 툴에 의해 미리 계산될 수 있는데, 이것은 예를 들어 J.K. Holmen, T. Børvik, O.R. Myhr, H.G. Fjær, O.S. Hopperstad. International Journal of Impact Engineering, 84 (2015). pp. 96-107에 기술된 바와 같이, 물리적 기반 재료 모델에 차례로 입력된다.

위에서 언급한 모델링 개념은 최적화 툴과 함께 사용될 수도 있다. 표면적 신경망 또는 이와 유사한 소프트웨어 툴을 사용하여 열원 패턴의 최적 위치, 형상 및 전력을 찾을 수 있다.

도 8은 취약 영역의 위치가 제어된 방식으로 이동될 수 있는 방법의 일례를 보여준다. 이것은 용접 방향에 수직인 단면을 개시한다. 시작점은 12.5 ㎜ 두께의 알루미늄 판에 증착된 알루미늄 용융 용접부이다. 피크 온도는 회색 톤이 다른 구역으로 도시되며, 해당 온도는 왼쪽 스케일 막대로 정해진다(자세한 내용은 O.R. Myhr and Ø. Grong, ASM Handbook, Volume 6A, Welding Fundamentals and Processes, Factors Influencing Heat Flow in Fusion Welding, 2011: 67-81 참조). 6xxx-T6 알루미늄 합금의 경우, HAZ에서 가장 취약한 영역은 일반적으로 도면의 선(취약 영역의 원래 위치)으로 표시되는 400℃ 등온선에 가깝게 위치한다. 표면에서, 도면에 표시된 바와 같이 대략적인 위치에서, 열원을 적용하여 HAZ를 재가열하고, 이 국부 열처리 동안 도달되는 최대 온도에 대한 등온선들은 흰색 선으로 도시되어 있다. 이러한 등온선들은 유사한 알루미늄 구조에 대한 이전 시뮬레이션을 기반으로 한 대략적인 추정치이다. 도면에 도시된 바와 같이, 이제 400℃ 등온선에 대한 흰색 선이 용접부 중심선에서 더 멀리 떨어진 위치로 이동되고, 용접부의 가장 취약한 영역이 이 위치와 밀접하게 일치한다.

전술한 바와 같이, 취약 영역의 위치를 이동시키고 확대하는 것만이 가능한 것은 아니다. 첫 번째 국부 가열 사이클에 이어 두 번째 국부 열처리를 사용함으로써, 첫 번째 국부 가열 사이클에서 온도가 약 460-480℃를 초과하는 구역에서 인공 시효가 확보될 수 있다 (도 9 참조).

완전한 용액 열처리는 합금 조성과 합금의 가공 방법에 따라 520℃를 초과하는 온도를 필요로 한다. 초기 템퍼링 조건이 특히 중요하며, 경화 입자(즉, T4 조건에 대한 클러스터)가 이전 템퍼의 경우 T6 및 T7에 비해 더 작기 때문에, T4 조건은 Mg 및 Si를 고용체로 만드는 데 T6 또는 T7에 비해 더 낮은 온도를 필요로 한다.

그러나, 제2 시효 사이클에 약간의 반응을 일으키는 "부분적인" 용액 열처리는 약 460-480℃에 이르기까지의 낮은 온도에서 일어날 것이다.

도 9의 오른쪽 부분은, 온도가 약 180-250℃로 일정 시간 유지되는 제2 국부 가열을 예시한다. 이 경우, 각 위치에서의 실제 온도 사이클에 따라 항복 강도가 크게 증가할 것이다. 열원이 따르는 위치(즉, "패턴") 및 적용된 전력은 일반적으로 제1 가열 사이클과 비교하여 제2 가열 사이클에서 상이하다.

본 발명에 따른 열처리로부터 시작하여 도 5와 관련하여 설명된 바와 같이, 도 10은 용접 판의 절반의 상면도를 도시하며, 여기에 용접부를 따라 수직 대칭선이 도시되어 있다. 여기서, 위치 0는 용접 금속을 나타내고, 위치 1은 T4 영역을 나타내며, 위치 2와 4는 용접 작업 및 후속 열처리에 뒤따르는 HAZ의 외부 한계를 나타낸다. 위치 3에서의 "핑거"는 언급된 T4 영역과 유사한 하중을 견디도록 열처리된 HAZ 영역을 나타낸다. 위치 5는 하중 지지 특성이 용접 작업의 영향을 받지 않은 T6 영역을 나타낸다.

도면에 개시된 길이들(L1, L2, L3 및 L)을 참조하여 보면, 위치 0~5에서의 극한 인장 강도(UTS)에 대해 다음과 같이 설정될 수 있다:

0. UTS_Weld metal

1. UTS_T4

2. ((L1+L2)*UTS_HAZ+L3*UTS_T4)/L

3. (L1*UTS_T6+L2*UTS_HAZ+L3*UTS_T4)/L

4. (L1*UTS_T6+(L2+L3)*UTS_HAZ)/L

5. UTS_T6

다음과 같은 수치 예는, 상기의 관계를 사용하여, PWHT 적용이 하중 지지 능력의 결과적인 증가에 미치는 영향을 추정하는 방법을 보여준다.

예: L=200 ㎜, L1=45 ㎜, L2=5 ㎜, L3=150 ㎜,

UTS_T4=200 ㎫, UTS_HAZ=150 ㎫, UTS_T6=300 ㎫

상기의 관계에서, 위치들 1~5에 대해 얻어지는 극한 인장 강도(UTS)의 값은 다음과 같다.

1. UTS=200 ㎫

2. UTS=187.5 ㎫

3. UTS=221.3 ㎫

4. UTS=183.8 ㎫

5. UTS=300 ㎫

따라서, 본 예에서, 하중 지지 능력에 대응하는 부품의 최소 UTS는 183.8 ㎫이다. PWHT가 없는 용접된 부품의 해당 하중 지지 능력은 150 ㎫이다. 따라서, PWHT를 수행함으로써 예상되는 하중 지지 능력의 증가는 22.3%이다.

영역 1에 별도의 열처리를 수행함으로써, 이 영역에서 극한 인장 강도(UTS)를 증가시킬 수 있다. 도 9의 영역 1은 도 3에 도시된 HAZ의 연질 영역, 즉 용접부(11)와 HAZ(12)의 경계 사이에 해당한다. 이 영역에서 최적의 용접 후 열처리를 수행함으로써, 재료의 강도는 T6과 유사한 강도에 이르기까지 향상될 수 있다. 전술한 국부 PWHT 방법론의 적용은 또한, 용접 금속, 즉 도 10의 영역 0에서의 강도를 증가시키기 위해 이용될 수 있다. 용접 금속의 가능한 강도 증가는 이 영역에서 결과적인 화학 조성에 따라 좌우되는데, 이 조성은 각각 베이스 재료와 필러 와이어의 조성, 그리고 용접 금속에 있어서의 필러 와이어 및 베이스 재료의 상대 비율을 한정하는 소위 "희석"으로부터 주어진다.

최소 강도 HAZ 영역과 비교하여 입자의 완전한 용해로 영역을 현저하게 강화시키는 신속한 PWHT 처리의 효과가 시뮬레이션에 의해 조사되었다. 도 11에서, 2 ㎜ 판 두께에 기초한 4개의 샘플과 5 ㎜ 판 두께에 기초한 4개의 샘플이 제공된다. 이들 각각의 그룹에서, 최소 강도 HAZ 영역(115 ㎫ 및 125 ㎫)에서 2개의 상이한 항복 응력 값을 갖고, 추가로 직선 HAZ 및 파형 HAZ를 갖는 샘플이 있는데, 후자는 국부 유도 가열에 의해 생성된다.

도 12에서는 직선 HAZ 경우의 115 ㎫ HAZ 항복 응력에 대해 2 ㎜ 두께 판의 중간에서의 유효 응력이 가시화되어 있다.

도 13은 볼록한 HAZ 경우의 115 ㎫ HAZ 항복 응력에 대해 2 ㎜ 두께 판의 중간에서의 유효 응력을 보여준다.

8개의 샘플 모두에 대해 도 12 및 도 13에 도시된 것과 유사한 가시화가 수행되었다.

도 14는 도 11의 샘플에 기초한 시뮬레이션의 요약을 개시한다. 도면은 직선 HAZ 형태의 경우, 횡단 강도가 HAZ 강도에 의해 제한되지만, 파형 HAZ 형태의 경우, 심각한 국부 항복이 발생하기 전에 훨씬 더 큰 횡단 하중 응력이 부과되어야 하므로, 전체 하중 지지 능력이 크게 개선됨을 보여준다. 횡단 신장률이 동일한 최대 국부 스트레인 값에 대해 약 50% 이상 크기 때문에, 결과는 또한 더 양호한 에너지 흡수를 나타낸다.

예를 들어, 두께가 2 ㎜이지만 각각 직선형 HAZ 형상과 파형의 HAZ 형상을 갖는 판들과 관련된 샘플들(111 및 121)을 비교함으로써, 모의 횡단 응력 하중이 189 ㎫에서 234 ㎫로 증가된 것으로 나타났다.

본 시뮬레이션은 용접된 알루미늄 부품의 강도가 HAZ의 기하학적 형태의 변경에 의해 증가될 수 있음을 지지한다. 실시예들은 나머지 베이스 재료의 형상이 지그재그 또는 뭉툭한 형상을 갖기 보다는 연질 영역으로 좁고 곧은 핑거로 되는 것이 바람직함을 지지한다. 판의 두께에 대한 HAZ의 폭이 더 클 때, 강도의 개선이 더 큰 것으로 나타났다. 내부 ≪T4≫ 구역의 강도를 증가시키기 위해 PWHT를 적용하면 효과가 더 클 것으로 고려된다.

도 15에서, 국부 용접 후 열처리 이후에 취약 영역(22', 23')의 위치에 대한 예가 도시되어 있는데, 이는 다른 하중 상황들에 적용될 수 있다. 용접 작업 후의 취약 영역의 위치는 12', 13'로 표시되어 있다. 실제의 하중력은 용접부[용접부(11)의 양측에 반대 방향으로 작용하는 전단력]에 대해 가로지르거나 또는 평행하거나 또는 조합일 수 있다. 힘은 또한, 면 안이나 면 밖에서 작용할 수 있다. 힘은 분산되거나 집중 하중으로 작용할 수 있다.

힘은 또한 부품 또는 제품의 표면에 수직으로 부과되는 압력으로 인해 작용할 수 있다. 또한, 이 타입의 부하는 부품이나 제품에 고속으로 작용하는 블래스트 하중일 수 있다.

도 16은 용접부(11)에 대한 횡방향의 힘에 노출된 용접된 부품의 단면도를 개시한다.

도 17은 표면에 대한 수직 방향의 압력에 노출된 용접된 부품의 단면도를 개시한다. 용접부는 11'로 개시되어 있다.

개념의 실험적 검증:

도 18은 국부 PWHT가 적용되지 않은 경우 용접부 전반에 걸쳐 하중을 가하는 동안의 스트레인 분포를 도시한다. 횡방향 가열이 없는(국부 PWHT가 없는) 경우, DIC(Digital Image Correlation)에 의해, 용접부에 횡방향으로 하중을 가하는 동안의 주 응력이 얻어졌다.

이 실험 셋업에서, 용접은 MIG 용접에 의해 수행되었지만, 예를 들어 용접이 마찰 교반 용접에 의해 수행되는 경우, 다른 용접 기술을 사용하여 유사한 응력 패턴이 나타날 수 있다.

도면에서, 스트레인 분포는 다른 회색 톤으로 도시된다. 이 도면으로부터, 스트레인은 용접부에 평행한 2개의 선을 따라, 즉 용접부의 양측에 위치한 열 영향 영역(HAZ)을 밀접하게 따르는 백색 영역을 따라, 축적된다는 것이 명백하다. 이것은 국부 가열이 적용되지 않을 때, 즉 PWHT가 없이, 용접 방향에 횡방향으로 하중을 가하는 동안의 정상적인 상황이다.

도 19는 도 18의 용접부의 위치와 열 영향 영역에서의 연질 영역의 위치에 대응하는 파단 위치의 표시를 개시한다.

도 20은 국부 PWHT가 적용된 경우 용접부 전반에 걸쳐 하중을 가하는 동안 스트레인 분포를 개시한다. 도 21은 용접부의 위치 및 부과된 국부 PWHT 패턴의 위치의 표시를 개시한다. 파단의 위치가 또한 도시되어 있다.

도 20 및 도 21은 각각 도 18 및 도 19와 유사하지만, 마찰 교반 소스에 의한 횡방향 가열에 관하여 국부 PWHT가 적용된 경우이다. 그러나 이러한 국부 PWHT에는 레이저와 같은 임의의 적절한 열원이 적용될 수 있다. 도 20에 도시된 결과적인 스트레인 패턴은, 스트레인이 거의 규칙적인 패턴을 제공하기 때문에, 도 18의 스트레인 패턴과 상당히 다르다. 도 21은 국부 PWHT의 흔적뿐만 아니라 MIG 용접부의 위치 및 파단 위치를 도시한다.

도 22는 전술한 2개의 상이한 경우에 대해 기록된 응력 대 신장을 도시하는데, 즉 임의의 국부 열원(파선)의 적용이 없고, 본 발명에 따라 용접부에 횡방향으로 국부 열원을 적용한 것(실선)을 도시한다.

도 18 및 도 20에 도시된 바와 같은 서로 다른 스트레인 패턴은 도 22에 도시된 바와 같이, 횡방향 하중 동안 상이한 응답을 제공한다. 이 도면에서, 국부 PWHT 패턴이 있는 샘플은 국부 PWHT 패턴이 없는 샘플보다 전체적인 성능이 더 우수함이 명백하다. 따라서, 최대 응력뿐만 아니라 파단에 대한 신장 모두가, 본 발명에 따른 국부 PWHT를 갖는 샘플이 국부 PWHT 패턴이 없는 샘플보다 우수하다.

실생활에서 열 영향 패턴의 설계 및 배치는 실제 설계 하중과 관련하여 최적화되어야 하고, 상이한 알루미늄 합금 및 다중 재료 솔루션의 상이한 조합에 대해 다를 수 있음을 이해해야 한다.

또한, 열원은 본 발명에 따른 결과를 제공하는 임의의 구성으로 이동될 수 있다. 예를 들어, 전파 운동과 조합될 수 있는 기본 순환 패턴으로 이동될 수 있다.

Claims (21)

1. 용접된 알루미늄 합금 부품의 용접 후 열처리(PWHT) 방법으로서, 용접부는 하중 지지 능력이 감소된 열 영향 영역을 갖는 연장부(e)를 갖는 것인 방법에 있어서,
   - 상기 열 영향 영역을 위치시키는 단계;
   - 상기 열 영향 영역의 적어도 하나의 제1 위치에 열원을 적용하는 단계
   를 포함하고,
   - 상기 열원은 T_min보다 높은 온도를 발생시키며,
   - 상기 열원은 적어도 기간 t_min 동안 상기 위치에 유지되고,
   - 상기 열원은 기간 t_min의 경과 후에 상기 제1 위치로부터 제거되고, 상기 제1 위치로부터 미리 정해놓은 거리를 두고 있으며 상기 용접부의 연장부를 따라 있는 제2 위치에 적용되고,
   - 상기 열 영향 영역의 면적은, 국부 용접 후 열처리에 의해, 용접부 전반에 걸쳐서의 힘 분포가 향상되도록 확대되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 기간 t_min의 경과 후에, 상기 열원은 상기 알루미늄 합금 부품과 접하여 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열원은 열 영향 영역을 가로지르는 방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열원은 직사각형 지그재그 패턴으로 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열원은 상기 열 영향 영역을 형성하도록 미리 산출해 놓은 선과 곡선을 따라 이동되는 것(도 7)을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 용접부는 국부 PWHT에 의해 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서, PWHT에 뒤이어, 알루미늄 합금 부품은 어닐링 노에서 열 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 하중 지지 능력이 감소된 열 영향 영역을 갖는 용접된 알루미늄 합금 부품의 용접 후 열처리 장치로서, 상기 용접부는 연장부(e)를 갖고,
   부품에 대해 상대적으로 이동 가능하며, 추가적으로 상기 용접부를 따라 있는 정해진 위치들에 배치될 수 있는 열원으로서, 상기 위치들에서 부품으로 전달된 열에 영향을 미치는 온도 및 체류 시간에 대해 추가적으로 제어 가능한 것인 열원을 포함하는 것인 용접 후 열처리 장치에 있어서,
   국부 용접 후 열처리에 의해, 용접부 전반에 걸쳐서의 힘 분포가 향상되도록 용접부를 따라 있는 열 영향 영역들의 면적들이 계단식으로 확대되는 방식으로, 상기 열원이 추가적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 열원은 부품을 따라 이동하는 용접 장비에 부착되는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제8항에 있어서, 부품이 이동되는 동안 상기 열원은 움직이지 않는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제8항에 있어서, 상기 열원은 프로그램 가능한 PLC에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제8항에 있어서, 상기 열원은 프로그램 가능한 PLC에 의해 제어되는 로봇 또는 조작기에 부착되는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 용접 후 열처리에 따라 처리된 열 영향 영역을 갖는 용접된 알루미늄 합금 부품에 있어서,
    용접부를 따라 있는 열 영향 영역의 면적은, 용접부 전반에 걸쳐서의 강화된 힘 분포를 위해, PWHT에 의해 계단식으로 확대되어 있어, 부품의 하중 지지 특성이 향상되는 것을 특징으로 하는 열 영향 영역을 갖는 용접된 알루미늄 합금 부품.
14. 제13항에 있어서, 용접부를 따라 있는 PWHT에 의한 열 영향 영역의 추가적인 영역은 용접부의 주 방향과 다른 배향을 갖는 것을 특징으로 하는 열 영향 영역을 갖는 용접된 알루미늄 합금 부품.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 전단력을 견딜 수 있는 재료의 성능을 향상시킴으로써, HAZ에서의 하중 지지 능력을 향상시키는 방식으로, 용접부를 따라 있는 PWHT에 의한 열 영향 영역의 추가적인 영역이 배향되는 것을 특징으로 하는 열 영향 영역을 갖는 용접된 알루미늄 합금 부품.
16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 용접부를 따라 있는 PWHT에 의한 열 영향 영역의 추가적인 영역은, 지그재그 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 열 영향 영역을 갖는 용접된 알루미늄 합금 부품.
17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 용접부를 따라 있는 PWHT에 의한 열 영향 영역의 면적은, 용접부 전반에 걸쳐서의 힘 분포가 향상되도록 계단식으로 확대되고, HAZ에서의 하중 지지 능력이 아래와 같이 산출될 수 있는 방식으로 배향되는 것을 특징으로 하며;
    0. UTS_Weld metal
    1. UTS_T4
    2. ((L1+L2)*UTS_HAZ+L3*UTS_T4)/L
    3. (L1*UTS_T6+L2*UTS_HAZ+L3*UTS_T4)/L
    4. (L1*UTS_T6+(L2+L3)*UTS_HAZ)/L
    5. UTS_T6
    여기에서, 위치(0)는 용접 금속을 나타내고, 1은 T₄ 영역을 나타내며, 위치 2와 4는 용접 작업 및 후속 열처리 후 HAZ의 외측 한계를 나타내며, 위치 3에서 "핑거"는 상기한 T₄ 영역과 유사하게 하중을 견디도록 열처리된 HAZ의 영역을 나타내고, 위치 5는 하중 지지 특성이 용접 작업에 의해 영향을 받지 않은 T₆ 영역을 나타내는 것인 열 영향 영역을 갖는 용접된 알루미늄 합금 부품.
18. 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 부품은 압출 부품, 압연 부품 또는 주조 부품 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 영향 영역을 갖는 용접된 알루미늄 합금 부품.
19. 제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 부품은 서로 다른 알루미늄 합금의 부품에 용접되고, 6005 합금에 용접된 6082 합금일 수 있는 것을 특징으로 하는 열 영향 영역을 갖는 용접된 알루미늄 합금 부품.
20. 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 부품은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 이외의 금속 재료의 부품에 용접되는 것을 특징으로 하는 열 영향 영역을 갖는 용접된 알루미늄 합금 부품.
21. 제20항에 있어서, 부품은 강철 또는 강철 합금 부품에 용접되는 것을 특징으로 하는 열 영향 영역을 갖는 용접된 알루미늄 합금 부품.

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