KR20180089129A - HEAT TREATMENT METHOD FOR HOT STAMPING Al ALLOY COATED HIGH STRENGTH STEEL FOR THE TAYLOR WELDED BLANK - Google Patents
HEAT TREATMENT METHOD FOR HOT STAMPING Al ALLOY COATED HIGH STRENGTH STEEL FOR THE TAYLOR WELDED BLANK Download PDFInfo
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Abstract
Description
본 발명은 이종재질의 블랭크를 연결하여 제조되는 자동차 부품의 용접에 관련한 발명으로서, 보다 상세하게는 용접부의 물성이 모재와 동등 또는 그 이상의 물성을 가지게 하는 부품을 제작하기 위해 Al 합금 도금된 소재의 핫 스탬핑과 재단용접 공정을 적용한 것이다.The present invention relates to welding of automobile parts manufactured by connecting blanks of different materials, and more particularly, to a method of manufacturing parts made of an Al alloy plated material to produce parts having physical properties equal or superior to those of the base material Hot stamping and cut welding processes.
자동차 산업에서 안전규제법 강화와 CO2 가스 배출 감소와 연비향상을 위해 차체의 경량화가 요구됨에 따라, 뛰어난 성형성과 함께 외부 충격에 의한 차체 비틀림 방지, 굽힘 강성, 강도(1.5GPa 이상)를 만족하는 핫 스탬핑 공정의 적용이 증가하고 있다. As the automobile industry is required to strengthen the safety regulation law, reduce the CO2 gas emission, and reduce the weight of the vehicle to improve the fuel efficiency, hot stamping that satisfies the excellent molding property, the prevention of the body torsion by the external impact, the bending rigidity and the strength (1.5 GPa or more) The application of the process is increasing.
하지만, 핫 스탬핑 단일 공정을 생산된 차체 부품은 충돌 시 부품의 강도가 너무 높아 차량이 충격에너지를 흡수하는 역할을 하지 못하고 탑승객과 차량의 다른 부품들에 과도한 충격을 전달하는 문제가 있다.However, a body part produced by a hot stamping single process has a problem in that the strength of the part is too high in the event of a collision, which does not absorb the impact energy, and it causes excessive impact to passengers and other parts of the vehicle.
이러한 문제를 해결하기 위해, 핫 스탬핑 공정에 레이저 가공을 이용한 재단용접(TWB, Taylor welded Blank)을 적용하여 핫 스탬핑의 장점은 그대로 가져가면서 충격에너지를 효과적으로 흡수하여 차량 충돌시 피해를 최소화하기 위한 연구가 진행 중이다.In order to solve this problem, the hot stamping process is applied by laser welding (TWB, Taylor welded blank) to effectively absorb impact energy while maintaining the advantages of hot stamping, Is in progress.
도 1은 재단용접(TWB)과 핫 스탬핑 공정을 통해 생산되는 차체의 일 례로서 센터 필러의 모습을 도시한다.Fig. 1 shows a state of a center filler as an example of a vehicle body produced through a cut welding (TWB) process and a hot stamping process.
센터 필러(pillar)는 차량의 프런트 도어와 리어 도어 사이에 차체의 바닥면과 루프를 연결하는 부분을 의미한다. 센터 필러는 부분적으로 상대적으로 낮은 인장강도가 요구되는 부분이 있고, 상대적으로 높은 인장강도가 요구되는 부분이 존재한다. 승객의 안전을 위해 차량에는 충돌시 충격에너지를 흡수하는 부분과, 고강도로 형성되어 형상을 유지해야 하는 부분이 필요하기 때문이다. 최근 생산되는 차량에는 전술한 재단용접 및 핫 스탬핑 공정을 통해 이와 같은 요구를 만족하는 센터 필러를 대부분 장착하고 있다.The center pillar refers to a portion between the front door and the rear door of the vehicle that connects the roof to the bottom of the vehicle body. The center filler has a portion where a relatively low tensile strength is required, and a portion where a relatively high tensile strength is required exists. For the safety of passengers, the vehicle is required to absorb the impact energy in the event of a collision and to maintain the shape of the vehicle with high strength. Most recently produced vehicles are fitted with center fillers that satisfy these requirements through the above-described cutting and hot stamping processes.
핫 스탬핑은 기존의 냉간 상태에서 이루어지는 프레스 성형과 달리 대부분 900℃ 이상의 고온에서 이루어지므로 차체 구성요소의 고온 안정성 확보와 그 표면 처리를 위해 일반적으로 Al 합금이 도금된 도금강판을 이용한다. Al 합금 중에서는 Al-Si계, Al-Cu, Al-Zn계 합금 등이 유동성, 응고시의 수축성, 내식성 등 기계적 성질이 좋아 항공기나 자동차 등의 구조용 주물 및 코팅용 재료로서 많이 쓰이고 있으며 전술한 핫 스탬핑용 소재에도 널리 이용된다. Since hot stamping is performed at a high temperature of 900 ° C or higher, unlike the press forming performed in the conventional cold state, a plated steel sheet which is generally plated with an Al alloy is used for securing the high temperature stability of the body components and for the surface treatment thereof. Among Al alloys, Al-Si, Al-Cu, and Al-Zn alloys are widely used as structural casting and coating materials for aircraft and automobiles due to their mechanical properties such as fluidity, shrinkage upon solidification and corrosion resistance, It is also widely used for hot stamping materials.
그런데 도금된 강판 소재를 재단용접하는 과정에서 다음과 같은 문제가 있음이 알려져 있다. However, it is known that there is the following problem in the process of cutting and welding the plated steel sheet material.
도 2는 Al/Si계 합금이 도금된 핫 스탬핑용 소재에 충격을 가했을 때, 그 파단된 모습을 나타내는 도면이다. Fig. 2 is a view showing a state where the Al / Si-based alloy is broken when a hot stamping material plated with the Al / Si-based alloy is impacted.
Al 합금이 도금되어 있는 핫 스탬핑용 소재를 레이저 용접 시, 도금층 성분이 용접부의 용융부 내부로 혼입되는 현상이 발견되고, 이로 인해 용접부의 기계적 성질이 저하된다.When a hot stamping material having an Al alloy plated thereon is laser-welded, a phenomenon occurs in which the plating layer component is mixed into the molten portion of the welded portion, thereby deteriorating the mechanical properties of the welded portion.
도 2를 참조하면, 여러 실시예들(a, b)에서 용용부 내부로 도금층 성분이 혼입된 모습을 확인할 수 있었으며, 이 소재에 대한 강도 실험 분석결과에 따르면 용융부에서의 기계적 성질이 급격히 저하됨을 알 수 있었다. 이는 Al 합금에 열이 가해졌을 때 용융부 내 Al 합금의 편석 농도가 높아져 핫 스탬핑 공정 후의 용접부의 조직에 마르텐사이트 뿐만아니라 페라이트 조직이 공존하기 때문인 것으로 알려져 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that the plated layer component is mixed into the inside of the melting portion in various embodiments (a, b). According to the results of the strength test analysis of this material, the mechanical properties in the melting portion are rapidly deteriorated And it was found. This is because it is known that when the Al alloy is heated, the segregation density of the Al alloy in the molten portion increases, and the ferrite structure as well as martensite coexist in the welded structure after the hot stamping process.
이와 같은 기계적 성질 저하 현상을 방지하기 위해 종래에는 레이저를 이용하여 용접부 근처의 도금층 성분을 제거한 후 용접을 수행하는 방법이 있었는데, 이러한 방법에 따르면 도금층 제거 공정이 추가에 따른 가공비 상승과 공정절차가 복잡해지는 문제가 발생한다.In order to prevent such deterioration of mechanical properties, conventionally, there has been a method of performing the welding after removing the plating layer component near the welding portion by using a laser. According to this method, Problems to be solved occur.
관련된 선행문헌으로는 한국등록특허 1448473호가 개시되었다. 여기서는 재단용접시에 오스테나이트 안정화 원소인 C와 Mn을 함유한 필러와이어를 사용하여 용접부 내 용융부의 강도를 모재 물성이상으로 확보하는 기술을 개시하고 있다. 그러나 이 선행문헌에 따르면 용접부 내 용융부의 강도를 높이기 위해서 필러와이어를 별도로 공급하여야 하므로 종래 기술 대비 가공비 절감 효과를 충분히 발휘할 수 없는 문제점이 있다.A related prior art document is disclosed in Korean Patent No. 1448473. A filler wire containing C and Mn as the austenite stabilizing elements at the time of cutting is used to secure the strength of the melted portion in the weld to be higher than that of the parent material. However, according to this prior art, the filler wire must be separately supplied to increase the strength of the melted portion in the welded portion, so that the effect of reducing the machining cost compared to the conventional technique can not be sufficiently exhibited.
본 발명은 이종재단 용접 전, 열원을 이용하여 용접하고자 하는 위치에 선행 레이저 열처리하여 도금층 내 Al의 농도를 감소시킨 후 이종재단 용접을 실시하여 용융부내 Al의 편석 농도를 감소시켜 용융부의 기계적 성질 저하를 방지하는데 그 목적이 있다. In the present invention, prior to the welding of different types of cuts, pre-laser annealing is performed at a position to be welded using a heat source to reduce the concentration of Al in the plating layer and then subjected to different-piece cutting to decrease the segregation density of Al in the melt, And the like.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 테일러 웰디드 블랭크 레이저 용접방법은 (a) 두께, 강도 및 재질이 서로 다른 이종 도금강판을 마련하는 단계; (b) 상기 이종 도금강판의 용접부 표면에 알루미늄-페라이트 금속간 화합물을 형성시키는 단계; 및 (c) 서로 다른 이종 도금강판을 서로 접합하는 용접단계;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a Taylor welded blank laser welding method comprising the steps of: (a) providing a differentially coated steel sheet having different thicknesses, strengths, and materials; (b) forming an aluminum-ferrite intermetallic compound on the surface of the welded portion of the dissimilarly-coated steel sheet; And (c) a welding step of bonding the differently-coated steel sheets to each other.
일 실시예에 따르면, 상기 (b)단계의 도금강판은 표면에 소정 비율로 혼합된 Al 합금 도금층을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the plated steel sheet of the step (b) may include an Al alloy plating layer mixed on the surface of the steel sheet at a predetermined ratio.
일 실시예에 따르면, 상기 (b)단계의 금속화합물은 선행 레이저 열처리를 수행함으로써 형성할 수 있다.According to one embodiment, the metal compound of step (b) may be formed by performing a preceding laser annealing.
일 실시예에 따르면, 상기 (b)단계의 알루미늄-페라이트 금속간 화합물의 비율은 1:1 로서 형성될 수 있다.According to one embodiment, the ratio of the aluminum-ferrite intermetallic compound of step (b) may be 1: 1.
일 실시예에 따르면, 상기 선행 열처리는 도금층 내 Al의 농도를 감소시키기 위하여 상기 용접부 표면을 소정의 온도로 승온시키되, 상기 용접단계보다 낮은 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to an embodiment, the preceding heat treatment is performed in a temperature range lower than the welding temperature by raising the surface of the weld to a predetermined temperature in order to reduce the concentration of Al in the plating layer.
일 실시예에 따르면, 상기 (b) 단계의 금속간 화합물을 형성시키는 단계와 상기 (c) 단계의 용접은 모두 동일한 레이저 가공수단을 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to an embodiment, the step of forming the intermetallic compound in the step (b) and the welding of the step (c) may all be performed using the same laser processing means.
여기서, 상기 (c)단계의 용접 시 레이저는 정초점을 유지하고, (b)단계의 금속화합물 형성시 레이저는 정초점에서 어긋나도록 설정한 상태에서 수행할 수 있으며,In the step (c), the laser may be maintained in a state in which the laser is kept at a set point, and when the metal compound is formed in the step (b)
또한, 상기 (b)단계의 금속화합물은 (c)단계의 용접단계보다 낮은 출력의 레이저를 이용하여 열처리함으로써 형성될 수 있다.Further, the metal compound of the step (b) may be formed by heat treatment using a laser having a power lower than that of the welding step of the step (c).
아울러, 상기 (b)단계의 금속화합물은 (c)단계의 용접단계보다 넓은 범위에 레이저를 입사함으로써 형성될 수 있다. In addition, the metal compound of step (b) may be formed by injecting laser in a wider range than the welding step of step (c).
본 발명의 일 실시예에 따르면 이종재단 용접 전, 레이저 열원을 이용하여 용접하고자 하는 위치에 선행 열처리하여 도금층 내 Al의 농도를 감소시킨 후 이종재단 용접을 실시하여 용융부내 Al의 편석 농도를 감소시킴으로써 용융부의 기계적 성질 저하를 방지하는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, prior to the welding of the two different cuts, the laser annealing is performed at a position to be welded using a laser heat source to reduce the concentration of Al in the plating layer, There is an effect of preventing deterioration of the mechanical properties of the melted portion.
본 발명의 일 실시예에 따르면 종래기술과 달리 도금층 성분 제거를 위한 별도의 공정이 필요없어 가공비용을 절감할 수 있다. 또한, 도금층 제거에 따라 수반되는 내식성 저하 문제도 해소할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, unlike the prior art, there is no need for a separate process for removing the plating layer component, thereby reducing the processing cost. Further, the corrosion resistance problem accompanying the removal of the plating layer can be solved.
아울러, 종래 선행문헌과 같이 별도의 와이어를 지속적으로 공급해줘야 하는 번거로움을 해소하고, 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. In addition, as in the prior art, it is possible to eliminate the inconvenience of supplying a separate wire continuously and reduce the cost.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned here will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 재단용접(TWB)과 핫 스탬핑 공정을 통해 생산되는 차체의 일 례로서 센터 필러의 모습을 도시한다.
도 2는 Al/Si계 합금이 도금된 핫 스탬핑용 소재에 충격을 가했을 때, 그 파단된 모습을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 재단용접을 위한 열처리 방법을 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 재단용접을 위한 열처리 방법을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선행 열처리에 의한 페라이트 금속간 화합물이 형성되기 이전과 이후의 모습을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선행 열처리에 의한 페라이트 금속간 화합물이 형성된 용접부의 열가공에 의한 상태변화를 나타내는 도면이다.Fig. 1 shows a state of a center filler as an example of a vehicle body produced through a cut welding (TWB) process and a hot stamping process.
Fig. 2 is a view showing a state where the Al / Si-based alloy is broken when a hot stamping material plated with the Al / Si-based alloy is impacted.
FIG. 3 is a conceptual view showing a heat treatment method for welding different types of cuts according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a heat treatment method for welding different types of cuts according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 5 is a view showing a state before and after the formation of a ferrite intermetallic compound by the preceding heat treatment according to an embodiment of the present invention. FIG.
6 is a view showing a state change of a welded portion formed with a ferrite intermetallic compound by a heat treatment according to an embodiment of the present invention by thermal processing.
이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.The embodiments described below are provided so that those skilled in the art can easily understand the technical idea of the present invention, and thus the present invention is not limited thereto. In addition, the matters described in the attached drawings may be different from those actually implemented by the schematic drawings to easily describe the embodiments of the present invention.
또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.Also, the expressions such as 'first, second', etc. are used only to distinguish a plurality of configurations, and do not limit the order or other features between configurations.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다"또는 "가진다"등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.The singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. The word "comprise" or "having" is used herein to mean that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof is disclosed in the specification, A step, an operation, an element, a part, or a combination thereof.
도면 설명에 앞서, 종래기술과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용해 설명하기로 한다.Prior to the description of the drawings, the same constituent elements as in the prior art will be described using the same reference numerals.
아래의 설명에서 "핫 스탬핑용 Al 합금 도금된 고강도강의 이종 재단용접을 위한 열처리 방법"은 간단히 "테일러 웰디드 블랭크 용접방법"이라고 표현하기로 한다.In the following description, "a heat treatment method for welding two different kinds of aluminum alloy plated high strength steel for hot stamping" is simply referred to as "Taylor welded blank welding method ".
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 재단용접을 위한 열처리 방법을 나타내는 개념도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 재단용접을 위한 레이저 열처리 방법을 나타내는 블록도이다.FIG. 3 is a conceptual view showing a heat treatment method for welding different types of cuts according to an embodiment of the present invention. 4 is a block diagram illustrating a laser heat treatment method for hetero-cut welding in accordance with an embodiment of the present invention.
본 발명의 테일러 웰디드 블랭크 용접방법에 따르면, (a) 두께, 강도 및 재질이 서로 다른 이종 도금강판(110, 120, 130)을 마련하는 단계; (b) 상기 이종 도금강판의 용접부 표면에 알루미늄-페라이트 금속간 화합물을 형성시키는 단계; 및 (c) 서로 다른 이종 도금강판을 서로 접합하는 용접단계;를 포함할 수 있다. According to the Taylor welded blank welding method of the present invention, there are provided: (a) providing a
여기서 서로 다른 이종 도금강판은 이종 강도, 이종 두께를 가지는 보론강(boron steel) 재질의 소재를 의미할 수 있다. 이와 같이 핫 스탬핑 성형을 위한 테일러 웰디드 블랭크의 모재(110, 120)로는 경화능을 가지는 보론강이 주로 사용된다. 보론강은 고가의 합금원소인 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 대신 보론(B)를 첨가하여 담금질성을 향상시킨 강이다. 보론강은 인성과 내충격성이 우수하며 특히, 고강도, 고경도, 내마모성이 우수하므로 자동차의 부품 등에 주로 사용된다.Here, the different coated steel sheets may refer to materials made of boron steel having different strength and different thicknesses. As the
보론 강판 상의 도금층(130)은 Al-Si, Al-Mn, Al-Cu, Al-Zn 등 Al 합금이면 어떤 것이라도 좋으나, 성형성 및 공급성이 좋은 재료인 Al-Si가 흔히 사용된다. 참고로 현업에서는 도 5에서 보는 바와 같이 Al-Si의 비율을 90:10의 비욜로 형성하였을 때 우수한 성질의 도금층이 형성된다고 알려져 있다. The
그런데 앞서 배경기술에서 설명한 바와 같이 Al-Si와 같은 Al 합금을 이용한 도금층은 용접부가 핫 스탬핑 가공시 도금층 성분이 용접부 내부로 용입되어 용접부 부근의 강도저하를 일으키게 된다.However, as described in the Background of the Invention, the plating layer using the Al alloy such as Al-Si causes the plating layer component to penetrate into the welded portion during the hot stamping process, resulting in a decrease in strength near the welded portion.
이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 재단용접 직전에 알루미늄-페라이트 금속간 화합물을 형성하는 것을 주요 기술적 특징으로 한다.In order to solve such a problem, the present invention is characterized in that an aluminum-ferrite intermetallic compound is formed immediately before the cut welding.
여기서 상기 (b) 단계의 알루미늄-페라이트 금속간 화합물은 선행 레이저 열처리를 하여 형성한다. Here, the aluminum-ferrite intermetallic compound in the step (b) is formed by the preceding laser annealing.
여기서 선행 열처리는 통상의 그라인드 또는 레이저를 통해 도금층을 깎아내거나 연마하는 작업과는 달리, annealing과 유사 개념으로 볼 수 있다. 구체적으로 소정의 시간 동안 대상물체의 결정상태에 영향을 줄 수 있기에 충분히 높은 온도로서 가열하는 것을 의미한다. Here, the preceding heat treatment can be regarded as a concept similar to annealing, unlike the case of cutting or polishing the plating layer through a normal grinding or laser. Specifically means heating at a temperature sufficiently high to be able to affect the crystalline state of the object for a predetermined period of time.
그 결과 알루미늄-페라이트 금속간 화합물의 비율은 1:1로 형성된다. 다만, annealing 처럼 대상을 가열하여 그곳에 존재하는 잔류 응력을 제거하는 것이 아니라 종국적으로 Al의 편석 농도를 줄이기 위한 열처리라는 점에서 annealing 보다는 넓은 개념의 열처리로 보아야 한다.As a result, the ratio of the aluminum-ferrite intermetallic compound is 1: 1. However, annealing does not remove the residual stress present in the target by heating it but should be regarded as a broader concept of annealing rather than annealing in that it ultimately is a heat treatment to reduce the segregation density of Al.
본 발명 테일러 웰디드 블랭크 용접방법의 일 실시예는, 먼저 보론강판을 마련한다. 예컨대 보론강판은 0.18 wt%의 C, 0.21wt%의 Si, 1.27 wt%의 Mn, 0.017 wt%의 P, 0.002 wt%의 S, 0.22 wt%의 Cr, 0.0028 wt%의 B, 및 잔부 Fe가 포함된 것이며, 여기에 Al-Si 합금을 도금한 것을 의미할 수 있다. In one embodiment of the Taylor welded blank welding method of the present invention, a boron steel plate is first provided. For example, the boron steel sheet is composed of 0.18 wt% of C, 0.21 wt% of Si, 1.27 wt% of Mn, 0.017 wt% of P, 0.002 wt% of S, 0.22 wt% of Cr, 0.0028 wt% of B, And may be plated with an Al-Si alloy.
여기에 선행 열처리로서, 대략 500℃ 내지 600℃의 열을 가하고, 열을 가하는 가열면적은 직경 2mm 내지 3mm, 가열 속도는 0.3m/min 내지 0.5m/min,(5mm/sec 내지 8.33mm/sec)으로 수행한다. 이는 일반적인 레이저 용접온도(900 ℃이상) 보다 낮으며, 용접부위의 폭(갭) 대략 0.1mm~1mm 보다는 가열면적이 넓고, 용접속도 4.0m/min 보다는 가열속도가 느리다. As the preceding heat treatment, heat of approximately 500 to 600 占 폚 is applied, the heating area for heating is 2 mm to 3 mm in diameter, the heating rate is 0.3 m / min to 0.5 m / min, (5 mm / sec to 8.33 mm / sec ). This is lower than the general laser welding temperature (over 900 ℃), the heating area is wider than the welding area width (gap) of about 0.1mm ~ 1mm, and the heating rate is slower than welding speed 4.0m / min.
이와 같은 방법으로 선행 열처리한 용접 시편의 파단 형상을 분석하면 다음과 같다. The fracture shape of the welded specimen subjected to the preceding heat treatment in this manner is analyzed as follows.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선행 열처리에 의한 페라이트 금속간 화합물이 형성되기 이전과 이후의 모습을 나타내는 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선행 열처리에 의한 페라이트 금속간 화합물이 형성된 용접부의 열가공에 의한 상태변화를 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a view showing a state before and after the formation of a ferrite intermetallic compound by the preceding heat treatment according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a view showing a state change of a welded portion formed with a ferrite intermetallic compound by a heat treatment according to an embodiment of the present invention by thermal processing.
구체적으로 도 5(a)는 선행 열처리 전 재료의 단면 사진이고, 도 5(b)는 선행 열처리 후 재료의 단면 사진이다. 도 5(a)를 참조하면, 최초 90:10의 비율의 Al-Si로 도금층이 형성되어 있는데, 선행 열처리를 수행한 도 5(b)에서는 알루미늄과 페라이트가 50%-50% 즉, 1:1의 비율로 결합되는 모습이 관찰된다. 5 (a) is a cross-sectional photograph of the material before the preceding heat treatment, and FIG. 5 (b) is a cross-sectional photograph of the material after the preceding heat treatment. 5 (a), a plating layer is formed of Al-Si at a ratio of 90:10 in the beginning. In FIG. 5 (b) in which the preliminary heat treatment is performed, aluminum and ferrite are 50% -50% 1 < / RTI >
선행 열처리를 수행한 재료를 재단용접하면, 도 6의 개념도와 같은 현상이 발현된다.When the material subjected to the preceding heat treatment is cut to be welded, the phenomenon as shown in the conceptual diagram of Fig. 6 is developed.
구체적으로 도 6(a)은 선행 레이저 열처리를 수행하지 않은 재료의 이종 재단 용접 후의 단면 형상이 도시된 것이고, 도 6(b)는 선행 열처리를 수행한 재료의 이종 재단 용접 후 단면 형상이 도시된 것이다. 여기서는 이해가 쉽도록 개념도를 그려 설명한다. 도 6(a) 보이는 것처럼 선행 레이저 열처리를 수행하지 않은 강판을 이종 용접하면 강판의 표면 및 용접부위에 Al의 편석 농도가 상대적으로 높아 Fe-Al 결합에서 페라이트 조직(F, Ferrite) 조직이 마르텐사이트 조직으로(M, Martensite) 완전히 변태되지 아니하고 일부 잔류하게 되며, 용접부위의 기계적 성질이 저하되는 원인이 된다. 그러나 도 6(b)에 도시된 바와 같이 선행 레이저 열처리를 통한 강판의 표면과 용접부위에는 선행 레이저 열처리를 수행하지 않은 경우에 비해 Al의 편석 농도가 상대적으로 낮아져 페라이트 조직이 거의 잔류하지 않게 되고 풀(full) 마르텐사이트 조직으로 변태된다. 결국 기계적 성질도 좋아짐을 확인할 수 있었다.6 (a) is a cross-sectional view of the material after the different-cut welding of the material which has not been subjected to the preceding laser annealing, and FIG. 6 (b) will be. Here, a conceptual diagram is illustrated to facilitate understanding. As shown in FIG. 6 (a), when the steel sheet which is not subjected to the preceding laser annealing process is differentially welded, the Al segregation density is relatively high on the surface and the welded portion of the steel sheet, so that the ferrite structure (F, (M, Martensite) is not completely transformed but remains partially, which causes the mechanical properties of the welded part to deteriorate. However, as shown in FIG. 6 (b), the segregation density of Al is relatively low on the surface and the welded portion of the steel sheet through the preceding laser annealing process, so that the ferrite structure hardly remains, full) martensite structure. As a result, it was confirmed that the mechanical properties were improved.
즉, 소정 조건의 선행 열처리를 재단 용접 전에 수행함으로써 도금층의 정밀한 절삭 또는 필러와이어의 별도 공급 없이도 충분한 성능의 핫 스탬핑용 차체 구성품을 성형할 수 있게 된다.That is, by performing the preceding heat treatment under a predetermined condition before the cutting welding, it is possible to form the body component for hot stamping with sufficient performance without precise cutting of the plating layer or separate supply of filler wires.
다음으로, 본 발명의 용접방법에 대한 몇 가지 실시예를 예로 든다. Next, some examples of the welding method of the present invention will be described as an example.
도 3과 도 4를 다시 참조하면, 이종 강판(110, 120)상에 금속층(130)이 형성되어 있는 상태에서 수평상 일 측면의 용접부(L1)를 맞대어 준비한다. 그리고 레이저가공수단을 이용하여 맞대어 있는 용접부에 선행 레이저 열처리를 가한다. 여기서 레이저가공수단은 제1설정상태로 셋업되어 있는 제1레이저가공수단(300)을 의미할 수 있다. 예컨대 제1설정상태란 500℃ 내지 600℃의 온도, 2mm 내지 3mm의 직경, 0.3m/min 내지 0.5m/min,(5mm/sec 내지 8.33mm/sec)의 가열속도로서 대상 용접부(L2) 위를 직선적으로 이동하도록 설정될 수 있다. 선행 열처리가 완료된 이후에는 재단용접을 실시하는데, 이때는 제2설정상태로 셋업되어 있는 제2레이저가공수단(400)을 사용할 수 있다. 제2레이저가공수단(400)은 상기 제1레이저가공수단(300)과 기구적으로는 동일한 레이저가공수단일 수 있으나, 제1레이저가공수단 (300)과 제2레이저가공수단(400)은 레이저 가공온도, 가공폭, 가공속도를 서로 달리하기 때문에 기능적으로는 완전히 상이한 효과를 가져온다.Referring again to FIGS. 3 and 4, in a state where the
즉, 상기 (b) 단계의 금속간 화합물을 형성시키는 단계와 상기 (c) 단계의 용접은 모두 동일한 레이저 가공수단을 이용하는 것을 사용하되,That is, the same laser processing means is used for both the step of forming the intermetallic compound in step (b) and the step (c)
상기 선행 열처리에서는 도금층 내 Al의 농도를 감소시키기 위하여 상기 용접부 표면을 소정의 온도로 승온시키되, 테일러 웰디드 블랭크 용접단계보다 낮은 온도 범위에서 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the preceding heat treatment, the surface of the weld portion is heated to a predetermined temperature in order to reduce the concentration of Al in the plating layer, but the temperature is lower than the welding temperature of the Taylor welded blank.
한편, 본 발명은 동일 구성의 레이저가공수단을 이용하되 (c)단계의 용접 시 레이저는 정초점을 유지하고, (b)단계의 금속화합물 형성시 레이저는 정초점에서 어긋나도록 설정한 상태에서 수행함으로써 선행 레이저 열처리를 수행할 수도 있다. 물론 이 경우 용접부에 인가되는 가열온과 면적, 그리고 속도는 (b)단계와 (c)단계에서 각기 다르다. 레이저의 초점이 어긋나면 에너지가 편중되어 용접부의 비교적 넓은 부위를 가열할 수 있게 된다. On the other hand, according to the present invention, laser processing means of the same configuration is used, and in the step (c) of welding, the laser is kept at a set point, and when the metal compound is formed in the step (b) Laser heat treatment may be performed. In this case, the heating temperature, the area, and the speed applied to the welds are different in steps (b) and (c). When the focus of the laser is shifted, the energy is concentrated, and a relatively wide portion of the welded portion can be heated.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접방법으로는 상기 (b)단계의 금속화합물은 (c)단계의 용접단계보다 낮은 출력으로서 레이저를 설정하여 열처리함으로써 수행될 수 있으며, 상기 (b)단계의 금속화합물은 (c)단계의 용접단계보다 넓은 범위에 레이저를 입사함으로써 수행될 수 있다.In addition, in the welding method according to an embodiment of the present invention, the metal compound of step (b) may be performed by setting a laser as an output power lower than the welding step of step (c) Can be performed by injecting the laser into a wider range than the welding step of step (c).
본 발명은 이종 재료의 재단용접에 필요한 하나의 레이저가공수단을 선행 열처리 단계와 용접 단계에서 구별하여 조건을 설정한다. 선행 레이저 열처리 단계와 레이저 용접 단계를 거친 제품에는 도금층 성분의 혼입이 현저히 줄어들어 용접부의 물성이 모재와 동등 또는 그 이상의 물성을 가지게 된다. The present invention distinguishes one laser processing means required for cutting welding of different materials in a preceding heat treatment step and a welding step to set conditions. In the products subjected to the preceding laser annealing step and the laser welding step, the incorporation of the plating layer components is remarkably reduced, and the physical properties of the welded part are equal or superior to those of the base metal.
위에서 살펴본 본 발명의 효과는 일 실시예에 따르면 이종재단 용접 전, 레이저 열원을 이용하여 용접하고자 하는 위치에 선행 열처리하여 도금층 내 Al의 농도를 감소시킨 후 이종재단 레이저 용접을 실시하여 용융부내 Al의 편석 농도를 감소시킴으로써 용융부의 기계적 성질 저하를 방지한다.The effect of the present invention as described above is that according to an embodiment of the present invention, prior to the welding of two different cuts, the laser annealing is performed at a position to be welded using a laser heat source to reduce the concentration of Al in the plating layer, By reducing the segregation concentration, the deterioration of the mechanical properties of the molten portion is prevented.
본 발명의 일 실시예에 따르면 종래기술과 달리 도금층 성분 제거를 위한 별도의 공정이 필요없어 가공비용을 절감할 수 있다. 또한, 도금층 제거에 따라 수반되는 내식성 저하 문제의 해소가 가능하며,According to the embodiment of the present invention, unlike the prior art, there is no need for a separate process for removing the plating layer component, thereby reducing the processing cost. Further, it is possible to solve the corrosion resistance problem accompanying the removal of the plating layer,
종래 선행문헌과 같이 별도의 와이어를 지속적으로 공급해줘야 하는 번거로움을 해소하고, 비용을 절감할 수 있다.It is possible to eliminate the inconvenience of supplying a separate wire continuously as in the prior art and reduce the cost.
본 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 의해 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 따라서, 이상에서 기술한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 발명의 일 실시예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다. The present specification is not intended to limit the present invention by the specific terms given. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Modifications, alterations, and modifications can be made.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the foregoing description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalents thereof are deemed to be included in the scope of the present invention. .
100 : 도금강판
110 : 제1도금강판
120 : 제2도금강판
130 : 도금층
200 : 성형부
300 : 레이저가공수단(제1설정상태)
400 : 레이저가공수단(제2설정상태)
L1, L2, L3, L4 : 용접부100: Plated steel sheet
110: first plated steel sheet
120: Second plated steel sheet
130: Plating layer
200:
300: laser processing means (first setting state)
400: laser processing means (second setting state)
L1, L2, L3, L4:
Claims (9)
(a) 두께, 강도 및 재질이 서로 다른 이종 도금강판을 마련하는 단계;
(b) 상기 이종 도금강판의 용접부 표면에 알루미늄-페라이트 금속간 화합물을 형성시키는 단계; 및
(c) 서로 다른 이종 도금강판을 서로 접합하는 레이저 용접단계;
를 포함하는 테일러 웰디드 블랭크 용접방법.
A laser welding method for minimizing ferrite structure in a welded portion after a hot stamping process of a heterogeneously plated steel sheet material bonded to each other,
(a) providing a differentially coated steel sheet having different thickness, strength and material;
(b) forming an aluminum-ferrite intermetallic compound on the surface of the welded portion of the dissimilarly-coated steel sheet; And
(c) a laser welding step of joining different kinds of coated steel sheets to each other;
Wherein the weld bead is welded.
상기 (b)단계의 도금강판은 표면에 소정 비율로 혼합된 Al 합금 도금층을 포함하는 것을 특징으로 하는 테일러 웰디드 블랭크 용접방법.
The method according to claim 1,
Wherein the plated steel sheet of the step (b) comprises an Al alloy plating layer mixed on the surface at a predetermined ratio.
상기 (b)단계의 금속화합물은 선행 레이저 열처리를 수행함으로써 형성하는 것을 특징으로 하는 테일러 웰디드 블랭크 용접방법.
The method according to claim 1,
Wherein the metal compound of step (b) is formed by performing a preceding laser annealing process.
상기 (b)단계의 알루미늄-페라이트 금속간 화합물의 비율은 1:1로 형성되는 것을 특징으로 하는 테일러 웰디드 블랭크 용접방법.
The method of claim 3,
Wherein the ratio of the aluminum-ferrite intermetallic compound in step (b) is 1: 1.
상기 선행 레이저 열처리는 도금층 내 Al의 농도를 감소시키기 위하여 상기 용접부 표면을 소정의 온도로 승온시키되, 테일러 웰디드 블랭크 용접단계보다 낮은 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 테일러 웰디드 블랭크 용접방법.
The method of claim 3,
Wherein the preceding laser heat treatment is performed at a temperature lower than a Taylor welded blank welding step to raise the surface of the weld to a predetermined temperature to reduce the concentration of Al in the plating layer.
상기 (b) 단계의 금속간 화합물을 형성시키는 단계와 상기 (c) 단계의 용접은 모두 동일한 레이저 가공수단을 이용하는 것을 특징으로 하는 테일러 웰디드 블랭크 용접방법.
The method of claim 3,
Wherein the step of forming the intermetallic compound of step (b) and the step of welding of step (c) both use the same laser processing means.
상기 (c)단계의 용접 시 레이저는 정초점을 유지하고, (b)단계의 금속화합물 형성시 레이저는 정초점에서 어긋나도록 설정한 상태에서 수행하는 것을 특징으로 하는 테일러 웰디드 블랭크 용접방법.
The method according to claim 6,
Wherein the laser is maintained in the laser during the welding in the step (c), and the laser is set so as to be offset from the shed during the formation of the metal compound in the step (b).
상기 (b)단계의 금속화합물은 (c)단계의 용접단계보다 낮은 출력으로서 레이저를 설정하여 열처리함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 테일러 웰디드 블랭크 용접방법.
The method according to claim 6,
Wherein the metal compound of step (b) is formed by setting a laser as an output power lower than that of the welding step of step (c) and performing heat treatment.
상기 (b)단계의 금속화합물은 (c)단계의 용접단계보다 넓은 범위에 레이저를 입사함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 테일러 웰디드 블랭크 용접방법.
The method according to claim 6,
Wherein the metal compound of step (b) is formed by introducing a laser into a wider range than the welding step of step (c).
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