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알루미늄 합금의 아크 용접부에 대한 레이저 쇼크 피닝 적용 시 레이저빔 중첩률의 영향에 대한 기초 연구
윤예솔(Y. S. Yun),김지언(J. E. Kim),김평수(P. S. Kim),김종도(J. D. Kim) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
알루미늄 합금의 MIG 용접부는 아크열원에 의해 용접이 이루어지기 때문에 입열량이 크고, 모재 및 용가재가 용융 및 응고되는 과정에서 용융 금속의 팽창과 수축이 발생하여 용접부 내부 및 주변에 전반적으로 인장잔류응력이 형성된다. 이와 같이 용접부에 형성되는 인장잔류응력을 개선하기 위하여 레이저 쇼크 피닝(LSP)을 통한 용접 후처리 공정이 필요하다. 레이저 쇼크 피닝은 높은 피크 출력의 단펄스 레이저로 재료 표면에 충격을 가하여 소성변형을 부여함으로서 표면을 강화하는 용접 후 처리 기술이다. 따라서, 본 연구에서는 알루미늄 합금 아크 용접부의 성능향상을 위한 레이저 쇼크 피닝 기초 연구를 진행하였다. 두께 10 mm 의 알루미늄 3000 계 합금이 모재로 사용되었으며, MIG 용접시 와이어 재료로는 알루미늄 4000 계 합금이 사용되었다. 실험에 사용된 레이저는 Q-switched Nd:YAG 레이저이다. 레이저 피닝 실험은 레이저빔 중첩률과 같은 공정 변수를 변화시키면서 진행되었다. 레이저 피닝 전·후 시험편의 기계적 특성 분석을 위하여 XRD 표면 잔류응력 측정기와 마이크로 비커스 경도 시험기를 사용하였다. 실험 결과, 용접부 표면의 인장잔류응력은 레이저 쇼크 피닝 후에 압축응력 상태로 변화되었다. 또한 레이저 쇼크 피닝 후 용접부 표면의 경도를 크게 개선시킬 수 있었다.
후막 에폭시 페인트의 고출력 레이저 클리닝 시 렌즈의 초점거리에 따른 클리닝 특성 비교
김지언(J. E. Kim),윤예솔(Y. S. Yun),이종명(J. M. Lee),현정훈(J. H. Hyun),김종도(J. D. Kim) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
선박용 강재 표면의 페인트 제거를 위한 레이저 클리닝 장비는 평균 출력에 따라서 저출력의 백팩-포터블 타입, 고출력의 건-캐리어 타입 및 고출력 자동화 설비로 구분된다. 저출력의 백팩-포터블 타입은 장비의 경량화로 인하여 작업 현장에서 이동성과 휴대성이 높은 이점을 가진다. 하지만 두꺼운 코팅층과 산화층을 제거하기에는 낮은 출력으로 인한 한계가 존재한다. 이와 같은 문제는 평균 출력 500 W 이상의 고출력 레이저 클리닝 장비를 사용하여 해결이 가능하다. 또한 고출력 설비는 자동화에 따른 대면적 클리닝이 가능한 이점이 있다. 따라서 본 연구에서는 고출력 레이저 클리닝 장비를 사용하여 후막의 에폭시 페인트를 효율적으로 제거하기 위한 기초자료를 확보하고자 하였다. 실험 재료로는 에폭시 페인트로 도장된 강판을 사용하였다. 페인트의 두께는 200 μm 이다. 실험에 사용된 레이저는 평균 출력 500 W 의 Q-스위칭 파이버 레이저이다. 레이저빔 사이즈는 초점거리 100 mm 렌즈의 경우 1 × 1 mm 이며, 초점거리 163 mm 렌즈의 경우 1.6 × 1.6 mm 이다. 또한 레이저빔 모드는 멀티모드이며, 탑햇분포를 나타낸다. 가장 먼저, 에폭시 페인트의 레이저 클리닝 임계 에너지 밀도를 도출하였다. 그 다음으로 초점거리가 다른 두가지 렌즈를 사용하여 공정변수에 따른 클리닝 특성을 비교하였다. 결과적으로, 초점거리가 상대적으로 짧은 렌즈를 사용하였을 때 빔 직경의 감소로 인하여 에너지 밀도가 증가하였으며, 열적 가공 효과의 극대화로 인한 에폭시 페인트 제거가 용이하였다.