조정 모드 빔 용접으로 Al/강 고강도 접합
Achieving high strength of laser welded Al/steel joint by optimized energy distribution with adjustable mode beam heat source
원저자 Xudong Bao, Hongbo Xia, Meng Jiang 외 5인·Materials & Design·원발행 2026.09· 3 인용·카라멜 랩 해설 공개 2026. 10. 29.
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한국어 핵심 요약
본 연구는 조정 모드 빔(AMB) 레이저를 이용한 6061 Al 합금과 DP590 강종의 이종 재료 용접에서 링 빔 출력(Pr)의 역할을 규명합니다. 기존 레이저와 달리 AMB는 중심 빔과 링 빔을 독립적으로 조절하여 이종 접합에 필수적인 정밀한 에너지 분포를 가능하게 합니다. 기공 억제와 금속간 화합물(IMC) 제어 사이의 균형에 초점을 맞춰, Pr이 용융지(melt-pool) 대류 및 키홀 안정성에 미치는 영향을 고속 이미징과 전산유체역학(CFD) 시뮬레이션을 통해 분석했습니다.
Pr 600W에서 평균 전단력 1067N으로 가장 높은 강도를 보였으며, 500~700W 범위가 최적의 공정 조건으로 확인되었습니다. 이 범위에서는 키홀이 안정화되어 기공이 효과적으로 감소하고, 연성 있는 Fe3Al이 풍부한 층이 형성되어 접합부의 연성과 강도가 향상됩니다.
그러나 Pr이 800W를 초과하면 과도한 난류 혼합으로 취성 Fe2Al5 및 FeAl3 상이 과도하게 형성되어 IMC로 인한 취성 균열이 발생하고 기계적 성능이 크게 저하됩니다. 본 연구는 Al/강 레이저 용접 최적화를 위한 정량적 메커니즘을 제공하며, 건전한 접합을 위한 허용 가능한 Pr 범위를 명확히 제시합니다.
섹션 미리보기
연구 배경
이종 재료인 알루미늄 합금과 강철의 레이저 용접은 산업적으로 중요하지만, 기공 형성 및 취성 금속간 화합물(IMC) 제어가 어렵습니다. 본 연구는 조정 모드 빔(AMB) 레이저의 링 빔 출력을 조절하여 이러한 문제들을 해결하고자 합니다.
핵심 발견
링 빔 출력(Pr) 500~700W 범위에서 최적의 용접 강도와 연성을 얻을 수 있음을 확인했습니다. 특히 Pr 600W에서 1067N의 최대 전단력을 달성했으며, 이는 안정적인 키홀과 연성 Fe3Al층 형성 덕분입니다. 과도한 Pr은 취성 IMC를 유발하여 성능을 저하시킵니다.
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