(72) 발명자 권용남 경상남도 창원시 남양동 성원1차아파트 111동 502 호 김상우 경상남도 창원시 성산구 원이대로878번길 7, 재료 연구소 아파트 208호 (가음동) 김지훈 경상남도 창원시 성산구 원이대로878번길 7, 재료 연구소아파트 508호 (가음동) 이광

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유빈 장
8 years ago
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1 (19) 대한민국특허청(KR) (12) 등록특허공보(B1) (51) 국제특허분류(Int. Cl.) B21D 22/02 ( ) C21D 7/13 ( ) B23K 26/20 ( ) C22C 38/04 ( ) (21) 출원번호 (22) 출원일자 2011년09월07일 심사청구일자 2011년09월07일 (65) 공개번호 (43) 공개일자 2013년03월15일 (56) 선행기술조사문헌 JP A* KR B1* KR A* KR A* *는 심사관에 의하여 인용된 문헌 (45) 공고일자 2013년07월17일 (11) 등록번호 (24) 등록일자 2013년07월11일 (73) 특허권자 한국기계연구원 대전광역시 유성구 가정북로 156 (장동) (72) 발명자 김대용 경상남도 창원시 가음정동 재료연구소 소택 307호 강성훈 경상남도 창원시 대방동 대동황토방아파트 103동 603호 (뒷면에 계속) (74) 대리인 김정수 전체 청구항 수 : 총 1 항 심사관 : 강창수 (54) 발명의 명칭 레이저 용접된 보론강판의 핫스템핑 제조방법 (57) 요 약 본 발명은 보론강판의 핫스템핑 제조방법에 관한 것으로서, 국부적으로 이종강도가 요구되는 부품을 제조하기 위 해 서로 다른 블랭크 소재를 마련하는 소재 마련 단계; 서로 다른 상기 블랭크 소재를 서로 접합하는 용접 단계; 접합된 상기 블랭크 소재를 가열하는 가열 단계; 및 가열된 상기 블랭크 소재를 650 내지 700 에서 열간 성형 하여 핫스템핑 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 대 표 도 - 도1-1 -

A* *는 심사관에 의하여 인용된 문헌 (45) 공고일자 2013년07월17일 (11) 등록번호 10-1287018 (24) 등록일자 2013년07월11일 (73) 특허권자 한국기계연구원 대전광역시 유성구 가정북로 156 (장동) (72) 발명자 김대용 경상남도 창원시 가음정동 재료연구소 소택 307호 강성훈 경상남도 창원시 대방동 대동황토방아파트

2 (72) 발명자 권용남 경상남도 창원시 남양동 성원1차아파트 111동 502 호 김상우 경상남도 창원시 성산구 원이대로878번길 7, 재료 연구소 아파트 208호 (가음동) 김지훈 경상남도 창원시 성산구 원이대로878번길 7, 재료 연구소아파트 508호 (가음동) 이광석 경상남도 창원시 가음동 재료연구소 아파트 205호 이영선 경상남도 창원시 상남동 성원3단지아파트 이 발명을 지원한 국가연구개발사업 과제고유번호 2009-D-B-YO-D-16 부처명 지식경제부 연구사업명 광역경제권선도산업육성사업 연구과제명 복합 열공정 부품의 성형해석 기술 개발 주관기관 재료연구 연구기간 ~

205호 이영선 경상남도 창원시 상남동 성원3단지아파트 301-1501 이 발명을 지원한 국가연구개발사업 과제고유번호 2009-D-B-YO-D-16 부처명

3 특허청구의 범위 청구항 1 국부적으로 이종강도가 요구되는 부품을 제조하기 위해 그 중 하나가 보론 강판인 서로 다른 블랭크 소재를 마 련하는 소재 마련 단계; 서로 다른 상기 블랭크 소재를 레이저 용접에 의해 인장방향과 용접선의 방향을 수평인 상태나 수직인 상태로 서로 접합하는 용접 단계; 접합된 상기 블랭크 소재를 외부 가열로에서 950 에서 5분간 가열하는 가열 단계; 및 가열된 상기 블랭크 소재를 가열로가 장착된 인장시험기로 이동시켜 장착한 후 열간 성형하는 핫스템핑 단계를 포함하고, 상기 용접단계에서 레이저 용접부 주위로 분사하는 보호 가스는 헬륨이 사용되고, 분사 속도는 20l/min이며, 레 이저 용접시 레이저 소스는 YAG 레이저 소스를 갖고 상기 블랭크 소재에 수직으로 조사되며, 레이저 빔의 출력 은 3kW이고, 레이저 용접속도는 4.0m/min 이며, 상기 보론강판의 성분은 0.18 wt%의 C, 0.21wt%의 Si, 1.27 wt%의 Mn, wt%의 P, wt%의 S, 0.22 wt%의 Cr, wt%의 B, 및 잔부 Fe가 포함되고, 상기 보론강판은 Al-Si 합금을 도금한 것이며, 상기 보론강 판의 9 wt% Si이 함유된 Al-Si 합금의 도금 부착량은 80g/m 2 이고, 두께는 1.4mm 두께이며, 상기 핫스템핑 단계는, 가열된 상기 블랭크 소재를 650 내지 700 의 온도에서 열간 성형하여 용접부의 인장강도를 모재부의 인장강 도보다 높임으로서 서로 다른 두 강도의 블랭크 소재가 접합된 성형체에 원하는 인장강도를 확보시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 보론강판의 핫스템핑 제조방법. 청구항 2 청구항 3 청구항 4 청구항 5 청구항 6 청구항 7 청구항 8 청구항 9-3 -

빔의 출력 은 3kW이고, 레이저 용접속도는 4.0m/min 이며, 상기 보론강판의 성분은 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.

4 청구항 10 청구항 11 청구항 12 청구항 13 청구항 14 명 세 서 [0001] 기 술 분 야 본 발명은 레이저 용접된 보론 강판을 핫스탬핑 공정을 통해 제조하는 방법에 관한 것이다. [0002] [0003] 배 경 기 술 최근 자동차 관련 법규는 승객의 안전성 강화를 위해 엄격한 차체(body in white, BIW) 충돌 성능을 요구하고 있다. 또한 환경에 대한 인식이 높아지면서 배기가스 규제에 따른 연비 기준이 강화되어 이에 따른 차체 경량화 에 대한 필요성이 지속적으로 높아지고 있다. 충돌성능향상과 경량화라는 요구 조건을 동시에 만족하기 위한 노 력의 일환으로 고강도 강판의 차체 적용 양이 지속적으로 증가하고 있다. 그러나 고강도 강판의 경우 연신율이 낮기 때문에 높은 성형성을 요구하는 복잡한 형상 부품에 대해서는 그 적용이 제한될 수 밖에 없다. 이를 극복 하기 위하여 고온에서 가열된 보론 첨가 소재(보론강판)를 프레스에서 성형한 후 냉각하는 열간 성형(핫스템핑 (hot stamping), 핫프레스포밍(hot press fomring) 또는 프레스 하드닝(press hardening))기술이 1990년대 말 부터 개발되었고, 핫스템핑 기술을 이용한 1400MPa급 차체 부품이 개발되어 다양하게 적용되고 있다. TWB 보론 강판 핫스템핑 기술은 보론강판과 종류나 두께가 다른 소재를 용접(주로 레이저 용접)하여 블랭크를 제작하고 이를 핫스템핑 공법으로 부품을 성형하는 기술로 부품의 충돌 향상 및 경량화를 극대화 시킬 수 있는 장점이 있 으나, 보론강판의 레이저 용접에 따른 파괴거동으로 인하여 레이저 용접된 맞춤용접판재(tailor welded blank, TWB) 보론 강판의 핫스템핑에는 종래 어려움이 있었다. 종래의 대한민국 출원번호 제 호의 "테일러 웰디드 핫 스탬핑 제조방법 및 이를 이용한 국부적으 로 이종강도를 지니는 성형체"에는 이종 재질의 소재를 접합하여 국부적으로 상이한 강도를 가지는 성형체 및 그 제조방법에 관하여 개시하나 레이저 용접된 보론 강판의 파괴거동을 살펴 용접부위에서의 파괴가 일어나지 않는 핫스템핑 성형온도에 대해서는 개시하고 있지 않아 레이저 용접된 맞춤용접판재(TWB) 보론강판의 핫스템핑 의 의한 성형시 용접부의 건전성을 보장할 수 없었고, 이로 인해 용접부에서 파단이 일어나는 문제점이 있었다. 발명의 내용 [0004] 해결하려는 과제 본 발명은 보론강판과 종류나 두께가 다른 소재를 레이저 용접하여 블랭크를 제작하고 이를 핫스템핑 공법으로 부품을 성형함에 있어서, 부품의 충돌 향상 및 경량화를 극대화 시킬 수 있고 레이저 용접부의 건전성을 확보하 기 위해 레이저로 용접된 맞춤용접판재 보론강판의 핫스템핑 제조방법을 제안하는데 그 목적이 있다. 과제의 해결 수단 - 4 -

그러나 고강도 강판의 경우 연신율이 낮기 때문에 높은 성형성을 요구하는 복잡한 형상 부품에 대해서는 그 적용이 제한될 수 밖에 없다.

5 [0005] [0006] [0007] [0008] [0009] [0010] [0011] [0012] [0013] 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 보론강판의 핫스템핑 제조방법은 이종강도가 요구되는 부품을 제조하기 위해 서로 다른 블랭크 소재를 마련하는 소재 마련 단계; 서로 다른 상기 블랭크 소재를 서로 접합하는 용접 단계; 접합된 상기 블랭크 소재를 가열하는 가열 단계; 및 가열된 상기 블랭크 소재를 650 내 지 700 에서 열간 성형하여 핫스템핑 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 서로 다른 상기 블랭크 소재 중 하나는 보론 강판인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 상기 용접 단계에서의 용접은 레이저 용접인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 상기 레이저 용접시 레이저 소스는 YAG 레이저 소스를 갖고, 레이저 빔의 출력은 3kW인 것을 특징으로 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 상기 레이저 소스와 상기 블랭크는 수직으로 조사된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 상기 레이저 용접시 레이저 용접속도는 4.0m/min 인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 상기 용접단계에서 레이저 용접부 주위로 분사하는 보호 가스는 헬륨이 사용되고, 분사 속도 는 20l/min인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 상기 보론강판의 성분은 0.18 wt%의 C, 0.21wt%의 Si, 1.27 wt%의 Mn,0.017 wt%의 P, wt%의 S, 0.22 wt%의 Cr, wt%의 B, 및 잔부 Fe가 포함된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 상기 보론강판은 Al-Si 합금을 도금한 것을 특징으로 한다. [0014] 본 발명에 따르면, 상기 보론강판의 9 wt% Si이 함유된 Al-Si 합금의 도금 부착량은 80g/m 2 1.4mm 두께인 것을 특징으로 한다. 이고, 두께는 [0015] [0016] [0017] [0018] 본 발명에 따르면, 상기 가열단계에서 상기 블랭크 소재를 외부 가열로에서 950 에서 5분간 가열하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 상기 가열단계에서 상기 블랭크 소재를 외부 가열로에서 950 에서 5분간 가열하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 상기 용접단계에서 레이저 용접부 주위로 분사하는 보호 가스는 헬륨이 사용되고, 분사 속도 는 20l/min인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 보론강판의 핫스템핑 제조방법으로 제조된 이종 강도를 지니는 성형체를 제공하는 것을 특징으 로 한다. [0019] 발명의 효과 본 발명에 따른 레이저로 용접된 맞춤용접판재 보론강판의 핫스템핑 제조방법은 레이저 용접된 TWB 보론강판을 핫스템핑 공정의 온도 이력 조건에서 용접선이 인장방향과 수평, 수직인 시편으로 고온 인장 시험을 수행함으로 써, (1) 0.01/s 에서 타입 I 고온 인장 시험 결과 650, 700 에서 용접부의 인장강도는 모재부 보다 높았으며, 800 에서는 유사하였고, (2) 0.01/s 에서 타입 II 고온 인장시험 결과 용접부의 650, 700 에서는 모재부에서 파단이 발생하고, 800 에서는 용접부에서 파단이 발생했음을 보여주고, 이는 핫스템핑 제조단계에서 650 내지 700 에서 성형해야만 용접부의 건전성이 유지되어 용접부의 파단이 일어나지 않는 효과가 있다. [0020] 도면의 간단한 설명 도 1은 본 발명에 따른 보론강판의 핫스템핑 제조방법의 순서도이다. 도 2는 본 발명에 사용된 레이저 용접기에 관한 것으로서, 도 2(a)는 레이저 오실레이터, 도 2(b)는 6축 로봇 시스템, 도 2(c)는 보호가스 분사용 노즐을 나타낸다. 도 3는 본 발명에 따른 용접시편의 용접부 단면형상을 나타낸다. 도 4은 본 발명에 사용된 인장시험기로서, 도 4(a)는 가열로를 갖춘 인장시험기를 나타내고, 도 4(b)는 시현이 인장 시험기 그립(grip)에 고정된 상태를 도시한다. 도 5는 본 발명에 사용된 시험편의 형상을 나타낸다

본 발명에 따르면, 상기 레이저 용접시 레이저 소스는 YAG 레이저 소스를 갖고, 레이저 빔의 출력은 3kW인 것을 특징으로 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 상기 레이저 소스와 상기 블랭크는 수직으로 조사된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 상기 레이저 용접시 레이저 용접속도는 4.0m/min 인 것을 특징으로 한다.

6 도 6는 본 발명에 사용된 인장방향과 용접선이 수평인 타입 I 시편과 인장방향과 용접선이 수직인 타입II 시편 을 도시한다. 도 7은 본 발명에 따른 핫스템핑 공정과 유사한 온도 이력조건을 위한 실험온도를 나타낸다. 도 8은 타입 I 용접시편과 모재시편에 대해서 도 8(a)는 온도를 달리하며 측정된 응력-변형율 선도를 나타내고, 도 8(b)는 변형율 속도를 달리하며 측정된 응력-변형율 선도를 나타낸다. 도 9(a)는 온도의 변화에 따른 인장강도(ultimate strength)와 연신율(elongation)을 나타내고, 도 9(b)는 변 형율 속도에 따른 인장강도(ultimate strength)와 연신율(elongation)을 나타낸다. 도 10은 파단까지 인장 시험된 타입 I 용접시편의 형상을 나타낸다. 도 11(a)는 타입 II 용접시편과 모재시편에 대해서 온도를 달리하며 측정된 응력-변형율 선도를 나타내고, 도 11(b)는 변형율 속도를 달리하며 측정된 응력-변형율 선도를 나타낸다. 도 12(a)는 온도의 변화에 따른 인장강도와 연신율을 나타내고, 도 12(b)는 변형율 속도의 변화에 따른 인장강 도와 연신율을 나타낸다. 도 13은 온도에 따른 타입 II 시편의 파단형상을 나타낸다. [0021] 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부 품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다. [0022] TWB 보론강판 핫스템핑 기술은 보론강판과 종류나 두께가 다른 소재를 용접(주로 레이저 용접)하여 블랭크를 제 작하고 이를 핫스템핑 공법으로 부품을 성형하는 기술로 부품의 충돌 향상 및 경량화를 극대화 시킬 수 있는 장 점이 있다. 이러한 TWB 보론강판의 핫스템핑 기술을 확보하기 위해서는 TWB 보론강판의 고온 변형의 특성을 이 해하는 것이 매우 중요하다. 따라서, 본 발명에서는 레이저 용접된 보론강판을 핫스템핑 공정과 유사한 공정 이 력에서 인장 시험을 수행하여 TWB 보론강판의 고온 인장 특성을 평가하였으며, 이를 통하여 TWB 보론강판의 고 온 인장 물성과, 용접부의 건전성을 확인하였다. [0023] 도 1은 본 발명에 따른 보론강판의 핫스템핑 제조방법의 순서도로서, 국부적으로 이종강도가 요구되는 부품을 제조하기 위해 서로 다른 블랭크 소재를 마련하는 소재 마련 단계(S100), 마련된 서로 다른 상기 블랭크 소재를 서로 접합하는 용접 단계(S200), 접합된 상기 블랭크 소재를 가열하는 가열 단계(S300); 및 가열된 블랭크 소재 를 650 내지 700 에서 열간 성형하여 핫스템핑 단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 한다. [0024] 본 발명에서는 용접된 블랭크 소재를 가열후 650 내지 700 에서 열간 성형하여 핫스템핑 단계(S400)를 거침 으로써, 용접부위의 건전성을 확보할 수 있음을 보여주기 위해 아래와 같은 실험을 실시하였다. [0025] 아래의 표 1은 본 발명에 따른 실시예에서의 용접 조건을 나타낸다. [0026] 레이저 소스 이음면 보호 가스 Angle ( o ) Speed (m/min) Gap (mm) Milling Materials Flow rate (l/min) 표 Yes He 20.0 [0027] 본 발명에 따른 실시예로서 핫스템핑을 위한 보론강판은 고온 성형 시 산화와 부식을 방지하기 위하여 7~11 wt %의 Si를 함유하고 있는 Al-Si 합금을 도금을 하여 사용하는데, 본 발명에서는 Al-Si 합금(9 wt% Si)의 도금 부 - 6 -

도 9(a)는 온도의 변화에 따른 인장강도(ultimate strength)와 연신율(elongation)을 나타내고, 도 9(b)는 변 형율 속도에 따른 인장강도(ultimate strength)와 연신율(elongation)을 나타낸다. 도 10은 파단까지 인장 시험된 타입 I 용접시편의 형상을 나타낸다.

7 착량이 약 80g/m 2 인 1.4mm 두께의 22MnB5 보론강판이 사용되었다. 사용된 보론강판의 화학성분을 표 1에 정리하 였다. TWB 보론강판은 레이저로 동종 두께 맞대기 용접되어 제조되었다. 도 1은 본 발명에 사용된 레이저 용접 기에 관한 것으로서, 도 2(a)는 레이저 오실레이터, 도 2(b)는 6축 로봇 시스템, 도 1(c)는 보호가스 분사용 노 즐을 나타낸다.레이저 용접은 도 2(a)에서 도시된 CW-ND:YAG 레이저 소스를 갖는 Trumpf사의 HASS HL3006D 용접 기를 이용하였다. 레이저 빔의 출력은 3kW로 고정하였다. 용접은 도 2(b)에 도시한 Yaskawa 6축 로봇을 이용하 였다. 보호 가스는 4mm 지름을 가진 구리 노즐(도 2(c))을 통하여 분사되었고, 용접 시 노즐과 시편과의 거리는 5mm로 유지되었다. 노즐은 조사되는 빔으로부터 60 o 를 유지한 채 레이저 빔과 함께 이동하였다. 레이저 빔의 직 경은 0.6mm, 렌즈의 초점거리는 200mm 이다. 도 2를 통하여 측정된 레이저 빔의 프로파일을 확인할 수 있다. 건 전한 용접 시편을 제작하기 위하여 표 1에 정리된 용접 변수에 대하여 용접을 수행하였으며, 외관상 키 홀, 언 더컷, 내부기공 등이 적은 조건은 고온 인장 시험을 위한 시편 제조 조건으로 선정하였다. 레이저 빔은 판재의 수직방향 위에서 조사되었고, 용접속도는 4.0m/min로 하였다. 소재의 맞대기 부분은 밀링 가공하여 표면을 매끄 럽게 하였고, 갭은 0.1mm이었다. 보호 가스로는 헬륨이 사용되었고, 20l/min의 속도로 분사되었다. 제조된 용접 시편의 용접부 단면형상을 도 3에 도시되어 있다. [0028] [0029] [0030] [0031] [0032] [0033] 본 발명에 따른 실시예에서 레이저 용접된 TWB 보론강판의 고온 인장 특성을 평가하기 위하여 온도와 변형률 속 도를 달리하며 인장시험을 수행하였으며, 모재(base material, BM)와 그 결과를 비교하였다. 고온 인장시험은 도 4(a)에 도시된 가열로가 장착된 인장시험기(모델명: Shimadzu AG-100kNx)에서 수행되었다 도 4은 본 발명에 사용된 인장시험기로서, 도 4(a)는 가열로를 갖춘 인장시험기를 도시하고 있고, 도 4(b)는 시 현이 인장 시험기 그립(grip)에 고정된 상태를 도시한다. 도 5는 본 발명에 사용된 시험편의 형상을 나타낸다. 도 5에 도시된 바와 같이 시편은 ASTME 8M 소형 크기 시편 형상을 고온 인장 시험에 적합하도록 수정하였으며, 수정된 시편이 체결될 수 있는 그립을 도 4(b)와 같이 제작하여 사용하였다. 도 6는 본 발명에 사용된 인장방향과 용접선이 수평인 타입 I 시편과 인장방향과 용접선이 수직인 타입II 시편 을 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이 인장방향과 용접선의 방향이 다른 두 종류 즉, 인장방향과 용접선이 수평인 시편(타입 I)과 인장 방향과 용접선이 수직인 시편(타입 II)을 제작하여 고온 인장 시험을 수행하였다. 용접선이 인장방향 과 수평한 시편의 경우 용접부의 인장물성을 평가할 수 있다. 반면, 용접선이 인장방향과 수직인 시편은 용접부 의 건전성을 평가할 수 있으며, 용접부에서 파단이 일어나는 경우에 대해서는 용접부의 파단강도를 측정할 수 있다. [0034] [0035] 도 7은 본 발명에 따른 핫스템핑 공정과 유사한 온도 이력조건을 위한 실험온도를 나타낸다. 핫스템핑 공정 조건과 유사한 온도 이력 상태에서 TWB 보론강판의 변형거동을 살펴보기 위해서 도 7과 같은 온 도 이력 조건에서 실험이 수행된다. 시험편을 외부 가열로에서 950, 5분간 유지시킨 후 가열로가 장착된 인장 시험기에 이동하여 장착하고 약 20초 후 시편의 온도가 원하는 온도가 되었을 때 인장 시험을 실시하였다. 고온 인장 시험은 타입 I과 타입 II 시편 모두 동일하게 변형률 속도 0.01/s 에서 온도를 650, 700, 800 로 달리하 고, 온도 700 에서 변형율 속도를 0.01/s, 0.1/s, 1.0/s로 달리하여 수행한다. [0036] [0037] [0038] 도 8은 타입 I 용접시편과 모재시편에 대해서 도 8(a)는 온도를 달리하며 측정된 응력-변형율 선도를 나타내고, 도 8(b)는 변형율 속도를 달리하며 측정된 응력-변형율 선도를 나타낸다. 도 9(a)는 온도의 변화에 따른 인장강도(ultimate strength)와 연신율(elongation)을 나타내고, 도 9(b)는 변 형율 속도에 따른 인장강도(ultimate strength)와 연신율(elongation)을 나타낸다. 연신율은 인장강도와 파단에서의 연신율을 각각 비교하여 도시된다

용접은 도 2(b)에 도시한 Yaskawa 6축 로봇을 이용하 였다. 보호 가스는 4mm 지름을 가진 구리 노즐(도 2(c))을 통하여 분사되었고, 용접 시 노즐과 시편과의 거리는 5mm로 유지되었다. 노즐은 조사되는 빔으로부터 60 o 를 유지한 채 레이저 빔과 함께 이동하였다. 레이저 빔의 직 경은 0.6mm, 렌즈의 초점거리는 200mm 이다.

8 [0039] [0040] [0041] 도 10은 파단까지 인장 시험된 타입 I 용접시편의 형상을 보여준다. 변형율 속도 0.01/s에서 온도를 달리한 고온 인장 실험 결과 온도가 증가할수록 인장강도와 인장강도 연신율은 타입 I 용접시편과 모재시편 모두 높아짐을 도 8(a)와 도 9(a)에서 확인할 수 있다. 용접시편의 파단 연신율은 온도에 따라서 증가하나, 모재시편의 파단 연신율은 650 에서 700 에서 높아지다가 800 에서는 오히려 낮아 진다. 0.01/s에서 650, 700, 800 모두에 대해서 인장강도는 용접시편이 모재시편 보다 높고 연신율은 용접시편이 모 재시편보다 낮다. 또한, 용접시편과 모재시편의 인장강도와 연신율의 차이가 온도가 높아짐에 따라 작아지다가 800 에서 용접시편과 모재시편의 인장강도와 연신율 차이가 거의 없어지는 경향을 보인다. 800 에서 초기 변 형율에서의 응력은 용접시편이 모재시편보다 높고, 약 40%이상 변형율에서의 응력은 오히려 용접시편이 모재시 편보다 낮음을 확인할 수 있다. 혼합법칙(rule of mixture)을 고려한다면, 변형율 속도 0.01/s에서 온도 650 와 700 에서는 용접부의 인강강도가 모재부보다 높아지고, 용접부의 연신율은 낮아지는 반면 800 에서는 용접 부의 물성 변화가 크지 않음을 알 수 있다. 통상적으로 높은 온도에서는 강판에 함유되어 있는 탄소양에 따른 인장강도의 차이가 거의 없지만, 온도가 낮아질수록 탄소양에 따라 인장강도가 증가한다. 레이저 용접시 보론 강판이 용융되고 급랭하면서 증가한 용접부의 탄소 함량 때문에 온도 650 와 700 에서는 용접부의 인강강도가 모재부보다 높아지는 것이다. [0042] [0043] 도 8(b)와 도 9(b)는 온도 700 에서 변형율 속도를 달리한 고온 인장 시험 결과를 보여준다. 변형율 속도가 증 가할수록 타입 I 용접시편과 모재시편의 인장강도는 증가하고 연신율은 낮아짐을 알 수 있다. 인장강도와 인장 강도 연신율은 변형율 속도 0.01, 0.1, 1/s 에서 용접시편이 모재시편 보다 높다. 반면 파단연신율의 경우 0.01/s에서는 모재시편이 용접시편보다 높으나, 0.1/s과 1/s에서는 오히려 용접시편이 모재시편 보다 높다. 이를 통해 볼 때 타입 I의 경우 고온 인장 시험 결과 650, 700 에서 용접부의 인장강도는 모재부 보다 높았으 며, 800 에서는 유사한 것을 알 수 있다. [0044] 따라서, 타입 I과 같이 인장방향과 용접선이 수평인 상태로 레이저 용접된 블랭크 소재는 가열후 650 내지 700 에서 열간 성형하는 것이 용접부의 인장강도가 모재부 보다 높기 때문에 서로 다른 두 강도의 블랭크 소재 를 접합하여 모재의 강도를 요구하는 성형체에 있어서, 모재부보다 용접부의 인장강도보다 높아짐으로 인해 성 형체의 원하는 인장강도를 확보할 수 있게 된다. [0045] [0046] [0047] [0048] 도 11(a)는 타입 II 용접시편과 모재시편에 대해서 온도를 달리하며 측정된 응력-변형율 선도를 나타내고, 도 11(b)는 변형율 속도를 달리하며 측정된 응력-변형율 선도를 나타낸다. 도 12(a)는 온도의 변화에 따른 인장강도와 연신율을 나타내고, 도 12(b)는 변형율 속도의 변화에 따른 인장강 도와 연신율을 나타낸다. 변형율 속도 0.01/s에서 온도를 달리한 고온 인장 실험 결과 타입 II 용접시편의 인장강도와 인장강도에서의 연신율은 온도가 증가함에 따라 증가하나, 파단연신율은 650 에서 700 에서 높아지다가 800 에서는 급격히 낮아짐을 도 11(a)와 도12(a)에서 알 수 있다. 이는 650 와 700 에서는 파단이 모재부에서 일어난 반면 800 에서는 용접부에서 파단이 일어나기 때문이다. 이는 도 13의 온도에 따른 타입 II 시편의 파단형상으로부터 명 확히 알 수 있다. 이미 설명한 타입 I 용접시편에 대해서 설명한 용접부와 모재부의 인장강도 차이로 그 타입 II 용접시편의 파단 원인을 유추할 수 있다. 파단은 타입 I 용접 시편의 경우 등연신 조건(iso-strain condition)에 따라 모재와 용 접부의 파단 연신율과 관련이 높고 타입 II 용접시편은 힘평형 조건에 따라 강도 및 두께와 밀접한 관계가 있다. 용접부의 인장강도가 650 와 700 에서는 모재부보다 높기 때문에 인장강도가 낮은 모재부에서 변형이 집중되어 모재부에서 파단이 일어난다. 반면, 800 에서는 용접부와 모재부의 인장강도는 차이가 없으나, 인장 강도 연신율이 용접부는 32.3%(±1.63)이고 모재부는 59.9%(±8.25)이므로 모재부의 인장강도 연신율까지 늘어 난 이후 용접부에서 변형이 집중되어 파단이 일어난다. 이때 파단 연신율이 49.3%(±5.03) 이다. 따라서 TWB 보 론강판으로 열간 성형시 800 에서는 용접부의 파단이 일어나게 된다

또한, 용접시편과 모재시편의 인장강도와 연신율의 차이가 온도가 높아짐에 따라 작아지다가 800 에서 용접시편과 모재시편의 인장강도와 연신율 차이가 거의 없어지는 경향을 보인다. 800 에서 초기 변 형율에서의 응력은 용접시편이 모재시편보다 높고, 약 40%이상 변형율에서의 응력은 오히려 용접시편이 모재시 편보다 낮음을 확인할 수 있다.

9 [0049] 따라서, 타입 I과 같이 인장방향과 용접선이 수평인 상태로 레이저 용접된 블랭크 소재는 가열후 650 내지 700 에서 열간 성형하는 것이 용접부의 인장강도가 모재부 보다 높기 때문에 서로 다른 두 강도의 블랭크 소재 를 접합하여 모재의 강도를 요구하는 성형체에 있어서, 모재부보다 용접부의 인장강도보다 높아짐으로 인해 성 형체의 원하는 인장강도를 확보할 수 있게 됨이 명확하고, 타입 II와 같이 인장방향과 용접선이 수직인 상태로 레이저 용접된 블랭크 소재는 가열후 650 내지 700 에서 열간 성형하는 것이 용접부의 인장강도가 모재부 보 다 높기 때문에 서로 다른 두 강도의 블랭크 소재를 접합하여 모재의 강도를 요구하는 성형체에 있어서, 모재부 보다 용접부의 인장강도보다 높아짐으로 인해 성형체의 원하는 인장강도를 확보할 수 있고, 800 에서는 용접부 와 모재부의 인장강도는 차이가 없으나, 인장강도 연신율이 모재부가 용접부보다 크므로 용접부는 모재부의 인 장강도 연신율까지 늘어난 이후 용접부에서 변형이 집중되어 용접부에서 파단이 이루어지므로 원하는 모재부 강 도를 확보할 수 없게 된다. [0050] 타입 I과 타입 II의 결과를 종합해 보면, 레이저 용접된 블랭크 소재를 가열후 650 내지 700 에서 열간 성형 하여야만 용접부의 건전성이 용접방향과 무관하게 확보될 수 있음을 알 수 있다. [0051] 이상에서 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명 의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변경, 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다. 도면 도면1-9 -

성형체의 원하는 인장강도를 확보할 수 있고, 800 에서는 용접부 와 모재부의 인장강도는 차이가 없으나, 인장강도 연신율이 모재부가 용접부보다 크므로 용접부는 모재부의 인 장강도 연신율까지 늘어난 이후 용접부에서 변형이 집중되어 용접부에서 파단이 이루어지므로 원하는 모재부 강 도를 확보할 수 없게 된다.

10 도면2 도면3-10 -

11 도면4 도면5-11 -

12 도면6 도면7-12 -

13 도면8a 도면8b

14 도면9a

15 도면9b 도면

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(72) 발명자 강문진 경기 고양시 일산구 일산3동 후곡마을 영풍한진 201-203 김정한 서울 서초구 방배4동 847-34 - 2 -

(72) 발명자 강문진 경기 고양시 일산구 일산3동 후곡마을 영풍한진 201-203 김정한 서울 서초구 방배4동 847-34 - 2 - (51) Int. Cl. (19) 대한민국특허청(KR) (12) 등록특허공보(B1) B23K 9/133 (2006.01) B23K 9/28 (2006.01) B23K 9/26 (2006.01) (21) 출원번호 10-2006-0133016 (22) 출원일자 2006년12월22일 심사청구일자 (56) 선행기술조사문헌 2006년12월22일 (45) 공고일자 2007년10월26일