304 스테인레스 강판의 레이저 용접에 관한 연구 대한민국

수소연료자동차는 중국의 신에너지 자동차 개발을 위한 주요 기술 경로 중 하나이다. 때문에 강력한 내구성, 저소음, 배출가스 제로 등의 장점을 지닌 최고의 제품으로 평가됩니다. 신에너지 자동차 개발 방향을 제시합니다.연료전지는 수소에너지 자동차의 주요 동력원이다. 차량의 성능에 영향을 미치는 핵심 요소입니다. 양극판은 연료의 주요 구성 요소 중 하나입니다. 셀.스테인레스강은 스탬핑성이 우수하여 연료전지 분리판의 대규모 대량생산에 적합합니다. 성능,높은 전기 전도성, 저렴한 가격, 다양한 제조 방법 및 우수한 기계적 특성.

이 어플리케이션에는 XNUMXµm 및 XNUMXµm 파장에서 최대 XNUMXW의 평균 출력을 제공하는 용접 스테인레스 강판의 제조는 연료전지 분리판 제조 공정의 핵심 공정입니다.아크 용접을 용접에 사용하는 경우 입열량이 상대적으로 커서 큰 용접이 발생하기 쉽습니다. 스테인레스 강판의 용접에 도움이 되지 않는 변형.이 기사에서는 광섬유 레이저를 사용하여 전도합니다. 1mm 두께의 304 스테인리스 강판에 대한 용접 연구를 통해 다양한 공정 매개변수가 용접에 미치는 영향을 탐구합니다. 용접 형성 및 용접 결함을 분석하고 접합부의 미세 구조 및 기계적 특성을 분석합니다. 사양이 다르기 때문에 레이저 용접 304 스테인레스 스틸로 제작되었습니다. 실무공학에 대한 지도 제공 얇은 판의 응용.

1 시험 재료 및 방법

시험재는 1mm 두께의 냉간압연 304 스테인리스 강판이며, 그 화학성분을 표 1에 나타내었다.그림 1은 주로 오스테나이트로 구성된 스테인리스강의 모재 금속 구조를 보여줍니다. 롤링이 분명히 있어요 방향, 그리고 소량의 페라이트 조직이 오스테나이트 층 사이에 남아 있습니다.

탭.1화학구성(총 304 단계)스테인레스스틸(wt%)

               FIG.1 미세 구조(총 304 단계)스테인레스스틸기지m의 문헌

용접 장비 YLS-10000입니다 섬유 레이저.레이저의 최대 출력은 10kW이며,초점 거리는 300mm, 출력 파장은 1070nm, 초점의 스폿 직경은 0.72mm입니다.다양한 레이저 출력 P, 용접 속도 v 및 빔 디포커스 양 D를 사용하여 플레이트를 용접하고 분석합니다.

다양한 공정 매개변수가 성형에 미치는 영향. 아르곤 가스는 용접 공정 중 보호를 위해 사용되었으며,가스 유량은 15L/min이었다.용접 후 와이어 커팅을 사용하여 샘플링을 수행했습니다. 연마하고 광택을 낸 후,부식에는 FeCl3 시약이 사용되었습니다. 육안으로 형태를 관찰하기 위해 실체현미경을 사용하였다. 용접부의 미세구조를 관찰하기 위해 금속현미경을 사용하였다.

샘플을 진동시키고 연마한 후 결정립 방향과 크기를 다음을 사용하여 분석했습니다. 전자 후방 산란 회절계(EBSD). Zwick-Z100을 사용하여 용접 조인트를 늘였습니다. 상온 인장 시험기, 조인트 연신 속도는 0.5mm/min이었습니다.

2 테스트 결과 및 분석

2.1 용접 이음새 형성에 대한 다양한 공정 매개변수의 영향

그림 2는 용접 속도가 용접 형성에 미치는 영향을 보여줍니다. 레이저 출력은 항상 100W이며 빔 디포커스는 0mm입니다. 용접 속도가 5m/min일 때 플레이트가 완전히 분할되는 것을 볼 수 있습니다. 레이저의 작용으로; 용접 속도가 8m/min으로 증가하면 용접이 불연속적이고 일부 위치에는 완전히 관통하는 구멍이 있습니다. 용접 속도가 10m/min으로 계속 증가하면,용접 표면과 뒷면이 균일하고 연속적이며 번스루 현상이 없습니다.이때 용접의 전체적인 모양은 좋아졌으나 뒷면에 약간의 언더컷이 있습니다.속도가 12m/min에 도달하면 용접 뒷면의 침투가 충분하지 않습니다.

FIG.2용접형성아래에다른용접속도

(P= 100W,D=0mm)

용접속도가 성형에 큰 영향을 미치는 것을 볼 수 있다. 낮은 용접 속도에서는빔의 선형 에너지가 높고, 용융 풀의 금속이 강하게 증발하며,생성된 증기 반력은 강합니다. 그러나 용융 풀의 깊이는 작습니다.고속 금속 증기의 작용으로 액체 용융 풀 금속이 쉽게 튀어 나올 수 있습니다. 깊은 녹은 구멍 뒤에서 물보라의 형태로 녹은 웅덩이에서 탈출하고,또는 전체 용융 풀 금속이 바닥에서 완전히 배출됩니다. 보드가 파손되는 원인이 됩니다.용접속도가 증가함에 따라 선형에너지가 감소하고 증발반력이 발생함 용융 풀 금속에서 감소하고, 용융 풀 금속에 대한 영향도 감소합니다. 또한,용융 풀 금속에서 생성된 금속 기둥의 편향 각도가 커지고,증발 반력은 용융 풀 바닥에서 뒤쪽으로 편향됩니다. 용접 형성의 개선에 도움이 되는 용융 풀.

그림 3은 다양한 레이저 출력에서 ​​용접 이음매 형성을 보여줍니다. 그만큼 레이저 용접 속도는 10m/min이고 빔 디포커스는 0mm입니다. 레이저 출력이 증가하면 5W에서 1000W까지 1mm 스테인리스 강판을 완전히 관통합니다.그러나 다른 레이저 출력은 성형에 더 큰 영향을 미칩니다.레이저 출력이 5W인 경우 용접 폭이 상대적으로 좁고 용접부에 번스루 구멍이 많아뒷면에는 작은 스패터 입자가 많이 있습니다.전력이 50W로 증가하면 폭이 용접량이 증가하고 연소 정도가 감소합니다.전력이 100W로 증가하면,용접 이음새에는 더 이상 연소 결함이 없으며 용접 이음새의 양면 형성이 더 좋습니다. 이 때.

레이저 출력이 500W일 때 전체적인 용접 형태는 양호하지만 용접 개수가 적습니다. 연소 구멍이 나타납니다.전력이 1000W로 증가하면 용접 폭이 계속 증가하고,그러나 용접의 번스루(burn-through)로 인한 구멍의 수도 크게 증가합니다. 따라서 빔 디포커스는 0mm입니다. 레이저 출력이 작거나 크면 용접 이음매의 번스루(burn-through) 감도가 달라집니다. 더 큽니다.적당한 레이저 출력만이 좋은 용접 이음새 형성을 보장할 수 있습니다. 이는 레이저 출력이 낮고, 용융 풀의 부피가 매우 작으며, 금속 증발의 반력도 작습니다. 용접 금속이 바닥에서 배출되도록 하고 해당 위치에 연소 구멍을 만듭니다.레이저 출력이 높으면 금속 증발의 반력이 더 커져 쉽게 번스루가 발생할 수 있습니다. 용접의.

          FIG.3 용접형성at다른용접 포워즈

(v= 10m/min ,D=0mm)

그림 4는 용접 이음새 형성에 대한 빔 디포커스의 영향을 보여줍니다. 빔 디포커스가 0mm일 때의 결과 그림 2와 3에 나와 있습니다. 여기서는 빔 디포커스가 10mm와 -10mm일 때의 결과를 주로 보여줍니다.그림 4(a)와 (b)와 같이 빔의 디포커스가 10mm이고 용접 속도가 10m/min, 레이저 출력이 100W에서 3000W로 증가하더라도 플레이트 뒷면을 용접할 수 없습니다.레이저 용접시 깊은 관통구멍이 발생하는지 여부에 따라 레이저 용접으로 구분됩니다. 열전도 용접과 심용입 용접의 두 가지 모드로 나뉩니다.두 모드 사이에는 임계값이 있습니다. 이 한계점을 넘어서면 레이저 용접은 다음과 같은 방식으로 변화할 것입니다. 열전도 용접에서 심용입 용접까지. 일반적으로 사용되는 이 임계값은 스팟 직경에 대한 레이저 출력 또는 스팟 영역에 대한 레이저 출력. 따라서 초점 흐림의 양이 증가함에 따라빔 스폿이 더 커집니다. 동일한 레이저 출력과 용접 속도에서laser 용접부터 변경됩니다 깊은 용입 용접에서 열전도 용접으로 변경되며 이에 따라 용입 깊이도 감소합니다.

(A)P= 100W,v= 10m/min ,D=10mm,(비)P= 3000W,v= 10m/min ,

D= 10mm,(C)P= 100W,v=6m/min ,D= 10mm,(D)P= 3000W,

v=6m/min ,D= 10mm,(E)P= 100W,v=6m/min ,D=-10mm,

(F)P= 3000W,v=6m/min ,D=-10mm

      FIG.4 용접형성어디에r다른초점이 흐려짐금액

따라서 디포커스 양이 10mm일 때 용접 모드는 열전도 용접입니다. 이때,용접 폭은 크고 깊이는 작습니다. 레이저 에너지는 다음에 집중됩니다. 용융 풀의 표면과 침투 능력이 제한됩니다.그러므로 판의 침투는 불가능하다. 더 높은 용접 속도와 더 넓은 출력 범위 내에서 달성됩니다. 용접속도가 6m/min으로 떨어지면,열 입력이 증가하면 용접이 완전히 관통되고 용접 폭이 더 넓어지며 전면과 그림 4 (c)와 (d)에 표시된 것처럼 등받이가 더 잘 형성되었습니다. 디포커스 양이 - 10 mm이고 용접 속도는 6m/min에서는 그림 4 (e) 및 (f)에 표시된 것처럼 용접 이음새 형성도 양호합니다.

2.2용접 조인트의 구조

그림 5는 다양한 빔 디포커스 양 하에서 조인트의 형태를 보여줍니다. 아래에 있음을 알 수 있다 다른 공정에서는 조인트에 균열, 기공 및 기타 결함이 없습니다. 그러나 초점이 흐려지면 양이 0 mm이면 용접 뒷면에 언더컷 결함이 발생하고 강한 증발로 인해

이때 용접 금속의 용융 풀의 교란이 크고 접합 융합 라인 왼쪽과 오른쪽이 대칭이 아닙니다. 디포커스 양이 10mm 또는 - 10mm인 경우 두 가지 모두 용접부의 앞면과 뒷면이 볼록한 모양을 나타내며 용융 폭이 증가합니다.

FIG.5관절형태아래에다른초점이 흐려짐금액

그림 6은 용접 금속의 미세 구조를 보여줍니다. 그림 6(a)는 중심 근처의 용접 구조를 보여줍니다.그림 6(b)는 열 영향부에 가까운 용접 구조를 보여줍니다.임을 알 수 있다 용접 구조는 가장자리에서 중앙까지 명백한 원주형 결정 성장을 보여주며, 그레인은 

용접의 열영향부는 크게 증가하지 않습니다.

FIG.6 미세 구조서로 다른 부분의of관절

용접의 다양한 부분의 냉각 속도와 용접의 다양한 구성으로 인해 페라이트가 다량의 골격 페라이트와 소량의 라스형 페라이트를 포함하여 다양한 모양을 취합니다.결합 입자 성장 방향과 입자 크기 분포를 더 자세히 관찰하기 위해 그림 7은 EBSD를 보여줍니다. 관절 분석. 모재는 결정립 크기를 갖는 등축 결정립으로 구성되어 있음을 알 수 있다. 10~30μm이다. 용접 구조는 주로 <100> 방향을 따르며 반대 방향의 기둥 성장을 나타냅니다. 열 흐름 방향으로. 용접 영역의 대부분의 입자 크기는 작으며 평균 입자는 크기는 100μm 미만이고 나머지 원주형 입자는 100~400μm 범위로 더 큽니다.

FIG.7 EBSD분석of관절하위 버전유추

2.3 조인트의 기계적 성질

그림 8과 9는 각기 다른 디포커스 양 하에서 조인트의 인장 강도와 파손 위치를 보여줍니다.디포커스 양이 0mm일 때 관절의 골절 위치는 용접부와 모재는 이때 접합부 뒷면에 언더컷이 생겨 쉽게 응력이 발생하기 때문입니다. 집중 및 파괴. 디포커스 양이 10 및 - 10mm일 때 모재에서 접합부가 모두 파손됩니다. 용접에서 멀리 떨어져 있습니다. 이때 접합부의 인장강도와 신장률이 모두 높다.

FIG.8 인장힘h아래 조인트의다른초점이 흐려짐금액

FIG.9 골절위치조인의t 미만다른초점이 흐려짐금액

3 결론

1. 용접 속도, 레이저 출력 및 빔 초점 흐림은 모두 1mm 용접 형성에 큰 영향을 미칩니다. 두꺼운304 스테인리스강판. 용접 속도가 작은 것에서 큰 것으로 증가함에 따라 용접 이음새가 형성됩니다. 변경완전히 분리되어 있고, 잘 형성되어 있으며,불완전한 용접에;레이저 출력이 너무 작거나 너무 큰 경우,용접 침투의 민감도가 더 커집니다.레이저 출력이 100W일 때 디포커스는 0mm입니다.용접 속도가 10m/min이면 용접이 더 잘 형성됩니다. 증가디포커스 정도 도움이 된다용접심의 폭을 증가시키는 용접심 형성의 개선에,감도가 크게 감소합니다.천공이 증가하고 용접 매개변수의 범위가 증가합니다.
2. 디포커스 양이 10~10mm인 조인트의 단면 모양이 양호하고 결함이 없습니다.용접 금속의 응고 형태는 FA 응고이며, 이는 오스테나이트 γ로 구성됩니다.d 불완전하게 변형된 δ 페라이트.페라이트는 다량의 골격 페라이트를 포함하여 다양한 형태를 나타냅니다. 및 소량의 라스형 페라이트;용접 구조는 주로<100> 방향을 따라 원주형으로 성장합니다.용접 부위의 입자 크기는 대부분 작으며,평균 입자 크기는 100μm 미만입니다.남은 원주형 결정의 크기는 100~400μm로 더 큽니다.
3. 디포커스 양이 10, - 10 mm이면 접합부의 인장강도와 신도가 높고 파단 위치가 높습니다. is 기본 재료에. 그러나 디포커스 양이 0mm가 되면 관절의 성능이 저하되어 골절이 발생하게 된다. 위치가까운용접에.