금속 세계의 효율적인 용접 탐구: 열간 성형 강철

I. 소개
열간성형강은 첨단 자동차강판 소재로서 최근 몇 년 동안 자동차 산업에서 널리 사용되고 있습니다. 핫 스탬핑 공정을 통해 성형되어 차체 구조의 강도와 안전성을 대폭 향상시키는 동시에 차량 경량화를 실현합니다. 용접은 열간 성형 강철 부품을 연결하는 중요한 단계이며 용접 품질은 차체의 전반적인 성능과 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다. 그러므로 열간성형강의 용접기술에 대한 심층적인 연구는 자동차 산업의 발전을 촉진하는데 있어서 매우 중요한 의미를 갖는다.

II. 열간성형강의 특성
( 1 ) 초고강도
핫 스탬핑 공정 중에 열간 성형된 강철은 오스테나이트에서 마르텐사이트로 변태되어 매우 높은 강도를 갖게 됩니다. 인장강도는 일반적으로 1500MPa 이상에 달해 충돌 시 차체의 변형에 대한 저항력을 효과적으로 향상시키고 탑승자의 안전을 보장합니다.

( 2 ) 좋은 치수 정확도
열간 성형 공정 중 고온 및 금형 제약으로 인해 열간 성형 강철은 우수한 치수 정확도를 달성합니다. 성형 부품에는 편차가 적어 후속 조립 및 용접 작업이 용이하고 차량의 전반적인 제조 정밀도가 향상됩니다.

( 3 ) 높은 경도
열간성형강의 마르텐사이트 조직은 높은 경도를 부여하여 소재의 내마모성을 향상시킬 뿐만 아니라 부품의 내피로성을 어느 정도 향상시킵니다. 그러나 경도가 높으면 후속 가공 및 용접에도 어려움이 있습니다.

( 4 ) 상대적으로 용접성이 좋지 않음
열간성형강은 화학적 조성과 미세구조로 인해 기존 강에 비해 용접성이 상대적으로 열악합니다. 균열, 접합부 연화 등의 용접 문제가 발생하기 쉬우므로 용접 공정을 더욱 엄격하게 관리해야 합니다.

III. 열간성형강 용접의 핵심기술 포인트
( 1 ) 용접재료의 선정
열간성형강의 조성과 특성을 고려하여 모재의 화학적 조성과 강도등급에 맞는 용접재료를 선택해야 합니다. 예를 들어, 탄소 함량이 높은 열간성형강의 경우 용접 균열 발생을 줄이기 위해 균열 저항성이 우수한 저수소 용접 재료를 선택해야 합니다.

( 2 ) 용접 공정 변수의 최적화
용접 전류, 전압, 용접 속도 및 기타 매개변수를 정밀하게 제어하는 ​​것이 필수적입니다. 적절한 열 입력이 중요합니다. 과도한 열 입력은 접합 구조의 과열로 이어져 강도와 경도를 감소시킬 수 있으며, 열 입력이 부족하면 침투가 불완전하거나 용접 형성이 불량해질 수 있습니다. 다양한 두께와 접합 구성에 대한 최적의 공정 매개변수는 광범위한 테스트를 통해 결정되어야 합니다.

( 3 ) 용접 순서 및 방향
용접 순서와 방향은 용접 응력과 변형을 최소화하도록 합리적으로 배열되어야 합니다. 복잡한 열간 성형 강철 구조 부품의 경우 용접 응력의 균일한 분포를 보장하고 국부적인 응력 집중을 방지하기 위해 대칭 용접, 분할 용접 및 기타 방법을 사용해야 합니다.

IV. 열간성형강의 주요 용접방법
( 1 ) 저항 용접
기술적 특징: 저항 용접은 공작물의 접점을 통과하는 전류에 의해 생성된 저항열을 활용하여 공작물을 가열하여 압력을 가하여 용접 접합을 형성합니다. 빠른 용접속도, 높은 생산효율, 작은 용접 변형, 자동화 용이성, 충진재 불필요 등 열간성형강 본래의 특성을 효과적으로 보존하는 등의 장점을 갖고 있습니다.
적용 범위: 두께 약 0.8~3mm의 열간 성형 강판 용접에 적합합니다. 도어 내부 패널, 차체 프레임 및 기타 부품의 스폿 용접 및 심 용접과 같은 자동차 차체 제조에서 열간 성형 강철 부품을 연결하는 데 일반적으로 사용됩니다.
동작 포인트: 용접 전류, 용접 시간, 전극 압력의 엄격한 제어가 필요합니다. 열간 성형 강철의 경도와 두께에 따라 용접 전류를 조정하여 공작물이 용접 온도에 도달할 수 있도록 충분한 열을 보장합니다. 용접 시간은 과열 없이 적절한 가열을 보장해야 합니다. 전극 압력은 적당해야 하며, 과도한 압력으로 인해 표면이 손상되거나 변형되지 않고 작업물이 단단히 접촉되도록 해야 합니다. 또한 용접 품질에 영향을 미칠 수 있는 금속이 전극 표면에 달라붙는 것을 방지하기 위해 전극을 정기적으로 청소해야 합니다.

( 2 ) 레이저 용접
기술적 특징: 레이저 용접은 고에너지 밀도 레이저 빔을 열원으로 사용하며 높은 에너지 밀도, 빠른 용접 속도, 좁은 용접 이음새, 작은 열 영향 영역, 최소 용접 변형 및 우수한 접합 성능을 특징으로 합니다. 이는 열간 성형 강철의 미세 구조와 특성에 미치는 영향을 최소화하여 용접 조인트의 높은 강도와 ​​인성을 보장합니다.
적용 범위: 고정밀, 고품질 열간 성형 강철 부품 용접, 특히 얇고 초박형 시트(1mm 미만) 용접에 적합합니다. 자동차 제조에서는 엔진 후드, 트렁크 리드 및 기타 부품의 용접과 같은 열간 성형 강철의 맞대기 용접 및 랩 용접에 일반적으로 사용됩니다.
작동 지점: 레이저 빔의 초점 정확도와 에너지 안정성을 보장하려면 장비의 정밀도와 안정성이 중요합니다. 공작물의 조립 정밀도도 엄격하게 요구됩니다. 간격과 오정렬을 엄격하게 제어하여 일반적으로 간격을 0.1mm 이내로 유지하고 오정렬을 시트 두께의 10% 이하로 유지합니다. 또한 금속 증기가 레이저 광 경로를 오염시키지 않도록 용접 중에 보호 조치를 취해야 합니다.

( 3 ) 아크 용접(혼합가스 실드 용접의 예)
기술적 특징: 혼합 가스 차폐 용접은 일반적으로 아르곤과 이산화탄소의 혼합물을 차폐 매체로 사용하며 용접 와이어와 작업물 사이에 생성된 아크에 의존하여 용접 금속을 녹입니다. 상대적으로 저렴한 비용, 다양한 용접 공정에 대한 적응성, 모든 자세에서 용접이 가능하다는 장점을 제공합니다.
적용범위 : 다양한 두께의 열간성형강 용접이 가능하며, 중간후판(3~10mm) 용접에 널리 사용됩니다. 이는 일반적으로 자동차 제조의 중요하지 않은 구조 부품이나 수리 응용 분야에 사용됩니다.
작동 지점: 용접부에 공기가 침입하는 것을 방지하려면 효과적인 가스 차폐가 필수적입니다. 용접 와이어 직경, 용접 전류, 전압, 가스 유량 매개변수의 합리적인 선택이 필요합니다. 좋은 용접 형성을 보장하려면 열간 성형 강철의 두께와 용접 위치에 따라 매개변수를 조정하십시오. 또한, 용접 중에는 방풍 조치를 취해야 하며, 풍속이 너무 높을 경우 용접을 중단하거나 보호해야 합니다. 또한, 용접부위를 철저히 청소하여 기름, 녹 등의 불순물을 제거하여 용접품질을 확보해야 합니다.

V. 열간성형강의 기술적 과제와 솔루션
( 1 ) 용접 균열
기술적 과제: 열간 성형 강철은 용접 중에 저온 균열 및 고온 균열이 발생하기 쉽습니다. 저온 균열은 주로 수소 확산, 용접 응력 및 경화 구조 형성에 의해 발생합니다. 뜨거운 균열은 인장 응력 하에서 응고되는 동안 용접 금속에 저융점 공융 물질이 존재하기 때문에 발생합니다.
해결책: 저온 균열의 경우 용접 전 예열이 권장되며 일반적으로 예열 온도는 100~100°C 사이입니다. 200°C, 강철 두께 및 구성에 따라 조정됩니다. 저수소 용접 재료 사용, 용접 재료 건조 등 수소원을 줄이기 위해 용접 공정 매개 변수를 엄격하게 제어합니다. 수소 제거를 위한 용접 후 열처리는 일반적으로 200~200℃ 사이의 온도에서 즉시 수행되어야 합니다. 350°C, 가공물 두께에 따라 결정되는 유지 시간입니다. 고온 균열의 경우 용접 재료 구성을 조정하여 용접에서 저융점 공융 물질의 함량을 줄입니다. 더 작은 용접 전류와 더 빠른 용접 속도를 사용하는 등 용접 스트레스를 줄이기 위해 용접 공정 매개변수를 최적화합니다.

( 2 ) 관절 연화
기술적 과제: 용접 중 열 영향을 받는 부분에서는 열 순환으로 인해 열간 성형 강철의 미세 구조가 변경되어 접합 연화로 알려진 강도와 경도가 감소합니다. 이는 용접 조인트의 하중 지지력과 전반적인 성능에 큰 영향을 미칩니다.
해결책: 에너지 밀도가 높고 열 영향부의 폭과 열 노출을 효과적으로 줄여 접합부 연화를 최소화할 수 있는 레이저 용접, 전자빔 용접과 같은 적절한 용접 방법을 선택하십시오. 동시에 용접 공정 매개변수를 최적화하여 열 입력을 제어하고 열 영향부의 미세 구조에 미치는 영향을 최소화합니다. 접합부 연화가 이미 발생한 경우에는 템퍼링과 같은 용접 후 열처리를 사용하여 접합부의 특성 중 일부를 복원할 수 있습니다.

( 3 ) 다공성 문제
기술적 과제: 용접 중에 용접부에 가스가 침입하거나 제때 빠져나가지 못하는 야금학적 반응으로 생성된 가스가 용접부에 기공을 형성할 수 있습니다. 기공이 있으면 용접의 밀도와 강도가 감소하여 용접 조인트의 품질에 영향을 미칩니다.
해결책: 습기 흡수를 방지하려면 용접 재료가 건조한지 확인하십시오. 용접 중 가스 차폐를 강화하고, 적절한 차폐 가스와 가스 유량을 선택하고, 효과적인 가스 차폐를 보장합니다. 용접 전류, 전압, 용접 속도 등 용접 공정 매개변수를 합리적으로 제어하여 가스가 빠져나가는 데 충분한 시간을 허용합니다. 혼합가스 차폐용접에서는 가스의 순도와 혼합비율에 주의해야 하며, 가스 공급계통을 정기적으로 점검하여 불순물이 가스에 유입되지 않도록 해야 합니다. 동시에 작업물 표면을 철저히 청소하여 오일, 수분 등의 불순물을 제거하여 가스 발생원을 줄여야 합니다.

열간성형강 용접 기술의 발전은 자동차 산업에만 국한되지 않습니다. 또한 항공우주, 기계 제조 및 기타 분야에서 엄청난 응용 가능성을 보여줍니다. 지속적으로 기술적 과제를 극복하고 용접 공정을 최적화함으로써 열간성형강의 성능 이점을 최대한 활용하여 다양한 산업의 고품질 발전을 확실하게 보장할 수 있습니다. 수많은 연구자와 기술인력의 공동 노력으로 열간성형강 용접 기술이 반드시 더 밝은 미래를 열어가고 세계 제조업의 발전에 기여할 것이라고 믿습니다.