[한국에너지신문] 한국기계연구원이 자동차의 도어를 알루미늄으로 양산할 수 있는 레이저 용접기술을 개발했다.
자동차 도어에 쓰이던 스틸을 알루미늄 합금 소재로 대체하면 무게가 가벼워져 연비를 향상시킬 수 있다. 하지만 이제까지는 접합이 어려워 양산을 하는 데까지는 어려움이 많았다.
이 기술을 적용하면 자동차 도어의 무게를 1/3로 줄일 수 있다. 알루미늄 합금 레이저 용접에 필요한 최적의 레이저 출력과 용접 속도, 용접부위의 패턴 형상을 찾아낸 것이 기술의 핵심이다.
연구원 부산기계기술연구센터 서정 박사 연구팀은 국내 자동차 부품 전문 업체와 손잡고 알루미늄 도어 양산을 위한 레이저 용접기술을 개발했다.
연구팀은 알루미늄(Al)과 망간(Mg), 규소(Si) 등을 합금해 강도를 향상시킨 알루미늄 5000계열과 6000계열 소재를 대상으로 최적의 레이저 용접 조건을 찾아냈다. 연구팀은 알루미늄을 레이저 용접할 때 에너지 밀도가 높으면 레이저 파장의 영향을 크게 받지 않고 알루미늄에 잘 흡수되는 것을 확인했다. 알루미늄이 스틸 소재보다 광 흡수율이 낮아 반사가 잘 되고 균열이 쉽게 발생해 용접이 어려웠던 한계를 극복했다.
연구팀은 레이저 빔을 빠르게 움직여 패턴을 형성하는 레이저 스캐닝 기술로 패턴 용접을 실시했다. 그 결과 알루미늄 용접 강도는 원재료에 비해 80% 이상 높아졌다. 기존 기술에 비하면 용접 강도를 15% 이상 강화시킬 수 있다.
기계연구원은 1999년 서로 다른 두께의 강판을 하나로 용접하는 ‘테일러 웰디드 블랭크(TWB) 레이저 용접기술’을 개발하고 자동차 생산 원가 절감 및 차량 경량화에 성공했다. 2010년에는 차체 앞부분에 알루미늄을, 뒷부분에 스틸을 적용한 ‘하이브리드 언더바디 접합 기술’을 개발해 경량화와 승차감 향상을 동시에 달성했다.
서정 박사는 “레이저 용접 기술을 이용한 알루미늄 용접의 최적 조건과 생산기술을 확보한 만큼 향후 다양한 경량 소재 적용 제품에 활용할 수 있을 것”이라며 “실제 생산현장에 적용하여 국내 자동차의 경량화 및 연비를 향상시키는데 기여 하겠다”고 말했다.
이번 연구는 산자부 자동차 메카니즘 고도화 협력 기술개발 기반구축 사업의 일환으로 ‘개폐 실링구조와 글라스 클리닝 메카니즘을 적용한 승용차용 30% 경량 알루미늄 프레임 일체형 문’이라는 제목의 과제로 수행됐다.
연구팀은 현재 국내 자동차 부품 전문 업체와 민간연구개발 마중물사업에 선정돼 알루미늄 도어 레이저 용접 생산 기술 상용화에도 착수했다. 이 기술은 도어에서 차체 전체로 적용범위가 확대된다.
