알루미늄합금 레이저 용접법 개발…車 문 무게 3분의 1로 줄인다

머니투데이

류준영 기자

한국기계연구원과 국내 레이저 시스템 엔지니어링 업체가 공동으로 구축하고 있는 알루미늄 도어 레이저 용접 스캐너 장치/사진=기계연

알루미늄합금 도어와 기존 스틸 도어의 비교/자료=기계연

자동차 도어(문)에 쓰이던 기존 스틸 소재를 알루미늄 합금 소재로 대체할 수 있는 레이저 용접기술 개발됐다. 알루미늄합금 소재로 제작한 자동차 도어는 기존 스틸도어 보다 무게를 3분의 1로 줄여 연비 향상을 기대할 수 있다 .

한국기계연구원 부산기계기술연구센터 서정 박사 연구팀이 레이저를 이용하여 알루미늄 합금의 최적 조건을 찾아 용접하고 있다./사진=기계연

한국기계연구원 부산기계기술연구센터 서정 박사팀은 국내 자동차 부품 전문 업체와 함께 알루미늄 도어 양산을 위한 레이저 용접기술 개발에 성공했다고 15일 밝혔다.

자동차 부품 경량화 소재로 각광받는 알루미늄 합금 소재는 가벼우면서도 강도가 높지만 접합이 어려워 양산에 어려움을 겪어왔다.

이에 연구팀은 알루미늄(Al)과 망간(Mg), 규소(Si) 등을 합금해 강도를 향상시킨 알루미늄 5000계열(Al-Mg계 알루미늄 마그네슘 합금)과 6000계열(Al-Mg-Si 계 알루미늄 마그네슘 실리콘 합금) 소재를 대상으로 최적의 레이저 용접 조건을 찾아냈다.

연구팀은 우선 알루미늄을 레이저 용접할 때 에너지 밀도가 높으면 레이저 파장의 영향을 크게 받지 않고 알루미늄에 잘 흡수되는 것을 확인했다. 알루미늄이 스틸 소재보다 광흡수율이 낮아 반사가 잘 되고 균열이 쉽게 발생해 용접이 어려웠던 한계를 극복한 것이다.

한국기계연구원과 국내 레이저 시스템 엔지니어링 업체가 공동으로 구축하고 있는 알루미늄 도어 레이저 용접 스캐너 장치/사진=기계연

또 레이저빔 패턴 용접을 적용할 경우 알루미늄 용접 강도가 원 재료 대비 80% 이상 높아지는 것을 확인했다. 기존 기술보다 용접 강도가 15% 이상 강하게 만들 수 있다는 의미다. 패턴 용접은 레이저로 두 재료를 접합하는 부위에 특정 패턴을 적용해 강도가 강화되는 효과를 얻는 용접 기술을 말한다.

연구진은 "알루미늄 합금 레이저 용접에 필요한 최적의 레이저 출력과 용접 속도, 용접 비드(용접선)의 패턴 형상을 찾아낸 것이 이번 기술의 핵심"이라고 설명했다.

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 적용해 국내 자동차 경량화 및 연비를 향상시키는 데 기여하겠다”고 말했다.