• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2010년도 춘계학술발표대회 초록집
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• pp.95-95
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• 2010

자동차 산업에서 차체를 성형하는 프레스 금형 산업은 꾸준히 증가하고 있는 자동차 생산대수와 함께 성장해가고 있으며, 자동차 산업의 국제 경쟁이 심해지고 소비자들의 요구가 다양해짐에 따라 신제품 개발주기에 발맞추어 금형의 제작에도 단납기 및 비용절감을 위한 노력과 제품의 품질 향상을 위해 신기술, 신공법이 적용되고 있다. 한편 자동차 차체를 제작하는 프레스 금형가공은 박판소재를 원하는 형상으로 제작하는 공정으로써, 프레스의 상 하 운동을 이용하여 강판을 성형한다. 이러한 금형의 형태는 곧 자동차 차체 제품의 형태를 완성하므로 제품을 성형하는 도중에 금형과 소재의 마찰에 의해 금형의 마모나 마멸이 발생하여 제품의 품질을 저하시킬 우려가 있다. 따라서 금형의 내마모성 및 수명을 향상시키기 위한 방안들 중 표면경화처리가 행해지고 있으며, 그중 공정 속도가 빠르고 국부적인 열처리가 가능한 레이저 표면처리 방법이 많은 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 이러한 금형의 성질을 향상시키기 위해 고출력 다이오드 레이저를 이용하여 프레스 금형공정 중 드로잉(drawing) 공정에의 적용을 위한 표면경화처리를 실시하였다. 최대출력 4.0kW의 다이오드 레이저를 사용하였으며, 6축 외팔보 로봇에 열처리용 광학계를 장착하여 열처리를 실시하였다. 또한 광학계 부근에는 적외선 온도센서가 부착되어있어 열처리시 시험편의 표면온도를 실시간으로 측정할 수 있도록 구성되어져있다. 시험편은 금형재료용 구상흑연 주철인 FCD550 소재를 사용하였으며, 공정변수에 따른 열처리 특성을 파악하고, 그 경화특성을 평가하였다. 실험 결과, FCD550 소재의 표면 열처리시 레이저 출력 3.5kW, 빔 이송속도 3mm/sec에서 최적의 열처리 특성을 나타내었으며, 이때의 최고 경도는 930Hv을 나타내며 모재에 비해 경도가 3배 정도 상승하는 우수한 경화특성을 보였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권3호
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• pp.1620-1625
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• 2015

본 연구에서는 산업현장에서 각종 기어나, 축, 체인, 롤러, 금형, 자동차강판 등으로 널리 쓰여 지는 기계구조용 탄소강인 SM45C를 실험소재로 사용하였다. 실험에 사용되는 시험편 표면에 표면경화를 수행하기 위하여 #200 ~ #1500의 순서대로 미세연마 후 거친연마의 연마가공을 실시하였으며, 다이오드 레이저의 표면경화 열처리 후에 자기냉각효과를 고려하여 $100{\times}50{\times}10$의 판재로 시험편을 제작하여 실험하였다. 소재 표면에 다이오드 레이저를 이용하여 국소부위에 표면경화 열처리를 수행하였다. 이때 다이오드 레이저의 출력과 이송속도를 공정조건으로 하여, 미세경도시험, 미세조직시험, 전자 주사 현미경(SEM), 입열량을 분석하였다. 분석 후에는 실험소재의 기계적 특성을 비교하여, 타 표면 경화법에 비해 다이오드 레이저를 이용하였을 때의 표면경화 열처리 신뢰성과 우수함 그리고 최적의 공정조건을 도출하였다. 열처리 후 경화부는 판상 마르텐사이트로 경화 되었으며. 경도값은 Hv729.5로 열처리 후 약 2.3배 이상 표면경도가 향상되있는 것을 확인하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제35권8호
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• pp.1048-1054
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• 2011

레이저 표면경화처리는 고밀도 에너지 열원에 의해 레이저 조사부위만 급속 가열한 후 표면의 열이 내부로 전도되어 급속히 자기냉각 됨으로써 표면을 경화시키는 방법이다. 이 표면처리 방법은 열처리에 의한 열변형이 거의 없고, 표면경화처리 이후 다른 공정을 수반하지 않는다. 또한 국부적인 가공이 가능하기 때문에 복잡한 형상을 가지는 금형에는 적합한 표면처리 방법이다. 본 연구에서는 열처리에 적합한 빔 프로파일을 가진 고출력 다이오드 레이저를 이용하여 금형재료용 주철의 표면처리를 실시하였다. 프레스 금형 공정에 따른 금형의 형상이 다르기 때문에 적용부위에 따라 시험편을 평면과 모서리부로 나누어 열처리를 실시하였다. 이때 모서리부의 열처리는 광학헤드를 $10^{\circ}$ 기울인 상태에서 진행하였다. 그 결과, 모서리부의 열처리는 평면부와 비교하여 형상에 따른 열전달 루트가 제한되므로, 입열이 집중되기 쉬워 평면 열처리보다 빠른 이송속도에서 경화가 이루어졌다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권9호
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• pp.5460-5466
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• 2014

본 연구에서는 실생활에 많이 이용되며 주로 주방용 식기 및 식칼, 소형칼, 주방 가위 등으로 널리 사용되는 STS420J2를 실험소재로 사용하였다. 마르텐사이트계 스테인리스강은 Cr13%이상 함유하고 있어 약 $1,050^{\circ}C$를 정점으로 하여 그 이상의 고온에서는 저하하는 단점을 가지고 있다. 실험에 사용되는 시험편 표면에 표면경화를 수행하기 위하여 #200 ~ #1500의 순서대로 미세연마 후 거친연마 가공을 실시하였으며, 다이오드 레이저의 표면경화 열처리 후에 자기냉각효과를 고려하여 $100{\times}50{\times}10$의 판재로 시험편을 제작하여 실험하였다. 소재 표면에 다이오드 레이저를 이용하여 국소부위에 표면경화 열처리를 수행하였다. 이때 다이오드 레이저의 출력과 이송속도를 공정조건으로 하여, 미세경도시험, 미세조직시험, 전자 주사 현미경(SEM), 입열량을 분석하였다. 분석 후에는 실험소재의 기계적 특성을 비교하여, 타 표면경화법에 비해 다이오드 레이저를 이용하였을 때의 표면경화 열처리 신뢰성과 우수함 그리고 최적의 공정조건을 도출하였다. 열처리 후 경화부는 Plate martensite로 경화 되었으며. 경도값은 Hv606.2로 열처리 후 약 3배 이상 표면경도가 향상되었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권12호
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• pp.1663-1668
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• 2011

자동차 차체를 제작하는 프레스 금형의 가공공정 중 제품의 형태를 완성하는 드로잉 공정 및 불필요한 부분을 절단하는 트리밍 공정은 그 공정의 특성상 금형의 마모가 심하기 때문에 금형의 내마모성을 향상시키기 위한 표면경화처리가 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 프레스 금형에 레이저 표면처리기술을 적용하기 위한 실험을 실시하였다. 드로잉 공정 및 트리밍 공정에 적합한 표면경화처리를 위해 다이오드 레이저를 이용하여 시험편의 평면부 및 모서리부를 열처리하였으며, 각각의 적정 열처리 조건을 도출하였다. 또한 시험편의 재료에 따른 열처리 특성을 비교하기 위해 구상흑연 및 편상흑연 주철을 사용하여 실험을 진행하였다. 실험 결과, 재료에 따른 열처리 특성에 차이가 있다는 것을 확인하였으며, 적정 열처리된 조건에서의 경화부는 모재에 비하여 약 3배 정도의 경도상승을 나타내었다.

• 한국정밀공학회지
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• 제10권2호
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• pp.66-75
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• 1993

This paper proposes a monitoring method for nondestructive and in-process measurement of the case depth in LASER surface heat treatment process. The method is essentially an eddy-current method, and measures sensing coil's electrical impedance which varies with the changes of the material microstructure due to hardening. To investigate te validity of the proposed method a series of experiments were performed for various hardning depths. The results show that the relationship between the eddy- current sensor output and the changes in case depth is almost linear. This indicates that the eddy-current measuring method can be used as one of the possible monitoring method for mesauring the hardened depth in LASER heat treatment processes.

• 대한기계학회논문집
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• 제19권8호
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• pp.1907-1914
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• 1995

An on-line measurement of the workpiece hardened depth in laser surface hardening processes is very much difficult to achieve, since the hardening process occurs in depth wise direction. In this paper, the hardened depth is estimated using a multilayered neural network. Input data of the neural network are the surface temperatures at arbitrary chosen five surface points, laser power and traveling speed of laser beam torch. To simulate the actual hardening process, a finite difference method(FDM) is used to model the process. Since this model yields the calculation results of the temperature distribution around the workpiece volume in the vicinity of the laser torch, this model is used to obtain the network's training data and laser to evaluate the performance of the neural network estimator. The simulation results show that the proposed scheme can be used to estimate the hardened depth with reasonable accuracy.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.44.1-44.1
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• 2010

레이저 가공기술은 공정 적용이 용이하고 응용 분야가 넓어 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다. 특히, 태양전지 제조공정에서는 cutting, grooving, doping, ablation등의 분야에 활발하게 적용되고 있으며 최근에는 다양한 종류의 레이저를 기술을 이용하여 효율 향상과 원가 절감을 위해 많은 기관에서 활발하게 연구를 진행하고 있다. 본 연구에서는 실리콘웨이퍼에 특정 파장의 레이저를 조사하여 실리콘웨이퍼 표면의 용융과 고상화를 통해 구조적, 전기적 특성 변화를 확인하였다. Si wafer의 표면은 레이저 조사 조건에 의해 다결정화 하며 레이저의 power와 frequency, scan speed등을 조절하여 다결정 실리콘 영역의 형성 깊이를 조절 할 수 있다. 다결정화 된 부분의 구조적 특성은 SED과 XRD를 이용하여 측정하였으며, 전기적 특성은 면저항 측정을 통하여 실시하였다. 또한 이러한 특성을 이용하여 태양전지 제조 공정의 적용가능성을 평가하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제36권1호
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• pp.78-84
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• 2012

금형의 공정 과정에서 금형과 성형품 사이에서 발생하는 마찰로 인해 발생하는 금형의 마모가공차로 작용하여 성형 품질을 저하시킬 수 있다. 따라서 금형의 내마모성을 향상시키기 위해 질화나 침탄처리, 화염 및 고주파 표면처리 등의 방법들이 적용되어 왔다. 하지만 형상의 제한이나 제품의 변형 등과 같은 문제점을 수반하고 있기 때문에, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 표면처리 방법으로써 레이저 표면처리 기술이 검토되고 있다. 따라서 본 연구에서는 고출력 다이오드 레이저를 이용, 금형재료용 주철의 표면처리를 시도하였다. 앞서 제1보와 제2보의 논문에서는 금형의 재료 및 형상의 차이에 따른 열처리 특성을 비교하였다면, 본 논문에서는 열처리 후 생성되는 경화부, 경계부위 및 모재의 조직적 차이를 분석하기 위해 광학 현미경 및 전자 현미경을 이용하여 미세조직을 관찰하고, EDS를 통해 조직의 상태를 파악하였다. 미세조직 관찰 결과, 경화부는 침상의 마르텐사이트 조직이 형성되어 있었다.

• Journal of Welding and Joining
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• 제15권5호
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• pp.25-35
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• 1997

현재, 표면개질에 주로 많이 사용되는 레이저는 세 종류로서, C $O_{2}$$laser(파장길이:10.6.\mum),$ Nd:YAG(neodymium-doped yettrium aluminum garnet) $laser(파장길이:1.06.\mum)$ 및 excimer laser(157~350nm) 등이다. 이 외에도 초기에는 ruby레이저빔이 사용되기도 하였으나, 현재는 많이 사용되고 있지 않다. 레이저 빔에 의한 표면개질에는 몇가지 장점이 있는데, 이러한 장점은 주로 급속가열과 급속냉각 효과에 기인하는 것이다. 즉, 1) 급냉효과에 의한 미세한 결정입자 형성, 2) 불안정상 (metastable phase) 또는 비정질 상 생성, 3) 열역학적 용해도 보다 높은 용해도. 4) 편석이 없는 균질한 미세조직, 5) 극히 낮은 기공도, 6) 좁은 열영향 부위, 7) 표면층과 모재 사이의 높은 결합력 등이다. 이 외에도 공정상의 장.단점들이 Ref.5, 6에 잘 요약 정리되어 있다. 지금까지 국내에서 레이저 표면개질에 대한 조사가 몇몇 있었으나, 본 조사에서는 보통 많이 다루어지지 않은 부분, 즉 충격경화 및 표면제어에 비중을 두었으며, 비용융 부분(I)과 용융부분(II)을 분리하여 정리하였다.