경량화를 위한 레이저

May 15, 2023

요즘 전 세계 자동차 OEM들은 차량 무게를 줄이기 위해 필사적입니다. BMW도 예외는 아니다.

예를 들어, 자동차 제조업체의 2017 5 시리즈는 이전 모델보다 137파운드 더 가볍습니다. 2017년 세단이 2016년 모델보다 더 길고, 더 넓고, 더 크고, 더 단단하고, 더 강하다는 점을 고려하면 이러한 체중 감소는 더욱 인상적입니다.

차량의 무게를 줄이려면 기발한 엔지니어링과 고강도 강철, 알루미늄 및 마그네슘의 사용이 필요했습니다. 2016년형 5시리즈에는 이미 도어, 후드, 전면 펜더를 포함해 상당한 양의 알루미늄이 포함되어 있습니다. 2017년 모델은 더 많이 사용합니다. 엔지니어들은 리어 사이드 멤버를 재설계하여 18개의 부품을 단일 주조 알루미늄 부품으로 통합했습니다. 24파운드를 절약했습니다. 알루미늄 트렁크 리드로 9개를 더 절약할 수 있습니다. 트렁크, 엔진 크로스멤버, 루프도 알루미늄으로 제작되었습니다.

루프, 사이드 멤버, 리어에 고강도 및 초고강도 강철을 전략적으로 사용하여 차체의 구조적 강도를 높이는 동시에 무게를 줄였습니다. 그리고 BMW는 마그네슘을 사용하여 계기판을 주조하여 이전 강철 제품보다 4파운드 더 가벼워졌습니다.

이러한 재료를 조립하기 위해 자동차 제조업체는 셀프 피어싱 리벳, 플로우 드릴 나사, 구조용 접착제, 점점 더 늘어나고 있는 레이저 용접 등 다양한 새로운 접합 기술을 채택해야 했습니다.

TRUMPF Inc.의 자동차 산업 관리자인 Nathan Harris는 "레이저는 재료 접합을 위한 도구 상자의 또 다른 도구입니다. 용접, 패스너, 접착제는 모두 장단점이 있습니다. 모든 문제를 해결할 '마법의 탄환'은 없습니다."라고 말합니다. 오늘날 자동차 제조사가 직면한 도전과제에 합류하는 소재입니다."

레이저 용접을 활용하는 자동차 제조업체는 BMW만이 아닙니다. 이 기술은 Ford F-150, Cadillac CT6, Honda Accord 및 MINI Cooper를 포함한 수많은 차량에 사용되고 있습니다.

특히 레이저가 적용되는 곳은 클래스 A 마감 표면이 필요한 알루미늄 도어, 창틀, 후드, 트렁크 리드 및 기타 부품의 조립입니다. 예를 들어, 5 시리즈의 경우 BMW는 차량의 전체 알루미늄 도어를 압착하고 접착하는 방식에서 알루미늄 외부와 강철 내부를 레이저 용접하는 방식으로 전환하여 차량 무게를 최소 13파운드 줄였습니다.

레이저는 엔지니어가 어셈블리에 전달되는 에너지를 신중하게 제어하고 집중할 수 있기 때문에 이러한 응용 분야에 유리합니다. 아크 용접이나 저항 점 용접으로 제작된 조인트에는 마무리 연삭이 필요할 수 있습니다. 레이저 용접으로 생산된 접합부는 거의 또는 전혀 필요하지 않습니다.

레이저 용접의 또 다른 장점은 연속 심 용접, 평행 용접, C자형 또는 S자형 용접을 생성할 수 있다는 것입니다. 이를 통해 용접 강도가 더 강해지고 엔지니어가 설계에 더 얇은 재료를 사용할 수 있습니다. 이는 전통적으로 스폿 용접이 사용되어 온 응력이 높은 영역에 특히 유용합니다.

예를 들어, 레이저 스티치는 상단 루프 프레임과 하단 로커 패널을 연결하는 데 사용되는 저항 점용접 이음매를 대체할 수 있습니다. A 또는 B 기둥의 경우 연속 솔기가 스티치를 대체할 수 있으며 추가 보강이 필요하지 않습니다.

"랩 용접의 경우 조인트를 가로지르는 직선 대신 지그재그 패턴이나 소용돌이 패턴으로 용접하는 것을 상상해 보십시오."라고 Harris는 설명합니다. "또는 길이가 5mm이고 원하는 간격으로 스티치 용접 라인을 만드는 것을 상상해 보십시오. 매우 빠르게 진행됩니다."

레이저의 초점이 매우 조밀하게 조정될 수 있으므로 엔지니어는 더 좁은 플랜지를 설계하거나 심지어 플랜지를 완전히 제거할 수도 있습니다. 저항 점용접의 경우 일반적인 플랜지의 너비는 20mm 이상일 수 있습니다. 레이저 용접의 경우 레이저 빔이 너무 좁고 공정에서 접합부의 한 면에만 접근하면 되므로 플랜지가 10mm 미만일 수 있습니다.

레이저를 사용하면 자동차 제조업체는 차량의 다른 부분에도 경량 소재를 사용할 수 있습니다. 레이저는 연료 필터, 스티어링 로드, 센서, 제어 모듈 및 동력전달장치 구성 요소를 용접하는 데 사용됩니다. 전기 자동차의 경우 레이저는 개별 배터리의 케이스와 배터리가 보관되는 구획을 용접합니다.