자동차 산업에서 레이저 용접 분야는 대략적으로 부품용접, 차체용 강판 용접, 이종재료 용접 등 널리 사용되고 매우 중요한 접합공정의 하나로 인식 되고 있으며, 생산성 향상 및 용접품질 확보를 위한 노력들이 꾸준히 진행되어오고 있는 추세이다. 또한 레이저 용접은 다품종 소량생산에 적합한 유연생산과 고품질 용접부를 생산할 수 있는 적합한 용접공정으로써 독일, 미국, 일본 등에서 자동차 관련 산업뿐만 아니라 조선, 항공까지 다양하게 적용되고 있다. 최근 유럽선진 자동차 업체를 중심으로 자동차 차체부품 경량화 및 성능 강화의 목적으로 보강재를 제거하고 소재의 강성을 확보하기 위해 고강도 소재를 이용한 1GPa급 이상의 차체부품 및 자동차용 범퍼 빔이 적용되고 있다. 그러나 국내의 연구개발 추세는 제품 성형 위주로서 형상 자유도를 감안하여 이루어지고 있기 때문에, 고강도 소재임에도 불구하고 안전법규와 고속 충돌성능의 만족을 위해서 보강재가 적용되고 있는 실정이다. 이에 따라 최근에는 고장력강의 이종재료(Tailored Blank) 접합은 양호한 파괴 거동을 유도할 수 있고, 충돌성능 향상 및 경량화를 극대화할 수 있어 차세대 자동차의 주요 용접 수단으로 주목을 받고 있다. 따라서 고장력강 레이저 용접공정의 다양한 용접공정 변수들에 의한 용접부 품질확보를 위한 연구가 절실히 필요한 실정이다.
본 연구에서는 자동차 관련 산업에서 많이 사용되는 고장력강을 사용하여 파이버레이저 용접시 획득한 데이터를 활용하여 용접부의 특성 경향을 예측하고 용접공정 변수의 최적화를 최종목표로 하였다. 이를 위하여 차체 제작용고장력 강판인 TRIP1180과 DP980의 이종재료 겹치기 이음의 용접부 특성 분석을 위한 파이버 레이저 용접실험을 실시하였으며, 각 용접공정에서 생성된 금속간 화합물의 기계적 특성값을 비교·분석한 결과, 모든 시험편에서 기존 저항 점용접의 전단인장강도에 상응하는(전단인장강도 550MPa 이상) 강도가 형성되어 파이버 레이저 용접공정의 현장적용 가능성을 확인하였다.
각 용접공정 변수에 따라서 생성되는 금속간 화합물에 대해 화학적 분석을 통하여 용접균열 감수성을 확인하기 위한 탄소 당량식을 도입하였다. 개발된 탄소 당량식과 기계적 특성의 상관관계 분석을 통해 데이터 그룹별로 용접균열 감수성을 확인할 수 있었으며, 전단인장강도 시험편의 파단형상 분석을 통해 취성력 작용여부도 확인할 수 있었다. 또한 레이저 용접부의 용입 면적과 고장력강 용접부에서 흔히 발생되는 열영향부(HAZ) 연화현상에 대한 성향을 확인하여 공정변수에 따른 고장력강 용접부 특성(연화영향, 취성파괴 경향)의 발생 유무를 확인하였으며, 이를 기반으로 용접부 품질 확보를 위한 공정변수들의 적정범위를 선정할 수 있었다.
아울러 고장력강 레이저 용접공정의 특성파악 및 최적화를 위해 일반적으로 널리 사용되는 신경회로망을 이용한 지능형 모델과 패턴 인식 모델을 개발하였다. PAM을 이용하여 각 모델의 탄소 당량 예측성능을 분석한 결과 LM 알고리즘의 예측모델이 모든 그룹 데이터에서 BR, BP 예측모델에 비해 매우 높은 예측성능을 보임을 확인하였다. 또한 고장력강의 탄소 당량과 취성파단 및 인장강도의 연화영향 기여 유무를 판단하기 위해 PR 알고리즘을 개발하여 용접부의 특성 발생 유무를 예측 하도록 하였다. 마지막으로 LM 알고리즘을 통해 산출된 그룹별 탄소 당량의 값을 PR 알고리즘에 입력함으로써 예측되는 용접부 특성이 실제 용접부에서도 같은 특성이 발생 되었는지를 확인하여 화학적 성분예측을 위한 LM 알고리즘과 특성 추출을 위한 PR 알고리즘의 호환성도 더불어 확인하였다.

Laser welding sector in the automotive industry has been widely recognized as one of the most important bonding processes, such as parts welding. Efforts to improve productivity and weld quality assurance have been progressing steadily. In addition, laser welding is suitable for welding process that can produce high-quality welds suitable for flexible production and small quantity batch productions. Laser welding in Germany, United States, and Japan has been variously applied to the aircrafts, ship building and the car industry. Recently, European leading automotive manufacturers are focusing on removing the reinforcement of car body parts for the purpose of weight reduction and performance enhancement. In order to ensure the rigidity of the material, high strength material are applied to more than 1 GPa class body parts and automotive bumber beams. However, the situation is that the trend of domestic research and development is based on product molding considering freedom of shape where reinforcement is applied to meet the safety regulations and high-speed crash performance, despite the use of high strength materials. Recently, dissimilar materials bonding of high strength steel that lead to good fracture behavior and to maximize the impact performance improvement and weight reduction has attracted attention as a major means of welding the next generation of cars. Therefore, the research on the weld quality assurance situation for a variety of welding process parameters of high tensile steel laser welding process is in dire need.
In this study, as a final goal, high tensile strength steel, which is widely used in the automotive industry was used together with data obtained during fiber laser welding, to optimize the welding process by predicting the characteristics and trends of the weld.
This fiber laser welding experiments were performed for characterization of heterogeneous materials weld lap joint of high-strength steel for the bodywork made of TRIP1180 and DP980. The analysis of the mechanical characteristic values of the intermetallic compound produced in each of the welding process was conducted and the strength corresponding to the shear tensile strength of the conventional resistance spot welding in all specimens that is formed on-site was confirmed by the applicability of fiber laser welding process.
According to the generation of the respective welding process variables via the chemical analysis of the intermetallic compound, a carbon equivalent formula for checking the weld crack susceptibility was introduced. Weld cracking susceptibility was confirmed by data group by the correlation of mechanical properties of the developed carbon equivalent equation together with the brittle fracture force that acts through the geometric analysis of shear tensile specimens. Also, the tendency for heat-affected zone (HAZ) softening phenomenon common in areas of laser welded high tensile steel welding confirmed the occurrence of high tensile strength steel weld characteristics (softening effect, brittle fracture) in accordance with the process parameters. Based on this, range of process parameters could be selected for ensuring weld quality.
In addition, to the characterization and optimization of high tensile steel laser welding process we developed pattern recognition models and intelligent model using neural network. The analysis of the carbon equivalent prediction performance of each model using the PAM, prediction model of the LM algorithm was found to show a very high prediction performance compared to BR, BP prediction model data from all groups. Furthermore, in order to determine the softening effect, contribution to the presence of carbon equivalent brittle fracture and the tensile strength of high strength steel to predict the properties of the weld has occurred, a PR algorithm was also developed. Finally, the PR characteristic extracting algorithm for the LM algorithm with the weld characteristic for the input of the PR that is predicted by the algorithm to group the carbon equivalent value calculated by the LM algorithm to ensure that the same occurs on an actual weld characteristic chemical component prediction was confirmed.