레이저 정밀 가공은 고품질의 집속 광에너지를 이용하여 재료를 미세하게 가공하는 특수 가공으로 정밀 제조 분야에 적용되고 있다. 그러나 레이저 가공 시 열적 효과로 인해 재료 특성을 저하 시킬 수 있다. 또한, 압연 강재 및 강판의 경우 공정 단계에서 강한 압력으로 제작하기 때문에 반드시 잔류응력이 존재한다. 하지만 압연 강재에 존재하는 잔류응력의 양은 정량적인 예측이 불가능하다. 이러한 잔류응력이 존재하는 재료의 레이저 가공 시 레이저에 의한 부가적인 응력 발생 및 재료에 미치는 열적 영향의 예측 및 평가는 정밀 가공에 있어서 반드시 고려해야 하는 사항이다. 본 연구에서는 레이저 홀 가공 시 발생되는 온도 및 응력을 유한요소 해석과 실험적 방법으로 분석하였다. 재료의 열응력을 예측하기 위해 레이저 홀가공 실험을 수행하여 가열 및 냉각 등의 대한 결과를 도출하였다. 또한 냉각 시간에 따른 응력의 변화를 파악하였고 유한요소 해석으로 예측된 응력을 홀드릴링 응력 측정 기법에 의해 도출된 응력과 비교 검증하였다.
A laser machining process has been applied in many manufacturing fields and it provides an excellent energy control for treating materials. However, a heat effect during laser machining can deteriorate material properties. Specifically, a thermally induced stress can be a problem in laser-machined structures on a metal surface. In this study, temperature and stress on cold-rolled carbon steel sheet machined with laser hole drilling were explored in an experimental approach and a numerical method. Stresses by temperature gradients inside the materials were generated in fast cooling. The stresses were measured by using a hole-drilling method and the material properties of carbon steel (SCP1-S) were obtained in the experiment. It was found that the stress predicted from the numerical analysis was in agreement with the stresses measured by using the hole-drilling method. The analysis can be applied for evaluating structure characteristics machined with a laser.
