본 연구는 0.4t 알루미늄 판재와 구리 판재의 이종 다층 초음파 용접기술의 개발을 위한 기초연구를 수행하였다. 이를 위해 20kHz 고유진동수를 갖는 스텝바 혼의 형상설계 최적화와 다층 이종소재에 대한 용접조건 최적화를 수행하였다. 또한 용접특성을 분석하고 용접품질 품질의 신뢰성을 확보하고자 다양한 실험을 수행하였다.
Titanium (Ti-6Al-4V)-GR5의 재질의 20kHz 고유진동수를 갖는 스텝 바혼의 형상설계를 위해 FEM(Finite Elements ethod)을 이용하였으며, 길이비와 면적비를 주요 형상설계 변수로 설정하였다. FEM해석 결과를 통해 길이비 0.5, 면적비 0.47일 때 20kHz의 가진 주파수와 일치하는 혼의 고유진동수를 확보하였다. 또한 금속 초음파 용접에 적합한 종방향 진동모드(Mode)을
얻을 수 있었고, 혼의 끝단부에서 진동에 의한 변형 평탄도를 97.4%까지 확보함으로써 우수한 20kHz 한파장 혼을 개발하였다. 아울러 혼의 끝단부에 가공되는 패턴의 형상을 최적화하기 위해 4개의 패턴을 선정하여 알루미늄과 구리의 동종 ...
본 연구는 0.4t 알루미늄 판재와 구리 판재의 이종 다층 초음파 용접기술의 개발을 위한 기초연구를 수행하였다. 이를 위해 20kHz 고유진동수를 갖는 스텝바 혼의 형상설계 최적화와 다층 이종소재에 대한 용접조건 최적화를 수행하였다. 또한 용접특성을 분석하고 용접품질 품질의 신뢰성을 확보하고자 다양한 실험을 수행하였다.
Titanium (Ti-6Al-4V)-GR5의 재질의 20kHz 고유진동수를 갖는 스텝 바혼의 형상설계를 위해 FEM(Finite Elements ethod)을 이용하였으며, 길이비와 면적비를 주요 형상설계 변수로 설정하였다. FEM해석 결과를 통해 길이비 0.5, 면적비 0.47일 때 20kHz의 가진 주파수와 일치하는 혼의 고유진동수를 확보하였다. 또한 금속 초음파 용접에 적합한 종방향 진동모드(Mode)을
얻을 수 있었고, 혼의 끝단부에서 진동에 의한 변형 평탄도를 97.4%까지 확보함으로써 우수한 20kHz 한파장 혼을 개발하였다. 아울러 혼의 끝단부에 가공되는 패턴의 형상을 최적화하기 위해 4개의 패턴을 선정하여 알루미늄과 구리의 동종 겹치기 초음파 용접실험을 수행하였다. 용접부 표면의 압흔 형상이 용접성에 미치는 영향을 분석하였으며, 알루미늄과 구리 소재의 접합에 적합한 패턴을 선정하였다. 그 결과 압흔의 종횡비가 작을수록 용접부에 전달되는 진동에너지의 손실이 없음을 확인하였으며, 피치 1.5mm, 산높이 0.70mm 의 사각뿔 형태의 패턴이 종횡비가 가장 작음을 확인하였다. 또한 구리의 용접부의 종횡비가 알루미늄에 비해 18%높음을 확인하였다.
알루미늄과 구리의 다층 이종접합을 다구치 방법의 직교배열 실험계획법을 이용하여 용접조건을 최적화하였으며, 용접부 특성을 분석하였다. 순 알루미늄과 순 구리의 박판(0.4t)의 4중 겹치기 용접의 경우, 용접조건(Amplitude :80%, Weldingtime : 3.5s, Pressure load : 1.0bar)일때 SN가 64.48로 가장 높게 나타났다. 최적화된 용접부의 강도평가를 수행하였으며, 동시인장의 경우, 최적화된 용접부가 그렇지 않은 경우 대비 용접강도가 45% 향상됨을 확인하였다. 마지막으로 최적화된 용접조건을 이용해 파단부의 형상 및 조직관찰을 위해 추가실험을 실시하였으며, 알루미늄과 구리소재의 다층 이종용접 특성을 평가하였다.
본 연구는 0.4t 알루미늄 판재와 구리 판재의 이종 다층 초음파 용접기술의 개발을 위한 기초연구를 수행하였다. 이를 위해 20kHz 고유진동수를 갖는 스텝바 혼의 형상설계 최적화와 다층 이종소재에 대한 용접조건 최적화를 수행하였다. 또한 용접특성을 분석하고 용접품질 품질의 신뢰성을 확보하고자 다양한 실험을 수행하였다.
Titanium (Ti-6Al-4V)-GR5의 재질의 20kHz 고유진동수를 갖는 스텝 바혼의 형상설계를 위해 FEM(Finite Elements ethod)을 이용하였으며, 길이비와 면적비를 주요 형상설계 변수로 설정하였다. FEM해석 결과를 통해 길이비 0.5, 면적비 0.47일 때 20kHz의 가진 주파수와 일치하는 혼의 고유진동수를 확보하였다. 또한 금속 초음파 용접에 적합한 종방향 진동모드(Mode)을
얻을 수 있었고, 혼의 끝단부에서 진동에 의한 변형 평탄도를 97.4%까지 확보함으로써 우수한 20kHz 한파장 혼을 개발하였다. 아울러 혼의 끝단부에 가공되는 패턴의 형상을 최적화하기 위해 4개의 패턴을 선정하여 알루미늄과 구리의 동종 겹치기 초음파 용접실험을 수행하였다. 용접부 표면의 압흔 형상이 용접성에 미치는 영향을 분석하였으며, 알루미늄과 구리 소재의 접합에 적합한 패턴을 선정하였다. 그 결과 압흔의 종횡비가 작을수록 용접부에 전달되는 진동에너지의 손실이 없음을 확인하였으며, 피치 1.5mm, 산높이 0.70mm 의 사각뿔 형태의 패턴이 종횡비가 가장 작음을 확인하였다. 또한 구리의 용접부의 종횡비가 알루미늄에 비해 18%높음을 확인하였다.
알루미늄과 구리의 다층 이종접합을 다구치 방법의 직교배열 실험계획법을 이용하여 용접조건을 최적화하였으며, 용접부 특성을 분석하였다. 순 알루미늄과 순 구리의 박판(0.4t)의 4중 겹치기 용접의 경우, 용접조건(Amplitude :80%, Welding time : 3.5s, Pressure load : 1.0bar)일때 SN가 64.48로 가장 높게 나타났다. 최적화된 용접부의 강도평가를 수행하였으며, 동시인장의 경우, 최적화된 용접부가 그렇지 않은 경우 대비 용접강도가 45% 향상됨을 확인하였다. 마지막으로 최적화된 용접조건을 이용해 파단부의 형상 및 조직관찰을 위해 추가실험을 실시하였으며, 알루미늄과 구리소재의 다층 이종용접 특성을 평가하였다.
ultrasonic welding process of multi-layers dissimilar aterial with aluminum sheet and copper sheet with 0.4 thickness. To achieve the aims, modelling of shape dimension for 20kHz stepped-bar horn and optimization of welding condition for multi-layers dissimilar material were carried out. many experi...
ultrasonic welding process of multi-layers dissimilar aterial with aluminum sheet and copper sheet with 0.4 thickness. To achieve the aims, modelling of shape dimension for 20kHz stepped-bar horn and optimization of welding condition for multi-layers dissimilar material were carried out. many experiments have been performed to evaluate the welding characteristic and verify the welding quality.
To design the 20kHz stepped-bar horn with titanium (Ti-6Al-4V)-GR5, area ratio and stepped length ratio were chosen as the optimal parameter and applied for FEM(Finite Elements Method) simulation.
The calculated results of FEM analysis confirmed that the natural frequency of the horn with 20kHz has been shown area ratio of 0.5 and stepped length ratio of 0.47 respectively. Optimization of 20kHz stepped-bar horn has showed uniformity of more then 97.4% at the end tip of horn.
To optimize an ultrasonic pattern on the end tip of horn, the experiments using Al and Cu similar materials have been carried out using the four kinds of horn. As a result, not only aspect ratio is related to welding quality, but also loss of energy for welding will reduce as aspect ratio decreases. Particularly, the pattern designed as pitch of 1.5mm, thread depth of 0.07, aspect ratio has been closed. It has been identified that aspect ratio on copper surface is 18% higher than aluminum.
The DOE(Design of Experiment) technique was applied with the help of Taguchi method's orthogonal array for multi-layer dissimilar materials for aluminum and copper sheet using ultrasonic welding process. Four layer
dissimilar welding for Al-Cu with amplitude of 80%, welding time of 3.5s, and pressure load of 1.0bar has been chosen for optimal conditions due to the better characteristics for S/N ratio(64.48). Mechanical testing was performed using the optimized welding conditions, and the shear tensile strength in the optimized weld zone was greatly improved by 45%. Lastly, optical microscopic examination and Scanning Electron Microscopy(SEM) were employed to investigate the intermetallic compound layer formation.
ultrasonic welding process of multi-layers dissimilar aterial with aluminum sheet and copper sheet with 0.4 thickness. To achieve the aims, modelling of shape dimension for 20kHz stepped-bar horn and optimization of welding condition for multi-layers dissimilar material were carried out. many experiments have been performed to evaluate the welding characteristic and verify the welding quality.
To design the 20kHz stepped-bar horn with titanium (Ti-6Al-4V)-GR5, area ratio and stepped length ratio were chosen as the optimal parameter and applied for FEM(Finite Elements Method) simulation.
The calculated results of FEM analysis confirmed that the natural frequency of the horn with 20kHz has been shown area ratio of 0.5 and stepped length ratio of 0.47 respectively. Optimization of 20kHz stepped-bar horn has showed uniformity of more then 97.4% at the end tip of horn.
To optimize an ultrasonic pattern on the end tip of horn, the experiments using Al and Cu similar materials have been carried out using the four kinds of horn. As a result, not only aspect ratio is related to welding quality, but also loss of energy for welding will reduce as aspect ratio decreases. Particularly, the pattern designed as pitch of 1.5mm, thread depth of 0.07, aspect ratio has been closed. It has been identified that aspect ratio on copper surface is 18% higher than aluminum.
The DOE(Design of Experiment) technique was applied with the help of Taguchi method's orthogonal array for multi-layer dissimilar materials for aluminum and copper sheet using ultrasonic welding process. Four layer
dissimilar welding for Al-Cu with amplitude of 80%, welding time of 3.5s, and pressure load of 1.0bar has been chosen for optimal conditions due to the better characteristics for S/N ratio(64.48). Mechanical testing was performed using the optimized welding conditions, and the shear tensile strength in the optimized weld zone was greatly improved by 45%. Lastly, optical microscopic examination and Scanning Electron Microscopy(SEM) were employed to investigate the intermetallic compound layer formation.
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