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문제 정의
- 실험을 위해 연료탱크 제작용 소재인 전기아연도금 강판 2종을 그대로, 일부는 아연도금강판의 전기전도도를 향상시키기 위해 내부에 은분을 칠하여 Table 1, 2와 같이 용접전류와 용접속도, 통전시간과 휴지. 냉각 시간, 두께(tl.O, tl.6)의 변화 등 36조건으로 횡형심 용접기를 사용하여 겹침 및 플렌지 심용접 (lap and flange 심용접)을 하였으며, 아연도금강판에 은분을 칠하여 실험한 이유는 전기전도도의 향상에 따른 접촉전기저항의 감소와 용접성의 변화 관계를 판단하기 위해서이다.
제안 방법
- 따라서 본 연구에서는 자동차용 연료탱크 제작에 쓰이는 전기아연도금강판 (EGI 강판)에 대해 도금판 그대로. 또는 용접부 내면에 은분을 칠하거나, 내외면에 은분을 칠한 후 ① 심 용접전류, ② 용접속도, ③ 통전시간 등 용접조건을 변화시켜 심 용접한 후, 압입 깊이와 이면 돌출량, RT(방사선 탐상시험)에 의한 결함검사, 광학현미경과 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 모재와 열영향부(HAZ), 용융부의 미시조직 관찰, 그리고 인장시험에 의한 파괴양상과 인장-전단강도(tensile shear strength) 등을 관찰하여 양호한 용접부를 얻을 수 있는 최적의 용접조건을 찾아서 실제 작업현장에서 적용할 수 있도록 하고자 한다.
- 또한 각 조건별로 lap 심용접 (LSW)과 flange 심 용접 (FSW)하여 만들어진 인장전단시험 편으로 만능 재료 시험기를 이용하여 인장속도 2mm/min으로 인장시험하였으며. 인장전단강도, 연신율, 파괴에너지, 단면 내의 용접결함 유무 등을 측정하였다
- 실험방법은 각 조건별로 플렌지 심 용접한 것에 대해 표면의 압입상태와 이면의 돌출상태, 용접 피치 등을 다이알게이지와 확대경, 깊이 측정기를 사용해 측정 하였으며, 심용접 조건에 따른 결함 검사를 위해 RT 시험을 하였다.
- 심용접 후 실험을 위해 각 조건별로 심 용접부 길이 100mm 크기의 결함검사용 RT 시험편을 준비하고, 인장전단강도(TSS)를 알아보기 위해 절삭가공에 따른 열적변형이 매우 적은 wire cutting M/C를 사용하여 Fig.l과 같이 KS B 0851 제5호 인장시험편을 제작하였다.
- 또한 각 조건별로 lap 심용접 (LSW)과 flange 심 용접 (FSW)하여 만들어진 인장전단시험 편으로 만능 재료 시험기를 이용하여 인장속도 2mm/min으로 인장시험하였으며. 인장전단강도, 연신율, 파괴에너지, 단면 내의 용접결함 유무 등을 측정하였다
- 특히 준비된 조직 시험편을 3% Nital 용액으로 2분간 부식시킨 후 광학현미경으로 용융부, HAZ, 모재의 조직상태를 촬영하였으며, 인장전단시험으로 파단된 부분의 파괴양상을 알아보기 위해 주사전자현미경(SEM)을 사용해 300배율과 700배율로 관찰하였으며, 파괴형태를 비교하여 재료의 파괴기구를 해석하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 KSD 3512의 규격인 냉연압연강판 SCP 2 재료를 아연 도금한 전기아연도금강판 2종 (SECD)을 사용하였으며, 이 재료는 극저탄소와 망간, 니켈, 알루미늄을 소량 함유한 극저탄소강이다";.
- 본 실험에 사용된 심용접기는 정격용량이 150WA, 최대 가압력이 LOOOkgf인 수랭식 심용접기이며, 상부 전극의 외경은 400mm이고, 두께 7mm의 박전극 wheel과 평면형 wheel을 사용하였으며, knurl 구동 방식을 채용하였다 이것은 정전류회로가 없는 방식 이므로 전압변동 및 부하가 변하면 2차 전류도 변하게 되며, 전류조정과 가압력 변화, 전류 통전시간과 휴지 및 냉각시간의 제어기능과 용접속도를 조절할 수 있는 기능을 가지고 있다. 실험시 전류 측정은 순간 전류계를 사용하였다.
- 실험을 위해 연료탱크 제작용 소재인 전기아연도금 강판 2종을 그대로, 일부는 아연도금강판의 전기전도도를 향상시키기 위해 내부에 은분을 칠하여 Table 1, 2와 같이 용접전류와 용접속도, 통전시간과 휴지. 냉각 시간, 두께(tl.
성능/효과
- 1) 압입 및 이면돌출은 용접전류의 증가나 통전시간이 길면 돌출량이 많았으며 , 인장전단강도나 파괴에너지는 상대적으로 적었고, 용접속도가 크면 용입이 얕아지며 이면 돌출량도 적었다.
- 2) 전류나 용접속도의 증가에 따라 RT시험 결과 기공의 수가 많아지고, 크기는 대체로 커졌으며, 은분 도 포의 유.무에 따른 차이는 발견되지 않았고, 용접조건, 모재의 표면상태, 수분의 유.
- 3) 인장전단강도는 적정 전류 범위까지는 전류의 증가에 따라 증가하게 되나, 용접속도나 용접시간 등 제조건에 따라 많은 변화가 있으며, 아연도금강판에 은분을 도포한 쪽이 대체로 TSS는 높았으며, 특히 전류가 높거나 통전시간이 길거나 짧을 경우 TSS의 차이가 많았는데, 이는 은분 도포로 접촉저항이 적어 그만큼 높은 전류를 통전하므로 용융이 잘되기 때문이라고 판단된다.
- 4) 최적 용접 조건으로는 용접전류, 용접속도, 용접 시간에 의해 결정되었으며 , 두께 1.0mm의 경우는 조건 8(전류 17.2T7.6kA, 속도 l.Om/min, weld time 4:10:6)과 조건 4(전류 16.5T7.4kA, 속도 0.83m/min, weld time 4:10:4)로 용접한 경우가 TSS나 파괴 energy가 높았으며, 두께 1.6mm의 경우는 조건 6(전류 18.5T8.9kA, 속도 0.83m/min, weld time 4:10:4)과 조건 1(전류 16.5T7.4kA, 속도 0.68m/min, weld time 4:10:2) 이 최적의 용 접조건이라고 판단된다.
- 시험 결과에 의하면 용접속도는 전류 등 다른 조건이 같은 범위에서 영향이 미치는 것으로 판단되며, 일반적으로 용접속도가 느리면 용입이 증가하고, 용접속도가 증가하면 용입이 적어지게 되나, 임계속도보다 더 느리면 오히려 용입 깊이는 낮아지는 경향을 나타냈으며, tl.6 LSW한 것에 대한 용접속도와 TSS, 파괴 에 너지의 비교에서는 조건 1에서 TSS나 파괴에너지가 높고, 조건 2에서는 TSSte 비슷하고 파괴에너지는 낮았으며, 조건 3과 같이 속도가 증가하면 파괴 에너 지는 오히려 높게 나타난 것을 알 수 있다.
- 각 조건별 분석에 의하면 용접전류 165T7.4kA에서 용접속도에 따라 0.39-0.55mm의 이면돌출이 생겼으며, 20.7-21.2kA에서는 1.07mm 정도의 이면 돌출이 생기는 등 용접전류가 증가함에 따라 이면 돌출량도 증가하였고. tl.
- 6에 대한 FSW에 있어 아연도금강판에 은분의 도포유.무에 따른 전류변화의 관계에서는 은분을 도포한 쪽이 TSS나 파괴에너지가 비교적 높았으며, 적정 전류(임계전류) 이상이나 이하에서는 TSS나 파괴에너지가 낮아지는 것으로 나타났다. tl.
- 시험 결과 기공은 전류나 용접속도가 증가함에 따라 그 수가 많아지고, 크기도 대체로 커졌으며, 통전시간에서는 두께 1.0mm의 판에 대해 동일 조건에서 용접 2 : 유지 5 : 냉각 2의 비일 때 양호한 용접부를 얻었다. 두께 1.
- 아연도금강판에 은분도포 유무에 따른 결함의 정도에는 큰 차이가 없었으나, 은분을 칠한 것은 용접 중에 비산이 많이 일어나고 파면의 결정립자는 상당히 거친 조직이 나타났다.
- 8(J)로 가장 높고, 은분을 칠한 쪽이 강도나 파괴에너지가 비교적 높은 것으로 판단 되었다. 연신율은 조건 8이 27%로 가장 크고, 5의 경우가 14%로 가장 낮은 것으로 나타나, 전반적으로 강도가 크고 연신율이 크면 파괴에너지도 커지는 경향을 나타냈으며, 조건 5의 경우는 강도, 파괴에너지, 연신율 모두가 다른 조건보다 낮았다.
- 이 소재의 기계적 성질을 측정하기 위해 금속재료 시 험규정(KSB 0851)에서 정한 제5호 시험편을 사용하여 인장전단시험을 하였으며 인장시험 결과 인장강도는 34.0(kg/mm2), 연신율은 24.9%이고, 경도시험 결과 HRB 33으로 나타났다.
후속연구
- 그러나 심용접부나 스폿 용접부가 융합부족, 불꽃 비산(expulsion) 등에 의해 pin hole이나 기공 등이 생겨 탱크의 강도부족이나 누설 불량율이 높아 중요한 문제로 되고 있는데, 이런 경우 재용접을 해야할 필요가 있거나. 수정보완, 제품 불량처리 등의 문제를 낳게되며, 그 결과 생산수량이 적어지고, 재용접이나 보수에 따른 인건비 상승과 시간낭비, 강도 부족에 의한 파괴 등으로 제품의 신뢰성을 잃게되는 경우가 종종 일어나고 있으므로 심 용접으로 제작되는 연료탱크의 누설방지 및 용접강도 향상을 위하여 많은 연구가 있어야 할 것이다";. 따라서 본 연구에서는 자동차용 연료탱크 제작에 쓰이는 전기아연도금강판 (EGI 강판)에 대해 도금판 그대로.
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