In this study, the toughness was evaluated by using the instrumented Charpy impact testing procedures for A15083-O aluminum alloy used in the LNG carrying and storing tank. The specimens were GMAW welded with four different mixing shield gas ratios (Ar100%+He0%, Ar67%+He33%, Ar50%+He50%, and Ar33%+H...
In this study, the toughness was evaluated by using the instrumented Charpy impact testing procedures for A15083-O aluminum alloy used in the LNG carrying and storing tank. The specimens were GMAW welded with four different mixing shield gas ratios (Ar100%+He0%, Ar67%+He33%, Ar50%+He50%, and Ar33%+He67%), and tested at four different temperatures(+25, -30, -85, and $-196^{\circ}C$) in order to investigate the influence of the mixing shield gas ratio and the low temperature. The specimens were divided into base metal, weld metal, fusion line, and HAZ specimen according to the worked notch position. From experiment, the maximum load increased a little up to -$85^{\circ}C$ , and the maximum load and maximum displacement were shown the highest and the lowest at -$196^{\circ}C$ than the other test temperatures. The absorption energy of weld metal notched specimens was not nearly depends on test temperature and mixing shield gas ratio because the casting structure was formed in weld metal zone. In the other hand, the other specimens were shown that the lower temperature, the higher absorption energy slightly up to $-85^{\circ}C$ but the energy was decreased so mush at $-196^{\circ}C$.
In this study, the toughness was evaluated by using the instrumented Charpy impact testing procedures for A15083-O aluminum alloy used in the LNG carrying and storing tank. The specimens were GMAW welded with four different mixing shield gas ratios (Ar100%+He0%, Ar67%+He33%, Ar50%+He50%, and Ar33%+He67%), and tested at four different temperatures(+25, -30, -85, and $-196^{\circ}C$) in order to investigate the influence of the mixing shield gas ratio and the low temperature. The specimens were divided into base metal, weld metal, fusion line, and HAZ specimen according to the worked notch position. From experiment, the maximum load increased a little up to -$85^{\circ}C$ , and the maximum load and maximum displacement were shown the highest and the lowest at -$196^{\circ}C$ than the other test temperatures. The absorption energy of weld metal notched specimens was not nearly depends on test temperature and mixing shield gas ratio because the casting structure was formed in weld metal zone. In the other hand, the other specimens were shown that the lower temperature, the higher absorption energy slightly up to $-85^{\circ}C$ but the energy was decreased so mush at $-196^{\circ}C$.
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문제 정의
995%의 He과 Ar을 혼합비율에 맞게 미리 혼합 주문하여 제조함으로서 혼합비의 오차를 최소화하였다. 또한, 시료채취는 (사)한국선그의 규정[5] 따라 용접된 판재로부터 적당한 가공여유를 두고 고루 채취하여 시험의 정확도를 높이고자 하였다.
본 연구에서는 Ar과 He의 혼합보호가스 증 He가스의 사용량을 적절히 제어하여 용접부의 시험온도 및 노치 가공 위치에 따른 인성 변화거동을고찰하고자 하였다. 시험온도는 +25℃, -30℃, -85℃ 및 -196℃로 상온에서부터 극저온까지 단계적으로 실시하였다.
본 연구에서는 저온용기 등에 많이 사용되고 있는 알루미늄 합금 A15083-O 재 용접부에 대한 기계적 적성질 및 충격 인성을 평가하고자 혼합가스 비율 및 입열량을 여러 가지로 달리하여 GMA 용접을 하였다. 계장화 샬피 충격 시험을 통하여 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
이때 사용된 불활성 가스는 Ar과 He으로서 혼합비율을 Arl00%+He0%, Ar67%+He33%. Ar50%+He50% 및 Ar33%+He67%의 4종류로 분류하여 실시하였다. 이때 혼합된 불활성가스는 순도99.
2mm)의 화학적 성분은 Table 1에, 기계적 성질은 Table 2에 각각 나타내었다. GMA 용접은 Fig. 1에 도시한 바와 같이 V-Butt 용접을 하였으며, 이때 루 트간격은 LOmm로 전면 3패스, 후면 1패스 아래보기 용접을 실시하였다. 용접조건은 Table 3과 같다.
따라서 본 연구에서는 용접 전처리로서 산화피막 및 청결을 위해 스테인리스강제 와이어 브러쉬를 이용하여 연마를 용접 바로 직전에 실시하였다[7]. 그리고 용접 후처리로서 응력집중에 의한 균열 발생을 최소화하기 위하여 용접 비드 시종단에 예리한 노치가 없도록 그라인더를 이용하여 제거하였다. 또한, 용접은 작업장 환경즉, 온도, 습도 및 풍속 등에 큰 영향을 받으므로 용접 시공 시 맑은 날씨를 택하였으며, 온도 23c, 습도 60% 및 풍속 0.
[6] 특히 Al-Mg합금에서는 피막이 강하고 두께가 두껍다. 따라서 본 연구에서는 용접 전처리로서 산화피막 및 청결을 위해 스테인리스강제 와이어 브러쉬를 이용하여 연마를 용접 바로 직전에 실시하였다[7]. 그리고 용접 후처리로서 응력집중에 의한 균열 발생을 최소화하기 위하여 용접 비드 시종단에 예리한 노치가 없도록 그라인더를 이용하여 제거하였다.
있다. 또한, 정확한 데이터를 얻고자 A/D변환기 (PowerDAQ PD2-MF)를 이용하여 앰프에서 출력되는 하중 및 변위 값을 오실로스코프 및 XY레코 더 대신 직접 컴퓨터에 입력되는 값을 DASYLab 5.0을 이용하여 분석함으로서 정확성 및 신뢰성을 높이고자 하였다.
본 연구에서는 Ar과 He의 혼합보호가스 증 He가스의 사용량을 적절히 제어하여 용접부의 시험온도 및 노치 가공 위치에 따른 인성 변화거동을고찰하고자 하였다. 시험온도는 +25℃, -30℃, -85℃ 및 -196℃로 상온에서부터 극저온까지 단계적으로 실시하였다.
저온시험 중 -30℃ 및 -85℃ 의 경우 코일형 동관을 내부에 삽입하여 자체 제작한 챔버 내에 석유에테르를 채운 뒤 액체질소를 동관의 한쪽 끝에서 주입 하여 다른 끝을 통해 대기 중으로 배출하는 방식을 사용하였으므로 액체질소와 석유에테르는 직접적인 접촉 없이 동파이프를 통해 간접적으로 매 분당 약 3℃ 씩 냉각되었으며 , 설정온도에 도달 후 시험편 전체가 균일한 온도분포를 할 수 있도록 약 30분간 유지시킨 후 실험을 실시하였다. 이때 자동 온도조절을 위해 써모커플, 온도조절장치 및 솔레노이드 밸브가 장치되었으며, 석유에테르의 균일한 온도분포 및 원활한 열전달을 위해 챔버 내부에 소형 교반기(Stirrer)을 설치하였다.
충격시험 편은 용접이 끝난 판재를 적당한 가공여유를 두고 압연방향과 평행하게 절단하여 단면의 크기가 표준시편의 크기인 10×10mm가 되도 록 밀링가공을 실시하였다. 이렇게 만들어진 길이가 긴 사각봉재는 다시 용접부를 잘 연마후Kellers 용액 [Methanol(25ml)+Hydrochloric acid(25ml)+Nitric acid(25ml)+Hydrofluoricacid(3ml)]으로 에 칭하여 용접부의 형상이 잘 나타나도록 한 후 노치를 가공할 위치를 표시하였다.
그리고 이 위치가 시험편의 중앙에 오도록 길이의 잉여분을 절단제거 하였다. 표시된 위치에 노치가 공은 0.15mm 두께의 다이아몬드 휠커터를 이용 하여 2mm의 깊이로 해당 위치에 가공하였다. 이 때 용접이 압연방향에 직각으로 수행되었으므로 노치 의 길 이방향 역시 압연 방향에 수직으로 가공되었다.
대상 데이터
시험재료는 LNG 저장용기 재료로 많이 사용되고 있는 Al-Mg계 알루미늄 합금재 인 A15083-O이다. 모 재 및 본 용접에 사용된 용접와이어 A15183-WY( 0 1.
성능/효과
1) 모든 불활성 가스 혼합비율 및 시험온도에서 흡수에너지는 용착금속부, 용접 선 및 HAZ 순으로 증가하였다.
2) 용착금속부의 흡수에너지는 모든 불활성 가스 혼합비율 및 입열량에서 모재의 약 30% 정도로 낮 게 나타났다.
4) 시험 온도가 -85℃ 까지 낮아질수록 최대 하중 및 변위에는 큰 차이가 없이 흡수에너지가 다소 증가하였으나 -196℃에서는 최대하중이 가장 크게 나타난 반면 변위는 가장 낮게 나타났다.
그러나 흡수에너지가 상온에서 -85℃ 까지는 용접 선 시험편 편보다 약 20J정노 증가하였으나 극지온인 -196℃ 에서는 거의 유사한 값을 나타내고 있다. 또한 모든 시험온도에서 Ar33%+ He67%가 가장 높았으며, Arl00%+He0%가 가장 낮은 흡수에너지를 나타내고 있다.
또한 시험온도가 낮아질수록 최대하중은 다소 증가하여 -196℃에서 가장 크게 나타났 으나 변위는 감소하는 경향을 나타내었다.
그리고 용접 후처리로서 응력집중에 의한 균열 발생을 최소화하기 위하여 용접 비드 시종단에 예리한 노치가 없도록 그라인더를 이용하여 제거하였다. 또한, 용접은 작업장 환경즉, 온도, 습도 및 풍속 등에 큰 영향을 받으므로 용접 시공 시 맑은 날씨를 택하였으며, 온도 23c, 습도 60% 및 풍속 0.6m/sec 이하의 조건에서 실시함으로서 결함발생을 최소화하였다.
2는 각각의 불활성가스 혼합비율에 따른 용착금속부의 사진으로서 충격시험편의 노치 선단 에 해당하는 깊이 2mm 위치이다. 사진에 나타난 바와 같이 Mg이 MgzAL의 고용체로서 전체에 미 세하게 분산석출된 모습을 볼 수 있으며, 보호가스에 He의 사용량이 증가할수록 기공은 감소하여 Ar33%+He67%에서는 기공이 거의 나타나지 않고있다. 또한 모든 불활성가스 혼합비율 및 입열량에서 고온균열 및 산화피막 혼입 등은 발견되지 않았는데 이는 GMA 용접 시 사용한 용접와이어 에 Si함량이 적고 Mg함량이 모재보다 높으므로 Mg2Si 결정이 입계에 편석하여 내고온균열성을 저해 하지 않았고, 용접 전 처리 및 후처 리그 철저히 실 시 하였기 때문으로 사료된다.
12~13은 -30℃ 및 -85℃에서 수행된 결과를 나타내고 있다. 상온의 결과와 동일하게 흡수에너지는 용착금속부, 용접 선 및 HAZ 순으로 증가하며, He의 혼합량이 증가할수록 흡수에너지는 증가하는 경향을 보였다. 그러나 HAZ의 흡수에너지 가 모 재의 흡수에너지 보다 높은 값을 나타내고 있다.
전체적으로 볼 때, 용착금속은 가장 낮은 최대하중을 나타내었으며, 용접부는 모재보다 낮은 값을 나타내었다. 또한 시험온도가 낮아질수록 최대하중은 다소 증가하여 -196℃에서 가장 크게 나타났 으나 변위는 감소하는 경향을 나타내었다.
8에서 용착금속부는 시험온도가 상온에서 - 85c까지 감소할수록 흡수에너지는 증가하는 경향 을 보이나 -196℃에서는 감소함을 보여준다. 흡수에너지는 모재가 가장 높았고 Arl00%+He0%가 가장 낮은 값을 나타났으며, 모재와 용접재의 지흡수에너지 차이가 크게 나타났다.
흡수에너지는 불활성 가스에 He의 혼합량이 증가할수록 증가하여 Ar33%+He67% 혼합비에서 저온인성이 가장 우수하게 나타났다. 시험온도가 - 85℃ 까지 낮아질수록 흡수에너지는 증가하다가 - 196℃ 에서는 낮아짐을 알 수 있다.
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