[논문]유체 유동을 고려한 유동부를 갖는 용접부 형상의 마찰용접 해석

염성호; 김범년; 홍성인

유체 유동을 고려한 유동부를 갖는 용접부 형상의 마찰용접 해석
Friction Welding Analysis of Welding Part Shape with Flow Gallery Considered Fluid Flow 원문보기

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.11 no.3 = no.40, 2007년, pp.7 - 12

염성호 (충남대 기계공학과) , 김범년 (한전 전력연구원) , 홍성인 (충남대 기계공학과, 충남대학교 BK21 메카트로닉스사업단)

초록
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마찰용접은 소재를 서로 마찰시켜 마찰열에 의해 용접하는 방법이다. 본 연구는 내부에 유동부를 갖는 부분을 마찰용접을 이용하여 용접했을 때 유체의 유동에 영향이 없는 유동부를 설계하는데 목적을 두고 있다. 용접부의 설계 변수를 결정하고 이에 대하여 마찰용접 해석을 DEFORM-2D를 이용하여 해석을 수행하였다. 마찰용접 해석을 수행하기 위해 온도변화에 따른 마찰계수와 업셋 압력, 소재의 분당회전수, 그리고 유동응력을 입력해 주었다. 해석결과에 따라서 유동에 영향이 없는 용접부의 최적형상을 결정하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Friction welding is a welding method to use frictional heat of a couple of materials. In this paper object is that design the welding part shape with the flow gallery part which there is no effect in flow. Decided the welding part design parameter and doing the friction welding analysis used the rigid-plastic FEM program DEFORM-2D. To do friction welding analysis must input necessary flow stress data, friction coefficient by temperature change, upset pressure and Revolution per minute etc. According to analysis result, it decided the optimal shape of welding part with no effect in flow.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 유한요소 프로그램을 이용하여 마찰용접 해석을 수행하기 위한 해석조건을 결정하고, 마찰용접 시 내부에 유체 유동부를 갖는용접부 형상에 대해 유체 유동에 영향을 주지않은 용접부의 형상을 설계 하는 것을 목적으로 하고 있다.

제안 방법

(1) 마찰용접에 대한 유한요소해석을 수행하기위해 응력-변형률 곡선을 수치해석방법인 외삽법을 이용하여 구하였고, 온도 변화에 따른마찰계수는 실험식으로 구하여 마찰용접의유한요소해석 방법을 정립할 수 있었다.
5 mm 로 하고 #를 0, 5, 10도로 설계하여 각각에 대하여 해석을 수행하였다. 그리고 해석결과 유동부에서 생성된 플래시의 형상을 확인 하였다. 업셋에 의한 가압압력으로 인해 소재의 용접부 부근에서 받는 응력이 국부적으로 항복점 이상의 응력을 받을 수 있기 때문에 해석결과에서 최대응력 값을 확인 하였다.
그리고 해석결과 유동부에서 생성된 플래시의 형상을 확인 하였다. 업셋에 의한 가압압력으로 인해 소재의 용접부 부근에서 받는 응력이 국부적으로 항복점 이상의 응력을 받을 수 있기 때문에 해석결과에서 최대응력 값을 확인 하였다. 마찰용접은 형상의 크기와 마찰 면적에 의해 온도상승 속도가 다르기 때문에 각각의 형상에 동일한 압력을 가할 경우압력이 가해진 소재의 업셋 이동속도가 달라지는 현상이 발생한다.
마찰용접에의해 유동부를 갖는 형상은 유동부 내부에 생기는 플래시를 제거 할 수 없기 때문에 마찰용접후 생긴 플래시가 유동부 유동에 영향이 가장적게 미치는 형상으로 마찰용접부의 형상을 설계하여야 한다. 용접부에서 발생하는 플래시는 용접부의 부피에서 발생하기 때문에 용접부의부피변화를 고려한 형상 변수를 설정하였다.
마찰용접은 형상의 크기와 마찰 면적에 의해 온도상승 속도가 다르기 때문에 각각의 형상에 동일한 압력을 가할 경우압력이 가해진 소재의 업셋 이동속도가 달라지는 현상이 발생한다. 이동속도의 증가에 따라 플래시의 형상이 차이를 보이기 때문에 해석결과 플래시의 형상을 확인 하였다.
플래시가 생성된다. 플래시에 의한 내부유동에 영향이 없어야 하기 때문에 해석결과 각각의형상에 따른 플래시의 형태를 확인 하였다. Fig.

이론/모형

해석에 사용된 DEFORM-2D는 1200 ℃ 까지의 응력 변형률 선도만이 제공되기 때문에 그 이상의 온도 데이터는 사용자가 결정해주어야 한다. 시험에 의해 측정된 데이터를 입력하는 것이 해석에 대한 신뢰성을 높이는 방법이지만 용융점 이상의 응력-변형률 선도를 즉정하는것이 거의 불가능하기 때문에 기존의 물성 데이터를 이용하여 수치해석방법인 외삽법 [11]을 사용하여 용융점 이상의 데이터를 결정하였다. 그리고 마찰계수는 마찰열 상승의 주요 요인으로온도 변화에 따른 마찰계수를 입력해 주어야 한다.

성능/효과

(2) 유체의 유동에 영향을 미치지 않는 용접부의플래시는 용접부의 형상변수 03이 작아 질수록 플래시의 길이가 작아지는 경향을 보였으며 # 의 각의 변화에 따라 플래시에의미치는 영향은 큰 차이를 보이지 않았다.

후속연구

(3) 마찰용접 해석은 구조적인 특징으로 기계적인 결합이 어려운 분야의 연구에 많은 도움이 되리라 판단된다.

참고문헌 (11)

여운기, 김희송, 공창덕, 정종철, "카본/에폭시 복합재로 제작된 수송기계용 추진축의 진동특성에 관한 연구", 한국추진공학회지, 제5권 4호, 2001, pp.31-39

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류시웅, 김건희, 공창덕, 오경원, "유동유체가 흐르는 파이프에 의한 유연 구조물의 진동제어", 한국추진공학회지, 제8권 2호, 2004, pp.25-31

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H.S. Jeong, T. Shinoda, "Fundamentals and Basic Application of Friction Welding", 대한용접학회지, 제15호 6권, 1997, pp.1-12
오정국, 차용훈, 성백섭, 박창언, 김하식, 김충환, "STS304와 S15C 이종마찰압접부의 접합계면 응력해석", 한국공작기계학회논문집, 제11호 4권, 2002, pp.65-71
A. Sluzalec, "Thermal Effect in Friction Welding", Int. J. Mech. Sci, Vol. 32, No. 6, 1990, pp.467-478

상세보기
L. Fu, L. Duan, "The coupled deformation and heat flow analysis by finite element method during friction welding", Weld. Res. Suppl, 1998, pp.202-207
L. D''Alvise, E. Massoni, S.J. Walloe, "Finite element modelling of the inertia friction welding process between dissimilar materials", Int. J. Material Processing Technology, 2002, pp.387-391
Kobayashi, S. Oh, S, & Altan T., Metal Forming and Finite-Element Method. New York; Oxford University Press, 1989
DEFORM-2D Ver.8.1 Manual
강성보, "W-30Cu 합금과 Cu의 마찰용접 특성 및 혼합층에 관한 연구", 충남대학교 박사학위 논문, 2000
M. J. Maron, R. J. Lopez, Numerical Analysis A Practical Approach, WADSWORTH, 1990

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