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문제 정의
- CTIG와 비교하여 A-TIG 용접에서 비드폭에 대한용입의 비로 정의되는 형상비에 미치는 아크길이와 실드가스의 영향에 관한 실험을 통해 다음과 같은 결론을얻었다.
제안 방법
- 실제 용접금속 을 녹이는 데는 아크전압에 의한 에너지가 이용된다.' 따라서 본 연구에서는 Fig. 1과 같이 용접기 출력 전압을 계측하고 전극을 단락시켜 계측한 용접회로의 전압을 빼서 아크전압을 구하였다.
- 백킹 플레이트에 의한 열전도의 차에 따른 용입의 변화를 고려하여 시편 양 끝에 블럭을 놓아 용접부는 대기 중에 놓이게 하고 아래보기 자세로 용접하였다. TIG 아크 모니터링 시스템(WAM 3000N)으로 용접 전류, 전압을 계측하였다. 용접 후 Fig.
- 따라서, 본 연구는 깊고 형상비가 큰 용입을 얻기 위하여 활성플럭스와 실드가스를 변경하였다. 활성 플럭스 TiG를 써서 A-TIG 용접을 STS 304 6t에 용융주행(Melt-run)법으로 실시하여 아크길이와 실드가스가용입 형상비에 미치는 영향을 검토하였다.
- 3과 같은 방법으로 용융단면적을 구하였다. 사선을 그은 것과 같이 이면비드의 면적은 잘라내고 언더필의 면적만큼 더해서 계산하였다. 이는 Fig.
- 4의 플럭스 경계면을 기준으로 ±20mm에서 시편을 절단하고 횡단면을 관찰하여 용입과 그 형상비를 측정하였다. 용입 형상비를 구하기 위해 용접 횡단면을 마크로 에칭한 후 CAD 디지타이징하여 용입과 비드폭을 측정하였다.
- TIG 아크 모니터링 시스템(WAM 3000N)으로 용접 전류, 전압을 계측하였다. 용접 후 Fig. 4의 플럭스 경계면을 기준으로 ±20mm에서 시편을 절단하고 횡단면을 관찰하여 용입과 그 형상비를 측정하였다. 용입 형상비를 구하기 위해 용접 횡단면을 마크로 에칭한 후 CAD 디지타이징하여 용입과 비드폭을 측정하였다.
- 용접시편과 용접방향은 Fig. 4와 같게 하였으며 실험 A와 같은 방법으로 용접 전류와 전압을 계측하였고 횡단면을 관찰하였다.
- 사선을 그은 것과 같이 이면비드의 면적은 잘라내고 언더필의 면적만큼 더해서 계산하였다. 이는 Fig. 3의 횡단면에서 용융금속의 양은 이론적으로 언더필 면적과 같은 면적의 이면비드가 나와야 하지만 이횡단면의 선행위치나 후행위치에서 용융금속이 이곳으로 흘러와 언더필 면적보다 큰 면적의 이면비드가 생길 수 있기 때문에 위와 같은 방법으로 용융단면적을계산하였다.
- 활성플럭스와 실드가스를 변경하였다. 활성 플럭스 TiG를 써서 A-TIG 용접을 STS 304 6t에 용융주행(Melt-run)법으로 실시하여 아크길이와 실드가스가용입 형상비에 미치는 영향을 검토하였다.
대상 데이터
- 실험조건에서아크길이 1mm미만은 용융풀의 유동으로 인한 아크길이 변동으로 텅스텐 전극이 손상을 입는 문제점이 자주발생한다. 따라서 아크길이는 hnm이상으로 하여 실험하였다.
- 모재로는 길이 100mm X폭 50mm x두께 6mm의 STS 304판재를 사용하였고, 활성 플럭스 TiO2를 메탄올에 현탁시켜 바른 후 건조시켜 사용하였다.
이론/모형
- 용융효율은 모재로 투입된 에너지에 대한 용접금속을녹이는데 사용된 에너지의 비로서 본 연구에서는 J. Tusek의 용융효율 계산식6)을 이용하였다.
- 6IV였다. 이 후의 전압은 용접기 출력전압에서 용접회로의 전압강하인 1.61V를 뺀 아크 전압으로 표기하였고, 이 값을 용융효율 계산식에 사용하였다.
성능/효과
- 1) 아크길이 1~3mm구간에서 아크길이가 짧아질수록 형상비는 변형 방지에 유리한 큰 값을 가졌고, 특히 A-TIG의 경우가 C-TIG에 비해 현저히 큰 형상 비를 가져서 변형에 유리하다.
- 2) 실드가스 변경 실험에서 형상비는 C-TIG에 비해 A-TIG에서 전체적으로 높았고, A-TIG에서 100% Ar 가스보다 혼합가스와 100% He 가스일 때 큰 형상비를 나타내었지만, Ar-2.5% H2 가스의 경우가 가장 큰형상비 L2를 보였다.
- 3) Ar과 수소혼합가스를 실드가스로 쓸 때는 C-TIG 에 비해 A-TIG의 용융효율이 감소하는 결과를 보였다. 특히 수소 혼합비가 작은 Ar-2.
- A-TIG에서 Ar-H2 혼합가스와 100% He 가스의 경우, 이면비드가 나오는 깊은 용입이 얻어졌다. 그러나비드폭은 Ar-H2 혼합가스의 경우, 100% Ar 가스에비해 좁아졌고 Ar-He 혼합가스와 100% He 가스의경우, 100% Ar 가스에 비해 소폭 증가하였기 때문에형상비는 100% Ar 가스와 비교하여 Ar-H2 혼합가스는 2배 이상 증가한 1.0과 1.2의 값을 가졌고 Ar-He 혼합가스와 100% He 가스는 100% Ar 가스에 비해소폭 증가한 0.57과 0.7정도의 값을 가졌다.
- 아크길이가 짧아질수록빛과 열로 손실되는 열이 감소하여 아크효율이 증가하고 아크폭은 좁아지므로 비드폭이 좁아지고 좁은 통전면에 의해 전류밀도가 증가하여 깊은 용입을 가지게 되어 형상비가 증가한 것으로 판단된다. 따라서 형상비는아크길이가 짧아질수록 변형에 유리한 큰 값을 가졌고, A-TIG용접에서 C-TIG용접 보다 더 큰 경향을 보인다.
- 8은 실드가스 종류에 따른 형상비를 보여준다. 전체적으로 각 가스에서 C-TIG 보다 A-TIG에서 용입과 형상비가 현저히 증가한 것을 볼 수 있다. A-TIG에서 Ar-H2 혼합가스와 100% He 가스의 경우, 이면비드가 나오는 깊은 용입이 얻어졌다.
- 6은 아크길이에 따른 형상비를 보여준다. 전체적으로 아크길이가 짧아질수록 용입은 증가하였고 비드폭은 좁아졌지만, A-TIG의 경우가 C-TIG에 비해 현저히 용입과 형상비가 커졌다. 아크길이가 짧아질수록빛과 열로 손실되는 열이 감소하여 아크효율이 증가하고 아크폭은 좁아지므로 비드폭이 좁아지고 좁은 통전면에 의해 전류밀도가 증가하여 깊은 용입을 가지게 되어 형상비가 증가한 것으로 판단된다.
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