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문제 정의
- 한편, 본 연구에서는 실용적 접근의 관점에서 고강도 상용 합금을 이용하여 전자기펄스용접 시 접합간격이 용접강도에 미치는 영향에 대하여 파악하고자 하였다.
제안 방법
- 가공된 파이프는 Fig. 4에서와 같이 전자기펄스코일 내에 정확히 위치시켜 접합간격별, 소재 조합별로 4.5~ 6.5kV의 인가전압 범위에서 용접을 실시하였다. Table 1은 본 실험변수를 정리한 것이다.
- 로고스키 코일은 반경이 작은 코일을 토러스상의 절연물에 붙여 감아서 만든 것으로 피측정 전류에 의하여 만들어지는 자속의 변화를 검출하여 전류를 구한다. 본 연구에서는 전자기 펄스용접 코일의 출력단에 로고스키 코일을 감았으며,오실로스코프에는 어댑터를 적용하여 연결하였다 .
- 용접된 시편은 표면의 변화를 파악하기 위해 접합간격 및 인가전압별 변형폭을 3회 평균하여 측정하였으며, 용접강도는 만능시험기(UTM, 50ton)을 이용하여 5mm/miri의 속도로 압축강도로 3회 평균하여 평가하였다.
- 용접부는 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 계면형상 및 금속간화합물을 관찰하였으며, EDS (Energy dispersive spectroscopy) 로 계면 성분을 파악하였다.
- 전자기펄스용접 시 인가전압에 따른 펄스파형은 Fig. 2에서와 같은 로고스키 (Rogovski) 코일을 장착하여 오실로스코프를 이용하여 파악하였다. 로고스키 코일은 반경이 작은 코일을 토러스상의 절연물에 붙여 감아서 만든 것으로 피측정 전류에 의하여 만들어지는 자속의 변화를 검출하여 전류를 구한다.
- 전자기펄스용접을 위해 본 연구에서는 이스라엘 PULSAR에서 도입한 Fig. 1에서와 같은 전자기펄스 용접장치(MPW 25/9)를 이용하여 용접을 실시하였다. 전자기 펄스용접장치는 25kJ 급으로.
- 3에서와 같이 기능적으로 각각 A:내부지지부, B:용접구간, C:지그지 지부로 이루어지도록 가공하였다. 접합간격(외부파이프 와 내부파이프 간 간격)은 내부지지부의 직경을 $17- 19mm로 가공하여 L5~2.5 mm로 변화시켰다.
대상 데이터
- 접합간격에 따른 용접강도 파악을 위해 외부소재는 외경 $25mm, 두께 L5mmt의 알루미늄 A6063 파이프, 내부소재는 알루미늄 A6061 및 순동(C1221)을 사용하였으며, 내부소재의 형상은 Fig. 3에서와 같이 기능적으로 각각 A:내부지지부, B:용접구간, C:지그지 지부로 이루어지도록 가공하였다. 접합간격(외부파이프 와 내부파이프 간 간격)은 내부지지부의 직경을 $17- 19mm로 가공하여 L5~2.
성능/효과
- Fig. 9(a)에서 접합간격이 좁은 1.5mm의 경우에는 충격을 줄 수 있는 이송거리가 짧아 양호한 용접이 될 수 없었고, 인가전압을 6kV로 증가시킨 경우 압축강도가 증가하였다. 한편, 5.
- 1) 전자기펄스 방출시간은 인가전압이 변하더라도 변화가 없었다.
- 2) 전자기펄스용접에서 접합간격의 증가는 같은 인가 전압에서 변형부 폭을 증가시키는 역할을 하였다.
- 3) 접합간격이 증가함에 따라 압축강도가 증가하다가 감소하는 경향을 가지는 것은 접합간격이 너무 넓은 경우 시험편의 변형에 대한 저항력이 충돌속도를 감쇄시키는 역할을 하였기 때문이다.
- 4) 이종소재인 알루미늄과 구리에 대한 전자기펄스용접 결과 용접계면에서는 Yi-CtuAk으로 추정되는 금속 간화합물이 관찰되었다.
- 용접계면에서는 전자기펄스용접에 의한 웨이브를 관 찰할 수 있으며, 특이사항으로 계면사이에서 금속간화 합물이 형성되어 있는 것을 관찰할 수 있다. EDS 분석 결과 금속간화합물은 A1: 45.3 wt%, Cu: 51.6 wt%, 0: 3.1 wt%로 구성되어 있는 것으로 확인되었다. M.
- 용접부에서는 전자기펄스용접 시 볼 수 있는 전형적인 웨이브 형상을 관찰할 수 있으며, 일부에서는 계면을 따라 미접합부가 일부 남아 있는 것을 볼 수 있다. 계면에서의 제 2상 형성유무를 파악하기 위해 EDS (Energy dispersive spectroscopy) 분석을 실시한 결과 특이한 상형성은 없는 것으로 확인되었다.
- 따라서 본 압축시험을 통하여 용접부의 양호 및 불량을 판단할 수 있으며, 용접부가 양호한 경우에는 외부 응력에 대하여 외부 알루미늄 파이프가 변형되면서 최대값을 나타내었고, 용접이 불량한 경우에는 압축 도중 계면이 분리되면서 낮은값을 얻었다.
- 만능시험기를 이용하여 용접부의 압축강도를 시험한 결과 Fig. 8에서와 같이 압축응력에 의해 외부파이프가 변형되는 경우와 외부파이프는 변형되지 않고 내부파이프만 밀려나는 크게 2종류로 관찰되었다.
- 이는 앞서 변형부 폭의 변화와는 차이를 나타내는데, Aizawa7>에 의하면 전자기펄스용접에서 충돌속도는 접합간격이 증가함에 따라 증가하다가 임계값 이후 다시 감소하는 경향을 가지는 것으로 보고하였다. 본 실험에서도 이와 유사한 경향을 나타내는 것으로 파악되었는데, 이는 접합간격이 너무 좁은 경우에는 충분한 가속도를 얻을 수 없고, 접합간격이 너무 넓은 경우에는 시험편의 변형에 대한 저항력이 충돌속도를 감쇄시키는 역할을 한 것으로 보인다.
- 외부파이프가 변형된 경우에 대하여 시편을 절단하여 단면을 확인한 결과 두 시편은 서로 계면 접합되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
- 전압을 동일하게 인가 시 접합간격이 증가함에 따라 변형부의 폭은 증가하는 것으로 나타났다. 알루미늄 동종 간의 용접에서는 5.
후속연구
- 8Hv)와 비교시 구리 에 가까운 값으로 나타났다. 이러한 금속간화합물의 보다 정확한 형성과 원인에 대하여는 보다 깊은 연구가 필요할 것으로 사료된다.
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