[논문]가스텅스텐아크 용접한 클래드(A4045/A3003) 알루미늄 합금의 기계적성질 및 미세조직

김기빈; 국진선; 윤동주; 김병일; 이일천

doi:10.5781/kwjs.2008.26.4.073

문제 정의

5mm, 외경이 22mm의 것이 사용되는데, 이는 폭 68mm의 판재가 롤 성형되어야 제조가 가능하다. 따라서 본 연구에서는 폭 68mm, 두께 1.5mm인 클래드(A4045/A3003)알루미늄합금 판재를 맞대어 가스텅스텐 아크용접하여 시험편을 제작하고 용접조건 이 미치는 열영향부의 기계적 성질과 피재로서 작용하 는 A4045합금용접부에 대한 조직변화에 주안점을 두어 용접부의 특성을 조사하였다.
본 연구에서는 클래드(A4045/A3003)알루미늄합금 판재의 가스텅스텐 아크 용접부의 용접조건이 미치는 열영향부의 기계적 성질과 조직변화를 조사하였으며, 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다.

제안 방법

경도측정 은 마이 크로비커스 경도기 를 사용하였으며 , 용접부와 열영향부를 포함한 모재부의 경도측정은 용접선을 가로지르는 방향으로 0.2mm마다 측정하였고 각 각 3회 측정하여 평균값으로 나타내었다. 이때 시험하중은 100g, 가압시간은 15초였다.
5mm의 시 험편에 대해서 용접성을 조사한 결과 전압 35V로 고 정하고 용접전류를 80~140A로 변화시켰을 때 양호한 비드가 형성되는 조건은 100〜120入였다. 따라서 이러한 조건으로 아르곤가스 분위기하에서 3m/min의 속도로 별도의 용접봉과 용가제를 사용하지 않고 맞대기 용접하여 시험편을 제작하였다.
7은 시험편 C(압연방향과 평행으로 용접)의 용접전류에 따른 용접부의 경도분포를 나타낸 것이다. 용접부의 구분은 광학현미경에서의 경도위치에 따른 경도값의 변화에 따라 용착부, 열영향부, 모재부로 구분하였다. 100A의 경우 용착부의 경도는 모재부의 경도와 비슷한 Hv 52정도를 나타내었으나, 접합계면을 포함한 열영향부 고온역에서는 Hv 35로 현저히 감소하였고 열영향부의 저온역에서 모재로 갈수록 점차 증가하여 모재의 경도에 도달하였다.

대상 데이터

용접부의 미세조직관찰에는 광학현미경(OM) 및 주 사전자현미경 (SEM)을 이용하였다. 미세조직관찰을 위한 부식액으로는 Keller 용액(HC1 1.5% HNO3 2.5%, HF 1%, H2O 95%)을 사용하였다.
2와 같다. 시험편 A는 스트립의 길이방향(압연방향)으로 채취한 원소재의인장 시험편이고, 시험편 B와 C는 각각 스트립의 길이방향 에 대하여 수직 및 평행하게 용접한 시험편이다. 인장 시험은 KS B 0802에 의하였으며, Cross-head의 이동속도는 10 mm/min으로 하였다.
실험에 사용된 클래드(A4045/A3003) 알루미늄합금은 독일의 HYDRO사에서 생산된 것으로 두께 및 폭은 각각 1.5mm 및 68mm이며 질별은 H14(가공경화만 하여 인장강도가 1/2경질로 한 것)였다. 이 판재의 클래드율은 A4045층이 전체두께의 10%로서 약 0.
인장시험에 사용된 시험편은 KS B 08()1에서 규정 하는 정형시험편(5호)으로 Fig. 2와 같다. 시험편 A는 스트립의 길이방향(압연방향)으로 채취한 원소재의인장 시험편이고, 시험편 B와 C는 각각 스트립의 길이방향 에 대하여 수직 및 평행하게 용접한 시험편이다.

이론/모형

용접부의 미세조직관찰에는 광학현미경(OM) 및 주 사전자현미경 (SEM)을 이용하였다. 미세조직관찰을 위한 부식액으로는 Keller 용액(HC1 1.

성능/효과

5mm였으며, 열영향부의 길이는 약 6mm에 달하였다. 35V, 120A로 용접한 경우(b) 용접부의 길이는 약 3.5mm이었고 열영향부의 길이는 약 8mm에 달하였다. 용착부의 형상은 용입량이 증가에 따라 그 폭이 넓어지며, 개선각이 없는 맞대기 용접부이지만 용입형태는 A3003의 하단부까지는 용입량이 감소하다가 A4045 부근에서는 다시 증가하는 형태를 보였다.
1) 스트립의 압연방향에 수직한 방향으로 용접한 시 험편은 열영향부에서 파단이 발생하여 모재보다 용접강 도가 낮았고, 평행방향으로 용접한 시험편은 모재와 비 슷한 용접강도를 나타내었다.
용접부의 구분은 광학현미경에서의 경도위치에 따른 경도값의 변화에 따라 용착부, 열영향부, 모재부로 구분하였다. 100A의 경우 용착부의 경도는 모재부의 경도와 비슷한 Hv 52정도를 나타내었으나, 접합계면을 포함한 열영향부 고온역에서는 Hv 35로 현저히 감소하였고 열영향부의 저온역에서 모재로 갈수록 점차 증가하여 모재의 경도에 도달하였다. 120A의 경우 용착부의 경도는 모재부의 경도보다 약간 낮은 Hv 48정도를 보였으며, 접합계면을 포함한 열영향부 고온역에서는 Hv 33로 현저히 감소하였고 열영향부의 저온역에서 모재로 갈수록 점차 증가하여 모재의 경도에 도달하였다.
100A의 경우 용착부의 경도는 모재부의 경도와 비슷한 Hv 52정도를 나타내었으나, 접합계면을 포함한 열영향부 고온역에서는 Hv 35로 현저히 감소하였고 열영향부의 저온역에서 모재로 갈수록 점차 증가하여 모재의 경도에 도달하였다. 120A의 경우 용착부의 경도는 모재부의 경도보다 약간 낮은 Hv 48정도를 보였으며, 접합계면을 포함한 열영향부 고온역에서는 Hv 33로 현저히 감소하였고 열영향부의 저온역에서 모재로 갈수록 점차 증가하여 모재의 경도에 도달하였다. 따라서 용접부 및 열영향부의 경도분포는 100A보다 120A에서 다소 감소하는 경향을 나타내었다.
2) 경도는 용착부가 모재와 비슷하였으나 열영향부는 모재보다 현저히 저하하였다. 이러한 현상은 열화효과 로 인한 가공경화의 효과가 감소되었기 때문이다.
3) A4045층은 용접 열변형에 보다 민감하게 작용하였으며 계면에서 비교적 큰 상의 변화가 관찰되었다.
4) 35V, 120® 용접조건에서 A40皿5의 Si는A3003의 용접부까지 확산되어 미소한 강도의 감소원인이 되었다.
120A의 경우 용착부의 경도는 모재부의 경도보다 약간 낮은 Hv 48정도를 보였으며, 접합계면을 포함한 열영향부 고온역에서는 Hv 33로 현저히 감소하였고 열영향부의 저온역에서 모재로 갈수록 점차 증가하여 모재의 경도에 도달하였다. 따라서 용접부 및 열영향부의 경도분포는 100A보다 120A에서 다소 감소하는 경향을 나타내었다.
시험편 A의 인장강도는 약 162MPa, 항복강도는 약 140MPa을 나타내었다. 시험편 B는 인장 강도가 약 135MPa로 감소하였고, 항복강도는 약98MPa로 현저히 감소하였다. 시험편 C는 인장강도가 약 155MPa 감소하였고, 항복강도는 약 118MR로 다소 감소하였다.
시험편 B는 인장 강도가 약 135MPa로 감소하였고, 항복강도는 약98MPa로 현저히 감소하였다. 시험편 C는 인장강도가 약 155MPa 감소하였고, 항복강도는 약 118MR로 다소 감소하였다. 강도는 시험편 B 및 시험편 C에서 용접전류의 변화에 따라서 큰 변화를 보이지 않았지만 100A의 경우가 약간 높은 값을 보였다.
연신율은 시험편 A가 약 10%이었고 시험편 B는 용접전류와 상관없이 모두 약 4%로 현저히 감소하였다. 반면 시험편 C는 용접전류와 상관없이 모두 약 11%로 시험편 A보다 다소 증가하였다.
1에 나타내었다. 예비실험으로 폭 68mm, 두께 1.5mm의 시 험편에 대해서 용접성을 조사한 결과 전압 35V로 고 정하고 용접전류를 80~140A로 변화시켰을 때 양호한 비드가 형성되는 조건은 100〜120入였다. 따라서 이러한 조건으로 아르곤가스 분위기하에서 3m/min의 속도로 별도의 용접봉과 용가제를 사용하지 않고 맞대기 용접하여 시험편을 제작하였다.

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