[논문]Al6082-T6의 MIG용접부에서 입열량에 따른 열영향부의 연화와 인장특성에 관한 연구

백상엽; 박경도; 김원일; 조상명

doi:10.5781/kwjs.2011.29.1.059

Al6082-T6의 MIG용접부에서 입열량에 따른 열영향부의 연화와 인장특성에 관한 연구
A Study on Tensile Properties and HAZ Softening Depending on the Amount of Heat Input in MIG Welding of Al6082-T6 원문보기

大韓溶接·接合學會誌 = Journal of the Korean Welding and Joining Society, v.29 no.1, 2011년, pp.59 - 64

백상엽 (한국폴리텍VII대학 산업설비자동화과) , 박경도 (동환산업(주) 기술연구소) , 김원일 (경남대학교 기계자동화공학부) , 조상명 (부경대학교 신소재공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Al6082-T6 is widely used because of its corrosion resistance and excellent strength. HAZ softening occurs in MIG welding process for this aluminium alloys because this aluminium alloy is heated to higher temperature than its aging temperature during welding. Therefore, low heat input and minimum standard deviation of heat input are required for narrow HAZ width and, for higher strength of welds. In this study, Al6082-T6 was used to examine for HAZ softening with various heat input in aluminium MIG welding. For weldments, micro hardness was measured and tensile test was carried out. Minimum hardness was increased at high speed welding such as 80cm/min and 120cm/min in welding speed comparing with 40cm/min. Also, in case of high speed welding such as 80cm/min and 120cm/min, tensile strength of weldments was increased about 10% comparing with low speed welding(40cm/min).

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 Al6082-T6 합금에 대한 MIG용접부의 연화특성 및 강도특성에 미치는 용접 변수의 영향을 확인하기 위하여 수행하였다.

제안 방법

2.2.2 입열량에 따른 HAZ연화 및 인장특성검토 실험 앞의 실험을 통하여 얻어진 최적 펄스 조건을 사용하여 HAZ연화 특성 검토 실험을 하였다.
6축 다관절 로봇을 사용하여 Bead On Plate 용접으로 One pulse one drop의 최적 스프레이 이행 조건 검토 후 I-그루브 맞대기 용접을 하여 열영향부의 연화 및 인장특성을 검토하였다.
HAZ에서의 경도 변화를 관찰하기 위해 미세경도를 측정하였다.
HAZ연화에 의한 강도 저하 특성을 확인하기 위하여 인장시험을 하였고, 인장시험은 용접부의 덧살을 제거한 후 수행하였다.
Cho³⁾ 등의 선행연구를 참고로 하여 수행되었다. 각 펄스 에너지(Pulse energy) 조건에서 상대적 아크길이(Comparative Arc Length)를 변경하여, 펄스 에너지별 단락시간비 10%인 영역을 설정하고 단락주파수비, 펄스 주기의 표준편차, 단락위치(T_ps)의 표준편차를 검토하여 One pulse one drop이 구현되는 펄스에너지 조건을 찾고, 그 조건에서 상대적 아크길이를 변경하여 단락이 해소되어 스프레이 이행이 구현되는 단락시간비 0.03%이하의 조건을 선택하였다.
미세경도 측정은 시험편 표면에서 2mm위치의 퓨젼 라인으로부터 모재까지 0.2mm간격으로 측정하였으며 하중조건은 100gf 이었다.
본 연구에서는 7mm두께의 시효경화 합금 알루미늄 Al6082-T6에 대하여 직경 1.2mm의 AWS ER 5356 Filler metal로 펄스 MIG (Metal Inert Gas) 용접을 실시하였다.

이론/모형

본 실험은 D.M.Kim, S.M.Cho³⁾ 등의 선행연구를 참고로 하여 수행되었다. 각 펄스 에너지(Pulse energy) 조건에서 상대적 아크길이(Comparative Arc Length)를 변경하여, 펄스 에너지별 단락시간비 10%인 영역을 설정하고 단락주파수비, 펄스 주기의 표준편차, 단락위치(T_ps)의 표준편차를 검토하여 One pulse one drop이 구현되는 펄스에너지 조건을 찾고, 그 조건에서 상대적 아크길이를 변경하여 단락이 해소되어 스프레이 이행이 구현되는 단락시간비 0.

성능/효과

1) HAZ는 모재경도인 95Hv에 비해서 용접속도 40cm/min의 경우 최저경도는 47% 감소하였고, 연화부 폭은 18mm이었지만, 80cm/min과 120cm/min의 고속용접에서는 최저경도는 36%, 29%감소하였고, 연화부 폭은 12mm, 6mm로 감소하였다.
2) HAZ 연화의 원인 규명을 위해 조직관찰 결과 HAZ에 있던 석출물이 분해된 것을 확인하였다. 이는 Al6082-T6 합금이 용접되는 동안 HAZ가 석출상의 용해온도보다 높은 온도로 가열되었기 때문으로 사료된다.
3) 맞대기용접 시편의 인장시험 결과, 용접속도 40cm/min에서의 인장 강도는 202.6MPa로 모재인장강도 310MPa의 약 65%수준이었으나 용접속도 80cm/min, 120cm/min의 고속 용접에서는 약 221MPa로 모재강도의 71%정도로 거의 일정하였다.
4) HAZ의 연화가 심하지 않도록 하여 Al6082-T6의 맞대기 이음 용접부의 인장강도 저하를 완화하기 위해서는 고속용접을 하여 HAZ의 폭이 좁으면서도 최저경도가 지나치게 낮아지지 않도록 하는 것이 바람직하다.
11에는 각 용접 속도에 따른 인장시험 결과로서 용접 속도가 증가할 때, 인장강도가 증가하며 앞에서 관찰한 경도측정 결과와 동일한 경향을 나타내었다. 40cm/min의 경우는 202.6MPa (35%감소), 80cm/min 이상의 용접속도에서는 221MPa (29%감소)로 80cm/min 이상의 고속 용접에서는 약 10% 정도 향상 된 인장강도를 확보할 수 있었다.
모재의 평균경도 95Hv에 대해 HAZ의 최소경도는 용접속도 40CPM의 경우는 50Hv(47%감소)로서 HAZ의 폭은 약18mm, 80CPM에서는 HAZ의 최소경도 61Hv(36%감소)로서 폭은 약12mm이었으며, 120CPM에서는 67Hv(29%감소)로서 폭은 6mm정도이었고, 용접속도가 증가하여 입열량이 감소 될수록 최소경도는 높아지는 경향을 보였다.
본 연구에서도 용접속도를 증가시켜 냉각속도를 빠르게 한 경우가 Fig. 8에서 나타낸 바와 같이 석출물의 분해가 방지되어, Fig. 9와 같이 좁은 열영향부를 나타내며 열영향부의 경도도 더욱 높은 값을 나타냄을 알 수 있었다.
인장시험 결과로 보아 80cm/min이상의 고속 용접에서는 HAZ연화의 정도를 감소시킬 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Al6082-T6의 MIG용접에서 입열량에 따른 열 영향부의 연화와 인장특성에 관한 연구를 통해 얻은 결론은?	1) HAZ는 모재경도인 95Hv에 비해서 용접속도 40cm/min의 경우 최저경도는 47% 감소하였고, 연화부 폭은 18mm이었지만, 80cm/min과 120cm/min의 고속용접에서는 최저경도는 36%, 29%감소하였고, 연화부 폭은 12mm, 6mm로 감소하였다. 2) HAZ 연화의 원인 규명을 위해 조직관찰 결과 HAZ에 있던 석출물이 분해된 것을 확인하였다. 이는 Al6082-T6 합금이 용접되는 동안 HAZ가 석출상의 용해온도보다 높은 온도로 가열되었기 때문으로 사료 된다. 3) 맞대기용접 시편의 인장시험 결과, 용접속도 40cm/min에서의 인장 강도는 202.6MPa로 모재인장강도 310MPa의 약 65%수준이었으나 용접속도 80cm/min, 120cm/min의 고속 용접에서는 약 221MPa로 모재강도의 71%정도로 거의 일정하였다. 4) HAZ의 연화가 심하지 않도록 하여 Al6082-T6의 맞대기 이음 용접부의 인장강도 저하를 완화하기 위해서는 고속용접을 하여 HAZ의 폭이 좁으면서도 최저경도가 지나치게 낮아지지 않도록 하는 것이 바람직하다.
	알루미늄 합금 Al6082-T6의 장점과 활용 분야는?	알루미늄 합금 Al6082-T6는 북유럽 등의 선진국에서는 그 뛰어난 해양 내식성과 우수한 강도로 인해 해양구조물의 헬리덱크(Helideck), 타워 갱웨이(Tower gangway)등의 해양구조물과 플랫폼(Flatform), 알루미늄 래더(Aluminium ladder)등의 선박부품, 차량, 기계부품 분야에서 전 세계적으로 널리 사용되기 시작하였다.
	Al6082-T6에서 MIG용접시 발생하는 현상은?	Al6082-T6의 MIG용접시 용접열영향부(HAZ)의 강도가 모재에 비해 지나치게 떨어지는 연화현상이 발생 한다1,2). 이러한 연화현상은 T6열처리합금에서 나타나는 현상으로 170~200℃범위의 온도에서 인공 시효처리 된 합금이 용접되는 동안 시효 온도 이상으로 가열되면서 강도 확보를 위해 석출되었던 석출물들이 분해 및 조대화 되면서 발생하는 현상이다.

참고문헌 (8)

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Rakesh Kumar, Ulrich Dilthey, D.K. Dwivedi, S.P. Sharmar P.K. Gosh : Welding of thin sheet Al alloy (6082) by using Vario wire DC P-GMAW ; Int J Adv Manuf Technol 42 (2009), 102-117

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D.M.Kim, S.M.Cho : A decision method of the pulse waveform for perfect spray transfer with 1 pulse 1 drop in MIG welding of stainless steel. Proceeding of KWS, 45 (2005), 258-261 (in Korean)
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A. Scialpi, L.A.C. De Filippis, P. Cavaliere : Influence of shoulder geometry on micro structure and mechanical properties of friction stir welded 6082 aluminium alloy ; Materials and Design 28 (2007), 1124-129

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