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[국내논문] [논문 철회] 친환경 레져선박에 적용되는 Al 5083 합금의 인장특성 및 열응력에 미치는 용접조건의 영향
[Retracted] The Effect of Welding Conditions on Tensile Characteristics and Thermal Stress of Al 5083 Alloy Applied to Co-environmental Leisure Ships 원문보기

大韓造船學會 論文集 = Journal of the society of naval architects of korea, v.51 no.6, 2014년, pp.548 - 555  

문병영 (군산대학교 조선공학과) ,  이기열 (군산대학교 조선해양대학원전문인력양성사업단) ,  김규선 ((주)삼원중공업)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

As a considerable, experimental approach, an Auto-carriage type of $CO_2$ welding machine and a MIG(Metal Inert Gas) welding robot under inert gas atmosphere were utilized in order to realize Al 5083 welding applied to hull and relevant components of green Al leisure ships. This study aim...

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문제 정의

  • 본 연구의 목적은 친환경 레져선박 제조시 이용되는 Al 5083 합금의 실제 용접작업 중 예상되는 열변형과 용접작업 후 인장특성에 미치는 용접작업 조건(전류, 전압, 용접속도 등)의 영향을 검토하여 향후 친환경 레져선박 제조시 용접관련 제반자료를 제공함에 있다. 특히 Al 5083 소재의 물성 및 기계적 성질을 고려하여 Al 용접시 여러 변수들을 분석함으로써 열변형을 최소화할 수 있는 작업조건을 제시하고, 현장 적용이 가능한 용접사양 절차서의 기초자료를 확보하는 데에 주안점이 있다.
  • 본 연구의 목적은 친환경 레져선박 제조시 이용되는 Al 5083 합금의 실제 용접작업 중 예상되는 열변형과 용접작업 후 인장특성에 미치는 용접작업 조건(전류, 전압, 용접속도 등)의 영향을 검토하여 향후 친환경 레져선박 제조시 용접관련 제반자료를 제공함에 있다. 특히 Al 5083 소재의 물성 및 기계적 성질을 고려하여 Al 용접시 여러 변수들을 분석함으로써 열변형을 최소화할 수 있는 작업조건을 제시하고, 현장 적용이 가능한 용접사양 절차서의 기초자료를 확보하는 데에 주안점이 있다.
  • 본 연구에서는 열변형을 최소화하는 용접작업 조건을 확보하고자 CO2 용접을 통해 용접조건을 검토 및 분석하였다. CO2 용접은 주지하다시피 보호가스로 이산화탄소를 이용하며 모재와 용접토치 사이에 아크방전을 일으켜 발생한 열로 용접부를 용접하는 반자동 용접법(semi-automatic welding)으로 플럭스가 와이어에 내장된 플럭스코드 와이어(flux cored wire)를 이용한다.
  • CO2 용접은 주지하다시피 보호가스로 이산화탄소를 이용하며 모재와 용접토치 사이에 아크방전을 일으켜 발생한 열로 용접부를 용접하는 반자동 용접법(semi-automatic welding)으로 플럭스가 와이어에 내장된 플럭스코드 와이어(flux cored wire)를 이용한다. 본 연구에서 적용된 CO2 용접기의 경우 용접속도 controller가 부착된 Auto-carriage 형식의 용접기를 이용하였으며 열화상카메라를 설치하여 시간에 따른 온도변화 데이터를 얻고자 하였다.
  • 용접작업 절차와 관련, 용접조건(150A, 16V 및 6mm/sec)을 우선 맞추고 용접속도 controller에 부착된 출발 버튼을 누르면 사전에 세팅된 속도로 일정하게 이동하면서 Al 시편에 대해 용접을 실시하였다. 그 과정을 시간별로 열화상카메라를 이용하여 측정을 하였으며 사전에 세팅된 측정 위치에서 시간에 따른 온도변화 데이터를 얻고자 하였다. 본 연구에서 열변형 관련 시험분석에 이용된 Auto-carriage 형식의 CO2 용접실험 장치 및 기자재가 Fig.
  • 본 연구에서는 열변형을 최소화하는 용접조건을 확보하고자 용접속도 controller가 부착된 Auto-carriage 형식의 CO2 용접기를 이용하였으며 열화상카메라를 설치하여 시간에 따른 온도변화 데이터를 얻고자 하였다. 이 과정에서 실제 관련 데이터의 분석을 통해 Al 모재의 표면결함을 줄이면서 열변형을 최소화할 수 있는 용접조건(전류, 전압, 용접속도 등)을 설정하고자 하였다.
  • 용접기를 이용하였으며 열화상카메라를 설치하여 시간에 따른 온도변화 데이터를 얻고자 하였다. 이 과정에서 실제 관련 데이터의 분석을 통해 Al 모재의 표면결함을 줄이면서 열변형을 최소화할 수 있는 용접조건(전류, 전압, 용접속도 등)을 설정하고자 하였다.
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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Al 제품 용접작업시 가급적 열변형을 최소화하기 위한 용접작업조건에 대한 검토가 필요한 이유는 무엇인가? 알루미늄의 접합시 용접 후에는 열응력(thermal stress)이 발생하게 되고, 자체적으로 내부응력(internal stress)이 알루미늄 모재 내부에 존재하게 된다. 이러한 열응력 및 내부응력은 열변형을 일으키는 주요 원인을 제공하게 되며, 뒤틀림 등 소재변형을 통해 향후 Al 제품에 나쁜 영향을 주게 되므로 용접작업시 가급적 열변형을 최소화하기 위한 용접작업조건 등에 대한 기술적인 검토가 필히 요구되어 진다 (Nutting & Baker, 1965; Gurney, 1968). 사실상, Al 선박 건조시에 열변형에 따른 용접변형이 많이 발생하지만, 조선소 현장에서 이에 대한 대응방안은 많이 부족한 실정이다.
Al 5083 합금의 조성은 어떻게 되는가? 알루미늄의 경우 전기 전도율은 구리의 60%에 해당되며 가볍고 내식성이 우수하므로 친환경 선박제조시 알루미늄이 많이 이용되고 알루미늄의 접합을 가능하게 하는 주요 특성에 해당된다 (Monodolfo, 1976). 친환경선박 제조시 자주 적용되는 Al 5083 합금의 경우 Al 기저금속에 Mg을 4.5% 정도까지 첨가한 Al 합금(Al-4.5%Mg)에 해당되며 용접성, 내식성, 가공성이 우수하다는 측면에서 친환경선박의 용접구조용 재료로 많이 이용된다.
Al 5083 소재의 용접작업 후 열처리 추가 작업이 요구되는 이유는 무엇인가? 5) 열변형과 인장특성에 미치는 용접조건은 최적의 조건을 선택할 필요성이 있으며, 용접 후 열응력이나 내부응력에서 야기되는 열변형을 통해 일어나는 뒤틀림 등의 소재결함을 줄이거나 치수불량을 방지하기 위해서는 상기 용접조건 외에, 용접 작업 후 사후 열처리로서 곡직 등의 추가 작업도 요구되었다.
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참고문헌 (12)

  1. Davies, G.J., 1973. Solidification and Casting. Wiley: New York. 

  2. Flemings, M.C., 1974. Solidification Processing. McGraw-Hill: New York. 

  3. Gurney, T., 2006. Cumulative Damage of Welded Joints. Woodhead Publishing Limited: Oxford. 

  4. Gurney, T.R., 1968. Fatigue of Welded Structures. Cambridge University Press: Cambridge. 

  5. Kou, S., 2003. Welding Metallurgy. John Willey & Sons, Inc.: New York. 

  6. Kweon, H.J. & Lim, J.H., 2003. General Welding Engineering. Seon Hak Press: Incheon. 

  7. Masubuchi, K., 1980. Analyasis of Welded Structures, Pergamon. Elmsford: New York. 

  8. Monodolfo, L.F., 1976. Aluminium Alloy : Structure and Properties. Butterworths: London. 

  9. Nutting, J. & Baker, R.G., 1965. The Microstructure of Metals. Institute of Metals: London. 

  10. Park, H.K., 2007. A study on the Mechanical characteristics for fillet Joints of Al 5083 alloy by using Hybrid welding. M.S. Dissertation. Chosun University. 

  11. Society of the Fusion Welding of Light Metals, 1971. Inert Gas Welding of Aluminium Alloys. Japan Light Welding Association. Tokyo. 

  12. Smith, W.F., 1981. Structure and Properties of Engineering Alloys. McGraw-Hill: New York. 

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