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맞대기 이음 용접의 피로수명에 베벨 각도가 미치는 역할

Role of Bevel Angles Influenced on the Fatigue Life of Butt-welded Joints

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.22 no.2, 2014년, pp.141 - 147  

박지환 (부산대학교 기계공학부) ,  한창완 (부산대학교 기계공학부) ,  정승빈 (부산대학교 기계공학부) ,  박성훈 (부산대학교 기계공학부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study aims to investigate the influence of bevel angles on the fatigue life of V-groove butt-welded joints with back-plates made by SM490A steel material, generally used for excavators, because changes in the geometry, material and surface properties of welded regions affect the fatigue life of...

주제어

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문제 정의

  • 9-11) 따라서, 본 연구에서는 건설 기계의 외장 프레임에 사용되는 버트(butt) 용접의 그루브(groove) 형태에 따른 용접부의 피로 수명효과를 알아보기 위하여, 아크용접으로 제작된 버트 용접 시험편이 30° (B type)와 40° (A type)의 서로 다른 개선 각도를 가질 때, 서로 다른 개선 각도가 시험편의 피로 수명에 미치는 영향에 대하여 파악하고자 한다.
  • 9-11) 따라서, 본 연구에서는 건설 기계의 외장 프레임에 사용되는 버트(butt) 용접의 그루브(groove) 형태에 따른 용접부의 피로 수명효과를 알아보기 위하여, 아크용접으로 제작된 버트 용접 시험편이 30° (B type)와 40° (A type)의 서로 다른 개선 각도를 가질 때, 서로 다른 개선 각도가 시험편의 피로 수명에 미치는 영향에 대하여 파악하고자 한다. 이를 통하여 용접부의 수명에 조금 더 효과적인 베벨 각도를 파악하고, 이를 제품 생산에 적용시킬 수 있는 기초자료로써 활용하고자 한다.
  • 이에 본 연구에서는 더욱 정확한 피로 강도 예측과 A, B type의 피로한도가 차이가 나는 원인을 보다 정확히 규명하기 위하여 유한요소해석(ANSYS13) 을 통하여 응력 분포를 조사하였다. 유한요소해석 수행을위하여, 먼저 인벤터(Inventer2011)를 사용하여서 시험편을 3D 모델링하였고, 연강으로 용접된 부위의 비드형상을 ISO 규정에 맞도록 구현하였다 (Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
백플레이트는 어떤 일을 수행하는가? 용접접합기술이 지향하는 목표로는 용접결함을 최소화하여 용접구조물의 신뢰성 향상, 비용과 인력을 절감하여 단기간 내에 목표로 하는 구조물을 완성하는 생산성 향상, 그리고 용접 변형을 최소화하여 정밀하고 정확한 구조물을 제작하기 위한 정밀성 향상 등이 있다. 따라서, 대형구조물의 외판과 같은 후판용접 시, 깊은 용입을 가능하게 하고 용락을 방지하는 백플레이트를 채용한 맞대기 용접을 하는 경우가 많아지고 있는 추세이다.1,2) 이와 같은 이점을 토대로 백플레이트를 채용한 맞대기 용접은 현재 건설기계 장비인 굴삭기 중 상/하부프레임 구조물제작 시 사용되고 있으며, 선박의 외판제작 시에도 적용되고 있다.
용접접합기술이 지향하는 목표는 무엇인가? 용접접합기술이 지향하는 목표로는 용접결함을 최소화하여 용접구조물의 신뢰성 향상, 비용과 인력을 절감하여 단기간 내에 목표로 하는 구조물을 완성하는 생산성 향상, 그리고 용접 변형을 최소화하여 정밀하고 정확한 구조물을 제작하기 위한 정밀성 향상 등이 있다. 따라서, 대형구조물의 외판과 같은 후판용접 시, 깊은 용입을 가능하게 하고 용락을 방지하는 백플레이트를 채용한 맞대기 용접을 하는 경우가 많아지고 있는 추세이다.
백플레이트를 채용한 맞대기 용접이 가지는 문제점은 무엇인가? 그러나 이러한 용접 작업은 필수적으로 용접 결함(기공, 혼입, 주조 결함 등)과 용접 시 발생하는 열에 의한 열영향부(HAZ)를 내포하고 있고,3,4) 같은 종류의 용접 방법을 사용하였다 하더라도, 용접 전모재의 가공 형태에 따라 다른 크기의 용입 깊이와 열영향부가 생성되고, 구조물에 서로 다른 응력집중현상을 보일 수 있으므로 강도 면에서 큰 차이를 보일 수 있다.5,6) 이러한 용접 결함과 열영향부는 금속의 조직 또는 물성을 변화시켜서 피로수명에 큰영향을 줄 수 있기 때문에 실제 제품에 적용되기 전에 피로수명평가가 필히 요구된다.
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참고문헌 (14)

  1. Y. S Kim, "The Present and Future of the Welding and Joining Technology," KWJS Annual Conference Proceedings, pp.1-6, 2010. 

  2. H. D. Do, S. W. Kang, J. H. Han, S. M. Kim and M. H. Kim, "Fatigue Assessment in accordance with Back Plate of Butt Welded Specimens," Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol.46, No.1, pp.24-30, 2009. 

  3. R. I. Stephens, A. Fatemi and R. R. Stephens, Metal Fatigue in Engineering, 2nd Edn., Wiley, New York, 2001. 

  4. Y. T. Yoo, Y. S. Oh, K. B. Ro, H. J. Shin and K. Im, "Decrease of Porosity and Cracking in the cw Nd:YAG Laser Welding of SM45C," Journal of the KSPE, Vol.20, No.10, pp.65-73, 2013. 

  5. C. Y. Won and G. S. Kim, "Welding Processes and Principle," Journal of the Korean Institute of Power Electronics, Vol.4, No.2, pp.14-19, 1999. 

  6. I. Masumoto, T. Shinoda and K. Suzuki, "Fatigue Strength of Welded Joints by $CO_2$ Welding," Journal of Japan Welding Society, Vol.45, No.10, pp.62-69, 1976. 

  7. J. H. Song and H. Lee, "The Effect of Ultrasonic Impact Treatment (UIT) for Fatigue Life of Weldment," Transactions of KSAE, Vol.18, No.6, pp.38-45, 2010. 

  8. W. Perret, R. Thater, U. Alber, C. Schwenk and M. Rethmeier, "Approach to Assess a Fast Welding Simulation in an Industrial Environment-application for an Automotive Welded Part," Int. J. Automotive Technology, Vol.12, No.6, pp.895-901, 2011. 

  9. J. Y. Choi, Microstructure of Weld and Fatigue Strength, Gold, Seoul, pp.1-50, 2005. 

  10. R. Chae and G. Chae, Weld Engineering, Donghak, Seoul, pp.69-79, 2006. 

  11. H. Oh, Y. Cha, S. Seo and D. Kim, Welding Inspection(AWS D1.1), Wonchang, Incheon, Korea, pp.67-79, 1997. 

  12. Y. S . Choy, Y. J. Kim and H. S. Woo, "Effect of Residual Stress on Fatigue Crack Growth Behaviour in Butt Weldment (I)(Experimental Study)," Journal of the Korean Welding Society, Vol.6, No.4, pp.27-34, 1988. 

  13. International Standard, ISO 5817, 2nd Edn., USA, 2003. 

  14. C. Han, J. Lee, J. H Song, H. Lee and S. Park, "Role of Post Weld Treatment Methods in the Improvement of Fatigue Life for T-type Welded Structures Made by SM 50A Steel," Journal of the KSPE, Vol.29, No.3, pp.307-312, 2012. 

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