선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문에서는 AL5083 합금에 대하여 Plasma-GMA 하이브리드 용접을 분산분석을 통해 비드형상과 인장강도에 대하여 주요공정변수의 특성을 관찰하였다. 요약된 결론은 다음과 같다.
가설 설정
- Table 7 은 인장강도에 대한 통계적 유의성으로써 가장 큰 영향을 주는 인자로는 플라즈마 용접 전류가 나왔다. 용접 내부 기공에 의해서 인장강도에 큰 영향을 주지 않는다는 가정 하에 최소인장강도보다 높은 인장강도를 얻기 위해서는 완전 용입이 되어야 하며, 이를 위해서는 깊은 용입이 되어야 한다. Table 5 에서 처럼 와이어 송급속도는 용입 깊이를 증가시키는 변수이지만, 플라즈마 용접 전류는 용입깊이를 감소시키는 변수로 사료된다.
제안 방법
- 본 논문에서는 중소형선박과 LNG 극저온 탱크에 주로 사용되는 AL5083 합금에 대하여 Plasma-GMA(gas metal arc) 하이브리드 용접을 적용하여 I형 맞대기 용접을 진행하였다. 용접 후 분산분석을 통하여 비드형상과 인장강도에 미치는 영향력을 각 주요 공정변수로 평가하였고, 플라즈마 용접 전류에 의한 GMA 용접 특성과 AL5083 알루미늄 합금의 용접 특성을 관찰하였다.
- 본 논문에서는 중소형선박과 LNG 극저온 탱크에 주로 사용되는 AL5083 합금에 대하여 Plasma-GMA(gas metal arc) 하이브리드 용접을 적용하여 I형 맞대기 용접을 진행하였다. 용접 후 분산분석을 통하여 비드형상과 인장강도에 미치는 영향력을 각 주요 공정변수로 평가하였고, 플라즈마 용접 전류에 의한 GMA 용접 특성과 AL5083 알루미늄 합금의 용접 특성을 관찰하였다.
- 실험에 사용된 용접장치는 플라즈마 노즐과 GMAW 컨택트팁이 동축으로 구성되어 있으며, 각 용접전원의 최대출력은 각각 400A이다. 그리고 용접을 수행하기 위한 시스템으로 Fig. 1 과 같이 시편은 고정 장치(fit-up device)로 고정하였으며, 토치(torch)는 고정되어 있고 지그의 베드(bed)를 용접 진행 방향의 반대 방향으로 이송시키면서 용접을 수행하였다. 용접은 3축 캐리지 로봇 시스템을 사용하였다.
- Plasma-GMA 용접의 고정인자로는 Fig. 2 와 같이 플라즈마 전극과 모재간 거리(torch standoff: SO)는 10mm로 설정하였으며, 토치가 모재와 수직으로 용접을 수행하도록 진행하였고, 플라즈마 용접과 GMA용접 모두 연속모드(continuous wave mode)를 이용하여 용접을 진행하였다. 보호가스는 MIG 아크, 플라즈마 아크 그리고 용접보호를 위하여 세 가지의 보호가스를 사용하였다.
- 각 공정변수에 대한 Plasma-GMA 하이브리드 용접의 특성을 알아보기 위하여 용접부의 단면형상을 관찰하였다. 단면부의 치수 측정 인자로는 Fig.
- 각 공정변수에 대한 Plasma-GMA 하이브리드 용접의 특성을 알아보기 위하여 용접부의 단면형상을 관찰하였다. 단면부의 치수 측정 인자로는 Fig. 3 와 같이 비드의 폭, 비드의 높이, 용입깊이, 이면비드의 폭의 치수를 측정하였다. 그리고 용접성을 정량적으로 평가하기 위하여 27개의 시편모두 인장강도시험을 수행하였다.
- 3 와 같이 비드의 폭, 비드의 높이, 용입깊이, 이면비드의 폭의 치수를 측정하였다. 그리고 용접성을 정량적으로 평가하기 위하여 27개의 시편모두 인장강도시험을 수행하였다.
- Plasma-GMA 용접으로 AL5083 알루미늄 합금을 용접한 비드의 형상과 비드폭, 비드높이, 용입깊이, 이면비드의 폭을 관찰하였다. 용접부의 외관은 크게 Fig.
- 실험에서 사용된 입력변수들에 대한 용접 단면부의 형상에 어떠한 영향을 주는지 그 영향력을 통계적 유의 성으로 평가하기 위해 분산분석(analysis of variance: ANOVA)을 수행하였다. 실험에 사용된 변수의 직교 배열법에 의한 교호작용의 여부는 플라즈마 전류를 제외한 나머지 3개의 인자에 대하여 2차 교호작용을 분산 분석에 포함하였다. 여기서 DF(Degree of freedom) 는 제곱합의 자유도이며, SS(sum of square)는 특성치 산포의 제곱합, MS(mean square)는 평균제곱, F0는 평균제곱의 비 그리고 F(0.
- 직교 배열표를 사용한 실험계획에서는 오차변동이 크게 나오는 경우가 많으므로 신뢰구간의 신뢰율을 90%를 흔히 사용하기 때문에 신뢰율을 90%와 95%를 모두 이용 하였다. 분산분석 후 변동은 무시할 수 있을 만큼 작은 인자를 고차의 교호작용부터 차례대로 풀링(pooling) 하였으며, 주인자는 풀링하지 않고 그 영향력의 유무를 확인하였다.
- 9은 시험편의 형상 및 치수를 나타낸다. 와이어커팅 가공(wire electric discharge machining)을 이용하여 시험편의 형상을 제작 하였으며, 용접부의 덧살은 시험편 두께와 동일하게 가공하였다.
대상 데이터
- 실험에 사용된 모재는 AL5083 알루미늄 합금으로 시편의 치수는 250mm × 150mm × 6mm이며, 용접와이어는 모재의 Mg 함량과 비슷한 직경 1.2mm의 ER 5183을 사용하였다.
- 실험에 사용된 용접장치는 플라즈마 노즐과 GMAW 컨택트팁이 동축으로 구성되어 있으며, 각 용접전원의 최대출력은 각각 400A이다. 그리고 용접을 수행하기 위한 시스템으로 Fig.
- 용접은 I형 맞대기 용접으로 수행하였으며, 용접 길이는 130mm 였다. 실험에 사용된 알루미늄 합금 AL5083과 용접와이어 ER5183의 조성은 Table 1과 같다.
- (6) 그러므로 본 실험에서는 일부실시법(fractional factorial design)중 하나인 직교 배열법(orthogonal design)을 이용하여 실험을 진행 하였다. 직교 배열표(table of orthogonal arrays)에 의하여 3수준계 L27 (313 ) 을 사용하여 구성한 실험은 총 27회를 수행하였다. 실험에서 사용된 설계 변수와 그 수준은 Table 2 과 같다.
- 2 와 같이 플라즈마 전극과 모재간 거리(torch standoff: SO)는 10mm로 설정하였으며, 토치가 모재와 수직으로 용접을 수행하도록 진행하였고, 플라즈마 용접과 GMA용접 모두 연속모드(continuous wave mode)를 이용하여 용접을 진행하였다. 보호가스는 MIG 아크, 플라즈마 아크 그리고 용접보호를 위하여 세 가지의 보호가스를 사용하였다. 보호가스 모두 아르곤(Ar: 99.
- 보호가스는 MIG 아크, 플라즈마 아크 그리고 용접보호를 위하여 세 가지의 보호가스를 사용하였다. 보호가스 모두 아르곤(Ar: 99.99%)를 사용하였으며, MIG 가스(center gas)를 10L/min, 플라즈마 가스를 10L/min 그리고 차폐가스를 15L/min으로 공급하였다.
- 용접한 시험편의 인장강도를 비교하기 위해서 3장의 AL5083 판재를 인장시험 샘플에 포함시켰다. 그 결과 모재의 인장강도는 모두 351N/mm2이다.
데이터처리
- 실험에서 사용된 입력변수들에 대한 용접 단면부의 형상에 어떠한 영향을 주는지 그 영향력을 통계적 유의 성으로 평가하기 위해 분산분석(analysis of variance: ANOVA)을 수행하였다. 실험에 사용된 변수의 직교 배열법에 의한 교호작용의 여부는 플라즈마 전류를 제외한 나머지 3개의 인자에 대하여 2차 교호작용을 분산 분석에 포함하였다.
- 용입 깊이에 대하여 통계적 유의성이 가장 높은 인자는 와이어 송급속도이다. 이는 GMA 용접 전류와 비례하므로, 어떤 공정변수에가 측정된 GMA 용접 전류에 대하여 큰 영향을 미치는지 확인하기 위해서 분산분석을 수행하였다. GMA 용접 전류에 대하여 통계적으로 유의한 인자는 Table 8 과 같이 와이어 송급속도가 가장 큰 영향력을 주는 인자로 나왔지만, 그 다음으로 플라즈마 용접 전류가 큰 영향력을 갖고 있음을 알 수 있다.
이론/모형
- 전체 실험 영역에서 전수 실험을 하는 완전요인배치법(full factorial design)이 일반적으로 가장 많이 사용되고 있으나, 이는 인자의 수가 많을 경우 모든 조합을 실험하게 되면 상당히 많은 실험을 진행하여야 되므로, 실험의 비용과 시간이 소요된다.(6) 그러므로 본 실험에서는 일부실시법(fractional factorial design)중 하나인 직교 배열법(orthogonal design)을 이용하여 실험을 진행 하였다. 직교 배열표(table of orthogonal arrays)에 의하여 3수준계 L27 (313 ) 을 사용하여 구성한 실험은 총 27회를 수행하였다.
- 인장시험은 KS B ISO 4136 의 판재 시험의 경우를 참고하여 가공 및 인장시험을 진행하였다. Fig.
성능/효과
- Table 3 은 비드폭에 대한 통계적 유의성을 나타내고 있다. 분산분석을 통해 유의한 인자는 WS(welding speed), GWV(GMA welding voltage), WFR(wire feed rate) 순으로 용접속도가 가장 큰 영향력을 갖고 있음을 알 수 있으나, PWC(plasma welding current) 는 유의하지 않은 인자로 나왔다. Fig.
- Table 5 는 용입깊이에 대한 통계적 유의성이다. 용입높이에 관하여 유의한 인자는 WFR, WS, GWV 순으로 와이어 송급속도가 가장 큰 영향력을 갖고 있음을 알 수 있다. Fig.
- AL5083모재의 최소 인장강도는 AWS(american welding society)에서 270N/mm2로 규정하고 있다7). 용접 시험편의 파단은 모두 용접부 혹은 열영향부에서 파단이발생하였으며, 본 실험의 조건에서 가장 높은 인장강도를 갖는 시험편은 293.37N/mm2이고, 가장 낮은 인장 강도 값을 갖는 시험편은 85.91N/mm2이다. 비열처리 합금의 경우 덧살을 제거할 경우 인장강도가 약간 저하 한다8).
- 험핑의 발생으로 인해 상면 비드에 심한 용락(burn through)이 발생하였기 때문이다. 인장시험 결과 대부분 플라즈마 전류가 낮은 120A, 와이어 송급속도가 높은 20m/min에서 최소인장강도보다 높은 결과가 나왔으며, 플라즈마 전류가 높고, 와이어 송급속도가 낮은 조건에서 최소인장강도를 만족하지 않는 결과가 나왔다
- Ton등은10) GMA 아크 주위에 플라즈마아크가 있기 때문에 GMA의 용접 전류를 감소시키는 이유를 설명하였다. 플라즈마 용접 전류가 증가 할수록, GMA 용접 전류가 감소하는 경향을 보이며, 그 결과 완전 용입을 얻지 못하거나, 또는 높은 아크 압력에 의해 비드표면에 험핑이 발생되어 인장강도가 감소된 것으로 사료된다.
- 1) 분산분석을 이용한 용접 단면부 대하여 주요공정 변수의 통계적 유의성을 유의수준 95%에 대하여 확인한 결과, GMA 용접 전압은 비드 폭(F0:7.77)과 비드 높이(F0:5.56), 와이어 송급속도는 용입 깊이(F0:21.03), 이면비드의 폭(F0:17.52), 비드 높이(F0:5.02) 그리고 용접속도는 비드 폭(F0:9.26), 용입 깊이(F0:10.24), 이면비드의 폭(F0:8.92)에 대하여 영향력을 갖고 있는 것을 확인 하였다.
- 2) 분산분석을 이용한 인장강도에 대한 통계적 유의성은 F0가 6.36으로 플라즈마 용접 전류가 가장 큰 영향력을 갖고 있는 것을 확인 하였다. 이는 F0가 16.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.