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 연구는 V형태의 개선을 갖는 STS316L의 GTA 용접실험(초층 및 다층용접)을 통해 용접공정변수를 선정하고 직선 회귀분석을 이용하여 수학적 모델을 제시함으로써 용접공정변수가 비드형성에 미치는 영향을 분석하고자 하였다.
- 하지만 용접 진행 중 기구적인 설정에 의한 용락 및 단락이 발생한 구간이 다소 존재함을 확인할 수 있었으며, 실험결과를 기초로 하여 초층 용접공정을 최적화하기 위한 수학적 모델 개발에 이용하였다.
제안 방법
- 2) 비드형상(이면 및 표면비드)에 대한 최적의 공정 변수를 예측하기 위하여 다중 회귀분석을 사용하여, 초층 및 다층 용접부의 수학적 모델을 개발하였다. 개발한 모델의 예측값이 실험값에 대해 다소 오차가 발생하였으나, 전반적으로 비드 폭과 높이에 대해 대체로 신뢰할 만한 결과를 확인하였다.
- GTA 용접에서 정전류 특성으로 인하여 용접전압이 변화하여도 용접전류가 일정하게 유지되기 때문에 4개의 공정변수로 수행한 초층 용접실험과 다르게 다층 용접실험에서는 용접전압을 통제변수로 선정하여 3개의 공정변수로 실험을 수행하였다. 총 8회의 다층용접 조건별로 용접실험을 실시하였으며, 실험을 위한 제반사 항의 준비 및 용접공정은 초층 조건선정 용접실험과 동일한 방법으로 실시하였다.
- 고정변수는 V개선각의 특성상 개선부 표면에 입열이 분포되어 충분한 용입이 이루어지지 않음을 확인하고 시험편의 개선각에 관계없이 양호한 이면비드 형상이 도출하기 위한 선행실험을 수행한 결과 토치가 모재와 이루는 각도는 90°이며, 와이어의 송급각도는 35°, 텅스텐 전극봉의 직경과 연마각도는 각각 2.4Φ, 40° 로 선정하였다.
- 다층 용접실험을 통하여 도출된 적정 공정변수를 기초로 총 8회의 다층 용접실험 결과를 바탕으로 2차 회귀방정식을 개발하였다. 다층 용접실험에 대한 입력변수는 용접전류(I), 아크전압(V), 와이어 송급속도(SWF)를 선정하였으며, 출력변수는 표면비드 폭(TW), 표면비드 높이(TH)로 선정하였다. 이에 대한 입력변수와 출력 변수에 대한 방정식은 아래와 같다.
- 다층 용접실험을 통하여 도출된 적정 공정변수를 기초로 총 8회의 다층 용접실험 결과를 바탕으로 2차 회귀방정식을 개발하였다. 다층 용접실험에 대한 입력변수는 용접전류(I), 아크전압(V), 와이어 송급속도(SWF)를 선정하였으며, 출력변수는 표면비드 폭(TW), 표면비드 높이(TH)로 선정하였다.
- 표면비드 폭의 경우 용접속도, 와이어 송급속도에 미치는 영향은 확인이 가능하나, 표면비드 높이의 경우 주효과도 분석만으로는 표면비드에 미치는 용접속도, 와이어 송급속도의 영향을 확인하기에 어려움이 있다. 미비한 영향력을 표면반응분석법을 이용하여 표면비드 높이에 미치는 영향력을 용접 공정변수의 영향을 확인 하였다. 그 결과 빠른 용접속도와 빠른 와이어 송급속도 범위에서 표면비드 높이가 낮게 나오는 것을 확인하였다.
- 본 연구에서는 V형태의 개선을 갖는 STS316L평판의 GTA 용접실험(초층 및 다층용접)을 수행하고 취득된 데이터를 활용하여 공정변수와 비드형상간의 상관관계 분석 및 개발된 수학적 모델의 정확도를 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 본 용접실험은 초층조건 선정 용접실험과 같은 방법인 완전한 요인시험법을 선정하였으며, 3개의 공정변수 (용접전류, 용접속도, 와이어 송급속도)의 실험 수준과 한계를 Table 6에 나타내었다.
- 본 초층 용접실험은 완전한 요인시험법을 선정하였으며, 4개(용접전류, 아크전압, 용접속도, 와이어 송급속도) 공정변수의 실험 수준(level)과 한계는 Table 3과 같다. 선행실험을 통해 선정된 기타변수를 적용하여 팁과 모재간의 거리(CTWD)는 22mm이며, 모재간의 간격은 1mm, 모재의 개선각은 30˚ 그리고 토치에 공급되는 보호가스의 유량은 약 18 l/min로 설정하였다.
- 본 초층 용접실험은 완전한 요인시험법을 선정하였으며, 4개(용접전류, 아크전압, 용접속도, 와이어 송급속도) 공정변수의 실험 수준(level)과 한계는 Table 3과 같다. 선행실험을 통해 선정된 기타변수를 적용하여 팁과 모재간의 거리(CTWD)는 22mm이며, 모재간의 간격은 1mm, 모재의 개선각은 30˚ 그리고 토치에 공급되는 보호가스의 유량은 약 18 l/min로 설정하였다. 용접부 반대편의 퍼징(purging)작업을 위한 보호가스 또한 아르곤 가스를 사용하였으며 약 10～15 l/min의 유량으로 공급하여 퍼징을 위한 사각형태의 구조물에 충분하게 채운 후 용접을 수행하였다.
- 용접공정 변수와 비드형상간의 상관관계 분석을 위하여 GTA 용접실험을 실시하였다. 실험을 위해 먼저 직선 캐리지와 가이드레일, 와이어 송급장치, 모니터링 시스템 등을 통합하여 전체 실험 시스템을 구성하였다. 용접방법은 스테인리스강의 용접에 가장 효율적이고 널리 사용되는 GTA 용접법을 선정하였으며, 500A급 인버터 TIG용접기를 사용하여 용접을 수행하였다.
-
2. 용접실험
용접공정 변수와 비드형상간의 상관관계 분석을 위하여 GTA 용접실험을 실시하였다. 실험을 위해 먼저 직선 캐리지와 가이드레일, 와이어 송급장치, 모니터링 시스템 등을 통합하여 전체 실험 시스템을 구성하였다.
- 선행실험을 통해 선정된 기타변수를 적용하여 팁과 모재간의 거리(CTWD)는 22mm이며, 모재간의 간격은 1mm, 모재의 개선각은 30˚ 그리고 토치에 공급되는 보호가스의 유량은 약 18 l/min로 설정하였다. 용접부 반대편의 퍼징(purging)작업을 위한 보호가스 또한 아르곤 가스를 사용하였으며 약 10～15 l/min의 유량으로 공급하여 퍼징을 위한 사각형태의 구조물에 충분하게 채운 후 용접을 수행하였다. 총 16회의 초층용접 조건별로 용접실험을 실시하였으며, 측정된 실험 결과인 이면비드 폭과 높이의 평균값과 측정된 용접부 단면 중 각 용접조건에 대한 대표적인 비드형상도 Tables 4~5에 나타내었다.
- 입력변수는 용접전류, 아크전압, 용접속도, 와이어 송급속도이며, 이에 따른 출력변수로는 비드 폭과 높이로 선정하였다. 고정변수는 V개선각의 특성상 개선부 표면에 입열이 분포되어 충분한 용입이 이루어지지 않음을 확인하고 시험편의 개선각에 관계없이 양호한 이면비드 형상이 도출하기 위한 선행실험을 수행한 결과 토치가 모재와 이루는 각도는 90°이며, 와이어의 송급각도는 35°, 텅스텐 전극봉의 직경과 연마각도는 각각 2.
- 체계적인 실험결과 분석을 위하여 출력되는 아크전류 및 용접전압의 정확한 계측은 아크 스타트시 발생하는 고주파의 영향을 고려하여 TIG 용접 전용 모니터링 시스템을 이용하여 아크전압과 용접전류를 측정하였으며, 용접실험 결과 데이터 및 수학적 모델 개발에 사용된 아크전압 및 용접전류값은 이를 통하여 계측된 데이터 값을 사용하였다.
- GTA 용접에서 정전류 특성으로 인하여 용접전압이 변화하여도 용접전류가 일정하게 유지되기 때문에 4개의 공정변수로 수행한 초층 용접실험과 다르게 다층 용접실험에서는 용접전압을 통제변수로 선정하여 3개의 공정변수로 실험을 수행하였다. 총 8회의 다층용접 조건별로 용접실험을 실시하였으며, 실험을 위한 제반사 항의 준비 및 용접공정은 초층 조건선정 용접실험과 동일한 방법으로 실시하였다.
대상 데이터
- 본 실험을 위하여 STS 316L 재질의 스테인리스 강판을 사용하였으며, 400 × 200 × 5mm의 규격으로 절단 후 60°의 개선각을 부여하여 맞대기 시험편을 Fig. 2와 같이 제작하였다.
데이터처리
- 2차 회귀방정식의 결정계수는 각 모델의 입력변수를 이용하여 변동(variability)의 표현정도를 나타낸 지수는 Table 9에 나타냈으며, 개발한 방정식의 검증을 위하여 실험값과 비교·분석을 수행하였다.
- 개발된 다층용접의 방정식의 정확도를 분석하기 위하여 분산분석을 수행하였으며, 표준편차, 결정계수 및 수정결정계수를 Table 10에 나타내었다. Figs.
- 초층용접의 이면비드 폭과 높이에 미치는 4개의 공정 변수의 영향을 분석하고자 MINITAB 프로그램을 이용 하였으며, 초층 용접실험 및 결과에 대한 모델링을 통한 근사와 다르게 주효과도만을 분석 수행하였다. Figs.
이론/모형
- 실험을 위해 먼저 직선 캐리지와 가이드레일, 와이어 송급장치, 모니터링 시스템 등을 통합하여 전체 실험 시스템을 구성하였다. 용접방법은 스테인리스강의 용접에 가장 효율적이고 널리 사용되는 GTA 용접법을 선정하였으며, 500A급 인버터 TIG용접기를 사용하여 용접을 수행하였다. 용접실험을 위한 시스템의 구성은 Fig.
성능/효과
- 1) 용접실험에서 측정된 실험결과를 바탕으로 공정변수와 비드형상(이면 및 표면비드)간의 상관관계를 분석 하였으며, 이면비드 폭과 높이 형성율과 형상에 미치는 영향은 용접전류가 가장 크고 표면비드 폭과 높이 형성 율과 형상에 고려해야 할 사항은 용접전류임을 확인할 수 있었다.
- Figs. 4~5에 나타낸 바와 같이 이면비드 폭은 용접 공정 변수에 의해 영향을 받으며, 용접전류와 아크전압이 미치는 영향이 가장 크며 두 변수의 값이 증가할수록 이면비드의 폭과 높이도 비례적으로 증가하는 것을 확인하였다.
- 14~ 15은 개발된 방정식의 검증을 위하여 개발한 방정식을 이용하여 실험값과 비교·분석을 수행한 결과를 나타낸다. 개발한 2차 회귀방정식을 바탕으로 예측한 결과와 실험을 통해 얻은 결과를 비교한 결과, 전반적으로 표면 비드의 폭과 높이에 대해 표준편차가 0.43으로 높으나 96.6%, 96.7%의 높은 결정계수 값을 확인하였다. 또한 표면비드의 폭과 높이 모두 오차가 다소 발생하였으나, 전반적으로 표면비드의 폭과 높이에 대해 대체로 신뢰할 만한 결과를 확인하였다.
- 2) 비드형상(이면 및 표면비드)에 대한 최적의 공정 변수를 예측하기 위하여 다중 회귀분석을 사용하여, 초층 및 다층 용접부의 수학적 모델을 개발하였다. 개발한 모델의 예측값이 실험값에 대해 다소 오차가 발생하였으나, 전반적으로 비드 폭과 높이에 대해 대체로 신뢰할 만한 결과를 확인하였다.
- 6~7은 2개의 용접공정 변수가 이면비드 폭과 높이에 미치는 미비한 변화 범위를 확인하였다. 그 결과 그래프에서 보는 바와 같이 느린 용접속도와 빠른 와이어 송급속도 범위에서 이면비드의 폭이 넓은 것으로 확인되고, 느린 용접속도와 느린 와이어 송급속도 범위에서는 이면비드의 높이가 크게 나오는 것을 확인하였다.
- 미비한 영향력을 표면반응분석법을 이용하여 표면비드 높이에 미치는 영향력을 용접 공정변수의 영향을 확인 하였다. 그 결과 빠른 용접속도와 빠른 와이어 송급속도 범위에서 표면비드 높이가 낮게 나오는 것을 확인하였다. 다층용접부의 표면비드 폭과 높이에 미치는 용접 공정변수에 대한 미비한 영향력을 Figs.
- 다층용접부의 측정된 표면비드 폭과 높이, 각 평균값과 용접부 단면 중 각 용접조건에 대한 대표적인 비드 형상은 Tables 7~8에서 보는 바와 같으며, 각 용접조건에 대한 표면비드 폭과 높이는 전반적으로 안정적인 용접성과 함께 볼록한 표면비드 형상을 나타내었다.
- 용접전류와 와이어 송급속도가 증가하면 표면비드 폭도 증가하며, 용접 속도와 와이어 송급속도가 감소하면 표면비드 높이는 증가함을 확인하였다. 또한 표면비드 폭과 높이에 대해 용접전류, 용접속도, 와이어 송급속도 중 용접전류의 영향이 타 변수에 비해 큼에 따라 미치는 영향이 가장 큼을 나타냈다.
- 7%의 높은 결정계수 값을 확인하였다. 또한 표면비드의 폭과 높이 모두 오차가 다소 발생하였으나, 전반적으로 표면비드의 폭과 높이에 대해 대체로 신뢰할 만한 결과를 확인하였다.
- 2차 회귀방정식의 결정계수는 각 모델의 입력변수를 이용하여 변동(variability)의 표현정도를 나타낸 지수는 Table 9에 나타냈으며, 개발한 방정식의 검증을 위하여 실험값과 비교·분석을 수행하였다. 분석결과 표준편차가 0.42로 높은 편임에도 불구하고 92.5%, 93.2% 의 높은 결정계수 값을 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 2차 회귀방정식에 영향을 미치는 입력변수들의 독립적 영향뿐만 아니라 교호작용을 동시에 고려해야 함을 의미한다.
- 8~9에 나타냈다. 용접전류와 와이어 송급속도가 증가하면 표면비드 폭도 증가하며, 용접 속도와 와이어 송급속도가 감소하면 표면비드 높이는 증가함을 확인하였다. 또한 표면비드 폭과 높이에 대해 용접전류, 용접속도, 와이어 송급속도 중 용접전류의 영향이 타 변수에 비해 큼에 따라 미치는 영향이 가장 큼을 나타냈다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.