[논문]용접구조물의 부분 제거에 따른 용접변형의 재분포에 관한 실험적 연구

김용래; 왕초; 김재웅

doi:10.3795/ksme-a.2015.39.7.707

용접구조물의 부분 제거에 따른 용접변형의 재분포에 관한 실험적 연구
Experimental Study of the Redistribution of Welding Distortion According to the Partial Removal of Welded Structure 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.39 no.7, 2015년, pp.707 - 712

김용래 (영남대학교 기계공학부) , 왕초 (영남대학교 기계공학부) , 김재웅 (영남대학교 기계공학부)

초록
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용접변형은 용접 시 구조물 내에서의 불균일한 온도분포특성으로 인하여 필연적으로 유발되는 현상이다. 또한 용접변형이 발생된 용접구조물의 일부를 제거하는 과정에서 구조물내의 용접잔류응력과 강성의 연속적인 변화에 따라 추가적인 변형이 발생하여 변형의 재분포가 이루어진다. 특히, 이러한 현상은 선박의 제조과정 중 대형블럭을 옮기기 위해 설치된 러그의 절단과정에서 살펴볼 수 있다. 용접구조물의 부분 제거 시 발생되는 변형의 재분포는 절단공구의 파손 등의 문제를 야기하기도 한다. 본 논문은 실험을 통하여 용접구조물의 부분 제거에 따른 용접변형의 재분포가 어떠한 양상으로 발생되는지 연구하기 위한 것이다. 실험을 위해 필릿용접을 실시하였고, 용접된 리브의 일부를 제거함에 따라 발생되는 종굽힘과 각변형을 측정하여 비교 및 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

During the welding process, welding distortion is caused by the non-uniformity of the temperature distribution in the weldment. Welding distortion is redistributed because the residual stress and rigidity change according to the removal of the welded structure. In shipbuilding in particular, this phenomenon may be observed during the cutting process of lugs that are attached to blocks for transfer. The redistribution of welding distortion also causes problems, such as damage to the cutting tool. The aim of this study is to experimentally analyze the redistribution of welding distortion because of the partial removal of the welded structure. In the experiments conducted in this study, fillet welding and cutting were performed, and longitudinal bending and angular distortion in the welded structures were then investigated and analyzed.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문의 목적은 용접구조물의 부분 제거에 의해 재분포되는 용접변형의 유형을 실험을 통해 분석하고자 함에 있다.즉, 재분포되는 용접변형을 최소화하거나 적절한 절단위치를 선정하기 위한 기초자료를 마련하고자 한다.
본 연구에서는 필릿용접 실험 및 리브 절단 실험을 통하여, 용접변형의 재분포가 어떠한 양상으로 발생되는지 살펴보았다. 또한 리브의 절단에 따른 종굽힘변형의 추가적인 발생요인에 대하여 검토하였다.
본 논문의 목적은 용접구조물의 부분 제거에 의해 재분포되는 용접변형의 유형을 실험을 통해 분석하고자 함에 있다.즉, 재분포되는 용접변형을 최소화하거나 적절한 절단위치를 선정하기 위한 기초자료를 마련하고자 한다. 다양한 용접변형 중에서 각변형과 종굽힘에 대하여 분석하였으며, 이를 위해 필릿용접 실험과 러그의 절단 실험을 실시하였다.

제안 방법

다양한 용접변형 중, 필릿 형상의 용접구조물에서 주로 발생하는 각변형(angular distortion)과 종굽힘 (longitudinal bending) 변형을 살펴보기 위해 시편의 중심부를 기준으로 X, Y 축 방향에 대하여 변형량을 측정하였다. Fig.
즉, 재분포되는 용접변형을 최소화하거나 적절한 절단위치를 선정하기 위한 기초자료를 마련하고자 한다. 다양한 용접변형 중에서 각변형과 종굽힘에 대하여 분석하였으며, 이를 위해 필릿용접 실험과 러그의 절단 실험을 실시하였다.
본 연구에서는 필릿용접 실험 및 리브 절단 실험을 통하여, 용접변형의 재분포가 어떠한 양상으로 발생되는지 살펴보았다. 또한 리브의 절단에 따른 종굽힘변형의 추가적인 발생요인에 대하여 검토하였다. 각각의 실험 후 시편의 종굽힘과 각 변형량을 측정 및 분석하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
필릿용접구조물에 대하여 리브 절단 실험을 실시하였다. 리브 높이가 40mm 인 용접구조물을 대상으로 와이어 커팅(WEDM; wire electric discharge machining)으로 리브의 하부를 10mm 만 남기고 절단한 후, 밀링가공으로 잔여 리브를 완전히 제거하였다. Fig.
용접구조물의 제작 후와 리브의 부분절단 후 각각 용접변형량을 측정하였으며, 이 때 정확한 측정을 위해 3 차원 정밀측정기(3 dim-coordinate mesuring machine)를 이용하였다. 변형량의 측정은 평판 하부면(바닥면)을 대상으로 실시하였는데, 이는 상부면에서는 리브에 의해 위치간섭이 발생하기 때문에 정확한 값을 측정하기 어렵기 때문이다.
용접변형의 양상과 변형량을 측정하기 위하여 우선적으로 필릿 용접을 실시하였다. 용접방법은 일반구조용강재의 용접에 널리 적용되고 있는 GMAW(gas metal arc welding)를 적용하였으며, 용접구조물의 형상 및 치수는 Fig.
필릿용접구조물에 대하여 리브 절단 실험을 실시하였다. 리브 높이가 40mm 인 용접구조물을 대상으로 와이어 커팅(WEDM; wire electric discharge machining)으로 리브의 하부를 10mm 만 남기고 절단한 후, 밀링가공으로 잔여 리브를 완전히 제거하였다.

대상 데이터

용접변형량의 측정은 리브 높이가 각각 40mm, 10mm 인 용접구조물 두 가지와 40mm 높이의 리브를 30mm 제거한 경우 및 전체 제거한 경우 두 가지로 하여 총 네 가지의 시편을 대상으로 실시하였다.
한편, 용접 실험에 적용된 시편은 SCM440 이며, 용접 전류, 용접전압 및 용접속도는 각각 345A, 35V, 7.8mm/s 이다. Fig.

이론/모형

용접변형의 양상과 변형량을 측정하기 위하여 우선적으로 필릿 용접을 실시하였다. 용접방법은 일반구조용강재의 용접에 널리 적용되고 있는 GMAW(gas metal arc welding)를 적용하였으며, 용접구조물의 형상 및 치수는 Fig. 1 및 Table 1 에 나타낸 바와 같다. 여기서 러그(lug)를 대신하여 직사각 판재 형상의 리브(rib)를 용접하여 부착하였다.

성능/효과

(1) 필릿용접 실험결과를 통해 리브의 높이가 낮을수록 종굽힘 및 각변형량이 커짐을 확인할 수 있었다.
(2) 리브 절단 실험을 통해 용접구조물의 일부를 제거함으로 인해 용접변형의 재분포가 발생하며, 변형량이 증가함을 알 수 있었다. 특히 종굽힘 변형에서 재분포 발생이 크게 나타났다
(3) 리브 절단에 의한 용접변형의 재분포에 있어서, 리브의 절단 위치가 종굽힘 변형량의 추가발생에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.
(4) 용접비드를 포함하여 잔여 리브를 모두 절단하는 경우, 종굽힘 변형의 추가발생 요인이 제거되는 것으로 인해 종굽힘 변형량이 감소함을 알 수 있었다.
이러한 분석을 통해서 리브의 절단위치가 종굽힘 변형의 추가적인 발생에 영향을 미친다는 것을 알 수 있고, 절단시 공구의 끼임현상을 최소화하기 위해서는 절단위치를 평판의 상면에 근접시키는 것이 유리한 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	용융용접란 무엇인가?	용융용접은 국부적으로 재료를 용융시켜 결합하는 방법으로 부재를 구조적으로 일체화시키는 작업이다. 용접과정 중용접구조물은 용접열원에 의해 가열과 냉각의 열이력을 가지게 되며, 열전달에 의해 불균일한 온도분포가 연속적으로 발생된다.
	러그를 제거하는 방식은 무엇이 있는가?	이러한 과정에서 앞서 언급한 바와 같이 용접변형의 재분포가 발생하게 되는 것이다. 러그를 제거하는 방식은 크게 산소절단법, 와이어 커팅 및 티톱 커팅 등이 사용된다. 특히 띠톱을 이용하는 경우, 러그를 제거하는 과정에서 용접변형의 재분포에 의해서 띠톱이 절단 틈새에 끼어 더이상 절단이 진행되지 않거나, 절단공구가 파손되는 사례가 발생된다.
	용접과정 중용접구조물의 불균일한 온도분포는 무엇을 발생시키는가?	용접과정 중용접구조물은 용접열원에 의해 가열과 냉각의 열이력을 가지게 되며, 열전달에 의해 불균일한 온도분포가 연속적으로 발생된다. 이러한 불균일한 온도분포에 의해 열팽창이 국부적으로 분포되어 발생하며, 동시에 재료의 기계적 성질도 크게 변화되며, 내외적 구속에 의해 용접구조물에서는 용접변형이 발생하게 된다.(1~3) 이러한 용접변형은 영구적인(소성) 변형과 함께 탄성변형을 포함하게 되는데, 탄성변형량은 용접 잔류응력분포와 평형상태를 이루게 되는 정도로 발생하게 된다.

참고문헌 (7)

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상세보기
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상세보기
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상세보기
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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