두 판을 맞대기 용접할 경우 용접부 시종단부 측면에 열전도도가 큰 금속(예를 들어 구리)으로 만든 엔드 탭을 장착하고 용접을 진행하면 용접부 끝부분의 비드흘러내림과 결함을 방지할 수 있다. 본 논문에서는 엔드 탭의 방열 성능을 강화시키기 위하여 자연 대류에 의한 방열 특성이 뛰어난 것으로 알려진 평판 휜 모양을 적용하였고, 실험 및 수치해석을 통하여 엔드 탭에 평판 휜 모양의 구멍이 있는 형상이 구멍이 없는 형상보다 방열 성능이 더 뛰어남을 확인하였다. 그리고 열, 유동해석을 통하여 엔드 탭의 휜 형상에 대한 냉각 속도를 평가하여, 방열 성능 측면으로 도움이 될 형상 인자적인 특성을 파악하였다. 그 결과, 엔드 탭에 수직 휜이 있으며 휜 간 간격에 최적 휜 간 간격 식을 적용한 구조가 우수한 형상으로 판단되었다.
두 판을 맞대기 용접할 경우 용접부 시종단부 측면에 열전도도가 큰 금속(예를 들어 구리)으로 만든 엔드 탭을 장착하고 용접을 진행하면 용접부 끝부분의 비드흘러내림과 결함을 방지할 수 있다. 본 논문에서는 엔드 탭의 방열 성능을 강화시키기 위하여 자연 대류에 의한 방열 특성이 뛰어난 것으로 알려진 평판 휜 모양을 적용하였고, 실험 및 수치해석을 통하여 엔드 탭에 평판 휜 모양의 구멍이 있는 형상이 구멍이 없는 형상보다 방열 성능이 더 뛰어남을 확인하였다. 그리고 열, 유동해석을 통하여 엔드 탭의 휜 형상에 대한 냉각 속도를 평가하여, 방열 성능 측면으로 도움이 될 형상 인자적인 특성을 파악하였다. 그 결과, 엔드 탭에 수직 휜이 있으며 휜 간 간격에 최적 휜 간 간격 식을 적용한 구조가 우수한 형상으로 판단되었다.
When implementing butt joint welding of two plates, it is useful to attach end-tabs made of a metal with high heat conductivity (e.g., copper) at the front and back sides of the welded plates to prevent the bead from rolling down and prevent defects that may occur at the tips of the weld zone. In th...
When implementing butt joint welding of two plates, it is useful to attach end-tabs made of a metal with high heat conductivity (e.g., copper) at the front and back sides of the welded plates to prevent the bead from rolling down and prevent defects that may occur at the tips of the weld zone. In this study, the fin shape, which is known to have good heat discharging characteristics by natural convection, has been applied to enhance the cooling performance of the end-tab. From both experiment and numerical analysis, it was confirmed that end-tabs with fin-shaped holes have better heat discharging performance than end-tabs without holes. Through thermal and fluid flow analysis, the cooling rates of end-tabs with different hole shapes were estimated in order to figure out characteristics of shape factor that are important for the heat discharging performance. As a result, we found that the structure including vertical fins with optimal fin gap was the best-performing shape.
When implementing butt joint welding of two plates, it is useful to attach end-tabs made of a metal with high heat conductivity (e.g., copper) at the front and back sides of the welded plates to prevent the bead from rolling down and prevent defects that may occur at the tips of the weld zone. In this study, the fin shape, which is known to have good heat discharging characteristics by natural convection, has been applied to enhance the cooling performance of the end-tab. From both experiment and numerical analysis, it was confirmed that end-tabs with fin-shaped holes have better heat discharging performance than end-tabs without holes. Through thermal and fluid flow analysis, the cooling rates of end-tabs with different hole shapes were estimated in order to figure out characteristics of shape factor that are important for the heat discharging performance. As a result, we found that the structure including vertical fins with optimal fin gap was the best-performing shape.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
가설 설정
Figure 6은 수치해석에 사용한 5가지 엔드 탭을 나타낸다. 해석 모델에서 엔드 탭의 형상과 크기는 실험과 동일하다. 해석 모델에서 엔드 탭을 먼저 수평 구멍의 유무에 따라 분류하면 Case 1, 2, 3은 수평 구멍이 없다.
제안 방법
본 연구에서는 엔드 탭의 냉각 성능 향상을 위해 전열면적을 넓힐 수 있으면서 열의 배출이 빠른 평판 휜 형[6]-[9] 의 구멍을 포함하는 엔드 탭을 고안하되 양쪽으로 두 번 사용가능하도록 대칭형상으로 설계하였다. Figure 1과 같이 휜이 없는 고체 형상(Solid type) 및 휜이 있는 평판 형상 (Plate type) 두 종류의 엔드 탭에 대해 실제 맞대기 용접 시온도 변화를 관찰하는 실험을 하여 휜이 있는 엔드 탭의 냉각 성능이 더 뛰어남을 확인한 후, 휜 간격 등 형상 인자의 최적화를 위한 수치 해석을 진행하였다.
맞대기 용접 시 용접부 측면에 장착하는 엔드탭의 냉각 성능을 향상시키기 위해 수평 구멍 혹은 수직휜을 낸 구리 엔드탭을 설계하였다. 수평구멍이 없거나 수직 휜 혹은 수평 구멍이 있는 엔드 탭 모델의 방열 성능을 실험 및 수치 해석을 통해 비교하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 엔드 탭의 냉각 성능 향상을 위해 전열면적을 넓힐 수 있으면서 열의 배출이 빠른 평판 휜 형[6]-[9] 의 구멍을 포함하는 엔드 탭을 고안하되 양쪽으로 두 번 사용가능하도록 대칭형상으로 설계하였다. Figure 1과 같이 휜이 없는 고체 형상(Solid type) 및 휜이 있는 평판 형상 (Plate type) 두 종류의 엔드 탭에 대해 실제 맞대기 용접 시온도 변화를 관찰하는 실험을 하여 휜이 있는 엔드 탭의 냉각 성능이 더 뛰어남을 확인한 후, 휜 간격 등 형상 인자의 최적화를 위한 수치 해석을 진행하였다.
실제 용접 실험과 유사한 열 유입을 받는 상황에서 엔드탭 및 그 주위 유동장을 모델링한 해석 모델의 온도 변화를 1,800초 동안 유동 해석을 통해 관찰하였다. 해석에는 ANSYS의 유동 해석 프로그램인 CFX 16.
데이터처리
실제 용접 실험과 유사한 열 유입을 받는 상황에서 엔드탭 및 그 주위 유동장을 모델링한 해석 모델의 온도 변화를 1,800초 동안 유동 해석을 통해 관찰하였다. 해석에는 ANSYS의 유동 해석 프로그램인 CFX 16.2를 사용하였다.
이론/모형
온도 측정에는 듀얼 포인트 비접촉식 온도계(Model TM-969)를 이용하였다. 측정은 용접 열을 가하기 시작한 때부터 시작하여, 용접이 끝나고 엔드 탭이 식기 시작하여 80℃(사람이 일반 면장갑 두 겹을 끼고 만졌을 때 안전할 정도의 온도)이 될 때까지 진행하였다.
성능/효과
(1) 엔드탭에 수직휜이 없거나 수평 구멍만 있을 때보다 수직휜이 있을 때 방열이 일어날 수 있는 면적이 증가할 뿐 아니라 뜨거운 열이 윗 방향으로 수월하게 빠져 나갈 수 있어 엔드탭의 냉각 성능이 향상된다.
(2) 수직휜이 있는 엔드탭의 경우 Bar-Cohen과 Rohsenow의 최적 휜 간 간격 식의 적용가능성을 확인하였으며 최적의 휜 수를 정하는 데 기준이 될 수 있을 것으로 생각한다.
(3) 종합적으로 판단할 때, 수직휜이 있는 형상 중 Bar-Cohen과 Rohsenow의 최적 휜 간 간격 식을 적용한 형상이 방열이 우수한 설계로 판단된다.
본 연구의 선행 연구[3]와 실험을 통하여 엔드 탭에 평판 휜이 있으면 방열 성능이 향상됨을 확인하였다. 수치해석 에서는 이 휜의 최적 형상에 대해 평가한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
용접에 관한 연구는 무엇에 관심을 가지는가?
일반적으로 용접에 관한 연구는 용접성에 미치는 공정변수의 영향, 용접 비드형상 예측 및 용접부의 수축현상 등 용접현상 자체에 주로 관심을 가진다[1]-[4]. 그러나 두 판을 맞대기 용접할 경우처럼, 용접부 비드의 끝 부분은 용융 금속이 흘러내리거나 결함이 발생하기 쉽다.
엔드탭이 용접품질을 확보하는 원리는 무엇인가?
이를 방지하기 위해 용접부 시종단부의 측면에 장착하여 사용하는 엔드 탭에 관한 연구는 비교적 드물다. 엔드탭은 개선용접(홈에 용착금속을 덧붙이는 용접)의 시작과 끝부분 비드에 발생하기 쉬운 결함을 엔드 탭의 개선 내에 잔존시켜, 용접 후 엔드 탭을 잘라내는 시공법에 의하여 모재 본체의 용접 품질을 확보하는 데 사용된다[5]. 엔드 탭 장착 후 용접 시, 엔드 탭에 전달된 열이 빨리 식을수록 용접부 냉각도 빨라져 용접 후 엔드 탭 절단 시공을 신속히 진행할 수 있다.
엔드 탭은 용접시 어떤 문제가 발생하여 사용하게 되었는가?
일반적으로 용접에 관한 연구는 용접성에 미치는 공정변수의 영향, 용접 비드형상 예측 및 용접부의 수축현상 등 용접현상 자체에 주로 관심을 가진다[1]-[4]. 그러나 두 판을 맞대기 용접할 경우처럼, 용접부 비드의 끝 부분은 용융 금속이 흘러내리거나 결함이 발생하기 쉽다. 이를 방지하기 위해 용접부 시종단부의 측면에 장착하여 사용하는 엔드 탭에 관한 연구는 비교적 드물다.
참고문헌 (10)
J. D. Kim, B. L. Kil, and J. H. Lee, "Effect of process parameters on laser weldability of AZ31 magnesium alloy," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 32, no. 4, pp. 570-577, 2008 (in Korean).
K. W. Kim, G. J. Nam, J. H. Lee, J. Suh, and H. Y. Cho, "Finite element analysis for prediction of bead shape on Nd:YAG laser butt welding," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 32, no. 1, pp. 137-146, 2008 (in Korean).
J. D. Kim, J. B. Lee, C. J. Lee, M. G. Song, and G. J. Nam, "Weldability of STS316L for LNG carrier by fiber laser," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 36, no. 8, pp. 1061-1068, 2012 (in Korean).
J. T. Kim, D. C. Lee, H. M. Jeong, and H. S. Chung, "A study on the compensation margin on butt welding joint of large steel plates in shipyards," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 37, no. 5, pp. 461-466, 2013 (in Korean).
Cyber Welding School, http://www.eduwelding.co.kr/, Accessed September 24, 2006.
Y. M. Choi, Y. H. Choi, S. M. Cho, and Y. W. Lee, "Heat transfer of copper end-tab with fin during welding process," Proceedings of the Korean Society of Mechanical Engineers Conference, pp. 3080-3083, 2014 (in Korean).
S. H. Kim, J. W. Lee, J. H. Lee, J. P. Lee, and N. H. Kim, "Air-side performance comparison of fin-and-tube heat exchanger having plate and spiral fins," Proceedings of the Society of Air-conditioning and Refrigerating Engineers of Korea Summer Conference, pp. 1226-1229, 2010 (in Korean).
H. H. Oh, S. J. Kim, Y. D. Lee, and M. J. Oh, "Comparison of fluid flow and thermal characteristics between the plate-fin and pin-fin heat sinks," Proceedings of the Korean Society of Mechanical Engineers Spring Conference, pp. 2242-2247, 2005 (in Korean).
H. H. Jung, "A study on the fin efficiency of continuous fin-tube heat exchanger-In the case of sensible heat transfer," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 20, no. 5, pp. 522-527, 1996 (in Korean).
Y. A. Cengel, O. B. Kwon, E. P. Kim, T. G. Kim, T. Y. Kim, S. Y. Park, D. S. Bae, Y. G. Eom, D. H. Lee, and K. B. Lim, Introduction to Thermodynamics & Heat Transfer, 1st Ed. Seoul, Korea: INTERVISION, 2005 (in Korean).
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.