Al 6061-T6를 사용하여 마찰교반 용접 시 회전 툴 숄더의 너비부의 넓이와 회전 속도, 이동속도의 변화에 따른 물성의 변화에 대하여 평가되었다. FSW 공정의 접합 변수에 따라 인장시험을 수행하기 위하여 KS B 0801 5호에 따라 시험편을 제작하여 마찰교반 용접을 시행하였다. 마찰교반 용접이 된 시험편의 기계적 특성을 평가하기 위해 Instron 인장시험기를 사용하여 1mm/min의 시험 속도로 인장시험을 시행했다. 평가결과, 인장강도는 회전 속도가 증가함에 증가 하였다. 툴 숄더의 이동 속도가 빠를수록 툴 유형에 관계없이 인장강도는 감소하였다. 툴 숄더 직경 12 mm (TSD12) 의 인장 강도 값은 일반적으로 8mm 보다 높게 나타났다. 이동 속도와 회전하는 속도가 한계 값을 초과하면 재료의 특성에 영향을 주지 않고 안정화 단계에 도달한다. 툴 숄더 직경 8mm (TSD8) 는 TSD12 유형의 공구와 비교하여 재료 특성이 감소하고 용접 영역에서 재료가 완전히 혼합되지 않는다. 인장 강도 값은 모든 회전 속도 1500 rpm에서 상대적으로 감소한다. 이동 속도가 낮을수록 같은 회전수에서 재료의 혼합될 수 있는 양이 많으므로 인장강도값이 높게 나타난다. 결과적으로 용접 영역에서 재료를 완전히 혼합하고 전이 온도에 도달하기 위해서는 임계값을 초과하는 회전 속도가 필요하다.
Al 6061-T6를 사용하여 마찰교반 용접 시 회전 툴 숄더의 너비부의 넓이와 회전 속도, 이동속도의 변화에 따른 물성의 변화에 대하여 평가되었다. FSW 공정의 접합 변수에 따라 인장시험을 수행하기 위하여 KS B 0801 5호에 따라 시험편을 제작하여 마찰교반 용접을 시행하였다. 마찰교반 용접이 된 시험편의 기계적 특성을 평가하기 위해 Instron 인장시험기를 사용하여 1mm/min의 시험 속도로 인장시험을 시행했다. 평가결과, 인장강도는 회전 속도가 증가함에 증가 하였다. 툴 숄더의 이동 속도가 빠를수록 툴 유형에 관계없이 인장강도는 감소하였다. 툴 숄더 직경 12 mm (TSD12) 의 인장 강도 값은 일반적으로 8mm 보다 높게 나타났다. 이동 속도와 회전하는 속도가 한계 값을 초과하면 재료의 특성에 영향을 주지 않고 안정화 단계에 도달한다. 툴 숄더 직경 8mm (TSD8) 는 TSD12 유형의 공구와 비교하여 재료 특성이 감소하고 용접 영역에서 재료가 완전히 혼합되지 않는다. 인장 강도 값은 모든 회전 속도 1500 rpm에서 상대적으로 감소한다. 이동 속도가 낮을수록 같은 회전수에서 재료의 혼합될 수 있는 양이 많으므로 인장강도값이 높게 나타난다. 결과적으로 용접 영역에서 재료를 완전히 혼합하고 전이 온도에 도달하기 위해서는 임계값을 초과하는 회전 속도가 필요하다.
The changes in the mechanical properties according to the width of the tool shoulder, rotation speed and moving speed in friction stir welding (FSW) are evaluated using Al 6061-T6. The results indicated that the tensile strength value increases with increasing rotation speed. The higher the moving s...
The changes in the mechanical properties according to the width of the tool shoulder, rotation speed and moving speed in friction stir welding (FSW) are evaluated using Al 6061-T6. The results indicated that the tensile strength value increases with increasing rotation speed. The higher the moving speed of the tool shoulder, the lower the tensile strength, regardless of the tool type. A higher tensile strength value was generally obtained with a tool shoulder diameter of 12mm (TSD12) than with 8mm. When the moving and rotation speeds exceed a limiting value, a stabilization stage is reached, in which (the tool shoulder diameter?) no longer affects the material properties. At a tool shoulder diameter of 8mm (TSD8), the material properties are decreased and the mixture of material in the welding area is incomplete in comparison with the tool type of TSD12. The tensile strength value is decreased at a rotation speed of 1500 rpm. As a result, a rotation speed higher than the threshold value is needed in order for and the transition temperature to be reached, which allows the complete mixing of the material in the welding area.
The changes in the mechanical properties according to the width of the tool shoulder, rotation speed and moving speed in friction stir welding (FSW) are evaluated using Al 6061-T6. The results indicated that the tensile strength value increases with increasing rotation speed. The higher the moving speed of the tool shoulder, the lower the tensile strength, regardless of the tool type. A higher tensile strength value was generally obtained with a tool shoulder diameter of 12mm (TSD12) than with 8mm. When the moving and rotation speeds exceed a limiting value, a stabilization stage is reached, in which (the tool shoulder diameter?) no longer affects the material properties. At a tool shoulder diameter of 8mm (TSD8), the material properties are decreased and the mixture of material in the welding area is incomplete in comparison with the tool type of TSD12. The tensile strength value is decreased at a rotation speed of 1500 rpm. As a result, a rotation speed higher than the threshold value is needed in order for and the transition temperature to be reached, which allows the complete mixing of the material in the welding area.
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제안 방법
FSW 공정의 접합 변수에 따라 인장시험을 수행하기 위하여 KS B 0801 5호에 따라 시험편을 제작하였다. 마찰교반용접이 된 시험편의 기계적 특성을 평가하기 위해 Instron 4206 인장 시험기를 사용하여 1mm/min의 시험속도로 인장시험을 행하였다.
본 연구에서는 고강도 시효 경화재인 알루미늄 6061-T6 합금 압출판재를 사용하여 마찰교반 용접 시 회전 툴 숄더 폭, 회전속도 및 이동속도의 변화에 따른 물성의 변화를 관찰하였다.
본 연구에서는 알루미늄 6061-T6 합금 판재를 사용하여 마찰교반 용접시 회전 툴 숄더의 너비부의 넓이와 회전속도, 이동속도의 변화에 따른 물성의 변화에 대하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
본 연구에 사용된 고강도 시효 경화재인 알루미늄 6061-T6에 대한 기계적특성과 화학조성은 Table 1 과 Table 2에 각각 나타내었다. 합금 압출판재를 마찰교반용접 시, 회전 툴의 숄더 폭의 넓이를 변화에 따른 물성 치의 변화를 측정하고자 툴 숄더 폭(tool shoulder diameter) 12mm (TSD12)와 8mm(TSD8)로 제작하였다. Fig.
대상 데이터
2는 2가지의 툴 Shape의 제작도면을 나타내었다. FSW 공정의 접합 변수에 따라 인장시험을 수행하기 위하여 KS B 0801 5호에 따라 시험편을 제작하였다. 마찰교반용접이 된 시험편의 기계적 특성을 평가하기 위해 Instron 4206 인장 시험기를 사용하여 1mm/min의 시험속도로 인장시험을 행하였다.
본 연구에 사용된 고강도 시효 경화재인 알루미늄 6061-T6에 대한 기계적특성과 화학조성은 Table 1 과 Table 2에 각각 나타내었다. 합금 압출판재를 마찰교반용접 시, 회전 툴의 숄더 폭의 넓이를 변화에 따른 물성 치의 변화를 측정하고자 툴 숄더 폭(tool shoulder diameter) 12mm (TSD12)와 8mm(TSD8)로 제작하였다.
성능/효과
1) 회전 툴의 숄더부의 넓이가 넓을수록 모재에 보다 많은 마찰열을 공급할 수 있어 Tip 회전 시 원활한 재료의 혼합을 이루어 높은 물성 값을 나타내었다.
2) 이동 속도가 낮을수록 같은 회전수에서 재료의 혼합될 수 있는 양이 많으므로 인장강도 값이 높다.
3) 회전수가 높을수록 인장강도 값은 증가하였으나, 1800rpm을 넘어가면 안정화 단계로 가면서 물성 값에 더 이상 영향을 주지 않는다.
4) 회전 툴 숄더부의 넓이가 너무 좁게 되면 모재에 충분한 열을 공급하지 못하게 되고, 두 모재가 서로 혼합될 수 있는 전이온도까지 올라가지 못하게 되어 용접부의 불충분한 재료의 혼합이 이루어져 낮은 물성치를 가지게 된다.
5) 낮은 회전수에서는 충분한 마찰열이 발생되지 않아 용접부에 재료의 혼합이 잘 이루어지지 않아 낮은 인장강도 값으로 나타난다.
TSD12 회전 툴을 이용하여 비교적 낮은 회전수인 1500rpm에서 이동속도에 따른 인장강도의 변화를 측정한 결과 회전수가 1500rpm일 경우 이동속도가 증가함에 따라 인장강도의 값이 감소하는 결과를 나타냈다. 회전수가 1500 rpm에서는 Table 7과 같이 모든 속도에서 비교적 낮은 인장강도 값을 나타내었다.
TSD12를 이용하여 이동 속도를 50rpm으로 고정하고 회전속도를 1500rpm에서 2500 rpm으로 증가하였을 때 인장강도 변화를 측정한 결과 회전수가 증가할수록 인장 강도 값이 증가하는 경향을 나타났다. Table 3과 같이 1500 rpm의 경우 인장시험 시 114.
Table 4와 같이 회전수를 2600rpm으로 고정하고, 이동속도를 250rpm에서 400rpm으로 변화하였을 때 각각의 회전 툴에 대한 인장강도 변화를 측정한 결과 이동 속도 증가에 따라 인장강도의 값은 두 가지 회전 툴 모두 감소하였으며, TSD12의 인장강도 값이 TSD8의 강도에 비해 일반적으로 높게 나타났다. 이는 숄더가 접촉하는 면적이 넓을수록 모재에 보다 많은 마찰열을 공급 할 수 있어 원활한 재료의 혼합을 이루어 높은 물성 값을 나타내는 것으로 알 수 있다.
이는 이 조건에서 TSD8은 용접부에서 재료의 완전한 혼합을 이루지 못하여 물성치가 낮게 되는 것으로 유추할 수 있다. 마찰교반용접에서 이동속도와 회전수는 물성치에서 중요한 인자이며, 또한 회전 툴의 숄더부의 넓이도 중요 변수가 됨을 알 수 있다. 회전 툴 숄더부의 넓이가 너무 좁게 되면 모재에 충분한 열을 공급하지 못하게 되고, 두 모재가 서로 혼합될 수 있는 전이 온도까지 올라가지 못하게 되어 용접부의 불충분한 재료의 혼합이 이루어져 낮은 물성치를 가지게 되는 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
마찰교반용접은 무엇인가요?
마찰교반용접은 2개의 물체를 마찰시켰을 때 발생하는 발생열을 이용한 마찰접합의 일종으로 1991년 영국의 (The Welding Institute, TWI)에서 특허 출원한 이후 항공이나 조선과 같은 수송기계 산업분야의 적용에 그 관심이 매우 높아지고 있다[1]. 마찰교반용접(Friction Stir Welding, FSW)이란 나사산 형태의 돌기(probe)를 가지는 비소모성 공구(tool)를 고속으로 회전시키면서 피 접합재에 삽입하면 공구와 피 접합재간의 상호마찰에 의해 열이 발생하며, 이러한 마찰열에 의해 공구 주변의 재료는 연화되며 공구의 교반에 의한 재료의 소성유동으로 접합면 양쪽의 재료들이 강제적으로 혼합되는 원리로 피 접합재의 용접이 이루어지는 것을 말한다[2]. 따라서 이에 대한 대안으로 강선에 비하여 비강도가 높아 경량화에 의해 고속화가 가능하며, 추진용 연료의 절감, 높은 내식성에 의한 유지 보수가 용이하고 폐선 시 재활용이 가능하여 환경 친화적인 재료로 알루미늄 합금에 대한관심이 고조되고 있는 실정이다.
TSD12를 이용하여 이동 속도를 고정하고 회전속도를 증가시켰을 때 인장 강도의 변화는?
TSD12를 이용하여 이동 속도를 50rpm으로 고정하고 회전속도를 1500rpm에서 2500 rpm으로 증가하였을 때 인장강도 변화를 측정한 결과 회전수가 증가할수록 인장 강도 값이 증가하는 경향을 나타났다. Table 3과 같이 1500 rpm의 경우 인장시험 시 114.
회전수가 낮을 때 비교적 낮은 인장강도 값을 가지게 된 이유는?
회전수가 1500 rpm에서는 Table 7과 같이 모든 속도에서 비교적 낮은 인장강도 값을 나타내었다. 이는 낮은 회전수에서는 충분한 마찰열이 발생되지 않아 용접부에 재료의 혼합이 잘 이루어지지 않아 낮은 인장강도 값으로 나타나는 것으로 판단된다. 회전수가 어느 이상이 되지 않을 경우 충분한 재료의 혼합 시간을 주기 위해 이동속도를 낮추어도 인장강도 값을 올리지 못함을 알 수 있다.
참고문헌 (5)
H. I. Dawood, K. S. Mohammed, M. Y. Rajab "Advantages of the green solid state FSW over the conventional GMAW process", Advances in Materials Science and Engineering, pp. 1-10, 2014. DOI: https://doi.org/10.1155/2014/105713
Friction Stir Welding - Process variants and developments in the automotive industry, By W M Thomas, S W Kallee, D G Staines and P J Oakley, TWI Ltd Paper presented at 2006 SAE World Congress, 3-7 April 2006, Cobo Center, Detroit, Michigan, USA.
K. P. Mehta, V. J. Badheka "Influence of tool design and process parameters on dissimilar friction stir welding of copper to A6061-T651 joints", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 80, no. 9-12, pp. 2073-2082, 2015. DOI: https://doi.org/10.1007/s00170-015-7176-1
K. P. Mehta, V. J. Badheka "Effects of tool pin design on formation of defects in dissimilar friction stir welding", Procedia Technology, vol. 23, pp. 513-518, 2016. process. DOI: https://doi.org/10.1016/j.protcy.2016.03.057
A.A.M da Silva, E. Arruti, G. Janeiro, E. Aldanondo, P. Alvarez, A. Echeverria, "Materials flow and mechanical behaviorof dissimilar AA2024-T3 and AA7075-T6 aluminum alloys," Materials and Design, vol. 32, no. 4, pp. 2021-2027, 2011. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2010.11.059
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