[논문]SM490A의 FCAW 용접 자세별 형상에 관한 기계적 특성 연구

임광묵; 이성일

doi:10.14346/jkosos.2019.34.6.7

SM490A의 FCAW 용접 자세별 형상에 관한 기계적 특성 연구
A Study on the Mechanical Properties of SM490A by FCAW Welding Attitude 원문보기

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.34 no.6, 2019년, pp.7 - 12

임광묵 (한국교통대학교 안전공학과) , 이성일 (한국교통대학교 안전공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Flux Cored Arc Welding (FCAW), which has been widely used in many industries, was developed in the 1950s to supplement shortcomings of the Shielded Metal Arc Welding (SMAW). FCAW has an advantage in that it can weld regardless of postures and give good quality results in the filed with many different working conditions. In this study, SM490A (rolled steel for welding structural purpose) with different thicknesses (L:25T+R:30T) were welded using FCAW. Then the mechanical properties (tension test, bending test, hardness test, impact test and macro test) were analyzed and the following conclusions were drawn. In the tensile test, it exceeds the KS standard tensile strength range (400~510) in all welding positions, which means there is a problem in the tensile force transmission performance. In the bending test, it was found that most of the specimens did not exhibit surface rupture or other defects during bending test and they exhibit sufficient toughness even after plastic deformation. In the hardness test, all the results were lower than the standard value of 350 Hv of KS B 0893, which means they have good hardness. In the impact test, all results were larger than the KS reference value of 27J. In the macro test, they showed uniform structure state by the shape of the weld, and there was risk of lamination because no internal defects, bubbles, or impurities were found on the surface of the weld.

주제어

표/그림 (19)

그림 Fig. 1. Flat position(1G).
그림 Fig. 2. Horizontal position(2G).
표 Table 1. Mechanical characteristics of base metal and filler metal
표 Table 2. Chemical compositions of base metal and filler metal
표 Table 3. Welding procedure
그림 Fig. 3. Vertical position(3G).
표 Table 4. Tensile test results(1G)
표 Table 5. Tensile test results(2G)
표 Table 6. Tensile test results(3G)
표 Table 7. Bend test results(1G)
표 Table 8. Bend test results(2G)
표 Table 9. Bend test results(3G)
표 Table 10. Hardness test results(1G)
표 Table 11. Hardness test results(2G)
표 Table 12. Hardness test results(3G)
표 Table 13. Impact test results(1~3G)
그림 Fig. 10. Welded part macro test result(1G).
그림 Fig. 11. Welded part macro test result(2G).
그림 Fig. 12. Welded part macro test result(3G).

AI 본문요약
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문제 정의

단면의 조직을 육안으로 관찰하여 불순물 개입여부, 조직 균일정도, 라미네이션 발생여부 등을 확인하는 것을 목적으로 한다. KS D 0210(강의 매크로조직 시험 방법)에 따라 조직시험을 계획하였으며, 시험편을 모재의 용접부 방향으로 설정하여 실험을 하였다⁸⁾ .
본 연구에서는 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있는 SM490A(L:25T+R:30T) 용접 후 시험편을 채취하여 한국산업규격(KS)에 따라 인장시험, 굽힘시험, 경도 시험, 충격시험, 매크로시험을 실시하고자 한다. 이를 통해 각기 다른 두께의 용접한 강재의 기계적 특성을 명확히 파악하여 용접부의 품질 및 안정성을 확인할 수 있는 구체적인 근거를 제시하는데 목적이 있다^4,5) .
본 연구에서는 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있는 SM490A(L:25T+R:30T) 용접 후 시험편을 채취하여 한국산업규격(KS)에 따라 인장시험, 굽힘시험, 경도 시험, 충격시험, 매크로시험을 실시하고자 한다. 이를 통해 각기 다른 두께의 용접한 강재의 기계적 특성을 명확히 파악하여 용접부의 품질 및 안정성을 확인할 수 있는 구체적인 근거를 제시하는데 목적이 있다^4,5) .
충격시험은 강재의 기계적 성질 및 소재특성을 파악 하고 강재의 각 방향별 충격 특성을 파악하기 위해 실시한다. 본 연구에서는 KS B 0809(금속재료 충격시험편)에 따라 10 mm×10 mm×55 mm의 규격을 가진 3개의 시험편을 제작하였으며, 천이온도를 파악하고자 20℃ 의 온도에서 실험을 하였다.

제안 방법

본 연구에서는 용접구조용 압연강재인 SM490A (L:25T+R:30T)을 플럭스 코어드 아크용접(FCAW)을 이용하여 이종용접 한 후 용접부의 기계적 특성을 인장, 굽힘, 경도, 충격, 매크로 시험을 통해 살펴보았다. 본연구를 통해 도출된 주요 내용은 다음과 같다.

대상 데이터

1∼3에 나타내었다. 1G에서는 판두께 25 t(mm)에 루트간격 6s(mm), 각도는 45°, 뒷 받침대는 SM490A(두께 9 mm, 길이 75 mm)를 이용하였다. 2G에서는 판 두께 25 t(mm), 각도는 35°, 뒷 받침대는 SM490A(두께 9mm, 길이 75mm)를 이용하였다.
1G에서는 판두께 25 t(mm)에 루트간격 6s(mm), 각도는 45°, 뒷 받침대는 SM490A(두께 9 mm, 길이 75 mm)를 이용하였다. 2G에서는 판 두께 25 t(mm), 각도는 35°, 뒷 받침대는 SM490A(두께 9mm, 길이 75mm)를 이용하였다. 마지막으로 3G에서는 1G와 동일하게 판 두께 25 t(mm)에 루트간격 6s(mm), 각도는 45°, 뒷 받침대는 SM490A(두께 9 mm, 길이 75 mm)를 이용하였다.
인장시험은 강재의 기계적 성질 및 소재특성을 파악하기 위한 일반적인 시험방법으로 이를 통해 항복강도, 인장강도, 항복비 및 연신율 등을 알 수 있다. SM490A 의 인장시험을 위해 KS B 0801(금속재료 인장시험편) 에 따라 압연방향으로 인장시험편 4호 2개를 제작하여 실험을 하였다⁶⁾ .
2G에서는 판 두께 25 t(mm), 각도는 35°, 뒷 받침대는 SM490A(두께 9mm, 길이 75mm)를 이용하였다. 마지막으로 3G에서는 1G와 동일하게 판 두께 25 t(mm)에 루트간격 6s(mm), 각도는 45°, 뒷 받침대는 SM490A(두께 9 mm, 길이 75 mm)를 이용하였다.
본 연구에서는 용접구조용 압연강재인 SM490A (L:25T+R:30T)를 용접하여 사용하였고, Table 1, 2에 각각 화학성분 및 기계적 성질을 나타내었다.
용가재의 경우 SF-71(∅1·4), AWS Spec는 A5.20, AWS-class는 E-71T-1을 사용하였다. 용접부 보호를 위하여 CO₂(Composition of gas mixture 100%) 가스를 사용하였으며 (유량: 20∼25 ℓ/min, gas sup size: 10∼20 mm), 전류형태는 역극성(Direct Current Reverse Polarity, 이하 DCRP)을 사용하였다.
용접구조용 압연강재인 SM490A을 각기 다른 두께로 L:25T+R:30T 용접 하였다. 1G, 2G, 3G에 따른 용접 자세별 이음형상은 Figs.

이론/모형

이때 생긴 오목 자국의 대각선을 측정하고 미리 계산 되어진 환산표와 비교하여 경도를 표시한다⁷⁾ . KS B 0893(용접 열영향부의 최고경도 시험방법)에 따른 비커스 경도 시험기를 사용하였으며, 자세별 3개의 시험편을 제작하여 10 kgf의 하중을 가해 실험을 하였다.
SM490A의 자세별 굽힘시험 결과는 Table 7∼9에 나타내었다. KS B ISO 5173(금속재료 용접부의 파괴시험-굽힘 시험) 방법에 따라 시험편을 구부려, 굽힘 시표면의 터짐이나 기타 결점의 유무를 확인하였다. 용접자세별(1G∼3G) 각 4개의 샘플(총 12개 샘플) 중 1G 에서는 2개가 1.
단면의 조직을 육안으로 관찰하여 불순물 개입여부, 조직 균일정도, 라미네이션 발생여부 등을 확인하는 것을 목적으로 한다. KS D 0210(강의 매크로조직 시험 방법)에 따라 조직시험을 계획하였으며, 시험편을 모재의 용접부 방향으로 설정하여 실험을 하였다⁸⁾ .
충격시험은 강재의 기계적 성질 및 소재특성을 파악 하고 강재의 각 방향별 충격 특성을 파악하기 위해 실시한다. 본 연구에서는 KS B 0809(금속재료 충격시험편)에 따라 10 mm×10 mm×55 mm의 규격을 가진 3개의 시험편을 제작하였으며, 천이온도를 파악하고자 20℃ 의 온도에서 실험을 하였다.
용접부 굽힘 시험은 용접부의 연성을 육안으로 확인하기 위한 방법으로 KS B ISO 5173(금속재료 용접 부의 파괴시험-굽힘 시험)을 준용한다. 시험편을 구부려, 굽힘 시 표면의 터짐이나 기타 결점의 유무를 확인할 수 있다.

성능/효과

1. 인장시험 결과 용접 자세와 상관없이 모든 시편의 시험 결과가 KS 규격의 인장강도 범위(400∼510N/mm²)를 초과한 것을 보아 시험편 모재부의 파단이 발생하지 않았으며, 이는 용접부 평판에 대한 인장력 전달 성능에 문제가 있는 것으로 판단되었다.
1G 자세에서 용접한 부분에 대한 충격시험의 결과 SM490A의 열 영향부에서는 146J, 125J, 144J, 용착 금속부에서는 147J, 157J, 145로 나타났다.
2. 굽힘시험 결과 1G 자세 중 2개의 시험편에서 1.5mm의 Open Discontinuity가 발생하였고, 2G 자세 중 1개의 시험편에서 1.0 mm의 Open Discontinuity가 발생하였으나 대부분의 시료에서 표면의 터짐 현장이 발생하지 않았고 기타 결점의 유무를 확인할 수 없었으며, 이는 용접 이후 소성변형 과정에서도 충분한 인성을 발휘하고 있는 것으로 나타났으며, 전 자세의 용접 방법이 굽힘 성능에 문제가 없는 것으로 판단되었다.
2G 자세에서 용접한 부분에 대한 충격시험의 결과 SM490A의 열 영향부에서는 184J, 166J, 178J, 용착 금속부에서는 113J, 130J, 144로 나타났다.
3. 경도시험 결과 모든 시험 시료의 모재부, 열영향부, 용착 금속부 경도가 KS B 0893의 규격치인 350 Hv 보다 낮은 것으로 보아 용접 이후 경도에 용접 자세 및 부위가 영향을 미치지 않는 것으로 판단되었다.
3G 자세에서 용접한 부분에 대한 충격시험의 결과 SM490A의 열 영향부에서는 39J, 51J, 41J, 용착 금속부 에서는 62J, 52J, 58로 나타났으며 이는 KS 기준값 27J보다 큰 것으로 충격에 효율적인 것으로 나타났다.
5. 매크로 시험 결과 자세별 용접부의 형상은 균일한 조직 상태를 나타냈으며, 용접부 전단면에 걸쳐 개재물(이종 물질)이 발견되지 않은 것으로 보아 모든 용접 자세에서 용접 이후 라미네이션 등의 하자 우려가 발생되지 않는 것으로 판단되었다.
4. 충격시험 결과 모든 시험시료의 모재부, 열영향부, 용착 금속부 강도가 KS 기준 값인 27J 보다 높은 수치로 나타나 충격에 효율적이며, 용접 후 강도에 충격에 효율적인 것으로 밝혀졌다. 이를 통해 용접 후 강도에 용접 자세 및 부위가 영향을 미치지 않는 것으로 판단되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	인장시험이란 무엇인가?	인장시험은 강재의 기계적 성질 및 소재특성을 파악하기 위한 일반적인 시험방법으로 이를 통해 항복강도, 인장강도, 항복비 및 연신율 등을 알 수 있다. SM490A 의 인장시험을 위해 KS B 0801(금속재료 인장시험편) 에 따라 압연방향으로 인장시험편 4호 2개를 제작하여 실험을 하였다6) .
	용접이 잘못 시공될 경우 발생할 수 있는 문제는 무엇이 있는가?	용접 시 금속 재료가 가열, 용융, 융합, 응고, 냉각하는 일련의 복잡한 과정이 국부적으로 단 시간 내에 이루어지기 때문에 잘못된 시공이 이루어질 경우 용접 결함 발생, 이음 성능 저하 등의 문제가 발생한다. 또한 불완전한 용접은 대형 사고로 이어질 수 있기 때문에 완전한 용접 검사를 통해 용접부의 품질 및 안전성을 확보하는 것이 중요하다.

참고문헌 (8)

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J. H. Koh and J. H. Kook, "A Study on the Effect of Heat Input on the Microstructure and Toughness of Weldments Made by Domestic Flux Cored Wires", Journal of the Korean Welding society, Vol. 11, No. 4, pp. 57-69, 1993.
C. J. Ahn, "A Study on Mechanical Properties and Weldability Characteristics of Rolled (SHN400) H-Shape Section Steel", Master's thesis, Soongsil University Graduate School, pp. 1-4.
B. H. Kim, W. I. Kim, C. Choi and Y. H. Park, "Study of Weld Part Status Change by $CO_2$ Welding According to the Variation of Gas Composition and Welding Wire on SS400 Material", Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 11, No. 5, pp. 129-136, 2012.
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D. H. Kim, D. Y. Kim, K. T. Lee and H. Y. Kim, "Strength Analysis of MIG Welding Specimen Considering Weld Characteristics", Conference on the Sector of the Korean Society of Automotive Engineers, Ilsan, Korea, pp. 1195-1201, 2012. 5.
J. Y. Kim, S. S. Kang, G. Y. Kim, S. C. Park and C. K. Kim, "Research on Fafigue Life Prediction of Muffler with Weld-zone Shape", Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol. 36, No. 1, pp. 85-93, 2012.

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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