[논문]SM490-TMC 후판(40 mm) 강재의 SAW 용접을 통한 기계적 특성 연구

이성준

doi:10.5762/kais.2021.22.3.88

SM490-TMC 후판(40 mm) 강재의 SAW 용접을 통한 기계적 특성 연구
A Study on Mechanical Properties of SM490-TMC Back Plate(40 mm) Steel by SAW Welding 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.22 no.3, 2021년, pp.88 - 93

이성준 (시흥도시공사)

초록
AI-Helper

선박의 건조과정이나 압력용기의 몸체 부분을 용접할 경우 많이 사용되는 SAW(Submerged Arc Welding)는, 용접 부위에 분말 형태의 용제(Flux)를 일정 두께로 살포하고 그 속에 전극 와이어를 연속적으로 공급하여 용접이 이루어지는 방법으로 용접 시 발생되는 아크열이 외부로 노출되지 않는 특징이 있으며, 잠호용접으로 불리기도 한다. 또한 1,500~3,000A의 전류까지 통전 할 수 있는 고전류 용접이 가능하며 아크효율이 95% 이상, 미세한 금속 산화물 입자인 Welding Fume 발생량이 적고 아크광선이 외부로 노출되지 않아 청정한 작업이 가능하며 용입이 깊고 결함이 잘 발생하지 않아 용접 이음부의 신뢰도가 높다. 본 연구에서는 SM490C-TMC 후판을 서브머지드 아크용접(SAW)을 이용하여 이종 용접한 후 용접부의 기계적 특성을 인장, 경도, 매크로, 자분탐상 검사 결과를 분석하여 다음과 같은 결론을 도출하였다. 굽힘 시험 결과 시료에서 표면의 터짐 현장이 발생하지 않았고 기타 결점의 유무를 확인할 수 없었으며, 이는 용접 이후 소성변형 과정에서도 충분한 인성을 발휘하고 있는 것으로 나타났으며, 1F 용접 방법이 굽힘 성능에 문제가 없는 것으로 판단되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

SAW (Submerged Arc Welding) is often used for ship construction or welding pressure vessels and involves spraying a flux in a powder form to a welding site to a certain thickness and continuously supplying electrode wires therein. This welding method enables high current welding up to 1,500 to 3,000 A. Arc efficiency is higher than 95% and the technique allows clean work as it creates less welding fume, which is composed of fine metal oxide particles, and the arc beam is not exposed. In this study, SM490C-TMC thick plates were heterogeneously welded by SAW. Mechanical properties of welds were measured, and welds were assessed macroscopically and for adhering magnetic particles. The following conclusions were drawn. Bending tests showed no spots exploded on sample surfaces or any other defect, and plastic deformation testing confirmed sufficient weld toughness. These results showed the 1F welding method has no shortcomings in terms of bending performance.

주제어

표/그림 (14)

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. 1. Welding joint shape
그림 Fig. 2. Bead distribution shape
그림 Fig. 3. Bend test device
그림 Fig. 4. Hardness tester
그림 Fig. 5. Macro test device
그림 Fig. 6. Magnetic Particle Testing Equipment
그림 Fig. 7. Result of hardness test of fillet welding
표 Table 4. Magnetic Particle Examination procedure
표 Table 5. Bend test results
표 Table 6. Hardness test results(1F)
그림 Fig. 8. Welded part macro test result

AI 본문요약
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문제 정의

매크로 시험은 용접부 단면의 조직을 육안관찰을 통하여 불순물 여부, 조직의 균일성, Lamination 발생 등에 대한 여부를 확인하는 것을 목적으로 하며 Fig. 5의 장비를 통해 KS D 0210(강의 매크로 조직 시험방법)의 기준에 따라 시험편 모재의 용접부 방향으로 설정하여 실험을 진행하였다[1, 2, 9].
본 연구에서는 여러 산업 분야에서 주로 사용되고 있는 SM490-TMC 후판 강재를 용접 후 시험편 채취를 통해 한국산업규격(KS)에 따라 굽힘 시험, 경도시험, 매크로 시험, 자분탐상검사를 실시하고자 한다. 이를 통하여 용접 강재의 기계적 특성을 파악하여 용접부에 대한 품질과 안전성을 확인할 수 있는 구체적 근거를 제시하는데 목적이 있다[4-6].
시험, 자분탐상검사를 실시하고자 한다. 이를 통하여 용접 강재의 기계적 특성을 파악하여 용접부에 대한 품질과 안전성을 확인할 수 있는 구체적 근거를 제시하는데 목적이 있다[4-6].

제안 방법

유무와 위치를 확인하는 방법이다[1, 2]. Fig. 6은 자분탐상검사를 하기 위해 반드시 필요한 자화, 자분 살포, 자외선 조사, 탈자 장치를 나타내었고, Table 4에는 자분탐상검사 방법을 나타낸 것으로 검사 대상물의 표면은 용접부 자화 방법은 연속법, 습식법, 비형광을 사용하였고, 탈자는 미실시하였다.
SM490-TMC 후판 강재를 SAW 용접을 실시하였다. 1F에 따른 용접 이음 형상은 Fig.
경도시험은 용접에 따른 경도 분포를 확인하기 위해 다이아몬드 사각추의 압입자(꼭지각이 136° )를 1∼120 kgf의 하중으로 시험편에 압입하나 본 연구에서는 10 kgf의 하중을 가하며 오목 자국의 대각선을 측정 후 환산표와 비교하여 경도를 표시한다[1, 2, 8]. KS B 0893(용접 열 영향부의 최고 경도 시험방법)에 따라 Fig.
본 연구에서는 SM490-TMC 후판 강재를 SAW 용접을 실시하였고, Table 1, 2에 금속의 화학성분과 기계적 성질에 대한 기준을 나타내었다.
본 연구에서는 SM490C-TMC 후판을 서브머지드 아크용접(SAW)을 이종 용접 후 용접부에 대한 기계적 특성을 인장, 경도, 매크로, 자분탐상 검사를 실시하여 아래와 같은 결과를 도출하였다.
전류 형태는 정현파 교류(Alternating Current, 이하 AC)을 사용하였다. 위빙은 Stringer, 팁과 모재와의 간격은 40 mm, Single·Multi pass(PER SIDE)는 MULTI를 사용하였다[1, 2].
17, AWS-class는 EH-14를 사용하였다. 전류 형태는 정현파 교류(Alternating Current, 이하 AC)을 사용하였다. 위빙은 Stringer, 팁과 모재와의 간격은 40 mm, Single·Multi pass(PER SIDE)는 MULTI를 사용하였다[1, 2].

대상 데이터

용가재의 경우 SF-777MX(∅), AWS Spec는 A5.17, AWS-class는 EH-14를 사용하였다. 전류 형태는 정현파 교류(Alternating Current, 이하 AC)을 사용하였다.

이론/모형

비교하여 경도를 표시한다[1, 2, 8]. KS B 0893(용접 열 영향부의 최고 경도 시험방법)에 따라 Fig. 4의 비커스 경도 시험기를 사용하였으며, 자세별 3개의 시험편을 제작하여 10 kgf의 하중을 가해 실험을 진행하였다.
KS B ISO 5173(금속재료 용접부의 파괴시험-굽힘 시험)에 따라 시험편에 대한 굽힘 성능(표면의 터짐 등)을 통해 결점의 유무를 확인하였다. 1F 자세의 3개의 샘플 중 터짐 현상이 나타나지 않았으며, 이는 소성변형 후에도 충분한 인성을 발휘하고 있으며, 용접 방법에서도 별다른 이상이 없음을 알 수 있었다.
용접부 굽힘 시험은 용접부에 대한 연성을 육안으로확인하기 위하여 KS B ISO 5173(금속재료 용접부의 파괴시험 굽힘 시험)을 준용하며, 시험편에 대한 시험을 통하여 표면의 터짐 등 기타 결점의 이상 유무를 확인할 수 있다. SM490A의 시험을 위해 직경은 표본의 4배, 강도는 180°로 설정 후 실험을 진행하였다[1, 2, 7].

성능/효과

1. 굽힘 시험 결과, 시험편(시료)의 표면 터짐 현상 및 결점 발생 유무를 확인할 수 없었으며, 이는 용접 이후 소성변형 과정에서도 적절한 인성을 가지고 있는 것으로 나타났으며, 1F 용접 방법이 굽힘 성능에 문제가 없는 것으로 판단되었다.
KS B ISO 5173(금속재료 용접부의 파괴시험-굽힘 시험)에 따라 시험편에 대한 굽힘 성능(표면의 터짐 등)을 통해 결점의 유무를 확인하였다. 1F 자세의 3개의 샘플 중 터짐 현상이 나타나지 않았으며, 이는 소성변형 후에도 충분한 인성을 발휘하고 있으며, 용접 방법에서도 별다른 이상이 없음을 알 수 있었다.
2. 경도시험 결과, 모재부, 열영향부, 용착 금속 부의 경도가 KS B 0893의 정규 규격치인 350 Hv보다낮은 것으로 보아 용접 이후 경도에 용접 자세 및 부위가 영향을 미치지 않는 것으로 판단되었다.
3. 매크로 시험 결과, 용접부 전면에 불순물 등이 발견되지 않은 것으로 보아 모든 용접 자세에서 용접 이후 Lamination의 우려가 나타나지 않은 것으로 판단되었다.
4. 자분탐상검사 결과, Notch가 발생되지 않았고, 용접부에 대한 별도의 결함이 발생되지 않은 것으로 보아 용접성에 대한 안전성은 문제가 없는 것으로 판단되었다.
자분탐상검사를 통해 세부적이고 정밀한 결과값을 얻기 위하여 탐상면을 직각으로 2 이상의 방향에서 자화를 실시하였고, 재료, 구조물에서 사용되는 철 및 강재 등의 결함 또는 구멍 등 Notch가 발생되지 않음에 따라 응력의 감소를 나타남에 따라 용접부에 대한 결함은 발견되지 않았다.

참고문헌 (9)

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B. J. Cho, S. J. Lee, J. K. Rhim, "Evaluation of Mechanical Test Characteristics of Fillet Welding" Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol.21, No.2, pp.535-541, 2020 DOI: http://doi.org/10.5962/KAIS.2020.21.2.535

원문보기 상세보기
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원문보기 상세보기
D. H. Kim, D. Y. Kim, K. T. Lee, 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. U. Park, "Computational Modelling to Predict the Welding Deformation in Steel Structures", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol.8, No.1, pp.96-102, 2007

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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