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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 본 연구에서는 두 파이프 사이 틈새에 형성되는 자속에 영향을 미치는 주요인자들을 선정해 자속밀도에 대한 영향을 조사하였으며 실제모델을 충분히 대변할 수 있는 2차원 유한요소 해석모델을 구축해 실제 용접조건에서 측정 불가능한 자속밀도의 분포와 특성을 파악하였다. 또 해석한 결과의 신뢰성을 검증하기 위해 실제 측정치와 비교하였다.

가설 설정

• Fig. 5(a)의 경우 자속밀도의 최대값은 약 650 Gauss로 (b) 의경우와 비교해 그 값의 비율은 거의 2배에 도달한다. 즉, 여자전류가 증가함에 따라 자속밀도의 최대치와 파이프 두께 외연부와 내연부의 자속밀도 차는 해석치와 측정치 모두가 커지고 해석치와 측정치의 값은 비교적 잘 일치하는 것을 볼 수 있다.

제안 방법

• 1) 실제 모델을 대변할 수 있는 ・MIAB용접용 2차원 유한요소 해석모델을 구축하였다. 해석모델의 신뢰성 검증을 위해 자속밀도에 영향을 미치는 주요 인자들을 선정해 실제 측정치와 비교하였으며 그 결과 잘 일치하는 것을 볼 수 있었다.
• 2) 유한요소 해석모델을 이용함으로써 실제 용접조건에서 측정 불가능한 자속밀도에 대한 주요 변수 -57 -들의 영향을 파악하였다.
• 4) 아크회전과 효과적인 자속발생 및 집속에 유리한 코일시스템 그리고 M1AB용접장치 설계에 필요한 기초자료를 제시하였다.
• Fig. 3의 해석모델을 이용해 수치해석한 결과의 신뢰성 검증을 위해 실제 자속밀도의 측정치와 비교를 목적으로 주요변수들에 따라서 나타나는 자속밀도를 측정하였다. 자속밀도의 실제 측정과 해석에 사용된 주요인자들은 Fig.
• 영향을 미치는 주요인자들을 선정해 그 영향을 조사하였다. 그러나 실제 용접조건에 서자 속 밀도는 측정장치의 기하학적 형상의 제약으로 인해 측정 불가능하기 때문에 실제 용접조건에서 아크를 회 전시키는 전자기력에 영향을 미치는 파이프 틈새와 상하방향 자속밀도의 분포와 특성을 파악하기 위해 Fig. 3과 같이 실제 모델을 대변할 수 있는 2차원 유한요소 해석모델을 구축해 수치적으로 해석을 수행하였다. 실제 해석모델은 파이프 전체 길이를 모두 포함하나, 그림에서는 코일 근처의 유한 요소들을 나타내었다.
• 중요한 인자로 작용한다. 따라서 실제 용접시 파이프 사이 틈새 수준과 더불어 다양한 틈새 크기에 따라 나타나는 자속밀도의 특성을 파악하기 위해 측정장치를 이용해 측정하였다. Fig.
• 0mm이다. 따라서 이때 아크가 존재하는 파이프 두께와 파이프 두께 상하방향 부분의 측정 불가능한 자속밀도 값과 또 파이프 두께 바깥 표면으로 부터 거리에 따른 자속밀도 변화를 수치적 해석모델을 이용해 시뮬레이션(simulation)하였다. Fig.
• 영향을 받는다. 따라서 이러한 영향들을 파악하기 위해 Fig. 5에 각각의 여자전류의 수준에 따라서 나타나는 아크가 존재하는 파이프 틈새와 파이프 두께 상하방향의 자속밀도 분포와 특성을 측정치와 계산치를 비교해 나타내었다. Fig.
• 0mm의 탄소강관으로 하였다. 파이프 사이 틈새에 반경방향 자속을 형성시키기 위해 자속발생용 코일시스템을 설계, 제작하였다.
• 파이프 사이 틈새에 형성되는 자속밀도는 아크회전과 용접품질에 중요한 변수로 작용하기 때문에 자속밀도에 영향을 미치는 주요인자들을 선정해 그 영향을 조사하였다. 그러나 실제 용접조건에 서자 속 밀도는 측정장치의 기하학적 형상의 제약으로 인해 측정 불가능하기 때문에 실제 용접조건에서 아크를 회 전시키는 전자기력에 영향을 미치는 파이프 틈새와 상하방향 자속밀도의 분포와 특성을 파악하기 위해 Fig.

대상 데이터

• 4에서 볼 수 있듯이 파이프 사이 틈새(LQ, 파이프 사이 틈새 중심으로부터 코일까지 거리(L), 그리고 코일에 흐르는 여자전류(L)로 하였다. 실험과 해석에 사용한 피 용접재는 외경 48.1mm, 두께 2.0mm의 탄소강관으로 하였다. 파이프 사이 틈새에 반경방향 자속을 형성시키기 위해 자속발생용 코일시스템을 설계, 제작하였다.
• 3의 해석모델을 이용해 수치해석한 결과의 신뢰성 검증을 위해 실제 자속밀도의 측정치와 비교를 목적으로 주요변수들에 따라서 나타나는 자속밀도를 측정하였다. 자속밀도의 실제 측정과 해석에 사용된 주요인자들은 Fig. 4에서 볼 수 있듯이 파이프 사이 틈새(LQ, 파이프 사이 틈새 중심으로부터 코일까지 거리(L), 그리고 코일에 흐르는 여자전류(L)로 하였다. 실험과 해석에 사용한 피 용접재는 외경 48.

데이터처리

• 실제 용접조건에서 측정 불가능한 자속밀도의 분포와 특성을 파악하였다. 또 해석한 결과의 신뢰성을 검증하기 위해 실제 측정치와 비교하였다. 특히 자속밀도에 대한 해석결과들은 아크 회전과 효과적인 자속발생 및 집속에 유리한 코일시스템 그리고 MIAB용접 장치의 설계에 유용한 자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
• 실제 해석모델은 파이프 전체 길이를 모두 포함하나, 그림에서는 코일 근처의 유한 요소들을 나타내었다. 본 해석의 계산과정에는 상용 유한요소해석 프로그램인 ANSYS 를 이용하였다.

성능/효과

• 3) 여자전류와 파이프 사이 틈새 중심으로부터 코일까지 거리 그리고 파이프 사이 틈새는 아크를 회전시키는 자속밀도 변화에 중요한 인자들로 작용한다.
• 5(a)의 경우 자속밀도의 최대값은 약 650 Gauss로 (b) 의경우와 비교해 그 값의 비율은 거의 2배에 도달한다. 즉, 여자전류가 증가함에 따라 자속밀도의 최대치와 파이프 두께 외연부와 내연부의 자속밀도 차는 해석치와 측정치 모두가 커지고 해석치와 측정치의 값은 비교적 잘 일치하는 것을 볼 수 있다.
• 8은 다양한 파이프 사이 틈새 크기에 따라서 파이프 두께부분과 그 주변의 자속밀도의 분포 특성을 나타낸다. 파이프 두께 부분에 자속밀도 변화의 기울기와 자속밀도의 최대값은 파이프 사이 틈새가 좁을수록 증가하는 것을 확인할 수 있다.
• 1) 실제 모델을 대변할 수 있는 ・MIAB용접용 2차원 유한요소 해석모델을 구축하였다. 해석모델의 신뢰성 검증을 위해 자속밀도에 영향을 미치는 주요 인자들을 선정해 실제 측정치와 비교하였으며 그 결과 잘 일치하는 것을 볼 수 있었다.

후속연구

• 또 해석한 결과의 신뢰성을 검증하기 위해 실제 측정치와 비교하였다. 특히 자속밀도에 대한 해석결과들은 아크 회전과 효과적인 자속발생 및 집속에 유리한 코일시스템 그리고 MIAB용접 장치의 설계에 유용한 자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

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