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For this study, SM45C steel rods using generally for power transmission shafts and machine components was selected and welded by Butt-GMAW method. and then it was studied about estimation of fatigue strength and the region of infinite life. From this result, it is demanded that the stress for safety...

For this study, SM45C steel rods using generally for power transmission shafts and machine components was selected and welded by Butt-GMAW method. and then it was studied about estimation of fatigue strength and the region of infinite life. From this result, it is demanded that the stress for safety design of machine components using SM45C butt-welded steel rods must be selected in the region of the lowest infinite life of heat affected zone.

For this study, SM45C steel rods using generally for power transmission shafts and machine components was selected and welded by Butt-GMAW method. and then it was studied about estimation of fatigue strength and the region of infinite life. From this result, it is demanded that the stress for safety design of machine components using SM45C butt-welded steel rods must be selected in the region of the lowest infinite life of heat affected zone.

AI 본문요약

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 본 연구에서는 강봉 구조물로많이 사용하고 있는 SM45C 강봉을 선택하여 GMAW 용접법으로 맞대기 용접하였고 용접부위를 용착금속부, 용착금속부와 열영향부의 경계, 열영향부로 구분하여 모재부와 더불어 각 위치에원둘레 U-노치를 가공하고 회전 굽힘 피로시험을 하여 피로특성 및 수명평가를 해보고자 하였다. 그리고 Goodman의 식을 이용한 Haigh 선도로부터 무한 수명을 갖는 영역을 알아보고 본 강봉 용접재료를 사용하는 경우의 안전설계 응력범위에 대하여 고찰해 보고자 하였다.
• 과제이다. 본 연구에서는 강봉 구조물로많이 사용하고 있는 SM45C 강봉을 선택하여 GMAW 용접법으로 맞대기 용접하였고 용접부위를 용착금속부, 용착금속부와 열영향부의 경계, 열영향부로 구분하여 모재부와 더불어 각 위치에원둘레 U-노치를 가공하고 회전 굽힘 피로시험을 하여 피로특성 및 수명평가를 해보고자 하였다. 그리고 Goodman의 식을 이용한 Haigh 선도로부터 무한 수명을 갖는 영역을 알아보고 본 강봉 용접재료를 사용하는 경우의 안전설계 응력범위에 대하여 고찰해 보고자 하였다.

제안 방법

• 5mm의 원둘레 U- 노치를 가공하였다. 강봉 맞대기 용접부의 회전 굽힘 피로시험을 수행하기 전에 용접 각 부의 기계적 성질을 알아보기 위하여 먼저 인장시험 및 경도시험을 수행하였다. 인장시험은 lOOkN의 UTM을 사용하였고 노치의 영향을 알아보기 위하여 모재의 평활재료 시험편(smooth specimen in base metal)에 대한 시험도 수행하였다.
• 인장시험은 lOOkN의 UTM을 사용하였고 노치의 영향을 알아보기 위하여 모재의 평활재료 시험편(smooth specimen in base metal)에 대한 시험도 수행하였다. 경도시험은 정밀한 측정을 위하여 마이크로 비커스 (micro-vickers)경도를 측정하였다. 회전 굽힘 피로시험은 FTO-IO(H) 형식의 회전 굽힘 피로시험기를 사용하였고 공냉 chamber를 설치해서 실내 온도와 같은 18℃~20℃ 범위의 온도를 유지시키며 피로시험을 수행하였다.
• 그리고 기계적 성질을 파악하기 위하여 Fig. 1과 같이 표준 시험편을 기계 가공하였고 용접 부위를 기준으로 하여 양쪽으로 대칭되도록 Fig. 2 와 같이 회전 굽힘 피로 시험편을 기계 가공하였다. 용접부 주위를 경 연마(polishing)하고 부식 시켜 용착금속부의 중앙, 용착금속부와 열영향부의 경계, 열영향부 그리고 모재부를 명확하게 구별시킨 후 각 위치에 반경 0.
• 2 와 같이 회전 굽힘 피로 시험편을 기계 가공하였다. 용접부 주위를 경 연마(polishing)하고 부식 시켜 용착금속부의 중앙, 용착금속부와 열영향부의 경계, 열영향부 그리고 모재부를 명확하게 구별시킨 후 각 위치에 반경 0.5mm의 원둘레 U- 노치를 가공하였다. 강봉 맞대기 용접부의 회전 굽힘 피로시험을 수행하기 전에 용접 각 부의 기계적 성질을 알아보기 위하여 먼저 인장시험 및 경도시험을 수행하였다.
• 이러한 현상은 상온에서 인발공정에 의하여 제조되므로 인하여 가공경화의 영향을 크게 받은 결과로 생각되며 열영향부가 가장 낮게 나타나고 용착금속부가 모재부에 비하여 현저하게 낮은 결과를 보이고 있는데 이 결과는 용접 시 높은 열로 가열된후 상온에서 서서히 냉각 되어 재료가 연화된 결과라고 생각된다. 인장시험은 모재의 평활재료시험편 (unnotched specimen)과 노치 시험편 (notched specimen) 으로 용접재의 모재부 (base metal zone) 열영향부(heat affected zone), 열영향부와 용착금속부의 경 계 (The boundary between heat affected zone and weld metal zone) 및 용착금속부(weld metal zone) 로 구분하여 수행하였다. 그 결과는 Fig.
• 회전 굽힘 피로시험은 FTO-IO(H) 형식의 회전 굽힘 피로시험기를 사용하였고 공냉 chamber를 설치해서 실내 온도와 같은 18℃~20℃ 범위의 온도를 유지시키며 피로시험을 수행하였다. 하중 조건은 각 시험편마다 4~5단계 하중을 사용하였으며 104~107범위의 고 사이클에서 회전 굽힘 피로시험을 수행하였다.
• 경도시험은 정밀한 측정을 위하여 마이크로 비커스 (micro-vickers)경도를 측정하였다. 회전 굽힘 피로시험은 FTO-IO(H) 형식의 회전 굽힘 피로시험기를 사용하였고 공냉 chamber를 설치해서 실내 온도와 같은 18℃~20℃ 범위의 온도를 유지시키며 피로시험을 수행하였다. 하중 조건은 각 시험편마다 4~5단계 하중을 사용하였으며 104~107범위의 고 사이클에서 회전 굽힘 피로시험을 수행하였다.

대상 데이터

• 본 연구를 위하여 사용한 시험편 재료는 상온에서 인발 공정에 의하여 제조된 지름 25mm의 SM45C 강 봉을 선택하였고 양 끝 면을 30° 경사지도록 원둘레로 기계가공하고 60° 개선(groove) 형태로 맞대어 지그로 고정하고 회전시키며 GMAW 용접법에 의하여 3층 맞대기 용접 하였다. 그리고 기계적 성질을 파악하기 위하여 Fig.

이론/모형

• 강봉 맞대기 용접부의 회전 굽힘 피로시험을 수행하기 전에 용접 각 부의 기계적 성질을 알아보기 위하여 먼저 인장시험 및 경도시험을 수행하였다. 인장시험은 lOOkN의 UTM을 사용하였고 노치의 영향을 알아보기 위하여 모재의 평활재료 시험편(smooth specimen in base metal)에 대한 시험도 수행하였다. 경도시험은 정밀한 측정을 위하여 마이크로 비커스 (micro-vickers)경도를 측정하였다.

성능/효과

• 1) 냉간 인발공정에 의한 가공경화로 인하여 모재 부에서 경도와 인장강도가 가장 높게 나타나고 용접에 의하여 높은 열을 받은 후 상온에서 서서히 냉각됨으로서 용접부위가 연성화되어 용접부의 경도 및 인장강도는 낮게 나타난다.
• 2) 각 용접부의 피로강도는 열영향부와 용착금속부의 경계, 용착금속부, 열영향부의 순으로 높게나타나며 이 경향은 경도 값의 순서와 같다.
• 3) 모재부의 피로강도는 104 ~ 106 싸이클 범위에서 낮은 사이클에서는 용접부위의 피로 강도와 비교하여 높게 나타나고 있으며 높은 싸이클범위로 갈수록 피로강도가 현저히 감소하여 106 사이 클 근방에서 가장 낮은 열영 향부의 피 로강도와 유사하게 나타난다. 이러한 경향은 모재의 인발공정으로 인한 초기의 높은 압축잔류응력이 오랜 반복하중으로 인하여 이완되고 경도 및 인장강도도 다소 연성화되는 영향으로 생각된다.
• 4) 무한수명 평 가로부터 용접 재 료의 무한수명 영 역은 열영향부와 용착금속부의 경계, 용착금속부, 열영향부의 순으로 높게 나타난다. 따라서 안전설계응력은 가장 낮은 열영향부의 무한수명영역범위 내에서 정하는 것이 요구된다.

후속연구

• 따라서 본 연구에서 사용한 SM45C 강 봉 맞대기 용접재료를 사용하여 기계구조물을 제작할때 안전설계를 위해서는 무한수명 어역이 가장낮게 나타나는 열영향부 영역의 범위를 기준으로설계응력을 선택하는 것이 요구된다.

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