초록 ▼

용접시 용접열에 기인하여 발생되는 잔류응력과 변형을 제어, 저감하기 위해 용접열원부 후방에 heat sink를 적용하였을 때의 효과에 대한 연구를 진행하였다.

실물 시험 전에 용접부 후방에 heat sink 적용 시 응력거동과 온도 거동을 분석하기 위해 유한요소해석을 진행하였으며, 이때 hea sink의 강도와 크기 그리고 열원과의 거리와 이동속도를 입력할 수 있는 서브루틴을 작성하여 상용프로그램과 연동하여 해석을 수행하였다. heat sink와 열원간의 거리, heat sink부의 온도를 변화하며 해석한 결과 trai

용접시 용접열에 기인하여 발생되는 잔류응력과 변형을 제어, 저감하기 위해 용접열원부 후방에 heat sink를 적용하였을 때의 효과에 대한 연구를 진행하였다.

실물 시험 전에 용접부 후방에 heat sink 적용 시 응력거동과 온도 거동을 분석하기 위해 유한요소해석을 진행하였으며, 이때 hea sink의 강도와 크기 그리고 열원과의 거리와 이동속도를 입력할 수 있는 서브루틴을 작성하여 상용프로그램과 연동하여 해석을 수행하였다. heat sink와 열원간의 거리, heat sink부의 온도를 변화하며 해석한 결과 trailing heat sink에 의해 용접 변형 특히 면외 변형이 큰 폭으로 감소하는 조건이 존재함을 확인하였고 잔류응력의 경우 최대값의 경우 다소 감소가 발생함을 확인하였다. 면외변형이 최소로 되는 조건에서 크게 영향을 미치는 것은 열원과 냉각부와의 거리, 그리고 냉각부의 온도였으며 거리가 짧고 반경이 작고 냉각부 온도가 낮을수록 면외변형에 미치는 영향은 증가하였다.

해석결과를 기초로 하여 실물 시험을 진행하였으며 물과 압축공기를 이용한 이류체 미스트 분사 노즐이 장착된 헤드를 이용하여 용접부 후방을 냉각하도록 실험 장치를 구성하였다.

실험 장치는 mist 분사 노즐, 유량계, 압축공기 및 물 공급 장치, 용접와이어 자동 공급장치, 용접전원으로 구성되어 있고 용접이 시작되면 릴레이 신호에 의해 순차적으로 미스트노즐에 물과 압축공기가 입력된 시간만큼 주어진 속도로 이동하며 분사가 되도록 하였다. 미스트 노즐과 용접 토치는 2축 로봇에 의해 프로그래밍 된 바에 따라 자동용접이 되도록 하였다.

시험결과 용접노즐과 미스트 노즐간 거리가 25 mm 이고 이류체 노즐에 공급되는 압축공기 유량이 0.8 ~ 0.1 MPa의 압력에서 22 ~ 24 l/min 그리고 수압 0.08 ~ 0.09 MPa에서 유량이 80 ~ 100 ml/min 일 때 면외 변형이 발생하지 않는 용접 조건을 얻었다. 이 조건에서 유량이 증가한 경우 변형은 heat sink가 적용되지 않은 통상적인 용접을 적용한 경우의 변형과 반대방향으로 변형이 발생하였다. 즉냉각 정도에 따라 변형 방향이 변화가 될 수 있다. 면외 변형이 최소가 되는 용접조건에서 용접부 이면에 K형 열전대를 점 용접하여 용접과정의 열이력을 계측하였다. 통상적인 용접법과 비교하여 미스트 냉각이 적용된 경우에는 용접부의 고온역이 매우 빠르게 냉각되어 용접개시 후 10초 경과 후에는 100 ℃이하로 떨어지는 반면 통상적인 용접조건에서는 400 ℃이상의 고온에 머물러 있는 것으로 계측되었다.

냉각 초기에 미스트 분사에 의해 냉각구배가 매우 증가하였고 기울기가 2단계로 변화되는 것이 관찰되었다. 1단계 냉각구배에 비해 2단계 냉각구배가 더 크게 계측되었으며 이는 1단계에서는 분사된 미스트가 고온의 용접부에 의해 기화되어 증발압이 발생하여 미스트내의 물이 용접부 표면에 직접 닿지 못하였기 때문으로 생각되며 용접시편의 고온부가 냉각이 라이덴프로스트 효과가 발생하지 않는 온도까지 하강한 시점부터 미스트가 시편 표면을 직접적으로 적시면서 용접부 온도가 더욱 빠른 냉각구배로 진행되는 것으로 판단된다.

면외 변형이 발생하지 않는 용접조건에서의 내부 잔류응력 변화를 통상적인 용접조건과 비교하기 위해 strain gage를 이용하여 잔류응력을 계측하였다. 잔류응력 계측결과 전체적인 잔류응력 발생 총량은 mist 냉각을 적용한 경우에서 통상적인 경우보다 작았으나 용접부의 길이방향 응력성분은 면외변형의 경우와 같이 대폭적인 감소는 발생하지 않았다. mist 냉각을 적용한 용접시편과 같은 입열조건으로 mist 냉각을 적용하지 않은 용접시편에서 인장시편을 절취하여 단축인장시험을 한 결과 강도의 차이는 발생하지 않았으며 비커스 경도 시험에서는 mist 냉각이 적용된 시편에서 20~40Hv의 경도 상승이 관찰되었다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 4
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 8