• Journal of Korean Society of Steel Construction
• /
• v.10 no.3 s.36
• /
• pp.497-508
• /
• 1998

The objective of this study is to examine fatigue behavior of as-welded butt-welded joints with incomplete penetration from fatigue tests. The test results are the following. In static tests, tensile strength and yield strength of butt-welded joints are constant regardless of incomplete penetration. And in fatigue tests, fatigue strength of fully penetrated butt-welded joints satisfies fatigue limits, prescribed in Korean Specifications and JSSC, respectively. The results show that as the magnitude of incomplete penetration increases, fatigue strength decreases. In fractured surfaces, full and incomplete penetration specimen show different shapes, it is because that stress concentration factor vary with structural geometry in bead toe and root tip, and certify in FEM analysis. This study suggests that defects such as incomplete penetration from welding must be avoided in order to attain the sufficient life of steel structures.

• Journal of Korean Society of Steel Construction
• /
• v.10 no.3 s.36
• /
• pp.423-435
• /
• 1998

In this paper fatigue strength reduction of butt weld with penetration defect, which can be seen frequently in the steel bridge, was assessed quantitatively. S-N curves were derived and investigated through the constant amplitude fatigue test of fully or partially penetrated welded specimen made of SWS490 steel. The fracture mechanical method was applied in order to calculate the remaining fatigue life of the partially penetrated butt welds. The fatigue limit of the fully penetrated butt welds was higher than that of category A in AASHTO's fatigue design curves, and the slope of S-N curves with 5.57 was stiffer than that of other result for welded part generally accepted as 3. The fatigue strength of the partially Penetrated butt weld was strongly influenced by the size of lack of penetration, D. It decreased drastically with increasing D from 3.9 to 14.7mm. Fracture behaviour of the partially penetrated butt weld is able to be explained obviously from the beach mark test that a semi-elliptical surface crack with small a/c ratio initiates at a internal weld root and propagates through the weld metal. To estimate the fatigue life of the partially penetrated butt weld with fracture mechanics, stress intensity factors K of 3-dimensional semi-elliptical crack were calculated by appling finite elements method and fracture mechanics parameters such as C and m were derived through the fatigue test of CT-specimen. As a result, the fatigue lives obtained by using the fracture mechanical method agreed well with the experimental results. The results were applied to Sung-Su bridge collapsed due to penetration defects in butt weld of vertical member.

• Proceedings of the KWS Conference
• /
• 2009.11a
• /
• pp.7-7
• /
• 2009

TIG 용접에서는 후판 용접의 경우 용입의 한계 때문에 깊고 넓은 그루브 가공을 하여 다층 용접을 한다. 이 때, 그루브를 채우는 용착금속에 의한 응고 수축과 과대한 입열로 인한 변형이 문제시 되고 있다. 변형을 줄이기 위해서는 용착금속의 양과 입열량을 줄여야 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 그루브의 루트패이스를 두껍게 하고 그루브각을 줄여서 용착량을 줄인다. 이때, 좁은 그루브에서 두꺼운 루트패이스를 완전 용입할 수 있는 용접 프로세스가 필요하다. 비드가 좁고 깊은 용입 특성을 가지는 Plasma welding(PAW) 경우에는 좁은 그루브 속에 토치가 접근하기 어려워 적용하기 어렵다. 따라서 접근성이 용이한 TIG 용접에서 높은 용입형상비를 가지는 용접공정 개발이 필요하다. 선행연구로 높은 용입 형상비를 가지는 Active flux Tungsten Inert Gas(ATIG) 용접이 연구되었다. ATIG의 용입 증가 메커니즘으로는 Marangoni effect, 음이온들로 인한 아크 수축 효과, 절연 플럭스에 의한 아크 수축효과 등으로 알려져 있다. 또한 선행연구에서 ATIG에서 Ar가스에 He 또는 $H_2$ 가스를 첨가하면 용입이 더욱 증가하는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 A-TIG에 He 가스를 적용하고 아크길이 0.5mm, 1.0mm, 2.0mm와 전극 선단각 30도, 60도, 90도에 따른 용입 형상비와 변형량을 검토하기 위해 실험을 하였다. 실험 결과는 아크길이가 감소할수록 전극 선단각이 증가할수록 용입 형상비는 증가하였고, 변형량은 감소하였다.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
• /
• 1998.05b
• /
• pp.262-266
• /
• 1998

하나로 핵연료의 피복관과 봉단마개 재료로 사용되는 Aluminum 1060의 전자빔 용접부의 비드 특성을 조사하기 위하여 bead-on-plate 용접을 하였다. 비드의 단면을 절단하여 가속전압, 빔 전류, 용접속도에 따른 비드의 폭과 용입 깊이의 변화를 측정하고 용접부에 발생한 용접결함을 관찰하였다. 실험결과 가속전압과 범 전류의 증가에 따라 용입 깊이는 직선 비례적으로 계속 증가하였지만 비드폭은 그 증가율이 감소하는 경향이었다. 용접속도의 증가에 따라서 비드 폭과 용입깊이는 감소하는 경향을 보였다. 또한 범 출력이 높은 용접부의 root부에 다수의 porosity 가 발생하는 것을 관찰 할 수 있었으며 핵연료 봉단 마개의 porosity와는 다른 것을 확인하였다.

• Journal of Korean Society of Steel Construction
• /
• v.12 no.3 s.46
• /
• pp.231-238
• /
• 2000

There was extreme improvement in the processing result of weld toe, but there is possibility that the fatigue failure occurs from the weld root part where the fatigue strength became low relatively. This study did the fatigue test at the cross rib specimens which implemented a partial penetration weld to improve the fatigue strength of the weld root part. As a result of the fatigue test of the partial penetration weld and the fillet weld specimens, almost the same fatigue strength appeared. Because the fatigue failure began from toe, there was not a reinforcement effect in the weld root part by the partial penetration weld. So, it examined fatigue strength at the partial penetration welding specimens which processed toe to stop the fatigue failure of toe part. As a result, there was big fatigue strength improvement from the partial penetration weld than the fillet weld. Therefore, if fatigue crack occurrence can be restrained from toe, it thinks that the fatigue strength of the root part can improve by the partial penetration weld, after all, it thinks that the overall fatigue life can improve.

• Journal of Korean Society of Steel Construction
• /
• v.20 no.6
• /
• pp.817-827
• /
• 2008

The seismic performance of a column splice fabricated with PJP (partial joint penetration) welds for special moment frames was experimentally evaluated in this study. The steel materials that were used for the specimens included SHN490 and SN490 steel, or the newly developed structural steel for seismic application. Fabricating the column splice with PJP welds is highly attractive from the perspective of reducing the welding cost and the construction time. PJP welds in column splices are viewed apprehensively, however, because several tests have shown that PJP welds in thick members tend to become brittle under tensile loads. The column splices in this testing program were designed for the expected plastic moment of the column that current seismic codes typically require. The design strength of partial-penetration welded joints was determined according to the 2005 AISC-LRFD Specification. Three-point loading was applied monotonically, using a universal testing machine, such thatthe column splice joints were subjected to pure tension. The test results showed that the PJP welded splices, if designed properly, can develop a strength exceeding that of the actual plastic moment of the column. The specimen made of the SM490 rolled section, however, showed a brittle fracture at the splice soon after achieving the actual plastic moment of the column. The tensile coupon test results also showed that the material properties of SM490 steel are more unpredictable. Overall, although the test data are limited, the SHN490 and SN490 steel specimens showed a superior and reliable performance.

• Computational Structural Engineering
• /
• v.6 no.3
• /
• pp.113-123
• /
• 1993

Most of the ship structures and offshore structures are constructed through the welding and they are always subjected to variable loads. In this study, fatigue and stress concentration of the various types of welding connections due to the variable loads are investigated by using numerical approach, and comparisons between numerical analysis and experiments are performed. Fillet weld, full penetration weld and partial penetration weld characteristics are studied by using parameters such as penetration length, welding leg length, size and penetration angle. Based on this study, it is suggested that the fillet welding can be replaced with the penetration welding in some cases. The results of this study can be used as guidelines for actual welding problems in the shipyards.

• Journal of the Korean Institute of Gas
• /
• v.17 no.1
• /
• pp.19-25
• /
• 2013

The joining methods of steel structures of gas facilities, bridges, ships etc. by welding are composed mostly of T-type or cruciform fillet welding and full penetration or partial penetration according to the uses and the shape of the structures. In this study, it was examined the characteristics of fatigue crack according to penetration depth in relation to material thickness in the cruciform fillet welded joints. From the results, it was investigated the safe design stresses within the range of infinite life. When the LOP length is long the range of infinite life is small with root failure and when the LOP length is short the range of infinite life is large with teo failure. For the specimen of material thickness, 20mm welded by 3 pass compared with 10mm, 15mm welded by 2 pass, the fatigue strength and the range of infinite life was more improved by increasing of notch toughness from formation of micro-ferrite acicular structure.

• Proceedings of the KWS Conference
• /
• 2010.05a
• /
• pp.20-20
• /
• 2010

GTA (Gas Tungsten Arc)용접은 불활성 분위기에서 용접이 이루어지기 때문에 타 아크용접법에 비해 용접부 품질이 우수하여 고품질이 요구되는 산업분야에 널리 이용되고 있다. 하지만 스테인리스강으로 pipe를 제조하기 위해 GTA 용접을 적용할 경우, Laser 및 고주파 용접 (HFIW)에 비해 용접부 품질 및 용접속도가 낮기 때문에 pipe를 제조하는 산업에서 적용에 제한을 받고 있다. 하지만, GTA는 laser 혹은 HFIW에 비해 가격이 1/10수준으로 낮고, 용접부 gap tolerance 및 용접면 관리범위가 넓은 장점이 있기 때문에 GTA의 용접속도 및 용접품질을 향상시키기 위한 연구가 꾸준히 진행되고 있다. 일반적으로 스테인리스강 GTA용접 시 용접속도를 향상시키기 위해, 모재의 성분 제어 (합금성분 최적화-Al, S, Se, O등), Flux 도포 기술 (산화물을 용접전에 도포하여 용접속도 향상) 및 혼합보호가스 적용 등이 있다. 스테인리스강 용접 시 보호가스로는 용접부 품질을 확보하기 위해 Ar을 주로 사용하고 있다. 하지만 용입 특성을 향상시키기 위해 아크의 온도를 높일 수 있는 He, 혹은 $H_2$ gas를 단독 혹은 혼합하여 사용하고 있다. 오스테나이트계 스테인리스의 경우 용입특성을 향상시키기 위해 Ar에 $H_2$를 2~10%정도 혼합하여 사용하고 있다. 페라이트계 스테인리스강은 수소에 대한 고용도가 상대적으로 작아 용접부 수소 취화를 일으킬 수 있기 때문에 적용에 제한을 받고 있어 그 대안으로 산소를 극히 소량을 혼합하여 용입성 향상에 대한 연구가 보고 되고 있다. 따라서 본 연구에서는 페라이트계 스테인리스강의 용입특성을 향상시킬 목적으로 Ar에 산소를 미량 첨가 (1%미만) 하여 용접전류 및 산소 함량에 따른 용입특성의 변화에 대해 연구하였다. 또한 기계적인 물성 및 부식특성을 평가하였고, 최종적으로 실용화 가능성을 파악하기 위해 용접전극의 수명 테스트를 실시하였다. 실시한 결과, 산소가 첨가량 증가 할수록 용입특성은 상승하였으며, 기계적인 물성 또한 산소를 첨가하지 않은 경우에 비해 거의 유사한 값을 얻을 수 있었다, 하지만 산소함량이 증가 할수록 전극의 수명은 감소하여 교체주기가 증가함을 알 수 있다. 본 연구를 통해 얻어진 기술을 상용화시키기에는 극복해야할 문제가 있지만, 소재 합금성분 설계 시 용접생산성 향상위한 산소성분 범위를 제시할 수 있으리라 판단된다.

• Proceedings of the KWS Conference
• /
• 2004.05a
• /
• pp.60-62
• /
• 2004

TIG 용접에서 용입과 비드가 형성되어 가는 물리적 아크 현상을 이해함에 있어서 아크 압력은 매우 중요한 인자 중의 하나이다$^{1.2)}$ . 기존의 연구에서는 저전류나 중전류 영역의 TIG 용접에서 텅스텐 전극의 선단각과 용입 형태와의 관계를 플라즈마 기류 등에 고찰하였고, 최대 아크압력에 미치는 전극형상의 영향 등을 연구하였다. (중략)