• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제10권3호통권36호
• /
• pp.497-508
• /
• 1998

본 연구에서는 평면결함의 일종인 용입부족의 크기가 맞대기 용접부의 피로 특성에 미치는 영향을 정량적으로 규명하였다. 정적실험 결과 비드를 삭제하지 않은 맞대기 용접부의 인장강도와 항복강도는 용입부족 크기에 관계없이 일정하였다. 또한 피로실험 결과 완전용입된 맞대기 용접부의 피로강도는 국내 외의 시방서에서 규정하고 있는 피로 등급을 모두 만족하며, 용입부족 크기에 따른 피로강도의 저하는 용입부족 크기가 증가함에 따라 피로강도가 급격하게 감소하였다. 파단형태에서 완전용입 시험체와 용입부족 시험체의 파단형태가 서로 다른 형식을 취하고 있음을 알 수 있었는데 이는 용접지단부와 용접루트부의 기하학적 형상에 따른 응력집중계수의 변화에 기인하는 것을 유한요소해석에서 확인하였다. 따라서 강구조물에 대한 용접제작시 발생할 수 있는 용접결함 중 평면결함의 일종인 용입부족은 반드시 피해야만 강구조물의 공용수명을 충분히 확보할 수 있을 것이다.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제10권3호통권36호
• /
• pp.423-435
• /
• 1998

본 연구에서는 기존의 강교에서 흔하게 발견되고 있는 맞대기 용접부의 용입불량으로 인한 부재의 피로강도 저하도를 정량적으로 평가하고자 하였다. 이를 위하여 강교량의 재료로 널리 사용되고 있는 SWS490강으로 제작된 완전용입 및 용입깊이가 서로 다른 불완전용입 맞대기 용접시험편을 대상으로 일정진폭하중시험을 수행하여 S-N선도를 산출하고 이를 비교 검토하였으며, 파괴역학적 방법을 이용하여 불완전용입 용접재의 피로수명을 계산하였다. 본 연구의 결과로서, 완전용입 용접재의 경우 AASHTO의 피로강도등급선도와의 비교에서 피로한도값은 A등급보다 높은 값을 보였고, S-N선도의 기울기는 5.57로 매우 높게 나타났다. 불완전용입 용접재의 경우 불완전용입깊이 D가 증가함에 따라 피로강도가 감소하는데, D=14.7mm인 경우 AASHTO의 E'등급보다 낮게 나타난다. 불완전용입 용접재의 파손거동에서 피로균열은 내부 용접루트 선단부에서 a/c가 매우 작은 반타원형 표면균열의 형태로 발생하고, 시험체의 두께방향으로 진전하여 최종파손을 유발한다. 파괴역학적 방법을 이용한 불완전용입 용접재의 피로수명을 평가하기 위하여 3차원 반타원형 균열형상에 대한 응력확대계수 K를 유한요소해석으로 구하였다. 여기서 얻어진 K값과 실험으로 얻어진 Paris식의 상수를 이용하여 불완전용입 용접재의 피로수명을 계산하여 비교하였다. 그리고 실제 불완전용입 맞대기용접부의 파손으로 붕괴사고가 발생한 성수대교의 수직재에 본 연구결과를 적용하여 피로수명을 계산해 보았다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
• /
• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
• /
• 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.

• 한국원자력학회:학술대회논문집
• /
• 한국원자력학회 1998년도 춘계학술발표회논문집(2)
• /
• 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.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제12권3호통권46호
• /
• pp.231-238
• /
• 2000

본 연구는 용접지단부의 후처리 결과, 상대적으로 피로강도가 낮아진 용접루트부에 초점을 맞추었다. 용접루트부의 피로강도를 향상시키기 위하여 부분용입용접을 실시한 십자 리브 시험체와 보통의 필렛용접이음 십자 리브 시험체를 대상으로 피로시험을 행하였다. 그 결과, 부분용입용접을 한 시험체이더라도 용접그대로인 시험체의 경우는 보통의 필렛용접이음과 거의 동등한 피로강도를 보였다. 이것은 피로파괴가 지단부로부터 시작되었기 때문에 용접루트부의 보강책인 부분용입용접의 효과가 나타나지 않았다고 생각된다. 이에, 지단부의 피로파괴를 막기 위해 지단부를 후처리시킨 부분용입용접이음 시험체를 대상으로 피로시험을 한 결과, 보통의 필렛용접이음보다 상당한 피로강도 향상을 보였다. 그러므로 본 연구는 지단부로부터 피로균열 발생을 억제한다면, 부분용입용접이음으로 루트부의 피로강도를 향상시켜, 결국 전체적인 파단수명을 향상시킬 수 있을 것으로 생각한다.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제20권6호
• /
• pp.817-827
• /
• 2008

본 연구에서는 기존 SM490강재와 국내에서 최근 개발된 내진용강재(SHN490, SN490)로 이루어진 특수모멘트골조의 기둥이음부를 부분용입용접으로 설계하여 내진성능평가를 위한 실물대 실험을 실시하였다. 부분용입용접에 의한 기둥이음부는 용접비용 및 공기의 절감에서 매력적 인 방안이다. 그러나 과거에 외국에서 수행된 몇몇 실험결과에 의하면 부분용입용접에 의한 후판기둥의 이음부는 인장응력에 대해 취성파단하는 거동을 보였다. 이런 이유로 인해 최근의 내진설계기준에서는 특수모멘트골조의 부분용입용접 기둥이음부의 강도는 예상 기둥소성모멘트 이상의 강도를 요구한다. 이를 반영하여 시험체의 부분용입용접 이음부의 설계강도는 AISC-LRFD의 기준식을 적용하여 기둥의 예상 소성모멘트 이상이 되도록 설계 및 제작하고 3등분점 하중으로 단조가력하였다. 압연형강 시험체 2개 및 조립형강 시험체 2개(총 4개 시험체)의 이음부 모두에서 기둥의 실제 소성모멘트 이상의 강도를 발휘하였다. 즉 AISC-LRFD의 부분용입용접 설계강도식의 신뢰성을 확인할 수 있었다. 다만 SM490 압연형강 시험체는 기둥의 소성모멘트를 발휘한 후 이음부에서 급격한 취성파단이 발생하였다. 이는 용접결함과 플랜지의 강도미달에 따른 복합적 원인에 의한 것으로 추정된다. 특히 SM490 강재의 경우는 항복강도와 인장강도가 규정치에 미달하는 등 성능편차가 큰 것으로 나타났다. 제한적 실험결과이긴 하지만 소재물성 및 이음부 거동의 측면 모두에서 내진용 신강재가 기존강재에 비해 전체적으로 우수함을 보여준 결과라 할 수 있다.

• 전산구조공학
• /
• 제6권3호
• /
• pp.113-123
• /
• 1993

대부분의 선체 및 해양구조물은 용접을 통해서 만들어지며 이러한 구조물들은 항상 변화되는 하중에 노출된다. 본 논문에서는 T형 용접이음부의 응력집중과 피로특성규명을 위하여 수치해석적 방법을 통한 연구결과를 실험결과와 비교 검토하였다. 특히 필렛용접, 완전 용입용접, 부분 용입용접부의 특성을 응력집중과 피로강도면에서 연구하여ㅛ으며 이를 위한 파라메터로는 불 용입부의 길이, 각장의 크기 및 형태, 삽입판의 각도등을 채택하였다. 최적의 용접을 위하여 각 파라메터의 선정을 효과적으로 할 수 있도록 응력 및 피로수명분표, S-N선도를 정리하엿으며 필렛용접이 용입용접을 대신하여 사용될 수 있는 근거를 제시하였다. 본 연구결과는 실제 현장에서 구조의 용접이음부 형태 선정에 지침이 될 수 있다.

• 한국가스학회지
• /
• 제17권1호
• /
• pp.19-25
• /
• 2013

용접에 의한 가스설비, 교량, 선박 등 강 구조물의 접합 방법은 대부분 십자형이나 T형의 필릿 용접으로 이루어지며 구조물의 형상과 용도에 따라 완전 용입 또는 불완전 용입 상태로 이루어진다. 본 연구에서는 십자형 필릿용접 구조물에 대하여 재료 두께별 용입 깊이에 따른 피로 균열 특성을 파악하였고, 그 결과로부터 무한수명 영역내에서의 안전 설계응력에 대하여 고찰하였다. 미 용입 길이가 길면 루트 부 파괴가 되어 무한 수명 영역은 작고 미 용입 길이가 짧으면 토우부 파괴가 되어 무한 수명 영역은 크게 나타났다. 3층 용접한 재료 두께 20mm의 경우가 2층 용접한 재료 두께 10mm, 15mm의 경우보다 미세한 페라이트 침상 조직을 더 많게 형성시켜 노치 인성을 증가시키므로 서 피로강도와 무한 수명을 더 향상시킨 것으로 나타났다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
• /
• 대한용접접합학회 2010년도 춘계학술발표대회 초록집
• /
• 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.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
• /
• 대한용접접합학회 2004년도 춘계 학술발표대회 개요집
• /
• 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)