• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제36권8호
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• pp.1076-1082
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• 2012

오늘날 LNG선의 용접에는 아크와 플라즈마가 사용되고 있으나 아크용접은 에너지 밀도가 낮아 후판에 대해서 다층용접이 불가피하며, 고밀도 열원인 레이저 용접에 비하여 용접속도에도 한계가 있다. 따라서 후판 용접시 다층용접에 의한 용접부의 조직적 결함이나 과대 입열로 형성된 열영향부 등의 문제를 해소하기 위하여 키홀용접에 의한 원패스 용접이 고려되고 있다. 키홀용접이 가능한 열원은 레이저, 전자빔, 플라즈마가 있으며, 현재 플라즈마 용접이 아크를 대체하여 LNG선 카고탱크의 멤브레인 용접에 적용되고 있다. 최근에는 멤브레인의 용접에 레이저를 적용하기 위한 많은 연구가 진행 중에 있다. 본 연구에서는 LNG선용 스테인리스강에 대한 파이버 레이저 및 플라즈마 아크 용접의 용접성, 기계적 성질 및 미세조직을 비교하였다. 그 결과 레이저 용접이 더 빠른 용접속도에서 좁은 용접부와 열영향부를 얻을 수 있었다. 따라서 LNG선의 용접에서는 파이버 레이저가 보다 우수한 용접법이라는 것을 알 수 있었다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.57-57
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• 2009

산업의 고도화에 따른 구조물의 사용 환경이 열악해지고 최근 에너지저감과 환경문제 개선을 위한 경화의 요구에 따라 뛰어난 내식성 및 우수한 고비강도 특성을 갖고 있는 타이타늄 및 타이타늄합금의 활용에 대한 연구가 많은 주목을 받고 있다. 이에 따라 타이타늄 신합금의 개발뿐만 아니라 기존에 개발되어 비교적 보편적으로 적용되고 있는 타이타늄 부품의 제조 및 성형기술에 대한 수요도 급증하고 있다. 특히, 기기 및 부품 제조를 위한 용접/접합기술도 매우 중요한 요소기술로 자리메김하고 있다. 타이타늄은 산소, 수소 등의 침입형 원소와의 친화력이 강한 활성이 큰 금속으로 용접시 고온에 노출되면 급격히 산화 및 취화 등의 문제를 발생한다. 따라서 타이타늄의 용접시에는 $426^{\circ}C$이상의 온도에서는 대기로부터 용접부가 차단되도록 하는 쉴딩기술이 매우 중요하다. 타이타늄의 용접은 일반적으로 아크용접, 전자빔 용접, 레이저 용접 및 확산접합 등이 적용되고 있으나 용접입열 조정이 용이하고 아크 안정성이 높고 용접부의 기계적 특성이 우수한 GTA 용접이 작업성을 고려하여 가장 많이 적용되고 있다. 본 연구에서는 미국용접학회(AWS)의 타이타늄 용접가이드를 분석 및 소개하였고, 1t 이하의 박판 CP Ti를 대상으로 GTAW 용접부 미세조직 및 기계적 특성을 분석하였다. 이때, 용접 비드폭 제어 및 펄스 용접기술을 통하여 박판 타이타늄의 최적 GTAW 공정변수 제어기술을 분석하였다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.116-116
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• 2009

마그네슘 합금은 구조용으로 사용 가능한 금속 재료 중 가장 가벼운 소재이며, 동시에 비강도 및 비강성과 같은 기계적 특성이 우수하여 알루미늄 합금의 뒤를 이을 차세대 경량 재료로써 주목을 받고 있다. 더욱이 석유자원의 대부분을 소비하고 있는 운송기기 분야에서는 경량화를 통한 연비향상과 배출가스 저감이 가장 큰 과제이며, 이 문제를 해결하기 위한 노력의 일환으로 최경량 소재인 마그네슘 합금의 사용량은 더욱 증가할 것으로 기대된다. 한편 기존의 마그네슘 합금 관련 연구는 새로운 합금의 개발에 치우쳐 있었으며, 상대적으로 이들 합금을 활용하기 위한 가공기술, 특히 용접에 대한 연구는 아직까지 많이 부족한 실정이다. 이는 철강재와 비교하여 마그네슘 합금의 고유물성이 용접의 관점에서는 상당히 열악하기 때문으로, 마그네슘은 융점 및 비점은 낮은 반면, 증기압과 열전도율은 높고 표면장력 및 점성은 낮은 특성을 가지고 있다. 그러므로 타 공법에 비해 상대적으로 입열이 적고 고속용접이 가능한 레이저의 적용이 최적으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 Nd:YAG 레이저를 사용하여 압연판재로 상용화되어 있는 AZ31B 마그네슘 합금의 맞대기 용접성을 조사하였으며, 용접부의 미세조직과 용접조건에 따른 용접부의 기계적 특성을 비교 및 검토하였다. 용접부의 기계적 특성은 인장 및 경도시험을 통해 평가하였다. 그 결과 레이저 출력 1.2kW를 적용한 경우에 안정적인 강도를 얻을 수 있었으며 레이저 출력 1.5kW, 용접속도 80mm/sec의 조건에서 모재 인장강도 대비 103% 그리고 연신율 대비 47.1%의 최적의 결과가 얻어졌다. 또한 용접부의 경도는 모재와 동등하거나 다소 높은 수준이었다. 이는 용접시 용접부내 잔류하는 알루미늄에 의한 고용 강화 효과와 금속간화합물의 석출 빈도 증가, 그리고 레이저 용접의 특징인 급열급랭 공정에 기인한 결정립 미세화의 영향 때문으로 사료된다. 한편 용접부 미세조직을 관찰한 결과, 열영향부의 존재는 두드러지지 않았으며 용융경계부에서는 주상정이, 그리고 용접부 가운데에서는 등축정이 관찰되었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제40권12호
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• pp.1055-1060
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• 2016

레이저 용접은 고밀도 용접법 중에 하나로 기존 용접방법에 비해 적은 입열로 깊은 용입과 빠른 용접속도를 얻을 수 있다. 연속 출력 파형 레이저 용접 시 입열량은 레이저 출력 및 용접속도에 의해 결정된다. 본 연구에서는 파이버 레이저를 사용하여 두께 0.5 mm의 순 티타늄 박판에 비드 및 겹치기 용접을 실시하였으며 레이저 출력 및 용접속도에 따른 용접성을 평가하였다. 레이저 출력 및 용접속도에 따른 용입깊이, 비드폭, 접합길이, 비드형상을 관찰하고 인장전단시험을 통해 기계적인 특성을 파악하였다. 실험결과, 겹치기 용접은 $P_L=0.5kW$, ${\nu}=2.5m/min$과 $P_L=1.5kW$, ${\nu}=6m/min$ 조건에서 양호한 접합길이를 가진 용접부를 얻을 수 있었으며, 용접부는 고출력보다 저출력 조건일 때 더 우수한 연성을 나타냈다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2010년도 춘계학술발표대회 초록집
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• pp.18-18
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• 2010

최근에 건조되는 선박이나 구조물들은 점차 대형화 되어가고, 이에 사용되는 판재들은 점차 고강도 극후판재화 되어가고 있다. 극후판재의 용접성을 향상시키기 위해서는 대입열 용접이 주로 적용되고 있는 실정인데, 30 mmt 이상의 후판을 1 pass로 용접하기 위해서는 EGW(Electro-gas welding) 기법을 사용한다. 대입열 용접은 용접입열(heat input)이 매우 높아 용착금속과 열영향부의 냉각속도가 매우 느려 용접열영향부에서 특히 fusion line 근처의 열영향부는 결정립 조대화 및 취약한 미세조직을 형성함으로서 저온인성을 크게 저하시키고, 연화 현상(softening effect)을 발생시켜 강도가 저하되는 문제점이 주로 발생하였다. 하지만 이런 문제점을 해결하기 위해 대입열용접에 사용된는 강재의 미세조직을 제어하여 AlN, TiN, $TiO_2$ 등의 석출물을 이용한 용접열영향부의 저온인성을 향상시켰다. 이러한 문제점이 발생하는 대입열용접에서 저온인성 시험은 주로 fuison line + 1, 2mm에서 수행한다. 하지만 대입열 용접시 용착금속의 냉각속도도 매우 느리기 때문에 용착금속의 위치에 따라 저온 인성 특성이 다르게 나타날 수 있다. 본 연구에서는 EGW 용착금속의 위치에 따른 저온인성 특성을 평가하기 위해 EH-36N, 40mmt 판재를 사용하여 1pole EG 용접 하였다. 용착금속의 저온인성 특성을 평가하기위해 충격 시편의 노치 위치가 fusion line - 2mm와 용접부 중앙을 기준으로 4곳을 선정하여 충격시험을 수행하였다. 또한 용착금속의 경도 분포를 알아보기 위해 micro vickers hardness tester(mitutoyo UR-501)을 사용해 hardness mapping 시험을 하였다. 용착금속의 저온인성은 미세조직과, 산소량에 따라 변화 할 수 있기 때문에 용착금속 위치를 달리하여 미세조직과 산소량도 각각 분석하였다. 용착금속의 저온인성을 향상시킬 수 있는 침상형페라이트와 비금속개재물의 상관관계에 관해 검토 하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제40권7호
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• pp.667-672
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• 2016

본 연구에서는 SS400에 대해 레이저-아크 하이브리드 용접을 이용하여 맞대기 용접을 실시하였다. 맞대기 용접시 입열에 직접적으로 영향을 미치는 레이저 출력, 용접 전류 및 속도를 변화시켜 실험을 실시하였다. 이를 통해, 결함 없이 원 패스 관통 용접이 이루어지고, 미려한 비드가 형성되는 최적의 맞대기 용접 조건을 도출하였다. 용접부의 기계적 및 조직적 특성을 파악하기 위해 레이저 및 아크 영역에 대해 경도측정 및 미세조직 관찰을 실시하였다. 또한 모재와 용접 시험편의 강도를 비교하기 위해 인장강도 실험을 실시하였으며, 결과적으로 두 시험편의 인장강도 값은 유사하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.7-7
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• 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.

• Journal of Welding and Joining
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• 제14권1호
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• pp.68-74
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• 1996

The microstructure of HAZ and the mechanical properties in weldments such as hardness and toughness were studied for mild steel and AH36 grade TMCP steel, as increasing heat input with electrogas welding process. The results of this study can be summarized as follow: 1) In the HAZ of mild steel, the width of coarse grained zone was larger than that of the nomalized zone, however in the case of TMCP steel, the nomalized zone was wider than the coarse grained zone. 2) The grain size of HAZ become coarse with increasing heat input. And at the same heat input, the grain size of TMCP steel was more coarser than that of mild steel. 3) According to the change of heat input, the deviation of hardness values was not significant, and the maximum values of hardness was not in HAZ but in the weld metal. And the hardness values in root part was higher than in face part. 4) Even though the HAZ grain size of mild steel was larger than that of TMCP steel, the impact values for mild steel was higher than those for TMCP steel, and the impact values in face part was higher than those in root part.

• Journal of Welding and Joining
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• 제33권2호
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• pp.91-96
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• 2015

The laser-arc hybrid welding of SS400 steel was carried out with the use of disk laser equipment of 6.6kW maximum power and MAG equipment of pulse mode. Parameter regarding heat input is one of the most important factors that directly affect penetration characteristics and welding defect. Therefore in this study, the effects of laser power, welding speed and current, voltage and pulse correction were investigated. As experiment result, it was found that the lower heat input, the more likely humping bead is formed at the back, and such humping bead could be suppressed by increasing laser power and arc current or decreasing welding speed, thus increasing heat input. Also deep penetration could be achieved by reducing arc voltage or pulse correction parameter in the same welding condition.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제21권2호
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• pp.157-165
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• 1997

The strength level of welded joint in room temperature and elevated temperature up to $600^{\circ}C$ was investigated in 250 and 300 grade 18% Ni maraging steel sheet welded with electron beam. The results obtained in this study are as follows; 1. Optimum welding heat input was 600J/cm in 1.0mm thickness and the room temperature tensile strength, joint efficiency of welded joint treated with optimum aging condition were found to be about 166kg/$mm^2$, 95% in 250 grade, 189kg/$mm^2$, 92% in 300 grade maraging steel sheet, respectively. 2. Tensile strength of welded joint in room temperature increased slightly by aging after repeated solution heat treatment, but the fracture mode showed a shear. 3. Joint efficiency at a temperature between $540^{\circ}C$and $600^{\circ}C$ found to be about 72% to 55%, but the joint efficiency exceeded about 90% below $300^{\circ}C$. 4. The fracture occurred in most weld metal, and the fracture surface showed a shallow dimple.