• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권2호
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• pp.7-13
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• 2019

본 연구에서는 이종경량재료의 마찰교반용접을 모사할 수 있는 유한요소 해석모델을 개발하고, 이를 통해 기초분석과 실용적 적용 가능성에 대해 고찰하였다. Coupled Eulerian Lagrangian 에 기반한 유한요소모델을 구성하였으며, 해석 모델은 외연적 시간적분을 이용하여 열-온도, 변위-응력 물리계로 이루어진 다중 물리계를 복합적으로 계산하며, 용접툴 표면과 피용접 재료 간 마찰, 극심한 소성변형으로 인한 열에너지 발생, 그리고, 밑면을 통한 열에너지 소산 등 열발생원과 열전달 메카니즘이 모두 고려되었다. Al6061T6와 AZ61 판재의 맞대기용접을 고려하였으며, 주요 용접변수인 용접 속도와 용접툴 회전속도를 변화시킨 세 가지 조건에 대해 해석을 실시하였다. 각 해석은 피용접물의 온도분포, 결함의 분포, 소성변형률 분포가 출력이 가능하였다. 구축한 모델을 이용한 해석 결과 알루미늄보다는 마그네슘부에서 더 높은 온도가 발생하였으며, 회전속도가 커질수록 최대 온도가 증가하기보다는 알루미늄쪽으로 높은 온도가 분산되어 가는 경향을 보였다. 또한, 회전속도가 커질수록 피용접물 재료가 위로 올라오는 플래시 결함의 경향 예측이 가능하였으나, 툴 주변 결함 형성예측은 메시가 세밀하지 못하여 정확한 결과를 산출하기에는 부족하다고 볼 수 있다. 본 모델은 마찰교반용접 중 발생 가능한 여러 물리계의 여러 물리적 현상을 실제에 가깝게 반영하고 있으며, 실험적으로 밝히기 어려운 기초 분석에 응용될 수 있으나, 1달이 넘는 해석소요시간을 감안하면 실용적으로 최적의 용접조건 도출에 응용되기는 어렵다고 판단된다.

• 동력기계공학회지
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• 제15권2호
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• pp.61-68
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• 2011

This paper investigates the tensile properties of the friction stir welded joints of Al 7075-T651 aluminum plate according to the welding conditions. A 7075-T651 aluminum alloy plate with a thickness of 6.0 mm was used in this investigation. For the friction stir welding (FSW) process, a tool with shoulder diameter of 20 mm and probe diameter of 9 mm was used. The rotation speed and traverse speed conditions were changed in this study, the other welding conditions are constant. The welding direction was aligned with the material rolling direction, and dimension of the FSW plate were $250{\times}100{\times}6\;mm$. As far as this work is concerned, the optimal FSW conditions are determined as the rotation speed, 600 rpm and traverse speed 0.8 mm/sec or the rotation speed, 800 rpm and traverse speed 0.5 mm/sec.

• 기계저널
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• 제22권3호
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• pp.184-190
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• 1982

어쿠우스틱 에밋션(AE)법에 의한 마찰용접강색도의 공정중 해석에 관한 실험적 연구에서의 탐 색적 연구결과는 다음과 같은 예비적 결론으로 나타내진다. 1) 철금속의 만족한 마찰동정을 달성할 때는 두개의 AE 돌출이 나타난다. 그 하나는 A역인 용 접사이클 중에 일어나는 것이며, B역인 또 다른 하나는 용접종료후 2, 3초 지나서 시작되는 냉 각중의 돌출이다. 최초의 돌출은 주로 재료의 소성변형에 기인하며, 두 번 째 AE 방출은 일반 적으로 크기가 더 크며 냉각중의 마르텐사이트 변태의 결과라고 해석된다. 2) AE의 초량과 강의 마찰용접강도 사이에는 일정한 상관관계가 존재한다고 생각된다. 실험적 오차를 더욱 감소시킨다면 정량관계가 수립될 수 있을 것이다. 3) 트랜스듀서와 기타 부품의 적절한 선택에 의해 철금속의 마찰용접품질(강도)을 공정중에 탐 색하기 위한, AE 법에 의한 공정중 용접강도 해석 시스템의 개발 가능성이 있다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.8-8
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• 2009

알루미늄 합금 Al 6082-T6는 최근에 개발되어 북유럽 등의 선진국에서는 그 뛰어난 해양 내식성과 우수한 강도로 인하여 해양구조물의 헬리데크(Helideck), 타워 갱웨이(Tower gangway), 알루미늄 피팅류(Aluminium fitting)등의 해양구조물과 플랫폼(Flatform), 알루미늄 래더(Aluminium ladder)등의 선박부품, 차량, 기계부품 분야에서 전 세계적으로 널리 사용되기 시작하였다. 그러나 전통적으로 용접금속의 기공은 결함으로 분류 되고, Rakesh Kumar 등의 논문에 따르면 용접 시 용접금속 내에 발생되어진 미세기공이 기계적 성질에 악영향을 미치는 것으로 보고되어졌다. 따라서 용접금속내의 발생하는 기공을 방지하는 용접공정의 개발이 반드시 필요하다. 본 연구의 목적은 Al 6082-T6 고속 MIG용접에서 기공방지를 위한 용접공정을 개발하는 것이다. Al 6082-T6의 7t 플레이트에 Al 5356의 와이어를 사용하여 아크길이 변경 및 용접속도를 60cpm과 120cpm으로 변경하여 실험하였고, 용접속도 120cpm의 고속 MIG용접에서 토치 진행각을 변경하여 실험을 진행하였다. 용접공정 파라메터 변경에 따른 기공율 측정은 이미지 분석 소프트웨어를 사용하여 정량적으로 분석하였다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 1991년도 특별강연 및 추계학술발표 개요집
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• pp.42-45
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• 1991

• Journal of Welding and Joining
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• 제9권3호
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• pp.10-17
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• 1991

용접구조물에서 용접이음부가 차지하는 비율은 매우 작은 경우가 많지만 용접이음부에는 각종 초기결함(이들 결함으로부터 진전하는 피로 균열, 환경에 의한 균열등을 포함) 및 용접 초기의 부정형을 비롯해서 형상적 불연속 등에서 유기되는 국부적인 응력, 변형률의 집중, 잔류응력, 구속응력, 용접금속이 갖는 숙명적인 야금적 특성의 불균일, bond부 및 HAZ부에서의 용접열 싸이클에 의한 재질의 국부적 강도저하등 용접부의 강도를 저하시키는 인자들이 복합되기 쉽고, 용접구조물 전체의 내파괴 건전성평가에서 용접부가 파괴 강도는 매우 중요하다. 용접구조물의 설계, 시공의 목적은 소요성능의 확보에 있고 구조물이 사용중에 성능손실이나 불안정 파괴가 발생하지 않도록 하는 것이 주요요건이 될 것이다. 현재의 제강기술수준에서 볼 때 모재의 강 도보다 오히려 용접부의 강도 특히 피로강도 및 파괴 인성을 적절하고 합리적으로 평가하는 것이 매우 중요하다고 해도 과언이 아닐 것이다. 용접부의 강도를 평가하는데 있어서 용접부에 발 생하는 용접결함에 대한 평가는 매우 중요하며 이들 결함에 대한 허용결함한계를 평가하여 보수 여부 및 용접구조물의 신뢰성을 평가 할 필요가 있다.

• 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.

• 한국원자력학회:학술대회논문집
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• 한국원자력학회 1998년도 춘계학술발표회논문집(2)
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• pp.210-215
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• 1998

본 연구는 핫셀(Hot-cell)에서의 활용을 전제로 핵연료 봉단용접기술로 개발되고 있는 래이저(Laser) 용접기술을 핵연료봉 퍼복재인 Zircaloy-4에 적용하여 그 용접성에 대한 기초적 특성을 분석하고, 관련 용접변수들의 용접성에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 사용된 용접기는 평균출력 150W급인 펄스형 Nd:YAG 레이저 용접기였으며, 보호가스 (shielding gas) 종류와 유량(flow rate), 용접속도(travel speed), 초점위치(focus position), 빔 파워(beam power), 시편의 표면거칠기(specimen surface roughness) 등의 용접변수가 용입 깊이와 용접비드 폭, 기계적 특성, 그리고 용접결함에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과 용접변수로 범 파워 125W이상, 초점위치 2mm, 그리고 보호가스로는 He가스가 적절하였으며, 시편의 표면거칠기가 거칠수록 용입깊이가 깊었다. 본 연구를 통해 핵연료봉 피복재 Zircaloy-4의 레이저 용접시 신뢰성 있는 용접조건을 확립하기 위한 기초자료를 얻을 수 있었다.

• Journal of Welding and Joining
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• 제14권3호
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• pp.29-40
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• 1996

Electron beam 용접은 전자총에서 발생된 electron beam을 렌즈로 집속시켜 고 에너지의 열원을 얻는 것을 기본 원리로 하고 있다. Electron beam은 렌즈에 의해 매우 작게 집속(0.1 - 1mm.PHI.)시켜 높은 에너지밀도로 만들 수 있으므로 용접을 매우 깊게(수십 - 수백 mm) 할 수 있다. 이러한 용접 특성은 모재의 열변형을 최소로 하여 용접 부위가 원래의 성질을 잃어버리는 것을 최소화한다. 그러나, deep welding 의 경우 입력 파워 밀도가 너무 큰 관계로 계면 부위가 기계적 충격에 약하다는 단점 을 갖고 있다. Electron beam 용접은 서로 다른 금속을 filler material 없이 용접할 수 있으며 복잡한 구조의 용접이 가능하다. 또한 대부분의 electron beam 용접은 진공 중에서 이루어지기 때문에 공기의 영향을 받지 않는다는(산화 방식) 특성을 갖고 있다. 즉, 공기와의 접촉이 적기 때문에 산화가 방지되고 용접 순도가 매우 높다는 장점을 갖고 있다. 이는 반면 장치가 거대해지고 비싸다는 단점으로 작용한다. 1980년대 부터 이러한 단점의 극복을 위해서 대기중에서의 electron beam 용접에 관한 연구가 수행 되어 실용화 단계에 이루고 있다. 최근 전자, computer기술의 발달로 electron beam 출력을 더욱 더 정밀하게 조절할 수 있고, computer와 sensor의 결합으로 자동용접 위치 제어와 NC(Numerical Control) 작업대의 설치로 완전 자동화 용접 공정이 가능 하다. 그 결과 높은 용접 속도를 얻을 수 있으며 무인 생산 체계에로의 응용이 가능 하다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권12호
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• pp.679-684
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• 2017

마찰 교반 용접(Friction Stir Welding)은 금속 소재 대상으로 용접 툴과 용접 재료의 마찰열을 이용하여 재료 융점 이하의 온도에서 접합하는 용접 기법이다. 이번 연구에서는 금속 접합시 쓰이는 마찰 교반 용접 기법을 활용하여 마그네슘 합금(AZ31)을 용접할 때, 용접시 발생하는 용접 대상인 마그네슘 합금의 온도 및 속도 변화에 대해 유동 해석 기법을 활용하여 분석하였다. 분석을 위해 유동 해석 툴인 플루언트를 활용하여 모델링 및 해석을 진행하였다. 먼저 용접 소재는 온도에 따라 변하는 고점도 뉴턴 유체로 가정하였으며, 나선형 홈이 있는 용접 툴의 회전에 의한 회전 유동 발생을 모사하기 위해 회전 영역과 정지 영역으로 구분하여 모사하였다. 용접 툴과 용접 재료 사이의 인터페이스는 마찰 및 미끄러짐 경계조건을 부여하여 용접 툴로의 열전달 효과를 고려하였다. 위의 유동 해석 모델링을 통한 과도 해석 결과로부터 시간의 변화에 따른 용접 소재의 속도와 온도 특성을 파악할 수 있었다.