• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.34 no.8
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• pp.997-1006
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• 2010

For manufacturing modern cars, so-called multi-materials, such as aluminum alloy with high-strength steels, are used. For obtaining such materials, a new joining method is required to achieve the multi-material design. Mechanical clinching is one of joining methods used to join the dissimilar materials. The objective of this study is to investigate the characteristics of mechanical clinching of Al5052 alloy to high-strength steels (SPFC440, 590, 780). Using FE-analysis and clinching experiment, the joinability of Al5052 alloy to high-strength steel is evaluated by geometrical shape of mechanical clinched joint, such as neck-thickness and undercut. Further, the joint strength is evaluated by performing a single-lap shear test. The upper high-strength steel SPFC780 was not clinched because of the necking of the upper sheet. The joint strength increased with increasing strength of the upper sheet. For the lower high-strength steel sheet, the joinability and joint strength decreased with increasing strength of the lower sheet.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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• pp.27-27
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• 2009

드라이브 샤프트는 일반적으로 엔진에서 발생된 회전력을 바퀴에 직접 전달하는 동시에 조향기능을 수행하는 자동차 부품이다. 최근에 경량화를 통한 에너지 절감을 위하여 기존 스틸소재를 알루미늄으로 대체하는 방안에 대한 연구가 집중되고 있다. 그러나 알루미늄 단일소재로 드라이브 샤프트를 제조하는 것은 비경제적이며 또한 기 개발된 자동차 부품들과의 연결을 고려하여 알루미늄 튜브와 스틸 요크의 이종금속 접합기술이 요구된다. 전자기 펄스용접은 전자기력을 이용하여 용접대상물을 고속으로 충돌시켜 용접하는 기술로서 열 발생이 적어 재료의 특성차로 인한 결함 및 변형이 발생하지 않아, 이종금속간 고품질 용접이 가능하며, 전자기 펄스 용접부의 품질과 밀접한 관계를 갖는 공정변수 경우 모재와 접합재의 재질 따라 적정 공정변수 범위가 변화되므로 공정에 따른 데이터의 축적은 대단히 중요하다. 전자기 펄스 용접을 이용한 이종금속 접합시 접합부 품질에 영향을 미치는 공정변수는 충전전압, 모재와 접합재 사이의 간격 및 접합재의 직경과 두께의 비(D/T비)로서 보고되었으며, Al/Steel 이종 금속 접합시 이들 공정변수가 접합부에 미치는 영향 및 최적의 공정변수 도출을 위한 연구는 시도되지 않았다. 따라서 본 연구는 전자기 펄스 용접기술을 이용한 Al/Steel 이종금속 접합 실험을 통하여 전자기 펄스용접의 적정성과 최적의 충전전압, 모재와 접합재 사이의 간격, D/T비를 도출하고자 한다. 전자기 펄스 용접 장치는 한국생산기술연구원과 웰메이트(주)에서 공동으로 개발한 $120{\mu}F$의 캐패시터 6개로 구성된 'W-MPW36'을 사용하였으며 이 장치의 최대충전전압과 최대접합용량은 각각 10kV, 36kJ이다. 접합재는 전기 전도율의 높은 Al 1070 파이프를 사용하였으며 모재는 기존 스틸 요크재인 SM45C 환봉을 사용하였다. 기보고된 연구를 통하여 코일과 접합재 사이의 간격이 좁을수록 높은 전자기력이 접합재에 작용하는 것을 확인하였으나 코일내 접합재와 모재 삽입 편의를 위하여 1mm로 설정하였다. 접합부의 품질 평가를 위하여 수압시험을 실시하였으며, 시험 후 접합부 단면을 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 관찰하였다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.18 no.10
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• pp.547-551
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• 2008

Crack-free joining of $Si_3N_4\;and\;Al_2O_3$ using 15 layers has been achieved by a unique approach introducing Sialon polytypoids as a functionally graded materials (FGMs) bonding layer. In the past, hot press sintering of multilayered FGMs with 20 layers of thickness $500{\mu}m$ each has been fabricated successfully. In this study, the number of layers for FGM was reduced to 15 layers from 20 layers for optimization. For fabrication, model was hot pressed at 38 MPa while heating up to $1700^{\circ}$, and it was cooled at $2^{\circ}$/min to minimize residual stress during sintering. Initially, FGM with 15 layers had cracks near 90 wt.% 12H / 10 wt.% $Al_2O_3$ and 90 wt.% 12H/10 wt.% $Si_3N_4$ layers. To solve this problem, FEM (finite element method) program based on the maximum tensile stress theory was applied to design optimized FGM layers of crack free joint. The sample is 3-dimensional cylindrical shape where this has been transformed to 2-dimensional axisymmetric mode. Based on the simulation, crack-free FGM sample was obtained by designing axial, hoop and radial stresses less than tensile strength values across all the layers of FGM. Therefore, we were able to predict and prevent the damage by calculating its thermal stress using its elastic modulus and coefficient of thermal expansion. Such analyses are especially useful for FGM samples where the residual stresses are very difficult to measure experimentally.

• Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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• v.17 no.2
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• pp.89-94
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• 2018

Due to industrial advancement and environmental concerns, there is a demand for light-weight material parts with high-performance characteristics. In order to meet this demand, various studies have been conducted on developing high-performance castings to achieve composite features by coating only specific parts that require high performance, with dissimilar joining, rather than coating the entire material part. This study analyzed the possibility of forming a local composite layer on an aluminum alloy through evaporation pattern casting, and the effects of parameters on the aluminum alloy.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2002.10a
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• pp.561-569
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• 2002

Laser has been called a "Quantum Machine" because of its mechanism of generation since the development on July 7,1960.by T.H.Maiman. We can now use this machine as a tool for manufacturing in industries. At present, 45kW CO2 laser, 10kW Nd:YAG laser, 6kW LD pumped YAG laser and 4kW direct diode laser facilities are available for welding a heavy steel plate of 40mm in thickness and for cutting metals at high speed of 140m/min. Laser Materials Processing is no longer a scientific curiosity but a modern tool in industries. Lasers in manufacturing sector are currently used in welding, cutting, drilling, cladding, marking, cleaning, micro-machining and forming. Recently, high power laser diode, 10kW LD pumped YAG laser, 700W fiber laser and excimer laser have been developed in the industrialized countries. As a result of large numbers of research and developments, the modem laser materials processing has been realized and used in all kinds of industries now. In the present paper, metallurgical studies on laser materials processing such as porosity formation, hot cracking and the joint performances of steels and aluminum alloys and dissimilar joint are discussed after the introduction of laser facilities and laser applications in industries such as automotive industry, electronics industry, and steel making industry. The wave towards the use of laser materials processing and its penetration into many industries has started in many countries now. Especially, development of high power/quality diode laser will be accelerate the introduction of this magnificent tool, because of the high efficiency of about 50%, long life time and compact.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2010.05a
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• pp.84-92
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• 2010

현재 가동 중인 몇몇 가압 경수로 원전 안전 1등급 설비의 이종금속 용접부는 일차수응력부식균열(PWSCC : Primary Stress Corrosion Cracking) 발생의 세가지 조건(민감 재질, 부식 환경, 인장응력)을 동시에 충족하고 있다. 즉, 이종금속 용접부는 PWSCC에 민감한 재질인 Alloy 600 계열 합금으로 제작 또는 용접되어 있으며 고온 수화학 부식 환경 하에 놓여있다. 아울러 오스테나이트 스테인리스 강의 예민화 예방을 위한 용접 후열처리 미실시로 높은 인장 용접 잔류응력이 작용하고 있다. 이러한 이종금속 용접부의 특성상 PWSCC가 발생할 잠재성이 있을 뿐만 아니라 국내외적으로 Alloy 600 계열 합금으로 제작 및 용접된 가압 경수로 원전 안전 1등급 설비의 이종금속 용접부에 실제 PWSCC가 발생된 사례들이 다수 보고되고 있다. 운전 환경 및 재질 변화 없이 PWSCC 발생을 예방하기 위해서는 인장 잔류응력을 이완시켜 낮은 인장 또는 압축 응력화하여야 한다. 이러한 인장 잔류응력 이완방법들로는 PWOL(Pre-emptive Weld Overlay), 레이저 피닝(Laser Peening), MSIP(Mechanical Stress Improvement Process), 워터 제트 피닝(Water Jet Peening), IHSI(Induction Heating Stress Improvement) 방법들이 있는데 공정 시간이 짧고 열 에너지 원이 필요 없으며 전체적인 소성 변형을 야기시키지 않는 레이저 피닝을 본 연구의 대상 방법으로 한다. 본 연구에서는 동적 유한요소 해석을 통해 용접 잔류응력을 이완시키는 레이저 피닝의 효과를 검증하고 용접 잔류응력에 미치는 레이저 피닝 변수의 영향을 고찰하고자 한다. 내부 보수용접이 수행된 경수로 원전 가압기 노즐 이종금속 용접부에 레이저 피닝을 적용한 경우에 대해 상용 유한요소 해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 동적 유한요소해석을 수행한 결과, 고온 수화학 일차수와 접하는 Alloy 600 계열 합금 내면에서의 인장 잔류응력이 상당히 이완됨을 확인하였다. 또한, 최대충격 압력이 증가할수록, 충격압력 지속시간이 증가할수록, 레이저 스팟 직경이 증가할수록 내표면 인장 잔류응력 이완 정도는 감소하나 이완되는 영역의 깊이는 증가함을 알 수 있다. 또한, 레이저 피닝 방향이 잔류응력 이완에 미치는 영향은 미미함을 알 수 있다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2010.05a
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• pp.43-46
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• 2010

As the nuclear power plant has been constructed continuously for several decades in Korea, the welding technology for components manufacturing and installation has been improved largely. Standardization for weld test and qualification was also established systematically according to the concerned code. The welding for the main components requires the high reliability to keep the constant quality level, which means the repeatability of weld quality. Therefore the weld process qualified by thorough test and evaluation is able to be applied for manufacturing. Narrow gap SAW and GTAW process are usually applied for girth seam welding of pressure vessel like Reactor vessel, steam generator, and etc. For the surface cladding with stainless steel and Inconel material, strip welding process is mainly used. Inside cladding of nozzles is additionally applied with Hot wire GTAW and semi-auto welding process. Especially the weld joint having elliptical weld line on curved surface needs a specialized weld system which is automatically rotating with adjusting position of the head torch. The small sized pipe, tube, and internal parts of reactor vessel requests precise weld processes like an automatic GTAW and electron beam welding. Welding of dissimilar materials including Inconel690 material has high possibility of weld defects like a lack of fusion, various types of crack. To avoid these kinds of problem, optimum weld parameters and sequence should be set up through the many tests. As the life extension of nuclear power plant is general trend, weld technologies having higher reliability is required gradually. More development of specialized welding systems, weld part analysis and evaluation, and life prediction for main components should be taken into a consideration extensively.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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• pp.114-114
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• 2009

최근 국내외에서 자동차 연비와 성능 향상을 위하여 고부가가치 자동변속기의 개발이 적극적으로 추진되고 있다. 특히, 유럽(ZF)과 일본(JATCO, AISIN)을 비롯한 변속기 부품의 기술선진국에서는 전자빔 용접을 적용한 고부가가치 자동변속기 제품이 개발되어 다양한 고급차 모델에 적용되고 있으며 2010년까지 8속 자동변속기를 출시할 예정으로 개발을 추진하고 있다. 이러한 자동변속기를 개발하기 위하여 부품의 성형 및 가공정밀도 관리가 중요하며, 최종 조립되는 부품의 전처리(연질화처리, 탈지, 이물질 제거등)와 용접시 용접변형을 최소화하기 위한 공정조건의 엄격한 관리가 요구되고 있다. 변속기 부품으로 사용되는 소재는 성형성 확보를 위한 연질재(SPCC)와 강도를 확보하기 위한 고강도강(SAPH400, SPFH590)으로 서로 다른 두께의 재질이 조립되어 최종단계에서 용접공정에 의해 제작되고 있다. 특히, 연질재는 복잡한 형상으로 성형한 다음, 가공을 거쳐 경화를 위한 연질화처리가 요구되기 때문에 건전한 용접을 하기 위해서는 용접면에 접한 연질화 처리부는 연질화 처리재가 잔존하지 않도록 완전한 제거할 필요가 있다. 만약 전처리 공정에서 충분한 세척과 가공품의 정도관리가 확보되지 않으면 전자빔 용접시 고온에서 이물질 증발과 잔류, 스패터 발생등에 의한 용접부 결함발생이나 용접변형으로 인하여 제품불량이 발생하게 된다. 따라서 본 연구에서는 최종 조립공정인 용접작업시 발생되는 결함을 방지하고 이 두께 및 이종소재의 전자빔 용접비드 형상(비드 폭, 용입깊이)을 최적화 함으로서 용접부 변형을 최소화하고 충분한 강도를 확보하고자 전자빔 용접전류와 속도에 따른 비드형상을 비교검토 하고자 하였다. 그리고 실차적용시 신뢰성을 확보하기 위하여 전자빔 용접한 자동차 변속기 부품의 비틀림 시험을 실시하였으며 전자빔 용접 전, 후의 변형량을 측정하여 변속기 부품으로서의 적용성을 검증하고자 하였다.