• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.121-121
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• 2009

자동차는 코너 주행 시 In-corner와 Out-corner 의 바퀴 궤적이 달라지므로, 특별한 장치가 없이 좌우 구동 측의 바퀴가 같은 속도로 회전을 하게 되면 정상적인 주행이 불가능하다. 따라서 정상적인 코너 주행이 가능 하려면, 코너 안쪽 바퀴보다 바깥쪽 바퀴가 더 빨리 회전해야 하며 이러한 회전 차를 보상받지 못할 경우 바깥쪽 바퀴가 끌리는 현상이 발생하는데 이를 방지하기 위해 디퍼렌셜 기어가 필요하다. 현재 디퍼렌셜 기어는 디퍼렌셜 케이스와 링기어를 볼트로 체결하는 조립 공법을 통해 생산되고 있다. 하지만 볼트 체결 공법은 조립을 위한 볼트와 볼트 체결을 위한 플랜지와 볼팅을 위한 홀을 가공하는 공정이 필요하기 때문에 재료비 절감 및 생산 효율 향상에 매우 불리하고 볼트체결을 위한 부분 때문에 불필요한 무게가 증가하게 된다. 따라서 본 연구에서는 이러한 기계적 체결 방식을 레이저 용접 방식으로 대체하여 재료비를 절감하고 무게 저감을 통해 주행성능을 향상시키고자 하였다. 링기어의 소재는 침탄처리강(SCM420H)이며 디퍼렌셜 케이스의 소재는 주철(GCD500)을 사용하고 있다. 주철은 용접시 용접부와 열영향부에서 마르텐사이트 조직과 레데브라이트, 시멘타이트 조직이 생성되며 고탄소 모재의 탄소 확산으로 인한 부분 혼합영역에서 탄소 합금이 생성되어 균열이 발생하는 등 용접성이 매우 좋지 않은 것으로 알려져 있다. 이러한 주철의 난용접성을 해결하는 방법으로는 고탄소 모재 용접시 발생하는 탄소의 확산을 억제하거나 예열이나 후열 처리를 통한 냉각 속도의 제어하는 방법과 오스테나이트 안정화 원소를 첨가한 필러와이어를 사용하여 용접시 마르텐사이트와 시멘타이트의 성장을 방해하는 방법 등이 이용되고 있다. 본 연구에서는 예열처리나 후열처리를 통한 주철의 용접법은 대량 생산을 통한 원가절감을 노리는 자동차 업계의 특성에 비추어 볼 때 비용이나 프로세스 구성 면에서 적용하는 것이 어려울 것이라 판단하여 Ni-base filler metal을 통한 주철의 용접법을 선택하였고 그 결과 실차에 적용하기 위한 비틀림 강성 테스트나 내구 테스트는 통과하였으나 NVH 테스트 결과 볼팅 체결 방식에 비하여 소음이 커지는 문제가 발생하고 링기어의 HAZ부가 고경화 되는 문제가 발생하였다. 때문에 용입깊이를 초기 시제품인 5mm에서 4mm로 변경시켜 입열량 감소 및 용접변형을 줄여 소음 문제를 해결하고자 하였으며 링기어의 침탄층을 1mm 절삭하여 링기어 HAZ부의 고경화 문제를 해결하고자 하였다. 이러한 용접 구조 변경이 용접변형 및 강성과 피로에 미치는 영향력을 알아보고자 용접 및 열처리 상용 소프트웨어인 SYSWELD, 구조해석 상용소프트웨어인 NX_NASTRAN, 피로 해석 상용 소프트웨어인 FEMFAT을 이용하여 시뮬레이션 하였고 실제 구조 변경한 용접 시제품과 비교, 분석하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제26권3호
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• pp.497-504
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• 2002

The purpose of this study is to analyze thermal cycles and to investigate microstructures of heat affected zones for a low alloy carbon steel pipe under a multipass weld. The commercial finite element code SYSWELD is used to compute thermal cycles during multipass weld. The numerical results such as thermal cycles and size of heat affected zone are compared with those of the experiment and the two results show a good agreement. In addition, the microstructure and hardness are investigated from the weldment in detail. The weakest location is founded at intercritical region near the base metal.

• 한국기계가공학회지
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• 제14권5호
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• pp.81-87
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• 2015

In this paper, the finite element method was used for the flow and strength analysis of aluminum alloy under friction stir welding. The simulations were carried out using Sysweld s/w, and the modeling of the sheet was executed using Unigraphics NX6 s/w. The welding variables for the analysis were the shoulder diameter, rotating speed, and welding speed of the tool. Additionally, a three-way factorial design method was applied to confirm the effect of the welding variables on the flow and strength analysis with variance analysis. From these results, the rotating speed had the greatest influence on the maximum temperature, and the maximum temperature was $578.84{\pm}12.72$ at a confidence interval of 99%. The greater the rotating speed and shoulder diameter, the greater the difference between maximum and minimum temperature. Furthermore, the shoulder diameter had the largest influence on von Mises stress, and the von Mises stress was $184.54{\pm}12.62$ at a confidence interval of 99%. In addition to the increased shoulder diameter, welding speed, and rotating speed of the tool increased the von Mises stress.

• 한국해양공학회지
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• 제16권2호
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• pp.72-79
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• 2002

In this study, time-dependent distributions of temperature and stresses, in the box-column welded from ultra thick plates with center segregation, has been analyzed by the commercial finite element package SYSWELD+, for several types and angles of groove. The major points of investigation are the optimum type and angle of groove that minimize weld stress specially at the center segregation, as well as temperature distribution, residual stresses and changes in the mechanical properties. The results can be summarized as follows; 1) Generally the thermal cycle at the root of groove exhibits relatively rapid cooling pattern, however, most of the other part weldment have a slow cooling pattern in all groove types. 2) Most of the micro-structures of weldment are composed of ferrite and pearlite, meanwhile we could find martensite and bainite locally a the root of the groove. 3) Optimum groove type for high heat input welding of box-column corner is a double groove type, and the optimum angle for the groove is 30~$45^{\circ}$ that minimize deformation and weld stress at the center segregation.

• 동력기계공학회지
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• 제17권4호
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• pp.64-71
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• 2013

In this paper, finite element method was used for flow and strength analysis of AZ31 magnesium alloy under friction stir welding. The simulations were carried out by SYSWELD s/w, and the modeling of sheet was doned by unigraphics NX3 s/w. Welding variables for analysis were rotating speed and welding speed of tool. Also two-way factorial design method was applied to confirm the effect of welding variables on maximum temperature and stress of material used. From these results, the increaser welding speed of tool the decreaser maximum temperature, but the increaser maximum stress. Also the increaser rotating speed of tool the increaser maximum temperature, but the decreaser maximum stress. In addition the increaser welding speed of tool and the decreaser rotating speed of tool, the narrower heat effect zone. Finally rotating speed of tool influenced on maximum temperature more than welding speed of tool, and welding speed of tool influenced on maximum stress more than rotating speed of tool from the variance analysis.

• 대한금속재료학회지
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• 제48권11호
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• pp.1021-1027
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• 2010

The charpy impact property was lower at the surface and middle regions than that at the root region in metal welded by Tandem EGW of 82 mm thick EH40-TM steel plates. Temperature distribution in the weld sample and the heating/cooling temperature throughout the various regions in the weld metal were estimated by the commercial weld simulation program SYSWELD. The microstructure of the weld metal consisted of acicular ferrite and grain boundary ferrite. Grain boundary ferrite in the acicular ferrite matrix was found more in the surface and middle regions than in the root region, and the acicular ferrite was also coarser in the surface and middle regions where the impact toughness was lower and the input temperature was higher. Our results indicated that the impact toughness property was related to the microstructure morphology, the distribution of grain boundary ferrite, and the acicular ferrite.

• 한국기계가공학회지
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• 제20권7호
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• pp.33-40
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• 2021

Current industrial flow is directed toward reducing the usage of raw materials by reusing parts, which is referred to as a circular economy (CE). Repair is one of the most value-added approaches in CE, which can be efficiently accomplished via additive manufacturing. The repair technology of metallic parts via the directed energy deposition process, which includes the selective removal and redeposition of damaged regions of metallic parts. Residual stress characteristics depend on the shape of the part and the shape of the redeposition region. The objective of this study is to investigate the effects of the radius and corner position of the substrate on the residual stresses for repair by using finite element analysis (FEA). The residual stress distribution of the 45° angle groove at the edge of the circular shape models on the outer and inner radii was analytically investigated. The analysis was accomplished using SYSWELD software by applying a moving heat source with defined material properties and cooling conditions integrated into the FEA model. The results showed a similar pattern of concentrated stress distribution for all models except the 40-mm and 60-mm radii, for which the maximum stress locations were different. The maximum residual stresses are high but lower than the yield strength, suggesting the absence of cracks and fractures due to residual stresses.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.62-62
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• 2009

석탄화력발전소의 CO2배출량 감소와 고효율, 대용량화로 인해 초초임계압(USC:Ultra Super Critical) 화력발전소의 건설이 증가하고 있다. USC 발전소는 효율향상을 위한 증기온도와 압력의 상승 때문에 보일러 고온고압부에 기존의 소재에 비해 고온강도와 내산화성의 재료물성이 향상된 신소재 적용이 불가피하다. 특히 사용된 신소재 중에서 보일러 본체를 구성하는 수냉벽관(Water wall), 과열기와, 재열기용 튜브 및 후육부인 헤더와 배관재로 기존의 2.25Cr-1Mo강을 개량한 2.25Cr-1.6W계 내열강이 적용되고 있다. 2.25Cr-1.6W강은 SMI와 MHI가 공동개발한 소재로 1995년 튜브제품이, 1999년에 단조, 파이프재, 플레이트제품이 ASME code case로 등재되었고, 2009년 ASME code case 2199-4로 개정되어 사용 중이다. 이 소재는 2.25Cr-1Mo강에 고온강도 개선을 위해 석출강화효과가 있는 V과 Nb을 첨가하였고, 탄화물의 열적안정성과 고용강화효과 증대를 위해 W을 첨가하였다. 그리고 제작성과 용접성 및 재료의 인성 향상을 위해 B첨가와 C함량을 낮추었다. 합금성분의 첨가와 조정에 의해 고온강도는 개선되었지만, 보일러 설치 및 보수를 위한 용접과정에서 용접금속과 CGHAZ(Coarse Grain HAZ)에서 용접균열이 발생하였다. 대부분의 용접균열은 용접결함이나 고온 혹은 저온균열이 아닌 2.25Cr-1.6W계강의 강도 개선을 위해 첨가한 V과 Nb이 용접후열처리 도중 입내에 MX형태의 미세석출로 입내를 강화시킴으로서 발생한 재열균열 민감성 증대에 기인된 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서 용접 및 후열처리 과정에서 용접금속과 HAZ에서 발생하는 용접금속의 응력분포를 전산해석을 통해 확인하고 실제 후육파이프 용접부에서 잔류응력을 측정해 비교하였다. 용접부 응력분포는 SYSWELD 프로그램을 사용해 해석을 수행하였고, 발전소 실배관재의 용접부 응력측정은 수평부 측정이 용이하도록 지그를 부착한 Potable 잔류응력측정기를 사용해 Hole Drilling Method(HDM)를 적용하여 잔류응력을 측정하였다. 해석 결과 CGHAZ부위의 잔류응력이 용접금속과 기타 부위에 비해 높은 응력분포를 나타냈으며, 이는 CGHAZ와 용접용융선 부근에서 균열이 발생하는 실제값과 일치하는 결과를 보였다. 실제 배관재 용접부에서 측정한 잔류응력값은 항복응력의 약 50% 이하 응력값을 나타냈다. 배관 구조에 기인한 시스템응력의 영향을 제거하기 위해 배관재 용접부를 중심으로 양끝단을 절단 후 용접부에서 측정한 응력은 항복응력 대비 25%수준의 낮은값을 보였다. 그러나 배관재가 장기간 고온환경에 노출되었고 용접금속 내부의 균열이 발생한 상태에서 측정하였기 때문에 용접잔류응력은 상당부분 해소되어 상대적으로 낮은 응력값이 얻어진 것으로 판단된다.