Hydrogen assisted cracking (HAC) is one of the most complicated problem in welding. Huge amount of studies have been done for decades. Based on them, various standards have been established to avoid HAC. But it is still a chronic problem in industrial field. It is well known that the main causes of the hydrogen crack are residual stress, crack susceptible micro structures and a certain critical level of hydrogen concentration. Even though the exact generating mechanism is unclear till today, it has been reported that the hydrogen level in the weld metal should be managed less than a certain amount to prevent it. Matsuda studied that the residual hydrogen level in the weld metal can be varied even if the initial hydrogen content is same. It is also insisted in this report that the residual hydrogen concentration is in stronger correlation with hydrogen crack than the initial hydrogen content. But, in practical point of view, the residual hydrogen is still hard to consider because measuring hydrogen level is time and cost consuming process. In this regard, numerical analysis is the only solution for considering the residual hydrogen content. Meanwhile, Takahashi showed the possibility of predicting the residual hydrogen by a rigorous FE analysis. But, few commercial software suitable for solving the weld metal hydrogen has been reported yet. In this study, two dimensional thermal - hydrogen coupled analysis was developed by using the commercial FE software MARC. Since the governing equation of the hydrogen diffusion is similar to the heat transfer, it is shown that the heat transfer FE analysis in association with hydrogen diffusion property can be used for hydrogen diffusion analysis. A series of simulation was performed to verify the accuracy of the model. For BOP (Bead-On-Plate) and the multi-pass butt welding simulations, remaining hydrogen contents in the weld metal is well matched with measurements which are referred from Kim and Masamitsu.
Kim, Jong Bum;Hwang, Soo-Kyung;Kim, Bum Joon;Lee, Jong Hoon;Park, Chang Gyu;Lee, Hyeong Yeon;Kim, Moon Ki;Lim, Byeong Soo
Korean Journal of Metals and Materials
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v.50
no.4
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pp.271-279
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2012
9-12% Cr steels have been used in thermal power plants which repeat start and stop operations. Major factors of fatigue life are temperature, frequency, stress ratio, holding time, microstructure, and environment. Normally, fatigue life decreases at high temperature, low frequency, high stress ratio, and long holding time conditions. A Mod.9Cr-1Mo steel, called G91, was developed at ORNL (Oak Ridge National Laboratory, USA) and was adopted as a high-temperature structural material in the ASME Code in 2004. However, its low-cycle fatigue and fatigue crack growth characteristics have been rarely studied. In this work, we have investigated the low-cycle fatigue crack growth behaviors of G91 steel under various test conditions in terms of temperature and stress ratio. As temperature and stress ratio increase, the crack growth rate becomes faster and striation distance also increases. On the other hand, the number of branch cracks decreases.
Kim, Jong-Hyun;Korea Aerospace University, Jae-Seong;Lee, Jung;Kwag, No-Gwon;Lee, Bo-Young
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.29
no.5
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pp.485-492
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2009
The thermal fatigue crack(TFC) is one of the life-limiting mechanisms at the nuclear power plant operating conditions. In order to evaluate the structural integrity, various non-destructive test methods such as radiographic test, ultrasonic test and eddy current are used in the industrial field. However, these methods have restrictions that defect detection is possible after the crack growth. For this reason, acoustic emission testing(AET) is becoming one of powerful inspection methods, because AET has an advantage that possible to monitor the structure continuously. Generally, every mechanism that affects the integrity of the structure or equipment is a source of acoustic emission signal. Therefore the noise filtering is one of the major works to the almost AET researchers. In this study, acoustic emission signal was collected from the pipes which were in the successive thermal fatigue cycles. The data were filtered based on the results from previous experiments. Through the data analysis, the signal characteristics to distinguish the effective signal from the noises for the TFC were proven as the waveform difference. The experiment results provide preliminary information for the acoustic emission technique to the continuous monitoring of the structure failure detection.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.7
s.262
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pp.756-763
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2007
The majority of catastrophic wheel failures are caused by surface opening fatigue cracks either in the wheel tread or wheel flange areas. The inclined cracks at railway wheel tread are initiated and the cracks are caused by wheel damage-spatting after 60,000 km running. Because the failured railway wheel is reprofiled before regular wheel reprofiling, the maintenance cost for the railway wheel is increased. Therefore, it is necessary to analyze the mechanism for initiation of crack. In the present paper, the combined effect on railway wheels of a periodically varying contact pressure and an intermittent thermal braking loading is investigated. To analyze damage cause for railway wheels, the measurements for replication of wheel surface and the effect of braking application in field test are carried out. The result shows that the damages in railway wheel tread are due to combination of thermal loading and ratcheting.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2009.11a
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pp.417-420
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2009
The purpose of the present study is to evaluate high temperature fracture toughness through the experimental and analytical method. The analysis method is proposed to simulate the fracture toughness of high temperatures. Load-COD curves of compact test specimen acquired by finite element method analysis using hypo elastic model are simulated to determine the crack initiation load on high temperatures. The results of experimental work are in accord with analysis in thermal shock test.
High temperature properties such as hot hardness and thermal fatigue resistance of high speed steel roll of hot finishing mill have been investigated. Two kinds of roll having compositions, Fe-1.75%C-5.9%Cr-1.74%Mo-4.94%V-2.03%W(A specimen) and Fe-2.27%C-8.86%Cr-2.91%Mo-3.92%V-1.86%W(B specimen)were prepared for investigating the microstructure and crack propagation mode. A specimen has greater amounts of $M_7C_3$ type carbides and less amounts of MC type carbides in comparison with B specimen. Hot hardness showed sudden decrease over $400^{\circ}C$, resulting in the hardness decrease of 50% at the temperature of $600^{\circ}C$, and showed little variation with time at $500^{\circ}C$ and $800^{\circ}C$. Thermal crack was developed at $550^{\circ}C$ in A specimen and $600^{\circ}C$ in B specimen.
When an adhesive joint is exposed to high environmental temperature, the tensile load capability of the adhesive joint decreases because the elastic modulus and failure strength of structural adhesive decrease. The thermo-mechanical properties of structural adhesive can be improved by addition of fillers to the adhesive. In this paper, the elastic modulus and failure strength of adhesives as well as the tensile load capability of tubular single lap adhesive joints were experimentally and theoretically investigated with respect to the volume fraction of filler (alumina) and the environmental temperature. Also the tensile modulus of the fille containing epoxy adhesive was predicted using a new equation which considers filler shape, filler content and environmental temperature. The tensile load capability of the adhesive joint was predicted by using the effective strain obtained from the finite element analysis and a new failure model, from which the relation between the bonding length and the crack length was developed with respect to the volume fraction of filler.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.2
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pp.110-116
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2002
At elevated temperature, very complex precipitations occur in STS316. To investigate the effect of the precipitation on mechanical properties in SIS316, tensile tests and fatigue crack growth tests were carried out at $650^{\circ}C$ using artificially degraded materials. The material degradation was simulated by aging for up to 20000 hrs. at $750^{\circ}C$, which is equal to 179000hrs (about 20yrs) of service life at $650^{\circ}C$, after conducting solution treatment for 20 min. at $11300^{\circ}C$. The result of the hardness test and the tensile test showed that both properties are closely related to the mean free distance of carbides. Also, from the results of fracture tests at $650^{\circ}C$, ${\triangle}K_{th}$, after values were found to decrease as aging time and microstructure, as the volume fraction of $\sigma$ phase increased.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.5
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pp.218-226
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2011
Low heat concrete using strontium hydroxide based latent heat material was manufactured in ready-mixed concrete batcher plant and its fundamental properties were tested. As a result of B/P test, its applicability to the construction site was verified. After B/P test, low heat concrete using strontium hydroxide based latent heat material was applied to the real construction site of bridge footing. Through the analysis and the actual measurement of the hydration heat of the concrete footing, the reduction effect of hydration heat and thermal crack was confirmed.
In thermal barrier coating (TBC) systems, the life of the coating depends on thermally grown oxide (TGO) layer because most of the failure of TBCs occurs when TGO growth increases. In order to inhibit TGO growth, process was additionally carried out before the heat treatment of the TBC coating layer at $1200^{\circ}C$ in air. In the additional process, heat treatment in vacuum furnace of < $10^{-5}$ torr was conducted for 7 h and 14 h before the heat treatment. The area and length of TGO, as well as the crack length in the TBC were characterized using a scanning electron microscope (SEM). The TGO thickness and crack of specimens pre-heat treated in vacuum furnace were reduced by 45% compare to those heat treated in furnace. Consequently, pre-heat treatment in a vacuum furnace process lead to effective inhibition of growth of the TGO.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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