보수용접부 폭에 따른 용접잔류응력의 변화 및 재분배 거동 평가

박치용(Chi-Yong Park),이휘승(Hwee-Sueng Lee),허남수(Nam-Su Huh) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集A Vol.38 No.2

본 논문에서는 보수용접부 폭 변화에 따른 이종금속 맞대기 용접부(Dissimilar metal butt weld) 용접잔류응력의 분포 및 동종금속용접/기계적 하중에 의한 재분배 거동을 평가하였다. 이를 위해 5가지 다른 보수용접부 폭을 고려한 상세 2차원 유한요소 열해석 및 응력해석을 수행하였다. 유한요소해석 결과를 바탕으로 보수용접에 의한 용접잔류응력 분포를 평가하였으며, 동종금속용접 및 기계적 하중에 의한 응력 재분배 특성을 평가하였다. 보수용접에 의해 배관 내면에서는 큰 인장 용접잔류응력이 축방향과 원주방향에 대해 발생하는 것으로 나타났으며 보수용접부 폭이 특정값 이상이 되면 용접잔류응력 분포가 변하는 것으로 나타났다. 그러나 동종금속용접과 기계적 하중을 고려하면 인장잔류응력값이 크게 감소하였으며 그 경향은 보수용접부 폭에 무관한 것으로 나타났다. In this study, we investigated the variations in welding residual stresses in dissimilar metal butt weld due to width of repair welding and re-distribution behaviors resulting from similar metal welding (SMW) and mechanical loading. To this end, detailed two-dimensional axi-symmetric finite element (FE) analyses were performed considering five different repair welding widths. Based on the FE results, we first evaluated the welding residual stress distributions in repair welding. We then investigated the re-distribution behaviors of the residual stresses due to SMW and mechanical loads. It is revealed that large tensile welding residual stresses take place in the inner surface and that its distribution is affected, provided repair welding width is larger than certain value. The welding residual stresses resulting from repair welding are remarkably reduced due to SMW and mechanical loading, regardless of the width of the repair welding.

용접 와이어 직경이 용접 상태 검출에 미치는 영향

류정탁(Jeong Tak Ryu) 한국산업정보학회 2016 한국산업정보학회논문지 Vol.21 No.2

본 연구에서는 용접전류 및 용접전압 신호처리에 의한 용접 상태 검출에 있어 용접 와이어의 직경이 미치는 영향에 관하여 연구하였다. 실험을 위하여 인위적으로 모재의 간격을 용접 와이어보다 작은 경우와 큰 경우에 대하여 분석하였다. 사용된 용접 와이어의 직경은 1.2 mm이었으며 인위적으로 형성한 용접 모재 사이의 간격은 1.0 mm와 2.0 mm 두 종류를 사용하였다. 실험결과 용접 와이어의 직경보다 큰 용접 결함 요인에 대하여서는 용접전류 및 용접전압의 변화를 감지할 수 있으나 직경보다 작은 용접 결함 요인에 대하여서는 용접전류 및 용접전압의 변화를 감지할 수 없었다. Using the welding current and voltage signal processing, we have studied the influence that the diameter of the welding wire to the welding quality detection. For the experiments, We have analyzed the signal with respect to large and small artificially a gap between base materials than the welding wire. In this experiment, the 1.2 mm diameter of the welding wire was used, and distance between the welding base materials was respectively 1.0 mm and 2.0 mm. In the welding with a large defect than the diameter of the welding wire it was able to detect a change in the welding current and welding voltage. But it could not detect a change in the welding current and welding voltage in the welding has a small defect than the welding wire diameter.

피복아크 용접봉의 직경에 따른 용접봉 소요량, 용접시간, 용접 경제성에 관한 비교 연구

오상철(Sang-Cheol Oh) 한국산업기술융합학회(구. 산업기술교육훈련학회) 2024 산업기술연구논문지 (JITR) Vol.29 No.1

본 연구에서는 용접에 많이 사용되는 피복아크용접에서 용접봉의 직경에 따른 용접봉 소요량, 용접시간, 용접 경제성에 따른 특징을 알고 이해하여 구조물에 적합한 용접방법을 선택하고자 하였으며 용접 시험편 1개를 용접하는데 소요되는 용접봉 사용량은 ø3.2mm 용접봉이 평균 3.5개 소모되었고 ø4mm 용접봉은 평균 1.93개가 소모되었으며 용접봉값으로 환산하면 ø3.2mm 용접봉 사용시 약 601원이며 ø4mm 용접봉 사용시 약 560.3원으로 직경이 큰 ø4mm 용접봉을 사용 하면 40.7원이 감소되어 약 7.3%의 용접봉 값이 절약 되었다. 용접에 소요되는 시간은 ø3.2mm 용접봉 사용시 평균 440 초 정도 소요되었고, ø4mm 용접봉 사용시 용접에 소요된 시간은 평균 355초 정도의 용접 시간이 소요되어 직경이 큰 ø4mm 용접봉을 사용하면 약 85초를 단축하여 19.3%의 용접 시간을 절약할 수 있었다. 이러한 결과로 직경이 큰 용접봉을 사용하면 용접시간 단축에 따른 인건비 절약 및 용접봉값 절약과 전기세 등의 직, 간접비까지 포함하면 ø4mm 용접봉의 사용이 경제적으로 많은 이익이라는 결론을 얻었으며 이상적인 용접방법이라 판단된다. This study compared the characteristics of welding rod consumption, welding time, and welding economy of welding rods of various diameters commonly used in shielded metal arc welding to select an appropriate welding method for structures. The results of the study revealed that for welding a test piece, an average of 3.5 rods was consumed for ø3.2-mm welding rods, while an average of 1.93 rods was consumed for ø4-mm welding rods. Converting the consumption to the cost of welding revealed approximately 601 KRW for ø3.2-mm welding rods and approximately 560.3 KRW for ø4-mm welding rods. Using larger ø4-mm welding rods reduced the cost by 40.7 KRW, which is equivalent to a 7.3% savings in rod welding expenses.

스테인리스강의 원주용접에서 부분용입용접 시 레이저 출력 가변 제어가 용접 결함에 미치는 영향

전재욱,송무근,김평수,김종도 대한기계학회 2023 大韓機械學會論文集A Vol.47 No.12

잠수함 연료전지 연료 공급을 위한 미디어커플링의 파이프-플랜지 접합부에 레이저 용접을 적용하였다. 원주용접을 모사한 평판에 용접을 진행하였으며, 부분용입용접이 적용되었다. 비드용접실험을 통해 시제품에서 요구되는 비드 폭 및 용입 깊이를 만족하기 위한 용접조건을 선정하였다. 이후, 기공, 균열 및 크레이터 등 결함이 주로 발생하는 용접부의 시작부와 종단부가 만나는 중첩영역의 용접결함을 억제하고자 용접 시작부 및 종단부에 레이저 출력 가변 제어를 적용하였다. 맞대기 용접부의 단면, 미세조직, 열영향부 및 경도 특성을 분석하였으며, 기공, 균열 및 크레이터 등 결함이 억제된 건전한 용접부를 얻을 수 있었다. Laser welding was applied to the pipe-flange joint of the media coupling for supplying fuel to the submarine fuel cell. Welding was performed on a flat plate that simulated circumferential welding, and partial penetration welding was applied. Welding conditions were selected to satisfy the bead width and penetration depth required for the prototype through the bead welding experiment. Subsequently, laser power control was applied to the beginning and ending of welding to suppress welding defects in the overlapping area where the beginning and ending of the weldment that porosities, cracks, and craters mainly occur. The cross-section, microstructure, heat-affected zone, and hardness characteristics of the butt weldment were analyzed, and a sound weldment with suppressed porosities, cracks, and craters was obtained.

CO2 가스 절약형 로봇 용접용 노즐 개발에 관한 연구

이종길 대한공업교육학회 2008 대한공업교육학회지 Vol.33 No.1

기존의 자동차 부품 로봇 용접방법은 노즐을 통하여 CO2 가스가 확산되는 구조로 되어있어 용접대상물에 노즐간섭으로 인하여 로봇 용접이 불가능한 부위가 많고, 공간이 좁은 부분의 용접은 2차 수작업으로 완성하고 있어 생산성 향상에 걸림돌이었다. 따라서 본 연구에서는 이러한 용접과정을 분석하여 CO2 가스 소모량을 절약하고, 좁은 공간 부위를 로봇 용접할 수 있는 새로운 특수 용접 노즐을 개발하여 생산성을 향상시키고자 하였다. 본 연구개발에서 설계·제작된 협대역 자동차 부품 로봇 용접용 특수 용접 팁은 2단 구조로서 중단부에 직경 3mm의 구멍을 8개소로 제작하고 CO2 가스 소모량을 47%이상 절약한 형태로서 용접 결함율이 비교적 낮은 개발품이다. 본 연구의 결과는 국내 자동차 업계에서 사용되는 구형 용접 팁을 중간부에 구멍이 뚫린 2단 구조의 노즐로 대체하면 생산원가를 절감할 수 있다고 판단된다. Present automobile robot welding use CO2 inert gas as a shielding fluid. The inert gas is spreading out and consumable. This present welding mechanism interfered with the welding nozzle. After welding several places have welding defects. Therefore, to reduce the CO2 inert gas and to avoid interference with the material and to increase production modified nozzle which composed of cap and tip are needed. Suggested modified nozzle assembly composed of two stages i.e. 1st and 2nd stage. At the second stage it has 8 holes which is 3mm of diameter around the circumference. On the base of experimental results the inert CO2 gas discharge reduced to 47% and welding defects decreased also. Modified two stage welding cap can be applied to the present robot welding machine and save the prime cost.

스테인리스강 배관의 효율적인 접합을 위한 용접 시스템에 대한 연구(Ⅱ) - 맞대기 용접 조건의 최적화 -

김종도,송무근,이창제 한국마린엔지니어링학회 2017 한국마린엔지니어링학회지 Vol.41 No.9

A PC-based four-axes control welding system was manufactured to address the issues encountered with orbital welding machines. In a four-axes control welding system, it is possible to control various welding parameters, the thickness and diameter of the pipes, and head speed, to yield optimal welding methods for each position by entering appropriate data with the change in base materials. Therefore, the application of a four-axes control system in the field welding can solve issues of reproducibility and productivity by improving welding defect rate, and overcome the mismatch between the supply and demand of welding specialists and the reliance on well-trained welding specialists. In this study, austenite stainless steel STS304L materials were used and TIG pipe-welding procedures were employed. The primary aim was to derive optimal welding conditions by controlling parameters such as the welding current, torch angle, and the slope, to suppress the flaws and defect rates in the welded parts of stainless steel for LNG ship pipes. By TIG-welding a φ3.2 welding rod for pipes with a thickness of 3mmt, full penetration welding was possible in the I-shaped butt, and the soundest welded parts were formed when the welding current ranged from 220 to 240A. It was also possible to suppress defects by controlling the slopes of the welding current in the overlapped areas of starting and ending welded parts. 오비탈용접기의 단점 보완을 목적으로 PC 기반의 4축 제어 용접 시스템을 제작하였으며, 4축 제어 용접 시스템은다양한 용접 조건 및 배관의 두께, 직경, 헤드속도 등의 데이터베이스화가 가능하게 하였고, 모재가 변화할 때마다 적합한 데이터를 불러내 각각의 자세에 맞는 최적 용접방식을 제공할 수 있게 제작 하였다. 따라서 4축 제어 용접 시스템의현장 적용은 숙련된 용접사의 의존성에 벗어나 용접의 재현성 확보 및 용접 불량률 개선을 통한 생산성 확보, 용접사인력 수급 문제를 해결할 수 있다. 본 연구에서는 오스테나이트계 스테인리스강 STS304L 소재를 사용하여 TIG 배관 용접을 실시하였다. 특히 LNG선박 배관용 스테인리스강의 용접부의 결함 및 불량 발생의 억제를 목적으로 용접전류 및토치 각도 등과 같은 매개변수 그리고 슬로프 제어를 통해 최적화된 용접조건을 도출하고자 하였다. 두께 3mmt의 배관을 φ 3.2의 용접봉을 사용하여 TIG 용접한 결과, I형 맞대기의 관통 용접이 가능하였으며, 용접 전류 220~240A의 조건에서 가장 건전한 용접부가 형성되었다. 다만 용접 시작부와 종료부의 중첩부에서는 용접전류의 슬로프 제어를 통해 결함을 억제할 수 있었다.

선체구조용 A급 강재의 하이브리드 용접에 대한 열 및 역학적 특성에 관한 연구

오종인,김영표,박호경,방한서 한국해양공학회 2007 韓國海洋工學會誌 Vol.21 No.1

Recently, there has been considerable research in the field of application of Laser-Arc hybrid welding for superstructures, such as ship-structures, transport vehicles etc. However, the study on heat distribution and welding residual stress of hybrid weld by numerical simulation leaves much to be desired. Therefore, in this study,an optimized welding condition and numerical simulation for hybrid welding, using previous numerical analysis to calculate the heat source for hybrid welding, has been analyzed. For this purpose, fundamental welding phenomena of the hybrid process, using Laser and, is investigated. In order to calculate temperature and residual stress distribution in hybrid welds, a finite element heat sourcemodel is developed on the basis of experimentalresults and characteristics of temperature. Residual stress distribution in hybrid welds are understood from the result of simulation, and compared with the experimental values.1. 서 론일반적으로 CO2 레이저 또는 Nd:YAG 레이저에 MIG, MAG, TIG 및 Plasma 용접법을 복합하여 사용하는 하이브리드 용접법은 레이저 용접의 깊은 용입과 빠른 용접속도의 장점과 아크용접의 저렴한 가격과 고출력, 가공 허용오차(Fit-up)정도를 완화시키는 장점을 가진 용접법이다 (방한서와 김영표 등, 2003). 최근 선박과 같은 대형 구조물 제조 공정에 하이브리드 용접법을 적용하려는 노력이 이루어지고 있고 이에 대한 지속적인 연구를 하고 있으나 현재까지 하이브리드 용접부에 대한 용접성을 파악할 수 있는 수치해석 연구가 아크용접에 비해 매우 미흡한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 선박 제조시 사용되고 있는 조선용 강재 A급(A-grade) 강판에 대하여 하이브리드 용접 시험편을 제작하고 시험편 제작시 사용된 용접조건과 하이브리드 용접 특성을 고려하여 선정한 용접열원모델을 이용하여 열적 특성 및 용접잔류응력을 수치 해석하였으며 용접 시험편에 잔류응력 및 기계적 강도 특성(인장, 충격 등)을 측정하여 비교 검토함으로써 하이브리드 용접부의 최적의 용

보수용접 모사 방법에 따른 원자로 배관 이종금속 맞대기 용접부 응력 분포

이휘승(Hwee-Seung Lee),허남수(Nam-Su Huh),김진수(Jin-Su Kim),이진호(Jin-Ho Lee) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.5

이종금속용접부에 대한 실제 용접 공정 중 용접부에서 결함이 발견되면 이를 제거하고 보수용접이 수행된다. 일반적으로 보수용접을 수행하면 용접부에서 인장 잔류응력이 크게 증가될 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 Alloy 82/182를 사용하여 보수용접이 수행된 이종금속용접부의 일차수 응력부식균열 현상을 평가하기 위해서는 보수용접에 의한 용접부의 응력 변화를 정확하게 평가해야 한다. 본 논문에서는 비선형 유한요소해석을 수행하여 보수용접에 의한 원자력 이종금속 맞대기 용접부의 응력 분포를 평가하였다. 특히 보수용접 공정 모사를 위한 여러 유한요소 해석방법이 이종금속용접부의 응력분포에 미치는 영향을 평가하였다. During welding, the dissimilar metal butt welds of nuclear piping are typically subjected to repair welding in order to eliminate defects that are found during post-weld inspection. It has been found that the repair weld can significantly increase the tensile residual stress in the weldment, and therefore, accurate estimation of the weld residual stress due to repair weld, especially for dissimilar metal welds using Ni-based alloy 82/182 in nuclear components, is of great importance in order to assess susceptibility to primary water stress corrosion cracking. In the present study, the stress distributions of dissimilar metal butt welds in nuclear reactor piping subjected to repair weld were investigated based on detailed nonlinear finite element analyses. Particular emphasis was placed on the variation of the stress distribution in the dissimilar metal butt weld according to the finite element welding analysis sequence for the repair welding process.

용접부 형상이 협개선 용접부 잔류응력 분포에 미치는 영향

소나현(Na-Hyun Soh),양준석(Jun-Seok Yang),표창률(Chang-Ryul Pyo),허남수(Nam-Su Huh) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集A Vol.35 No.6

일반적인 용접법은 용접 그루브(groove) 각도가 크기 때문에 용접 결함 발생의 원인이 된다. 따라서 원자력 발전소 배관 용접 시, 용접 그루브 각도가 작고 용접부 비드 폭이 좁은 협개선 용접법을 다수 수행하고 있다. 이러한 협개선 용접법은 용접시간 단축, 용접부 변형과 잔류응력의 감소, 용접결함의 감소 등과 같은 장점을 갖고 있다. 본 논문에서는 협개선 용접부의 실제 용접 공정을 모사함으로써, ER308L 용접재의 변형 거동과 용접잔류응력을 비선형 2차원 유한요소해석을 통하여 예측하였다. 특히 용접방법 및 순서가 다른 두 형상에 대한 결과를 비교하고, 용접부 폭 넓이 변화에 따른 잔류응력 분포를 분석하였다. 본 논문의 결과는 향후 협개선 용접부의 용접 개선과 용접부 결함의 건전성 평가 등을 위해 적용될 수 있다. It is well known that conventional welding techniques can result in welding defects due to the large groove angle of the weld. In this context, the narrow gap welding (NGW) technique is applied in the nuclear industry because of its inherent merits such as the reduction in welding time and the shrinkage of the weld, and the small deformation of the weld resulting from the small groove angle and welding bead width. In this paper, the distribution of welding residual stress and deformation behavior of the ER308L weld due to NGW are predicted through nonlinear two-dimensional finite element analysis, in which the actual NGW process is simulated in detail. In particular, the effects of the shape of weld, i.e., the width of the weld and the shape of the welding groove, on the residual stress are investigated. The present results can be used to assess the integrity of defective nuclear components and to improve the welding process.

용접잔류응력을 고려한 STS301L 플러그 및 링 용접부의 피로설계 자동화에 관한 연구

백승엽(Seung yeb Baek),윤기호(Ki Ho Yun) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集A Vol.34 No.9

가스용접 구조물의 장 수명 피로설계기준(fatigue design criterion)을 결정하기 위해서는 정확한 응력해석과 체계적인 피로강도평가가 필요하다. 그러나 실 구조물로부터 피로설계기준을 결정하는 것은 대단히 어려우므로 구조물의 기계적ㆍ구조적 특성을 만족하는 간편 시편을 만들어서 σ-Nf 관계를 도출하여 피로강도를 평가하고 있다. 그리고 가스용접에 의해 제작된 실 구조물의 피로설계를 위해서는 피로균열발생과 파단 기점이 되는 용접부의 용접잔류응력(welding residual stress)이 고려되어야 한다. 따라서, 본 연구에서는 플러그 및 링 가스용접 이음재에 대한 용접잔류응력을 고려하기 위해 용접 열 사이클(heat cycle)에 의한 비선형 열해석(non-linear thermal analysis)과 열 응력(thermal stress) 해석을 수행하고, 실험 치와 비교ㆍ분석하여 용접잔류응력을 고려한 응력 진폭-피로수명((σa)R-Nf) 관계를 도출하여 자동적으로 피로설계기준을 제시할 수 있도록 하고자 하였다. This paper presents a fatigue design method for plug- and ring-type gas-welded joints, which takes into account the effects of welding residual stress. To develop this method, we simulated the gas-welding process by performing nonlinear finite element analysis (FEA) To validate the FEA results, numerically calculated residual stresses in the gas welds were then compared with experimental results obtained by the hole-drilling method. To evaluate the fatigue strength of plug- and ring-type gas-welded joints influenced by welding residual stresses, the use of stress amplitude (σa)R, which includes the welding residual stress in gas welds, is proposed (σa)R on the basis of a modified Goodman equation that includes the residual stress effects. Using the stress amplitude (σa)R at the hot spot point of gas weld, the relations obtained as the fatigue test results for plug and ring type gas welded joints having various dimensions and shapes were systematically rearranged to obtain the (σa)R-Nf relationship. It was found that more systematic and accurate evaluation of the fatigue strength of plug- and ring-type gas-welded joints can be achieved by using (σa)R.