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Study of optimal weld design for arc plug welding of advanced high strength steels
ARUN LALACHAN,SIVA PRASAD MURUGAN,김경영,신지영,김두영,공호영,박영도 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.11
The incorporation of Advanced high strength steels (AHSS) into the automotive architecture have led to reduction of the vehicle weight and improve the crash worthiness. Majorly Resistance spot welding and laser welding have been employed for joining car-body joining. However, these joining techniques poses an issue of reachability in chassis part. To resolve this issue, arc plug welding was introduced as a novel method. The transition of the welding process to arc welding process requires knowledge of the weldability of the arc plug welding. In this study, an experimental method for the selection of the optimal plug welding shape in 1180MPa AHSS with the equivalent effective weld area to the 6.0mm nugget diameter in spot welds was performed. The arc plug welding was performed with 3 different plug hole shapes namely circle plug (6φ) and elliptical plug (4x9 and 3x12mm) to define the optimum weld shape design for plug welding. The optimized welded sample were subjected for mechanical characterization like hardness and Tensile shear performance. The experimental results confirm that the Elliptical plug welding of 4x9 hole showed 68% increase in TSS performance with the low strength wire (ER70S-6) than the resistance spot welding counterparts and poses a possible replacement for securing weld robustness.
ARUN LALACHAN,SIVA PRASAD MURUGAN,김경영,신지영,김두영,공호영,박영도 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5
Efforts to reduce the vehicle weight and improve the crash performance have led to the increased application of advanced high strength steels (AHSS) into the automotive architecture. Although resistance spot welding and laser welding are mainly used for joining thin sheets in the car body. However, the joining methods poses a problem of reachability in chassis part. To overcome this issue, arc plug welds are invented as a novel method for joining steel sheets in chassis part. To address this shift in joining procedure to arc plug welds, consequently propelled the need to the understanding of the plug weldability of various steel sheets. In this study, to investigate the plug weldability, a comparative evaluation of six steel sheets ranging from 440MPa to 1500MPa with similar thickness of 1.0 mm has been done by using ER110S wire in 8:2Ar CO2 atmosphere with a hole of 6 mm. The mechanical properties and microstructure of these arc plug welds with similar effective interfacial weld diameter of 6mm are detailed. It was found that the AHSS consistently achieved high tensile shear strength compared to the conventional steel grades. The differences in failure mode are attributed due to the HAZ softening and weld metal hardness.
ARUN LALACHAN,SIVA PRASAD MURUGAN,KIM KYUNG-YOUNG(김경영),SHIN JI-YOUNG(신지영),DOOYOUNG KIM(김두영),GONG HO-YOUNG(공호영),YEONG DO PARK(박영도) 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5
Efforts to reduce the vehicle weight and improve the crash performance have led to the increased application of advanced high strength steels (AHSS) into the automotive architecture. Although resistance spot welding and laser welding are mainly used for joining thin sheets in the car body. these joining methods poses a problem of reachability in chassis part. To overcome this issue, arc plug welds are invented as a novel method for joining steel sheets in chassis part. These shift in joining procedure to arc plug welds, consequently propelled the need for the understanding of the plug weldability of various steel sheets. In this study, to investigate the plug weldability, a comparative evaluation of six steel sheets ranging from 440MPa to 1500MPa with similar thickness of 1.0 mm has been done by using ER110S wire in 8:2 Ar-CO2 atmosphere with a circular hole of 6.0 mm diameter. The static tensile shear strength and microstructure of these arc plug welds with similar effective interfacial weld diameter of 6.0 mm are detailed. It was found that the AHSS consistently achieved high tensile shear strength compared to the conventional steel grades. The differences in failure mode are attributed due to the HAZ softening and weld metal hardness.
진우성,Lalachan Arun,Murugan Sivaprasad,지창욱,박영도 대한용접접합학회 2022 대한용접·접합학회지 Vol.40 No.6
Although the influence of weld process variables on LME cracking was known to be significant, limited studies have been conducted on the effect of process variables with systematic approaches in the equivalent nugget growth behavior and heat input. This study aimed to identify the effect of weld process variables on LME sensitivity with the equivalent nugget diameter and underlying mechanism with induced tensile stress for cracking. Among the welds with equivalent nugget diameters in the combination of different welding current and time, higher LME sensi- tivity was observed with the high welding current and short welding time combination than that with the low weld- ing current and long welding time combination for the equivalent nugget diameter. Because a high current and short time combination resulted in faster weld nugget growth than the low welding current and long welding time combi- nation, it rapidly increased the surface temperature along with the cooling from the electrode. These combined ef- fects induced a higher thermal gradient and thermally induced tensile stress on the weld surface, satisfying the con- ditions of the LME cracking. The simulation results also confirmed that the critical weld cycle time of the LME cracking (tc), which is the cross point between the nugget growth diameter and a contact diameter of the electrode, could be different with the combination of the weld process variables with the equivalent weld nugget size. Therefore, tc can be applied for the sensitivity index of LME cracking of the resistance spot weldment considering complex weld variables.
핫스탬핑 강의 저항 점 용접 시 전극 오정렬에 기인한 표면날림 현상 Thermal monitoring 및 메커니즘 연구
백영곤,진우성,이한주,김영창,Arun lalachan,박영도 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5
최근 자동차 산업에서 차체 경량화를 위해 사용되는 1.5GPa 핫스탬핑 강 저항 점 용접 시 용융 너겟이 표면을 관통하는 표면날림 현상 (일명 쇄가시)이 실 차체 부품 저항 점 용접부에서 많이 관찰되고 있다. 이러한 표면날림 발생으로 인해 용접부 표면 외관 품질 불량 및 표면날림 제거를 위한 2차공정 발생 등의 문제가 보고되어 왔다. 점 용접부 표면날림의 원인으로는 핫스탬핑강 Al-Si 합금화층에 기인한 용접 중의 높은 표면 발열, 전극과 판재 간의 전극 오정렬에 기인한 전극 미접촉 부 냉각성능 저하 및 편방향 너겟 성장, 분류 현상의 전극 끝단 전류밀도 집적에 기인한 표면 발열 등의 보고에 따르면 도금층의 물성 및 점용접 공정 각각 또는 복합적인 원인들이 작용하고 있는 것으로 사료된다. 그러나 개별 현상에 대한 심도 있는 표면날림의 메커니즘 연구와 억제 방안에 대한 보고는 제한적이다. 따라서 본 연구에서는 표면날림이 발생하는 원인 중 전극 오정렬에 기인한 표면날림의 메커니즘을 오정렬 정도의 변화에 따른 Thermal monitoring과 용접부 단면 분석 및 표면날림 현상 분석을 통해 고찰하였다. Thermal monitoring을 통해 표면날림 현상을 관찰한 결과 전극 오정렬 정도 증가에 따른 전극 미접촉부 및 전극 끝단의 표면 발열 온도는 더 장시간 고온을 유지하였고 너겟의 편방향 성장 거동 및 표면날림의 비산 거리, 비산 부피 또한 증가하는 결과를 확인하였다. 이를 통해 전극 오정렬에 기인한 표면날림 현상은 전극 미접촉부의 냉각성능 저하에 따른 고온의 표면발열 및 편방향 너겟 성장 거동의 상관관계에 따라 이뤄지는 메커니즘임을 도출하였다.
저항 점 용접 Current Profiling에 따른 Heat Balance 및 인장응력 변화와 LME 균열과의 상관성 연구
김지웅,Siva prasad Murugan,Arun lalachan,김준수,육완,이창용,박영도 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5
아연 도금된 강판을 저항 점용접 시, 용접부 표면에서 시작되는 liquid metal embrittlement (LME) 현상이 관찰되고 있다. LME 균열은 높은 용접 입열에 의해 형성된 용융 아연과 인장 응력이 동시에 만족되는 경우 발생한다. 액상 아연은 강(steel)의 결정립계로 침투하여 결정립계의 결합력을 약화시키므로, 용접부 표면에 균열을 형성한다. 아연에 의한 LME 균열은 인장응력, 액상 아연, LME에 민감한 강(steel)의 미세조직과 같은 3가지 주요 인자에 의해 발생된다. 최근 까지도 LME crack을 저감 하기 위해 도금층 제어 및 전극 형상 설계 등 다양한 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 특히, 저항 점용접 전류 파형 설계(down slope)를 통해 판재 표면에 액상 아연이 노출되는 시간과 인장 응력의 급격한 상승을 제어하여 LME 균열의 크기가 감소한 연구 결과가 보고되었으나, 인장 응력이 제어된 원인과 LME 균열과 인장 응력간 상관 관계 등에 대한 설명이 부족하였다. 따라서, 본 연구에서는 3가지의 다른 전류 파형을 적용하여 전류 파형 별 인장 응력 거동 차이와 원인 분석, 그리고 저항 점 용접시 전극과 판재가 접촉한 영역과 접촉하지 않은 영역 사이의 열적 비평형상태가 인장 응력에 미치는 영향 등을 분석하였다. 본 연구의 목표를 달성하고자 SORPAS® 시뮬레이션 프로그램을 사용하였으며, 이를 통해 전류 통전 시, 전극과 판재간 접촉은 판재 표면을 냉각시키며, 접촉 면적 증가는 판재 표면에 급격한 냉각효과를 발생시키므로, 판재 표면의 열적 불균형 상태를 야기시킨다. 이 열적 불균형 상태가 판재 표면부의 인장 응력을 유발시키는 것으로 사료되며, 전류 파형에 따른 열적 불균형 상태와 인장 응력 거동에 대한 차이가 관찰되었다.