전류별 EN 비율의 영향

EN ratio

Current (A)

0% 10% 20%

50

60

70

EN ratio (%)

Current

(A) 50 60 70

0

10

20

Table. 3.2.1은 Al6061-T6와 GI steel 겹침 이음부의 단면을 나타낸 표이다. 모 든 조건에서 용접이 원활하게 이루어진 것을 볼 수 있다. 또한 같은 전류에서 EN 비율이 증가함에 따라 비드 표면이 볼록한 것을 확인할 수 있었는데 이는 EN 비율 이 증가하면서 와이어의 송급 속도와 상관관계가 있으며 비율이 증가하면 와이어 의 송급 속도 또한 올라가게 된다. 특히, 젖음각(Wetting angle)과 젖음길이 (Wetting length)가 겹침 이음부에서는 강도에 중요한 역할을 한다. 따라서 이러 한 관점에서 결과를 살펴보면 주목할 점은 50A일 때 EN 비율이 증가할수록 비드 단면 형상이 현저하게 볼록해짐으로써 젖음각이 크게 증가한 것이다. 이는 외부 응력이 가해졌을 때 젖음각이 클수록 응력이 루트부에 집중이 되어 젖음각이 작은 것 보다는 응력을 더 많이 견딜 수 없음을 의미한다.

Table. 3.2.1 Cross section of welded joints with EN ratio for various currents

Al St

Fig. 3.2.2는 용접부의 젖음길이와 젖음각을 측정한 결과이다. 먼저 전류별 EN 비율 변화에 따른 젖음길이를 살펴보면, 각 전류별 EN 비율이 증가함에 따라 젖음 길이는 용가재와 Al 합금의 용융량이 Steel 계면으로 퍼짐에 따라 젖음길이가 증 가하는 경향을 나타내었다.

또한 동일한 전류일 때 EN 비율이 증가함에 따라 젖음각의 크기가 커지는 것을 확인할 수 있었는데 이는 동일한 전류에서 EN 비율이 증가하면서 입열량은 줄어들 고 와이어의 용융 속도는 증가하기 때문에 젖음각이 증가하는 것으로 판단된다.

(a) Wetting length (b) Wetting angle Fig. 3.2.2 Wetting length and Wetting angle of welded joints with

EN ratio for various currents

EN ratio

current (A) (%)

50 60 70

0

10

20

(2) 루트부 결함

겹치기 용접부에서의 인장-전단강도 시험 시 파단을 일으키는 주요 요인으로 루 트부의 결함이 있기 때문에 루트부 결함을 고찰해보았다. Table. 3.2.2는 전류별 EN 비율 변화에 따른 일반적인 용접부의 루트부를 나타낸 것이다. 용접 시 알루미 늄은 고온 상태에서 고온균열을 일으키는 경향이 있어 응고 균열이 발생하여 결정 립을 따라 파단이 일어나며, GI steel은 표면이 아연 도금 처리가 되어있기 때문 에 아연(Zn) 증기로 인해 루트부에 기공이 생겨 종종 파단이 발생하기 때문에 이 에 대한 루트부에 결함 생성 여부를 확인하였다. 결과를 살펴보면 각 전류 50 ~ 70 A의 EN 비율 0, 10%일 때 기공이 관찰되었으나, EN 비율 20%에서 모든 전류 조 건은 루트부에 기공이 발생하지 않았다. 이는 EN 비율이 증가함에 따라 입열량이 적어져 도금층인 Zn의 손상이 적어 기공이 발생 되지 않은 것으로 판단된다.

Table. 3.2.2 Root part of welded joints with EN ratio for various current by EN ratio

나. 인장-전단강도 특성

Al6061-T6와 GI steel 겹침 이음부에 대한 전류별 EN 비율 변화에 따른 용접부 의 인장-전단 강도시험을 실시하였다. 모든 조건의 시험편에서 인장-전단 파단은 Fig. 3.2.3에서 나타낸 바와 같이 Al 측의 루트부의 기공 발생 위치 또는 용접계 면의 끝단부에서 파단이 시작됨을 확인할 수 있었다.

인장-전단강도 시험 결과를 Fig. 3.2.4에 나타내었다. 전류별 EN 비율이 증가할 수록 인장-전단강도가 증가하는 경향을 나타내었고, 최대 인장-전단강도 값은 전 류 70 A일 때 EN 비율 20% 조건에서 평균 8.8 kN을 나타내었다. 또한 동일한 전류 일 때 EN 비율에 따라 인장-전단강도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

Fig. 3.2.3 Welded specimen fractured after tensile-shear load test

Fig. 3.2.4 Tensile-shear load of welded joints with EN ratio for various currents

각 전류별 EN 비율에 따라 인장-전단강도가 증가하고, EN 비율 20%에서 가장 높 은 강도를 보이는데, 이는 겹침 이음부의 강도에 직접적 영향을 미치는 인자인 젖 음길이가 길어지고 젖음각이 작아지기 때문에 강도가 향상된 것으로 판단된다.

특히, 전류 70 A, EN 비율 20%의 조건에서 최대 강도 값 8.8 kN을 보이는데, 이 는 조건에서 루트부의 기공이 발견되지 않았을 뿐만 아니라 젖음각도 46.3°로 타 조건에 비해 작고 젖음길이는 8.4 mm로 길어 안정적인 비드를 형성했기 때문이라 고 판단된다.