W.M
좌 우
Fig. 3.7 Base Metal( ), HAZ + Weld Metal( )
제 4 장 시제품 제작을 위한 용접방법 개발
실험 세부사항 4.1
실험의 구성 4.1.1
앞 장의 실험결과 도출된 용접조건(Table 4.1)을 바탕으로 실제 적용제품의 특성 을 고려 용접 구간을, 20로 한정하였다 또한 용접 시 취약 부분인 개시부와. 종단부를 용접구간에 포함시켰다 방탄용 초고장력강인. ARMOX 500T 6.0의 용접 부 전체에 완전한 용입을 얻기 위해 시작부의 Starting current를 105 ~ 115 로 조정하며 실험하였고 용접 종단부에 발생하는 크레이터 제거를 위해 Final current 는 5 로 유지시간은, 1.5 ~ 2.5sec로 변화시키며 실험하였다.
도출된 용접조건 Table 4.1
용접모드 wire 송급속도 (min)
전류 ( )
전압 ( )
용접속도 (sec)
입열량 () CMT ＋ PULSE 7.6 213 25.2 0.6 8.95
에 나타낸 바와 같이 개선각은 갭은
Fig. 4.1 40°, 1로 하였으며 시험편의,
치수는 인장시험 시편과 동일한 (20), (6 로 하였다 이는 시제품의 맞) . 대기 용접부 너비 및 두께와 동일한 값이다 용접부의 적합성 판단을 위해 인장강. 도 실험과 개시부 중앙부 그리고 종단부의 단면분석을 실시하였으며, Fig. 4.2 와 같이 시편을 제작 후 CMT 용접을 하는 방식으로 샘플을 제작하였다 보호가스는. Ar 80 , CO2 20 의 혼합가스를 사용하였으며 유량은 15ℓmin으로 고정하였다.
개선각 및 갭 Fig. 4.1
시편의 형상 위 개선각 아래 Fig. 4.2 ( ), ( )
용접은 CMT + PULSE 모드를 사용하여 후진법으로 진행하였으며 깊은 용입을 위해 토치각도는 75 ~ 90°를 유지하였다.
실험 방법 4.1.2
시험편의 치수는 시제품의 용접구간 너비와 같으며
1) (20), (6 로)
인장강도 측정용 시편과 동일한 형상으로 제작하였다 개선각은 각. 20°씩 총 를 두었으며 갭은
40° , 1로 맞대기 용접을 수행하였다 간이. JIG를 이용하 여 시편을 고정하였으며 토치의 각도는 75°로 시작하여 그대로 유지하는 방법 과 75°로 시작하여 90°로 종료하는 방법을 비교하였다.
앞 장에서 도출한 용접조건을 기반으로 송급속도 전류 전압 와 용접
2) wire ( / )
속도를 선정하였으며 용접부의 너비, 20 이내에 개시부와 종단부를 모두 포함하는 용접 방법을 도출하기 위하여 여러 가지 방법으로 용접을 시도해 보 았다.
용접부 전체에서 완전한 용입을 얻기 위해 시작부에서는 를
3) starting current
조정하며 실험하였고 범위는 105 ~ 115 로 제한하였다 또한 종단부에 발. 생하는 크레이터를 제거하기 위한 final-current 유지시간을 찾기 위해 1.5초 부터 0.5초씩 늘려가며 실험하였다.
용접부의 결함을 확인하기 위해 용접부의 외관검사를 실시하였고 완전한 용
4) ,
입 유무를 판단하기 위해 개시부로부터 5, 10 , 15 떨어져 있는 부 분의 단면검사를 시행 하였다.
용접부의 기계적 특성을 평가하기 위해 인장 강도를 측정하였으며 인장 시험
5) ,
의 cross-head 속도는 ASTM E8-04에 의거 2min으로 설정하였다.
결과 및 고찰 4.2
용접방법 개발 4.2.1
은 과잉에 따른 용접 개시부의 백비드 과다 현상
Fig. 4.3 ARC starting current
을 촬영한 사진이다. 건전한 용접부 획득을 위해 개시부의 starting current를
와 같이 의
Table 4.2 main current 115 로부터 5씩 감소시키며 관찰하였다.
높은 에 의한 백비드 과다 현상
Fig. 4.3 Arc starting current
백비드 과다현상 방지를 위한
Table 4.2 starting current 유지
시간
전류( of main current)
115 110 105
초 0.1
와 같이 용접 종단부에 발생하는 크레이터를 제거하기 위해
Fig. 4.4 10 의 약한
전류로 용융물을 채워 넣는 방식을 사용하였으며, main current가 약 200 이므 로 Final current는 mian current의 5 로 설정하였다. Table 4.3 은 final current 의 유지시간을 1.5초부터 0.5초씩 늘려가며 실험한 결과이며 2.5초를 유지할 때 크레이터 제거효과가 가장 우수했다 또한 크레이터 제거 시 용융지의 흐름현상을. 방지하기 위해 용접 종료 전 토치를 중앙부 방향으로 5 이동시켰으며 용접부와 의 거리(C.T.W.D)는 15로 그리고 토치의 각도는 90°로 유지하였다.
용접 종단부에 발생하는 크레이터 Fig. 4.4
크레이터 제거를 위한 유지시간
Table 4.3 final current
전류 유 지 시 간
초
1.5 2.0초 2.5초
5
of main-current
실험 결과 개선각은 40°, 갭은 1로 결정하였으며 앞장에서 도출된 용접조건 을 기반으로 크레이터 제거를 위해 와 같이 두가지 용접방법
(Table 4.1) Table 4.4
을 개발하였다.
구분 용접방법Ⅰ 용접방법Ⅱ 비고
차 1 용접
starting
current 105 of main current
(0.1sec) 105 of main current
(0.1sec) CMT + PULSE
모드 main
current
213
(25.2)
213
(25.2 ) final
current - 5 of main current (2.5sec)
차 2 용접
starting current
120 of main current (0.1sec)
- CMT
모드 main
current 120
(14.9) final
current 40 of main current (1.0sec)
크레이터 제거를 위한 가지 용접방법
Table 4.4 2
용접방법 은 깊은 용입을 위해Ⅰ 1차 용접은 CMT + PULSE 모드를 사용하였으 며 초기 Arc 발생을 위해 starting current는 main current의 105로 0.1초 동안 유지하였다 용접 진행시 토치의 각도는. 75°로 역방향 진행을 하였다 용접진행 후. 발생된 크레이터를 채우기 위해 final-current를 추가하지 않고 7초간 cooling time 을 준 다음 CMT모드를 활용, 2차 용접으로 저전류(120) 용접을 실시하였다. 을 추가한 이유는 용융지가 가열된 상태로 차 용접 진행시 용융물이
cooling time 2
판재 하단부로 흘러내리는 현상이 발생되었기 때문이다. 2차 용접은 1차 용접 진 행 방향과 반대 방향으로 진행하였으며 starting current는 원활한 Arc 형성을 위하 여 main current의 120, 0.1초를 두었으며, 2차 용접시 발생되는 크레이터 제거 를 위해 main current의 40 로 초간1 final current를 두었다.
용접방법 의 장점은 크래이터 제거가 확실하고 탑비드의 높이가 적당하며(1Ⅰ
이하 및 백비드를 형성하는데 적합하다는 점이다 하지만) . 2차에 걸친 용접이 필요 하므로 불순물 혼입이 일어날 가능성이 있으며 용접시간이 길고, cooling time이 필요하기 때문에 생산성면에서 단점이 있다.
용접방법 는 방법Ⅱ Ⅰ과 동일한 방식으로 1차 용접을 진행하지만, Fig. 4.5 와 같 이 용접 진행시 토치의 각도를 75°에서 90°로 변환시키며 용접하였다 이는 용접. 종단부에 발생하는 크레이터의 발생 영역을 좁히고 final-current를 가해 용융물을 채워 넣기 위함이다. 1차 용접 완료시 final current는 main current의 5 전류로
초간 유지하였다
2.5 .
용접방법 의 토치 각도 변화 Fig. 4.5 Ⅱ
용접방법 의 장점은 상대적으로 용접시간이 짧아 생산성면에서 뛰어나고 불순물Ⅱ 혼입이 일어날 가능성이 줄어들어 건전한 용접부를 얻는데 좋은 조건이라는 점이 다 하지만 크레이터를 제거하는 중에 과도한 백비드가 발생될 우려가 있다. .
적당한 탑비드의 높이(1이하 와 백비드 높이) (1이하 를 형성하기 위한 용) 접진행속도 선정을 위해 Table 4.5 와 같이 5sec로부터 1sec씩 늘려가며 실험을 하였고 그 결과, 6sec가 가장 적합하였다 보다 빠르면 완전 용입이. 되지 않았고 보다 느리면 용융물이 하단부로 새어나오는 현상이 발생되었다, .
구분 용 접 진 행 속 도
5sec 6sec 7sec
백비드 형상
용접 진행속도에 따른 백비드 형상 Table 4.5
은 두 가지 방식으로 제작된 시편의 모습이다 용접방법 의 비드는
Fig. 4.6 . Ⅰ 2
회 적층된 모습이 그대로 드러나 있고 용접방법 에서는 저전류의, Ⅱ final current를 이용하여 크레이터 제거 시 비드 위에 형성되는 특유의 원형모양이 나타났다.
용접방법 로 제작된 시편 위 용접방법 로 제작된 시편 아래
Fig. 4.6 Ⅰ ( ), Ⅱ ( )
4.2.2
비드 특성20라는 짧은 구간에서 전 구간 완전한 용입을 위해 두 가지 용접방법을 개 발하였으며 구간별 용입량 및 비드의 형상을 관찰하기 위해 Fig. 4.7과 같이 개시 부 중앙부 종단부로 구분하여 단면분석을 하였다, , .
비드의 단면 검사 부위 Fig. 4.7
은 용접방법 로 제작된 시편의 단면 분석 결과이다 전구간에서 완전
Table 4.6 Ⅰ .
한 용입이 이루어졌으며 개시부에는 백비드의 높이가, 0.9로 가장 높았고 종단 부에서는 탑비드의 높이가 1.2로 가장 높았다 또한 크레이터 제거를 위해 회. 2 적층용접을 실행하였기 때문에 경계면이 형성되어 있음을 관찰할 수 있었다.
구분 단면의 위치
개시부 중앙부 종단부
단면 사진
용접방법 로 제작된 시편의 단면 Table 4.6 Ⅰ
은 용접방법 로 제작된 시편의 단면 분석 결과이다 전구간에서 완전
Table 4.7 Ⅱ .
한 용입이 이루어졌으며 개시부에서 백비드의 높이가, 0.811로 가장 크게 형성 되었고 중앙부와 종단부에서 비드의 높이가 0.599, 1.005 로 형성되었다.
크레이터 제거를 위해 용접 종료 시점에 final current를 사용하였기 때문에 경계면 은 발생하지 않았음을 알 수 있다.
구분 단면의 위치
개시부 중앙부 종단부
단면 사진
방법 방식으로 제작된 시편의 단면 Table 4.7 Ⅱ
인장강도 특성 4.2.3
인장강도를 측정한 시편은 용접방법 의 방식으로 제작하였으며 총Ⅱ 2개의 시편 을 제작하여 실험하였다.
은 인장강도 테스트 파단부 사진이며 장의 인상실험 결과와 유사하게
Fig. 4.8 , 3
용접부 파단이 발생하였다 하지만 파단 된 형태를 보고 발생 위치를 유추해보면. 용접 개시부와 종단부 백비드 부분의 Base Metal과 Weld Metal 사이, HAZ에서 발생한 것으로 보이며 이는 개시부와 종단부가 상대적으로 취약함을 의미한다.
또한 장의 실험 결과와 유사하게 선형적으로 증 Stress-Strain Curve(Fig. 4.9) 3
가하다 항복강도를 지나면서 곧바로 인장강도에 도달 파단이 발생되었다 시편, .( #1 인장강도 : 683.32 시편, #2 인장강도 : 705.18, Table 4.8) 이는 3장에 서 실험한 결과와 매우 유사하며 용접부 파단의 특성으로 판단된다.
인장강도 테스트 파단부 형상 Fig. 4.8
용접방법 시편의
Fig. 4.9 Ⅱ Stress-Strain Curve
구분 #1 #2
인장강도 () 683.32 705.18
strain () 6.42 6.58
파단부위 weld metal weld metal
용접방법 시편의 인장강도 값 Table 4.8 Ⅱ
제 5 장 시제품 제작 및 변형 최소화를 위한 용접순서 도출
실험 세부사항 5.1
실험의 구성 5.1.1
장에서 개발한 용접방법 를 적용하여 방탄도어씰 시제품 제작 계획을 수립하
4 Ⅱ
였으며, Fig. 5.1 과 같은 용접장비와 JIG 시스템을 이용 동일한 환경에서 용접, 순서만을 변수로 하여 변형량이 최소화 되는 용접순서를 도출하였다.
도어씰 제작을 위한 용접장비 및 시스템
Fig. 5.1 JIG
와 같이 가지 방식을 적용 하였으며 시계방향 순차적 용접 방법은
Fig. 5.2 3 , Ⅰ.
특별한 순서를 고려하지 않고 시계방향으로 용접을 하는 방식이고, Ⅱ.지그재그 용 접 방법은 용접시 발생하는 열에 의한 변형을 최소화 하기위한 방법으로써 열의 중첩이 거의 없는 위치를 순차적으로 용접을 하는 방식이며 Ⅲ.그룹별 용접 방법은 앞의 두 가지 방식을 혼합한 방식으로 용접부의 열전달이 최소화 되는 위치 중 가 장 가까운 곳을 선정하여 한번에 3군데 씩 그룹으로 용접 후 열의 영향이 거의 없 는 반대쪽 부위로 이동하는 방식이다.
시계방향 순차적 용접 .
Ⅰ Ⅱ. 지그재그 용접 Ⅲ. 그룹별 용접
가지 용접순서 모식도 Fig. 5.2 3
또한 변형량 최소를 위해 용접완료 후 JIG 시스템 내부에서 상온냉각을 실시하 고 있는데[12], 3가지 용접순서 각각 0분에서 25분까지 5분 단위로 취출 후 변형 량을 측정하여 품질기준 종합점수( 95점 이상 을 만족하는 상온냉각 최단시간을 도) 출 하였다.