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레이저 쇼크 피닝에 의한 스테인리스 스틸의 잔류응력 분포 및 FEM 해석에 관한 연구
김륜한(Ryoonhan Kim),서정(Jeong Suh),이광현(Kwang-Hyeon Lee),배승훈(Seung-Hoon Bae) 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5
레이저 쇼크 피닝(Laser shock peening, LSP)은 고 에너지의 레이저 펄스를 소재에 조사하고 수반되어 발생되는 플라즈마 압력으로 인해 소재 표면에 국부 소성변형을 일으켜 압축 잔류응력을 형성하는 기법이다. LSP에 의해 형성되는 압축 잔류응력과 결정립 미세화 효과로 인해 응력부식균열(Stress corrosion cracking, SCC) 저항성이 증대되고 기존의 쇼트 피닝(Shot peeing) 공법 대비 4배 이상의 피로수명 향상이 가능한 것으로 알려져 있다. 이러한 특성을 활용하여 원자로 내 용접부의 SCC 저감을 위한 유지보수, 항공기 터빈 블레이드의 피로수명 향상을 위한 표면처리에 점차 사용되고 있다. 기존의 레이저 쇼크 피닝에 대한 FEM 해석은 ABAQUS, ANSYS LS-DYNA 기반의 연구가 많았다. 유한 요소 및 무한 요소를 혼용하여 내부 에너지를 소산시키는 방법을 사용하거나 Explicit 해석으로 소재 표면에 펄스 압력을 가하고 Implicit 해석으로 전환하여 잔여 에너지를 소산 시키는 방법을 사용하였다. 에너지를 소산시키는 다른 방법으로 작은 감쇠값(Damping)을 사용하여 해석 모드의 전환 없이 수행한 경우도 있다. 본 연구에서는 LSP 공정의 FEM 해석에서 정적 감쇠값 의한 효과를 비교하고 실제 LSP 처리한 스테인리스 STS304 소재의 잔류응력 분포와 해석의 결과 잔류응력 분포를 비교하여 FEM 해석 모델의 적정성을 검증하였다.
이수진(Sujin Lee),김륜한(Ryoonhan Kim),서정(Jeong Suh),신동식(Dongsig Shin) 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5
최근, 저탄소 그린 모빌리티 보급 확대를 위한 친환경 기술개발에 관한 수요 및 관심이 증대되고 있어 고용량 및 고전압 관련 응용분야의 개발로 인한 높은 전압성능 및 기능을 갖춘 전력전자부품에 대한 수요가 증가하고 있다. 따라서, 이러한 성능을 만족하기 위해서 배터리 성능을 향상시키기 위한 가공기술의 발전이 더불어 요구되고 있다. 이러한 고용량 설계 사양을 충족하기 위해 전력 전자 장치는 증가하는 온도를 견뎌야 하는 사례가 발생한다. 전력전자 부품에서 요구되는 사항은 기존의 접합 기술에 비해 높은 온도에 대한 안정성과 높은 신뢰성을 포함되는 접합부를 실현할 수 있는 기술 개발이다. 전력부품에 많이 활용되고 있는 비철금속의 접합 및 솔더링 공정은 비교적 낮은 용융온도인 솔더재료의 장기적인 열화에 의해 고온 어플리케이션에 적용하기 어렵다. 기존 접합공정에 활용되는 기술에 비하여 접합부의 내구성, 내부식성, 전기저항 최소화를 구현하기 위한 다양한 방법의 연구가 진행되고 있다. 본 발표논문에서는 비철금속의 용접 및 접합 공정에 활용되는 레이저 공정과 비교적 두꺼운 금속의 접합을 위해 개발되고 있는 새로운 기술들을 소개합니다. 특히, 레이저 Cu 소재의 접합을 위한 다양한 파장대의 레이저 열월을 이용한 비철금속의 용접 및 접합기술을 소개한다.
플라즈마 아크 피어싱에서 더블 아크가 STS304 상단면에 미치는 특성 분석
김동현(Dong-Hyun Kim),조대원(Dae-Won Cho),조영관(Yeong-Kwan Jo),서정(Jeong Suh),최광덕(Kwang-Deok Choi),김륜한(Ryoonhan Kim),안석영(Seokyoung Ahn) 대한용접·접합학회 2021 대한용접·접합학회지 Vol.39 No.4
Plasma arc cutting is a thermal cutting method that melts and removes the material by projecting an arc heat source onto the cutting part of material. In the case of cutting thick plate, plasma arc piercing is performed before plasma arc cutting for cutting quality and cutting efficiency. The quality of plasma arc piercing varies greatly depending on several variables. In particular, the factors such as stand-off distance, current and thickness of material play an important role in inducing double arcing. Therefore, it is necessary to investigate the phenomenon that occurs during plasma arc piercing according to the factors. In this study, we synchronized the arc shape photographed with a high-speed camera using a band-pass filter and the voltage waveform measured with the DAQ equipment. And it was confirmed that the smaller the stand-off distance, the stronger the current and the thicker the thickness of material, the worse the top surface of the material by double arcing.
스테인리스 박판의 CW 레이저 절단공정에 관한 기초연구
윤정로(Jung-Lo Yoon),이수진(Su-jin Lee),송단비(Danbi Song),김륜한(Ryoonhan Kim),최광덕(Kwang-Deok Choi) 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5
근 세계 각국에서는 온실가스 허용기준과 자동차 연비규정과 같은 환경 규제가 강화되면서 친환경차 개발에 관심이 많아졌고, 그 중 연료전지 분리막 소재로 내부식성이 강한 스테인리스강의 정밀가공 공정이 많은 관심을 받고 있다. 본 발표 논문에서는 수소 연료 전지 자동차(Hydrogen Fueled Car, FCEV) 연료전지의 핵심부품 중 하나인 분리막에 요구되는 소재의 물성과 싱글 모드 파이버 레이저에 대하여 소개하고, 싱글 모드 파이버 레이저를 이용한 스테인리스 가공 및 절단 연구 결과를 고찰한다. FCEV의 연료전지에 구성부품인 분리막을 제작에 활용될 수 있는 레이저 가공법으로서 스테인리스 소재의 절단에 대하여 기초연구를 진행하였으며, 소재는 두께 0.075mm SUS316L로 고휘도 레이저의 반응성 및 절단 가능성에 대한 기초연구를 수행하였다. 특히 절단 속도와 출력에 따른 절단성능에 대한 기초연구를 진행하였으며, 레이저 출력 1~3 kW, 절단 속도 100mm/s~3000mm/s 수행 후 SUS316L 소재 절단품질을 검토하였다.