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군집분석을 이용한 파이프라인 용접부 품질 분석에 대한 연구
윤태종(Tae Jong Yun),오원빈(Won Bin Oh),이보람(Bo Ram Lee),이충우(Chung Woo Lee),나현호(Hyun Ho Na),김일수(Ill Soo Kim) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.6
조선·해양 기자재 산업에서 용접 공정은 전체 공정의 최소 30~70%를 차지하는 공정으로 용접 공정의 효율화가 제품의 경쟁력 강화에 지대한 영향을 미친다. 조선ㆍ해양 기자재에서 용접 기술의 가장 시급한 연구개발이 필요하다고 사료되는 것은 파이프라인이다. 일반적으로 파이프라인은 파이프와 플랜지를 연결하는 방식으로 LNG&LPG 특수선의 복잡한 형상의 파이프라인 및 히팅코일 파이프&플랜지 이음부, 원유 운반선의 화물유 탱크 내 많은 수의 파이프&플랜지 라인, 해양&에너지 플랜트, 석유산업 분야 파이프&플랜지 제조공정에 사용되고 있고 강한 내구성이 필요한 참치선망선, LNG 등 특수선에 사용되고 있다. 하지만 히팅코일의 파이프라인은 수십 또는 수백 톤의 파이프를 조립 및 용접하여 설치하는 위험작업의 연속이며, 다양한 형태의 밀폐 및 고소 공간에서 작업으로 인하여 안전사고의 위험에 항상 노출되어 있다. 특히 파이프라인 용접 공정은 작업자 1명이 겨우 진입할 수 있는 협소한 공간에서 수행되고 있어, 숙련된 용접사 역시 구조상의 결함(균열, 기공 등)등의 많은 문제점을 내포하고 있다. 본 논문에서는 히팅코일 파이프라인의 파이프-플랜지 공정의 생산성을 향상시키기 위해 용접조건(용접전류, 아크전압, 용접속도)에 따른 용접실험을 수행하고 군집분석 기법인 마할라노비스 거리를 이용하여 최적의 용접 공정변수를 도출을 통해 히팅코일 파이프라인 용접이음의 생산성에 기여하고자 한다. [그림 본문 참조]
GBO를 이용한 9% Ni Steel의 필렛 레이저 용접 공정 최적화
윤태종(Tae-Jong Yun),오원빈(Won-Bin Oh),이보람(Bo-Ram Lee),이충우(Chung-Woo Lee),나현호(Hyun-Ho Na),최주석(Ju-Seok Choi),김일수(Ill-Soo Kim) 대한용접·접합학회 2020 대한용접·접합학회지 Vol.38 No.5
Because more than 90% of the domestic manufacturing processes for the Liquefied Natural Gas (LNG) storage tanks rely on welding and processing technologies, the advancement of welding and processing technologies is directly connected to the productivity and therefore the advancement is critical to be competitive in the domestic shipbuilding industry. The welding technology using a laser light source is a more advanced technology than conventional arc welding in terms of workability, precision, and productivity. Although its application area is currently limited, this technology has been emerging as an important assembly tool in the manufacturing process of shipbuilding and offshore structures in the future. Because the LNG storage tank is a cryogenic structure, 9% nickel steel is widely used to manufacture the tank for both room temperature and low-temperature environments due to its excellent mechanical properties and fatigue strength. In terms of strength, 9% Ni steel is equivalent to 680 MPa-level high-tensile strength steel, and is usually used in applications where the operating temperature is below -150℃, such as LNG tanks with QT treatment. The 9% Ni steel has higher strength and better weldability than A5083-O aluminum alloy, has better impact toughness at cryogenic temperatures than SUS304L, and is economic. Therefore, 9% Ni steel is widely used to manufacture LNG tanks. Previous studies on the 9% Ni steel are based on butt welding, and research has been conducted according to the welding process. However, because 30-40% of LNG storage tanks are formed in a curved shape, research on the fillet welding process to overcome the limitations of butt welding has not been actively conducted to date. More specifically, research on the development of an algorithm for setting process variables, which is the core technology of fillet welding, needs to be conducted. Therefore, in this study, fiber laser welding, which is a fillet shape, is studied and performed using 9% Ni steel. The main objective of this study is to optimize the welding process variables by predicting weld properties. To derive the optimal process variables, the GBO algorithm was developed based on mathematical models. Finally, the developed algorithm showed an average error rate of 0.01831%, which ensures the high reliability of the optimal process variables.
GA 알고리즘을 이용한 레이저 필렛 용접 공정변수 최적화에 대한 연구
윤태종(Tae Jong Yun),오원빈(Won Bin Oh),이보람(Bo Ram Lee),이충우(Chung Woo Lee),김일수(Ill Soo Kim) 대한기계학회 2020 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2020 No.8
최근 들어 국제적인 선박 대기오염과 온실가스 규제가 급속히 확대되어 천연가스업계, 조선업계, 정부의 유기적인 협력 및 노력으로 세계시장을 리드하고자 노력하고 있으며, 셰일(Shale)가스 생산증가로 LNG(Liguefied Natural Gas)저장탱크, 파이프라인, 수송용 LNG 선박의 수요가 크게 증가하고 있다. 현재 LNG 탱크선 제작에 관련된 연구는 활발하게 이루어지고 있으나 맞대기 용접을 기반으로하고 있어 30~40%가 곡선으로 이루어져 있는 LNG 탱크선에 대한 맞대기의 용접 한계를 극복하기 위한 용접부 형상 및 용접법의 변화가 필요하다. 레이저 용접의 우수성을 LNG 탱크선의 필렛 용접부 제작에 적용한다면 작업성, 정밀성, 생산성 면에서 기술적으로 우위를 가질 수 있으며, 조선산업에서 맞대기 용접의 한계를 극복하여 구조물 제작이 가능하다. 본연구에서는 맞대기 용접의 한계를 극복하고 고품질의 용접부 품질을 위해 필렛형상의 레이저 용접을 수행하였으며, LNG 탱크 제작에 많이 사용되는 9% Ni Steel을 사용하여 용접을 수행하였다. 다양한 조건에서의 용접실험을 수행하여 레이저 용접 특성을 통해 필렛 용접부에서 발생되는 용입형상 분석 및 용입형상에 영향을 미치는 공정변수들의 적정범위를 규명하였다. 레이저 용접의 용입형상에 대한 데이터를 활용하여 용접부의 특성 경향을 예측하고 용접공정변수의 최적화를 최종목표로 하였다. 용접공정변수의 최적화를 위해 용입형상 예측모델을 이용하여 유전자 알고리즘(Genetic Algorithms, GA)의 목적함수 및 제한함수를 선정하였으며, GA 알고리즘을 이용하여 최적의 파이버 레이저 필렛 용접 공정변수를 도출하였다. [그림 본문 참조]
GA를 이용한 레이저 용접 공정변수 최적화에 대한 연구
윤태종(Tae Jong Yun),오원빈(Won Bin Oh),이보람(Bo Ram Lee),이충우(Chong Woo Lee),나현호(Hyeon Ho Na),최주석(Ju Seok Choi),김일수(Ill Soo Kim) 대한기계학회 2021 大韓機械學會論文集A Vol.45 No.4
LNG(liguefied natural gas)는 여타의 화석연료에 비해 환경 부담이 작은 청정에너지의 장점 때문에 그 사용량은 세계적으로 증가하는 추세이며, 저장탱크, 파이프라인, 수송용 LNG 선박의 수요가 크게 증가하고 있다. 현재 LNG 탱크선의 30~40%가 곡선으로 이루어져 있는 LNG 탱크선에 대한 맞대기의 용접 한계를 극복하기 위한 용접부 형상 및 용접법의 변화가 필요하다. 본 연구에서는 맞대기 용접의 한계를 극복하고 고품질의 용접부 품질을 위해 필렛 형상의 레이저 용접을 수행하였으며, 필렛 용접부의 용입 형상에 대한 데이터를 활용하여 용접공정변수의 최적화를 최종목표로 하였다. 용접 공정변수의 최적화를 위해 유전자 알고리즘의 목적함수 및 제한함수를 선정하였다. 또한 GA를 이용하여 최적의 파이버 레이저 필렛 용접 공정변수를 도출하였으며, 알고리즘의 오차 분석을 통해 알고리즘의 신뢰성을 확보하였다. The use of liquified natural gas (LNG) is increasing globally because of its advantages as a clean source of energy with lower environmental burden compared to other fossil fuels. The demand for storage tanks, pipelines, and LNG transportation vessels is increasing significantly. About 30~40% of the current LNG tankers are curved and hence require butt welding. To overcome the limitations of butt welding, it is necessary to change the weld shape and welding method. In this study, fillet-shaped laser welding was performed to overcome the limitations of butt welding and to achieve high-quality welds. The ultimate goal was to optimize the welding process parameters by utilizing data on the penetration shape of the fillet weld. For optimization of welding process variables, the objective and limiting functions of the genetic algorithms were selected. In addition, the optimal fiber laser fillet welding process parameters were derived using the genetic algorithm, and the reliability of the algorithm was secured through error analysis of the algorithm.
이보람(Bo-Ram Lee),윤태종(Tae-Jong Yun),오원빈(Won-Bin Oh),이충우(Chung-Woo Lee),김학형(Hak-Hyoung Kim),정영재(Yeong-Jae Jeong),김일수(Ill-Soo Kim) 대한기계학회 2021 大韓機械學會論文集A Vol.45 No.3
수문에 내장되어 있는 축류펌프에서 발생하는 진동은 펌프의 마모 및 소음 발생의 주요 원인이며 구조물의 수명에 영향을 줄 수 있다. 플랩게이트는 문비가 상승, 하강되는 구조로 수위가 높은 경우 방출량이 증가하여 게이트 후류에서 발생된 와류에 의한 진동이 발생한다. 와류로 발생된 일정주기의 진동은 수문을 가진시키는 가진 주파수이다. 플랩게이트의 고유 진동주파수와 고유모드를 찾기 위해 모드해석을 수행하여 6차까지의 고유진동수와 모드형상을 확인하였다. 본 연구에서는 유체-구조해석에서 발생하는 구조물 거동을 분석하고 진동해석을 통한 변형 및 응력을 최소화하여 펌프일체형수문의 수명을 연장하고, 안전성을 검증하고자 하였다. Vibrations generated by the axial flow pump in a floodgate are the main cause of wear and noise in the pump; these may affect the service life of the structure. The structure of the flap gate results in a gate ratio that increases and decreases continuously . When the water level is high, the amount of discharge increases, and vibrations are induced by the eddy currents generated in the gate wake. The constant periodic vibration generated by these vortices acts as the excitation frequency of the floodgate. Mode analyses were conducted to determine the natural vibration frequency and the natural mode of the flap gate; natural frequencies and mode shapes up to the 6th order were confirmed. This study attempted to extend the life of pump-integrated floodgates and verify their safety by analyzing their structural behaviors using fluid-structure interaction analyses and minimizing their deformation and stress through vibration analyses.