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고망간강 아크 및 레이저용접부의 기화 모델링과 실험적 검증
최명환(Myeonghwan Choi),조대원(Daewon Cho),이광현(Kwanghyun Lee),강남현(Namhyun Kang) 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.11
심해 및 극지방에서 채굴 되는 셰일, 고체가스 및 천연가스에 대한 수요는 꾸준히 증가하고 있다. 이러한 에너지 자원들을 채굴 및 보관하기 위해서는 극저온 특성이 우수한 재료의 적용이 필수적이며 이에 대한 수요 또한 증가하고 있다. 현재 대부분의 극저온 재료는 9% Ni강과 오스테나이트계 스테인리스강이 주로 사용되어지고 있으며 용접재료로 Ni가 다량 함유된 용접재료를 주로 사용하고 있다. 최근에는 상대적 가격이 저렴하며 극저온특성이 우수한 고망간강의 용접성에 대한 연구가 증가되고 있다. 본 연구에서는 극저온용 고망간강 arc welding, laser welding 시 발생하는 합금원소 기화의 실험결과 및 기화 모델링에 관해 연구하였다. 실험은 GTAW, fiber laser를 사용하여 고망간강 판재에 대한 bead-on-plate 시험을 실시하였다. Arc welding과 laser welding 공정을 비교하고 레이저 용접시 keyhole, conduction mode에서 발생하는 기화 현상에 대해 기화 플럭스 모델링 계산을 통해 실험적 결과를 고찰해 보았다.
최명환(Myeonghwan Choi),조대원(Daewon Cho),이광현(Kwanghyun Lee),강남현(Namhyun Kang) 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5
심해 및 극지방에서 채굴되는 셰일, 고체가스 및 천연가스에 대한 수요는 꾸준히 증가하고 있다. 이러한 에너지 자원들을 채굴 및 보관하기 위해서는 극저온 특성이 우수한 재료의 적용이 필수적이며 이에 대한 수요 또한 증가하고 있다. 현재 대부분의 극저온 재료는 9% Ni강과 오스테나이트계 스테인리스강이 주로 사용되어지고 있으며 용접재료로 Ni가 다량 함유된 용접재료를 주로 사용하고 있다. 최근에는 상대적 가격이 저렴하며 극저온특성이 우수한 고망간강의 용접성에 대한 연구가 증가하고 있다. 본 연구에서는 극저온용 고망간강의 laser welding 시 발생하는 합금원소 기화 현상에 대한 실험 결과 및 모델링에 대해 연구하였다. 실험은 fiber laser를 사용하여 고망간강 판재에 대한 bead-on-plate 시험을 실시하였다. 동일한 출력과 용접 속도로 defocusing 거리를 변수로 하여 keyhole, conduction mode에서 발생하는 기화 현상에 대해 기화 플럭스 모델링 계산을 통해 실험적 결과를 고찰해 보았다.
유한요소해석을 통해 모사된 tandem EGW의 CGHAZ에서 Ti / N 비와 Nb 함량이 초기 오스테나이트 결정립 크기에 미치는 영향
유성훈(Seonghoon Yoo),문병록(Byungrok Moon),최명환(Myeonghwan Choi),강남현(Namhyun Kang) 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5
조선, 해양플랜트 및 초고층 구조물 등에 적용되는 후판 강재의 경우 용접시간 단축을 통해 획기적인 원가 절감 및 생산성 향상이 가능하다. 이러한 후판 강재의 용접 생산성은 350 kJ/cm 이상의 EGW/tandem EGW 초대입열 용접을 통해 확보할 수 있다. 하지만 초대입열 용접의 과도한 용접 입열로 인해 용착금속과 열영향부 인성이 저하되는 문제점이 있기 때문에 초대입열 용접에도 충격 인성을 확보할 수 있는 강재 개발이 필요하다. 최근 Ti, Nb, V, Mo 등을 첨가하여 탄화물, 질화물 그리고 탄질화물을 형성해 초기 오스테나이트 결정립 성장을 억제시켜 충격 인성을 확보하는 방법이 적용 중이다. 하지만 일정한 주기를 가지고 진동하는 2개의 용접봉이 적용된 tandem EGW의 모델링 및 여러 가지 화학 조성이 기계적 특성에 미치는 영향에 관한 연구가 미비하며 유한요소해석을 통해 tandem EGW의 CGHAZ를 모사해 CGHAZ의 충격인성 확보를 위한 화학조성 최적화에 관련된 연구가 필요하다. 따라서 본 연구는 유한요소해석으로 tandem EGW를 모사했고, 결과로 얻은 CGHAZ에서의 열이력을 글리블 실험을 통해 여러 가지 화학 조성의 강재에 적용해 Ti/N 비와 Nb 함량이 CGHAZ의 초기 오스테나이트 결정립 크기에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 글리블 실험 후 얻은 TEM 결과를 통해 석출물의 평균 입도 및 분포와 부피 분율을 측정했다. Ti/N 비가 변화함에 따라 초기 오스테나이트 결정립 크기가 변하였고 hypo-stoichiometric ratio의 비를 가질 때 더 우수한 결정립 미세화 효과를 보였으며 Nb 함량이 증가할수록 Nb - rich 상의 heterogeneous nucleation이 증가해 더 많은 양의 석출물이 관찰되었다.