굴삭기용 호스 니플의 마찰용접과 음향방출기법의 적용

공유식(Yu-Sik Kong),이진경(Jin-Kyung Lee) 한국비파괴검사학회 2013 한국비파괴검사학회지 Vol.33 No.5

마찰용접은 축 대칭 단면금속을 용접하는 매우 유용한 결합 과정이다. 본 논문에서는 굴삭기용 호스니플의 관대관 마찰용접을 시행하여 수송산업 등에 적용 가능성을 제안하고 마찰용접 변수의 기계적 특성을 분석하여 최적화 조건을 결정하고자 하였다. 회전속도, 마찰가열압력 및 가열시간 등 주요 변수를 선정하고 각 매개변수의 세 가지 수준에서 실험을 수행하였다. 한편, 최적의 마찰용접조건을 비파괴적으로 도출하기 위하여 음향방출기법이 적용되었으며 카운터, 이벤트 및 파형과 주파수 스팩트럼 등의 AE 파라미터들을 이용하여 마찰용접시 발생하는 신호를 분석하고자 하였다. 인장시험 결과 최적의 용접 변수는 회전속도 1300 rpm, 마찰가열압력 15 MPa, 마찰가열시간 10초로 나타났으며, 이벤트는 마찰용접된 시험편의 인장강도를 추정하는데 유용한 파라미터가 되었다. Friction welding is a very useful joining process to weld metals which have axially symmetric cross section. In this paper, the feasibility of industry application was determined by analyzing the mechanical properties of weld region for a specimen of tube-to-tube shape for excavator hose nipple with friction welding, and optimized welding variables were suggested. In order to accomplish this object, friction heating pressure and friction heating time were selected as the major process variables and the experiment was performed in three levels of each parameter. An acoustic emission(AE) technique was applied to evaluate the optimal friction welding conditions nondestructively. AE parameters of accumulative count and event were analyzed in terms of generating trend of AE signals across the full range of friction weld. The typical waveform and frequency spectrum of AE signals which is generated by friction weld were discussed. From this study the optimal welding variables could be suggested as rotating speed of 1300 rpm, friction heating pressure of 15 MPa, and friction heating time of 10 sec. AE event was a useful parameter to estimate the tensile strength of tube-to tube specimen with friction weld.

마찰교반용접에 의한 5456-H116 합금의 용접 형상과 기계적 특성

김성종,한민수,장석기 해양환경안전학회 2012 海洋環境安全學會誌 Vol.18 No.3

선박 구조재료 FRP 재료의 대체 재료로 빠른 선속과 선적량 증가는 물론 재활용이 용이한 Al 선박으로 전환되고 있다. 본 논문에서는 인장실험을 통해 레저선박에 사용되는 5456-H116 합금에 대한 최적의 마찰교반용접 조건에서 프루브 직경의 효과를 기술하였다. 마찰교반용접에서 이송속도, 회전속도를 변수로 5 mm의 프루브 직경을 사용하여, 이송속도가 61 mm/min의 조건에서 가장 우수한 결과를 나타냈다. 프루브 직경 6 mm, 회전속도 170-210 rpm, 이송속도 15 mm/min 에서는 낮은 회전속도로 인하여 불충분한 용접열이 발생하여 거친 표면과 기공이 형성 되었다. 회전속도 500-800 rpm인 경우, 용접부에 칩이 관찰되었으며, 기공은 생기지 않았고, 용접표면은 우수하였으나 1100-2500 rpm에서는 지나친 용접열의 발생으로 많은 칩이 발생하였다. 열에 의한 영향은 용접 배면에서 관찰되었다. 이송속도가 15 mm/min에서 회전속도의 증가하게 되면 마찰이 증가함에 따라 용접열이 발생한다. 기계적 특성은 용접 입열량이 증가할수록 재질의 연화가 가속화되어 저하하였다. The use of Al alloys instead of fiber-reinforced plastic(FRP) in ship construction has increased because of the advantages of Al-alloy ships, including high speed, increased load capacity, and ease of recycling. This paper describes the effects of probe diameter on the optimum friction stir welding conditions of 5456-H116 alloy for leisure ship, measured by a tensile test. In friction stir welding using a probe diameter of 5 mm under various travel and rotation speed conditions, the best performance was achieved with a travel speed of 61 mm/min. Using a probe diameter of 6 mm, rotation speeds of 170-210 rpm, and a travel speed of 15 mm/min produced a rough surface and voids because of insufficient heat input produced by the low rotation speed. At 500-800 rpm, chips were observed, although there were no voids, and the weld surface was excellent. However, at 1100-2500 rpm, many chips were produced due to excessive heat input. Heat effects were very evident on the bottom. For a travel speed of 15 mm/min, heat input caused by friction increased as the rotation speed increased. The mechanical characteristics were degraded by accelerated softening due to increasing heat input.

마찰교반용접된 AZ61 마그네슘 합금재의 접합강도에 미치는 용접변수의 영향

강대민,박재성,박경도 한국동력기계공학회 2019 동력시스템공학회지 Vol.23 No.6

마찰교반용접은 높은 효율성 및 기존 용융용접법에서 발생하기 쉬운 용접결함을 줄일 수 있다는 점에서 최근 경량소재 용접법으로써 적용되어지고 있다. 본 연구에서는 실험계획법 중 이원배치법이 AZ61마그네슘합금의 마찰교반용접에 대하여 용접부의 항복강도에 따른 용접변수의 영향을 파악하기 위해 사용되었다. 실험에 적용한 용접변수는 공구의 이송속도와 회전속도으로 이송속도의 수준은 100, 150, 200 mm/min, 회전속도의 수준은 1000, 1500, 2000 rpm등이다. 인장실험이 항복강도에 대한 분산분석을 위해 실시되었고 경도측정과 미세조직관찰이 역시 용접부에서 행해졌다. 실험 결과, 두 용접변수가 용접부 항복강도에 미치는 영향은 공구의 회전속도가 약 86%, 이송속도가 약 13%로 확인되었다. 또한 항복강도의 최적조건은 회전속도 1000 rpm, 이송속도 150 mm/min에서 나타났으며, 이때 그 조건의 용접부의 항복강도는 95% 신뢰구간에서 168.93±4.59 MPa 일 것으로 예상되어진다. 또한 교반부의 조직과 경도를 측정한 결과, 최고 높은 항복강도 조건에서의 조직이 제일 낮은 항복강도조건에 비해 미세한 경향을 나타내었으며, 경도는 항복강도가 제일 높은 조건에서의 경도가 항복강도가 제일 낮은조건에 비해 높은 경향을 나타냄을 확인하였다.

7075-T651 알루미늄 판재의 마찰교반용접과 피로균열전파 특성

김치옥(Chi Ok Kim),손혜정(Hye Jeong Sohn),김선진(Seon Jin Kim) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集A Vol.35 No.10

마찰교반용접은 일반적인 용접법에 비하여 기계적 성질, 용접결함의 감소, 재료 절감 그리고 짧은 생산시간과 같은 장점 때문에 제작공정에 광범위하게 사용되고 있다. 본 연구의 목적은 이전의 실험 결과를 이용하여 마찰교반용접의 최적 조건을 검토하고 최적의 마찰용접조건에서 접합된 7075-T651 알루미늄 판재의 3가지 다른 영역, 즉 용접재, 열영향부재 그리고 모재에 대한 피로균열전파의 거동을 고찰하는 것이다. 최적의 마찰교반용접조건은 회전속도 800rpm, 이송속도 0.5mm/sec로 결정되었으며, 최적의 마찰교반용접에서 용접된 시험편에 대한 피로균열전파율은 3가지 영역의 재질, 즉 용접재, 열영향부재, 모재와 균열의 구동력에 크게 의존함을 보였다. Friction stir welding (FSW) method has extensively been used in manufacturing methods because of the several advantages over conventional welding methods, such as better mechanical properties, reduced occurrence of joining defects, high material saving, and low production time, etc. The aim of this paper is to review the optimal FSW conditions using the previous experimental results and is to investigate the fatigue crack growth rate in three different zones, WM, HAZ and BM for FSWed Al7075-T651 aluminum plates. As far as our experiments are concerned, the optimal conditions are obtained as rotation speed, 800rpm and travelling speed, 0.5mm/sec. The fatigue crack growth rate showed strong dependency on three different zones WM, HAZ and BM, and crack driving force.

단조재와 파이프의 이종 마찰용접에 대한 음향방출법의 평가

김동규,공유식,이진경 한국비파괴검사학회 2018 한국비파괴검사학회지 Vol.38 No.6

In this paper, the main parameters (such as tensile strength) of tube-to-bar friction welding for piping materials, were examined visually in order to increase the quality of friction welding. The specimens were tested as-welded. The tensile strength of the friction welded steels has increased up to 100% compared to the A105 base metal, under the condition of all time heating. An acoustic emission (AE) technique was applied to evaluate the optimal friction welding conditions nondestructively. For this purpose, we analyzed the signals generated during friction welding by evaluating parameters such as accumulative count, amplitude, waveform and frequency. During the heating time, mainly the continuous type AE occurs, while burst type AE occurs in the upset time and accumulative count has become a useful parameter for estimating the optimal friction welding conditions. 본 논문에서는 각종 배관재의 이종 마찰용접을 시행하여 플랜트산업 등에 적용 가능성을 제안하고 마찰용접 변수의 기계적 특성을 분석하여 최적화 조건을 결정하고자 하였다. 최적 용접조건에서 용접부의 이음효율이 100 %이상으로 나타났다. 그리고 음향방출 기법을 이용하여 최적의 마찰용접조건을 도출하고자 하였으며 이를 위해 AE 계수와 진폭 등의 파라미터와 파형과 주파수 스펙트럼의 분석을 통하여 마찰용접시 발생하는 신호를 분석하였다. 가열시간에서는 연속형 AE가 주로 발생하며 업셋시간에서는 돌발형 AE가 발생하는 특성을 나타내었으며, 마찰용접 시험편의 음향방출 특성과 강도분석을 통하여 마찰용접의 최적 용접 조건을 추정하는데 유용한 AE 파라미터는 누적계수임을 확인하였다.

고유변형도 기반 등가 변형도법을 적용한 마찰교반용접 알루미늄 합금의 용접 해석

강성욱,문형석,김재웅,장창두,장범선 대한조선학회 2011 대한조선학회 학술대회자료집 Vol.2011 No.11

최근 환경보호와 에너지절감에 대한 관심이 높아짐에 따라 선박, 항공기, 철도차량, 자동차 등 수송기기의 경량화를 위한 기술 개발이 활발히 진행되고 있으며 이를 위해 알루미늄, 마그네슘 등 경량합금 부재의 적용이 빠른 속도로 확대되고 있다. 선박은 잔류응력에 대한 유리함과 경량화등을 목적으로 알루미늄 합금을 선박에 적용하고 있다. 알루미늄 합금 구조체는 열영향부가 피로, 충격에 약하다. 이에 대한 대책이 요구되는 상황에서 기존 용접방식에 비해 입열 량이 적고 용접봉, 보호 가스 등이 필요 없는 친환경적인 마찰 교반 용접(Friction Stir Welding, FSW)이라는 비용융 고상접합공정이 1991년 영국 TWI에서 개발되었다. 일반적으로 마찰 교반 용접은 열영향부가 크지 않기 때문에 용접 변형 및 잔류응력이 작다. 본 논문에서는 마찰 교반 용접을 적용하는 알루미늄 합금에 대해 고유변형도 기반 등가 변형도법을 이용하여 용접 변형뿐만 아니라 용접 잔류응력을 해석 하려한다.

마찰교반용접된 Al7075-T651 용접부의 피로균열전파 거동에 미치는 시험편 채취방향의 영향

정의한(Yeui Han Jeong),김선진(Seon Jin Kim) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集A Vol.38 No.12

본 연구의 목적은 마찰교반용접된 Al7075-T651의 피로균열전파 거동에 미치는 시험편의 채취방향의 영향을 고찰하기 위한 것이다. 피로균열전파 실험은 마찰교반용접된 공시재로부터 모재와 용접재에 대하여 CT 시험편을 채취하여 일정응력확대계수범위 제어하에서 수행되었다. 균열이 용접선에 수직하여 전파하는 것(TL 시험편으로 명명)과 균열이 용접선과 나란히 전파하는 시험편(LT 시험편으로 명명)에 대하여 3가지 다른 응력확대계수범위에서 실험이 수행되었다. 시험편의 채취 방향에 따라 피로균열전파거동에 주요한 영향을 미침을 알 수 있었다. Paris 법칙에 적합시킨 결과 지수 m값은 WM-LT 시험편이 3.56으로 가장 높게 나타났다. The aim of this paper is to investigate the effects of crack orientation on fatigue crack growth behavior in friction stir welded (FSWed) Al 7075-T651. Fatigue crack growth testing was conducted on compact tension (CT) specimens machined from the friction stir welds and the base metal under constant stress intensity factor range control. Tests were performed with the crack propagating nominally perpendicular to the weld line (termed the TL specimen) and the crack propagating in a parallel direction of the weld line (termed the LT specimen), and with three different constant stress intensity factor ranges. Both these specimen orientations were found to have a considerable effect on the fatigue crack growth behavior. Paris’s law was adopted for the analysis of experimental results; the exponent m of the WM-LT specimen was determined to be 3.56, which was the largest value in this experimental conditions.

摩擦熔接機械 의 自動생산品質制御 實時間 評價

오세규,임우조,김형자 대한기계학회 1985 대한기계학회논문집 Vol.9 No.6

본 연구에서는 기계공업 분야에서 많이 이용되는 구조용 합금강인 Cr-Mo강 (SCM4)과 쾌삭강(SUM31, SUM24L)과의 이종강봉 마찰용접에서 소성변형중에 발생된 초 기 AE량과 용접 품질(강도)제어 사이에 역시 정량적 상관성이 성립함을 용접 회전수, 용접에너지, 용접 업셋 및 용접 시간 등을 매개 변수로 하여 실험과 계산을 통해 입증 하고, 이를 상관식의 95% 신뢰성을 확인한 후, 본 연구의 최종 목적으로서, 마찰용접 평가의 자동화가 이루어지게 하였다. Both in-process quality control and high reliability of the weld is one of the major concerns in applying friction welding to the economical and qualified mass-production. No reliable nondestructive monitoring method is available at present to determine the real-time evaluation of automatic production quality control for friction welding machine. This paper, so that, presents the experimental examinations and statistical quantitative analysis of the correlation between the initial cumulative counts of acoustic emission(AE) occurring during plastic deformation period of the welding and the tensile strength of the welded joints as well as the various welding variables, as a new approach which attempts finally to develop an on-line (or real-time) quality monitoring system and a program for the process of real-time friction welding quality evaluation by initial AE cumulative counts. As one of the important results, it was well confirmed that the initial AE cumulative counts were quantitatively and cubically correlated with reliability of 95% confidence level to the joint strength of the welds, bar-to-bar (SCM4 to SUM31, SCM4 to SUM24L) and that an AE technique using initial AE counts can be reliably applied to real-time strength evaluation of the welded joints, and that such a program of the system was well developed resulting in practical possibility of real-time quality control more than 100% joint efficiency showing good weld with no micro-structural defects.

알루미늄 3003 합금의 마찰교반접합특성에 용접조건의 영향

강대민,박경도,강나영,조규진 한국동력기계공학회 2022 동력시스템공학회지 Vol.26 No.3

본 연구에서는 마찰교반된 알류미늄 3003합금의 접합강도를 평가하기 위하여 2원 배치법을 적용하였다. 용접인자와 수준은 숄더지름이 18 mm, 핀지름이 4 mm인 상태하에서 1300, 1800, 2300, 2800 rpm의 공구 회전속도와 150, 250, 350, 450 mm/min의 공구 이송속도등이다. 일축인장시험이 용접부의 분산분석을 위해 행하여졌고 역시 미세조직관찰이 용접부에서 경도측정과 함께 이루어졌다. 이러한 결과로부터 분산분석에 의해 용접부의 인장강도에 대한 용접인자의 기여도가 회전속도는 67.9%, 이송속도가 31.8%으로 나타났다. FSW를 위한 최적조건은 용접속도가 450 mm/min, 회전속도가 1300 rpm인 경우로 예측되었고 용접부 인장강도는 95% 신뢰수준의 최적조건에서 135.53 ± 1.11 Mpa의 값으로 추정되었다. 덧붙여서 회전속도가 적을수록, 이송속도가 높을수록 인장강도는 크게 나타났다. 마지막으로 용접부에서 최적조건에서의 경도와 결정입도는 최저조건의 그것들보다 높게, 그리고 미세하게 나타났다.

6061-T6 알루미늄 합금 판재에 대한 FSW와 TIG의 교차 용접부에서 용접 순서가 기계적 특성 및 미세조직에 미치는 영향

임영빈,이광진 한국기계기술학회 2021 한국기계기술학회지 Vol.23 No.2

알루미늄합금 6061-T6 판재에 대하여 마찰교반용접과 텅스텐 이너트 가스 용접의 교차 용접부의 미세조직과 기계적 특성에 있어서 용접 순서의 영향을 분석하기 위한 시험편을 성공적으로 제작하였다. FSW-ED 시험편이 다른 조합들보다 가장 좋은 기계적 특성을 나타내었다. 흥미롭게도, TIG-FSW ED 시험편이 FSW-TIG ED 시험편보다 높은 인장강도를 나타내었다. 용접부 경도의 경우, FSW 시편이 TIG-FSW 및 FSW-TIG 시험편보다 높은 값을 나타내었고, TIG-FSW 시험편이 FSW-TIG 시험편보다 높은 값을 나타내었다. FE-SEM을 이용한 인장 파면에 대한 관찰을 통하여, 모든 시험편에서 연성파괴를 나타내는 다양한 크기의 딤플들이 관찰되었다. FSW-TIG 시험편의 파면에서는 용융지(熔融池) 표면 영역에서 기공들이 관찰되는 반면, TIG-FSW 시험편에서는 기공의 형성은 관찰되지 않았다. 경도와 미세조직의 결과를 통해 TIG-FSW 공정이 FSW-TIG 공정보다 높은 인장강도를 확보할 수 있는 공정임을 확인하였다. The cross-welded joints for 6061-T6 aluminum alloy sheets were successfully manufactured through friction stir welding(FSW) and tungsten inert gas(TIG) welding methods to reveal the effect of welding sequence on microstructure and mechanical properties of the joints. Results revealed that FSW-ED joint shows maximum joint strength compare to other combinations. Interestingly, TIG-FSW joint shows much higher tensile strength than FSW-TIG joint. It is seen that the average hardness in SZ of friction-stir-welded specimen is comparatively higher than that of TIG-FSW and FSW-TIG joints. TIG-FSW specimen also shows higher hardness compare to FSW-TIG. Through FE-SEM observation for tensile fracture surface, various size of dimples clearly observed indicating ductile type of failure mode in all specimens. In case of FSW-TIG process, several voids were observed at the surface region of weld pool. On the contrary, no as such void formation has been observed in TIG-FSW process. The micro hardness and microstructural results clearly justify the higher tensile strength in TIG-FSW process.