• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2010년도 춘계학술발표대회 초록집
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• pp.84-92
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• 2010

현재 가동 중인 몇몇 가압 경수로 원전 안전 1등급 설비의 이종금속 용접부는 일차수응력부식균열(PWSCC : Primary Stress Corrosion Cracking) 발생의 세가지 조건(민감 재질, 부식 환경, 인장응력)을 동시에 충족하고 있다. 즉, 이종금속 용접부는 PWSCC에 민감한 재질인 Alloy 600 계열 합금으로 제작 또는 용접되어 있으며 고온 수화학 부식 환경 하에 놓여있다. 아울러 오스테나이트 스테인리스 강의 예민화 예방을 위한 용접 후열처리 미실시로 높은 인장 용접 잔류응력이 작용하고 있다. 이러한 이종금속 용접부의 특성상 PWSCC가 발생할 잠재성이 있을 뿐만 아니라 국내외적으로 Alloy 600 계열 합금으로 제작 및 용접된 가압 경수로 원전 안전 1등급 설비의 이종금속 용접부에 실제 PWSCC가 발생된 사례들이 다수 보고되고 있다. 운전 환경 및 재질 변화 없이 PWSCC 발생을 예방하기 위해서는 인장 잔류응력을 이완시켜 낮은 인장 또는 압축 응력화하여야 한다. 이러한 인장 잔류응력 이완방법들로는 PWOL(Pre-emptive Weld Overlay), 레이저 피닝(Laser Peening), MSIP(Mechanical Stress Improvement Process), 워터 제트 피닝(Water Jet Peening), IHSI(Induction Heating Stress Improvement) 방법들이 있는데 공정 시간이 짧고 열 에너지 원이 필요 없으며 전체적인 소성 변형을 야기시키지 않는 레이저 피닝을 본 연구의 대상 방법으로 한다. 본 연구에서는 동적 유한요소 해석을 통해 용접 잔류응력을 이완시키는 레이저 피닝의 효과를 검증하고 용접 잔류응력에 미치는 레이저 피닝 변수의 영향을 고찰하고자 한다. 내부 보수용접이 수행된 경수로 원전 가압기 노즐 이종금속 용접부에 레이저 피닝을 적용한 경우에 대해 상용 유한요소 해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 동적 유한요소해석을 수행한 결과, 고온 수화학 일차수와 접하는 Alloy 600 계열 합금 내면에서의 인장 잔류응력이 상당히 이완됨을 확인하였다. 또한, 최대충격 압력이 증가할수록, 충격압력 지속시간이 증가할수록, 레이저 스팟 직경이 증가할수록 내표면 인장 잔류응력 이완 정도는 감소하나 이완되는 영역의 깊이는 증가함을 알 수 있다. 또한, 레이저 피닝 방향이 잔류응력 이완에 미치는 영향은 미미함을 알 수 있다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권10호
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• pp.1041-1046
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• 2011

본 연구에서는 레이저 쇼크 피닝으로부터 생성되는 마이크로 충격파를 정량적으로 측정하고 그 특성을 분석하였다. 레이저 쇼크 피닝은 금속 재료에서 압축 응력을 생성시키며 그 크기가 표면에서 극대화되는 특징을 가지고 있다. 펄스 Nd:YAG 레이저를 이용하여 스틸표면에 피닝 공정을 수행하였고 이에 따른 마이크로 충격파의 정량화 및 재료의 기계적 성질 변화에 대해 평가하였다. 실험적 접근으로 피에조소자를 사용하였으며 이를 통한 실제 충격파의 정량화를 제시하였다. 또한 재료 구조 특성, 재료 강도, 인장 시험 등의 기계적 특성을 분석하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권6호
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• pp.609-615
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• 2012

레이저 충격 피닝 처리 시 레이저 광원으로부터 금속표면에 조사되는 레이저 빔 형상은 다양하다. 레이저 형상은 표면에서 발생하는 압력파의 특성을 결정하기 때문에 금속 표면과 깊이 방향에 대한 잔류응력 분포에 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 레이저 충격 피닝 처리시 레이저 광원 형상이 인코넬 alloy 600 합금의 잔류응력에 미치는 영향을 분석하였다. 레이저 광원 형상은 원형, 사각형, 타원형 형상이 고려되었으며, 표면과 깊이 방향에 대한 압축잔류응력 특성을 비교하였다. 표면에서 생성되는 압축잔류응력은 원형 레이저 형상이 최대이지만 중심부에서 인장응력이 발생하고, 깊이 방향에서는 타원형 레이저 형상이 최대 압축잔류응력을 생성한다. 소성변형 발생 깊이는 사각형에 비해 원형과 타원형이 양호하다.

• 한국생산제조학회지
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• 제19권4호
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• pp.539-547
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• 2010

Laser shock peening is useful to improve fatigue characteristic of multiple number of metals and alloys. This process induces a compressive residual stress on the metal surface, and when tensile load is applied, growth of crack is delayed and which changes the characteristic of the metal surface. It is an innovative surface treatment technique for strengthening metals. Specimens of SM45C are used in this study. The effect of an inertial tamping layer on the residual stress field using laser shock peening setup and Nd:YAG laser power is evaluated. Residual stress distribution measured by X-ray diffraction. As a result of this study it can be presented that following condition of Nd:YAG laser power and inertial tamping layer parameters, compressive residual stress is generated on the surface of the SM45C. Results to experimental data indicate that laser shock peening has great potential as a means of improving the mechanical performance of the metal surface.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권6호
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• pp.599-608
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• 2012

일체형 원자로의 안전주입 노즐 이종금속 용접부의 잔류응력에 대한 레이저 피닝의 효과를 고찰하기 위해 상용 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 implicit 동적 유한요소 해석을 통해 연구를 수행하였다. implicit 동적 유한요소 해석은 기존의 실험 결과와의 비교에 따르면 레이저 피닝을 통한 잔류응력 이완에 대해 타당하다고 확인된다. 한편 내부 보수용접이 수행된 이종금속 용접부에 대해 해석이 수행되며 그 결과는 축방향 및 원환 잔류응력 모두 내부 보수용접에 기인하여 노즐의 내표면에서 인장임을 나타낸다. 또한 용접 잔류응력 이완에 대한 최대 충격 압력, 압력 지속 시간, 스폿 직경 및 피닝 방향과 같은 여러 변수의 효과를 고찰하기 위해 변수 해석 또한 수행하였다. 결과적으로, 레이저 피닝은 내표면 근처 영역의 잔류응력을 주로 이완시키는 예방정비 효과가 있음을 확인하였다.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제20권5호
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• pp.608-619
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• 2017

In this paper, the effects of parameters related to the residual stress induced due to laser shock peening process to determine mitigation of the initial tensile residual stresses are discussed, such as the maximum pressure, pressure pulse duration, laser spot size and number of laser shots. In order to estimate the influence of the initial tensile residual stresses, which is generated by welding in 35CD4 50HRC steel alloy, the initial condition option was employed in the finite element code. It is found that $2{\times}HEL$ maximum pressure and a certain range of the pressure pulse duration time can produce maximum mitigation effects near the surface and depth, regardless of the magnitudes of tensile residual stess. But plastically affected depth increase with increasing maximum pressure and pressure pulse duration time. For the laser spot size, maximum compressive residual stresses have almost constant values. But LSP is more effective with increasing the magnitudes of tensile residual stress. For the multiple LSP, magnitudes of compressive residual stresses and plastically affected depths are found to increase with increasing number of laser shots, but the effect is less pronounced for more laser shots. And to conclude, even though the initial tensile residual stresses such as weld residual stress field are existed, LSP is enough to make the surface and depth reinforcement effects.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권9호
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• pp.1141-1149
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• 2013

복잡한 물리적 현상에 대한 수학적 모델을 만들기 위해 적용되는 차원해석은 LSP 공정변수의 영향을 이해하는데 중요한 도구가 된다. 본 연구에서는 버킹검(Buckingham) ${\prod}$이론을 이용한 차원해석을 통해 레이저 충격 피닝의 잔류응력 결과에 영향을 미치는 변수를 확인하고, 유한요소법을 이용하여 LSP 공정변수인 최대압력파, 압력파 지속시간, 레이저 샷 크기 및 다중 LSP 에 대한 잔류응력 결과를 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제33권8호
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• pp.767-772
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• 2009

Laser shock peening(LSP) is proving to be better surface treatment than conventional one such as shot peening. The LSP process has a compressive residual stress into a metal alloy and a significant improvement in fatigue life. Our research is focused on applying finite element method to the prediction of residual stress through the LSP processing in some LSP conditions such as pressure and spot size induced by laser. Two analysis methods are considered to calculating the compressive residual stress. But the explicit solution and the static one after partially explicit solving are almost same. In LSP, because of very high strain rate($10^6s^{-1}$), HEL(Hugoniot Elastic Limit) is the most important parameter in material behavior modeling. As the circular laser spot is considered, 2-D axisymmetric elements are used and the infinite elements are applied to boundaries for no reflection. The relations of material properties and the LSP are also important parts in this study.