• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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• pp.65-65
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• 2009

철강 재료의 GMA 용접 시, 보호가스로 $CO_2$ 가스를 사용하면 가격이 저렴하고 용입이 깊다는 장점이 있어 국내에서 광범위하게 사용되어 왔다. 그러나 일반적으로 활성가스인 $CO_2$를 사용한 GMA용접은 아크가 불안정하고 스패터가 많이 발생한다는 단점이 있어 아크 안정성 개선의 필요성이 부각되었다. 거기다 용접 자동화 및 용접 품질의 고급화 추세로 아크 안정성이 $CO_2$용접에서 점점 중요해지면서, 아크 안정화 및 스패터 저감을 위한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 본 연구에서는 GMA 용접 재료인 solid wire의 표면에 이온화 에너지가 낮은 금속인 인듐(In)을 전해 도금하여 중전류의 $CO_2$ 용접에 적용하였다. 고속 촬영과 아크 모니터링 분석을 통하여 금속 이행 모드 및 아크 안정화에 미치는 영향에 관하여 연구하였다. 동일 전압, 전류 조건에서 도금 두께를 달리하여 용접을 실시, 도금 두께에 따른 아크 안정성의 경향을 분석하였다. 그 결과 도금 두께가 두꺼워짐에 따라 아크가 넓어지는 것을 확인하였으며, 이는 아크 내에 이온화도가 높은 인듐 이온이 다량 포함됨으로써 이온의 양이 증가하기 때문인 것으로 생각된다. 또한 도금 두께가 일정 이상이 되면, 이행 모드가 용적의 아래에서 아크가 발생하는 반발 이행 모드에서 용적의 윗부분에서 아크가 발생하는 입상 용적 이행 모드로 바뀌었으며, 이때 단락 수가 현저히 줄어들어 아크가 안정해졌다. 이에 따라 인듐 도금 와이어는 기존보다 낮은 전류 영역에서도 안정적인 아크와 금속 이행 모드를 가지게 됨을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.194.1-194.1
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• 2016

방사성 폐기물의 운반이나 장기 보관 시 방사성 물질의 침출을 차단하기 위한 유리화 기술을 실현하기 위해 이송식 아크 플라즈마에 대해 전산해석을 수행하였다. 본 연구에서는 운전전류나 아크길이와 같은 운전조건 변화에 따른 열플라즈마의 특성 변화 뿐만 아니라 150 kW급 고출력 이송식 아크 플라즈마의 최적 설계를 위하여 핵심 부품인 파일럿 노즐의 길이와 직경 변화에 따른 예상 용융영역을 전산해석 하여 방사성 폐기물의 유리화 기술을 상업적으로 이끌어내는데 기초 자료를 제공하고자 하였다. 노즐직경은 4, 5, 6 mm로 변화시켰으며, 길이는 2, 4, 6mm로 하였다. 이러한 다양한 설계조건에 대하여 운전변수로는 전류 200 A, 방전 기체인 알곤의 유량 15 L/min, 아크 길이 2 cm로 고정하였다. 전산해석 결과 노즐직경이 작을수록 아크압축 효과에 의해 중심부에서 최고 온도가 높은 열플라즈마 제트를 발생시킬 수 있으나, 반경방향으로 온도구배가 커서 고온 구간이 급격히 감소하는 경향이 예상되었다. 반면 노즐직경이 증가할수록 아크 압축효과는 줄어들지만 반경방향으로 온도가 완만히 감소하여 콘크리트가 대부분인 유리화 대상물질을 충분히 용융시킬 수 있는 $2,600^{\circ}C$ 이상의 고온 면적이 넓어지게 될 것으로 예상되었다. 또한, 노즐길이가 줄어들 경우 아크방전의 안정성은 다소 떨어 질 수 있으나 수 있으나 고온의 열플라즈마 제트가 반경방향으로 효과적으로 넓어 질 수 있음이 예측되었다. 따라서 고온 영역의 확장 관점에서 이송식 아크 플라즈마 토치를 제작할 경우 아크의 안정성을 유지하는 범위 내에서 파일럿 노즐의 직경을 크게 하고 길이는 짧게 하는 것이 효과적인 유리화를 위해 유리할 것으로 예상되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.138-138
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• 1999

자장 여과 진공 아크법(Filtered Vacuum Arc :FVA)에 의해 증착된 비정질 다이아몬드 박막은 기계적, 광학적 특성이 매우 우수하여 많은 연구자들의 관심의 대상이 되어 왔다. 그러나 아크의 불안정성은 자장 여과 아크 소스의 연속적인 운전을 제한하고, 결과적으로 낮은 생산성을 가져왔다. 본 연구에서는 음극의 형태 및 음극 부근에서의 자기장의 구조를 음극 부식 거동의 관점에서 수치모사 및 실험을 통해서 조사하였다. 소스 전자석과 인출 전자석의 자극 방향이 평행하게 된 구조에서 (magnetic mirror configuration), 음극 후면에 반대 방향의 자극을 가지는 영구자석을 돔으로서 아크 불안정성을 억제할 수 있었다. 또한 소스 전자석에 진동하는 전류를 인가함으로써 아크 스팟의 운동 면적을 효과적으로 확장할 수 있었다. 시간 변화에 따른 빔 전류의 변화로부터 테이프형 음극이 우물형 음극에 비하여 더 안정하다는 것을 확인하였다. 진동하는 소스 전자석의 전류와 직경 80mm의 테이퍼형 음극을 사용하여, 아크 전류 60A에서 약 2000분 동안 사용하였으며, 이때 부식된 부피는 사용 가능한 음극 부피의 약 90%였다. 그리고 약 350mA의 안정한 빔 전류를 현재의 조건에서 얻었다.

• Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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• 2011.06a
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• pp.76-76
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• 2011

선박이나 산업 플랜트에서 파이프 또는 탱크류의 맞대기 용접 시 안정적인 이면비드의 형성은 매우 중요하다. 대부분의 현장에서 파이프 맞대기 초층용접부의 안정적인 이면비드를 형성하기 위해 3mm의 루트갭을 띄우고 루트면이 없는 V-그루브에서 필러를 사용하는 수동 TIG용접을 주로 사용하고 있다. 수동 TIG용접은 고품질의 비드와 우수한 아크안정성, 그리고 용접인자의 제어가 쉽다는 장점이 있다. 그러나 수동 TIG용접은 용접속도가 10cpm정도로 느리기 때문에 GMAW에 비해 생산성이 낮고 작업자의 숙련도에 따라 품질이 변하게 된다. 본 연구에서는 높은 생산성과 기준갭 1.5mm에서 단차의 허용공차를 크게 하기 위해 루트면 3mm를 가지는 U-그루브의 설계를 하였으며, 두꺼운 루트면을 가지는 그루브에서 안정적인 이면비드를 형성시키기 위해 GMAW에서 아크 충격량에 대한 검토를 실시하였다. GMAW의 아크력이 용입에 어떠한 영향을 미치는지 검토하기 위해 수냉되는 동판에 갭을 1.5mm 띄우고 동일한 용착량과 입열량에서 아크력만을 변화시켜 실험하였다. 또한, U-그루브의 루트부를 모델링하여 두께3t의 평판시편을 각각의 갭과 단차 조건에서 실험하였다. 이 때, 기준갭 1.5mm에서 갭에 의해 생기는 단면적을 기준 갭단면적, 갭이 증가함에 따라 증가되는 단면적을 추가 갭단면적, 갭이 감소함에 따라 감소하는 단면적을 감소 갭단면적으로 정의하였다. 용접 중 발생하는 추가, 감소 갭단면적에 대하여 용착량을 50%의 수준으로 증가, 감소 시켰다. 갭에 따라 아크력을 변경하여 실험을 실시하였고 이면비드의 형상을 확인 하였다. 마지막으로 평판 시편의 조건에서 안정적으로 이면비드가 형성된 조건을 pipe U-그루브에 적용하였다. 그 결과 동판에서 용착량과 입열량이 같음에도 불구하고 아크력이 증가함에 따라 용입이 깊어짐을 확인하였다. 또한. 3t 평판시편에서 아크력의 제어를 통해 큰 단차와 갭이 있을 때, 안정적인 이면비드를 얻을 수 있는 조건을 확립하였다. 마지막으로 pipe U-그루브에서 앞선 실험의 용접조건으로 갭과 단차의 변화에 대해 실험을 하였으나, 시험편의 두께차이에 의한 전도 열손실로 인해 이면비드의 형성이 어려웠고, 아크 충격량의 증가를 통해 이러한 문제를 해결하였다.

• Journal of Welding and Joining
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• v.16 no.4
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• pp.125-135
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• 1998

The shielded metal arc welding (SMAW) by AC power source was performed to evaluate the arc stability by arc monitoring and analysing. In this study, the arc stability index was evaluated quantitatively by using he coefficient of resistance variation for welding time. This coefficient was obtained for the long time (20sec.) by analysing the waveforms of welding current, voltage and resistance. The coefficient was applied to indicate numerically the variation level of arc length and the degree of arc extinction. Using the coefficient of resistance variation in practical welding, the arc stability of the high titanium oxide electrode (KS E4313) turned out to be better than that of the low hydrogen electrode (KS E4316). In evaluating the skill level of welders by the coefficient, the horizontal fillet weaving welding became clear to be very discriminating because the higher level welder could weave in keeping constant arc length, but the lower level welder showed the characteristics of weaving with the unstable arc length. And it was confirmed that the welding defects as blow holes was formed when the arc stability index were high.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 1999.10a
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• pp.39-42
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• 1999

• Proceedings of the KWS Conference
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• 1997.10a
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• pp.242-245
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• 1997

• Proceedings of the KWS Conference
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• 1997.10a
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• pp.246-249
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• 1997

• Proceedings of the KWS Conference
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• 1998.05a
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• pp.188-192
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• 1998

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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• pp.11-11
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• 2009

GMA용접은 높은 생산성과 자동화 효율로 널리 사용되고 있다. 그러나 종래의 인버터 용접기는 스패터 발생이 높고 고속용접이 어려운 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 와이어 송급 전후진을 가능하게 하는 장치를 개발하였고 개발된 장치를 H사의 펄스용접기에 장착하여 기계적 제어(와이어 전후진 고속 송급제어)를 통해 저스패터와 고속 용접이 가능한 기계적 전류파형을 개발하였다. 스패터는 단락과 아크발생시에 높은 전류로 인해 발생되기 때문에 기계적 제어를 통하여 Fig. 1에 보는 바와 같이 낮은 전류에서 단락과 아크발생이 일어나 스패터 발생이 줄어들게 되고 기계적 제어를 통해 단락과 아크발생 주기가 일정하게 되어 아크의 안정성 및 고속용접에 유리하게 된다. 개발된 기계적 파형을 이용하여 가장 스패터 발생이 많은 재료인 스틸과 $CO_2$를 보호가스로 하여 용접전류와 용접 속도를 변화시키며 실험한 결과 저스패터 및 1.5m/min이상의 용접 속도에서 안정된 비드를 얻을 수 있었다.