• Journal of Welding and Joining
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• v.1 no.1
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• pp.21-29
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• 1983

용접구조물에는 필연적으로 용접에 의해서 생기는 부정량이 존재한다. 용접에 의해서 건조되는 선체구조에 있어서도 misalignment를 비롯하여 과대한 gap, 팬널(panel)의 초기변형, 용접에 의한 수축과 같은 부정량이 존재하여 선속 불록의 정도와 선체 강도에 영향을 주게 된다. 그래서 일본에서는 건조되는 동선의 품질을 고도로 유지하면서 공수를 될 수 있는 한 줄이기 위하여 이론과 실속이 뒷받침된 신속도가 높은 품질표준을 설정하는 것이 필요하다고 판단하여 1964년에 '일본동선공작법표준, japan shipbuilding quality standard(JSQS)'를 제정하였다. 그 내용에는 소재, 현도, 내용 가공부재, 조립 블록, 선형확보, 다듬질, 변형량등 주로 공정순에 따라 각각 구 분을 정한 항목마다 표준범위와 허용 한계가 표시되어 있다. 지금부터 용접에 의한 부정량의 대표예로써, 용접에 의한 변형과 잔유응력, 이음에서의 gap과 misalignment에 대하여 말하고 아울러 부정량과 JSQS와의 관계에 대해서도 간단히 말하겠다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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• pp.111-111
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• 2009

전 세계적으로 환경 보호의 차원에서 자동차 업체는 자동차의 연비 향상을 위한 차체의 경량화가 큰 이슈로 대두되고 있다. 이를 위해 알루미늄과 같은 경량화 소재를 이용하여 차체 조립에 투입하고자 연구 중에 있다. 이와 같은 레이저 용접 공정이 현장에 적용되기 위해서는 용접부의 품질을 실시간으로 모니터링하고 품질을 판단하여야 생산성을 극대화 할 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 알루미늄 AA5182 알루미늄 판재의 용가 와이어를 이용한 레이저 용접에서 용접부를 모니터링 할 수 있는 시스템을 구축하였다. 이를 위하여 레이저는 4kW급 Nd:YAG 레이저를 사용하였고, 차체용 알루미늄 판재 AA5182 1.4t를 AA5356 와이어를 이용하여 용접을 수행하였다. 모니터링 센서로는 반응 범위가 190 mn~680 nm인 센서를 이용하였고, 용접 중 센서로부터 발생된 출력전류를, 신호 증폭기와 DAQ 보드를 통해 초당 10,000 samples/sec로 계측하였다. 다양한 용접조건을 이용하여 실험을 수행하였고 이를 정량적으로 분석하였다. 계측된 신호와 용접 품질은 비선형적 관계를 가지고 있으므로 본 연구에서는 용접 품질을 예측하는 방법으로 퍼지 패턴인식 알고리즘을 이용하는 방법과 계측 신호를 이용한 인장강도 예측모델을 이용하여 병렬로 품질평가를 할 수 있는 알고리즘을 구현하였다. 이를 위하여 계측된 신호와 용접 품질과의 관계를 이용하여 퍼지 규칙 베이스 정의하였고, 신경회로망 모델을 이용하여 인장강도 예측모델을 제시하였다. 또한 품질 평가 알고리즘을 기반으로 레이저 용접부의 품질평가가 가능한 GUI 프로그램을 구현하였다.

• Journal of the Korean Society for Railway
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• v.12 no.4
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• pp.512-517
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• 2009

Extruded aluminium panels have been widely used for railway vehicle structures because -of their light specific weight and other merits. In the past, GMAW (Gas Metal Arc Welding) and GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) were mainly used to join aluminium panels. But recently friction stir welding (FSW) is widely used due to its lots of advantage. In this study aluminium A6005 which is used for car body structures was chosen. The influences of main parameters on mechanical properties such as: pin (tool) rotating speed, pin transition speed, shoulder, diameter, pin length and tilting angle were examined. Optical microscope and scanning electron microscope (SEM) observation, micro hardness tests, and tensile tests were carried out.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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• pp.121-121
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• 2009

자동차는 코너 주행 시 In-corner와 Out-corner 의 바퀴 궤적이 달라지므로, 특별한 장치가 없이 좌우 구동 측의 바퀴가 같은 속도로 회전을 하게 되면 정상적인 주행이 불가능하다. 따라서 정상적인 코너 주행이 가능 하려면, 코너 안쪽 바퀴보다 바깥쪽 바퀴가 더 빨리 회전해야 하며 이러한 회전 차를 보상받지 못할 경우 바깥쪽 바퀴가 끌리는 현상이 발생하는데 이를 방지하기 위해 디퍼렌셜 기어가 필요하다. 현재 디퍼렌셜 기어는 디퍼렌셜 케이스와 링기어를 볼트로 체결하는 조립 공법을 통해 생산되고 있다. 하지만 볼트 체결 공법은 조립을 위한 볼트와 볼트 체결을 위한 플랜지와 볼팅을 위한 홀을 가공하는 공정이 필요하기 때문에 재료비 절감 및 생산 효율 향상에 매우 불리하고 볼트체결을 위한 부분 때문에 불필요한 무게가 증가하게 된다. 따라서 본 연구에서는 이러한 기계적 체결 방식을 레이저 용접 방식으로 대체하여 재료비를 절감하고 무게 저감을 통해 주행성능을 향상시키고자 하였다. 링기어의 소재는 침탄처리강(SCM420H)이며 디퍼렌셜 케이스의 소재는 주철(GCD500)을 사용하고 있다. 주철은 용접시 용접부와 열영향부에서 마르텐사이트 조직과 레데브라이트, 시멘타이트 조직이 생성되며 고탄소 모재의 탄소 확산으로 인한 부분 혼합영역에서 탄소 합금이 생성되어 균열이 발생하는 등 용접성이 매우 좋지 않은 것으로 알려져 있다. 이러한 주철의 난용접성을 해결하는 방법으로는 고탄소 모재 용접시 발생하는 탄소의 확산을 억제하거나 예열이나 후열 처리를 통한 냉각 속도의 제어하는 방법과 오스테나이트 안정화 원소를 첨가한 필러와이어를 사용하여 용접시 마르텐사이트와 시멘타이트의 성장을 방해하는 방법 등이 이용되고 있다. 본 연구에서는 예열처리나 후열처리를 통한 주철의 용접법은 대량 생산을 통한 원가절감을 노리는 자동차 업계의 특성에 비추어 볼 때 비용이나 프로세스 구성 면에서 적용하는 것이 어려울 것이라 판단하여 Ni-base filler metal을 통한 주철의 용접법을 선택하였고 그 결과 실차에 적용하기 위한 비틀림 강성 테스트나 내구 테스트는 통과하였으나 NVH 테스트 결과 볼팅 체결 방식에 비하여 소음이 커지는 문제가 발생하고 링기어의 HAZ부가 고경화 되는 문제가 발생하였다. 때문에 용입깊이를 초기 시제품인 5mm에서 4mm로 변경시켜 입열량 감소 및 용접변형을 줄여 소음 문제를 해결하고자 하였으며 링기어의 침탄층을 1mm 절삭하여 링기어 HAZ부의 고경화 문제를 해결하고자 하였다. 이러한 용접 구조 변경이 용접변형 및 강성과 피로에 미치는 영향력을 알아보고자 용접 및 열처리 상용 소프트웨어인 SYSWELD, 구조해석 상용소프트웨어인 NX_NASTRAN, 피로 해석 상용 소프트웨어인 FEMFAT을 이용하여 시뮬레이션 하였고 실제 구조 변경한 용접 시제품과 비교, 분석하였다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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• pp.31-31
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• 2009

최근 전세계적으로 유가상승 및 환경에 대한 관심이 증대되면서 자동차 업계에서는 차량 경량화를 통한 연비향상에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 대표적인 기술개발 사례로서 초경량 철강 차체의 개발을 들 수 있다. 이는 고장력강을 적용함으로써 강성을 증대시킴과 동시에 두께감소에 의한 경량화를 이루고자 추진되고 있다. 하지만 고장력강은 자체의 높은 강성을 지니고 있는 반면, 일반 강종에 비해서 스프링백이 크고 용접성도 많이 떨어지는 제약을 안고 있다. 아크 용접법 중 하나인 AC pulse MIG 용접은 DCEP (direct current electrode positive) 와 DCEN (direct current electrode positive) 구간이 주기적으로 반복하는 용접법으로 스패터 발생이 거의 없으며 특히 갭 접합성이 우수하여 자동차 차체 조립공정에 적용되고 있다. 본 연구에서는 자동차 차체용 AHSS 소재의 겹치기 용접 실험을 통해 실제 생산라인에서 용접 이음부에 발생되는 갭에 대해 강건한 용접 공정 조건을 제시하였다. 먼저 고속카메라 촬영을 통해 AC pulse MIG 용접에서 EN ratio 변화에 따른 와이어 용융현상을 분석 하였으며 단면마크로, 인장시험, 인장 파단면 분석을 통해 겹치기 용접에서 0~2mm 사이의 갭 발생에 강건한 용접 조선을 제시하였다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2010.05a
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• pp.67-67
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• 2010

최근 전 세계적으로 유가상승 및 환경에 대한 관심이 증대되면서 자동차 업계에서는 차량 경량화를 통한 연비향상에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 대표적인 차량 경량화 방법으로 초경량 철강 차체의 개발을 들 수 있는데 이는 고강도강을 차체에 적용함으로써 강성을 증대시킴과 동시에 두께 감소에 의한 경량화를 이루는 방법이다. 하지만 고강도강은 자체의 높은 강성을 지니는 반면 첨가된 합금원소에 의하여 용접성이 떨어지는 제약을 가지고 있다. 펄스 GMA 용접은 One Drop Per Pulse (ODPP) 의 안정된 용적 이행으로 스패터 발생이 거의 없으며 일반 GMA 용접에 비하여 용접성이 우수하여 자동차 차체 조립공정에 적용되고 있다. 본 연구에서는 440MPa 급 도금, 비도금 강판 및 이종 강판의 겹치기 용접 실험을 통해 강종별, 두께별 펄스 아크 용접에 대한 용접성 평가 및 데이터 베이스를 구축하고자 하였다. 용접부 단면마크로, 인장시험, 경도시험을 통해 적정 용접영역을 확보하였으머, 고속카메라 촬영을 통해 보호가스에 따른 용적 이행 현상을 확인하였다.

• Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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• v.37 no.2
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• pp.127-136
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• 2000

Welding deformations reduce the accuracy of ship hull blocks and decrease the productivity due to correction work. Preparing an error-minimizing guide at the design stage will lead to a high quality as well as high productivity. And a precise method to predict the weld deformation is an essential part of it. This paper proposes an efficient method to predict complicated weld deformations based on the inherent strain theory combined with the finite element method. The inherent strain is determined by the highest temperature and the degree of restraint. In order to calculate the inherent strain exactly, it is considered that the degree of restraint becomes different according to the fabrication stages in real structures. A simulation of a stiffened plate shows the applicability of this method to simple ship hull blocks.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.29 no.10 s.241
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• pp.1377-1383
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• 2005

A general and efficient methodology has been developed to analyze dimensional variations of an assembly, taking into account of weld distortion. Weld distortion is generally probabilistic because of the random nature of welding parameters such as the welding speed, maximum welding temperature, ambient temperature, etc. The methodology is illustrated through a very simple example of two perpendicular plates fillet-welded to each other. Two steps comprise the methodology: establishment of a weld-distortion database, and tolerance analysis using the database. To establish the database, thermo-elasto-plastic finite element analyses are conducted to compute the weld distortion for all combinations of discrete values of major welding parameters. In the second step of tolerance analysis, the weld distortion retrieved from the database is used in addition to the dimensional tolerances of the parts. As a result of such an analysis, sensitivities of the assembly's dimensional variations to the part tolerances and weld distortion are obtained, which can be help improve the dimensional quality of the assembly.

• Proceedings of the Korean Society of Laser Processing Conference
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• 1998.05a
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• pp.25-28
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• 1998

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2010.05a
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• pp.69-69
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• 2010

최근 컨테이너 선박의 초대형화로 극후물 고장력 강재인 항복응력 460MPa급 고장력강인 EH47이 개발되었다. 두께 80mm의 극후물 용접에서 용접생산성 향상을 위하여 EGW/FCAW로 양면 용접이 검토되고, 입열량은 최대 300kJ/cm의 대입열 용접이 요구된다. 이를 위해서는 강재 및 용접재료 모두 300kJ/cm 용접부 성능이 선급 규격을 만족하여야 함은 물론 마지막 조립단계에서 적용되기 때문에 용접재료의 용접작업성도 매우 크게 요구되고 있다. 먼저 대입열 용접금속에서 요구되는 저온 충격인성($vE_{-20^{\circ}C}{\geq}57J$)을 만족하기 위하여는 용접금속의 미세조직 제어가 필요하며, 특히 조대한 입계페라이트 생성을 억제하고 미세한 입내 페라이트를 균일 분포하는 것이 중요하지만, 이를 위해 용접금속의 소입성이 지나치게 높이면 경화조직인 베이나이트 분율이 증가하여 오히려 용접금속 저온 충격인성을 저하시키므로, 적절한 용접금속의 성분 제어가 중요하다. 한편 용접부는 선급에서 요구하는 최소 강도인 570MPa를 만족하기 위하여 용접금속의 소성구속 현상을 활용하여 용접부 인장강도를 확보 할 수 있음을 확인했다. 이를 위해서는 용접금속의 적정한 경화도 확보가 필요하였다. 전술한 바와 같이 대입열 용접금속 저온 충격인성 확보와 용접부 강도 측면을 고려하여 용접금속 최적의 탄소당량 범위를 제시코자 하였다. 한편 용접재료의 용접작업성은 EGW용접의 용적이행 현상은 자유비행이행으로 이루어지고 있으며 특성상 용접중 용적과 용융지 사이에 많은 순간단락 현상을 동반하고 있으며, 슬래그 유동이 불안정하면 아크 꺼짐 현상도 관찰되고 있다. 따라서, 현장용접시 원할한 용접작업성을 확보할 수 있는 평가 기준으로써 아크 전류 및 전압의 변동 정도를 설정하고, 용접재료의 용접작업성 확보 기준을 제시코자 하였다.