Recently the use of ultra high strength steels (UHSS) in structural and safety component is rapidly increasing in the automotive industry. For example, 1.5GPa grade hot stamping with die-quenching of boron steel 22MnB5 could apply crash-resistant parts such as bumpers and pillars. The development of laser welding process of hot stamping steels, fundamental bead-on-plate welding and lap joint welding test were carried out using 3kW Nd:YAG laser. Local hardening & HAZ softening occurred in hot stamping steel as a result of metallurgical change caused by the welding heat input in the Nd:YAG laser welding process. The size of soft zones in the hot stamping steel was related to the welding heat input, being smaller at high speeds which generated a smaller heat input. Also in the case of lap joint design structure, same welded characteristics were shown. The HAZ softening degree was controlled to ensure the joint strength.
In this study, fundamental experiment was conducted with various strength of UHSS (Ultra High Strength Steel) by $CO_2$ laser. And then, butt and lap joint laser welding with boron alloyed steel and Al-Si coated boron alloy steel have been done by changing laser beam feature, existence of gap and existence of coating layer to know welding characteristics of those materials. As a result, in case of fundamental experiment with various strength steel, hardening was found in the weld metal of all tested materials and softening was found at the heat affected zone of SGAFC 1180. In case of laser butt welding of UHSS, mechanical properties was improved by using small laser beam diameter and Al-Si coating layer caused fracture of weld metal. In case of laser lap welding of UHSS, Al-Si coating layer resulted in formation of intermetallic compound at the fusion boundary where fracture occurred. Al-Si coating layer caused lowering mechanical properties of weld metal.
In power generation systems a variety of structural components typically operate at high temperature and pressure. Therefore a life assessment methodology accounting for gradual creep fracture is increasingly needed for these components. The most critical defects in such structure are generally found in the form of semi-elliptical surface cracks in the welded tubular joints. Therefore the analysis of a semi-elliptical surface crack in a plate or a shell is an important problem in engineering fracture mechanics. On this background, via shell/line-spring finite element analyses of such surface cracks in the welded T and L joints under various loadings, we investigate J-integral along the crack front We first develop T and L joints auto mesh generation program providing ABAQUS input file composed of shell/line-spring finite elements. We then further develop a T and L joints life assessment program based on the experimental creep crack growth law and auto mesh generation program in a graphical user interface format Finally the remaining life of T and L joints for various analytical parameters are assessed using the developed life assessment program.
Welding systems cannot adapt to changes in the joint geometry which may occur due to a variety of reason. Automatic seam tracking technigue is essential to adjust the welding torch position in real time as it moves along the seam. Automatic tracking system must keep the welding speed constant unrelation to the change of the welding path. Therefore, the information from the laser displacement sensor must be converted into the input to operate the X-Y table and to rotate the desired torch position by proposed algorithm. In this research, laser displacement sensor is used as a seam finder in the automatic tracking system. X-Y moving table manipulated by ac servo motor controls the position and velocity of the torch-and-sensor part. DC motor controls the position and velocity of the torch. X-Y table controls the position of sensor and relative position of torch is controlled by dc motor which is mounted at sensor-and-torch part. Sensor is always ahead of torch to preview the weld line. From the experimental results, we could see the possiblity that the laser displacement sensor can be used as a seam finder in welding process and that the seam tracking system controlled by proposed algorithm is well done.
In order to investigate the characteristics of the plasma induced by lap-joint CO$_2$ laser welding of automotive steel sheets, the effects of welding speed, shield gas flow rate, gap size, and laser beam defocus to plasma intensity emitted from keyhole have been investigated. The plasma light is measured by fiber and photodiode. Also, the plasma images were captured by the high speed digital camera in 1000frames/sec in order to correlate the plasma light signal with plasma pattern. From the results, it is observed that the difference of the plasma intensity for between the deep penetration and partial penetration exists from 1.2 to 2 times. The plasma light intensity decreased in case of the deep penetration Is observed due to the exhausting of the plasma gas under the sheet. On the other hand, under the conditions of the deep penetration, the plasma intensity is significantly increased by controling the conditions decreasing the penetration depth. It was specially founded that the effect of 0.3mm gap size at partial penetration condition is approximately similar to deep penetration in 0mm gap. It is concluded that the plasma intensity is able to evaluate the penetration depth in lap-joint welding and appears to offer the most straightforward correlation to the welding process.
본 논문에서는 미소한 비대칭 요소를 갖는 축대칭 셸구조물(종형구조물 또는 용접된 압력용기등)의 전산기 이용 도면입력/수정/출력, 체적특성치의 자동결정, 근사 고속 유한요소해석 및 출력을 시각화하는 일관 작업을 수행할 수 있는 전산기이용설계 알고리즘을 개발하고 생산가공에 대한 공리적 접근방법을 전산화하는 전산기이용 공정 계획 알고리즘에 대한 기초적인 연구를 행하였다.
For the last couple of decades many studies have been carried out to find out solutions to improve the effectiveness and productivity of the plate forming process. The practical way for the automation of the plate forming process has not been, however, developed yet. Since the characteristics of heating machines may be different form each other, it is necessary to investigate the thermal deformation characteristics of the heating machine to be used in the automation system. And their characteristics may be updated as new information about thermal deformation by heating is accumulated. In this paper, data base system has been constructed based on the results of experiments and numerical analyses, which will be used in deriving the deformation estimation formula. The computer code which can automatically derive the deformation estimation formula has been also developed. This paper also illustrates how the formula is updated as experimental data are added. From the present findings, it can be said that the automatic deriving procedure may be important in the automated plate forming system since the heating line information to be generated must be directly influenced by the deformation estimation formula.
본 연구에서는 힁부재가 없는 AFRAMAX급 신구조 방식의 유조선을 개발하고자 하였다. 설계의 기본 개념은 1) 이중선체구조를 채용하여 해난사고 발생시 기름유출 방지를 피하고, 2) 힁부재가 없는 극히 단순한 선체구조를 채용하여 용접 로봇등을 활용한 자동건조 비율을 높임으로써 건조 생산성을 향상시키는데 주안점을 두고 있다. 설계 결과 얻어진 선체구조는 기존의 유조선 구 조와 매우 상이하다. 초기구조설계단계에서 구조 부재의 치수는 기존의 선급설계 지침을 활용 하여 결정하였으나, 기존의 유조선 구조와 비교하여 구조배치가 크게 바뀌어 졌기 때문에 기존의 선급설계지침을 만족했다고 해서 구성부재와 국부구조뿐만 아니라 구조 전체적으로도 충분한 구조안전성을 가지고 있는지는 확실치 않다. 따라서 직접구조해석에 의한 구조안전성 평가가 필수적으로 요구되며, 이를 위해 저자들은 선체구조의 최종 종강도(ultimate longitudinal strength), 최종 힁강도(ultimate transverse strength) 및 최종 국부강도(ultimate local strength )를 기준으로한 구조안전성 평가를 수행하였다. 본 논문에서는 이들 중에서 국부 구조부재에 대한 안전성평가 문제만을 다루었다. 결론적으로, 본 연구에서 개발한 선체구조는 건전상태(intact condition)하에서 뿐만 아니라 손상상태하에서도 구조부재는 좌굴 또는 붕괴하지 않고 전반적 으로 충분한 구조안전성을 가지고 있다는 결론을 내릴 수 있었다.
The laser strengthening of $35kgf/\textrm{mm}^2$ grade steel sheet is investigated by using $CO_2$ laser beam irradiation. The increase of tensile strength is dominated by the number of fully penetrated melting lines. Also, the optimal laser irradiation pattern is obtained by 3-point bending test. Local laser strengthening clay be effective for the weight reduction of automobile components where the tailored welded blank can not be applied.
Welding is an essential process in the automotive industry. Most welding processes that are used for auto body are spot welding and $CO_2$ welding are used in a small part. In production field, $CO_2$ welding process is decreased and spot welding process is increased due to welding quality is poor and defects are occurred in $CO_2$ welding process frequently. But $CO_2$ welding process should be used at robot interference parts and closed parts where spot welding couldn't. Because of the 0.65mm ~ 2.0mm thickness steel sheet were used in the automotive industry, poor quality of welding area such as burn through and under fill were happened frequently in $CO_2$ process. In this paper, we will study about the penetration depth which gives a huge impact on burn through changing a degree of base metal, welding position and torch angle. Voltage, current and welding speed were fixed but degree of base metal, welding position and torch angle were changed. And Cold- Rolled(CR) steel sheet was used. Penetration depth was analysed by multiple regression analysis to derive approximate calculations. And reliability of approximate calculations were confirmed through additional experiments. As the results of this research, we confirmed the effect of torch and plate angle to bead shape. And we present a possibility that can simulate more accurate to weld geometry, as deduced the verification equations that has tolerance of less than 21.69%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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