• Laser Solutions
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• v.7 no.2
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• pp.1-10
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• 2004

This work was attempted to join SCP sheet and STS304 sheet by using Nd:YAC laser beam. SCP sheet has good formability and low cost, while STS304 has excellent corrosion resistance and mechanical properties in high temp. In this experiment, butt joint type was used to develop the tailored blank welding for dissimilar steel. Sheets which have different thermal properties. Computer simulation was conducted to obtain the off-set position for efficient welding by considering laser power, scanning speed, focal length and basic properties. The result showed that the optimum thermal distribution was obtained when the laser beam was irradiated at $0.05{\sim}0.1$ mm off-set toward the SCP sheet side. The experiment was conducted based on the result of computer simulation to show the same optimum conditions. Optimum conditions were 3KW in laser beam power, 6m/min in scanning speed, -0.5mm in focal position, 0.1mm off-set toward SCP. Microhardness test, tensile test, bulge test, optical microscopy, EDS, and XRD were performed to observe the microstructure around fusion zone and to evaluate the mechanical properties of optimum conditions, The weld zone had high microhardness values by the formation of the martensitic structure. Tensile test measured the strength of welded region by vertical to strain direction and the elongation of welded region by parallel to strain direction. Bulge test showed $52\%$ formability of the original materials. Bead shape, grain size, and martensitic structure were observed by the optical microscopy in the weld zone. Detailed results of EDS, XRD confirmed that the welded region was connected of martensitic structure.

• Nuclear Engineering and Technology
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• v.54 no.11
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• pp.4072-4083
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• 2022

Ultrasonic impact treatment (UIT) is carried out on the Ni-based alloy stainless steel pipe gas tungsten arc welding (GTAW) girth weld, the differences of microstructure, microhardness and shear strength distribution of the joint before and after ultrasonic shock are studied by microhardness test and shear punch test. The results show that after UIT, the plastic deformation layer is formed on the outside surface of the Ni-based alloy overlayer, single-phase austenite and γ type precipitates are formed in the overlayer, and a large number of columnar crystals are formed on the bottom side of the overlayer. The average microhardness of the overlayer increased from 221 H V to 254 H V by 14.9%, the shear strength increased from 696 MPa to 882 MPa with an increase of 26.7% and the transverse average residual stress decreased from 102.71 MPa (tensile stress) to -18.33 MPa (compressive stress), the longitudinal average residual stress decreased from 114.87 MPa (tensile stress) to -84.64 MPa (compressive stress). The fracture surface has been appeared obvious shear lip marks and a few dimples. The element migrates at the fusion boundary between the Ni-based alloy overlayer and the austenitic stainless steel joint, which is leaded to form a local martensite zone and appear hot cracks. The welded joint is cooled by FA solidification mode, which is forming a large number of late and skeleton ferrite phase with an average microhardness of 190 H V and no obvious change in shear strength. The base metal is all austenitic phase with an average microhardness of 206 H V and shear strength of 696 MPa.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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• pp.26-26
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• 2009

TIG 용접은 고품질이고 용접인자의 제어가 쉽고 정확하다는 장점이 있지만, 얕은 용입과 낮은 생산성과 같은 단점이 있다. TIG 오비탈 용접에서는 용입의 한계 때문에 작은 루트면과 넓은 그루브를 가공하여 다층 용접을 하며, 루트패스에서는 파이프 진원도에 의한 핏업 시 단차의 문제가 자주 발생하여 많은 현장에서 루트갭을 만들어 수동 용접하는 실정이다. 따라서 생산성이 낮으며 생산 단가가 높고 용접 품질이 작업자에 따라 다르게 된다. 이러한 문제점을 해결하여 자동 오비탈 용접을 위해 단차를 흡수 할 수 있는 용접 공정 개발이 필요하다. 본 연구의 목적은 TIG 용접에서 단차에 따른 용접성을 검토하여 이를 맞대기 용접에 적용했을 때 균일한 이면비드를 얻는 공정을 개발하는 것이다. 따라서 본 연구는 아래보기 자세에서 단차에 따른 용입 특성을 이면비드 및 단면으로 비교 분석하였다. 단차 없이 아크길이만 1mm, 2mm, 3mm로 변경하여 실험한 결과 아크길이가 짧아질수록 표면비드 폭은 좁아졌고 이면비드 폭은 증가하는 경향을 나타내어 아크길이가 짧아질수록 용융효율이 증가하는 것을 확인하였다. 단차 1mm에서 아크길이 3mm를 제외하고 표면비드 및 이면비드가 미려하였다. 하지만 단차 2mm에서는 아크길이 1mm, 2mm, 3mm 전부 이면비드가 생성되지 않았다. 이는 단차로 인해 아크길이가 증가하여 용융효율이 낮아졌기 때문이라 판단된다. 이면비드가 생성되지 못한 시험편을 백 베벨링(0.5mm, 1.0mm, 1.5mm, 2.0mm)하여 실험한 결과 단차 2mm, 아크길이 1-3mm 백 베벨링 2.0mm 적용한 시험편에서 양호한 이면비드를 얻을 수 있었다.

• Journal of the Korean Society for Railway
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• v.19 no.4
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• pp.417-426
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• 2016

In this study, the optimal welding condition of an extruded AZ61 magnesium alloy plate was investigated through evaluation of the mechanical properties and microstructure in the friction stir welding zones. The friction stir welding conditions considered in this study were the tool rotation speeds of 400, 600, and 800rpm and the welding speeds of 200, 300, and 400mm/min. To evaluate the welding strength, tensile and hardness tests were carried out. Microstructures of the welded regions were examined using optical microscopes. Under a tool rotation speed of 800rpm and welding speed of 200mm/min, the joint showed the best joining properties. The UTS, yield strength, and elongation of the welded region showed values of 79.0%, 65.4%, and 30.1%, respectively, of those of the base metal.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• v.20 no.3
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• pp.335-344
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• 2006

A comprehensive review of through thickness transverse residual stress distributions in a range of as-welded and mechanically bent components made up of a range of steels has been carried out, and simplified generic transverse residual stress profiles for a plate and pipe components have been proposed. The geometries consisted of welded pipe butt joints, T-plate joints, tubular T-joints, tubular Y-joints and a pipe on plate joints as well as cold bent tubes and pipes. The collected data covered a range of engineering steels including ferritic, austenitic, C-Mn and Cr-Mo steels. Measured residual stress data, normalised with respect to the parent material yield stress, has shown a good linear correlation versus the normalised depth of the region containing the residual stress resulting from the welding or cold-bending process. The proposed simplified generic residual stress profiles based on the mean statistical linear fit of all the data provides a reasonably conservative prediction of the stress intensity factors. Whereas the profiles for the assessment procedures are fixed and case specific, the simple bilinear profiles for the residual stresses obtained by shifting the mean and bending stress from the mean regression line have been proposed and validated.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.22 no.6
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• pp.565-572
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• 2009

This work intends to establish the reliability and fracture toughness $K_{IC}$ criterion of welded joints by EGW for high strength EH36-TMCP ultra thick plate. For this, firstly thermo elasto-plastic analysis has been carried out on two pass X-groove butt joint model to clarify the thermal and mechanical behaviour(residual stress, plastic strain, magnitude of stress and their distribution and production mechanism). Moreover, to establish fracture criterion, analysis of fracture toughness $K_{IC}$ has been performed under the notch machined and residual stress with the load condition on EGW welded joints. A quantitative fracture criterion for EGW welded joints is suggested by using $K_{IC}$.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.20 no.3
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• pp.891-900
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• 1996

The vision sensor which is based on the optical triangulation theory with the laser as an auxiliary light source can detect not only the seam position but the shape of seam. In this study, a vision sensor using the scanning laser beam was investigated. To design the vision sensor which considers the reflectivity of the sensing object and satisfies the desired resolution and measuring range, the equation of the focused laser beam which has a Gaussian irradiance profile was firstly formulated, Secondly, the image formaing sequence, and thirdly the relation between the displacement in the measuring surface and the displacement in the camera plane was formulated. Therefore, the focused beam diameter in the measuring range could be determined and the influence of the relative location between the laser and camera plane could be estimated. The measuring range and the resolution of the vision sensor which was based on the Scheimpflug's condition could also be calculated. From the results mentioned above a vision sensor was developed, and an adequate calibration technique was proposed. The image processing algorithm which and recognize the center of joint and its shape informaitons was investigated. Using the developed vision sensor and image processing algorithm, the shape informations was investigated. Using the developed vision sensor and image processing algorithm, the shape informations of the vee-, butt- and lap joint were extracted.

• 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.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2010.05a
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• pp.24-24
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• 2010

마찰교반접합법은 특정한 회전수로 회전하는 용접 툴을 이용하여 접합하고자 하는 피접합재의 맞댄면에 삽입시킨 후 툴을 이동시키거나 혹은 시편을 견고하게 고정시킨 장치(backing plate)가 움직여 고상 상태에서 접합이 이루어진다. 알루미늄, 마그네슘 등 비교적 융점이 낮은 저융점 재료의 재료에 처음 적용이 되어 많은 연구가 활발히 진행되었고 타 용접방법에 비해 우수한 접합특성을 나타내었다. 최근 이러한 마찰교반접합은 이러한 저융점 재료를 넘어서 스틸, 타이타늄, 니켈 등과 같은 고융점 재료 등에 대한 적용이 늘어나고 있다. 마찰교반접합을 이용하여 이러한 고융점 재료의 접합 경우 내마모성 및 내열성 등의 내구성이 갖추어진 툴과 이러한 툴을 냉각시킬 수 있는 냉각 장치 등이 필요로 하나 경제적 측면이나 접합부의 우수한 특성 등을 고려 할 때 그 적용 및 발전 가능성이 매우 높다고 볼 수 있다. 2상 스테인레스 강은 금속 조직적으로 페라이트와 오스테나이트 상이 거의 1:1의 동등한 비율로 매우 미세하게 결합된 구조를 가지고 있다. 또한 이상 스테인레스 강은 각상의 개개의 특성에 기인하여 염소 분위기에서 응력부식 저항성이 우수하고, 공식과 틈부식에 대한 저항성이 매우 뛰어나다. 그리고 이상 스테인레스 강은 비교적 고가인 Ni이 일반 오스테나이트 스테인리스 강의 약 1/2의 수준으로 적게 포함이 되어 경제적인 이점을 지니고 있으며 또한 용접성이 좋아 산업계의 수요는 현재 점차 증가하고 있는 상황이다. 하지만 이러한 이상 스테인리스 강은 용접 후 페라이트 상의 조대화, 그리고 페라이트 상의 분율이 오스테나이트 상의 분율보다 높아지게 되어 용접부에서의 저온 인성 감소 및 내식성 저하 등의 문제가 발생하게 된다. 그리하여 용접 시 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 입열량의 조절이 가장 필요로 하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 마찰교반용접을 이용하여 두께 3mm의 대표적인 이상 스테인리스 강인 SAF2205 스테인리스 강에 대해 맞대기 마찰교반접합을 실시하였다. 툴 회전속도를 변수로 하여 접합을 실시하였으며 접합 시 툴은 $Si_3N_4$ 툴을 사용하였다. 접합 후 외관상태 점검, 미세조직 관찰, 경도 및 인장강도 측정 등의 실험을 실시하였고, 이러한 결과를 이용하여 미세조직과 기계적 특성과의 관련성을 조사하였다.