• 동력기계공학회지
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• 제18권2호
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• pp.62-69
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• 2014

In this paper, in order to investigate the effects of marco and microscopic observations of fatigue crack growth in friction stir welded (FSWed) 7075-T651 aluminum alloy plates, fatigue crack growth tests were performed under constant amplitude loading condition at room temperature with three different pre-cack locations, namely base metal (BM-CL) and two kinds of pre-crack locations in welded joints, weld metal (WM-CL) and heat affected zone (HAZ-CL) specimens. The fatigue crack growth behavior of FSWed 7075-T651 aluminum alloy plates were discussed based on the marco and microscopic fractographic observations. The marcoscopic aspects of surface crack growth path for BM-CL and HAZ-CL specimens indicate relatively straight lines, however, the crack growth paths of WM-CL specimens grow first straight and by followed toward the TMAZ and HAZ. The microscopic aspects of fatigue fracture for BM-CL and HAZ-CL specimens indicate typical fatigue striation, but WM-CL showed intergranular fracture pattern by micro structural changes of FSW process.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권2호
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• pp.7-13
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• 2019

본 연구에서는 이종경량재료의 마찰교반용접을 모사할 수 있는 유한요소 해석모델을 개발하고, 이를 통해 기초분석과 실용적 적용 가능성에 대해 고찰하였다. Coupled Eulerian Lagrangian 에 기반한 유한요소모델을 구성하였으며, 해석 모델은 외연적 시간적분을 이용하여 열-온도, 변위-응력 물리계로 이루어진 다중 물리계를 복합적으로 계산하며, 용접툴 표면과 피용접 재료 간 마찰, 극심한 소성변형으로 인한 열에너지 발생, 그리고, 밑면을 통한 열에너지 소산 등 열발생원과 열전달 메카니즘이 모두 고려되었다. Al6061T6와 AZ61 판재의 맞대기용접을 고려하였으며, 주요 용접변수인 용접 속도와 용접툴 회전속도를 변화시킨 세 가지 조건에 대해 해석을 실시하였다. 각 해석은 피용접물의 온도분포, 결함의 분포, 소성변형률 분포가 출력이 가능하였다. 구축한 모델을 이용한 해석 결과 알루미늄보다는 마그네슘부에서 더 높은 온도가 발생하였으며, 회전속도가 커질수록 최대 온도가 증가하기보다는 알루미늄쪽으로 높은 온도가 분산되어 가는 경향을 보였다. 또한, 회전속도가 커질수록 피용접물 재료가 위로 올라오는 플래시 결함의 경향 예측이 가능하였으나, 툴 주변 결함 형성예측은 메시가 세밀하지 못하여 정확한 결과를 산출하기에는 부족하다고 볼 수 있다. 본 모델은 마찰교반용접 중 발생 가능한 여러 물리계의 여러 물리적 현상을 실제에 가깝게 반영하고 있으며, 실험적으로 밝히기 어려운 기초 분석에 응용될 수 있으나, 1달이 넘는 해석소요시간을 감안하면 실용적으로 최적의 용접조건 도출에 응용되기는 어렵다고 판단된다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2005년도 춘계학술발표대회 개요집
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• pp.223-225
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• 2005

In order to demonstrate the friction stir weldability of the Al 6061 T-6 unequal thickness joint and determine optimum welding parameters, the relations between welding parameters and properties of the joints have been studied in this paper. The experimental results showed that the tensile properties of the joints are affected by the welding heat inputs and tool shape. In this study, the maximum ultimate strength of the as-welded joint is equivalent to 78% and 18hour aged joint is equivalent to 93% that of the base metal. Though the voids-free joints are fractured at the thermally affected zone on the advancing side, the fracture occurs at the weld center when the void defects exist in the joints.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제30권1호
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• pp.30-41
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• 2006

This paper shows mechanical Properties and behaviors of macrostructures for specimens welded by F.S.W according to welding conditions and tool dimensions with $6.35mm_t$ aluminum 7075-T651 alloy plate. It apparently results in defect-free weld zone in case transition speed was changed to 15mm/min 61mm/min and 124mm/min under conditions of tool rotation speed such as 800rpm. 1250rpm and 1600rpm respectively with tool's Pin diameter 40mm and 60mm. The optimum mechanical property, ultimate stress,${\sigma}_Y=470Mpa$ is obtained at the condition of 124mm/min of travel speed with 800rpm of tool rotation speed using full screw type pin. shoulder dia. $20{\phi}mm$ pin dia. $6{\phi}mm$ and pin length 6mm. The full-screw type and the half-screw type pin shows the similar behaviors of weldability. It is found that the size of nugget is depended on tool transition speed and tool dimension by macrostructures of the cross section of weld zone.

• 한국마린엔지니어링학회:학술대회논문집
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• 한국마린엔지니어링학회 2005년도 전기학술대회논문집
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• pp.348-358
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• 2005

This paper showed mechanical properties and behaviors of macrostructures for specimens welded by F.S.W according to welding conditions and tool with 6.35$mm_t$ aluminum 7075-T651alloy plate. It resulted in defect-free weld zone in case tool rotation speed was 800rpm, 1250rpm and 1600rpm respectively that transition speed was changed to 15mm/min, 61mm/min and 124mm/min with tool's pin diameter 4${\Phi}$mm and 6${\Phi}$mm. The optimum mechanical property, ultimate stress,${\sigma}_Y$=470Mpa was obtained at the condition of 124mm/min of travel speed with 800rpm of tool rotation speed using full screw type pin, shoulder dia. 20${\Phi}$mm, pin dia.6${\Phi}$mm and pin length 6mm. The full-screw type and the half-screw type pin showed the similar behaviors of weldability. It is found that the size of nugget was depended on tool transition speed and tool dimension by macrostructures of the cross section of weld zone.

• Metals and materials international
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• 제24권6호
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• pp.1232-1240
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• 2018

Corrosion properties of dissimilar friction stir welded 6061 aluminum and HT590 steel were investigated to understand effects of galvanic corrosion. As cathode when coupled, HT590 was cathodically protected. However, the passivation of AA6061 made the aluminum alloy cathode temporarily, which leaded to corrosion of HT590. From the EIS analysis showing Warburg diffusion plot in Nyquist plots, it can be inferred that the stable passivation layer was formed on AA6061. However, the weld as well as HT590 did not show Warburg diffusion plot in Nyquist plots, suggesting that there was no barrier for corrosion or even if it exists, the barrier had no function for preventing and/or retarding charge transport through the passivation layer. The open circuit potential measurements showed that the potential of the weld was similar to that of HT590, which lied in the pitting region for AA6061, making the aluminum alloy part of the weld keep corrosion state. That resulted in the cracked oxide film on AA6061 of the weld, which could not play a role of corrosion barrier.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 추계학술발표대회
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• pp.40.2-40.2
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• 2011

초경합금은 경도가 높은 재료를 말하며 일반적으로는 탄화텅스텐(WC)계 재료를 말한다. 국내 현재 초경합금 동향은 반도체 산업, 내마모성 공구, 절삭공구, 금형 등 많은 분야에 사용되어지고 있다. 또한 최근 들어 FSW (Friction Stir Welding, FSW)기술이 발전함에 따라 접합기술개발이 다양화되면서 FSW Tool의 고성능의 초경 재료가 요구되어지며 장수명의 Tool개발이 되어야 한다. 국내에서는 초경 합금 재료로 사용되어지고 있는 텅스텐 카바이드(WC)와 코발트(Co)를 이용하여 많은 연구가 진행되었다. 본 실험에서는 텅스텐 카바이드와 코발트 및 몰르브덴 카바이드를 혼합하여 소결체를 제조하였다. 실험에 사용된 텅스텐 카바이드는 높은 경도를 가지고 강한 취성을 나타내며, 소결에 어려운 단점이 있다. 이러한 단점을 코발트와 몰리브덴 카바이드를 첨가하여 소결온도를 낮춰주는 역할과 액상 소결시 텅스텐카바이드 입자사이에 침투하여 액상소결에 의한 치밀화가 가능하게 해주며 인성이 향상되어 고인성 재료를 만들 수 있었다. 본 실험에서는 합성과 치밀화가 동시에 진행되는 SPS (Spark Plasma Sintering:SPS) 장비를 이용하여 실험을 진행하였다. 이 방법은 방전플라즈마 소결 공법으로, 기존의 연소법과 열간 가압기술(Hot-press, HIP)을 결합한 방식으로 단 시간, 단일공정으로 치밀한 소결체를 얻을 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 $WC-5Mo_2C$-5wt%Co 소결체 제조를 위해 원소 분말을 Horizontal ball milling 혼합하였다. 균일하게 혼합된 분말을 흑연다이에 충진하여 펄스전류와 기계적 압력을 동시에 가하여 $WC-5Mo_2C-5Co$ 복합재료를 제조하고 소결체의 밀도, 순도, 상변태, 미세조직 등을 분석 및 평가하였다. SPS공정 조건은 고진공하에서 $1,200^{\circ}C$-60MPa, 펄스비 12:1 조건으로 수행하였으며, 얻어진 $WC-5Mo_2C-5Co$ 소결체의 상대 밀도는 98%이상 이였다. 또한, 결정립 크기는 약 400 nm였으며, 경도는 $2,453kg/mm^2$를 나타내었다.

• Journal of Welding and Joining
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• 제30권6호
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• pp.92-97
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• 2012

Using the pulsed current activated sintering method, the WC-10wt.% Co materials were densified using a WC and Co powder. The WC-Co almost completely dense with a relative density of up to 99.5 % after the simultaneous application of a pressure of 60 MPa and an electric current for 3 minutes almost without any significant change in the grain size. The average grain size of about $0.3{\mu}m$. The hardness and fracture toughness at $1000^{\circ}C$ were about $2200kg/mm^2$ and $9.8MPa.m^{1/2}$, respectively.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.67-67
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• 2009

알루미늄 합금 재질은 무게의 경량화와 기계적강도가 우수하며 다른 비철금속에 비하여 값이 저렴한 장점이 있다. 현재 산업현장에서 활용하는 가장 흔한 접합법으로 TIG, RSW 등과 같은 용융 용접법을 현재는 많이 사용 하고 있지만 열전도도가 높아 열 확산이 빠르고, 이에 따라 모재의 팽창이 일어나 열변형을 유발하며, 산화피막은 그 내부에 함유된 결정수가 아크용접 중 분해되어 수소를 방출함으로 기공이 발생하여 부도체로 저항용접시 전도성을 방해하는 등의 문제를 발생시킨다. 또한 철에 비해 4배정도 큰 전기전도율에 따라 저항용접시 대전류를 사용해야 하는 등의 문제점이 발생하고 있다. 이와 같은 알루미늄 합금의 용융용접 과정에서 발생하는 단점을 극복하는 기술로 고상접합 방법인 마찰교반용접법(Friction Stir Welding)이 활용되고 있다. FSW는 1991년 영국의 TWI에서 개발된 최신 용접법으로 모재를 용융점 아래에서 고상용접시키는 방법으로 용융에 따른 열변형과 흄가스(hume gas)와 스패터(spatter)를 억제시켜 주는 친환경적인 용접법이다. 이러한 마찰교반용접의 기술은 그동안 특허에 따른 로열티가 산업현장에서 사용하는데 문제가 되었으나 특허보호 기간인 20년이 1년정도의 기간밖에 남지 않은 상황에서 그 사용은 날로 증가하리라 본다. 이러한 마찰교반용접부의 결함을 평가하는 방법에는 UT, RT 등이 활용되고 있으나 얇은 박판에서의 결함검출은 용이하지 않다. 이리한 문제점을 해결하기위하여 초음파 가진을 이용한 적외선 열화상 검출 기법을 이용하여 마찰교반용접부의 결함 검출 가능성을 연구하였다. 20kHz의 주파수를 400Watt로 가진시켜 겹치기(lap joint) 마찰교반용접이된 A6061-T6의 용접부에 초음파를 입사하였을 때 발생하는 열을 적외선 열화상 카메라를 이용하여 측정함으로써 마찰교반겹치기 용접부의 결함 검출에 활용하였다. 용접부에 초음파를 입사하였을 때 부분적으로 온도차이가 발생하였고, 그에 따른 열화상을 검출 할 수 있었다. 이러한 열화상과 실제 시험편의 용접부의 강도를 평가하기 위하여 인장시험을 하였다. 그 결과 초음파 적외선 열화상 검출에서 발열부위가 나타난 부분이 인장시험에서 낮은 인장강도를 보였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제31권4호
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• pp.394-400
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• 2007

The properties and weldability of lap joints by PFSW with 1050 Al sheet was investigated according to tool shape. dimension and welding condition. Tensile shear test was carried out for lap jointed specimen, and the hardness in the joint regions was examined. Moreover interfacial joining length, metallograph and failure location of the lap-jointed cross section were discussed. Two tool types were a simple cylindrical type and a notched cylindrical type. Under joining conditions such as plunging depth of 2.2mm. rotating speed of 1600rpm and dwelling time of 3s, the tensile shear strength of lap-jointed specimen by the notched type tool was superior to that by simple cylindrical type tool. The maximum tensile shear load of lap jointed specimen was 5807N. Optimal dimensions of the notched type tool were as follows : diameters of the shoulder and pin were $18{\phi}mm$ and $10{\phi}mm$, and pin length was 2.2mm.