대한용접접합학회 2002년도 Proceedings of the International Welding/Joining Conference-Korea
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pp.38-42
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2002
HAZ(Heat Affected Zone of weldm ents) properties were investigated for a high nitrogen austenitic stainless steel with a chemical composition of Fe-0.02C-0.15Si-6.00Mn-10.0Ni-23.0Cr-2.00Mo-0.48N-0.14V. Thermal cycle of HAZ was simulated by the thermal cycle simulator (Gleeble 1500). The heat treatment was applied to the Charpy test size sample without notch under various peak temperatures and/or the holding times condition. V-notch Charpy test was performed at the temperature range of 273~77 K. Metallographic examination also was carried out by using optical microscopy, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The simulated specimens revealed a slight embrittlement compared with the base materials. The impact toughness of the specimens deteriorated with the decreasing test temperature. The results from Charpy V-notch test, however, showed that significant degradation of absorbed energy caused by brittle fracture was not observed for the specimen tested in the test temperature range.
본 연구에서는 이에 주목하고 잔존하는 잔유응력을 제거한 상태에서 PWHT가 용접 HAZ조직의 파괴인성에 어떠한 영향을 미치고 있느가와 잔유응력이 잔존된 상태에 서의 PWHT 유대시간과 가열속도가 파괴인성에 어떠한 영향을 미치는가를 알아보기 위 하여 공시재에 무응력과 일정응력을 가한 상태에서 유대시간과 가열속도를 변화시켜가 며 PWHT를 실족한 후 소성굽힘에 의한 COD파괴인성 시험 등을 통하여 PWHT의 영향을 검토하였다.
This paper investigates the time-dependent crack growth in X20CrMoV 12 1 steel weld joints. Crack growth test are carried out $545^{\circ}C$ on side-grooved 1/2T CT specimens under static loads. A simulated material is produced for the intercritical HAZ, where fracture normally occurs. Constitutive properties are obtained for the simulated HAZ material as well as for the base metal and weld metal. Finite element analyses of crack growth are performed on the models with and without a HAZ layer, using the experimental crack length-time history. The inclusion of HAZ layer increase the load line velocities significantly. The crack growth rates are correlated reasonably well with $C^*$. The smallest crack size for the validity of $C^*$ is found much smaller than the ASTM crack initiation size for 1T CT specimen of creep ductile materials.
대한용접접합학회 2002년도 Proceedings of the International Welding/Joining Conference-Korea
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pp.714-719
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2002
In The Great Hanshin-Awaji Earthquake, the general yield brittle fractures were observed in beam-column connections of steel building frames. Among many influencing factors which affect the general yield brittle fracture, it can be considered that fracture toughness has substantial effects. Some studies are making clear the required toughness for the base metal and the weld metal, but general values are not proposed. Moreover, it seems that it is also important to pay attention to the toughness decrease in the weld heat affected zone (weld HAZ), because the toughness decrease occurs in the HAZs of mild steel. In this paper, the relationship between toughness of simulated HAZs of "the rolled steels for building structures (SN)" and the weld heat-input limit of the SN steel are investigated, in an attempt to provide the required toughness for HAZs. The relationships between the increase of the hardness value and toughness, and changes of microstructure after weld heat-input are also discussed. The main results are summarized as follows. 1) The SN400B can keep its toughness at higher heat-inputs compare to the SN490Bs. 2) The steel grade, which becomes harder than other steel grades at the same heat-input, has smaller absorbed energy and smaller limit of heat-input. 3) The weld heat-input limit of the SN400B and the SN490B are proposed separately for some required toughness values.
A study was made to characterize the microstructures and mechanical properties of the base metal and the heat-affected zone(HAZ) in Cu-bearing HSLA-100 steel. The Gleeble thermal/mechanical simulator was used to simulated the weld HAZ. The relationship between microstructure and toughness of HAZ was studied by impact test, O. M, SEM, TEM, and DSC. The toughness requirement of military specification value was met in all test temperatures for the base metal. The decrease of HAZ toughness comparing to base plate is ascribed to the coarsed-grain and the formation of bainite. Obliquely sectioned Charpy specimens show that secondary crack propagate easily along bainite lath. Improved toughness(240J) at HAZ of $Tp_2=950^{\circ}C$ is due to the fine grain, and reasonable toughness(160~00J) in the intercritical reheated HZA is achieved by the addition of small amount of carbon which affects the formation of "M-A". Cu precipitated during ageing for increasing the strength of base metal is dissolved during single thermal cycle to $1,350^{\circ}C$ and is precipitated little on cooling and heating during subsequent weld thermal cycle. Thus, the decrease of toughness does not occur owing to the precipitation of Cu.
Post weld heat treatment(PWHT), at more than 600.deg. C, is essential to remove residual stress and hydrogen in weld HAZ and improve fatigue characteristics. However, residual stress during PWHT is responsible for PWHT embitterment and it promotes precipitation of impurities to grain boundary. In this paper, the effect of stress simulated residual stress on fatigue failure was evaluated by fatigue test, microhardness test and fractograph. The obtained results are summarized as follows; (1) The fatigue crack growth rate(da/dN) of parent and heat treated parent was affected by microstructure due to heat treatment and it depended on stress intensity factor (.DELTA.k). (2) The fatigue strength of weld HAZ was dependent on applied stress during PWHT and da/dN after PWHT was slower than as-weld. (3) Softening amount of weld HAZ was bigger than any other due to PWHT. Hardness value of weld HAZ was affected by heat treatment under the applied stress of 10 $kgf/mm^2$, but beyond 20 $kgf/mm^2$ it was increased by the applied stress rather than heat treatment. (4) Beyond the applied stress of 20 $kgf/mm^2$ during PWHT, intergranular fracture surface was observed and its amount was increased with applied stress during PWHT. (5) Effect of applied stress during PWHT on aspect of fracture surface was larger rather than that on fatigue crack growth behavior.
본 논문에서는 용접열영향부(heat affected zone: HAZ)의 인성에 영향을 미치 는 인자중에서 잔유응력의 영향은 중대한 문제로 주목되고 있으며, 이로 인한 용접재 의 기계적 성질의 저하를 경함하기 위한 방법으로 용접후열처리(post weld heat trea- tment: PWHT)에 의한 제거방법을 이용하고 있다.그러나 이 열처리는 보톤 600.deg. C 이 상의 고온에서 실현되기 때문에 열처리과정에서 템퍼링(tempering)효과로 인한 HAZ의 열화가 때때로 발생하고 있어서 용접 시공상 문제로 되고 있다. 또한 PWHT시에는 가 열중이나 냉각중에도 열처리효과가 진행되고 있다고 볼 수 있으므로, PWHT가열속도는 기계적 성질의 개선이라는 이유외에 경제적 측면에서도 중요시 된다. 특히 용접조직 의 포화는 파괴의 양식에 직접반영되어, 파면형태의 차로 나타나므로, 본 조직의 포화 와 관련시켜 검토하기 위하여 열처리된 HAZ를 대상으로 작용된 응력의 크기와 가열속 도가 HAZ의 파괴인성에 어떠한 영향을 미치는지를 COD파괴인성시험과 미소경도측정, 그리고 주사전자현미경관찰을 통하여 고찰하였다.
Characterization of the microweld CCFL electrode for the TFT-LCD backlight unit was carried out in terms of the glass beading heat treatment conditions. We evaluate the weld zone and parent metal of the microweld CCFL electrodes that were exposed to simulated glass beading heat treatment. The CCFL electrode was composed of the cup made with pure Ni, the pin made with pure Mo and the lead wire made with Ni-Mn alloy. Each part of the electrode was assembled together by micro spot welding process and then the assembled electrodes were exposed to simulated glass beading temperatures of $700^{\circ}C,\;750^{\circ}C$ and $800^{\circ}C$. The microstructures of the microweld CCFL electrode were observed by using optical microscope, scanning electron microscope and EDS. Micro-tensile and microhardness test were also carried out. The results indicated that the grain coarsening in the HAZs(heat affected zones) for both the cup-pin weld and pin-lead wire were exhibited and the grain coarsening of the HAZ for the cup and the lead wire was more obvious than the HAZ of the pin. The micro-tensile test revealed that the fracture occurred at the cup-pin weld zone for all test conditions. The fracture surface could be classified into two parts such as pin portion and cup portion including weld nugget. The failure was seemed to be initiated from the boundary between nugget and pin through the weld joint. The result of the microhardness measurement exhibited that the relatively low hardness value, about 105HV was recorded at the HAZ of the cup. This value was about 50% less than that of the original value of the cup. The reduction of the microhardness was considered as the cause of the grain coarsening due to welding process. It was also appeared that there was no change in electric resistance for the standard electrodes and heat treated electrodes.
Thermal fatigue life of the automobile exhaust manifold is directly affected by the restraint force according to the structure of exhaust system and bead shape of the welded joints. In the present study, the microstructural changes and precipitation behavior during thermal fatigue cycle of the 18wt% Cr ferritic stainless steel weld heat affected zone (HAZ) considering restraint stress were investigated. The simulation of weld HAZ and thermal fatigue test were carried out using a metal thermal cycle simulator under complete constraint force in the static jig. The change of the restraint stress on the weld HAZ was simulated by changing the shape of notch in the specimen considering the stress concentration factor. Thermal fatigue properties of the weld HAZ were deteriorated during cyclic heating and cooling in the temperature range of $200^{\circ}C$ to $900^{\circ}C$ due to the decrease of Nb content in solid solution and coarsening of MX type precipitates, laves phase, $M_6C$ with coarsening of grain and softening of the matrix. As the restraint stress on the specimen increased, the thermal fatigue life was decreased by dynamic precipitation and rapid coarsening of the precipitates.
This study is concerned with effects of complex oxides on Charpy impact toughness of heat affected zone (HAZ) of API X80 linepipe steels. Three kinds of steels were fabricated by varying alloying elements such as Ti, Al, and Mg and hot-rolling conditions to form complex oxides, and their microstructures and Charpy impact properties were investigated. The number of complex oxides present in the steel containing excess Ti, Al, and Mg was twice larger than that in the conventional steels, while their size ranged from 1 to $3{\mu}m$ in the three steels. After the HAZ simulation test, the steel containing a number of oxides contained about 20 vol.% of acicular ferrite in the simulated HAZ, together with bainitic ferrite and martensite, whereas the HAZ microstructure of the conventional steels consisted of bainitic ferrite and martensite with a small amount of acicular ferrite. This formation of acicular ferrite in the oxide-containing steel was associated with the nucleation of acicular ferrite at complex oxides, thereby leading to the great (five times or more) improvement of Charpy impact toughness over the conventional steels.
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