The fabrication of steel structural members always involves welding process such as flux cored arc welding. Therefore, for the application of structural steels to cold regions, it is a prerequisite to clarify the service temperature of the welded joints in order to ensure the structural integrity of the welded parts. In this study, the Charpy impact test was conducted to evaluate the service temperature of structural steel weld. The Charpy impact test is a commercial quality control test for steels and other alloys used in the construction of metallic structures. The test allows the material properties for service conditions to be determined experimentally in a simple manner with a very low cost. Standard V-notch Charpy specimens were prepared and tested under dynamic loading condition. The service temperatures of the weld metal, HAZ (heat affected zone) and base metal were derived by the absorbed energy and the impact test requirements; thus the applicability of the structural steels to cold regions was discussed in detail.
The joining methods of ceramics to metals which can be expected to obtain high temperature strength are mainly classified into the solid-state diffusion bonding method and the active brazing method. Between these two, the solid-state diffusion bonding method is given attentions as substituting method for active brazing method due to being capable of obtaining higher bonding strength at high temperature and accurate bonding. In this paper, the solid-state diffusion bonding of $Al_{2}$O$_{3}$ ceramics to Ni-Cr-Mo alloy steel (SNCM21) using insert metal was carried out. The insert metal employed in this study was experimentally home-made, Ag-Cu-Ti alloy. Influence of several bonding parameters of $Al_{2}$O$_{3}$SNCM21 joint was quantitatively evaluated by bonding strength test, and microstructural analyses at the interlayer were performed by SEM/EDX. From above experiments, the optimum bonding condition of the solid-state diffusion bonding of $Al_{2}$O$_{3}$/SNCM21 using Ag-Cu-Ti insert metal was determined. Futhermore, high temperature strength and thermal-shock properties of $Al_{2}$O$_{3}$/SNCM21 joint were also examined. The results obtained are as follows. 1. The maximum bonding strength was obtained at the temperature of 95% melting point of insert metal. 2. The high temperature strength of $Al_{2}$O$_{3}$/SNCM21 joint appeared to bemaximum value at test temperature 500.deg.C and the bonding strength with increasingtemperature showed parabolic curve. 3. The strength of thermal-shocked specimens was far deteriorated than those of as-bonded specimens. Especially, water-quenched specimen after heated up to 600.deg. C was directly fractured in quenching.
Kong, Jong Pan;Park, Tae Jun;Na, Hye Sung;Uhm, Sang Ho;Kim, Jeong Kil;Woo, In Su;Lee, Jong Sub;Kang, Chung Yun
Korean Journal of Metals and Materials
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v.48
no.4
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pp.297-304
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2010
The microstructure and hardness of $CO_2$ laser welds were investigated in the Ti-stabilized ferritic stainless steel 409L. The observed specimen was welded in a fully penetrated condition in which the power was 5 kW and the welding speed 5 m/min. The grain structure near the bond line of the laser welds was produced by epitaxial growth. The grain size was the largest in the fusion zone, and HAZ showed nearly the same grain size as that of the base metal. The HAZ microstructure consisted of subgrains and precipitates that were less than 100 nm in size and that were located along the subgrain boundaries. On the other hand, the hardness was the highest in the fusion zone due to the large amount of small precipitates present. These were composed of TiN, Ti(C,N) and $TiO_2$+Ti(C,N). The hardness decreased continuously from the fusion zone of the base metal. The HAZ hardness was slightly greater than that of the base metal due to the existence of subgrains and precipitates in the subgrain boundary.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.10
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pp.1235-1239
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2012
Primary water stress corrosion cracking (PWSCC) has been observed around the weld region of control rod drive mechanism (CRDM) nozzles in nuclear power plants overseas. The weld has a J-shaped groove and it connects the CRDM nozzle with the reactor vessel upper head (RVUH). It is a dissimilar metal weld (DMW), because the CRDM is made of alloy 600 and the RVUH is made of carbon steel. In this study, finite element analysis (FEA) was performed to estimate the stress condition around the weld region. Generally, it is known that a high tensile region is more susceptible to PWSCC. FEA was performed as for the condition of welding, hydrostatic test and normal operation successively to observe how the residual stress changes due to plant condition. The FEA results show that a high tensile stress region is formed around the weld starting point on the inner surface and around the weld stop point on the outer surface.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.20
no.2
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pp.1-20
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1983
In this paper design criteria for semi-submersibles, effective at the stage of basic design, are reviewed first generally. Thereafter an extensive study is focussed on essential problematic areas such as design load, heaving motion, overall structural analysis and welding technique. The necessity for this kind of research is apparent in the light of the fact that ocean exploration and exploitation becomes extended to deeper ocean and that semi-submersibles are the most favorite unit for operation under this environment. In some sense principles in naval architecture are indeed applicable to the design of semi-submersible. However, because of the difference in geometry between ships and semi-submersibles, there are significant deviations in design method. A thorough discussion is made on particular behaviours of a semi-submersible in stability, wave load, motion characteristics and structural responses. Then some calculation-procedures and design guidelines are tentatively proposed. A numerical calculation for a semi-submersible Sedco 708 is exemplified for better understanding of the concept. The structure has 4 main and another 4 secondary stabilizing columns with catamaran-type lower hull. In this example design condition is supposed to be 28m wave height, 90 knots wind speed for survival condition and seastate 6 for operational condition in water of 100m depth. The numerical result implies that the actual design of this model can be assessed close to optimum. Further intensive research is strongly required in the subject fields of dynamic stability, rational evaluation of wave load statistical basis for fatigue life judgement.
Hastelloy X in this study was applied in jet engine F-15 air fighter as shroud to isolate the engine from outer skin. After 15 years operation at elevated temperature the mechanical properties decreased gradually due to the precipitation of continues second phases in the grain boundaries and precipitated inside the grain. The crack happened at the edge of the shroud due to the thermal and mechanical stress from jet engine. Selective TEM analysis found that the grain boundaries consist of $M_{23}C_6$ carbide, $M_6$ Ccarbide and small percentage of sigma(${\sigma}$) phase. Furthermore, it was confirmed the nano size of ${\sigma}$ and miu (${\mu}$) phase inside the grain. In this study, it was investigated the microstructure of the degraded shroud component and HAZ of repair welded shroud. In the HAZ, it was observed the dissolution of the $M_{23}C_6$ carbides and smaller precipitates, the migration of the undissolved larger $M_{23}C_6$ carbide and $M_6$ Ccarbide. It is also observed the liquation due to the simply melt of the segregated precipitates in the grain boundaries. Interestingly, the segregated second phases which simply melt in the grain boundaries more easily happened at higher heat input welding condition. High temperature tensile test was done at $300^{\circ}C$, $700^{\circ}C$ and $900^{\circ}C$. It was obtained that the toughness of welded sample is lower compare to the non-welded sample. The solution heat treatment at $1170^{\circ}C$ for 5 minutes was suggested to obtain a better mechanical properties of the shroud. The high cycle fatigue number of the repair welded shroud shows a much lower compare to the shroud. In addition, the high cycle fatigue number at room temperature after solution heat treatment was almost double compare to the before solution heat treatment under 420-500MPa stress amplitude. However, the high cycle fatigue number of repaired welded sample was shown a much lower compare to the non- welded shroud and solution treated shroud. One of the main reasons to decrease the tensile strength and the high cycle fatigue properties of the repair welded shroud is the formation of the liquid phase in HAZ.
Purpose : The purpose of this study was to investigate the effect of the output energy(voltage) of laser welding on the strength and properties of joint of cast titanium(CP Gr II) and titanium alloy(Ti-6Al-4V). Material and method : Cast titanium and its alloy rods(ISO6871) were prepared and perpendicularly cut at the center of the rod. After the cut halves were fixed in a jig, and the joints welded with a laser-welding machine at several levels of output voltage of $200V{\sim}280V$. Uncut specimens served as the non-welded control specimens The pulse duration and pulse spot size employed in this study were 10ms and 1.0mm respectively. Tensile testing was conducted at a crosshead speed of 0.5mm/min. The ultimate tensile strength(MPa) was recorded, and the data (n=6) were statistically analyzed by one-way analysis of variance(ANOVA) and Scheffe's test at ${\alpha}$=0.05. The fracture surface of specimens investigated by scanning electron microscope (SEM). Vickers microhardness was measured under 500g load of 15seconds with the optimal condition of output voltage 280V. Results : The results of this study were obtained as follows, 1. When the pulse duration and spot size were fixed at 10ms and 1.0mm respectively, increasing the output energy(voltage) increased UTS values and penetration depth of laser welded to titanium and titanium alloy. 2. For the commercial titanium grade II, ultimate tensile strength(665.3MPa) of the specimens laser-welded at voltage of 280V were not statistically(p>0.05) different from the non-welded control specimens (680.2MPa). 3. For the titanium alloy(Ti-6Al-4V), ultimate tensile strength(988.3MPa) of the specimens laser-welded at voltage of 280V were statistically(p<0.05) different from the non-welded control specimens (665.0MPa). 4. The commercial titanium grade II and titanium alloy(Ti-6Al-4V) were Vickers microhardness values were increased in the fusion zone and there were no significant differences in base metal, heat-affected zone.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.12
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pp.1047-1053
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2016
In this study, welding of pure titanium was carried out by using a continuous wave fiber laser with a maximum output of 6.3 kW. Because brittle regions form easily in titanium as a result of oxidation or nitriding, the weld must be protected from the atmosphere by using an appropriate shielding gas. Experiments were performed by changing the type and the flow rate of shielding gases to obtain the optimal shielding condition, and the weldability was then evaluated. The degree of oxidation and nitriding was distinguished by observing the color of beads, and weld microstructure was observed by using an optical microscope and a scanning electron microscope. The mechanical properties of the weld were examined by measuring hardness. When the weld was oxidized or nitrified, the bead color was gray or yellow, and the oxygen or nitrogen content in the bead surface and overall weld tended to be high, as a result of which the hardness of the weld was thrice that of the base metal. A sound silvery white bead was obtained by using Ar as the shielding gas.
Kim, Byung-Il;Kim, Young-Sun;Han, Sang-Jae;Park, Eon-Sang
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.19
no.3
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pp.9-21
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2020
In this study, the design method of the combined sheet pile was considered in the coastal landfill where sandy and clayey soils are mixed, and the behavior in excavation was analyzed. It was confirmed from the elasto-plastic analysis that the predicted behavior of the temporary facilities of earth retaining differs according to the type of the combined sheet pile method (Built up, Interlocking, Welding) and the analysis method (soldier pile method, continuous wall method). In the case of sheet pile member force, the results of the continuous wall analysis method predicted the most conservative results. When the stress ratio (calculation/allowance) of each member was analyzed based on the maximum member force of the combined sheet pile method, the maximum value was obtained for bending moment in the side pile and combined stress in the case of the strut. As a result of finite element analysis, the member force of the side pile was the largest in the short-term effective stress analysis condition, while the compressive force of the strut was large in the consolidation analysis. When comparing the results of the elasto-plastic analysis and the finite element analysis, the shear force of the side pile and the axial force of the strut were greatly evaluated in the elasto-plastic analysis, and the bending moment of the side pile was the largest in the short-term effective stress condition of the finite element analysis. In addition, the displacement of the side pile was predicted to be greater in the finite element analysis than in the elasto-plastic analysis.
Park, Jae-Seong;Heo, Ki-Moo;Yoon, Sung-Hoon;Moon, Yoon-Jae;Lee, Jae-Heon
Plant Journal
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v.10
no.2
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pp.48-59
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2014
Coupons which have same figure as weld joint of the forged steel valves and 1 inch nominal weld thickness were manufactured using ASTM A182 F92 material. After welding with GTAW method, the welded specimens have been post-weld heat treated at $705^{\circ}C$, $735^{\circ}C$, $750^{\circ}C$, $765^{\circ}C$, $795^{\circ}C$ and $825^{\circ}C$ for 1 hour per 1 inch nominal weld thickness each (Group 1) to evaluate characteristics of welds based on various holding temperature. Indeed, 3 welded specimens were post-weld heat treated for 30 minutes, 1 hour and 2 hour (Group 2) at $735^{\circ}C$ to evaluate characteristics of welds based on various holding time. Hardness values were measured at the weld metal, heat affected zone and base metal to observe hardness change depending on the condition. As a result of the evaluation, appropriate holding temperature for PWHT is proved as $750^{\circ}C$ and $765^{\circ}C$ for 1hour per 1 inch nominal weld thickness. Indeed, holding for 1 hour per 1 inch nominal weld thickness was insufficient for PWHT effect when the holding temperature was at $735^{\circ}C$. The microstructure of post-weld heat treated weld metal was determined as tempered-martensite structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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