PURPOSE. The mechanical and interfacial characterization of laser welded Co-Cr alloy with two different joint designs. MATERIALS AND METHODS. Dumbbell cast specimens (n=30) were divided into 3 groups (R, I, K, n=10). Group R consisted of intact specimens, group I of specimens sectioned with a straight cut, and group K of specimens with a $45^{\circ}$ bevel made at the one welding edge. The microstructure and the elemental distributions of alloy and welding regions were examined by an SEM/EDX analysis and then specimens were loaded in tension up to fracture. The tensile strength (TS) and elongation (${\varepsilon}$) were determined and statistically compared among groups employing 1-way ANOVA, SNK multiple comparison test (${\alpha}$=.05) and Weibull analysis where Weibull modulus m and characteristic strength ${\sigma}_0$ were identified. Fractured surfaces were imaged by a SEM. RESULTS. SEM/EDX analysis showed that cast alloy consists of two phases with differences in mean atomic number contrast, while no mean atomic number was identified for welded regions. EDX analysis revealed an increased Cr and Mo content at the alloy-joint interface. All mechanical properties of group I (TS, ${\varepsilon}$, m and ${\sigma}_0$) were found inferior to R while group K showed intermediated values without significant differences to R and I, apart from elongation with group R. The fractured surfaces of all groups showed extensive dendritic pattern although with a finer structure in the case of welded groups. CONCLUSION. The K shape joint configuration should be preferred over the I, as it demonstrates improved mechanical strength and survival probability.
현재 가동 중인 몇몇 가압 경수로 원전 안전 1등급 설비의 이종금속 용접부는 일차수응력부식균열(PWSCC : Primary Stress Corrosion Cracking) 발생의 세가지 조건(민감 재질, 부식 환경, 인장응력)을 동시에 충족하고 있다. 즉, 이종금속 용접부는 PWSCC에 민감한 재질인 Alloy 600 계열 합금으로 제작 또는 용접되어 있으며 고온 수화학 부식 환경 하에 놓여있다. 아울러 오스테나이트 스테인리스 강의 예민화 예방을 위한 용접 후열처리 미실시로 높은 인장 용접 잔류응력이 작용하고 있다. 이러한 이종금속 용접부의 특성상 PWSCC가 발생할 잠재성이 있을 뿐만 아니라 국내외적으로 Alloy 600 계열 합금으로 제작 및 용접된 가압 경수로 원전 안전 1등급 설비의 이종금속 용접부에 실제 PWSCC가 발생된 사례들이 다수 보고되고 있다. 운전 환경 및 재질 변화 없이 PWSCC 발생을 예방하기 위해서는 인장 잔류응력을 이완시켜 낮은 인장 또는 압축 응력화하여야 한다. 이러한 인장 잔류응력 이완방법들로는 PWOL(Pre-emptive Weld Overlay), 레이저 피닝(Laser Peening), MSIP(Mechanical Stress Improvement Process), 워터 제트 피닝(Water Jet Peening), IHSI(Induction Heating Stress Improvement) 방법들이 있는데 공정 시간이 짧고 열 에너지 원이 필요 없으며 전체적인 소성 변형을 야기시키지 않는 레이저 피닝을 본 연구의 대상 방법으로 한다. 본 연구에서는 동적 유한요소 해석을 통해 용접 잔류응력을 이완시키는 레이저 피닝의 효과를 검증하고 용접 잔류응력에 미치는 레이저 피닝 변수의 영향을 고찰하고자 한다. 내부 보수용접이 수행된 경수로 원전 가압기 노즐 이종금속 용접부에 레이저 피닝을 적용한 경우에 대해 상용 유한요소 해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 동적 유한요소해석을 수행한 결과, 고온 수화학 일차수와 접하는 Alloy 600 계열 합금 내면에서의 인장 잔류응력이 상당히 이완됨을 확인하였다. 또한, 최대충격 압력이 증가할수록, 충격압력 지속시간이 증가할수록, 레이저 스팟 직경이 증가할수록 내표면 인장 잔류응력 이완 정도는 감소하나 이완되는 영역의 깊이는 증가함을 알 수 있다. 또한, 레이저 피닝 방향이 잔류응력 이완에 미치는 영향은 미미함을 알 수 있다.
PURPOSE. The aim of the present study was to evaluate the accuracy of three techniques for correction of cast implant bars. MATERIALS AND METHODS. Thirty cast implant bars were fabricated on a metal master model. All cast implant bars were sectioned at 5 mm from the left gold cylinder using a disk of 0.3 mm thickness, and then each group of ten specimens was corrected by gas-air torch soldering, laser welding, and additional casting technique. Three dimensional evaluation including horizontal, vertical, and twisting measurements was based on measurement and comparison of (1) gap distances of the right abutment replica-gold cylinder interface at buccal, distal, lingual side, (2) changes of bar length, and (3) axis angle changes of the right gold cylinders at the step of the post-correction measurements on the three groups with a contact and non-contact coordinate measuring machine. One-way analysis of variance (ANOVA) and paired t-test were performed at the significance level of 5%. RESULTS. Gap distances of the cast implant bars after correction procedure showed no statistically significant difference among groups. Changes in bar length between pre-casting and post-correction measurement were statistically significance among groups. Axis angle changes of the right gold cylinders were not statistically significance among groups. CONCLUSION. There was no statistical significance among three techniques in horizontal, vertical and axial errors. But, gas-air torch soldering technique showed the most consistent and accurate trend in the correction of implant bar error. However, Laser welding technique, showed a large mean and standard deviation in vertical and twisting measurement and might be technique-sensitive method.
The weld seam tracking system for arc welding process uses various kinds of sensors such as arc sensor, vision sensor, laser displacement and so on. Among the variety of sensors available, electro-magnetic sensor is one of the most useful methods especially in sheet metal butt-joint arc welding, primarily because it is hardly affected by the intense arc light and fume generated during the welding process, and also by the surface condition of weldments. In this study, a dual-electromagnetic sensor, which utilizes the induced current variation in the sensing coil due to the eddy current variation of the metal near the sensor, was developed for arc welding of sheet metal butt-joints. The dual-electromagnetic sensor thus detects the offset displacement of weld line from the center of sensor head even though there's no clearance in the joint. A set of design variables of the sensor were determined for the maximum sensing capability through the repeated experiments. Seam tracking is performed by correcting the position of sensor to the amount of offset displacement every sampling period. From the experimental results, the developed sensor showed the excellent capability of weld seam detection when the sensor to workpiece distance is near less than 5 mm, and it was revealed that the system has excellent seam tracking ability for the butt-joint of sheet metal.
In this study, the microstructure and characterization of an overlay welding layer using Fe-based composite powders are reported. The effects of the number of passes and composition of powders on the microstructure and mechanical properties are investigated in detail. The welding wire and powders are deposited twice on a stainless-steel rod using a laser overlay welding process. The microstructure and structural characterization are performed by scanning electron microscopy and X-ray diffraction. The mechanical properties of the first and second overlay layers are analyzed through the micro-Vickers-hardness tester and abrasion wear tester. In the second overlay layer, the hardness and specific wear are approximately 840 Hv and $2.0{\times}10^{-5}mm^3/Nm$, respectively. It is suggested that the increase of the volume fractions of $(Cr,Fe)_7C_3$ and NbC phases in the second welding layer enhances the hardness and wear resistance.
The weld seam tracking system for arc welding process uses various kinds of sensors such as arc sensor, vision sensor, laser displacement sensor and so on. Among the variety of sensors available, electro-magnetic sensor is one of the most useful methods especially in sheet metal butt-joint arc welding, primarily because it is hardly affected by the intense arc light and fume generated during the welding process, and also by the surface condition of weldments. In this study, a dual-electromagnetic sensor, which utilizes the induced current variation in the sensing coil due to the eddy current variation of the metal near the sensor, was developed for arc welding of sheet metal I-butt joints. The dual-electromagnetic sensor thus detects the offset displacement of weld line from the center of sensor head even though there's no clearance in the joint. A set of design variables of the sensor was determined far the maximum sensing capability through the repeated experiments. Seam tracking is performed by correcting the position of sensor to the amount of offset displacement every sampling period. From the experimental results, the developed sensor showed the excellent capability of weld seam detection when the sensor to workpiece distance is near less than 5 ㎜, and it was revealed that the system has excellent seam tracking ability for the I-butt joint of sheet metal.
$CO_2$ lasers are used in the various industrial fields since the development of $CO_2$ laser in 1964 It is because $CO_2$ laser is more efficient, more powerful than other lasers and $CO_2$ laser light of wavelength $10.6{\mu}m$ interacts with materials well. Thus $CO_2$ laser is used for industrial application such as cutting, punching, welding, surface treatment of metal and nonmetalic materials, isotope separation, etc. Already other research institutes including some universities have recognized the advantages and importance of the $CO_2$ laser, and studied it. However, its technology is in elementary state yet Therefore,we started this study to develop present $CO_2$ laser technology more highly and to fit it. The main purposes of this study are to acquire various technologies such as high voltage, high pressure glow discharge, vaccum and optical cavity design.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.31
no.8
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pp.961-969
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2007
The laser material processing has replaced a conventional material processing such as a welding, cutting, drilling and surface modification and so on. LTH(Laser Transformation Hardening) is one branch of the laser surface modification process. A lot of energy is needed for the LTH process to elevate workpiece surface to temperature of the austenite transformation($A_3$), which results from utilizing a beam with a larger size and lower power intensity comparatively. The absorptivity of the laser energy with respect to material depends on the wave length of a beam. This study is related to the surface hardening for the rod-shaped carbon steel by the high power diode laser(HPDL) whose beam absorptivity is better than conventional types of lasers such as $CO_2$ or Nd:YAG laser. Because a beam proceeds on the rotating specimen the pretreated hardened-phase can be tempered and softened by the overlapping between hardened tracks. Accordingly, the longitudinal hardness measurement and observation of the micro structure was carried out for an assessment of the hardening characteristics. In addition, a hardening characteristics as a hardenability of materials was compared in the point of view of the hardness distribution and hardening depth and width.
This paper presents a new generation of system for pressure vessel and shipbuilding. Typical pressure vessel and ship building weld joint preparations are either traditional V, butt, fillet grooves or have narrow or semi narrow gap profiles. The fillet and U groove are prevalently used in heavy industries and shipbuilding to melt and join the parts. Since the wall thickness can be up to 6" or greater, welds must be made in many layers, each layer containing several passes. However, the welding time for the conventional processes such as SAW(Submerged Arc Welding) and FCAW(Flux Cored Arc Welding) can be many hours. Although SAW and FCAW are normally a mechanized process, pressure vessel and ship structures welding up to now have usually been controlled by a full time operator. The operator has typically been responsible for positioning each individual weld run, for setting weld process parameters, for maintaining flux and wire levels, for removing slag and so on. The aim of the system is to develop a high speed welding system with multitorch for increasing the production speed on the line and to remove the need for the operator so that the system can run automatically for the complete multi-torch multi-layer weld. To achieve this, a laser vision sensor, a rotating torch and an image processing algorithm have been made. Also, the multitorch welding system can be applicable for the fine grained steel because of the high welding speed and lower heat input compare to a conventional welding process.
In order to obtain desired arc welding performance, we already developed an arc welding robot system that enabled coordinated motions of dual arm robots. In this system one robot arm holds a welding target as a positioning device, and the other robot moves the welding torch. Concerning to such a dual arm robot system, the positioning accuracy of robots is one important problem, since nowadays conventional industrial robots unfortunately don't have enough absolute accuracy in position. In order to cope with this problem, our robot system employed teaching playback method, where absolute error are compensated by the operator's visual feedback. Due to this system, an ideal arc welding considering the posture of the welding target and the directions of the gravity has become possible. Another problem still remains, while we developed an original teaching method of the dual arm robots with coordinated motions. The problem is that manual teaching tasks are still tedious since they need fine movements with intensive attentions. Therefore, we developed a 3-dimensional vision guided robot control method for our welding robot system with coordinated motions. In this paper we show our 3-dimensional vision sensor to guide our arc welding robot system with coordinated motions. A sensing device is compactly designed and is mounted on the tip of the arc welding robot. The sensor detects the 3-dimensional shape of groove on the target work which needs to be weld. And the welding robot is controlled to trace the grooves with accuracy. The principle of the 3-dimensional measurement is depend on the slit-ray projection method. In order to realize a slit-ray projection method, two laser slit-ray projectors and one CCD TV camera are compactly mounted. Tactful image processing enabled 3-dimensional data processing without suffering from disturbance lights. The 3-dimensional information of the target groove is combined with the rough teaching data they are given by the operator in advance. Therefore, the teaching tasks are simplified
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[게시일 2004년 10월 1일]
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