Friction Stir Welding (FSW) is a complex process with several mutually interdependent parameters. A slight difference from known settings may lead to imperfections in the stirred zone. These inhomogeneities affect on the mechanical properties of the FSWed joints. In order to prevent the failure of the welded joint it is necessary to detect the most critical defects non-destructive. Especially critical defects are wormhole and lack of penetration (LOP), because of the difficulty of detection. Online thermography is used process-accompanying for defect detecting. A thermographic camera with a fixed position relating to the welding tool measures the heating-up and the cool down of the welding process. Lap joints with sound weld seam surfaces are manufactured and monitored. Different methods of evaluation of heat distribution and intensity profiles are introduced. It can be demonstrated, that it is possible to detect wormhole and lack of penetration as well as surface defects by analyzing the welding and the cooling process of friction stir welding by passive online thermography measurement. Effects of these defects on mechanical properties are shown by tensile testing.
It has been reported that good quality weld beads are not easily obtained during the $CO_2$ CW laser welding of primer coated plate. However, by introducing a small gap clearance in the lap position, the zinc vapor can escape through it and sound weld beads can be acquired. Therefore, this study examines for keyhole behavior by observing the laser-induced plasma and investigates the relation between keyhole behavior and formation of weld defect. Laser-induced plasma has accompanied with the vaporizing pressure of zinc ejecting from keyhole to surface of primer coated plate. This dynamic behavior of plasma was very unstable and this instability was closely related to the unstable motion of keyhole during laser welding. As a result of observing the composition of porosity, much of Zn element was found from inner surface of porosity. But Zn was not found from the dimple structure fractured at the weld metal. By analyzing of vaporizing element in laser welding, a component ratio of Zn was decreased by introducing a small gap clearance. Therefore we can prove that the major cause of porosity is the vaporization of primer in lap position. Mechanism of porosity-formation is that the primer vaporized from the lap position accelerates dynamic behavior of the key hole and the bubble separated from the key hole is trapped in the solidification boundary and romaines as porosity.
Welding defects, such as porosity and spike, have sometimes occurred in deep penetration electron beam welds. These defects are known to be one of the serious problem in electron beam welds. So, effects of active parameters ($a_b$) on bead shape and occurrence of defects in electron beam welds of heavy section 9%Ni steel plates were investigated. Partial penetration welding in flat position, and deep penetration welding of 10 ~ 28mm depth were investigated in this study. It is desirable to select low accelerating voltage and above the surface focus position $a_b$$\geq$1.2 at which a wine-cup shaped bead is obtained to avoid the welding defects such as spike and root porosity. When the accelerating voltage of electron beam was low (90kV), active parameter ($a_b$) did not influence on the bead width, penetration depth and weld defects significantly. However, in case of high voltage ($\geq$120kV), active parameter ($a_b$) was sensitively associated with penetraton depth and weld defects, i.e. when the active parameter (($a_b$) was in the range of 0.6 to 1.0, the depth of penetration was always over the target (23mm), while the depth of penetration was dramatically decreased with further increase of active parameter ($a_b$). The weld defects were decreased with the increase of active parameter $a_b$ resulting in the decrease of energy density of the focused beam in the root part of fusion zone.
초음파검사는 초음파 펄스가 한 방향으로 진행한다고 하는 지향성을 이용하고 있다. 초음파의 지향성은 전파 방향과 음압 분포의 관계를 나타내고 있으며 탐촉자의 배치, 탐상 감도 및 주사 간격, 결함의 위치 및 특성의 결정에 밀접한 관계가 있다. 본 논문은 초음파가시화법을 이용하여 pyrex glass로 만든 가상 맞대기 용접부내의 용접 금속부에 위치한 인공 결함으로부터 산란한 반사 횡파의 지향성을 측정하였다. 2 MHz와 4 MHz의 사각탐촉자가 인공 결함에서의 반사파의 지향성 조사에 사용되었다. 인공 결함으로부터 반사된 횡파의 지향성은 사각탐촉자의 위치 및 가상 용접부의 형상에 따라 달랐으며 2 MHz와 4 MHz의 사각 탐촉자에 따라 반사파의 지향성은 큰 차이를 나타내고 있었다. 또한 가상 용접부의 높이가 커짐에 따라 반사각과 입사각은 비슷하게 되었다.
The piping system of a nuclear power plant plays a role of transferring high energy fluid to equipment and various devices. The safety and soundness of these piping systems are very closely related to the operability of the power plant. In the case of a welded part of a small diameter pipe, it may grow as a microcrack due to a lack of penetration, and it may grow to a size that affects the safety of the pipe due to the influence of mechanical vibration and fatigue load. Resonance refers to an increase in energy as the natural frequency of an object coincides with the frequency applied to the external force. When this resonance occurs, the frequency is the resonance frequency. In this study, when defects exist in the welds of small diameter pipe, the natural frequency of the pipe changes and resonance may occur. Since these resonances are likely to cause fatigue damage to the piping, resonance frequency changes due to the size and shape of the defects are analyzed and evaluated. As a result of the vibration test, the resonance frequency tended to decrease as the depth of the defect deepened, and the influence was larger when the defect existed at the bottom of the top of the trough. Also, it was confirmed that the Transverse cracks had an effect on the resonance frequency in the presence of the cracks in the weld bead, compared to the longitudinal cracks. As a result of this study, it is expected that the cause of the defect and the condition of the pipe can be monitored because the resonance frequency tendency according to the shape of the crack is analyzed.
NAUT(Non contact Air coupled Ultrasonic Testing)기법은 초음파 탐상법 중의 하나로서 공기중 음향 임피던스의 차이로 생기는 에너지 손실을 High Power 초음파 Pulser Receiver, PRE-AMP, 고감도의 탐촉자로 보완하여 비접촉식으로 초음파 탐상을 가능하게 하는 탐상 방법이다. NAUT는 초음파의 송신 및 수신이 안정된 상태에서 이루어지므로 기존의 접촉식 탐상으로는 불가능하였던 고온, 저온의 물질이나 시험편의 표면이 거친 부분, 좁은 지점 등에서도 탐상이 가능하다. 본 연구에서는 NAUT기법의 산업체 실용여부를 알아보기 위해 자동차생산 공정에서 많이 사용하는 스폿용접부 및 CFRP 제품에 있어 상용화 연구를 통해 다음과 같은 결과를 얻었다. 본 연구에서는 NAUT기법의 사용 여부를 알아보기 위해 자동차 부품에서 많이 사용하는 스폿용접부 및 CFRP 부품의 내부결함 검출을 검출하였다. 스폿용접부에서는 초음파의 투과율이 높아 적색으로 나타났으며, 복층으로 된 부분은 투과율이 낮아 청색 화상이 나타났다. 또한 측정 속도를 결정하는 중요요소인 PRF(Pulse Repetition Frequency;송신펄스주기)에 따라 색상 선명도의 차이를 보였다. CFRP 시험편 또한 화상장치를 통해 취득된 각 화상 결과를 보고 내부 결함의 모양, 크기, 위치 등의 파악이 단시간에 가능하였다. 실험을 통해 NAUT기법과 화상화가 동시에 이루어짐을 확인하였고, 스폿 용접부와 CFRP 탐상에 NAUT의 적용이 가능한지 그 실현여부를 확인하였다.
Concrete-filled circular t steel tubular joints (CFSTJs) in practice are frequently subjected to fluctuated loadings caused by wind, earthquake and so on. As fatigue crack is sensitive to such cyclic loadings, assessment on performance of CFSTJs with crack-like defect attracts more concerns because both high stress concentration at the brace/chord intersection and welding residual stresses along weld toe cause the materials in the region around the intersection to be more brittle. Once crack initiates and propagates along the weld toe, tri-axial stresses in high gradient around the crack front exist, which may bring brittle fracture failure. Additionally, the stiffness and the load carrying capacity of the CFSTJs with crack may decrease due to the weakened connection at the intersection. To study the behaviour of CFSTJs with initial crack, experimental tests have been carried out on three full-scale CFCST T-joints with same configuration. The three specimens include one uncracked joint and two corresponding cracked joints. Load-displacement and load-deformation curves, failure mode and crack propagation are obtained from the experiment measurement. According to the experimental results, it can be found that he load carrying capacity of the cracked joints is decreased by more than 10% compared with the uncracked joint. The effect of crack depth on the load carrying capacity of CFCST T-joints seems to be slight. The failure mode of the cracked CFCST T-joints represents as plastic yielding rather than brittle fracture through experimental observation.
There are many Industry Code and Standard (ICS) for Structural Integrity Assessment (SIA) on welded structure with defect. The general ICSs, such as R6, BS 7910 and API 579-1/ASME FFS-1, provide equations to determine the upper bound residual stress profiles based on collections from many literatures. However, these residual stress profiles used in the SIA cause the conservative design for welded structures. In this study, the structural integrity assessment for girth weld in pipeline has been conducted based on fracture mechanics. In addition, thermo-elastic plastic FE analysis was performed for evaluating the residual stress of girth weld in pipeline. The weight function solution is used to determine the stress intensity factor using the residual stress profile obtained by the FE analysis. This approach can account for redistribution and relaxation of residual stress as the defects grow. In order to the evaluate quantitative comparison between BS 7910 and weight function solution, structural integrity assessment determining allowable crack size on cracked pipe was performed with failure assessment diagram.
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.
An increasingly competitive business environment has been concentrated on industries to reduce the operating costs. Industries such as gas, oil, petrochemical, chemical, and electric power have employed for the operation and used for large equipment or structures that require a high capital investment. In order to meet these requirements, the industries are increasingly moving toward saving the experimental verification and computer simulation. Therefore industries to reduce the maintenance costs without compromising the operational safety have been forced on finding for better and more efficient methods to inspect their equipment and structures. In this study, it focused on the development the real-time non-contract monitoring system as an efficient tool for the experimental study of weld defects based on the relationship between the measured voltage and input parameters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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