연구논문 의 용접부에서입열량에따른열영향부의연화와인장특성에관한연구 백상엽 박경도 김원일 조상명 한국폴리텍 대학산업설비자동화과 동환산업 주 기술연구소 경남대학교기계자동화공학부 부경대학교신소재공학부 A Study on Tensile Properties and HAZ Softening Depending on the Amount of Heat Input in MIG Welding of Al6082-T6 Sang-Yeob Baek*, Kyung-Do Park**, Won-Il Kim*** and Sang-Myung Cho****, *Div. of Industrial Facility Automation Engineering., Korea Polytechnic,, Changwon 641-772, Korea **Engineering R&D Institute, DongHwan Ind. Corp., Kyungnam, 641-315, Korea ***The school of Mechanical Engineering and Automation., Kyungnam Univ., Changwon 631-701, Korea ****Div. of Advanced Materials Sci. and Eng., Pukyong National Univ., Busan 608-739, Korea Corresponding author : pnwcho@pknu.ac.kr (Received January 18, 2010 ; Revised February 4, 2010 ; Accepted December 7, 2010) Abstract Al6082-T6 is widely used because of its corrosion resistance and excellent strength. HAZ softening occurs in MIG welding process for this aluminium alloys because this aluminium alloy is heated to higher temperature than its aging temperature during welding. Therefore, low heat input and minimum standard deviation of heat input are required for narrow HAZ width and, for higher strength of welds. In this study, Al6082-T6 was used to examine for HAZ softening with various heat input in aluminium MIG welding. For weldments, micro hardness was measured and tensile test was carried out. Minimum hardness was increased at high speed welding such as 80cm/min and 120cm/min in welding speed comparing with 40cm/min. Also, in case of high speed welding such as 80cm/min and 120cm/min, tensile strength of weldments was increased about 10% comparing with low speed welding(40cm/min). Key Words : Aluminum alloy, Al6082-T6, MIG Welding, Butt welding, Heat input, HAZ softening, Tensile properties, Heat affected zone 1. 서론 알루미늄합금 는북유럽등의선진국에서는그뛰어난해양내식성과우수한강도로인해해양구조물의헬리덱크 타워갱웨이 등의해양구조물과플랫폼 알루미늄래더 등의선박부품 차량 기계부품분야에서전세계적으로널리사용되기시작 하였다 의 용접시용접열영향부 의강도가모재에비해지나치게떨어지는연화현상이발생한다 이러한연화현상은 열처리합금에서나타나는현상으로 범위의온도에서인공시효처리된합금이용접되는동안시효온도이상으로가열되면서강도확보를위해석출되었던석출물들이분해및조대화되면서발생하는현상이다
백상엽 박경도 김원일 조상명 따라서좁은 영역과 의강도를확보하기위해낮은입열량을사용하고그표준편차를최소로하는기술이요구된다 본연구는 합금에대한 용접부의연화특성및강도특성에미치는용접변수의영향을확인하기위하여수행하였다 Current (high) (middle) (low) 2. 실험재료및방법 2.1 실험재료 Time 본연구에서는 두께의시효경화합금알루미늄 에대하여직경 의 로펄스 용접을실시하였다 과 에 에대한화학조성과주요기계적성질을나타었다 l 2.2 실험방법 축다관절로봇을사용하여 용접 으로 의최적스프레이이행조 건검토후 그루브맞대기용접을하여열영향부의 연화및인장특성을검토하였다 스프레이이행의최적 펄스조건검토실험본실험은 등의선행연구를 참고로하여수행되었다 각펄스에너지 조건에서상대적아크길이 를변경하여 펄스에너지별단락시간비 인영역을 설정하고단락주파수비 펄스주기의표준편차 단락위 치 의표준편차를검토하여 이구현되는펄스에너지조건을찾고 그조건에서상 대적아크길이를변경하여단락이해소되어스프레이 이행이구현되는단락시간비 이하의조건을선 택하였다 에인버터 용접기펄스파형의전류및펄스시간의상대적크기를제어하는펄스파라미터를정의하였다 에는 의최적스프레이이행조건검토를위한상세용접조건을나타내었다 입열량에따른 연화및인장특성검토실험앞의실험을통하여얻어진최적펄스조건을사용하여 연화특성검토실험을하였다 는시험편제작조건으로본실험에서는용접속도를변경하여입열량을제어하였다 에서의경도변화를관찰하기위해미세경도를측정하였다 l
의 용접부에서입열량에따른열영향부의연화와인장특성에관한연구 7t 70mm Root gap : 1mm 60mm Standard deviation of period (msec) 0.3 0.2 0.1 1pulse 1 drop 1 drop transfer transfer zone zone 0.0-6 -4-2 0 2 4 6 미세경도측정은시험편표면에서 위치의퓨젼 라인으로부터모재까지 간격으로측정하였으며 하중조건은 이었다 연화에의한강도저하특성을확인하기위하여 인장시험을하였고 인장시험은용접부의덧살을제거 한후수행하였다 3. 실험결과및고찰 3.1 One pulse one drop 스프레이이행의최적펄스조건검토 Standard deviation of tps (msec) 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 1pulse 1 drop transfer zone 0.0-6 -4-2 0 2 4 6 Output voltage (V) 26.5 26.0 25.5 25.0 24.5 는단락시간비약 조건에서펄스에너지에따른단락주파수비를나타낸그래프이다 단락주 Shorrt circuit frequency ratio 1.1 1pulse 1 drop transfer zone 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5-6 -4-2 0 2 4 6 24.0 3 4 5 파수비 의영역을 이행 영역으로판단하였다 와 은단락시간비약 조건에서펄 스에너지에따른펄스주기의표준편차및 의표준 편차를나타낸그래프이다 이 행영역은각각 이하로판단하였다 세가지판단지표를모두만족하는펄스에너지조 건은 였다
백상엽 박경도 김원일 조상명 은상대적인아크길이를증가시켜단락시간비 가 이하가되어단락이해소되는아크길이에서 의출력전압을나타낸그래프이다 펄스에너지 상대적인아크길이 조건에서출 력전압이 로최소값을가졌다 3.2 입열량에따른 HAZ 연화특성 입열량에따른미세조직 은각용접속도에서의 미세조직을관찰 한사진이다 에서보이는검은점들은 합금의 주석출상인 β 상 로판단되며 양이현저히감소한것을확인할수있다 HAZ A B C Base metal β(mg2si) 에서는그 이것은 에나타낸바와같이 접합부가까운영역 에서는시효온도 이상으로가열되어 β상이분해되어양이적고영역 로부터좀더떨어진영역 에서는분해의정도가다소작고영역 는모재부로서미세한 β상이조밀하게분산되어있음을알수있다 따라서본연구에서입열량을크게한 에서는접합부근방의석출물 는현저히조대화된것을알수있다 한편용접속도를증가시켜입열량을감소시킨 에서는석출물의조대화영역이현저히감소되는특징을보였다 입열량에따른 미세경도동일한용접전류및전압조건에서용접속도를 으로변경할때 입열량은 로감소하였다 은각용접속도에따라접합부에서모재까지의미세경도변화를나타낸그림이다 모재의평균경도 에대해 의최소경도는용접속도 의경우는 감소 로서 의폭은약 에서는 의최소경도 감소 로서폭은약 이었으며 에서는 감소 로서폭은 정도이었고 용접속도가증가하여입열량이감소될수록최소경도는높아지는경향을보였다 등의두께 박판알루미늄합금에대한연구에서도입열량이 로감소할수록경도범위는 로증가하는경향을나타내었다 등의 두께의 에대한연구에서 용접부에대한미세경도시험결과경도값은 의분포범위를가졌고최소경도값은 에서관찰되었다 모재두께 에대해용접속도 으로용접한 등의연구에서는최소경도값이 까지저하되었다 이것은그들이실험한용접속도가본연구의 보다낮기때문에냉각속도가느려져경도저하가심해진것으로판단된다 등의마찰교반용접을사용한연구에서도용접속도가증가할수록최소경도값이증가하는결과를확인할수있다 경도의최소값은용접부사이드에서얻어졌으며이러한결과는 등의마찰교반용접을사용
의 용접부에서입열량에따른열영향부의연화와인장특성에관한연구 Micro vickers hardness (Hv) Micro vickers hardness (Hv) Micro vickers hardness (Hv) 110 105 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 110 105 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 110 105 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Distance from fusion line (mm) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Distance from fusion line (mm) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Distance from fusion line (mm) Tensile strength (MPa) 250 200 150 40 80 120 Welding speed (cpm) 서용접속도가증가할때 인장강도가증가하며앞에서관찰한경도측정결과와동일한경향을나타내었다 의경우는 감소 이상의용접속도에서는 감소 로 이상의고속용접에서는약 정도향상된인장강도를확보할수있었다 인장시험결과로보아 이상의고속용접에서는 연화의정도를감소시킬수있을것으로판단된다 는각인장시험편의파단후의형상을나타낸그림이다 인장파단시험편의측면관찰결과 의조건에서는용접금속에서상당히떨어진곳에서파단하였지만 이경우는 가 정도로매우넓게형성되었기때문에파단위치는 중심에서약간모재쪽으로치우친곳으로보인다 한편 과 한연구에서도나타났다 의연구에서는용접부의경도는모재의 정도의연화가발생하였다고보고되었다 본연구에서도용접속도를증가시켜냉각속도를빠르게한경우가 에서나타낸바와같이석출물의분해가방지되어 와같이좁은열영향부를나타내며열영향부의경도도더욱높은값을나타냄을알수있었다 입열량에따른인장특성 에는각용접속도에따른인장시험결과로
백상엽 박경도 김원일 조상명 의조건에서는 의최저경도와강도가상대적으로덜떨어져용접금속에가까운 부에서파단이최초로생긴것으로보인다 실제알루미늄용접구조물에서는비드의덧살이있기때문에그보강효과와토우부의응력집중효과로인해 의최소경도가용접이음부의강도를보다크게지배할것으로판단된다 따라서같은두께의모재를용접하면서 의경도저하가심하지않도록하기위해서는높은전류로고속용접하는방법이바람직하다 4. 결론 의 용접에서입열량에따른열영향부의연화와인장특성에관한연구를통하여다음의결론을얻을수있었다 는모재경도인 에비해서용접속도 의경우최저경도는 감소하였고 연화부폭은 이었지만 과 의고속용접에서는최저경도는 감소하였고 연화부폭은 로감소하였다 연화의원인규명을위해조직관찰결과 에있던석출물이분해된것을확인하였다 이는 합금이용접되는동안 가석출상의용해온도보다높은온도로가열되었기때문으로사료된다 맞대기용접시편의인장시험결과 용접속도 에서의인장강도는 로모재인장강도 의약 수준이었으나용접속도 의고속용접에서는약 로모재강도의 정도로거의일정하였다 의연화가심하지않도록하여 의 맞대기이음용접부의인장강도저하를완화하기위해서 는고속용접을하여 의폭이좁으면서도최저경도가 지나치게낮아지지않도록하는것이바람직하다 참고문헌