차체용 알루미늄 아크 용접부의 피로성능에 관한 연구 Part 2. 겹치기 이음
저자
조정호(Jungho Cho) ; 김한솔(Hansol Kim) ; 신승철(Seungcheol Shin) ; 유호진(Hojin Yoo) ; 이건호(Gunho Lee) ; 전종호(Jongho Jeon) ; 김민수(Minsoo Kim) ; 조영래(Youngrae Jo)
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학술지명
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발행연도
2021
작성언어
Korean
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학술저널
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8-8(1쪽)
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자동차 경량화 요구로 차체에 알루미늄 사용량이 점차 증가하고 있다. 그러나, 알루미늄은 용융시 점성과 표면 장력이 낮아 아크 용접성이 좋지 못해 아직도 알루미늄 아크 용접에 관한 충분한 연구가 이루어지지 않고 있다. 더 나아가, 자동차의 구조용 소재로 사용되기 위해서는 아크 용접부의 피로 성능에 관한 검증이 필요하나, 이에 대한 기존 연구도 충분하지 못한 상황이다.
본 연구는 차체용 6061-T6 알루미늄 합금 맞대기 아크 용접부의 피로 성능 분석에 관한 연구로, 완전 용입, 부분 용입, 판재 사이의 갭 및 토우각이 용접부 피로 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 4mm 두께의 판재 겹치기 이름 필렛 용접부에 펄스 GMAW를 적용하여 완전 용입, 부분 용입, 110°와 150°토우각을 갖는 용접 시편을 만들고, 갭의 영향을 보기 위해 0, 0.5, 1mm 갭을 갖는 용접 시편을 제작하였다.
피로 시험에는 검증된 5 톤급 시험기를 사용하였다. SR(stress ratio)은 0.1로, 주파수는 20Hz로 설정하였으며, 최대 반복 하중 횟수는 50 만 싸이클로 설정하였다. 하나의 조건에 대해 총 5 개의 시편을 실험하여, 평균값을 도출하는 방식으로 분석을 수행하였다.
이론적으로 피로성능에 가장 이상적인 조건은 큰 토우각을 갖는 용접부다. 그러나, 알루미늄과 같이 점성과 표면장력이 낮은 소재의 겹치기 이음 필렛 용접부에서는 큰 토우각을 구현할 때 덧살 높이가 낮아지기 마련이다. 이 상황에서 피로시험을 진행하면 용접부는 인장전단응력을 받게 되므로, 구조상 덧살이 낮은 용접부는 덧살이 높은 용접부보다 더 작은 면적에 응력이 전달된다. 결과적으로 토우각이 클수록 피로 성능이 감소하는 결과를 보였다. 용입이 미치는 영향은 쉽게 예상할 수 있듯이, 부분 용입이 완전 용입에 비해 현저히 낮은 피로 성능을 보였다. 토우각과 용입 정도가 피로 성능에 미치는 영향에 비해 판재 간의 갭이 피로 성능에 미치는 영향은 미미하였다. 결과적으로, 알루미늄 판재의 겹치기 이음 필렛 용접부는 판재간 갭을 1mm 이내로 제어하여 토우각을 작게 하고, 완전 용입으로 충분한 덧살을 확보해야 우수한 피로성능을 기대할 수 있다.
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