3. 실험 방법
4.3 용접 형상인자가 용입에 미치는 영향
4.3.1 비드 용접
폭은 관통용접 임계속도인 12 m/min에서 큰 폭으로 감소하였다. 횡단면을 살펴보면 용 접속도가 증가할수록 횡단면의 수직선에 대한 조직의 성장각도가 작아지며 이것은 용 접속도가 증가함에 따라 냉각속도가 빨라지기 때문으로 생각된다.
각각의 레이저 출력에 대하여 용접속도에 따른 전면·이면비드 및 횡단면의 사진을 Fig.
4.18에 나타나낸다. 전면 비드색은 500 W에서 은백색을 나타내었으나 출력이 증가함에 따
라 입열량이 증가하여 900 W에서는 금색이 나타났다. 각각의 출력에 대하여 용접속도 구 간이 겹치는 속도 9~11 m/min의 횡단면 사진을 살펴보면 출력이 증가함에 따라 냉각속도 가 감소하여 횡단면의 수직선에 대한 조직의 성장각도가 커지는 것을 볼 수 있다.
각각의 레이저 출력에 대하여 용접속도에 따른 전면 및 이면 비드폭, 용입깊이를 Fig.
4.19에 나타낸다. 각 출력에 대하여 전면비드폭은 용접속도가 증가함에 따라 서서히 감소
하였으나, 이면비드폭은 완전용입이 이루어지는 임계속도에서 큰 폭으로 감소하였다. 각 출력에 대하여 완전용입되는 임계속도는 출력 500 W일 때 9 m/min, 700 W는 11 m/min, 900
W는 12 m/min이었으며, 출력이 증가함에 따라 입열량이 증가함으로 완전용입을 이루는 임
계속도가 증가하였다.
Pure Ti(0.5mmt), Bead welding; fd=0 mm, PL=500 W, Qcs=Ar(20ℓ/min), Qbs=Ar(10ℓ/min)
(ⅰ) Penetration properties Bead
v(m/min)
Front bead Back bead Cross
section
7
8
9
10
11
(ⅱ) Bead appearance and cross section (a) P=500 W
Fig. 4.17 Penetration properties and various bead shapes with laser power in bead welding
Pure Ti(0.5mmt), Bead welding; fd=0 mm, PL=700 W, Qcs=Ar(20ℓ/min), Qbs=Ar(10ℓ/min)
(ⅰ) Penetration properties Bead
v(m/min)
Front bead Back bead Cross
section
8
9
10
11
Pure Ti(0.5mmt), Bead welding; fd=0 mm, PL=900 W, Qcs=Ar(20ℓ/min), Qbs=Ar(10ℓ/min)
(ⅰ) Penetration properties Bead
v(m/min)
Front bead Back bead Cross
section
9
10
11
12
13
(ⅱ) Bead appearance and cross section (c) P=900 W
Fig. 4.17 To be continued
Pure Ti(0.5mmt), Bead welding; fd=0 mm, Qcs=Ar(20ℓ/min), Qbs=Ar(10ℓ/min) v(m/min)
PL(W) 9 10 11
500
Front bead
Back bead
Cross section
700
Front bead
Backbead
Cross section
900
Front bead
Back bead
Cross section
(a) Penetration (Dp)
7 8 9 10 11 12 13
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400
Front bead width, Wf(mm)
Welding speed, n(m/min)
500W 700W 900W
(b) Front bead width (Wf)
7 8 9 10 11 12 13
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Back bead width, Wb(mm)
Welding speed, n(m/min)
500W 700W 900W
(c) Back bead width (Wb)
Fig. 4.19 Various of penetration and bead width with laser power and welding speed in bead welding
(2) 레이저 출력 1kW 이상
레이저 출력 1.1 kW일 때, 용접속도에 따른 용입특성과 전면·이면비드 및 횡단면의 사진을 Fig. 4.20(a)에 나타낸다. 속도 13~15 m/min에서 양호한 전면 및 이면비드를 얻을 수 있었으며 17 m/min이상에서 부분 용입되었다. 모든 용접속도에서 금색의 전면비드를 얻을 수 있었으며 용접속도가 증가함에 따라 전면비드폭은 큰 변화가 없었으나 이면비 드폭은 점진적으로 감소하였다.
레이저 출력 1.3 kW일 때, 용접속도에 따른 용입특성과 전면·이면비드 및 횡단면의 사진을 Fig. 4.20(b)에 나타낸다. 속도 15~16 m/min에서는 비교적 양호한 전면 및 이면비 드를 얻을 수 있었으나 속도 17~18 m/min에서 용접부 상부에 언더컷이 발생하였다. 용 접부 하부에 용융금속이 흘러내러 응고된 것으로 보아 용융금속이 아래쪽으로 흘러내 려 용융선 부분을 채우지 못했기 때문으로 판단된다. 언더컷은 모재와 용융금속의 경계 면에 용접선 방향으로 용융금속이 채워지지 않은 홈을 말하며 언더컷이 발생된 부분에 서 단면적의 감소와 응력이 집중될 가능성이 높다. 레이저 출력 1.1 kW와 마찬가지로 용접속도가 증가함에 따라 전면비드폭은 큰 변화가 없었으나 이면비드폭은 용접속도 17~19 m/min에서 크게 감소하였다.
레이저 출력 1.5 kW일 때, 용접속도에 따른 용입특성과 전면·이면비드 및 횡단면의 사진을 Fig. 4.20(c)에 나타낸다. 모든 속도조건에서 불안정한 전면 및 이면비드가 나타
났으며, 속도 16~19 m/min에서 이면비드폭이 전면비드폭보다 넓거나 비슷하게 나타났
다. 속도 19~20 m/min에서 이면비드에 험핑비드가 발생하였다. 험핑비드 결함은 완전용
입이 이루어지는 임계조건에서 발생하며, 레이저 출력을 증가시키거나 용접속도를 감소 시킴으로써 억제할 수 있다.
레이저 출력 1.7 kW일 때, 용접속도에 따른 용입특성과 전면·이면비드 및 횡단면의 사진을 Fig. 4.20(d)에 나타낸다. 출력 1.5 kW와 마찬가지로 모든 속도조건에서 불안정한 전면 및 이면비드가 나타났으며, 속도 17~21 m/min에서 이면비드폭이 전면비드폭보다 넓거나 비슷하게 나타났다. 출력 1.5 kW와 마찬가지로 이면비드폭이 전면비드폭보다 넓
이면 비드의 형상을 살펴보면 출력 1.1 kW에서 부분용입되었으나 1.1 kW이상의 출력에서 는 완전관통용접되었다. 출력 1.3 kW에서 상부에 언더컷이 발생하였으며 이것은 용융금속 이 아래쪽으로 흘러내려 응고되어 상부의 용융선 부분을 채우지 못했기 때문으로 판단된 다. 용융금속이 아래쪽으로 흘러내렸기 때문에 하부 덧살 높이가 증가한 것을 횡단면 사진 에서 관찰할 수 있다. 출력을 1.5 kW이상으로 증가한 경우에 상부에 발생했던 언더컷이 억 제된 것을 횡단면 사진에서 관찰할 수 있다. 이것은 출력이 증가함에 따라 입열량이 증가 하여 용융금속을 많이 녹이므로 언더컷부분을 채워주었기 때문으로 생각된다.
각각의 레이저 출력에 대하여 용접속도에 따른 용입깊이, 전면 및 이면 비드폭를 비교 하여 Fig. 4.22에 나타낸다. 모든 출력조건에서 전면 및 이면비드폭은 용접 속도가 증가함 에 따라 감소하는 전형적인 경향이 나타났으며 속도 증가에 따른 비드폭감소는 전면비드 폭보다 이면비드폭이 더 크게 나타났다. 용접속도가 17 m/min일 때, 전면비드폭은 레이저 출력이 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내었으며 이면비드폭은 레이저 출력이 증가함 에 따라 증가하는 경향을 나타내었다. 동일한 용접속도에서 레이저 출력이 증가함에 따라 이면비드폭이 증가하는 이유는 재료 두께에 비해 입열량이 과다하여 에너지가 재료에 영 향을 주기 전에 밑으로 빠져버리기 때문이며 출력이 증가함에 따라 이 현상은 더욱 현저 하게 나타났다.
Pure Ti(0.5mmt), Bead welding; fd=0 mm, PL=1.1 kW, Qcs=Ar(20ℓ/min), Qbs=Ar(10ℓ/min)
(ⅰ) Penetration properties Bead
v(m/min)
Front bead Back bead Cross
section
13
14
15
16
17
Pure Ti(0.5mmt), Bead welding; fd=0 mm, PL=1.3 kW, Qcs=Ar(20ℓ/min), Qbs=Ar(10ℓ/min)
(ⅰ) Penetration properties Bead
v(m/min)
Front bead Back bead Cross
section
15
16
17
18
19
20
(ⅱ) Bead appearance and cross section (b) P=1.3 kW
Pure Ti(0.5mmt), Bead welding; fd=0 mm, PL=1.5 kW, Qcs=Ar(20ℓ/min), Qbs=Ar(10ℓ/min)
(ⅰ) Penetration properties Bead
v(m/min) Front bead Back bead Cross
section
16
17
18
19
20
Pure Ti(0.5mmt), Bead welding; fd=0 mm, PL=1.7 kW, Qcs=Ar(20ℓ/min), Qbs=Ar(10ℓ/min)
(ⅰ) Penetration properties Bead
v(m/min)
Front bead Back bead Cross
section
17
18
19
20
21
(ⅱ) Bead appearance and cross section (d) P=1.7 kW
Fig. 4.20 To be continued
Pure Ti(0.5mmt), Bead welding; fd=0 mm, v=17 m/min, Qcs=Ar(20ℓ/min), Qbs=Ar(10ℓ/min) PL(kW)
v(m/min) 1.1 1.3 1.5 1.7
17
Front bead Backbead
Cross section
Fig. 4.21 Bead appearance and cross-section of weld with laser power and welding speed in bead welding
(a) Penetration (Dp)
(b) Front bead width (Wf)
(c) Back bead width (Wb)
Fig. 4.22 Various of penetration and bead width with laser power and