3. 실험 방법
4.5 용접부의 기계적 특성 평가
4.5.2 인장전단 특성
(1) 레이저 출력 500W, 용접속도 2.5 m/min조건
레이저 출력 500 W, 용접속도 2.5 m/min조건에서 파형제어를 적용한 중첩부의 인장전 단 시험을 하였다. 용접 시작부는 파형제어를 적용하지 않은 구형파를 사용하였으며, 용접 끝단부는 용접 시작부를 1.5 mm겹친 뒤 파형제어를 시작하여 tailing power가 100 W일 때 레이저 빔 조사가 정지하도록 하였다.
Fig. 4.69은 인장전단 시험결과로 파단위치 및 파단면 SEM사진 나타낸다. 비교시험편
은 파형제어를 적용하지 않은 중첩부, 중첩을 하지 않고 한 번만 용접한 용접부, 2개의 시험편을 사용하였다. 파단위치를 관찰해보면 중첩을 하지 않고 한 번만 용접한 용접부 와 파형제어를 적용한 중첩부에서는 모재에서 파단이 발생하였으며, 파형제어를 적용하 지 않은 중첩부는 용접부에서 파단이 발생하였다. 모재에서 파단이 발생한 경우 파단면 각도가 인장축의 45 °도 방향이었으며 넥킹이 존재하였다. 용접부 파단이 발생한 파형 제어를 적용하지 않은 중첩부를 관찰해보면 겹치기 용접부의 하판에서 파단이 발생하 였으며 상판과 하판일부는 용접된 상태로 남아있었다.
파단면의 SEM 이미지를 관찰해보면, 파형제어를 적용한 중첩부와 중첩을 하지 않은 용접부의 파단면은 딤플구조가 관찰되어 연성파단의 형태를 나타내는 것을 확인하였다.
반면, 파형제어를 적용하지 않은 중첩부의 파단면은 상부에서는 연성파단, 하부에서는 취성파단의 형태를 나타내어 연성과 취성이 혼합된 파단형태를 나타내었다. 하부에서 취성파단이 관찰되었으므로 이 부분에서 파단이 처음 시작된 것으로 사료된다. 이는 파 형제어를 적용하지 않을 경우 용접끝단부가 급속으로 냉각되어 취화되고 이면비드에서 발생하는 험핑비드가 노치로 작용하여 용접부에서 파단이 발생한 것으로 판단된다.
Table 4.1에 각 시험편에 대한 인장전단강도, 항복강도 및 연신율을 나타낸다. 중첩부
에 파형제어를 적용한 경우와 적용하지 않은 경우를 비교해보면 인장전단강도는 유사 하나 파형제어를 적용한 경우가 항복강도와 연신율이 우수하였다.
Fig. 4.70에 각 시험편에 대한 응력-변형 곡선(stress-strain curve)을 나타낸다. 그래프 모양을 관찰해보면 파형제어를 적용한 중첩부와 중첩을 하지 않은 한 번 용접한 용접 부는 연성파단의 그래프 형태를 나타내며, 파형제어를 적용하지 않은 중첩부는 취성파 단의 그래프 형태를 나타낸다. 파형제어를 적용한 중첩부와 중첩을 하지 않은 한 번 용 접한 용접부는 넥킹현상이 수반되며, 한 번 용접한 용접부의 넥킹 시작지점이 보다 왼
쪽에 위치하고 있다. 또한 파단이 발생하는 지점은 비슷하며, 중첩을 하지 않은 한 번 용접한 용접부가 보다 낮은 응력에서 파단되었다. 이것은 한 번 용접한 용접부가 보다
짧은 stroke에서 넥킹현상이 시작되어 시험편이 더 길게 늘어지다가 파단된 것을 의미
한다.
따라서 중첩부에 파형제어를 적용한 경우와 적용하지 않은 경우의 인장전단특성을 비교해보면 인장전단강도는 유사하나 파형제어를 적용한 경우가 항복강도와 연신율이 높으므로 인장전단특성이 더 우수하다는 것을 알 수 있다. 이 결과는 파형제어를 적용 하지 않을 경우 용접끝단부가 급속으로 냉각되어 취화되며 이면비드에 발생하는 험핑 비드가 노치로 작용하였기 때문으로 판단된다.
Pure Ti(0.5mmt), Lap welding;
fd=0 mm, PL=500 W, v=2.5 m/min, Qcs=Ar(20ℓ/min), Qbs=Ar(10ℓ/min) Tensile test
Specimen Fracture position SEM image Fracture
type
Overlap weld
Wave shape control
Ductile
No wave shape control
Ductile + Brittle
No overlap
weld Ductile
Fig. 4.69 Results of tensile-shear test for overlap weld and no overlap weld (P=500 W, v=2.5 m/min)
Table 4.1 Average tensile test results of overlap weld and no overlap weld (P=500 W, v=2.5 m/min)
Properties Specimen
Tensile-shear strength(Mpa)
Yield strength
(Mpa) Elongation(%)
Overlap weld
Wave shape control
308.1 202.3 19.7
No wave shape control
308.8 194.3 15.4
No overlap
weld 305.8 201 20.5
Base metal 316.3 218.5 32.6
Fig. 4.70 Tensile stress-strain curve of overlap and no overlap weld (P=500 W, v=2.5 m/min)
(2) 레이저 출력 1.5 kW, 용접속도 6 m/min조건
레이저 출력 1.5 kW, 용접속도 6 m/min조건에서 중첩부의 인장전단 시험을 하였다. 용접 시작부는 파형제어를 적용하지 않은 구형파를 사용하였으며, 용접 끝단부는 용접 시작부를 겹치기 3 mm전에서 파형제어를 시작하여 테일링 파워가 150 W일 때 레이저 빔 조사가 정지하도록 하였다. 또한 비교시험편으로 파형제어를 적용하지 않은 중첩부 와 중첩을 하지 않고 한 번 용접한 용접부, 2개의 시험편을 사용하였다.
Fig. 4.71에 각각에 시험편에 대하여 파단위치 및 파단면의 SEM사진을 나타낸다. 파
단위치를 관찰해보면 모든 시험편은 용접부에서 파단이 발생하였다. 파단면의 SEM사 진을 관찰해보면 파단면의 상부는 연성파단, 하부는 취성파단이 나타났으며 이것은 파 단의 초기지점이 하부에서 시작되어 상부로 전파되었음을 알 수 있다. 하부의 취성파단 영역은 중첩을 하지 않은 한 번 용접한 부분이 가장 적었으며 파형제어를 적용하지 않 은 중첩부에서 가장 넓었다. 중첩을 하지 않은 한 번 용접한 용접부에서 하부에 취성파 단이 관찰되는 이유는 출력 1.5 kW, 용접속도 6m/min조건에서 발생하는 이면비드의 언 더컷이 노치로 작용했기 때문으로 판단된다. 파형제어를 적용하지 않은 중첩부의 경우 이면비드에 언더컷뿐만 아니라 험핑비드 또한 발생하였으므로 보다 더 취성파단 영역 이 넓어진 것으로 판단된다.
Table 4.2에 각 시험편에 대한 인장전단강도, 항복강도 및 연신율을 나타낸다. 중첩부
에 파형제어를 적용한 경우와 적용하지 않은 경우를 비교해보면 파형제어를 적용한 경 우가 파형제어를 적용하지 않은 경우보다 인장강도, 항복강도 및 연신율이 우수하였다.
Fig. 4.72에 각 시험편에 대한 응력-변형 곡선(stress-strain curve)을 나타낸다. 모든 시 험편의 그래프 형태는 전형적인 취성파단의 그래프를 나타내며, 파단이 발생하는 그래 프 위치는 파형제어를 적용하지 않은 중첩부가 가장 왼쪽에 위치하였으며, 중첩을 하지 않은 한 번 용접한 용접부가 가장 오른쪽에 위치하였다. 따라서 중첩부는 한 번 용접한 용접부보다 연성이 저하되며 파형제어를 적용한 중첩부가 적용하지 않은 중첩부보다 연성이 우수함을 알 수 있었다.
따라서 중첩부에 파형제어를 적용한 경우와 적용하지 않은 경우의 인장전단특성을 비교해보면 파형제어를 적용한 경우가 파형제어를 적용하지 않은 경우보다 인장강도, 항복강도 및 연신율이 높으므로 인장전단특성이 더 우수하다는 것을 알 수 있다. 또한 파형제어를 적용한 경우가 파형제어를 적용하지 않은 경우보다 파단면의 연성파단 영 역이 더 넓게 나타나며, 응력-변형 곡선에서 보다 오른쪽에서 파단이 발생하였기 때문 에 연성이 더 우수함을 알 수 있었다.
Pure Ti(0.5mmt), Lap welding;
fd=0 mm, PL=1.5 kW, v=6 m/min, Qcs=Ar(20ℓ/min), Qbs=Ar(10ℓ/min) Tensile test
Specimen Fracture position SEM image Fracture
type
Overlap weld
Wave shape control
Ductile + Brittle No
wave shape control
Ductile + Brittle
No overlap weldment
Ductile + Brittle
Fig. 4.71 Results of tensile-shear test for overlap weld and no overlap weld (P=1.5 kW, v=6 m/min)
Table 4.2 Average tensile test results of overlap weld and no overlap weld (P=1.5 kW, v=6 m/min)
Properties Specimen
Tensile-shear strength(Mpa)
Yield strength
(Mpa) Elongation(%)
Overlap weld
Wave shape
control 303.7 193.7 13.7
No wave shape control
301.0 191.7 12.5
No overlap
307.3 195.7 16.5
Fig. 4.72 Tensile stress-strain curve of overlap weld and no overlap weld (P=1.5 kW, v=6 m/min)