극저온용기용 알루미늄 합금 용접부의 저온강도 특성

Abstract

본 연구에서는 액화천연가스 등의 극저온용기 등에 많이 사용되고 있는 알루미늄 합금 Al5083-O재에 대한 보호가스 혼합비율과 용접부 강도와의 관계를 규명하고자 혼합가스 비율을 여러 가지로 달리하여 GMA 용접을 하였다. 시험온도는 상온에서 극저온까지 단계적으로 낮추어가며 인장시험, 피로시험 등을 실시하였다. 실험으로부터 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다.

1) 인장강도, 항복강도 및 연신율은 보호가스 혼합비중 헬륨의 혼합률이 높아질수록 증가하는 경향을 내였으며 헬륨의 보호가스 기능이 알곤 보다 더 우수하기 때문으로 생각된다.

2) 상온에서 Al5083-O 모재의 피로한도는 약 80.3MPa로 나타났으며 용접재의 경우, 피로 수명은 열영향부, 용접선 및 용착금속부 순으로 높아졌다.

3) 초기 피로크랙의 전파속도는 낮은 헬륨 혼합비(0%∼33%)에서는 용착금속부가, 높은 헬륨 혼합비(50%∼67%)에서는 용접선부가 낮게 나타났다.

4) 피로수명은 시험온도가 낮아질수록 증가하였으며 특히, -196℃에서 가장 낮았으며 용접부의 혼합가스 비율은 피로수명에 큰 영향을 미치지 않았다.|In this study, GMA welding was performed with varying ratio of mixture gas in order to examine the relationship between mix ratio of shielding gas and welding strength in aluminum alloy Al 5083-O, which is being widely used as cryochambers like liquid natural gas. Tensile test and fatigue test were conducted while reducing the test temperature step-wise from room temperature to extremely low temperature. The result of such experiment can be summarized as follows.

1) Tensile strength, yield strength and elongation showed an increasing trend with increase in mix ratio of helium in shielding gas. This is probably because shielding effect by helium is superior to that of argon.

2) Fatigue limit of Al 5083-O parent materials at room temperature was about 80.3MPa, and fatigue life of welding materials increased in the order of H.A.Z(heat affected zone), fusion line, and deposited metal zone.

3) Propagation velocity of initial fatigue crack was low in deposited metal zone for low helium mix ratio (0~33%) and in fusion line for high helium mix ratio (50~67%).

4) Fatigue life was increased with decreasing test temperature, especially lowest at -196℃. Mixture gas rate in the welding part did not have any significant effect on fatigue life.