The Study on the Effect of External Load and Mechanical Behavior of welded part of Dissimilar metal

Abstract

용접구조물에서의 이종재질간의 용접, 접합의 필요성과 요구가 꾸준히 증가 하고 있으나, 현재의 용접분야의 연구는 동종접합에 많은 연구가 이루어지고 있고, 용접현상에 대한 연구나 개선 역시 이러한 동종간의 용접현상에 거의 집중되고 있는 실정이다. 그러나 산업 현장에서 이재접합이 많이 적용되고 있는 실정임에도 불구하고 이에 대한 해석적 연구는 거의 이루어지고 있지 않아 연구의 필요성이 매우 시급하다고 판단된다. 특히, 용접구조물의 동종과 이종 접합 시 용접부의 용접잔류응력을 적용한 외력을 해석한 연구는 세계적으로 연구가 이루어지고 있지 못한 실정이다. 그리고 현재의 용접 구조물 해석은 잔류응력 값을 이상화 하여 구조물에 적용하고 외력을 주어 해석을 실시 있는 실정이다. 그래서 본 연구에서는 탄소강과 스테인리스강을 사용하여 이종 재료의 접합을 수행하고 접합 기구를 규명하고자 하였다. 더 나아가 해석한 용접잔류응력을 범용 프로그램에 적용하여 용접 구조물에 외력을 주어 해석을 수행하고 구조물의 안정성을 정량 및 정성적으로 평가하고자 하였다. 본 연구는 동종 및 이재 접합 시 내부의 역학적 거동을 고찰하기 위해 유한요소 해석을 수행하였다. 이를 위해 열전도와 열 탄소성 유한요소해석 프로그램을 개발하였다. 또한, 개발 프로그램이 범용프로그램과 전후처리가 연동될 뿐 아니라 개발 프로그램에서 계산된 최종 용접잔류응력이 범용 프로그램의 초기 값이 되도록 데이터를 전송하여 잔류응력을 초기 값으로 갖는 상태에서 추가 외력 해석이 가능하도록 해석기법을 개발하고, 외력의 변화에 따른 잔류응력의 효과에 대해 해석을 수행하였다. 그래서 유한요소 해석에 의해 동종 및 이종 재질간 용접 시 발생되는 열 이동현상과 이에 따른 응력의 발생특성을 명확하게 고찰할 수 있었다. 또한, 탄소강과 스테인리스강 간의 이종재질 접합에서 열분포 특성, 잔류응력, 소성변형율 등을 고찰함으로써 입열에 의한 재료의 역학적 열화정도를 평가할 수 있었다. 그리고 범용프로그램에 의해 계산된 외력 해석에 의해 외력의 변화에 따른 용접구조물의 안정성을 평가할 수 있었다. 더 나아가 아크 용접을 통해 제작된 용접시편을 각종 기계적 실험을 통해 용접 강도 측면에서 동종 용접만큼 좋은 결과를 얻을 수 있었으며, 용접부의 특성을 실험적으로 파악할 수 있었다.