하이브리드 용접에 의한 STS 304L 맞대기 용접부의 역학적 거동에 관한 연구

Abstract

하이브리드 용접은 두 가지 열원을 복합적으로 사용하여 각각의 용접법에 따라 발생하는 단점을 상호 보완하는 용접법으로 타 용접법에 비해 깊은 용입 깊이, 빠른 용접속도와 Arc의 안전성이 우수한 용접법이다. 최근에는 일반적인 용접이 어려운 강종이나, 선박과 같은 후판을 사용하는 대형 구조물 제조 공정에 하이브리드 용접을 적용하기 위한 시도 및 연구가 시행되면서 그 장점이 점점 부각되고 있다.

스테인리스강은 고부가가치 합금으로서 내식성, 내열성 등의 특성이 우수하여 조선, 원자력산업, 화력발전, 보일러, 자동차 부품 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 그러나 스테인리스강에 대한 하이브리드 용접의 적용은 거의 전무한 실정이다.

이에 본 연구에서는 화학 Plant, LNG Tank 등에 사용되고 있는 13mm 두께의 STS 304L에 대하여 하이브리드 용접의 적용 가능성을 검토하기 위해 12kw급 Hybrid(CO2 Laser +MIG) 시스템을 이용하여 실험을 수행하였다.

실험에 의한 용접공정변수의 최적화를 통해 선정된 가장 우수한 용접 조건에 대하여 유한요소법에 의한 열전도 해석과 열탄소성 해석을 실시하여 하이브리드 용접부의 열적거동(thermal Behavior) 및 잔류응력(residual stress)을 파악하고, X-ray Stress Analyzer를 이용하여 용접부의 잔류응력 값과 수치해석 값을 비교하여 수치해석 결과가 타당함을 입증하였다.

그리고 용접부의 기계적 특성을 고찰하기 위하여 경도(hardness test), 충격(impact test), 인장 실험(tensile test)을 실시하여 강도측면에서 우수한 결과를 얻었고, 최종적으로 STS 304L에 대하여 하이브리드 용접의 적용 가능성을 확인 할 수 있었다.