정지 GTA 용접 공정에서 스테인레스 강의 용접 풀 거동에 관한 연구

Abstract

용접 공정 중에 용접부가 받는 열 전달로 인해 그 조직이 변경되며 결국 용접부의 특성을 변경 시킬 수 있다는 것은 잘 알려진 사실이다. 따라서 용융 풀(pool)의 열 전달 및 물질 유동은 용접 풀의 형상, 온도 구배, 국부적인 냉각 속도 및 응고 조직에 매우 큰 영향을 끼친다. 본 연구 보고서는 아르곤 차폐 가스를 사용한 정지된 불활성 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW : gas tungsten arc welding)공정에 대한 용융 풀의 열 전달 및 물질 유동에 관하여 연구하고 있다. 용접 아크로부터 모재 금속의 표면으로 전달되는 현상들 즉 전류 밀도, 열 플럭스, 아크 압력 및 용접 풀에 작용하는 전단 응력은 용접 아크의 수치해석 결과로부터 얻은 자료가 적용되었다. 용접 풀의 대류 효과를 일으키는 여러 종류의 구동력 즉 전자기력, 표면 장력, 아크 플라즈마 젯트에의한 전단 응력 및 부력이 고려되었다. 용융 경계는 용접에 하나의 곡선 형태이며 또 미지의 형상을 가지기 때문에 boundary-fitted 좌표계를 도입하여 운동량 방정식에 대한 경계를 정밀하게 묘사하였다. 수치 해석 모델을 SUS 430과 SUS 304 스테인레스 강에 적용하였으며, 서로 다른 용접 전류 및 시간에 대해 실험 결과와 비교하였다. 또 각 구동력에의한 효과를 보기 위해 이에 따른 용접 풀의 형상에 대한 수치 해석이 수행되었다. 그리고 표면 장력에서 황의 함량 및 표면 장력 계수의 영향과 용융 후 응고 모델의 수치 해석이 수행되었다. 특히 펄스 전류 GTA 용접 공정의 용접 풀의 수치 해석 모델이 제시되었다.