KR20130131530A - 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 방법 및 그 장치 - Google Patents
최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 방법 및 그 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 용접모재의 루트 갭과 모재 두께에 따른 최소 응력집중계수를 가지는 동담금 장치의 형상을 시뮬레이션하는 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
본 발명의 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 방법은 이면비드 생성을 위한 용접용 동담금 장치의 형상을 시뮬레이션 하는 방법에 있어서, (a) 용접할 모재 사이의 거리인 용접부 루트 갭 및 용접 후 생성되며 모재의 두께인 이면비드 높이를 입력하는 단계; (b) 상기 입력된 복수 개의 용접부 루트 갭과 이면비드 높이에 따른 동담금 장치 샘플을 FEM 해석하여 최소 응력집중계수를 가지는 기하하적 형상을 결정하는 단계; (c) 상기 결정된 형상 정보를 기반으로 데이터 베이스를 제작하는 단계; 및 (d) 상기 제작된 데이터 베이스에 따라서 응력집중계수가 최소가 되는 동담금 장치를 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 방법 및 그 장치에 의하면 용접부 루트갭과 이면비드 높이에 따른 최적의 동담금 장치의 형상 및 치수를 시뮬레이션 및 제작하여 최소의 응력집중계수를 가지는 이면비드를 형성할 수 있다.
본 발명의 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 방법은 이면비드 생성을 위한 용접용 동담금 장치의 형상을 시뮬레이션 하는 방법에 있어서, (a) 용접할 모재 사이의 거리인 용접부 루트 갭 및 용접 후 생성되며 모재의 두께인 이면비드 높이를 입력하는 단계; (b) 상기 입력된 복수 개의 용접부 루트 갭과 이면비드 높이에 따른 동담금 장치 샘플을 FEM 해석하여 최소 응력집중계수를 가지는 기하하적 형상을 결정하는 단계; (c) 상기 결정된 형상 정보를 기반으로 데이터 베이스를 제작하는 단계; 및 (d) 상기 제작된 데이터 베이스에 따라서 응력집중계수가 최소가 되는 동담금 장치를 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 방법 및 그 장치에 의하면 용접부 루트갭과 이면비드 높이에 따른 최적의 동담금 장치의 형상 및 치수를 시뮬레이션 및 제작하여 최소의 응력집중계수를 가지는 이면비드를 형성할 수 있다.
Description
본 발명은 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 용접모재의 루트 갭과 모재 두께에 따른 최소 응력집중계수를 가지는 동담금 장치의 형상 및 치수를 시뮬레이션하는 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
일반적으로 기존 동담금 장치는 저온 균열 민감도 및 피로 강도에 대한 고려없이 용락(burn through)없는 이면비드 생성에 초점이 맞추어져 있으며, 이로 인해 다양한 응력 집중 계수를 가진 이면 비드가 형성되고 있다.
최근까지 출원된 특허들도 저온 균열 민감도 및 피로 강도에 대한 고려 없이 용접 생산성 향상에 초점이 맞추어진 용접 기법에 관한 내용이 대부분이다.
한편, 기존 기술은 다양한 형태의 이면비드를 만드는데 특히 이면용접 토우(Toe) 부위에 다양한 반경이 만들어지게 되는데 이 부분의 응력집중 계수가 가능한 최소 응력집중 계수보다 항상 큰 값을 가지게 되는 상황이 지속적으로 발생하고 있다.
이로 인하여 도 1에 도시된 바와 같이, 지연 균열(Delayed crack) 및 피로 강도(Fatigue strength) 차원에서 문제점을 가지게 되는데 지연 균열이 발생하는 이유는 용접부 확산 수소, 경한 조직(Martensite), 구속도(잔류 응력)의 조합으로 인하여 발생하게 된다.
특히, 구속도는 용접부 기하학적 요인에 크게 영향을 받게 되며, 이는 이면비드 형상이 구속도에 큰 영향을 미친다는 것을 의미한다.
이면비드 토우 부위에 최소 응력집중계수가 형성되지 않기 때문에 구속도가 커지게되고, 지연 균열이 발생할 가능성이 높아지게 된다.
또한, 피로 파괴가 가장 쉽게 일어나는 부분은 용접 토우부라는 사실은 널리 알려져 있지만 토우 부위에 응력 집중이 발생할 수 밖에 없는 구조이기 때문에 응력 집중을 지배하는 것은 토우부의 기하학적 인자들이며, 최적의 응력 집중 계수가 형성되지 않기 때문에 피로 강도에서 손해를 보며 용접이 진행된다는 문제가 있다.
이러한 이면비드를 형성하는 용접기술이 대한민국 등록특허공보 제 0357723호(대입열 탄산가스 편면 용접용 세라믹 백킹재)에 개시된다.
상기 대입열 탄산가스 편면 용접용 세라믹 백킹재는 도 2에 도시된 바와 같이 O2 65∼95 중량 %, Al2O3 3∼20 중량 %, MgO 1∼10 중량 %, Na2O 나 K2O 중 어느 하나의 2∼5 중량 %를 주성분으로 하고 별도로 Fe2O3, TiO2, CaO 또는 BaO 중에서 선택된 1종 이나 2종 이상의 알카리 금속산화물 0.5∼5 중량 %를 함유하면서 기공율이 20∼45 %인 것으로 구성된 조성물을 혼합하여 가압, 성형 및 고온, 소성의 통상적인 방법으로 세라믹 백킹 모재를 얻은 후 그 세라믹 모재 상면에 0.05∼1.5 mm 두께의 통상의 유리섬유를 적층하고 모재의 저면에는 가스배출공이 형성된 알루미늄박을 밀착시켜서 기공율 20∼45 %이고 융점이 1500∼1800℃인 고융점의 세라믹 백킹재를 얻음을 특징으로한다.
여기서, 도면 부호 1은 세라믹 모재, 2는 알루미늄 테이프, 3은 유리 섬유, 4는 절단된 와이어, 5는 융제용 코드와이어, 6은 용접 모재이다.
그러나, 상술한 기술도 용접 부위에 응력 집중이 발생할 수 밖에 없는 구조로 이로 인한 지연 균열이 생긴다는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 최적의 동담금 장치의 형상 및 치수를 설계할 수 있는 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 방법 및 그 장치를 제공한다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 방법은 이면비드 생성을 위한 용접용 동담금 장치의 형상을 시뮬레이션 하는 방법에 있어서, (a) 용접할 모재 사이의 거리인 용접부 루트 갭 및 용접 후 생성되며 모재의 두께인 이면비드 높이를 입력하는 단계; (b) 상기 입력된 복수 개의 용접부 루트 갭과 이면비드 높이에 따른 동담금 장치 샘플을 FEM 해석하여 최소 응력집중계수를 가지는 기하하적 형상을 결정하는 단계; (c) 상기 결정된 형상 정보를 기반으로 데이터 베이스를 제작하는 단계; 및 (d) 상기 제작된 데이터 베이스에 따라서 응력집중계수가 최소가 되는 동담금 장치를 제작하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 (a)단계에서, 용접부 루트갭과 이면비드 높이가 결정된 후, 그에 대응한 동담금 장치의 폭과 깊이를 입력하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 (b)단계에서, 제어부는 상기 동담금 장치의 폭을 용접부 루트 갭의 1.5~2배 사이로 하며, 상기 동담금 장치의 깊이는 모재 두께의 1/2~1/4배 사이이다.
또한, 상기 (b)단계에서, 제어부는 복수 개의 용접부 루트 갭과 동담금 장치의 깊이에 따른 다양한 에지부 형상을 입력하여 응력집중계수가 최소가 되는 형상을 결정한다.
또한, 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 장치는 이면비드 생성을 위한 용접용 동담금 장치의 형상을 시뮬레이션 하는 장치에 있어서, 용접할 모재 사이의 거리인 용접부 루트 갭 및 용접 후 생성되며 모재의 두께인 이면비드 높이를 입력받는 저장부; 및
상기 입력된 복수 개의 용접부 루트 갭과 이면비드 높이에 따른 동담금 장치 샘플을 FEM 해석하여 최소 응력집중계수를 가지는 기하하적 형상을 결정하고, 상기 결정된 형상 정보를 기반으로 데이터 베이스를 제작하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 방법 및 그 장치에 의하면 용접부 루트갭과 이면비드 높이에 따른 최적의 동담금 장치의 형상 및 치수를 시뮬레이션 및 제작하여 최소의 응력집중계수를 가지는 이면비드를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 방법 및 장치에 의하면 최적의 동담금 장치 제작 전 FEM 시뮬레이션을 통한 결과치 예상 및 분석으로 제조과정에서 소요되는 동담금 장치 제조 코스트를 줄일 수 있다.
도 1은 종래에 따른 용접부에 루트 크랙이 발생 및 토우부가 피로 강도에 의해 파괴된 사진을 도시한 도면,
도 2는 종래에 따른 대입열 CO2 편면 용접용 세라믹 백킹재 취부 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 용접모재와 동담금 장치를 용접시킨 상태를 도시한 개념도,
도 4는 도 3에 따른 용접모재와 동담금 장치가 분리된 도면,
도 5는 본 발명에 따른 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 방법에 따른 동담금 장치의 다양한 에지부 형상을 입력하기 위한 샘플을 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 프로그램의 순서도,
도 7은 도 6에 따른 동담금 장치 시뮬레이션 프로그램에 의한 FEM 해석을 통한 최소 응력집중계수 형상을 도출하는 시뮬레이션 결과를 도시한 도면,
도 2는 종래에 따른 대입열 CO2 편면 용접용 세라믹 백킹재 취부 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 용접모재와 동담금 장치를 용접시킨 상태를 도시한 개념도,
도 4는 도 3에 따른 용접모재와 동담금 장치가 분리된 도면,
도 5는 본 발명에 따른 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 방법에 따른 동담금 장치의 다양한 에지부 형상을 입력하기 위한 샘플을 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 프로그램의 순서도,
도 7은 도 6에 따른 동담금 장치 시뮬레이션 프로그램에 의한 FEM 해석을 통한 최소 응력집중계수 형상을 도출하는 시뮬레이션 결과를 도시한 도면,
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 대해서 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 용접모재와 동담금 장치를 용접시킨 상태를 도시한 개념도이고, 도 4는 도 3에 따른 용접모재와 동담금 장치가 분리된 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 방법에 따른 동담금 장치의 다양한 에지부 형상을 입력하기 위한 샘플을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 프로그램의 순서도이고, 도 7은 도 6에 따른 동담금 장치 시뮬레이션 프로그램에 의한 FEM 해석을 통한 최소 응력집중계수 형상을 도출하는 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 소정의 두께(D1)를 가지는 용접모재(110a,110b) 끝에 소정 각도로 경사진 개선부(111a,111b)가 형성되며, 도 3에 도시된 바와 같이, 용접모재(110a,110b)와 동담금 장치(100)는 루트 갭(W1)을 통하여 용접된다.
이때, 용접 이면비드가 형성되는 가장자리 에지부(120a,120b)에 잔류응력이 크게 발생하여 용접부의 균열 또는 파괴가 발생할 수 있다.
잔류응력은 이면비드 기하학적인 요인(예를 들어서 형상)에 따라서 크게 영향을 받는데, 본 발명은 상기 잔류응력을 최소화하여 용접부의 균열 또는 파괴를 방지하기 위한 것으로서 동담금 장치의 폭(W)과 깊이(D)에 따른 최소의 잔류응력을 가지는 에지부(120a,120b)의 형상을 결정하는 것이다.
도 5는 상술한 에지부(120a,120b)의 형상을 결정하기 위해 입력되는 복수 개의 샘플(SPL#1, SPL#2 ---- SPL#N)을 도시한 것이다.
본 발명에 따라 최소 응력집중계수 형상을 도출하는 이면비드 생성을 위한 용접용 동담금 장치의 형상 및 치수를 시뮬레이션 하는 방법을 설명한다.
우선, 용접할 두 개의 모재(110a,110b) 사이의 거리인 용접부 루트 갭(W1)과 용접모재 또는 모재(110a,110b)의 두께(D1)인 이면비드 높이를 저장부(미도시)에 입력하며 제어부(미도시)는 시뮬레이션을 위하여 저장부에 저장된 데이터를 독출하여 제어부에 내장된 시뮬레이션 프로그램에 입력한다(S110).
여기서 본 발명의 시뮬레이션 장치는 제어부 및 저장부를 포함하는 컴퓨터 또는 서버로 구성되며 동담금 장치(100)의 최적의 에지부(120a,120b) 형상 및 치수(W,D)를 설계하기 위한 FEM 해석 시뮬레이션 프로그램을 내장한다.
또한 상기 컴퓨터는 동담금 장치의 형상을 시뮬레이션하기에 충분한 사양을 구비하며, 상기 용접부 루트 갭(W1)과 모재(110a,110b) 두께(D1)는 상기 컴퓨터와 연결된 자동 레이저 측정장치에 의해서 측정된다.
제어부는 도 7에 도시된 바와 같이, FEM(Finite element method)해석을 통하여 용접부에 형성된 에지부(120a,120b)의 3차원 공간좌표(X1,Y1,Z1)로 이루어진 형상에 (스트레스)힘을 가하고 그에 따른 용접강도를 색깔 및 수치로 표시한다(S120).
따라서, 복수 개의 샘플을 FEM 해석하여 최소 응력집중계수를 가지는 기하하적 형상을 결정할 수 있다(S120).
제어부는 도출된 최소 응력집중계수를 가지는 상기 샘플의 에지부(120a,120b) 컨투어(Contour)와 같은 기하학적인 형상 정보를 기반으로 그에 따른 동담금 장치(100)의 폭(W)과 깊이(D)를 포함한 데이터 베이스를 제작한다(S130).
제어부는 저장된 동담금 장치의 데이터 베이스를 외부의 동담금 장치 제작장비(미도시)에 전송하여 응력집중계수가 최소가 되는 최적의 형상 정보에 기초한 동담금 장치를 제작한다(S140).
여기서, 단계 S110에서, 제어부는 용접부 루트갭(W1)과 모재두께 또는 이면비드 높이(D)를 자동 레이저 측정장치로부터 입력받고 그에 대응한 동담금 장치의 폭과 깊이를 입력하는데, 상기 동담금 장치의 폭(W)을 용접부 루트 갭(W1)의 1.5~2배 사이에서 샘플링 입력하며 또한 상기 동담금 장치의 깊이(D)는 모재 두께(D1)의 1/2~1/4배 사이에서 샘플링 입력한다.
단계 120에서, 제어부는 복수 개의 용접부 루트 갭(W1) 또는 동담금 장치의 폭(W)과 동담금 장치(100)의 깊이(D)에 따른 다양한 에지부 형상(120a,120b)을 입력하여 응력집중계수가 최소가 되는 형상을 결정한다.
본 발명의 이면비드 생성을 위한 용접용 동담금 장치의 형상을 시뮬레이션 하는 장치는 외부와 통신이 가능한 컴퓨터 또는 서버이며, 상기 장치는 CPU를 포함한 제어부(미도시) 및 ROM 및 RAM을 포함한 저장부(미도시)를 포함하여 구성된다.
상기 저장부(미도시)는 용접할 두개의 모재(110a,110b) 사이의 거리인 용접부 루트 갭(W1) 및 용접 후 생성되며 모재의 두께인 이면비드 높이를 입력받는다.
상기 제어부(미도시)는 입력된 복수 개의 용접부 루트 갭(W1)과 이면비드 높이에 따른 동담금 장치 샘플을 FEM 해석하여 최소 응력집중계수를 가지는 기하하적 형상을 결정하고, 상기 결정된 형상 정보를 기반으로 데이터 베이스를 제작한다.
100 : 동담금 장치
110a,110b : 모재
120a,120b : 에지부
110a,110b : 모재
120a,120b : 에지부
Claims (5)
- 이면비드 생성을 위한 용접용 동담금 장치의 형상을 시뮬레이션 하는 방법에 있어서,
(a) 용접할 모재 사이의 거리인 용접부 루트 갭 및 용접 후 생성되며 모재의 두께인 이면비드 높이를 입력하는 단계;
(b) 상기 입력된 복수 개의 용접부 루트 갭과 이면비드 높이에 따른 동담금 장치 샘플을 FEM 해석하여 최소 응력집중계수를 가지는 기하하적 형상을 결정하는 단계;
(c) 상기 결정된 형상 정보를 기반으로 데이터 베이스를 제작하는 단계; 및
(d) 상기 제작된 데이터 베이스에 따라서 응력집중계수가 최소가 되는 동담금 장치를 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 최소 응력집중계수를 구현하는 동담금 장치 시뮬레이션 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 (a)단계에서, 용접부 루트갭과 이면비드 높이가 결정된 후, 그에 대응한 동담금 장치의 폭과 깊이를 입력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동담금 장치 시뮬레이션 방법.
- 제 2항에 있어서,
상기 (b)단계에서, 제어부는 상기 동담금 장치의 폭을 용접부 루트 갭의 1.5~2배 사이로 하며, 상기 동담금 장치의 깊이는 모재 두께의 1/2~1/4배 사이로 하는 것을 특징으로 하는 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 (b)단계에서, 제어부는 복수 개의 용접부 루트 갭과 동담금 장치의 깊이에 따른 다양한 에지부 형상을 입력하여 응력집중계수가 최소가 되는 형상을 결정하는 것을 특징으로 하는 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 방법
- 이면비드 생성을 위한 용접용 동담금 장치의 형상을 시뮬레이션 하는 장치에 있어서,
용접할 모재 사이의 거리인 용접부 루트 갭 및 용접 후 생성되며 모재의 두께인 이면비드 높이를 입력받는 저장부; 및
상기 입력된 복수 개의 용접부 루트 갭과 이면비드 높이에 따른 동담금 장치 샘플을 FEM 해석하여 최소 응력집중계수를 가지는 기하하적 형상을 결정하고, 상기 결정된 형상 정보를 기반으로 데이터 베이스를 제작하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 최소 응력집중계수를 구현하는 동담금 장치 시뮬레이션 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120055134A KR20130131530A (ko) | 2012-05-24 | 2012-05-24 | 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 방법 및 그 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020120055134A KR20130131530A (ko) | 2012-05-24 | 2012-05-24 | 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 방법 및 그 장치 |
Publications (1)
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Family
ID=49980611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020120055134A KR20130131530A (ko) | 2012-05-24 | 2012-05-24 | 최소 응력집중계수를 구현하기 위한 동담금 장치 시뮬레이션 방법 및 그 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| KR (1) | KR20130131530A (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109175759A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-01-11 | 程力专用汽车股份有限公司 | L型焊接接头及其生产方法 |
| CN110147645A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-08-20 | 燕山大学 | 薄壁铜管焊接生产过程中仿真模型验证、建立方法及应用 |
| CN112685934A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-20 | 深圳市信维通信股份有限公司 | 基于铜箔和基材厚度的fccl弯折疲劳应力的预测方法 |
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2012
- 2012-05-24 KR KR1020120055134A patent/KR20130131530A/ko not_active Application Discontinuation
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| CN112685934B (zh) * | 2020-12-24 | 2023-02-14 | 深圳市信维通信股份有限公司 | 基于铜箔和基材厚度的fccl弯折疲劳应力的预测方法 |
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