돌출부 성형과정을 고려한 용접변수들의 저항돌출부 용접성능에 대한 영향 분석
Effects of welding variables on weld-quality of resistance projection welding with stamping of projection considered
- 주제(키워드) 돌출저항용접 , 전기-열-응력 3중-해석 , 너깃 , 접촉저항 , 스탬핑 해석 , 잔류응력 , Resistance projection welding , coupled electrical-thermal-mechanical , analysis , Nugget , Contact resistance , Stamping analysis , Residual stress
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 이형일
- 발행년도 2015
- 학위수여년월 2015. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000056224
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
돌출용접공정은 점용접에서 변형된 형태로 재료 일부에 돌출부를 두어 전류를 집중시켜 재료를 접합시키는 공정이다. 깔끔한 외관, 정밀한 용접부 조절가능 등의 장점으로 차량, 선박제조 등에 널리 사용되고 있다. 이처럼 돌출용접공정에는 많은 이점들이 있으나 관련 연구는 일부로 제한되어 있다. 돌출용접 메커니즘과 용접변수들의 영향을 보다 잘 인지할 경우 접합재 재질과 치수에 따라 우수한 용접성능을 얻기 위한 용접변수를 보다 쉽게 선정할 수 있다. 본 연구에서는 전기-열-응력해석을 통해 스탬핑 공정이 접목된 돌출용접공정을 전산모사한다. 판재 돌출용접에 사용되는 돌출부는 스탬핑 공정을 통해 제작되므로 그 형상과 치수는 펀치와 다이에 의해 결정된다. 이처럼 스탬핑 공정으로 제작 된 돌출부 주변에는 잔류응력이 존재하며 이는 기 연구자들에게 간과되었던 사항이다. 잔류응력의 돌출용접에 대한 영향을 살피고자 Abaqus (2013) 로 스탬핑공정이 포함된 3차원 돌출용접모델을 구축한다. 이 모델로부터의 해를 스탬핑해석 이후 잔류응력이 제거된 돌출부로 얻은 용접해석해와 비교한다. 전기-열-응력장이 연계된 3중-해석을 수행해 돌출용접시 가압력과 열팽창에 의해 매 시간 변화하는 접촉면적과 전류밀도 등의 영향을 고려한다. 저항용접 3대요인인 전류, 가압력, 통전시간과 돌출부 높이를 주변수로 선정한다. 높이가 다른 세가지 용접모델을 구축하고 각 변수가 용접성능에 주는 영향을 분석한다. 본 연구에서는 접합부 성능예측을 위한 지표로 최대 온도와 너깃크기, 잔류응력을 제시했으며, 이는 인장-전단시험 등의 실험적 방법을 통해 검증된다.
more초록/요약
Resistance projection welding (RPW), which is a modified procedure of spot welding, is a process to join materials by passing the current through the projection placed on the part of material. RPW has been widely used in the automobile and vessel manufacturing process for neat appearance and fine adjustability of weld part. Despite this compelling usefulness of RPW, studies on the RPW process are limited in the literature. Better understanding of the process undergoing in RPW will help to select the welding parameters such as electrode force, welding current, welding time to get good weldment according to the material properties and dimensions. In this research, we use the fully coupled electrical-thermal-mechanical finite element (FE) analysis to characterize the resistance projection welding process combined with stamping process. The dimension and shape of projections in welding materials are determined by punch and die in stamping process. Prior studies on RPW ignored the results residual stress formed around projection in the stamping process. To check the effect of residual stress on RPW, three dimensional FE analysis of RPW combined with stamping process is established by using commercial FE code (Abaqus, 2013). The FE analysis results of RPW with residual stress around the projection are compared with those without residual stress. The effect of contact area and current density variation on RPW is also studied by conducting fully coupled electrical-thermal-mechanical FE analysis. This work elaborates on four representative welding parameters such as electrode force, welding current, welding time and projection height to characterize the RPW. The effect of each welding parameter on weldment quality is observed for three different projection heights. The maximum temperature, nugget size and residual stress on the section of faying surface are shown to be closely related to the weldment strength, which is validated by conducting experimental analysis of RPW and tensile test.
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