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CO2용접과 SMAW 정리

REPORTSMAW & CO2용접수강과목 :담당교수 :학 과 :학 번 :이 름 :제출일자 : 년 월 일용접의 정의용접이란 2개 혹은 그 이상의 물체나 재료를 용융 또는 반용융 상태로 하여 접합하거나, 상온 상태에서 부재를 접촉시키고 압력을 가하여 접촉면을 밀착시키면서 접합하는 금속적이음과 두 물체 사이에 용가재를 첨가하여 간접적으로 접합시키는 작업을 말한다.2. 용접의 종류1) 융접접합부에 용융금속을 생성 혹은 공급하여 용접하는 방법아크용접비소모전극, 소모전극가스용접산소수소용접, 산소아세틸렌용접, 공기아세틸렌용접테르밋용접용융테르밋용접, 가압테르밋용접2) 압접국부적으로 모재가 용융하지만 가압력이 필요한 용접법가열식압접, 단접, 전기저항용접비가열식확산용접, 초음파용접, 마찰용접, 폭압용접, 냉간압접3) 납땜땜납이 녹아 접합면 사이 표면장력의 흡인력이 작용되어 접합시키는 용접법연납경납가스토오치납땜, 노대납땜, 유도납땜, 저항납땜, 침지납땜, 진동납땜3. 용접의 장단점장점① 용접구조물은 강도가 높으며, 재료의 중량을 절약할 수 있다.② 이음의 형상을 자유롭게 선택할 수 있으며, 구조를 간단하게 하고 재료의 두께에 제한이 없다.③ 기밀과 수밀성이 우수하다.④ 주물에 비해 신뢰도가 높으며, 이음의 효율을 100% 정도로 높일 수 있다.⑤ 적은 수의 제품이더라도 그 제작에 있어 능률적이다.⑥ 용접 준비와 용접 작업이 간단하며, 작업의 자동화가 용이하다.단점① 용접부가 단시간에 금속적 변화를 받아 변질하여 취성의 악영향을 일으킨다.② 용접부에 내부응력이 생겨 균열 등의 위험이 발생한다.③ 용접구조물은 모두 한 덩어리로 되어 있으므로 균열 발생시 전체에 영향을 미친다.④ 용접공의 기술에 의해 결함부의 강도가 결정된다.⑤ 결함이 발생하기 쉬우므로 철저한 검사가 필요하다.⑥ 저온 취성파괴의 위험성이 높다.4. 용접 자세1) 아래보기자세모재를 수평으로 놓고 용접봉을 아래로 향하여 용접하는 자세이며, 용접선을 수평면에서 15°까지 경사시킬 수 있다.2) 수평자세모재의 용접면이 수평면에 대하여 80~150°, 210~280°의 회전을 할 수 있으며, 15°이하의 경사를 가지고 용접선이 수평이 되게 하는 용접자세이다.3) 수직자세수직면에서는 15°이하의 경사를 갖는 면에 용접을 하며, 용접선을 수직 혹은 수직면에 대하여 15°이하의 경사를 가지고 수직면 앞쪽에서 용접하는 자세이다.4) 위보기자세용접봉을 모재의 아래쪽에 대고 모재의 아래쪽에서 용접하는 자세이다.5. SMAW(Shielded metal arc welding, 피복아크용접)현재 여러 가지 용접법 중에서 가장 많이 사용되는 용접법이다. 원리는 피복제를 바른 용접봉과 모재 사이에 발생하는 아크의 열을 이용하여 모재의 일부와 용접봉을 녹여서 용접하는 방법이다. 용접봉을 살펴보면 모재의 동일 또는 유사한 성질의 심선(core wire)의 외부에 피복제가 씌워져 있다.1) 피복제의 역할① 아크 안정② 가스 발생 : 중성 또는 환원성 가스를 발생하여 아크를 대기로부터 차단하여 보호라는 작용을 한다.③ 슬래크 생성: 용융점이 낮은 슬래그를 만들어 용융부의 금속표면을 덮어서 산화나 질화를 방지하고 냉각을 천천히 하여 탈산작용을 돕는다.④ 탈산작용: 용융금속중의 산소와 결합하여 산소의 유해한 영향을 줄인다.⑤ 합금 첨가: 용착금속의 성질을 개선하기 위해 Mn, Si, Ni, Mo, Cr 등을 첨가하기도 한다.2) 피복아크용접의 종류① GTAW (Gas tungsten arc welding, TIG)용접토치에 텅스텐 전극을 끼우고, 용가재를 용해시키면서 용접하는 방법으로 전류의 종류에 따라 용접부에 큰 영향을 끼친다. 텅스텐 전극봉은 순 텅스텐봉과 1~2%의 토륨이 포함된 것 토륨-텅스텐 전극봉이 있다.GTAW는 용접봉에 피복제가 없으므로 외부에서 별도의 차폐가스를 공급하면서 용접을 하는데 아르곤가스를 주로 사용한다.② FCAW (Flux Cored arc welding)일반적인 SMAW와는 달리 피복재가 심선의 중앙에 있는 것이다. 즉 피복재가 심선을 감싸는 SMAW와는 달리 심선이 피복재를 감싸고 있다고 생각하면 쉽게 이해가 될 것이다. FCAW 는 용접봉이 자동으로 공급되며, 외부에서 Co2 가스를 공급하여 용접부를 보호한다.③ GMAW (Gas metal arc welding, MIG)피복재가 없는 심선을 용접봉으로 사용하고 외부에서 Ar, He, Co2 과 같은 불활성 가스를 공급하여 용접한다. FCAW 와 유사점이 매우 많으나 용접봉자체에 flux 가 없다는 큰 차이점이 있고, 이 때문에 용접비드가 다소 거칠고, spatter 가 많이 발생하는 단점이 있다.④ SAW (Submerged arc welding, 잠호용접)Flux를 외부에서 공급하며 용접불꽃이 Flux에 덮여 있어 Spatter는 없고, 용접 속도가 빠르고 일정한 품질의 유지가 가능하여 자동용접으로 사용된다. Flux 알갱이는 물론 건조가 중요하며, Flux의 조성에 따라 용접부의 미세한 성질이 변화하기 때문에 용접봉과 Flux의 조합이 PQ-test 때 반드시 확인되어야 한다.6. CO2용접CO2 아크 용접은 강재의 용접에 있어서 현재 가장 많이 보급되고 있는 탄산가스 반자동 아크 용접으로 Si(규소), Mn(망간)등의 탈산성분을 함유시킨 솔리드 와이어를 자동송급하여 탄산가스등의 분위기 속에서 아크 용접을 행하는 것입니다.코일 상태로 감긴 와이어(용접봉)는 송급 모터에 의해 보내져 작업자의 손까지 토치 케이블을 통하여 안내되어 토치 끝에서 팁에 의해 통전되어 아크를 발생시킵니다.이때, 아크나 용융금속이 공기 중의 산소나 질소 등의 악영향을 받지 않도록 노즐에서 탄산가스(CO2)를 방류하여 용접부를 공기로 부터 차단시킵니다.보호가스로는 값이 저렴한 CO2를 많이 사용합니다. 이때 아르곤가스를 사용하면 비경제적일뿐 아니라 용착금속에 기공이 생기기 쉽습니다.그러나, 필요한 경우에는 아르곤가스와 CO2를 혼합하여 사용하기도 합니다.1) CO2 아크 용접의 원리와 특징CO2 용접법에서는 아크지점을 공기로 부터 차단시켜 용접을 하기 위하여 탄산가스를 방류해 가스보호를 시킵니다. 이때 CO2는 아크의 높은 열에 의하여 다음과 같이 탄산가스와 산소로 해리됩니다.CO2 ======= CO + O ...........(1)해리된 CO + O 는 대체적으로 강한 산화성을 띄고 있고 이 분위기 속에 용융강이 존재하면 (2)식과 같은 반응을 일으킵니다.Fe + O ====== FeO (산화철) .....(2)(2)식에서 생긴 Feo 의 일부는 용융강 중의 탄소와 화합하여 (3)식에 나타난 바와 같이 CO(일산화탄소)를 발생시킵니다.FeO +C ======= Fe + CO ↑ .......,(3)이 때문에 용융강이 응고할 때에 CO의 일부가 기포로 되어서 용착강중에 남아 기공이나 PIT(움푹 들어감)로 됩니다.FeO(산화철)이나 CO(일산화탄소)가 남아서는 양호한 용접결과를 얻기는 어렵습니다그래서 FeO를 Fe로 환원시키기 위하여 CO를 제거할 필요가 있으므로 와이어에 탈산원소를 포함시키게 됩니다. 즉, 산소와의 융화력이 강한 Si(규소)나 Mn(망간)이 와이어에 함유되어 있습니다. 이 Si나 Mn이 Feo에 작용하여2FeO + Si → 2Fe + SiO22FeO + Mn → 2Fe + MnO2 로 되어FeO는 탈산 정련되어 건전한 용착강으로 환원됩니다. 이때 작용한 Si나 Mn등의 산화물은 비중차에 의하여 슬래그로 되어 비드 표면에 부상합니다. 따라서 용융강중의 FeO는 거의 없어지고 CO가스는 생기지 않아 대단히 치밀하고 건전한 용접부가 얻어집니다.7. 용접방법(운봉법)1) 아래보기 직선 비드그림과 같이 용접봉을 용접 진행 방향으로 70∼80°(진행각)로 경사시키고 좌우에 대해서는 모재에 90°(작업각)되게 하며, 아크의 길이는 용접봉의 지름을 기준으로 한다. 그러나, 실제로 용접은 피복제가 두껍게 부착되어 있으므로 용접봉을 경사시킬 때에는 봉 끝을 모재에 가볍게 접촉시키는 기분으로 하는 것이 좋다.

공학/기술| 2015.05.02| 9페이지| 1,000원| 조회(1,266)

용접, co2, SMAW, co2용접, SMAW용접

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17장 전자측정 연습 결과보고서

일반물리학실험 결과보고서전자측정 연습학과 :학번 :이름 :공동실험자 :담당교수 :담당조교 :실험날짜 :2012년 9월 10일제출날짜 :2012년 9월 17일1. 실험방법[실험1]직류전압 측정(1) MODE는 [CH1]으로 선택, AC-GND-DC스위치는 [GND] 선택, VOLTS/DIV스위치는 [1V]에 놓는다.(2) 입력선의 감쇠비를 확인하여 CH1입력단자에 연결하고 오실로스코프 전원을 켠후, 수직POSITION손잡이를 돌려 파형이 화면 중앙에 오도록 설정한다.(3) 직류 전원공급기의 채널한곳의 전류/전압조정손잡이를 최솟값으로 놓는다.(4) 직류 전원공급기의 전압조정손잡이를 [0.5V]가 되게 하고 정전류표시등이 켜진다면 정전압표시등이 켜질때까지 전류조정손잡이를 올린다.(5) 직류 전원공급기 출력선을 연결하고 이 선을 오실로스코프 입력선과 연결한다.(6) AC-GND-DC 스위치를 [DC]에 놓고 화면을 확인하고 VOLTS/DIV, 수직칸수를 기록하고 전압도 계산하여 기록한다.(7) 멀티미터 MODE를 직류(bar{CDOTS })에 놓고 로터리스위치를 돌려서 측정범위(RANGE)를 [4V]에 놓는다.(8) 멀티미터 입력선을 직류 전원공급기 출력선에 연결하여 전압을 측정하고 측정값표에 기록한다.(9) 직류 전원공급기의 전원을 0.5V씩 증가시켜가면서 위 과정을 반복하여 측정값을 기록한다.[실험2] 교류전압 측정(1) MODE는 [CH1]으로 선택, AC-GND-DC스위치는 [GND] 선택, VOLTS/DIV스위치는 [1V]에 TIME/DIV는 [5ms]에 놓는다.(수평1칸이 5ms가 된다.)(2) 입력선의 감쇠비를 확인하여 CH1입력단자에 연결하고 오실로스코프 전원을 켠후, 수직POSITION손잡이를 돌려 파형이 화면 중앙에 오도록 설정한다.(3) 함수발생기 출력단자(50 OMEGA )에 출력선을 연결한다. AMPLITUDE, OFFSET, SYMMETRY, SWEEP 손잡이는 눌러놓는다.(4) 진폭조절손잡이(AMPLITUDE)를 최솟값으로 놓은후 파형선택단추(FUNCTION)은 사인형파, 주파수범위선택단추(RANGE)는 100에 주파수다이얼은 1.0에 놓고 전원을 켠다.(주파수=주파수범위선택단추TIMES 주파수다이얼=100Hz)(5) 함수발생기 출력선을 오실로스코프 입력선에 연결하고 AC-GND-DC스위치를 [AC]로 선택한다.(6) 수평POSITION손잡이를 돌려서 사인파의 값이 0이 되는점이 원점에 오도록한다.(7)V _{AC}, TIME/DIV, 한 주기 수평칸수, 진동수를 표에 기록한다.(8) 멀티미터 MODE를 교류(SIM )에 놓고 로터리스위치를 돌려서 측정범위(RANGE)를 40V에 놓고 입력선을 함수발생기 출력선에 접촉하여V _{ AC}를 구하고, 로터리스위치를 진동수에 놓고 진동수를 측정한다.(10) 함수발생기의 진동수와 진폭을 바꾸면서 위 과정을 똑같이 반복하여 측정값을 기록한다.2. 측정값[실험1] 직류전압 측정직류전원공급기오실로스코프멀티미터오차V _{DC}(V)VOLTS/DIV(V)수직칸수(칸)V _{DC}(V)RANGE(V)V _{DC}(V)V _{DC}(V)10.52141.0020.002111400.980.021.50.531.541.5080.00811.51.5401.480.0220.54242.0160.016122401.990.01[실험2] 교류전압 측정함수발생기오실로스코프멀티미터오차진동수(Hz)V _{M}(V)V _{AC}(V)TIME/DIV(ms)한 주기의수평칸수(칸)진동수(Hz)진동수(Hz)V _{AC}(V)진동수(Hz)V _{AC}(V)오실로스코프멀티미터1001.00.70751.98101.01100.10.681.010.10.0271002.01.41424.95101.0198.61.41.011.40.0142001.00.70722.45204.08194.80.684.085.20.0272002.01.41414.9204.08194.71.384.085.30.03410001.00.7070.51.91052.6310040.6852.6340.02710002.01.4140.24.81041.6610041.3841.6640.0343. 실험결과[실험1]에서 오실로스코프와 멀티미터를 이용하여 직류전압을 측정하였다. 오실로스코프에서는 수평하는 직선이 표시되었다. 전압과 VOLTS/DIV값에 맞게 딱 떨어지는 수직칸수가 나와 정확한 전압이 측정되었다. 하지만 멀티미터의 전압측정시에는 오실로스코프에서의 전압값과 평균 0.01V의 오차가 발생했지만 미세한 오차로 보인다.[실험2]에서는 함수발생기에서 사인형태의 파형을 출력하여 오실로스코프에서도 사인파형이 나타났다. 오실로스코프에서의 전압은 교류전압의 실효값V _{DC} =V _{M} / sqrt {2}를 이용해 구하고, 진동수는 주기의 역수이기 때문에 진동수를 증가시킬 때마다 수평칸수가 줄어들어 측정을 편리하게 하기 위해 TIME/DIV는 한 주기의 수평칸수가 정수로 떨어지도록 실험별로 적절하게 설정했다. 하지만 실제 측정시에는 칸에 조금 못미치도록 파형이 나타났다. 주기는 한 주기의 수평칸수에 TIME/DIV를 곱한 값과 같다. 측정한 주기를 이용하여 진동수를 계산했다. 수평칸수에서 오차가 발생하여 진동수에서도 평균 17.41Hz 오차가 발생했다. 멀티미터에서 측정한 진동수와 전압도 오차가 평균 3.33Hz, 0.03V 발생했다.4. 결과에 대한 논의이론적으론 [실험1]에서 오실로스코프의 전압과 멀티미터에서의 전압 값이 같아야하고, [실험2]에서는 함수발생기 진동수는 오실로스코프, 멀티미터의 진동수와 같고 전압 역시 같아야 한다.이 실험에서 오차가 발생하는 원인은 환경적 요인, 외부적인 요인보다 측정 장비의 불완전성에서 비롯되는 계기오차가 크다고 볼 수 있고, 측정을 위한 선과 장비에서의 저항의 영향도 있을 것이다.오실로스코프에서 직류전압 측정시 눈으로 보기에는 파형이 정확히 선에 걸친 것처럼 보이지만 실제로 수평/수직칸수의 선에 정확하게 걸쳐있는지 알 수 없다. 그리고 직류전원공급기의 전압표시화면이 소숫점 3자리부터는 표시되지 않아 입력전압의 정확한 크기를 알 수 없기에 발생할 수도 있다. 함수발생기도 마찬가지로 진폭조절손잡이와 주파수다이얼을 정확하게 맞추기가 어렵기 때문에 오차가 발생한다.5. 질문 및 토의오실로스코프의 몇 가지 중요한 역할은 다음과 같다. 아래의 항목을 측정할 수 있는 방법을 간단히 기술하라.(1) 전압계로 이용된다.오실로스코프의 수직축은 전압을 나타내는 눈금으로 VOLTS/DIV의 값이 수직축 1칸의 전압의 세기가 된다. GND상태에서 그래프의 원점을 맞춘 후 DC상태에서 직류전압을 입력하면 일정한 값으로 일정한 전압을 측정할 수 있고, AC상태에서 전류전압을 입력할때는 사인파형의 함수로 최대 진폭을 이용해 실효값을 구할 수 있다.(2) 시간에 따른 전압의 변화를 그린다.수직축과 마찬가지로 수평축은 시간을 나타내는데, TIME/DIV의 값이 수평축 1칸의 시간이 된다. 수평축과 수직축을 통해서 시간에 따른 전압의 변화를 오실로스코프를 통해 시각적으로 관찰할 수 있는 것이다.(3) 전압 대 전류, 전압 대 전압을 나타낼 수 있다.

공학/기술| 2014.09.03| 5페이지| 1,000원| 조회(193)

결과보고서, 일반물리학실험, 일반물리학실험2, 전자측정 연습

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17장 전자측정 연습 예비보고서

일반물리학실험 예비보고서전자측정 연습학과 :학번 :이름 :공동실험자 :담당교수 :담당조교 :제출날짜 :2012년 9월 10일1. 실험목적기본적인 전자 측정장비인 오실로스코프, 함수발생기, 직류 전원공급기, 디지털 멀티미터의 활용용도와 사용방법을 숙지한다.사용법을 익히고 눈으로 확인할수 없는 직류전압과 교류전압이 어떠한 파형을 나타내는지 오실로스코프로 측정하여 확인해본다.2. 실험원리(1) 직류전압 측정직류전압은 [그림1]과 같은 형태로 시간에 따라 일정한 전압을 나타낸다. 오실로스코프에서 직류전압의 크기를 읽어내려면 원점에서의 수직이동칸수와 VOLTS/DIV의 값과 입력선의 감쇠비 곱으로 구한다.(감쇠비가TIMES 1일 경우 그냥 읽으면 되지만TIMES 10이면 실제보다 입력신호를 10배 감소시키므로 10배를 곱해야 실제 전압이 된다.)V _{DC} =수직이동칸수TIMES VOLTS/DIVTIMES 입력선 감쇠비그림 1 직류전압 그림 2 교류전압(2) 교류전압 측정교류전압은 [그림2]와 같이 사인함수의 형태로 시간에 따라 전압의 크기가 계속 변하게 된다. 시간t의 순간의 전압의 크기는 순시값으로V(t)=V _{M} ``sin omega t가 된다. 각진동수omega 는f= {1} over {T}이므로2 pi f또는2 pi /T가 된다.교류전압의 크기를 측정할 때 평균값으로 계산한다면 사인함수 이기 때문에 주기T동안의 평균전압은 0이 돼서 크기를 나타내기에는 적절하지 않다.그래서 교류전압을 일정한 평균값으로 나타내는 방법인 실효값으로 구해야한다. 실효값은 시간에 대해 제곱평균근을 취하여 다음과 같이 나타낼수 있다.V _{AC} `= sqrt {{1} over {T} int _{t} ^{t+T} {V ^{2} dt}} = sqrt {{1} over {T} int _{t} ^{t+T} {V _{M} ^{2} sin ^{2} omega tdt}} = {V _{M}} over {sqrt {2}}3. 실험 기구 및 재료(1) 오실로스코프 : 시간이나 또 다른 전압신호의 함수로 영상장치를 통하여 눈으로 볼수 있도록 하는 장치(2) 함수발생기 : 교류전원을 이용하여 원하는 전압과 진동수의 교류전원을 출력시키는 장치(3) 직류 전원공급기 : 교류전원을 이용하여 직류전원을 발생시키는 장치(4) 디지털 멀티미터 : 직류와 교류의 전압, 전류, 저항을 기본적으로 측정할 수 있는 계측기4. 실험방법실험1 - 직류전압 측정(1) MODE는 CH1으로 선택, AC-GND-DC스위치는 GND 선택, VOLTS/DIV스위치는 1V에 놓는다.(2) 입력선의 감쇠비를 확인하여 CH1입력단자에 연결하고 오실로스코프 전원을 켠후, 수직POSITION손잡이를 돌려 파형이 화면 중앙에 오도록 설정한다.(3) 직류 전원공급기의 채널 한곳의 전류/전압조정손잡이를 최솟값으로 놓는다.(4) 직류 전원공급기의 전압조정손잡이를 0.5V가 되게 하고 정전류표시등이 켜진다면 정전압표시등이 켜질때까지 전류조정손잡이를 올린다.(5) 직류 전원공급기 출력선을 연결하고 이 선을 오실로스코프 입력선에 연결한다.(6) AC-GND-DC 스위치를 DC에 놓고 화면을 확인하고 VOLTS/DIV, 수직칸수를 기록하고 전압도 계산하여 기록한다.(7) 멀티미터 MODE를 직류(bar{CDOTS })에 놓고 로터리스위치를 돌려서 측정범위(RANGE)를 4V에 놓는다.(최대 4V까지 측정 가능)(8) 멀티미터 입력선을 직류 전원공급기 출력선에 연결하여 전압을 측정하고 측정값표에 기록한다.(9) 직류 전원공급기의 전원을 0.5V씩 증가시켜가면서 위 과정을 반복하여 측정값을 기록한다.실험2 - 교류전압 측정(1) MODE는 CH1으로 선택, AC-GND-DC스위치는 GND 선택, VOLTS/DIV스위치는 1V에 TIME/DIV는 5ms에 놓는다.(수평1칸이 5ms가 된다.)(2) 입력선의 감쇠비를 확인하여 CH1입력단자에 연결하고 오실로스코프 전원을 켠후, 수직POSITION손잡이를 돌려 파형이 화면 중앙에 오도록 설정한다.(3) 함수발생기 출력단자(50 OMEGA )에 출력선을 연결한다. AMPLITUDE, OFFSET, SYMMETRY, SWEEP 손잡이는 눌러놓는다.(4) 진폭조절손잡이(AMPLITUDE)를 최솟값으로 놓은후 파형선택단추(FUNCTION)은 사인형파, 주파수범위선택단추(RANGE)는 100에 주파수다이얼은 1.0에 놓고 전원을 켠다.(주파수=주파수범위선택단추

공학/기술| 2014.09.03| 4페이지| 1,000원| 조회(156)

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금속재료 인장시험 예비레포트

Report인장시험 예비레포트수강과목 :담당교수 :담당조교 :학과 :학번 :이름 :제출일자 :인장시험 기본개념(1) 응력(Stress)어느 물체에 외력이 작용하면 그 물체의 내부에는 내력이 작용하여 외력과 힘의 평형을 취한다. 물체의 내부에 서로 힘이 작용하고 있는 상태를 응력을 받고 있는 상태라고 한다. 응력의 크기는 외력P를 단면적A로 나눈 값이다.sigma = {P} over {A}응력의 기호는sigma (시그마)로 쓰고, 단위는N/m ^{2}또는Pa(파스칼)을 사용하며, 파스칼을 작은 값이므로 실제로는 1KPa=10 ^{3} Pa=10 ^{3} N/m ^{2}, 1MPa=10 ^{6} Pa=10 ^{6} N/m ^{2}, 1GPa=10 ^{9} Pa=10 ^{9} N/m ^{2}을 주로 사용한다.(2) 응력의 종류(그림1) 압축응력(그림2) 인장응력(그림3) 전단응력(a) 수직응력(Normal Stress) : 재료의 축 방향으로 외력이 작용할 때 응력은 단면적에 분포되어 생기는데 이 단면의 단위면적에 대한 응력을 수직응력이라고 한다. 압축력이 작용시 압축응력, 인장력이 작용 시에는 인장응력이다. 기호는sigma (시그마)로 사용한다.(b) 전단응력(Shear Stress) : 물체에 서로 평행이고 반대 방향인 힘이 작용해, 어떤 면을 경계로 한쪽 부분과 다른 쪽 부분이 물체를 자르려는 전단력에 의해 생기를 응력이다. 기호는tau (타우)를 사용한다.(그림4) 물체의 변형(c) 지압응력(Bearing Stress) : 두 물체의 접촉면에서 발생하는 응력이다. 기호로는sigma _{b}를 사용하고 지압응력의 단면적은 접촉면적의 단면적이고, 볼트의 경우에는 볼트의 지름과 판의 두께를 곱한 값이다.(3) 변형률(Strain)하중에 의해 발생하는 응력으로 본래 물체의 길이와 변형량의 비이다. 길이가L이고 균일한 단면적A인 봉에 하중P를 가하면delta 만큼의 길이가 증가하게된다. 이때 변형량delta 를 원래 길이L로 나눈 값을 변형률이라고 하며epsilon (입실론)의 기호를 사용하고, 단위는 없으므로 300m, 250mu 와 같이 쓰고, 300밀리, 250마이크로로 읽는다.epsilon = {delta } over {L}응력-변형률 선도(S-S Curve)응력과 변형률의 관계를 나타내는 선도로서 재료의 특성을 알아내는데 중요한 자료가 된다. 선도를 얻기 위해서는 인장시험을 시행한다. 선도의 종류는 힘을 가해도 바로 파괴되지 않고 늘어난 후 특정한 힘 이상에서 파괴되는 성질이 있는 구리, 납 등 연성재료의 선도와, 늘어나지 않고 특정 하중에서 바로 파괴되는 성질의 유리, 세라믹 등 취성재료의 선도로 대표적으로 두 가지로 나눌 수 있다.(1) 응력-변형률 선도 기본개념(a) 훅의 법칙 : 탄성영역에서 응력과 변형률은 직선 관계식으로sigma =E`` epsilon 인 훅의 법칙이 성립한다.(b) 탄성한계(elastic limit) : 외력에 의해 변형된 물체가 외력이 사라진 후에 물체 본래의 형태로 되돌아 갈 수 있는 외력의 한계범위를 탄성한계(한도)라고 한다. 탄성한계에 의해 되돌아가는 변형을 탄성변형, 되돌아가지 않는 변형을 소성변형이다.(c) 비례한도(proportional limit) : 응력-변형률 선도가 비례관계를 유지하는 한계점의 응력(d) 극한강도(sigma _{U}) : 물체(재료)가 견딜 수 있는 최대의 응력(e) 항복점(yield point) : 탄성한계를 넘어서 원래의 형태로 되돌아 갈수 없는 지점(f) 항복강도(sigma _{Y}) : 항복이 시작된 지점에서의 응력(g) 파단강도(sigma _{B}) : 물체가 파괴되어 파단이 일어날 때의 응력(h) 변형도 경화(strain hardning) 영역 : 항복이 끝난 후 하중을 증가시킬 때 변형이 일어나면서 응력이 극한강도까지 증가하는 영역(i) 네킹(necking) 영역 : 극한강도에 도달 후 물체의 단면적이 줄어들기 시작하면서, 응력이 감소하는 영역으로 극한강도부터 파단강도까지의 영역이다. 다른 부분에 비해 잘록해지는 현상을 말한다.(2) 연성재료 응력-변형률 선도(그림5) 강(steel)의 응력-변형률 선도1. 극한강도()2. 항복강도()3. 파단강도()4. 변형도 경화 영역5. 네킹 영역 (그림6) 알루미늄의 응력-변형률 선도1. 극한강도()2. 항복강도()3. 비례한도 응력4. 파단강도()5. 오프셋 변형도연성재료중 하나인 강(steel)은 그림5와 같이 외력을 가하면 작은 기간 동안은 응력이 변형률에 비례하게 증가한다. 탄성한계를 넘어서면 어떤 값부터는 응력이 거의 증가하지 않으며, 변형만 증가하는 항복현상이 일어난 후 최대의 하중이 걸리는 극한강도에 도달하고, 네킹현상이 일어나면서 응력이 떨어지다가 파괴된다.강(steel) 이외의 일반적인 연성재료는 그림6과 같이 비례한도까지 동일하게 비례하여 응력이 증가하는데, 항복점을 갖지 않는다. 이런 재료의 항복강도는 오프셋 방법을 사용하여 정하는데 선형구간의 기울기(탄성계수)와 동일한 기울기를 같은 직선을 어느 지점(보통 0.2%)을 지나게 할 때 선도와 만나는 지점의 응력을 항복강도로 정한다.(3) 취성재료 응력-변형률 선도취성재료도 작은 기간 동안에 응력이 변형률에 비례하게 증가하다가 곧바로 파단이 일어난다. 취성재료는 네킹현상이 일어나지 않기 때문에 파단이 일어난 두 조각을 원래 물체와 같은 모양으로 접합할 수 있다. 항복이 일어나지 않고, 변형도 경화도 갖지 않기 때문에 파단강도(sigma _{B})와 극한강도(sigma _{U})는 같다.(그림7) 취성 재료의 응력-변형률 선도1. 극한강도()2. 파단강도()공칭변형률-진변형률 차이(그림8)A:공칭응력-공칭변형률 선도B:진응력-진형률 선도(a) 공칭응력(nominal stress) : 인장(압축)하중의 방향으로 작용하는 응력으로 평균응력이며, 시편에 작용하는 하중P를 시편의 초기 단면적A _{0}로 나눈 값이다.sigma _{n} =P/A _{0}(b) 공칭변형률(nominal strain) : 시편에 작용하는 하중P에 의해 변형된 길이delta 를 시편의 초기 길이인L _{0}로 나눈 값이다.epsilon _{n} = {delta } over {L _{0}} = {DELTA L} over {L _{0}} = {L-L _{0}} over {L _{0}}(c) 진응력(true stress) : 시편에 작용하는 하중P를 시편의 변형된 단면적A로 나눈 값이다.sigma _{t} =P/A _{0}(d) 진변형률 : 시편에 작용하는 하중P에 의해 변형된 길이delta 를 시편의 변형된 길이인L로 나눈 값이다.epsilon _{t} = {delta } over {L} = {DELTA L} over {L} = {L-L _{0}} over {L}(e) 공칭응력과 진응력의 관계A _{0} L _{0} =AL,A= {A _{0} L _{0}} over {L}epsilon _{t} = {L-L _{0}} over {L _{0}} = {L} over {L _{0}} -1{L} over {L _{0}} =1+ epsilon _{t}sigma _{t} = {P} over {A} = {P} over {( {A _{0} L _{0}} over {L} )} = {P} over {A _{0}} {L} over {L _{0}} = {P} over {A _{0}} (1+ epsilon _{t} )= sigma _{n} (1+ epsilon _{n} )THEREFORE sigma _{t} = sigma _{n} (1+ epsilon _{t} )공칭응력-변형률 곡선(A)은 시편의 초기 단면적(L_0)을 기준으로 하지만 시험 중 시편의 단면적(L)은 계속 변하기 때문에 금속의 변형특성을 나타내지 못한다. 실제로 금속은 파괴가 일어날 때까지 단면적이 감소하여 시편이 파괴할 때까지 응력은 계속적으로 증가해야한다. 공칭과 진변형률이 차이가 나도 엔지니어에게는 공칭응력과 공칭변형률을 선호하는 이유는 변형 전의 시편의 단면적과 최초길이가 손쉽게 활용할 수 있는 자료기 때문이다.실험장비(1) 만능재료시험기(Universal Testing Machine)(그림9) UTM (그림10) UTM인장시험기에는 기계식과 유압식이 있으며, 기계식에는 레버식, 나사봉식 등이 있으나 현재는 거의 사용되지 않고 있다. 시험하중을 나타내는 아날로그식 계기판이 있는 시험기와 컴퓨터를 부착시켜 시험용 프로그램으로 모든 자료를 처리하는 전자식 시험기가 있다. 최근에는 전자식 시험기를 통해 시험결과를 자동으로 분석하고 있다. 만능재료시험기는 만능이라는 이름에 걸맞게 인장시험 뿐 만 아니라 압축시험, 굽힘시험, 전단시험을 할 수 있는 장비이다.(2) 시(험)편(그림11) 4호 시험편-표점거리L=50mm-지름D=14mm-평행부 길이P=약 60mm-모서리 반경R= 15mm이상여러 규격이 있지만 한국공업규격인 KS규격인 KS B 0801에는 1호~14호의 시편이 있고 다시 A, B, C호로 분류된다. 우리나라 금속재료의 시험편으로 가장 많이 사용되는 규격으로 KS 4호가 있다.

공학/기술| 2013.06.19| 7페이지| 1,500원| 조회(261)

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복합재료 인장시험 예비레포트

Report복합재 인장시험예비레포트수강과목 :담당교수 :담당조교 :학과 :학번 :이름 :제출일자 :1. 복합재의 종류 및 구성(a) 복합재료(Composite Material)의 정의- 복합재료란 간단히 두 종류 이상의 소재를 복합화한 재료를 말하지만 개념적으로는 성질이 서로 다른 두 종류 이상의 소재를 복합화한 후에 물리적, 화학적으로 각각의 소재가 원래의 상을 유지하면서 원래의 소재보다 우수한 성능을 갖게 한 재료를 말한다. 철근콘크리트가 콘크리트와 철근을 이용한 대표적인 복합재료라고 할 수 있다.? 복합재료의 특징1) 비탄성율(E/ρ), 비강도(σ/ρ)가 매우 높다.2) 내열성이 좋다.3) 열전도, 열팽창성(thermal property)이 우수4) 계면에서의 접착이 좋다.5) 2차 가공이 용이하다.6) 피로강도가 좋다.7) 내마모성, 내식성이 우수8) 열팽창계수가 적다 (열변형이 적은 부품에 유리)9) 이방성 재료이다. (이방성 성질을 활용할 수 있다.) 어느 방향으로 기계적 성질이 좋게 할 것인가를 조절 가능하다.(b) 복합재료의 구성 및 종류? 복합재료의 종류강화재의 구조(fiber)입자강화 복합재료(particulate composite)섬유강화 복합재료(fibrous composite)3차원 직물 강화재섬유강화고분자 복합재료(FRP)단섬유 강화재1방향 적층 강화재강화하는 재료(matrix)고분자 복합재료(polymer matrix composite)금속 복합재료(metal matrix composite)세라믹 복합재료(ceramic matrix composite)(표1) 복합재의 종류복합재료는 강화재의 구조에 따라 섬유강화 복합재료(fibrous composite), 입자강화 복합재료(particulate composite)로 구분되고 강화하는 재료(matrix:기지재료)에 따라 고분자복합재료(polymer matrix composite), 금속복합재료(metal matrix composite), 세라믹복합재료(ceramic matrix composite)로 나누어진다.? 복합재료의 구성- 복합재료의 구성요소로는 강화재(reinforcement)와 기지재(matrix)로 구성되어있다.(그림1) 복합재료의 구성? 강화재(Reinforcement)- 재료의 강도, 강성을 보강하는 역할을 한다.- 종류섬유(Fiber)입자(Particle)＊길이가 긴 실린더형＊취성이 강한 기지재와 복합재료를 형성하면 균열발생을 억제할 수 있다.＊길이가 긴 부분이 없고 구형＊상대적으로 균열이 발생하기 쉽다.＊하중을 받아도 인장이 적어서 기지재의 소성변형을 막는다.(그림2) 섬유(그림3) 구상입자(그림4) 판상입자(그림6) 유리섬유1) 유리섬유 : 고온에 견디며, 불에 타지 않는다. 흡수성이 없고, 흡습성이 적다. 화학적 내구성이 있기 때문에 부식되지 않는다. 강도, 특히 인장강도가 강하다. 신장률이 적다. 전기 절연성이 크다. 내마모성이 적고, 부서지기 쉬우며 부러진다. 비중은 나일론의 2.2배, 무명의 1.7배이다. 매트로 만든 것은 단열?방음성이 좋다.(그림5) 탄소섬유2) 탄소섬유 : 탄소섬유는 흑연섬유로도 지칭되며, 탄소원자의 결정구조를 이용한 고강도 섬유로 현재 최신 복합재료에 주로 사용된다. 내열성, 내충격성이 뛰어나며 화학약품에 강하고 해충에 대한 저항성이 크다. 가열과정에서 산소, 수소, 질소 등의 분자가 빠져 나가 중량이 감소되므로 금속(알루미늄)보다 가볍고 반면에 금속(철)에 비해 탄성과 강도가 뛰어나다. X선 투과성이 좋다. 진동감쇠성이 우수, 내 피로성이 우수생체 적합성이 우수한 의료용 재료. 열, 전기, 전도도가 우수한 전도성 재료? 기지재(Matrix)- 강화재를 고정시키는 바인더 역할을 하고, 강화재 사이의 응력을 전달한다. 외부로부터 강화재를 보호한다.고분자 수지(Polymer)열경화성 수지(Thermosetting)에폭시, 폴리에스터, 비닐에스터, 페놀, 폴리이미드열가소성 수지(Thermoplastic)나일론, 열가소성 폴리에스터, 폴리아세탈금속(Metal)알루미늄, 타이타늄 합금, 마그네슘 합금, 스테인리스강(고온에서 사용)세라믹(Ceramic)산화 알루미늄, 탄소, 실리콘카바이드(표3) 기지재의 종류1) 고분자 복합재료 : 고분자란 분자량이 대단히 큰 화합물로, 무질서한 원자배열이 아닌 분자량이 작은 구조 단위의 반복으로 이루어져 있다. 섬유 강화재와 함께 복합재료를 구성하는 고분자 복합재료는 대부분 열경화성 수지로, 경량, 고강도, 고강성, 내식성, 일체 성형성, 설계 자유도 등의 특징이 있다.2) 금속 복합재료 : 금속 복합재료는 단일체의 금속이나 플라스틱 복합재료(PCM)에 비하여 뚜렷한 장점을 지닌다. 단일체 금속에 비하여 보다 높은 비강도 및 비강성을 가지며 또한 이들에서는 열팽창계수, 전기 및 열전도도 등과 같은 물리적 성질을 적절하게 설계할 수 있다. 이 밖에도 이들은 일반적으로 내마멸성도 좋고 내열성도 크다.3) 세라믹 복합재료 : 세라믹계 복합재료는 세라믹스 자체의 취성을 극복하기 위해 세라믹 재료에 고강도의 섬유(fiber),나 위스커(whisker), 혹은 작은 입자(particulate) 등을 강화재로 사용한 재료이다. 이와 같은 구조 세라믹스 물질은 금속이나 고분자 재료와 비교하여 내열성, 내마모성, 내식성이 우수하고, 비중이 낮으며, 고온에서도 높은 강도를 유지한다.2. 이방성과 등방성? 등방성(isotrope , 等方性)어느 물질의 성질과 분포가 방향에 의존하지 않는 것. 즉, 성질과 분포가 회전에 의해 변화하지 않을 때 등방성이라고 한다. 등방성은 모든 결정 방향에 대해 물리적 성질이 같다. 보통의 기체나 액체 및 비정질 고체는 등방성을 나타낸다.? 이방성(anisotropy, 異方性)물질의 물리적 성질이 그 방향에 의해 다른 것. 즉 물질에 있어서 공간적으로는 균일하지만 방향에 의해서는 균일하지 않은 물리적 성질을 말한다. 비등방성(非等方性)이라고도 한다. 등방성에 대비되는 용어이다. 유리의 경우, 보통의 상태에서는 등방성 물질로서 빛에 대해 복굴절을 나타내지 않지만, 한 방향으로 변형력을 가하면 이방성을 띠고 복굴절을 나타내게 된다. 이 경우 유리의 이방성은 일시적이지만 결정(結晶)은 언제나 이방성이다. 자계에 대한 자기(磁氣) 이방성, 초음파에 대한 탄성(彈性) 이방성 등이 있다. 복합재료의 경우 상하와 좌우의 물질적 특성이 다른 것들이 있으므로, 복합재료가 이방성이 있다고 할 수 있다.(그림6) 등방성과 이방성3. 복합재 적용현황(응용)재료의 효율적인 조합에 의해서 높은 무게비 강도 및 강성도뿐만 아니라, 여러 가지 우수한 재료특성을 가질 수 있는 복합재료는 그 특정을 효과적으로 활용함으로써 기존재료를 대체할 뿐만 아니라, 더 나아가 기술의 혁신에 상승적인 역할을 하고 있다.1) 항공? 민간항공기항공기의 기본 구조재로서 복합재료의 적용은 최초 3%정도에 불과했지만, 현재 급격히 증가하여 여객기 내부 천장통로, 화물선반, 세면대 등에서 사용되고 있다. 재료의 요건으로는 경량성, 고강도/고강성, 내피로성/내부식성이 중요시 되며, 최근에는 가격 및 제작기간에 대해서도 중요시 되고 있다.에폭시(epoxy), 폴리에스터(polyester) 등의 다양한 고분자 화합물에 탄소(carbon), 아라미드 섬유(aramid), 유리(glass), 보론(boron) 섬유 등을 사용특성에 맞게 함침시켜 만든 고분자 복합재료가 가장 많이 항공기의 주 구조물(primary structure)이나 2차 구조물(secondary structure)에 적용되고 있다.(그림7) 보잉 777기의 복합재료 구조물(그림8) Airbus 항공기의 복합재료 비율 현황? 전투기, 헬리콥터항공분야에서 복합재료의 적용은 첨단의 성능을 추구하는 군용기가 선두였다. Dougles사의 F-15전투기, AV-88형 공격기 등 많은 군용기에서 사용되고 있다. 전진날개로 하면 공기 역학적으로 우수한 면이 있다는 것을 알고 있지만, 금속으로는 불가능하다. 하지만 복합재료의 이방성을 잘 이용하여 양력을 주었을 때 비틀어내리는 상태를 만들어 내는 것이 가능하다. X-29A가 이방성을 잘 이용한 예라고 할수 있다.2) 우주우주구조물은 발사시의 극심한 가속도 조건, 궤도에서의 온도편차 및 고진공, 자외선, 산소원자 등의 가혹한 환경 조건들을 견뎌야 하는데, 탄소섬유 복합재료의 높은 비강도 및 강성도 특성을 발사비용을 줄있 수 있는 무게절감 효과를 가져올 수 있고, 열팽창계수에 대한 설계유연성 특성을 열변형에 대한 구조물의 치수 안정성효과를 볼 수 있다. 이러한 특성으로 현재 생산중이거나 계획중인 위성과 우주정거장의 구조물 재료의 대부분이 복합재료이며 탄소/에폭시 복합재료 판재와 알루미늄 허니컴 심재가 다량 쓰이고 있다.3) 선박GFRP(유리섬유강화플라스틱)은 파괴 직전까지 영구 변형은 매우 작고 아주 크게 변형시켜도 외력을 제거하면 원래의 형태로 복원하는 성질을 갖고 있다. 이 특성을 고속함정과 같이 파랑충격에 의해 매우 단시간에 커다란 외력을 받는 경우에, 적당하게 변형해서 충격을 흡수하며 외력을 제거하면서 다시 복원하므로 매우 적당하다. 그리하여 1972년 영국은 세게 최포로 GFRP제 소해정 Wilton을 진수시켰고, 80년에는 세계 최대의 Brecon을 완성했다.특히 레저 보트 제조업자들은 무게를 줄일수 있고 보다 우수한 강도를 가지며 연료 효율을 향상시킬 수 있고, 보트의 디자인을 다양하게 할 수 있는 복합재료에 대한 신뢰를 가지고 있다.

공학/기술| 2013.06.20| 8페이지| 1,500원| 조회(362)

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