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연료 전지 실험

2. 사용 장비㉠ PEM-1000㉡ PLZ-4W Series- 전자 부하 장치 (DC) : 6 모델< 모델 설명 >PLZ-4Ｗ 시리즈는소형·다기능 전자 부하 장치입니다．정전 압·정전류·정전력·정저항의 동작 모드가 있으며, 인터페이스에 GPIB/RS-232C/USB가 표준으로 탑재 되어 있습니다．총 5종의 모델이 구비되어 있습니다．0Ｖ 입력 타입의 두 가지 전자부하장치 모델(PLZ164WA, PLZ664WA)은 현재 주목받고 있는 연료 전지(셀 스택)의 개발 및 DC/DC 변환기, SW 전원 등 낮은 동작 전압을 요구하는 시장의 요구에 부응하여 출시되었습니다. 특히 PLZ664ＷA는 0Ｖ 입력 시에도 동급 최강의 132Ａ의 전류 용량을 자랑합니다．(PLZ164WA의 전류 용량은 33Ａ)또한 SW 동작, 기동 시간의 고속화를 구현하여 자동차 전장품, SW 전원 기기, 2차 전지 등의 특성 시험, 수명 시험, 에이징 시 험의 유사 부하로 사용할 수 있습니다. 부스터(PLZ2004WB) 사용으로 대용량화가 용이해졌습니다.< 모델 특징 >- 동작 모드:정전류·저저항·정전압·정전력·정전류 + 정전압·정저항 + 정전압- 0V입력 시에도 전체 사양에 대응(PLZ164WA, PLZ664WA)- 스위칭 동작의 과도 전류는 Slew-rate(A/μs )로 설정 가능- 기동 시간:10μs(기동 시간 환산)의 고속 응답- 소프트 스타트 방식의 시간 설정 가능- GPIB/RS232C/USB 인터페이스 표준 장비- 각종 보호 회로 장착(과전압·과전류·과전력·과열·저전압·역연결)< 라인 업 >( 사각형 테두리 안의 장비가 실험에 사용된 장비입니다. )3. 실험 결과전류(A)전압(V)전력(W)04.48900.24.1470.820.43.9441.60.63.7792.30.83.6342.9413.5013.521.23.3774.081.43.2614.581.63.155.061.83.0455.522.9425.951.8059.02< 실험 측정값 >< 측정값 그래프 >4. 고 찰이론상 선형적인 그래프 값을 얻지만 실제 실험에서는 비선형적인 그래프 값을 얻었다. 연료전지를 높은 압력에서 동작시키면 출력이 증가하지만 전력이 필요하게 되므로 압축 장비로 인한 비용, 중량, 공간이 필요하게 된다. 부가장비의 설치에 대한 좋고 나쁨을 고려하기 위해 고압 운전의 비용과 이익에 대한 보다 정량적인 분석을 해야 한다. PEMFC를 고압으로 동작시킬 때 출력이 증가하는 것은 공기극의 활성화과전압이 감소한 결과이다. 압력의 증가는 교환전류밀도를 증가시키고 이는 외견상 개회로전압(OCV)을 상승시키는 효과(Nernst의 공식에 따라 OCV가 상승)가 있다. 이런한 이익들 외에 전류가 커지면 전압이 감소하는 효과가 있는 물질수송손실이 감소된다. 전압이 미치는 효과는 위의 그래프에서 보듯이 대부분의 전류값에 대해 전압이 일정한 값만큼 상승한다.

공학/기술| 2008.04.26| 4페이지| 1,500원| 조회(368)

연료전지, 연료, 전지, 원동기, 증기원동기

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정밀가공(가공의 종류와 설명)

1. 연마가공연마가공이란 단단한 연마입자를 절삭공구로 사용하여 공작물을 가공하는 공정들에 대한 총체적 명칭이고, 그 중 연삭가공은 연마입자를 고정하여 만든 연삭숫돌을 이용하여 공작물을 가공하는 공정을 말한다. 연마가공은 우리 인류가 활용했던 가공공정 중 가장 오래된 것 중의 하나이다. 우리는 역사에서 돌을 갈아서 도구로 사용했던 시대를 구석기시대라고 하는데, 돌을 가는 공정이 바로 연마공정인 것이다. 연삭공정은 현재 산업화된 국가에서 기계가공비용의 20~25%를 차지하고 있을 정도로 중요한 역할을 하고 있다. 연삭공정 없이 현재와 같은 문명사회의 발전은 불가능하다. 거의 모든 정밀제품들은 직접 또는 간접적으로 연삭공정과 연관되어 있다. 절삭가공에 사용되는 모든 공구들뿐만 아니라, 모든 기계제품에 들어가는 베어링 역시 연삭에 의하여 생산된다. 정밀전자제품 또한 예외가 아니어서 컴퓨터의 하드 디스크 드라이브 등은 연삭가공을 거치지 않고는 생산이 불가능하다. 연삭공정은 이제까지 표면거칠기와 치수정밀도를 향상시키는 마무리 공정으로 이해되어 왔다. 그러나 연삭공정은 마무리공정 외에도 주재료 제거공정으로도 널리 활용된다. 연삭공정은 또한 절삭가공방법으로는 가공이 불가능한 제품의 생산에 필연적으로 활용된다. 경도가 매우 높은 경화강의 가공이나 세라믹, 초경합금, 유리 등의 가공에는 연삭가공 외에 다른 대안이 없다.따라서, 연삭공정을 정확히 이해하고 활용하는 것은 대단히 중요하며 현장 생산책임자의 연삭공정에 대한 이해는 생산성 향상과 직결된다고 할 수 있다.2. 호닝가공호닝은 연마입자를 결합하여 만든 호닝스톤을 이용하여 저속으로 표면을 가공하는 공정을 말한다. 호닝기계는 원주상에 하나 또는 여러 개의 막대형 호닝스톤을 고정하여 공구로 사용한다. 호닝가공의 목적은 높은 재료제거율로 재료를 제거하는 목적으로 사용되는 경우도 있지만 일반적으로는 매우 낮은 재료제거율로 가공하면서 치수의 정밀화 및 좋은 표면을 얻는 것이다. 호닝작업에서는 호닝헤드에 회전운동과 왕복운동을 동시에 가함성(원통도오차, 직진도오차, 형상오차 등 교정)② 치수정밀도 확보④ 특정한 표면특성 확보(표면거칠기, 교차각, 평탄한 표면 확보 등)호닝은 원통 내면 가공시 전가공이나 열처리 그리고 공작물 고정 등의 잘못으로 발생할 수 있는 열가지의 형상오차를 교정할 수 있다.호닝은 일반적으로 원통내면가공에 널리 쓰이나 많은 외면가공에도 적용된다. 기어의 이빨이나 밸브종류들 그리고 베어링 레이스 등은 외면 호닝가공의 일반적인 예이다. 호닝가공으로 얻어지는 표면거칠기는 0.2~0.8 μmRa 정도이다.3. 슈퍼 피니싱 가공슈퍼 피니싱은 1935년 미국에서 발명된 가공법으로 미세한 숫돌입자를 강도가 낮은 결합제로 보호 유지한 숫돌을 공작물 표면에 압착하고 숫돌과 공작물의 접촉면에 적당한 점도를 가진 기름을 다량으로 주입하면서 숫돌 및 공작물에 소정의 운동을 가하여 금속 표면을 다듬질하는 가공법이다. 원통외면을 슈퍼 피니싱하는 상태를 나타냈는데,(그림 삽입) 공작물은 회전하고 숫돌은 공작물에 압착하여 공작물 축방향으로 진동을 시키면서 축방향으로 이송시킨다. 슈퍼 피니싱도 숫돌입자의 절삭날에 의해서 만들어진 그물모양의 가공흔적이 공작물 표면을 덮지만, 숫돌의 왕복운동 과정의 길이는 짧고 또한 운행중에 숫돌에 미치는 절삭저항의 작용방향이 크게 변화한다. 즉, 절삭운동은 다방향 운동이고 숫돌의 운동은 진동운동이다. 그러므로 숫돌의 절삭날의 자생작용이 크고 극히 단시간에 비교적 평활한 면을 만들 수 있다. 원통 외면 외에 원통 내면, 원뿔면, 평면, 곡면 등에서도 이 가공법을 실시할 수 있다.슈퍼 피니싱에 의해서 만든 금속 다듬질면은 매우 고와서 경면에 가깝고 치수정밀도도 뒤어나다. 그러므로 마찰부분에 사용할 때는 마찰계수가 감소하고 윤활성능이 향상된다. 그리고 저압, 저속도와 함께 다량의 가공액을 사용하여 가공을 실시하므로 가공에 의한 발열이 적어지고 금속 표면에 가공에 의한 변질을 받는 가공 변질층이 거의 없다. 따라서, 다듬질면은 내마모성이 크고 내식성이 있다. 또한 슈퍼 피니싱은 을 매끄럽게 하는 방법이다. 래핑은 가공액을 사용할 경우와 사용하지 않을 경우로 구분하여 습식법과 건식법으로 나누어진다. 래핑은 간단한 조작으로 정밀도가 높은 가공이 가능하여 표준자, 블록 게이지, 플러그 게이지, 틈새 게이지 등 각종 정밀가공에 사용되고 있다.공구가 되는 랩재료로는 주철이 많이 사용되지만 그 외에 납, 주석, 베빗 메탈 등도 경금속의 래핑에 사용된다. 랩제는 다이아몬드, 흑색 탄화규소, 갈색 알루미나, 산화크롬 등이 널리 사용되고 있다. 가공액으로는 석유가 일반적으로 사용되고 이것에 기계유, 식물유, 동물유를 첨가한다. 래핑속도는 30~240 m/min, 래핑압력은 0.1~1kg/cm2 정도이다.5. 초음파가공초음파가공은 상하방향으로 초음파진동을 하는 공구와 공작물 사이에 연마입자와 가공액을 넣고, 이 연마입자에 의해 공작물을 다듬질하는 것이다. 가공은 연마입자가 높은 가속도 하에서 공작물에 충돌하여 이루어진다. 이와 같은 초음파가공방법은 1930년대부터 실험되었으나 1950년경부터 주로 미국에서 실용화되기 시작하였고 이후 일본, 독일에서도 실용화하게 되었다. 초음파가공장치는 초음파발생장치에서 발생한 고주파전류를 자기진동자에 넣어 기계적인 상하방향의 진동으로 변환하여 이 진동자의 진동을 익스포넨셜 혼에 이해 진폭을 크게 하여 공구인 혼에 전하는 것이다. 자기진동자는 보통 니켈의 박판을 층상으로 겹쳐서 그림과 같이 자기적폐회로로 한 것이다. 익스포넨셜 혼은 진폭의 확대를 목적으로 하고 있으므로 축단면이 지수함수곡선을 이루고 있으며 연강, 황동, 모넬 메탈 등으로 만들어져 있다. 이 작용에 의해 진동자에서 10μm 이하의 진폭을 혼부에서는 40~50μm 정도로 증폭시킨다. 진동자부는 여러 손실에 의해 고열로 되므로 냉각수를 흐르게 하여 과열을 방지하고 있다. 진동자의 진동수는 20~30 kHz/s 정도가 많이 사용된다.연마입자로서는 알루미나, 탄화규소, 탄화붕소, 다이아몬드 등이 사용되며 그 입도는 공작물에 따라 다르지만 꽤 미세하고 #200~#에 따라 3개의 그룹으로 나누어 생각할 수 있다.첫째 그룹에는 유리, 세라믹스, 다이아몬드, 수정, 천연 및 인조 보석류, 페라이트, 실리콘, 게르마늄, 카본 등이 포함된다. 이들 재료는 소성변형을 일으킴이 없이 파괴되는 것으로 가장 효과적으로 초음파가공을 적용할 수 있는 재료이다.둘째 그룹에는 내열강, 경화강, 침탄강, 질화강, 초경합금 등이 속한다. 이들 재료를 초음파가공하면 숫돌입자의 충격에 의해 탄성변형과 동시에 마이크로 소성변형을 일으킨다. 소성변형의 비율이 커질수록 초음파가공 성능이 나빠진다.셋째 그룹은 납, 구리, 연강 등으로서 이들 재료에서는 숫돌입자의 에너지는 모두 재료표면의 마이크로 소성변형에 소비되고, 재료는 거의 파괴되지 않는다. 따라서, 실제의 초음파가공의 응용은 첫째 그룹과 둘째 그룹의 일부, 특히 초경합금에 한정된다.6. 방전가공방전가공은 공작물과 전극 사이에 방전을 발생시켜 재료를 미량씩 용해하며 제거하는 것으로 구멍뚫기, 3차원 가공, 절단 등의 작업을 한다. 초기의 방전가공에서는 방전의 반복빈도가 낮고, 가공속도가 느려서 전극소모가 큰 결점이 있었으므로 응용도 좁은 분야에 한정되어 있었다. 그 후, 가공속도나 전극 소모 등의 가공특성이 크게 개선되고, 응용범위도 현저하게 확대되어 현재로서는 특수가공법 중에서도 가장 널리 사용되는 가공법의 하나로, 1m를 넘는 큰 금형에서부터 수μm의 구멍이나 홈의 가공까지 넓은 범위에 이용되고 있다. 특히, 와이어 컷 방전가공기가 실용화되어 종래의 형조방전가공기와 병용하게 된 후로는 응용범위가 한층 더 확대되고 있다. 방전가공법은 방전현상을 전극과 공작물 사이에 개재시킴으로 공작물의 강도나 경도, 인성 등의 재료 특성에는 직접적으로 관계하지 않고 가공할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 방전가공에서는 어떠한 복잡한 형상이라도 전극 제작이 가능하다면 방전가공은 가능하다. 형조각 방전가공법은 이러한 장점을 최대한으로 이용한 방법이다. 그러나 형조각 방전가공법에도 결점이 있다. 즉, 전극의 형상정밀도를때문에 얇은 공작물, 취성 재질인 것, 극히 작은 구멍이나 슬릿 등과 같은 미세 형상의 가공에도 특히 유리하다.7. 레이저가공레이저는 고도로 집중된 고밀도 빛에너지를 의미한다. 레이저가공은 이러한 빛에너지를 이용하여 공작물을 국부적으로 가열, 용융, 증발시킴으로써 원하는 형태로 가공하거나 용접하는 등의 작업을 말한다. 레이저는 1960년 마이맨이 길이 45mm의 고체 루비를 사용해서 0.6943μm 파장의 펄스발진에 성공한 후, 루비 대신에 YAG 레이저 가공기가 개발되었다. 이것과는 별도로 기체를 사용해서 레이저를 발생시키는 것도 거의 동시에 시작되어 현재는 CO2 가스 레이저 발진기가 많이 실용되고 있다.< CO2 가스 레이저 > < YAG 레이저 >레이저광은 간섭성을 가지며, 단색성이 뛰어나고 순수색이며, 광선의 발산각이 작고 레이저를 사용해서 집광하면 극히 작은 점상의 스폿으로 되는 등의 특징이 있다. 레이저로써 집광할 경우 태양광과 비교가 되지 않는 106~108W/cm2 정도의 고에너지를 얻게 되며, 어떠한 고융점재료, 고경도재료도 즉시 녹이거나 증발시킨다. 이 특징을 그대로 응용하여 판재를 절단하거나 용접을 하기도 하고, 간단한 판의 절단에서부터 축제어의 입체절단까지 넓게 사용되고 있다. 금속의 열처리, 표면처리 등에 활용되기도 하고, 이밖에 마킹에도 응용되는가 하면, CNC 공작기계 로봇과의 결합 등으로 적용범위가 넓다.8. 플라즈마 가공기체를 수천 도의 고온으로 가열하면 가스원자는 원자핵과 전자로 유리디어 이온상태로 되며 도전성을 띠게 되는데 이와 같이 전리한 기체를 플라즈마라고 한다.플라즈마 제트가공은 아크방전 플라즈마를 대기 중에 제트모양으로 분출시켜 지속하고 이 때에 발생하는 고온, 고속의 에너지를 사용하여 재료의 절삭이나 절단등을 하는 가공법이다.플라즈마 가공은 텅스텐으로 만든 막대형 전극을 음극으로 중심에 작은 구멍이 있는 구리노즐을 양극으로 하여 전압을 가하여 아크방전을 발생시킨다. 이때 아크의 주위를 통해 노즐전극의 작은 구멍으로 있다.

공학/기술| 2008.02.29| 8페이지| 3,000원| 조회(4,500)

기계공작, 특수가공, 가공, 기계제작법, 정밀가공

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기계재료의 부식과 방지

1. 개요부식은 기계재료가 그 놓인 환경 성분과 반응해서 화합물로 변하여 소모됨으로써 제품의 성능이 저하하고, 결국에는 사용 조건에 설비나 장치가 견디지 못하게 되는 현상이다. 부식파손이 각종 환경설비의 안전성에 직접 영향을 미치는 점에서 더욱 중요성이 커지고 있다.2. 부식 사례(1) 일반 주택의 철제대문 부식산소와 수분(액체의 물)의 작용으로 일어나는 대기부식과 리벳, 볼트 및 너트의 간극부식으로 발생(2) 미끄럼틀의 계단, 철봉 및 농구대 부식산소와 수분(액체의 물)의 작용으로 일어나는 대기부식과 용접 및 리벳, 볼드?너트 간극부식으로 발생< 미끄럼틀 계단 >< 철 봉 >< 농 구 대 >(3) 자동차 엔진의 부식실린더 라이나 연소실의 산 부식, 냉각수 계통의 부식, 냉난방시스템의 부식 및 윤활계통에서 베어링의 부식-마멸, 볼드?너트 간극부식 등으로 발생< 자동차 엔진 >(4) 기타 부식< 육교의 볼드?너트 부식 > < 육교의 조명 판 부식 >< 조절관 >3. 부식 방지 대책(1) 간극부식의 방지? 용액중의 할로겐이온과 할로겐을 함유하는 음이온의 농도를 감소시키거나 가능하면 완 전히 제거한다.? 부동태를 전혀 만들지 않거나 강한 부동태를 만들도록 산화제를 완전히 제거하거나 강 한 산화제를 충분히 첨가한다.? 강한 부동태를 만들도록 Fe라면 Cr, Ni 등을 첨가한다.? 금속표면은 가능한 균일하게 하고, 고용화처리, 표면처리 등을 하면 좋다.? 용액의 유동과 교반 등으로 환경측을 가능하면 균일하게 하고, 금속표면의 부착물도 잘 제거한다. 가장 해로운 것은 할로겐이온의 국부적 농축과 통기의 불균일이다.? 부동태화제를 억제제로 사용하는 것도 유용하다. 스테인리스강에는 pH 증가도 유효하 다.? 음극방식법의 적용으로 전위를 공식전위 이하로 유지한다. 이것은 스테인리스강, Al등 에 유효하다.(2) 대기 부식대기부식의 영향인자로는 우수, 바람, 상대습도, 온도, 오염물질 및 일광 등이 있는데 이요소들을 억제하면 부식을 방지할수 있다.(3) 자동차의 부식 방지자동차의 부식방지 수단으로서 구조설계상의 배려, 강판의 부식방지를 위한 방청방법, 내식성 합금재료, 도장설계에서 전착도장 및 화성처리의 향상, 국부방식 처리방법 등을 예를 들수 있다. 대개 복합적 방식법이 적용 된다.

공학/기술| 2007.11.30| 4페이지| 1,500원| 조회(788)

기계재료, 부식, 환경설비, 기계재료의 부식과 방

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용접공학

24장. 강재의 노치취성24.1 강재의 취성파괴1.취성파괴의 특징1. 취성파괴의 특징 ① 파괴는 온도가 낮을수록 발생하기 쉽다. ② 파괴의 발생기점은 응력 및 변형이 집중하는 구조적 불연속부나 용접열에 의해 취화된 부 분일 경우가 많다 . ③ 파괴는 극히 낮은 응력에서 생기고, 강재의 항 복점 이하의 평균응력에서도 생긴다. ④ 취성균열의 전파속도는 2000[m/s]에 달하고, 그파면은 강판의 표면에 거의 직각이고 판두 께 감소는 거의 생기지 않는다.강재의 취성파면2.연성파괴와 취성파괴① 연성파면 소성변형을 한후 파단하는 경우 결정은 전단변형을 받아 가늘고 길게 늘어나고 미세화 되어 회색의 파면이 나타남. ② 취성파면 연신율이 적은 금속을 인장하면 슬립변형이 일어나기 힘들며 재료는 인장 방향에 거의 직각으로 취약하게 파단하기 쉽다.24.2 천이온도와 노치취성시험1. 천이온도어떤 온도를 경계로 재료의 인성이 급격히 변 화하는 것이 있다. 이것을 천이현상이라고 부르 고 노치가 붙은 시험편을 각온도에서 파괴하 면 어떤 온도를 경계로 하여 시편이 급격히 취 성화 하는 것을 알 수 있다. 이 온도를 천이온 도라고 한다.2. 노치 취성 시험※V-샤르피 시험 저온의 낮은값에서 고온의 높은값으로 급격히 변화하므로 이에 따라 파면은, 저온에서는 변형 이 적은 취성파면을 보이고, 고온에서는 변형이 심한 연성파면이 된다. 그 중간 온도에서는 취 성과 전단의 양 파면이 혼합하여 발생된다. 전단파면율 : 전파면 중에서 차지하는 전단파면의 면적%24.3 노치취성에 미치는 야금학적 제인자의 영향1. 화학적 성분과 압연1) 탈산방식 ① 탈산이 잘될수록 노치인성이 향상됨 ② 림드강 ⇒ 세미킬드강 ⇒ 킬드강 될 수록 천이온도 낮아짐 2) 세립화 탄소강에 소량의 Al, Ti, Zr, V ,Nb, La, Ce 등을 첨가하면 압연한 그재료에서는 세립강 으로 되어 노치인성 향상3) 열간압연 압연종료온도가 높거나 압연후 서냉되는 경우 페라이트 입도가 조대화되어 노치인 성이 저하, 페라이트(ferrite), 일명 지철이 라고도 하며, 강의 현미경 조직에 나타나 는 조직으로서 α철(910°이하에서 체심 입방격자 원자배열)이 녹아 있는 가장 순 철에 가까운 조직이다.① 그림24.4는 판두께 20mm의 고장력강 보기, 850~900°C에서 공랭(노멀라이징)의 경우 최 저천이온도, 즉 가장좋은 노치인성 나타냄 - 노멀라이징(불림) : 결정조직의 균일화, 가공재 료의 잔류응력 제거 ② 1000°C이상의 열처리 오도에서는 천이온도 높아짐 ③ 750°C의 열처리온도에 의해서도 천이온도저하 ④ 저합금강을 퀜칭, 템퍼링 또는 담금질 후 구 상화한 조직은, 압연상태에 비해 노치인성우수3.강판의 이방성과 편석① 불순물이나 편석이 섬유상으로 늘어나 있어서 강판은 당연히 이방성이다. ② 판의 압연방향(X), 가로방향(Y) 및 표면에 직각 방향(Z)의 3방향에 대한 항복점 차가 없지만, 인장강도 Z방향으로 더욱약함.4.냉간가공과 변형시효① 저탄소강 냉간가공 변형시효에 의하여 노치인 성 크게 낮아짐 ② 1%의 스트레인 가공에서도 천이온도상승 10% 가공에서는 천이온도 60°C나 상승되어 노치 인성 크게약화 ③ 칼드강보다 일반적으로 림드강이 스크레인 가 공에 의하여 극히 취약24.4 용접부의 노치취성1.용착금속① C 0.10%~0.15% Mn0.35%~0.65%의 페라 이트계 용접봉. 탄소량이 낮고, 노치인성이 모 재보다 우수. ② 용접봉의 용입불량, 언더컷, 균열 비드표면 의 ~등은 취성파괴의 원인이 됨2. 열 영향부① 용착강과 모재의 경계본드부는 융점까지가열 ⇒ 경도높고 충격치 낮으며 천이온도 높다 ② 연강의 아크용접에서는 900°C 부근까지 가 열된 부분 세립의 노멀라이징 조직으로 되어 천이온도가 가장낮음 ③ 400°C ~ 600°C에서 가장 취화 영역 ⇒ 용접 냉각중 변형시효와 담금질시효 때문3.용접부의 연성▶ 용접부의 연성 또는 노치인성 시험조건 모재, 용접봉, 용입조건, 예열, 후열, 시효등의 영향 을 받음24.5 노치취성 파괴의 방지와 주의1.취성파괴가 일어날 조건① 노치인성의 부족 ② 노치의 존재(응력집중) ③ 높은 인장응력2.취성파괴의 주의① 용접 및 리벳접합 구조물의 취성파괴는 체심입 방정계, 노치 및 저온이 주원인이 되므로 충격 하중은 취성파괴를 촉진시킨다. ② 노치 : 응력집중을 일으키는 구조상의 가하학 적 노치이거나 용접결함 외에도, 조직의 불연속에 의한 야금학적 노치도 포함한 다. ③ 용접구조물의 취성파괴를 예방하려면 : 설계, 재료 공작에 대해 리벳 구조물과는 다른 고려가 있어야 한다.④ 설계상 주의할 점은 : 구조상으로 노치인성을 높이고, 동시에 용접공작이 용이하도록 하며, 용접결함이 생기지 않는 설계나 용접용 재료를 사용하여야 한다. ⑤ 재료상 주의할 점 : 용접결함이 생기지 않도록 용접성이 좋은 강재를 선정함과 동시에, 노치인 성이 풍부한 강재를 사용하여야 한다.⑥ 공작상 주의할 점은 : 용접, 열간가공, 냉간가 공 및 절단을 하였을 때 구조물의 노치인 이 떨어지지 않게 주의하여야 한다. ⑦ 용접 구조물의 종류와 사용조건(온도와 하중) 및 응력제거 풀림 처리의 유무를고려해 서, 노 치인성이 충분한 강재를 선택하여야 한다.{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2007.11.25| 28페이지| 2,000원| 조회(766)

파괴, 특징, 취성, 용접공학, 노치

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용접공학(용착금속)

23장 용착금속과 결합23.1 용착금속과 가스1. 용착금속과 가스의 흡수- 용착금속은 고온이므로 극히 단 시간내에 다량 의 가스(산소,질소,수소 등)를 흡수하기 쉽다. 이 흡수된 가스는 유해한 화합물을 만들며 온도강 하와 더불어 요해도가 감소되기 때문에 용착금 속에 많은 악영향을 미친다. - 과포화된 가스 : 기공균열 및 취화의 원인- 가스 흡수량 용융금속 중에서의 가스압력의 제곱근에 정 비례로 증가 - 용해도 1기압의 가스압력의 제곱근에 정비례로 증가 1기압의 가스압력하에서는 온도의 증가에 정비례로 증가2. 산 소1) 산소의 용해량 산소는 고체인 철 속에서 대해서는 1000℃이하에 서는 최고 0.1%용해되는데, 다시 온도강하와 더 불어 용해도는 급속히 감소한다. 다른 용접은 물론 특히 아크용접시의 산소침입의 원인은 대기중의 산소, 피복제의 중의 산화물, 용 가재 및 모재이음의 습기 수분 등이다.아크용접시 용착급속내의 산소함유량0.0005% ~ 0.0020%킬드강0.1%림드강염기성 평로강0.15% ~ 0.3%나봉0.04% ~ 0.1%피복봉연강2) 탈 산 용접 시 용착금속에 산화철이 많이 있으면 강은 적영취성을 나타내고 기계적 성질이 나빠지므로 탈산제 (Al Si Mn--탈산 능력) 등을 피복 제 eh는 심선에 첨가하여 용해금속에 있는 산 소를 강제적으로 탈산시켜야 한다.3) 기 공 철소의 산소와 탄소량은 반비례관계이다. 이러한 기공의 원인은 CO가스에 의해서 일어난다. 용강중 O2의 흡수(K) = Pco / C,O or O / FeO C농도가 증가하면 O2는 급격히 감소한다. 1600도의 용철에는 O2가 0.3%, 실온에는 0.01% 로 용해되어 있고 비금속개재물을 형성한다. 일부는 C와 반응하여 Co가스을 형성 기공의 원인 이 된다.4) 영 향 강속의 산소는 일부분의 FeO로 인해 생겨나며 대부분은 산화물, 규산염 등의 불순물에서 나타 나고 있다. ① 연신율 및 충격치 감소 ② 적영취성의 원인 ③ 불순물로서의 탈산생성물이 용착금속의 주상 정(colummar)입계에 개재하여 용착금속이 취 약하게 됨3. 질 소1) 질소의 용해도 용융철의 질소 용해도는 불연속적으로 나타난다. ① 1기압하에서 감마철에는 2%이상의 고용 ② 알파철에는 590℃에서 약 0,1%의 고용 ③ 실온에서는 거의 없는 수준이다. (0.001%이하의 고용) 공기중의 질소가 아크용접시 침입하는데 이를 아 크실드를 이용하여 방지한다.아크용접시 용착금속내의 질소 함유량0.015%전로강0.005%염기성 평로강0.01% ~ 0.15%나봉0.01% ~ 0.03%피복봉연강2) 질 화 아크 용접시 고온에 의해 분자상 원소 (N2)가 해리하여 원자상 질소(N)가 되어 용융금속에 활 발히 작용한다. 용해된 질소는 응고중 거의 방출되지 않아 온도 가 하강하면서 과포화가 된 질소가 질화(Fe4N)(그 림23.4)로 석출되어 그림과 같이 침상조직을 나 타내며 이는 노치로 되어 강이 취약해진다.3) 영 향 ① 질소함량에 비례하여 인장강도는 증가 ② 연신율과 충격치가 낮아져 취약하다. ③ 시간의 경과, 가공등으로 인해 강을 시효경화 시킴 ④ 템퍼링 취성(temper brittleness), 청열취성 (blue shortness)의 주요 원인4. 수 소1) 수소의 용해량 수소는 원자상의 수소(H)로 되어 철 속에 고용이 된다. 응고 및 감마는 알파 병태시에 불연속적으 로 감소하며 철속의 산화철 양으로 제한되는 킬드 강의 경우가 림드강에 비해 용접에 적당하다. 그 러나 산소와 탄소의 량은 반비례이므로 킬드강은 수소를 다량으로 흡수하기 쉽다.강의 아크용접중에 수소는 대부분 대기중의 수분 (H2O)의 분해로 공급된다. 따라서 용접봉, 입상용제, 용접그루브의 건조와 청정작업으로 수분의 공급을 최소화 시키는 것이 좋다.2) 용착강의 수소 방출 온도를 높게 가열 할수록 수소의 양을 줄이는 시 간은 줄어들며 수소의 양 또한 감소한다. 3) 영향 ① 강을 취약하기 함 ② 용착금속내의 기공, 이상조직(은점,선상조직) 및 균열을 발생 ③ 모재 중에 비드밑균열(underbead cracking)을 발생23.2 용착금속의 응고현상1) 주상(columnar)으로 발달 2) 마지막에 응고한 용착금속의 중앙상부와 주상정의 틈새에 불순물이 모임 2. 열처리 조직 : 그림(23.9)에서 보는 바와 같이 다층용접에서는 앞층이 다음 cms의 용접열로재가열되기 때문에 주조조직(cast structure)나타 난다. ▶ 해결방안 : 용착금속의 두께를 3mm 정도로 하 면 앞층이 모두 미세화되므로 연실율과 충격값 이 크게 개선이 된다.23.3 용착금속의 결함1.용착금속의 균열1). 고온균열(300℃이상) 1.1) 유황균열 강 중의 황(S)아 층상으로 존재하는 유황밴드 (sulfur band)가 심한 모재를 서브머지드 아크 용접시 나타나는 균열 - 해결 : 와이어(wire)와 플럭스(flux)의 성질을 고려하여 저수소계 용접봉으로 수동용접1.2) 라미네이션 균열(laminstion crack) 모재의 결함의 일종으로 모재 내에 기포가 압연 되어 발생되는 유황 밴드와 같이 층상으로 편재 해 강재의 내부적 노치를 형성 해결 : 균열검출은 초음파 검사로 알아내며 수동 용접으로 저수소계 용접봉을 사용함1.3) 크레이터 균열(crater crack) 용접 비드의 종점 크레이터에서 보이는 고온균열 해결 : 아크를 일정하게 유지하며 후열을 가해 용착금속의 급냉을 방지고온균열의 특징 ① 용접 금속 내에서 종균열, 횡균열, 크레이터 균 열의 형태로 나타남 ② 발생시기는 대부분 응고 과정에서 일어나며, 응 고 후에도 진전됨 ③ 균열은 보토 결정입계를 통과함 ④ 균열이 용접부 표면까지 진전되면 공기와 산화 작용으로 구별이 어려움 ⑤ 비교적 대입열량의 용접에서 발생하기 쉬움2). 저온균열(300℃이하) 1.1) 루트균열(root crack) 맞대기 용접의 가접, 첫층용접의 루트 근방의 열 영향부에 발생하는 균열 원인 : 열영향부의 조직, 용접부에 함유된 수소량, 작용하는 응력으로 발생 - 해결방안 : 수소를 신속히 방산시키고, 용접봉 의 건조, 예열, 후열 등의 순서를 지켜 실행함2) 힐 균열(heel crack) 필릿(fillet)시 루트 부분에 발생하는 저온 균열 원인 : 모재의 수축팽창에 의한 뒤틀림 - 해결방안 : 수소량 감소와 탈산 용접 금속의 강도를 낮추간 입열을 적게 함3) 토우 균열(toe crack) 맞대기 이음, 필릿 이음 등의 경우에 비드 표면과 모재의 경계부에 발생 - 원인 : 언더컷에 의한 응력 집중 - 해결방안 : 언터컷 발생을 최소화 예열하거 나 강도가 낮은 용접봉 사용4) 라메라 티어 균열(lamella tear crack) T이음, 모서리 이음 등에서 강의 내부에 평행 하게 층상으로 발생되는 균열 - 원인 : 모재의 비금속 개재물에 의함 - 해결방안 : 예열, 수소량의 억제 부재의 회 전병형을 구속하거나 패스를 적게 하는 용접법을 선택(5) 비드 밑 균열(bead under crack) 비드 바로 밑에서 용접선에 아주 가까이 비드와 거 의 평행되게 모재 열영향부에 생기는 균열 - 원인 : 고탄소강이나 저합금강과 같은 재료의 조직 으로 인함 - 해결방안 : 마르텐사이트의 생성을 방지 저수소계 용접봉을 사용함저온균열의 특징 ① 용착금속의 확산성 수소가 관여됨 ② 균열은 결정입내를 횡절하는 수가 많음 ③ 균열 발생은 열양향에 의해 용접 금속에서 생김 ④ 저합금강의 비드 균열, 토우 균열, 루트 균열 등이 있음2. 기공▶ 밝은 내면을 가진 구상의 공공 종류 : 1mm ~ 0.01mm - 원인 : 응고와 더불어 용해도의 격감 때문 에 방출되는 수소기포가 포촉됨으로 인함 연강의 경우 C+FeO- -CO+Fe 의 반응에 의한 CO가스로 인함결점 : 착금속의 강도, 연신율 및 굽힘 연성 이 작음 응력집중을 이르켜 노치취성 을 이르킴, 부식하기가 쉬우며 기밀성 이 결핍함.3. 슬래그의 내포( slag inclusion)- 원인 : 앞층의 잔류슬래그가 그대로 남아 다음 용착금속내에 잔류, 용접조건이 나빠서 용착금속내에 슬래그가 혼 입 그림과 같이 나타남 23.15 - 결점 : 기계적 성질을 매우 해침, 내식성 저하시킴4. 은점(fish eye)▶용착금속의 인장 혹은 굽힘시험때에 파단면에 나타나는 원 또는 타원형의 은백색의 취약한 파면으로 이 중심에는 보통 작은 기공 슬래그의 혼입이 은점이다. - 원인 : 수소의 존재로 인함(부가설명 : )(용접 직후에는 생기지 않으나 시간경과 후 파단하면 수소의 집중이 생존재로 인함) - 결점 : 연신율을 감소5. 선상조직▶용착금속의 파면에 매우 미세한 주상정이 서릿발 모양으로 서 있고, 그 사이에 광학 현미경으로 보이는 정도의 비금속성 개재물이나 기공을 포함한 조직 - 원인 : 용착금속의 냉각속 SiO2, Al2O3,Cr2O3 등의 탄산생성물 및 수소의 존재6. 형상불량▶용입불량(poor penertration), 언더컷(under cut), 오버랩(over lap), 크레이터(crater), 비트파형(bead ripple)의 불균일, 치수불량 (improper weld size) - 원인 : 부적당한 용접기번 - 결점 : 응력집중을 일으키는 노치로 되므로 용접부의 기계적 성직을 악화7. 모재에 생기는 균열- 결과 : 여러 가지 결함을 수반하여 용접부 의 성능을 악화{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2007.11.25| 38페이지| 2,000원| 조회(764)

용접, 용접공학, 용착금속

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