• Title, Summary, Keyword: 레이저 용접

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원자력 발전소 증기발생기 전열관 광섬유전송 레이저 용접광학계 설계 및 분석

  • 김광석;이승훈;김철중
    • Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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    • pp.967-972
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    • 1995
  • 원자력발전소 증기발생기 전열관의 레이저 용접을 위하여 광섬유 전송 레이저 용접광학계를 설계하고 분석하고 실제 레이저 용접에 활용코자 하였다. 이를 위해서 ㎾급 고출력 Nd:YAG 레이저의 출력변수에 맞춘 광성유 선정 및 sleeve 면에서의 용접 power density와 초점깊이를 고려한 광학계통 설계를 수행하였다. 레이저 출력변수가 150 mm.mrad이며 800$\mu\textrm{m}$의 광섬유를 사용하는 경우, 3회에 걸친 coupling으로도 광섬유 출사부의 F# 를 2.48 정도로 하는 것이 가능하며 이때 +- 0.5mm 정도의 초점깊이를 얻을 수 있었다.

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Development of Weld Monitoring System in Aluminum Laser Welding for Car Body Application (자동차 차체 적용을 위한 알루미늄 레이저 용접에서 용접부 모니터링 시스템 개발)

  • Park, Young-Whan
    • Proceedings of the KWS Conference
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    • pp.111-111
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    • 2009
  • 전 세계적으로 환경 보호의 차원에서 자동차 업체는 자동차의 연비 향상을 위한 차체의 경량화가 큰 이슈로 대두되고 있다. 이를 위해 알루미늄과 같은 경량화 소재를 이용하여 차체 조립에 투입하고자 연구 중에 있다. 이와 같은 레이저 용접 공정이 현장에 적용되기 위해서는 용접부의 품질을 실시간으로 모니터링하고 품질을 판단하여야 생산성을 극대화 할 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 알루미늄 AA5182 알루미늄 판재의 용가 와이어를 이용한 레이저 용접에서 용접부를 모니터링 할 수 있는 시스템을 구축하였다. 이를 위하여 레이저는 4kW급 Nd:YAG 레이저를 사용하였고, 차체용 알루미늄 판재 AA5182 1.4t를 AA5356 와이어를 이용하여 용접을 수행하였다. 모니터링 센서로는 반응 범위가 190 mn~680 nm인 센서를 이용하였고, 용접 중 센서로부터 발생된 출력전류를, 신호 증폭기와 DAQ 보드를 통해 초당 10,000 samples/sec로 계측하였다. 다양한 용접조건을 이용하여 실험을 수행하였고 이를 정량적으로 분석하였다. 계측된 신호와 용접 품질은 비선형적 관계를 가지고 있으므로 본 연구에서는 용접 품질을 예측하는 방법으로 퍼지 패턴인식 알고리즘을 이용하는 방법과 계측 신호를 이용한 인장강도 예측모델을 이용하여 병렬로 품질평가를 할 수 있는 알고리즘을 구현하였다. 이를 위하여 계측된 신호와 용접 품질과의 관계를 이용하여 퍼지 규칙 베이스 정의하였고, 신경회로망 모델을 이용하여 인장강도 예측모델을 제시하였다. 또한 품질 평가 알고리즘을 기반으로 레이저 용접부의 품질평가가 가능한 GUI 프로그램을 구현하였다.

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Numerical analysis of the effect of laser induced vaporization on the arc plasma (하이브리드 용접에서 레이저에 의한 금속 증기가 아크 플라즈마에 미치는 영향에 관한 해석)

  • 조영태;나석주
    • Proceedings of the KWS Conference
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    • pp.27-29
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    • 2003
  • 최근 레이저와 아크를 동시에 사용하여 용접 속도와 품질을 향상시킬 수 있는 하이브리드 용접 기술이 개발되어 활발히 연구가 진행되고 있다. 레이저와 아크를 동시에 사용하게 되면 각각의 열원이 서로 영향을 주어 새로운 용접 열원으로서 동작하게 되는데 특히 레이저에 의해서 발생하는 모재의 금속 증기는 아크 플라즈마의 안정화를 가져오는 것으로 알려져 있다. 또한 금속 증기 속의 이온과 전자가 아크 플라즈마의 음극점을 형성하는데 도움을 줌으로써 플라즈마의 국부적인 온도 상승을 가져오게 된다. 본 연구에서는 effective electrical potential 개념을 도입하여 이러한 현상을 해석하였고 용접 조건에 따른 플라즈마의 거동 변화를 시뮬레이션 하였다.

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증기발생기 전열관 슬리브 레이저 보수용접을 위한 레이저 전송 광섬유 감시장치

  • 백성훈;정진만;김민석;박승규;김철중
    • Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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    • pp.549-554
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    • 1997
  • 원자력발전소 중기발생기 전열관 sleeve의 레이저 보수용접은 원자로 외부의 레이저 광원을 sleeve 내부의 용접 head까지 광섬유로 수백 미터를 전송하여 수행된다. 전열관 레이저용접은 용접 중의 레이저출력, 레이저 전송 광학계의 파손여부, 광학계의 정렬상태 등을 정확히 감시하여 수행하여야 하지만, 작업공간의 협소함과 방사능 구역이라는 어려움 때문에 실시간 감시가 쉽지 않다. 본 연구에서는 광섬유 전송 광학계와 지시용 레이저를 이용하여, 광섬유의 끝단에서 반사된 레이저 빔을 이용하여 광섬유 상태를 실시간 감시할 수 있음을 실험적으로 확인하였다. 실험은 core 직경 800um 의 step index 레이저 전송용 광섬유를 사용하였으며, 광섬유 끝단에 물등의 불순물이 있을 경우와 광섬유가 파손되었을 경우의 감시결과를 얻어, 광섬유 광학계의 실시간 감시가 가능함을 보였다.

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Non-Destructive Testing using Ultrasonic for Laser-Arc Hybrid Welding (레이저-아크 하이브리드 용접부의 초음파 비파괴 검사 연구)

  • Heo, Jeong-Heon
    • Proceedings of the KIEE Conference
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    • pp.72-73
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    • 2008
  • 최근 자동차 제조업과 조선산업 등에서는 용접구조물의 정밀 용접분야에 레이저-아크 하이브리드(Laser-Arc Hybrid) 용접기술 개발이 활발히 진행되고 있다. 이는 고속용접, 고밀도, 저열입량 등의 특징을 갖는 레이저 빔 용접과 저가, 넓은 GaP 연결능력 등의 특징을 갖는 기존의 아크 용접법의 장점을 결합하여, 양산시간을 단축하고, 생산비를 절감하며, 품질을 향상시키는데 목적이 있다. 이와 더불어 레이저-아크 하이브리드 용접부에 대한 검사 평가 기술에 대한 수요가 증가하고 있으며, 특히 박판(Thin Plate) 용접부의 비파피 검사 기술이 요구되고 있다. 본 논문에서는 자동차용 차체 모듈 생산 공정에서의 레이저-아크 하이브리드 용접부에 대한 초음파 비파괴 검사를 수행하였다.

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A study on the reliability of 2.25Cr-lMo steel welds for various welding processes (용접 공정에 따른 2.25Cr-lMo 강 용접이음부의 신뢰성에 관한 연구)

  • ;;;Rajesh S.R.
    • Proceedings of the KWS Conference
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    • pp.220-222
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    • 2004
  • 최근 기술 발달에 따른 레이저 용접장비의 고출력화로 후판 용접이 가능해짐에 따라 레이저 용접의 산업적용이 확대되어지고 있다. 레이저 용접은 또 다른 고밀도 고에너지 용접법인 전자빔 용접과는 달리 대기 중 작업이 가능하며, 정밀한 용접과 더불어 재질열화를 최소화 할수 있는 등의 장점을 가지고 있다. (중략)

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Investigation on the Effect of Laser Peening Variables on Welding Residual Stress Mitigation Using Dynamic Finite Element Analysis (동적 유한요소 해석을 통한 용접 잔류응력 이완에 미치는 레이저 피닝 변수의 영향 고찰)

  • Kim, Jong-Sung
    • Proceedings of the KWS Conference
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    • pp.84-92
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    • 2010
  • 현재 가동 중인 몇몇 가압 경수로 원전 안전 1등급 설비의 이종금속 용접부는 일차수응력부식균열(PWSCC : Primary Stress Corrosion Cracking) 발생의 세가지 조건(민감 재질, 부식 환경, 인장응력)을 동시에 충족하고 있다. 즉, 이종금속 용접부는 PWSCC에 민감한 재질인 Alloy 600 계열 합금으로 제작 또는 용접되어 있으며 고온 수화학 부식 환경 하에 놓여있다. 아울러 오스테나이트 스테인리스 강의 예민화 예방을 위한 용접 후열처리 미실시로 높은 인장 용접 잔류응력이 작용하고 있다. 이러한 이종금속 용접부의 특성상 PWSCC가 발생할 잠재성이 있을 뿐만 아니라 국내외적으로 Alloy 600 계열 합금으로 제작 및 용접된 가압 경수로 원전 안전 1등급 설비의 이종금속 용접부에 실제 PWSCC가 발생된 사례들이 다수 보고되고 있다. 운전 환경 및 재질 변화 없이 PWSCC 발생을 예방하기 위해서는 인장 잔류응력을 이완시켜 낮은 인장 또는 압축 응력화하여야 한다. 이러한 인장 잔류응력 이완방법들로는 PWOL(Pre-emptive Weld Overlay), 레이저 피닝(Laser Peening), MSIP(Mechanical Stress Improvement Process), 워터 제트 피닝(Water Jet Peening), IHSI(Induction Heating Stress Improvement) 방법들이 있는데 공정 시간이 짧고 열 에너지 원이 필요 없으며 전체적인 소성 변형을 야기시키지 않는 레이저 피닝을 본 연구의 대상 방법으로 한다. 본 연구에서는 동적 유한요소 해석을 통해 용접 잔류응력을 이완시키는 레이저 피닝의 효과를 검증하고 용접 잔류응력에 미치는 레이저 피닝 변수의 영향을 고찰하고자 한다. 내부 보수용접이 수행된 경수로 원전 가압기 노즐 이종금속 용접부에 레이저 피닝을 적용한 경우에 대해 상용 유한요소 해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 동적 유한요소해석을 수행한 결과, 고온 수화학 일차수와 접하는 Alloy 600 계열 합금 내면에서의 인장 잔류응력이 상당히 이완됨을 확인하였다. 또한, 최대충격 압력이 증가할수록, 충격압력 지속시간이 증가할수록, 레이저 스팟 직경이 증가할수록 내표면 인장 잔류응력 이완 정도는 감소하나 이완되는 영역의 깊이는 증가함을 알 수 있다. 또한, 레이저 피닝 방향이 잔류응력 이완에 미치는 영향은 미미함을 알 수 있다.

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