• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.21 no.10
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• pp.379-385
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• 2020

This paper presents a design for preventing coolant leaks in the core part of a heater mounted in a combat vehicle. The heater is a device that makes heated coolant flow through the heater core in the crew room. A problem with coolant leaks in the heater core area during the operation of a combat vehicle was identified. This problem is caused mainly by high pressure at the junction of the tank and tube due to the vulnerability of this area. To solve this problem, an improved core was made by improving the welding method and changing the end region of the heater core to a structure that can withstand high pressure. When pressure was applied sequentially to the existing core and improved core, a leak occurred at 7.0 kgf/㎠ in the existing core while the improved core maintained its structure up to 17.0 kgf/㎠, highlighting the improvement. Finally, performance tests and environment tests were conducted to demonstrate the suitability of the improved structure. The improved heater will be applied to combat vehicles. This paper is expected to serve as a reference for improving defense capabilities by securing reliability as well as the design and analysis of failures of similar equipment.nse capabilities through securing reliability as well as the design and analysis of failures of similar equipment.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.18 no.12
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• pp.644-649
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• 2017

In the automobile industry, there is growing demand for lightweight vehicles due to environmental problems and rising oil prices. Therefore, aluminum alloys and special materials are being used to reduce the weight of vehicles, but there are still many difficulties to overcome in terms of cost and strength. Therefore, the application of advanced high strength steel (AHSS)is increasing. AHSS has good strength and formability.Safety regulations are becoming stricter, and 1.2-GPa super-high-strength steels are gradually being applied for the center pillar and roof rails. Thus, the application of different kinds of steels in automobile bodiesis also increasing gradually. This study evaluates the resistance point weldability and the characteristics of a welded part of SGAFC1180 1.2t steel. A simulation was used to observe the nugget formation and its growth behavior. The prediction performance showed a similar tendency within an error rate of 10%. Also, the effect of this behavior on the process resistance and dynamic resistance was investigated,along with the correlation between the shear tensile strength and nugget diameter.

• Journal of Conservation Science
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• v.33 no.3
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• pp.155-165
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• 2017

As interest in the public display of art and outdoor sculptures is increasing, the conservation and treatment of these sculptures is becoming increasingly crucial. Long-term exposure to the natural elements and atmospheric pollution can cause corrosion and deterioration in outdoor sculptures. In the case of Kim Chan Shik's "Feeling", which was exhibited in the outdoor sculpture park at the National Museum of Modern and Contemporary Art (MMCA), the patina of the sculpture was damaged during a long outdoor exhibition. Therefore, the treatment process was as follows: recording of condition, sanding, repatination, and wax coating. Consequently, the sculpture was restored similar to the original. Chemical analysis revealed that the sculpture was crafted from bronze and was cast from a quaternary alloy of Cu-Pb-Sn-Zn. The welding is lower in Zn, Sn, and Pb content than the metal used in the sculpture itself. Bright strains contain about 13.0 wt% Sn and 10.5 wt% Pb. The strains are higher in Sn and Pb content than the rest of the metal in the sculpture (7.0 wt% Sn and 4.4 wt% Pb). As a result of component analysis and microstructure observation, the material is estimated to have been made by casting without artificial treatment.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.5 no.3
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• pp.161-175
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• 1985

The simplified method drawing the S-N curves in welding joints of the cover plates, the transverse stiffners and the gusset plates of the plate girders by calculation and its computer program without the direct fatigue tests, was established. And the method was applied to the Young- Dong Great Bridge, the 3 th Han River Bridge and the Kang Chon Bridge. Before this, SS 41, SS 50, SWS 50 and SWS 58 were selected, then the compact tension specimens were made by the use of these materials, the things welded by these materials transversely and the ones longitudinally to the crack propagation direction. The fatigue tests were performed by the use of these 'specimens, and the values of material constants c and m were obtained. By these results the followings were obtained. It was showed that the fatigue: strength in the case of the cover plates was much lower than in the case of other two cases. It was showed that, in the case of the cover plates with the cover plates thicker the fatigue strength was lower, but besides this the fatigue strength was not much influenced by the size of specimens. It was showed that in the difference from this the fatigue strength was sensitively influenced by the values of c and m. It was showed that in accordance with the lower values of c and m the fatigue strength was fairly higher, in accordance with the lower values of m the gradient of the S-N curves was abrupter. It was considered that if such data were accumulated continuously, in the near future the basic pattern used availably in providing the indicater of the fatigue design of the plate girders, and presuming the life-proof of the existing plate girders.

• Journal of Korean Society of Steel Construction
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• v.20 no.6
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• pp.731-740
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• 2008

This paper deals with the fatigue behavior and strength of a new-type of steel-concrete composite bridge deck. The new-type composite bridge deck consists of corrugated steel plate, welded T-beams, stud-type shear connectors and reinforced concrete filler. A total of eight composite bridge deck specimens were fabricated, the fatigue tests were conducted under four-point bending test with three different stress ranges in constant amplitude. According to the test results, the fatigue crack generated at the welding part of the corrugated steel plate, progressed down to the bottom of the steel plate and encountered the crack, which came out from the opposite side at the same position. After the two cracks were connected at the bottom of the steel plate, the lower flange was cut off and the fatigue crack developed up to the T-beam. And the displacements and strains of fatigue test specimens were increasing with cyclic loading number, these were changed sharply at the fatigue failure. The fatigue results are compared with the design S-N curves specified in the Korea Highway Bridge Design Specifications and data in NCHRP 102 and NCHRP 147 report. The new-type composite bridge deck has a stress category of C, which means that new-type composite bridge deck can be designed by the current fatigue design specifications provided for steel members.

• Journal of Korean Society of Steel Construction
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• v.20 no.6
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• pp.817-827
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• 2008

The seismic performance of a column splice fabricated with PJP (partial joint penetration) welds for special moment frames was experimentally evaluated in this study. The steel materials that were used for the specimens included SHN490 and SN490 steel, or the newly developed structural steel for seismic application. Fabricating the column splice with PJP welds is highly attractive from the perspective of reducing the welding cost and the construction time. PJP welds in column splices are viewed apprehensively, however, because several tests have shown that PJP welds in thick members tend to become brittle under tensile loads. The column splices in this testing program were designed for the expected plastic moment of the column that current seismic codes typically require. The design strength of partial-penetration welded joints was determined according to the 2005 AISC-LRFD Specification. Three-point loading was applied monotonically, using a universal testing machine, such thatthe column splice joints were subjected to pure tension. The test results showed that the PJP welded splices, if designed properly, can develop a strength exceeding that of the actual plastic moment of the column. The specimen made of the SM490 rolled section, however, showed a brittle fracture at the splice soon after achieving the actual plastic moment of the column. The tensile coupon test results also showed that the material properties of SM490 steel are more unpredictable. Overall, although the test data are limited, the SHN490 and SN490 steel specimens showed a superior and reliable performance.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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• pp.72-72
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• 2009

전자부품의 내부접속 및 파워반도체의 다이본딩과 같은 1차실장에는 고온환경에서의 사용과 2차실장에서의 재용융방지를 위해 높은 액상선온도 및 고상선온도를 필요로 하여, Pb-5wt%Sn, Pb-2.5wt%Ag로 대표되는 납성분 85%이상의 고온솔더가 널리 사용되고 있다. 생태계와 인체에 대한 납의 유해성이 보고된 이래, 무연솔더에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔으나, Sn-Ag-Cu계로 대표되는 Sn계 합금으로 대체 중인 중온용 솔더와는 달리, 고온용 솔더에 대해서는 대체합금에 대한 연구가 미흡한 실정이다. 대체재의 부재로 인해 기존의 납을 다량함유한 솔더로 1차실장이 지속됨으로서, 2차실장의 무연화에도 불구하고 전자부품 및 기기의 재활용에 큰 어려움을 겪고 있다. 지금까지 고온용 무연솔더로서는 융점에 근거해 Au-(Sn, Ge, Si)계, Bi-Ag계, Zn-(Al, Sn)계의 극히 제한된 합금계만이 보고되어 왔다. Au계 솔더는 현재 플럭스를 사용하지 않는 광학, 디스플레이 분야 등 고부가가치 공정에 사용되고 있으나, 합금가격이 매우 비싸며 가공성이 나빠 대체재료로서는 적합하지 않다. Bi-Ag계 솔더 또한 취성합금으로 와이어 및 박판으로 가공하는데 어려움이 크며, 솔더로서 중요한 특성중 하나인 전기전도도 및 열전도도가 나쁜 편이다. 이에 비해, Zn계 합금은 비교적 낮은 합금가격, 적절한 가공성과 뛰어난 인장강도, 우수한 전기전도도 및 열전도도를 지녀, 고온용솔더 대체재료의 유력한 후보로 생각된다.이전 연구에서, 필자의 연구그룹은 Zn-Sn계 합금을 고온용 무연솔더로서 제안한 바 있다. Zn-Sn계 합금은 충분히 높은 융점과 함께, 금속간화합물이 없는 미세조직, 우수한 기계적 특성, 높은 전기전도도 및 열전도도 등의 장점을 나타내었다. 본 연구에서는 기초합금특성상 고온솔더로서 다양한 장점을 지닌 Zn-30wt%Sn합금을 고온용 솔더의 대표적인 적용의 하나인 다이본딩에 적용하여, 접합부의 강도 및 미세조직, 열피로 신뢰성에 대해 분석을 함으로서 실제 공정에의 적용가능성에 대해 검토하였다. Zn-30wt%Sn을 이용해 Au/TiN(Titanium nitride) 코팅한 Si다이를 AlN-DBC(aluminum nitride-direct bonded copper)기판에 접합한 결과, 양측에 완전히 젖은 기공이 없는 양호한 다이접합부를 얻었으며, 솔더내부에는 금속간화합물을 형성하지 않았다. Si다이와의 계면에는 TiN만이 존재하였으며, Cu와의 계면에는 Cu로부터 $Cu_5Zn_8,\;CuZn_5$의 반응층을 형성하였다. 온도사이클시험을 통한 열피로특성평가에서, Zn-30wt%Sn를 이용한 다이접합부는 1500사이클 지점에서 Cu와 Cu-Zn금속간화합물의 사이에서 피로균열이 형성되며, 접합강도가 크게 감소하였다. 열피로특성 향상을 위해 Cu표면에 TiN코팅을 하여 Zn-30wt%Sn 솔더로 다이접합한 결과, Si다이와 기판 양측에 TiN만으로 구성된 계면을 형성하였으며, TEM관찰을 통해 Zn-30wt%Sn과 극히 미세한 접합계면이 형성하고 있음을 확인하였다. Zn-wt%30Sn솔더와 TiN층의 병용으로 2000사이클까지 미세조직의 변화 및 강도저하가 없는 극히 안정된 고신뢰성의 다이접합부를 얻을 수가 있었다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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• pp.43-43
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• 2009

단련용 다결정 Ni기 초내열합금은 우수한 가공성, 내산화성, 고온특성 등으로 가스터빈 연소기, 디스크, 증기발생기 전열관 등 발전용 고온부품 소재에 널리 적용되고 있다. 최근 발전설비의 고효율화를 꾀하기 위해 작동 온도를 현격히 증가시키는 기술방향으로 발전하고 있고, 소재측면에서는 기존의 초내열합금 대비 고기능성을 확보할 수 있는 차세대 Ni기 초내열합금 개발이 유럽, 미국, 일본, 중국 등을 중심으로 활발히 이루어지고 있다. 이러한 소재의 고온강도 (온도수용성)를 향상시키기 위해서는 통상 규칙격자 금속간화합물인 $Ni_3(Al,Ti)-{\gamma}'$상의 분율을 증가시킬 수 있지만, ${\gamma}'$상분율이 증가할 경우 용접 및 후열처리 동안 용접열영향부 (HAZ)에서 액화균열이 발생할 가능성이 높아진다. 결정립계를 따라 발생하는 HAZ 액화균열은 입계특성에 의해 크게 영향을 받을 것으로 판단된다. 한편, 본 연구자들은 최근 입계 serration 현상을 단련용 합금에 도입시키는 특별한 열처리를 이론적 접근법을 통해 개발하였다. 형성된 파형입계는 결정학적인 관점에서 조밀 {111} 입계면을 갖도록 분해 (dissociation)되어 낮은 계면에너지를 갖게 됨을 확인하였으며, 입계형상 변화뿐만 아니라 탄화물 특성변화까지 유도하여 크리프 수명을 기존대비 약 40% 정도 향상시킴을 확인하였다. 이러한 직선형 입계 대비 'special boundary'로 간주되는 파형입계가 도입될 경우, HAZ 결정립크기 변화 및 액화거동에 미치는 영향을 고찰하고, 아울러 입계특성 제어가 용접성/용접부 품질 향상에 기여할 수 있는 가능성도 토의하고자 하였다. 본 연구에서는 재현 HAZ 열사이클 시험을 통해 미세구조를 정량적으로 비교하였다. 상대적으로 입계구조가 안정된 파형입계의 이동속도가 高계면 에너지를 갖는 직선형 입계보다 느려 HAZ 결정립 성장이 효과적으로 억제됨을 확인할 수 있었다. 입계 액화거동을 살펴보면, 두 시편 모두 $M_{23}C_6$, MC 등 입계탄화물 계면이 빠른 승온중 액화반응 (constitutional liquation)에 의해 입계가 액화되었으며, 이후 급냉에 의해 입계에 액상막이 존재한 흔적이 발견되었다. 최고온도별로 입계액화 폭/비율을 정량적으로 비교한 결과, 파형입계가 직선입계 대비 대체로 낮음을 확인할 수 있었으며, 때때로 액화되지 않고 잔존하는 입계 탄화물이 관찰되었다. 재현 HAZ 미세조직을 통해 Hot ductility 시험 결과를 유추하자면, 파형입계가 직선입계 보다 좁은 취성온도영역 (Brittle Temperature Range)을 나타낼 것으로 예상되어, 입계특성제어에 의해 Ni기 초내열합금의 용접성을 향상 가능성을 확인하였다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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• pp.62-62
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• 2009

석탄화력발전소의 CO2배출량 감소와 고효율, 대용량화로 인해 초초임계압(USC:Ultra Super Critical) 화력발전소의 건설이 증가하고 있다. USC 발전소는 효율향상을 위한 증기온도와 압력의 상승 때문에 보일러 고온고압부에 기존의 소재에 비해 고온강도와 내산화성의 재료물성이 향상된 신소재 적용이 불가피하다. 특히 사용된 신소재 중에서 보일러 본체를 구성하는 수냉벽관(Water wall), 과열기와, 재열기용 튜브 및 후육부인 헤더와 배관재로 기존의 2.25Cr-1Mo강을 개량한 2.25Cr-1.6W계 내열강이 적용되고 있다. 2.25Cr-1.6W강은 SMI와 MHI가 공동개발한 소재로 1995년 튜브제품이, 1999년에 단조, 파이프재, 플레이트제품이 ASME code case로 등재되었고, 2009년 ASME code case 2199-4로 개정되어 사용 중이다. 이 소재는 2.25Cr-1Mo강에 고온강도 개선을 위해 석출강화효과가 있는 V과 Nb을 첨가하였고, 탄화물의 열적안정성과 고용강화효과 증대를 위해 W을 첨가하였다. 그리고 제작성과 용접성 및 재료의 인성 향상을 위해 B첨가와 C함량을 낮추었다. 합금성분의 첨가와 조정에 의해 고온강도는 개선되었지만, 보일러 설치 및 보수를 위한 용접과정에서 용접금속과 CGHAZ(Coarse Grain HAZ)에서 용접균열이 발생하였다. 대부분의 용접균열은 용접결함이나 고온 혹은 저온균열이 아닌 2.25Cr-1.6W계강의 강도 개선을 위해 첨가한 V과 Nb이 용접후열처리 도중 입내에 MX형태의 미세석출로 입내를 강화시킴으로서 발생한 재열균열 민감성 증대에 기인된 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서 용접 및 후열처리 과정에서 용접금속과 HAZ에서 발생하는 용접금속의 응력분포를 전산해석을 통해 확인하고 실제 후육파이프 용접부에서 잔류응력을 측정해 비교하였다. 용접부 응력분포는 SYSWELD 프로그램을 사용해 해석을 수행하였고, 발전소 실배관재의 용접부 응력측정은 수평부 측정이 용이하도록 지그를 부착한 Potable 잔류응력측정기를 사용해 Hole Drilling Method(HDM)를 적용하여 잔류응력을 측정하였다. 해석 결과 CGHAZ부위의 잔류응력이 용접금속과 기타 부위에 비해 높은 응력분포를 나타냈으며, 이는 CGHAZ와 용접용융선 부근에서 균열이 발생하는 실제값과 일치하는 결과를 보였다. 실제 배관재 용접부에서 측정한 잔류응력값은 항복응력의 약 50% 이하 응력값을 나타냈다. 배관 구조에 기인한 시스템응력의 영향을 제거하기 위해 배관재 용접부를 중심으로 양끝단을 절단 후 용접부에서 측정한 응력은 항복응력 대비 25%수준의 낮은값을 보였다. 그러나 배관재가 장기간 고온환경에 노출되었고 용접금속 내부의 균열이 발생한 상태에서 측정하였기 때문에 용접잔류응력은 상당부분 해소되어 상대적으로 낮은 응력값이 얻어진 것으로 판단된다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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• pp.75-75
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• 2009

연성회로기판은 일반적으로 절연체를 이루는 폴리이미드와 전도체를 이루는 구리로 구성되어 있다. 폴리이미드는 뛰어난 열적 화학적 안정성, 기계적 특성, 공정성 등의 장점으로 인해 연성회로기판의 절연체로서 제안되었지만 전도체를 이루는 구리와의 접합 특성이 우수하지 않기 때문에 많은 연구가 현재까지 진행되고 있고, 그 결과 연성회로기판의 접합 특성에 많은 개선이 이루어짐과 동시에 다양한 공정 방법이 제안되고 있다. 하지만 고온다습한 환경에서 사용될 경우 폴리이미드의 높은 흡습성과, 구리와 seed layer의 산화 문제로 인해 접합 특성이 저하된다는 단점 또한 가지고 있다. 따라서 본 연구를 통해 고온다습한 조건하에서 seed layer가 80Ni/20Cr 합금으로 구성된 연성회로기판의 seed layer의 두께와 시효시간으로 인해 발생하는 접합 신뢰성의 차이를 관찰하였다. 본 연구에서는 두께 $25{\mu}m$의 폴리이미드 위에 각각 100, 200, $300{\AA}$ 두께의 80Ni/20Cr의 합금 조성을 가지는 seed layer를 스퍼터링 공정을 통해 형성한 후 전해도금법을 이용하여 $8{\mu}m$ 두께의 구리 전도층을 형성하였다. 접합 특성 평가를 위해 ICP 규격에 따라 전도층 패턴을 폭 3.2mm, 길이 230mm로 시편을 제작하여 50.8mm/min의 이송 속도로 각 시편당 8회의 $90^{\circ}$ peel test를 실시하였다. 또한 $85^{\circ}C$/85% 항온항습 조건하에서 각각 24, 72, 120, 168시간 동안 시효 처리 후 같은 방법으로 연성회로기판의 접합 특성을 평가하였다. 파면의 형상과 조성을 분석하기 위해 SEM (Scanning electron microscope)과 EDS (Energy-dispersive X-ray spectroscopy)를 사용하였으며, 파면의 조도 측정을 위해 AFM (Atomic force microscope)을 사용하였다. 또한 파면의 잔여물 분석을 위해 EPMA (Energy probe microanalysis)를 사용하였고 계면의 화학적 결합상태를 분석하기 위해 XPS (X-ray photoelectron spectroscopy)를 통해 파면을 분석하였다.