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UP에 대한정보
부품 및 용접 구성요소의 초음파 피닝
강한 고주파 음향 에너지 또는 강력 초음파 (HPU) 레벨은 잘 알려진 예로 세척, 용접 및 구멍 뚫기 등 여러 공업 과정에서 실용적으로 사용되었습니다. 대부분의 산업 응용장치에서 강력 초음파는 수백에서 수천 와트의 전력 레벨을 필요로 하고 초음파 장치는 15kHz~100kHz의 주파수 범위 내에서 작동합니다. 일반적인 진폭 범위는 약 10 미크론 에서 40 미크론 입니다. 20kHz에서 동작하는 초음파 장치는 약 40,000g (비중의 가속도)의 순환 가속도를 생성합니다.
산업 응용장치용 HPU를 사용하는데 있어서 전도유망한 사용법 중 하나가 자재, 부품 및 용접구성요소의 초음파 피닝(UP)입니다. UP는 금속 및 합금에 여러 가지 유익한 효과를 냅니다.
이 중 가장 유익한 효과는 피로, 마모 피로 및 스트레스 부식 균열과 같은 표면 관련 불량에대해 자재의 저항을 증가시키는 것입니다. 또한 여러 가지 UP 개발 단계 시 UP 공정은 초음파 처리(UT), 초음파 충격법/기술/처리(UIT), 초음파 충격 피닝(UIP)으로 알려져 있습니다.
관 용접 이음부의 피로 수명 개선을 위한 기본 UP 장치 사용
UP 기술은 처리 자재의 특별 스티커의 고주파 충격과 초음파 발진의 복합된 영향에 기초합니다.
UP 처리용으로 개발된 장치에는 초음파 변환기, 발생기 및 UP 최적 용용소프트웨어가
탑재된 랩탑(선택 사항)이 있는데 최소한의 비용, 노동 및 소비 전력으로 부품 및 용접 구성요소의 피로 수명을 최대한 증가시킵니다.
UP는 주로 해로운 인장 잔류 응력을 덜고 금속 및 합금의 표면층에 압축 잔류 응력을 도입하고, 용접 선단부에 응력이 집중되는 것을 감소시키고 자재 표면층의 물리적 특성을 강화함으로써 유익한 영향을 끼칩니다. UP처리는 연삭, TIG 드레싱, 숏피닝, 헤머 피닝 등 기존 개선처리방법들과 비교했을 때 용접 구성요소의 피로 수명을 증가시키는데 가장 효율적인 기술입니다.
자동차 응용장치용 로봇에 설치된 UP 장치
UP 기술은 다음 요소들 때문에 부품 및 용접 구성요소의 피로 수명 개선을 위한 HPU의 적용에 있어서 선두 기술로 간주됩니다:
1. UP 기술은 부품 및 용접 구성요소의 품질 및 서비스 수명 개선을 위한 HPU의 적용에
있어서 국제적인 전문가 그룹의 30년 이상의 경험과 지식을 토대로 합니다. 이 그룹은
지난 1974년에 처음으로 UP로 용접 구성요소의 잔류 응력을 덜어주는 것에 대한 책
을 출판했습니다.
2. UP 장치의 설계는 “에너지 절약형” 개념에 근거합니다. UP 장치의 동력 및 기타 다른
매개변수들은 용접 구성요소의 피로 수명을 가능한 최대로 늘이기 위한 필수적인 자재
표면층의 잔류 응력, 응력 심화 및 물리적 특성 변화에 해당합니다. 기본적인 UP 장
치는 300-500 와트의 소비전력으로 피로 개선 시 응용장치의 대부분을 다룹니다. 또
한 요청 시 더 많은 강력 UP 장치들이 설계 및 생산됩니다.
3. UP 처리를 포함해 용접 구성요소의 피로 수명에 대한 여러 가지 개선 처리법의 영향
은 사용된 자재의 물리적 특성, 용접된 이음부의 유형, 순환 하중의 매개변수 및 기타
다른 요소들에 따라 달라집니다. 상기 언급한 요소들에 따라 달라지는 HP를 효과적으
로 적용하기 위해, 초음파 피닝의 최적 적용을 위한 소프트웨어 패키지가 개발되었는
데 이는 최초 예상 모델을 토대로 합니다. 최적 적용이란 최소 시간-노동-및 소비 전
력으로 용접 구성요소의 피로 수명을 가능한 최대한 증가시키는 것입니다
MPa, N, 사이클
대규모 용접 시료의 피로 곡선 (가로 비부하 전달 장치, R=0):
1-최종 용접 상태,
2-UP가 피로 시험 전에 적용됨,
3-UP가 최종 용접 상태에서 시료의 예상 피로 수명 50%에 해당하는 주기로 피로 하중 후에 적용됨
HP를 효과적으로 적용한 예 중 하나는 간선도로 교량 및 철도 교량의 용접 구성요소의
피로 수명 개선입니다. 용접 보강재 끝 부분 용접의 약 100mm을 UP 처리하면 중요하게
여겨지는 용접 구성요소의 피로 수명을 상당히 증가시키고 피로 분열 발생을 제거하는것
으로 나타났습니다. 오하이오 강 위 간선도로 교량 재건 시, UP 처리된 용접의 총 길이가 약 500 미터였고 피로 관점에서 2천 개 이상의 중요 용접 구성요소가 UP 처리되었습니다.
개발된 UP용 전산 복합체가 용접 구성요소의 피로 수명을 증가하고, 용접 및 기타 다른 공학 과정으로 발생한 찌그러짐을 제거, 잔류 응력 경감, 자재 표면 경도 및 표면 나노 결정을 증가하기 위해 여러 가지 응용장치에 성공적으로 적용되었습니다. UP가 성공적으로 적용된 분야/산업은 철도 교량 및 간선도로 교량, 광업, 건설 기계, 조선, 자동차 및 항공 우주 산업입니다.
간선도로 교량의 용접 구성요소의 초음파 피닝
