초소형 튜브와 튜브판의 링 프로젝션 용접 공정개발 및 강도 평가

Abstract

가스 터빈의 경우에 에너지 효율을 증가시키기 위해 초소형 열교환기를 적용하고 있다. 이러한 가스 터빈용 열교환기의 경우에는 고온·고압의 가스가 흐르고 있다. 그러나 고온·고압에서 사용되고 있는 초소형 열교환기에 대한 연구가 미흡한 상태에 있고 그에 따른 초소형 열교환기에 적용되는 접합 기술에 대한 연구 역시 미흡한 상태에 있다. 초소형 열교환기에 들어가는 튜브와 튜브판은 현재 확산 접합을 적용하고 있는데, 확산 접합에 의한 튜브와 튜브판 접합은 고온·고압에 사용할 경우 반복되는 열응력에 의한 크랙을 유발하기 쉽다. 그리고 레이저 용접을 적용할 경우 정밀한 티칭이 요구 되며, 빔 직경 과대로 인한 튜브간 간섭이 발생 한다. 그래서 본 연구의 목적은 초소형 열교환기용 튜브와 튜브판 접합에 링 프로젝션 용접을 적용하는 것이다. 이에 따른 강도 실험은 ASME규정을 참고하여 시험하였다. 전극팁 각도 증가 실험에서 전극팁 각도 118°, 123°, 128°로 실험한 결과 인장 각도 값의 차이는 보이지 않았고, 튜브 돌출길이 변경 실험에서 튜브 돌출길이 0.1mm에서는 충분한 너깃을 형성하지 못하였고, 0.3mm에서는 적절한 너깃이 형성되었고, 0.5mm에서는 튜브 무너짐이 발견되었다. 그리고 전류 증가 실험에서는 1600A에서부터 1900A까지는 인장 강도 값이 증가하였고, 2000A에서는 날림으로 인한 인장 강도 값이 떨어졌다.

Microminiature heat exchanger is applied to the gas turbine in order to increase energy efficiency. However, in production of microminiature heat exchanger, it is very difficult to weld tube to tubesheet. In this study, therefore, resistance ring projection was used for microminiature heat exchanger tube to tubesheet, and weld tensile tests were performed. Relatively sound weld could be obtained as a result of applying resistance ring projection welding to microminiature heat exchanger tube to tubesheet welding. In the result of increasing current, cold weld occurred at under 1600A. Even though tensile strength was increased as current increased, splash occurred at 2000A due to excessive current so that tensile strength was decreased, and it was known that the optimal current would be 1900A. In the result of tensile tests based on ASME code for tube to tubesheet weldment, rupture position was weldment due to Fs(Fractured section) of nugget which was smaller than tube thickness (t). And it was proven as a partial strength welding because of the average joint efficiency fr = 0.90.