[Application Note]디지털 이미지 상관법(DIC)을 통한 용접 구성 성질 이해(Welding, Material, 변위, 변형률)

 

목차

 

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참조 문헌>>

Digital image correlation for determination of weld and base metal constitutive behavior

AP Reynolds, F Duvall. Welding Journal 78, 355-60.

 

 

디지털 이미지 상관법을 통한 용접 구성 성질 이해

 

 

용접은 제조 및 건설에서 재료를 융합하여 단단한 접합부를 형성하는 중요한 과정입니다. 용접된 조인트의 기계적 거동을 이해하는 것은 구조적 무결성을 보장하는 데 필수적입니다. 전통적인 방법은 용접의 기계적 특성을 결정하는 데 한계가 종종 있습니다. 이 글에서는 디지털 이미지 상관법(DIC)을 사용하여 용접 내 다양한 영역의 구성 성질을 평가하는 새로운 접근 방식을 소개하며, 포괄적이고 효율적인 대안을 제공합니다.

 

 

디지털 이미지 상관법(DIC)이란?

디지털 이미지 상관법은 재료 표면의 변위(Displacement) 및 변형(Strain) 필드를 측정하는 광학 방법입니다. 이는 변형 전후의 시편 표면 이미지를 캡처한 후, 이들 이미지 사이의 특정 지점의 상대 변위를 분석하는 과정을 포함합니다. 시편 표면에 고대비 패턴을 적용함으로써 DIC는 이러한 변위를 정확하게 추적하고 해당 변형 필드를 계산할 수 있습니다.

 

 

용접에서 DIC의 적용

용접의 맥락에서 DIC는 용접 내 다양한 미세 구조 영역(융합 존, 열영향부, 기본 금속)의 변형 응답을 측정하는 데 사용될 수 있습니다. 이는 재료가 상당한 기계적 및 열적 변화를 겪는 마찰 교반 용접에서 특히 유용합니다.

 

 

방법론

• 시편 준비: 본 연구에서는 3.9mm 두께의 5454-0 및 5454-H32 알루미늄 합금 시트를 사용했습니다. 이러한 시트는 일반적인 마찰 교반 용접 공정을 사용하여 용접되었으며, 그 결과 고유한 미세 구조 영역이 형성되었습니다.
• 패턴 적용: 고대비 패턴을 인장 시편 표면에 스프레이로 도포했습니다. 이 패턴은 DIC 과정에서 필수적이며, 변위를 추적하는 데 필요한 대비를 제공합니다.
• 이미지 캡처 및 처리: 시편을 인장 시험기에 장착하고 변형되지 않은 초기 상태의 이미지를 캡처합니다. 그 후, 적용된 하중이나 전체 시편 변형의 지정된 간격에서 변형된 이미지를 캡처합니다. 각 변형된 이미지는 초기 이미지와 상관되어 이미지 서브셋 간의 변위를 결정합니다. 이렇게 측정된 변위는 변형 필드로 변환됩니다.

 

 

 

디지털 이미지 상관법을 통한 용접 구성 성질 결과 및 분석

 

 

실험 결과 및 논의

본 연구에서는 DIC를 활용하여 H32 기본 금속 시편, O-템퍼 마찰 교반 용접 시편 및 H32 마찰 교반 용접 시편의 지역적 변형을 측정했습니다. 대표적인 DIC 데이터는 여러 위치에서의 지역적 변형을 보여주었습니다.

 

• H32 기본 금속: 고른 변형을 나타내며, 시편 중심의 변위가 일정한 직선을 이루었습니다.
• O-템퍼 마찰 교반 용접: 전체 변형 수준이 9.3%에서 고르게 분포된 변위를 나타내었습니다.
• H32 마찰 교반 용접: 변위 컨투어가 고르게 분포되지 않았으며, 용접 영역에서 큰 변형이 집중되었습니다.

 

 

 

결론

DIC를 통해 용접 구성 성질을 결정하는 방법은 기존의 방법에 비해 다음과 같은 주요 장점을 가지고 있습니다.

 

용접 영역 내 모든 지점에 대해 거동을 결정할 수 있으며, 공간 해상도는 이미징 시스템의 사용 가능한 배율 및 적절한 크기의 패턴을 적용할 수 있는 능력에 의해 제한됩니다. 테스트된 재료가 실제로 용접 재료와 일치하는지에 대한 불확실성이 없습니다. 사전 지식이 필요하지 않습니다.

 

이 연구는 단일 인장 시험과 DIC 전장 변위 기술을 결합하여 용접 내 미세 구조 영역의 구성 성질을 추론할 수 있음을 보여주었습니다. 이러한 접근 방식은 용접의 기계적 거동을 더 깊이 이해하는 데 기여할 수 있습니다.

 

 

 

 

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