CO2 필렛 용접에서 2차 반응 표면 모델을 활용한 용융 거동 분석

• Published in: 동력시스템공학회지, 29(4) pp. 38 - 44
• Main Authors: 김민석, 배원준, 곽지현, 이정희, 곽재섭
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 한국동력기계공학회 01.08.2025
• Subjects: 기타공학
• ISSN: 2713-8429; 2713-8437

현대 제조 산업에서 용접 품질 향상과 구조적 안정성 확보를 위하여 공정변수 최적화와 용입 깊이의 정량적 예측은 필수적이다. 본 연구는 CO2 필렛 용접 공정에서 하판부 용입 깊이를 주요 분석 대상으로 설정하고, 이를 예측하기 위한 2차 반응 표면 모델을 개발하였다. Box-Behnken 실험 설계를 기반으로 용접 속도, CO2 유량, 전류, 전압을 공정변수로 설정하여 총 27회의 실험을 수행하였으며, 열해석을통해 산출된 heat flux와 용입 깊이 간 상관성을 분석하였다. 그 결과, 최적 공정 조건은 용접 속도 3.3 mm/s, CO2 유량 20 l/min, 전류 230 A, 전압 33 V로 도출되었으며, 빠른 용접 속도인 5.0 mm/s의 조건을제외한 조건에서 두 변수 간 양의 상관관계가 확인되었다. 최종적으로 구축된 2차 반응 표면 모델의 예측 정확도는 약 81%를 나타내어, 용입 깊이 예측에 효과적으로 활용될 수 있음을 입증하였다. Accurate prediction of weld penetration and process optimization are critical for enhancing weld quality and structural integrity. This study develops a second-order response surface model to predict lower plate penetration depth in CO2 fillet welding. Based on the Box-Behnken design, 27 experiments were conducted with welding speed, CO2 flow rate, current, and voltage as key parameters. Heat flux values from thermal analysis were used to examine their correlation with penetration depth. Optimal conditions were identified as 3.3 mm/s, 20 l/min, 230 A, and 33 V. A clear positive correlation was observed between heat flux and penetration depth, except at the high speed of 5.0 mm/s. The developed model achieved approximately 81% prediction accuracy, confirming its applicability for process optimization and weld quality control. KCI Citation Count: 0