마찰교반용접된 경장갑재의 연속압입시험을 이용한 탄도한계속도 평가

Abstract

최근 경장갑재의 용접방법으로 마찰교반용접 방법이 각광받아 관련된 연구가 활발히 진행되고 있다. 마찰교반용접은 재료의 용융점 이하의 온도에서 용접하는 고상용접 방법으로, 재료의 변형이 적으며 비교적 두꺼운 재료를 간단한 방법으로 접합할 수 있는 장점이 있다. 그러나 마찰교반용접 방법은 기존의 용접 방법에 비하여 넓은 부위에 걸쳐 열영향부가 형성이 되고, 이러한 열영향부에서 재료의 방탄성능이 현저하게 저하되는 것이 확인되었다. 기존의 방탄성능을 측정하는 탄도한계속도 평가 방법은 일정규격 이상의 시편이 필요하여 용접된 재료의 열영향부와 같은 국부부위에 적용되기에 제한사항이 있다. 연속압입시험은 작은 압입자가 재료에 미세한 압흔을 남기면서 측정되는 하중-변위 곡선을 활용하여 재료의 물성을 측정하는 방법으로, 시험의 절차가 간단하고 시편을 보존할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 연속압입시험을 활용하여 소성관통 기구가 작용하는 알루미늄 소재 경장갑재의 방탄능력을 평가할 수 있는 이론적 모델을 제시하였으며, 나아가 7000계 알루미늄 합금에 대하여 마찰교반용접 이후 생기는 열영향부를 모사하여, 기존의 탄도한계속도 평가 시험과의 비교시험을 통해 모델의 유효성을 입증하였다. 또한 기존에는 용접부위에 대하여 탄도한계속도를 직접적으로 평가할 수 있는 방법이 부재하였으나, 이번 연구에서는 연속압입시험을 통해 용접시편의 국부부위별로 탄도한계속도를 평가하였다.

Recently, friction stir welding method has been highlighted as the welding method of lightweight armor, and related research has been actively carried out. Friction stir welding is a solid phase welding method that welds at temperatures below the melting point of materials, and has the advantage of joining relatively thick materials in a simple way. However, the friction stir welding method produces heat affected areas over a wide area compared to conventional welding methods. And it was indirectly confirmed through the copy specimens of the heat affected zone that the bulletproof performance of the material was significantly reduced in these heat affected areas. Conventional method for evaluating the ballistic limit velocity, which measures the bulletproofing performance, requires specimens of above a certain standard and is limited to apply to local areas such as heat affected zones of welded materials. The instrumented indentation test is a method of measuring material properties by utilizing load-depth curves measured by small indenter leaving fine marks on the material, which has the advantage of simple test procedures and preserving specimens. In this study, the theoretical model is proposed for evaluating the ballistic limit velocity of aluminum alloys operated by ductile hole formation using the IIT. In addition, the model was validated through the comparative test with the conventional ballistic limit velocity test by copying the heat affected zone resulting from friction stir welding for 7000 aluminum alloys. Finally, there was no way to directly evaluate ballistic limit velocity on the weld area, but in this study, the ballistic limit velocity was assessed for each local part of the weld specimen through the instrumented indentation test. The conventional ballistic limit velocity test takes 15 minutes per shot and cannot be reused of specimens, but the test using IIT takes one minute to complete one test and has benefits in terms of time, cost and safety.