(헐카롱) [건설기계기술사] 용접부 잔류응력 발생원인, 영향 및 대책

헐카롱

건설기계기술사

용접부 잔류응력 발생 원인, 영향 및 대책에 대해 살펴보도록 하겠습니다.

문제) 용접부의 잔류응력 발생 원인, 영향 및 대책에 대해 설명 하시오.

답)

I. 용접부의 잔류 응력 발생 원인, 영향 및 대책

1. 발생 원인

1) 용접 작업 시 급격한 온도 변화에 의한 열팽창 및 열 수축이 주위 부분으로부터 구속되는 것에 의해 발생되는 것이 가장 큰 원인 중에 하나이다.

2) 내부 구속에 의한 잔류 응력: 용접부 및 근처에 생기는 열팽창이나 냉간 수축으로 인해 발생한다.

3) 외부 구속에 의한 잔류 응력: 용접 이음의 변형 구속에 의해 발생되는 것이 가장 큰 원인 중의 하나이다.

2. 잔류 응력이 용접부에 미치는 영향

1) 연성 파괴

- 재료에 연성이 있어서 파괴되기까지 얼마간의 소성 변형이 일어나는 경우 항복점에 가까운 잔류 응력이 발생한다고 하더라도 강도에는 거의 영향이 없는 특징을 보인다.

2) 취성 파괴

- 재료에 연성이 부족하여 소성 변형이 거의 없이 파괴되는 경우 잔류 응력의 영향이 크게 나타나는 특징을 보인다.

3) 피로 한도 저하

- 용접 균열, 언더컷, 슬래그 섞임 등의 노치부가 있으면 항복 점보다 훨씬 낮은 응력에서도 파괴되므로 결국 잔류응력의 존재는 피로한도에 영향을 미치는 것을 가장 잘 확인할 수 있다.

4) 응력 부식

- 용접부에 존재하는 잔류응력에서는 항복점에 가까운 높은 인장응력이 존재하여 응력 부식의 원인이 되기도 한다.

3. 잔류응력 경감법

1) 용착 금속량 감소

a) 수축에 따른 변형량 감소로 인해 잔류 응력이 경감되는 효과가 나타난다.

b) 열의 집중을 피하고 용접 홈의 각도나 루트 간격을 줄임으로써 잔류 응력이 경감되는 효과를 기대할 수 있다.

2) 용착법의 선정

a) Skip 법에 의한 비드 배치가 잔류 응력을 경감시키고 동시에 변형을 방지하는 효과를 기대할 수 있다.

b) 후퇴법, 대칭법 역시 잔류 응력을 경감시키고 동시에 변형을 방지하는 효과를 기대할 수 있다.

3) 용접 순서의 선정

a) 자유 수축에 의한 자유 변형이 일어나도록 해서 구속되는 부분이 없어 잔류 응력의 발생을 경감시키는 효과가 발생한다.

b) 수축에 의한 변형량이 큰 곳부터 용접을 시작해서 구속으로 인해 발생되는 잔류 응력을 최대한 경감시키는 효과가 발생한다.

c) 좌우로 배치되는 구조물은 대칭법으로 비드를 배치하여 잔류 응력을 겸강시키고 동시에 변형을 방지하는 효과까지 기대할 수 있다.

4) 적당한 예열

- 용접 이음부를 50 ~ 150 ℃ 정도로 예열 후 용접하게 용접으로 인해 뜨겁게 달궈질 때 발생하는 구속에 의한 잔류 응력을 온도차가 줄어든 만큼 경감시킬 수 있어서 잔류 응력을 경감시키는 효과를 기대할 수 있다.

4. 잔류 응력 완화법

1) 노 내 풀림법 (응력 제거 소둔법)

a) 제품 전제를 노 내에서 적당한 온도로 일정 시간 유지 후 노 내에서 서냥시킨다.

b) 크리프에 의한 소성 변형으로 잔류 응력을 제거하는 효과가 발생한다.