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용접부의 피로해석을 위한 변형게이지의 활용(1)

전문가 제언: ○ 일반구조물에 발생하는 파괴사고의 원인 중에서 70~80% 이상을 차지하는 재료의 피로파괴는 피로균열의 발생과 뒤이은 진전에 의해 일어나며 구조물이 양방향의 반복하중을 받으면 하중이 부과되는 과정과 제거되는 과정에서 재료의 표면에 슬립이 일어나 피로균열의 발생이 촉진되므로 피로하중을 받는 구조물의 경우에는 표면상태의 관리가 매우 중요하다.

○ 모재/용접열영향부/용접금속의 비균질 특성(heterogeneous joint)을 지니고 있는 용접이음부에서 대부분의 피로균열이 발생한다. 따라서 용접구조물의 피로균열을 방지하고 피로성능을 높이기 위한 용접설계와 용접시공기술을 향상시키는 것이 필요하다.

○ 용접이음부는 용접균열, 융합불량, 용입 부족과 같은 용접결함을 지니고 있으며, 특히 용접 단면부의 갑작스런 변화, 용접 토우, 용접의 출발점과 끝나는 위치, 기공, 융합불량 등과 같이 응력집중을 초래하는 결함은 용접부의 피로성능에 해로운 영향을 미친다. 따라서 그와 같은 용접결함이 발생하지 않도록 용접작업 중에 주의를 해야 한다

○ 응력진폭(σa)을 종축에, 파괴까지 반복된 수(Nf)의 대수를 횡축에 정리한 SN 곡선상의 피로한도는 구조물 표면에서의 피로균열 발생과 정류(停留, 피로균열이 정체하여 머무르게 되는 경우와 피로균열이 전진을 계속하는 분기점에 해당됨)거동과 밀접한 관계가 있다. 또한 피로거동의 해석에 사용되는 공칭응력(σn)은 응력집중계수(Kt, 형상계수로도 불리움)에 대한 최대응력(σmax)의 비율이며(σn=σmax/Kt), 노치가 없는 무한평판의 경우에는 인장응력(σ0)과 같아진다.

○ 용접이음부의 피로균열 전파 억제와 관련하여, ① 경도가 높고 낮은 2개의 상으로 구성되어 있는 미세조직의 경계에서 피로균열의 전파를 억제시킴, ② 피로균열의 선단부에서의 변형을 저감시킴, ③ 반복하중이 부과된 후 연성파괴저항성을 유지시킴, ④ 피로균열이 용접열영향부를 지나는 시점에서 내피로강을 사용하면 종래의 강에 비해 큰 피로균열의 전파를 멈추게 하는데 효과적임 등의 기술을 참조할 필요가 있다.

저자: Katsuzi Takeuchi
자료유형: 학술정보