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용접구조물의 피로강도 향상을 위한 내피로강의 개발

전문가 제언: ○ 구조물 파손사고의 대부분은 피로(fatigue) 현상이 원인으로 재료에 반복하중(cyclic stress)을 가하면 단순하중의 경우보다 훨씬 작은 하중에서도 피로가 일어나 파괴된다. 금속의 피로현상은 소성변형에 의한 전위밀도의 증가로 인한 결정구조의 불안전성이 미세균열을 생성하고 이것이 성장하는 현상이다. 즉 반복하중에 의하여 슬립밴드 내에 피로균열의 핵으로 작용하는 노치가 성장하여 돌발적인 파괴에 이르게 된다.

○ 강용접구조물의 용접부는 모재와 금속조직이 다르므로 구조성능은 용접이음부의 강도에 의하여 결정되며 여기에는 설계요인, 시공요인, 재료요인이 복합적으로 작용한다. 용접이음부가 피로손상에 민감한 것은 ① 용접부의 불균질성, ② 형상적인 불연속에 의한 응력집중원의 존재, ③ 용접열에 의한 용접응력과 변형 등을 원인으로 들 수 있다. 따라서 응력집중을 최소로 하는 용접설계와 응력집중 요인을 적게 하는 용접시공이 무엇보다 중요하다.

○ 용접이음부의 피로파괴에는 용접부 토우(weld toe)에서 발생하는 피로균열의 발생이 중요한 요인으로 작용하며 이는 재료 내부의 불순물에 의한 초기결함, 재료가공과 용접시의 잔류응력, 단면변화에 따른 응력집중이 주요 원인이다. 이를 개선하는 용접시공법으로 TIG아크에 의한 용접부 토우의 재용융법은 형상개선에 의한 응력집중의 완화, 재용융에 따른 미소균열의 보수 등에 효과가 있는 것으로 보고되고 있다.

○ 원문에서 소개하고 있는 용접용 신강재(FAC-W강)는 페라이트기지에 분산시킨 베이나이트상이 균열의 전파를 억제하는 효과가 있다. HAZ인성의 개선을 목적으로 개발된 개재물 이용 결정립을 미세화 방법(oxide metallurgy법)도 균열의 전파억제에 효과가 있을 것이다. 우리나라는 고층건물, 조선, 해양플랜트 등의 건조기술이 발달한 만큼 이를 뒷받침하는 용접기술은 상당한 수준에 있다. 앞으로 경쟁국에 대한 기술우위를 견지하기 위해서는 응력해석을 이용하는 고도의 설계기법, 고급 내피로강의 개발과 이의 설계응용 등에 관한 연구개발이 필요하다.

저자: Noboru Konda
자료유형: 학술정보