개념 한 쪽
용접 후 발생하는 잔류응력과 변형은 여러 결함을 유발하므로 이를 줄이기 위한 기계적·열적·시공적 대책이 필요하다. 대표적인 기법으로는 피닝법처럼 표면을 타격해 국부적으로 영구 변형을 만드는 방법과 예열, 역변형, 살수법 등이 있다. 반대로 급냉을 유도하는 수냉처리는 변형 방지 방법이 아니다.
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출제기준 단원 「기타 결함」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 외부 하중과 소성변형 판별 | 1 | 외부 하중으로 영구 변형을 일으켜 내부 응력을 줄이는 방법을 고르기 |
| 해머 타격 공정 명칭 식별 | 1 | 해머로 연속 타격하는 공법의 명칭을 묻기 |
| 예열과 변형 방지 효과 | 1 | 예열의 목적과 효과를 구체적으로 설명하는 보기 고르기 |
용접이 끝난 금속은 열에 의해 팽창·수축하면서 내부에 잔류응력이 남는다. 이 잔류응력은 후속 하중이나 급격한 온도 변화 시 균열이나 변형을 일으키므로 적절히 완화하는 처리가 필요하다. 잔류응력 완화 방법은 기계적 방법과 열적 방법 등 원리에 따라 분류한다.
기계적 응력 완화법은 외부 힘을 가해 영구적인 변형을 만들어 잔류응력을 감소시키는 방법이다. 구조물 전체에 하중을 걸어 약간 소성변형을 유도하는 방법과, 국부적으로 해머 등으로 표면을 타격하는 피닝법 같이 특정 부분을 처리하는 방식으로 나뉜다. 피닝법은 끝이 구면인 해머로 용접부를 연속 타격하여 표면 근처를 소성적으로 변형시켜 내부 응력을 분산시키는 대표적인 기법이다.
열적 방법으로는 예열과 응력제거 풀림 등의 공정이 있다. 예열은 용접 전에 모재를 미리 가열하여 용접 중의 급냉을 완화하고 냉각 속도를 늦춰 열응력과 경화를 줄이며 수소 방출을 용이하게 하는 효과가 있다. 반대로 급격한 냉각을 유도하는 수냉처리는 잔류응력을 증가시키고 균열을 유발할 수 있으므로 변형 방지 대책으로 적합하지 않다.
시공적 기법으로는 용접 순서 조절, 구속·스트롱 백 사용, 역변형법 등이 있다. 역변형법은 용접으로 인해 발생할 변형을 예측해 사전에 반대 방향으로 변형을 주어 최종 형상을 보정하는 예방적 공정이다. 얇은 판의 경우에는 용접부 뒷면에 물을 뿌리는 살수법처럼 국부 냉각·온도 제어 기법을 사용하여 변형을 제어하기도 한다.
문항 유형은 주로 처리 방법의 원리와 도구를 연결하는 문제로 출제된다. 예를 들어 '외부 힘을 가하여 영구 변형을 일으켜 내부 응력을 줄인다'는 기술적 서술이 나오면 기계적 응력 완화법을 선택한다. '특수한 구면 해머로 연속 타격'이라는 묘사가 있으면 피닝법이 정답이다. '예열의 목적'을 묻는 문제에서는 열응력 감소, 경화 방지, 수소 방출 용이화 같은 예열의 효과를 기준으로 올바른 보기를 고른다. 또한 '급격한 냉각'이나 '수냉처리'가 제시되면 이는 변형 방지법이 아니므로 오답으로 판별한다.
잔류 응력이 존재하는 용접구조물에 어떤 하중을 걸어 용접부를 약간 소성변형 시킨 다음 하중을 제거하면 잔류응력이 감소하는 현상을 이용하는 방법은?
정답 ④ · 문제는 잔류응력을 존재하는 구조물에 외력을 주어 약간 소성변형시킨 후 응력을 감소시키는 방법을 묻고 있다. 외부에서 기계적 하중을 가해 소성변형을 유도하여 잔류응력을 완화하는 방법은 기계적 응력 완화법에 해당한다.
기계적 하중으로 소성변형을 주어 잔류응력을 제거하는 방법은 기계적 응력 완화법이다.
특수한 구면상의 선단을 갖는 해머(hammer)로 용접부를 연속적으로 타격해줌으로써 표면의 소성변형을 주어 잔류응력을 제거하는 방법은?
정답 ③ · 문항은 해머로 용접부를 연속 타격하여 표면에 소성변형을 주어 잔류응력을 제거하는 방법의 명칭을 묻고 있다. 이런 타격 방법은 피닝법으로, 기계적 충격으로 표면을 압축변형시켜 잔류응력을 완화하는 전형적인 기계적 응력 완화 기법이다.
해머로 타격해 소성변형을 주어 잔류응력을 제거하는 피닝법은 기계적 응력 완화법의 대표적 기법이다.
끝이 구면인 특수한 해머로써 용접부를 연속적으로 때려 용접표면상에 소성변형을 주어 잔류응력을 완화하는 방법은?
정답 ④ · 문제는 균열부 보수용접 시 균열의 진행을 방지하는 적절한 방법을 묻고 있다. 균열 끝단에 구멍을 뚫어 응력 집중을 분산시키면 균열의 진전을 막을 수 있으므로 스톱 홀을 뚫는 방법이 적절하다.
구면 해머로 용접부를 두드려 잔류응력을 완화하는 공법은 피닝법(Peening)이다.
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