개념 한 쪽
용접 이음부의 강도계산은 반복하중에 대한 피로 강도를 고려하고, 단면적과 응력 관계로 판두께를 산정하는 기본 원리를 이해하는 것이 핵심이다.
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출제기준 단원 「용접 이음부의 강도계산」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 이종 두께 맞대기 인장하중식 | 1 | 얇은 쪽 두께를 기준으로 인장하중 식을 세우는 기준을 묻는다 |
| 판두께 계산 문제 | 1 | 주어진 하중과 응력으로 유효길이에서 판두께를 계산하는 절차를 묻는다 |
| 이음 형상과 피로 관련 판단 | 1 | 반복하중에서 이음 형상이 피로 강도에 미치는 영향을 판단하게 한다 |
용접 구조 설계에서는 반복하중(피로)을 받을 경우 응력 집중을 최소화하여 피로 강도를 높이는 것이 중요하다는 원칙을 따른다. 이음 표면을 볼록하게 만들면 모서리에서 응력이 집중되어 균열이 발생하기 쉬우므로 반복하중을 받는 구조물에서는 이음부를 평평하게 처리하여 응력 집중을 줄이는 것이 정석이다.
이종 두께 판을 맞대기 용접할 때는 파단이 먼저 일어날 가능성이 큰 얇은 쪽 판 두께를 설계 기준으로 삼아야 한다는 원칙을 따른다. 인장하중을 계산할 때는 약한 쪽의 단면적을 기준으로 허용하중을 산정해야 과대평가를 피할 수 있다.
인장응력은 하중을 단면적으로 나눈 값으로 정의되며, V형 맞대기 용접의 경우 단면적은 유효용접길이와 판두께의 곱으로 표현된다. 따라서 판두께 산정은 먼저 단면적을 하중과 응력으로부터 구한 뒤 길이로 나누어 계산하는 순서를 따른다.
설계·해석 문제에서는 항상 약한 쪽 기준과 응력 집중의 영향에 주의하여 계산 및 형상 결정을 해야 한다는 점을 기억한다.
유효용접길이 L = 300 mm, 인장하중 P = 13,500 kgf, 허용 인장응력 σ = 5 kgf/mm²일 때 판두께 t는 다음과 같이 계산한다. 단면적 A = P / σ = 13,500 / 5 = 2,700 mm²라고 보고, t = A / L = 2,700 / 300 = 9 mm가 되어 판두께는 9 mm가 된다.
두께가 서로 다른 맞대기 용접에서 인장하중을 설계할 때는 얇은 쪽 두께 T1을 기준으로 P = σt × T1 × L 공식을 사용하여 허용하중을 결정한다는 점을 적용한다.
동일한 탄소강판으로 두께가. 서로 다른 V형 맞대기 용접 이음에서 얇은 쪽의 강판 두께 T1, 두꺼운 쪽의 강판 두께 T2, 인장응력 σt, 용접길이 L 이라면 용접부의 인장하중 P를 구하는 식은?
정답 ③ · 두께가 서로 다른 강판을 맞대기 용접할 때, 인장 하중을 계산하기 위해서는 파단이 가장 먼저 일어나기 쉬운 약한 부위인 얇은 쪽 강판의 두께를 기준으로 해야 합니다. 따라서 인장응력(σt)에 얇은 쪽 두께(T1)와 용접 길이(L)를 곱한 값이 허용 인장 하중(P)이 됩니다.
두께가 다른 강판 맞대기 용접 인장하중 계산은 파단이 쉬운 얇은 쪽 두께(T1)를 기준으로 한다.
V형 맞대기 용접(완전용입)에서 용접선의 유효길이가 300㎜이고, 용접선에 수직하게 인장하중 13500 ㎏f이 작용 하면 연강판의 두께는 몇 ㎜인가? (단, 인장응력은 5 ㎏f/mm² 임)
정답 ④ · V형 맞대기 용접에서 인장 하중 P는 인장 응력(σt)에 용접 길이(L)와 목 두께(판 두께, t)를 곱하여 구합니다. 문제에서 P = 13500 kgf, σt = 5 kgf/mm², L = 300 mm 이므로, 판 두께 t = P / (σt * L) 공식에 대입하면 13500 / (5 * 300) = 9 mm가 됩니다.
인장응력=하중÷단면적이므로 단면적=하중÷응력이고, 두께=단면적÷용접길이로 계산한다.
용접 설계에 있어 일반적인 주의사항으로 틀린 것은?
정답 ② · 문제는 용접 설계 시 일반적인 주의사항 중 옳지 않은 것을 고르는 문제이다. 반복하중(피로) 조건에서는 이음 표면의 응력 집중을 줄여야 하므로 이음은 평탄하거나 매끄럽게 설계하는 것이 바람직하다.
반복하중(피로)은 볼록 이음보다 평평한 이음이 응력 집중을 줄여 피로 강도를 높인다.
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