개념 한 쪽
용접 중 가해진 열에 의해 금속이 팽창·수축하면서 형태 변화가 생기고 내부에 잔류 응력이 남는다. 변형은 열입력과 구속 조건에 의해 좌우되며, 잔류 응력은 열적·기계적 방법으로 완화하거나 제거할 수 있다.
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출제기준 단원 「용접 변형 및 잔류 응력」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 변형 방지 대책 판정 | 1 | 열입력과 방지 방법의 인과관계로 옳은 대책을 가리기 |
| 공정명 식별(가열+수냉) | 1 | 가열 직후 수냉 공정 묘사로 공법을 특정하기 |
| 응력 완화법 구분 | 1 | 표준 응력완화법과 비표준 용어를 구분하기 |
용접 변형은 용접부와 주변 모재가 가열되었다가 냉각되면서 비균일하게 수축하는 결과로 생긴다. 열입력이 커질수록 가열 영역과 이에 수반되는 변형량이 증가하므로, 열입력을 줄이는 것이 변형 억제의 기본 원리다. 예로 패스 수를 늘리면 전체 열입력이 증가하여 오히려 변형이 커진다는 사실을 유의해야 한다.
변형 방지 대책에는 개선각 조정, 용접 속도 증가, 구속지그나 스트롱 백을 이용한 고정, 역변형·후퇴법 등 물리적·공정적 기법이 포함된다. 얇은 판에서는 개선 각도의 깊이를 과도하게 하면 용입 불량이 발생할 수 있으므로 두께에 따른 설계 균형을 고려해야 한다.
잔류 응력은 용접 열영향으로 인한 내부 응력으로, 이를 줄이거나 제거하는 여러 방법이 있다. 열적 방법으로는 노 내 풀림법(응력제거어닐링)과 국부 풀림법, 저온응력 완화법 등이 있으며, 기계적 방법으로는 피닝법이나 기계적응력완화법(하중을 가해 소성 변형을 유도한 뒤 제거) 등이 있다. 선상 가열법은 주로 휨 변형을 교정하는 방법이며 잔류응력 완화법과 목적이 다르다.
저온응력 완화법은 국부 가열 직후 수냉을 통해 소성 변형을 유도하고, 이로 발생한 인장 응력으로 기존의 압축 잔류응력을 상쇄하여 전체 응력을 감소시키는 방법이다. 특정 용어가 표준 명칭과 일치하는지 확인하는 것이 중요하며, 예컨대 '고온응력완화법' 같은 표기는 표준 공정명이 아니므로 주의해야 한다.
예 1: 패스 수를 늘려서 변형 방지를 시도하는 선지가 나오면 열입력 증가가 변형을 키운다는 원리를 적용하여 해당 선지는 오답으로 처리한다.
예 2: "가열 직후 수냉"이라는 공정 묘사가 나오면 이는 저온응력 완화법으로 연결하여 잔류응력을 상쇄하는 메커니즘을 설명한다.
각 변형의 방지대책에 관한 설명 중 틀린 것은?
정답 ④ · 문제는 용접 변형 방지 대책들 중 틀린 설명을 고르는 것이다. 변형을 줄이려면 개선 각도를 가능한 작게 하고 용접속도를 빠르게 하거나 구속지그를 사용해 변형을 억제하는 것이 유리하다.
용접 변형 방지를 위해 패스 수를 늘리면 열입력이 증가하여 변형이 커지므로, 이는 오답이다.
용접선에 따라 응력을 제거할 목적으로서 압축응력 부분을 가스불꽃으로 가열한 직후에 수냉하여 그 부위 소성 변형시켜 잔류응력을 감소시키는 것은?
정답 ④ · 용접부 주변의 잔류응력을 완화하기 위한 방법 중 하나로, 용접선 양측의 압축응력이 걸리는 부분을 가스 불꽃으로 국부적으로 가열한 직후에 즉시 수냉을 실시합니다. 이 과정에서 수냉에 의한 수축이 발생하여 해당 부위를 소성 변형시키고, 이로 인해 인장 잔류응력이 상쇄되어 감소하는 효과를 얻게 됩니다.
저온응력 완화법은 국부 가열 후 수냉으로 소성 변형을 유도해 압축 잔류응력을 상쇄하는 기법이다.
용접부에 발생하는 잔류응력 완화법이 아닌 것은?
정답 ③ · 문제는 용접부의 잔류응력 완화법이 아닌 것을 묻고 있다. 응력제거어닐링, 피닝법, 기계적 응력완화법은 통상적으로 사용되는 잔류응력 완화 방법이나 '고온응력완화법'이라는 용어는 표준적 공법 명칭으로 통용되지 않으므로 옳지 않은 항목이다.
고온응력완화법은 용어 자체가 존재하지 않으며, 실제 방법은 열처리나 기계적 방법이 있다.
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