용접 부위의 피로수명 연장방법

1. Toe Grinding

토우그라인딩은 버 그라인더(Rotary burr grinder) 또는 디스크 그라인더로 용접 토우부를 연마하는 기계적 가공방법으로 목적은 피로강도에 불리한 슬래그, 언더컷 등 용접비드 끝단의 결함을 제거함과 동시에 형상 완화에 따른 국부응력집중을 피하는 데 있음.

IIW(국제용접협회, International Institute of Welding)에서는 그라인딩 깊이를 최소 0.5mm 이상으로 최대 2mm 또는 모재 두께의 7% 이하로 할 것을 추천하고 있음.

 

버 그라인딩의 경우 많이 시간이 소모되고 소음 및 분진히 심하며, 디스크 그라인딩의 경우에는 작업작의 기량에 따른 효과 편차가 심함. 그리고 표면에 발생한 스크래치 때문에 의도치 않은 노치결함이 유발되기도 함.

 

출처 : https://processbarron.com/wp-content/uploads/Weld-Improvement-Techniques-403.pdf

 

2. TIG 드레싱

TIG 드레싱은 아크 열원을 사용하여 용접 토우부를 재용융시켜, 토우그라인딩과 마찬가지로 끝단의 결함을 제거하고 비드 끝단과 모재 사이의 이음부를 매끄럽게 하는 데 목적이 있음.

TIG 드레싱은 용가재의 추가 공급이 없는 제살용접으로 진행하며, C-Mn강과 같이 높은 탄소함량을 가진 소재의 경우 재용융으로 인한 템퍼링 및 열영향부 경도 향상 효과도 기대됨.

하지만 이 역시 작업자의 기량, 작업 준비 조건, 입열량 등의 변수에 민감하고 비용과 시간이 많이 소모됨.

 

IIW에서는 텅스텐 전극봉의 조준 위치를 토우부에서 0.5~1.5mm 사이에 둘 것을 제안하고 있음. 만약 너무 가까울 경우 새로운 노치가 생길 수 있음.

 

출처 : https://processbarron.com/wp-content/uploads/Weld-Improvement-Techniques-403.pdf

 

3. 해머 피닝(Hammer Peening)

대표적인 압축잔류응력 유도방법으로 인장잔류응력이 큰 용접부 표면에 냉간가공으로 소성변형을 일으켜 압축응력을 발생시킴.

분단 수천회의 가격으로 용접비드 끝단에 잔류응력을 발생시키는 효과와 함께 적절히 작업하면 비드 끝단의 형상도 개선할 수 있어 용접부 피로수명을 크게 늘릴 수 있음.

해머 피닝은 약 4회의 반복으로 압흔 깊이가 0.5~0.6mm 정도 발생한 조건에서 최고의 효과를 보인다고 알려려 있음.

고주기 피로영역에서 탁월한 피로수명 향상효과를 보임.