용접 강철의 피로 이해: 원인, 영향 및 예방

피로는 용접 강철 부품이 있는 엔지니어링 구성 요소 고장의 90% 이상을 유발합니다. 고정 장비의 피로는 큰 우려사항이지만, 예측 불가능한 하중을 경험하여 피로 고장에 취약한 이동 장비에서는 매우 중요합니다.

피로란 무엇인가?

용접 강철의 피로는 단일 적용에 불충분한 크기의 하중을 반복적으로 제거하고 재적용할 때 발생합니다. 하중이 특정 임계값을 초과하면 강철에 미세한 균열이 생성되어 점차 임계 크기에 도달하고 예기치 않게 전파되어 구조적 고장을 일으킵니다. 융합 부족, 형상, 관통 부족 등 여러 요인이 구조물의 피로 수명에 영향을 미칩니다. 용접 강철에서 설계 결함은 균열 형성에 이상적인 장소를 제공합니다. 전반적으로 피로 고장은 시작 단계가 사실상 없이 빠르게 발생합니다.

피로 수명이란?

엔지니어링에서 피로 수명이라는 용어는 구조적 고장이 발생하기 전에 용접 강철이 견딜 수 있는 응력 주기 수를 의미합니다. 강철을 다룰 때 엔지니어는 항상 응력 크기에 대한 이론적 값으로 작업하며, 이 값 아래에서는 응력 주기 수에 관계없이 강철이 최적으로 수행됩니다.

용접 강철의 피로 수명을 테스트하는 엔지니어는 변형, 내부 결함, 용접 기술, 용접 토우의 응력 집중점에 초점을 맞춥니다.

용접 강철 구조물 및 장비의 고장을 식별할 때 두 가지 일반적인 고장 유형이 있습니다:

1. 정적 고장 – 정적 고장은 쉽게 감지하고 적절히 수리할 수 있는 명백한 소성 변동으로 시작됩니다. 정적 고장은 드물게 돌발적이고 치명적인 사고를 일으킵니다.
2. 피로 고장 – 피로 고장은 종종 점차 크기가 증가하는 미세한 균열로 시작되어 영역의 하중 지지 효과를 감소시킵니다. 균열을 조기에 감지하지 못하면 돌발적인 치명적인 구조 및 장비 고장으로 이어지는 경우가 많습니다.

용접 강철의 피로

지난 몇 십 년 동안 엔지니어들은 용접 강철의 피로 고장을 연구하는 데 많은 시간을 보냈으며, 수명 예측과 구조적 고장 감소를 가능하게 하는 시스템 개발에 시간과 에너지를 투자했습니다.

피로 관련 고장의 치명적인 성격으로 인해 엔지니어들은 피로 궤적을 검사하고 테스트하기 위해 다양한 비파괴 기술을 사용합니다. 예를 들어 육안 검사와 초음파 영상 등이 있습니다. 그러나 피로 관련 대재앙을 예방하는 데 주요한 성과는 용접 설계와 제작 시 피로 문제를 해결하는 용접 기술에 집중되어 있습니다.

용접 개선 기술

용접은 본질적으로 강철 부품과 구조물의 피로 수명을 감소시켜 지속적인 설계 과제를 제시합니다. 설계자와 엔지니어는 용접 강철의 피로 수명과 강도를 증가시키고, 결과적으로 피로 관련 구조적 고장을 줄이기 위해 다양한 기술을 사용합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:

용접 토우 연마 기술

버 그라인더는 최대 40,000rpm 속도로 움직이는 고속 공압 그라인더를 사용합니다. 버 연마는 표면 결함을 제거하고 용접 금속을 베이스 플레이트와 블렌딩하여 국부 응력 집중을 줄이는 모양을 제공합니다. 이 공정은 용접 토우의 결함과 언더컷 제거에 초점을 맞춥니다.

디스크 그라인더는 슬래그 포함물과 언더컷을 제거하여 용접 모양을 수정합니다. 버 그라인더에 비해 더 빠르고 따라서 더 비용 효율적이지만 피로 균열의 개시 장소가 되는 연마 자국을 남깁니다. 디스크 연마는 버 연마보다 상대적으로 낮은 20~50%의 피로 사고 위험 감소 효과가 있습니다.

용접 토우 재용해 기술

용접 토우 재용해 기술은 용접 영역을 얕은 깊이로 녹여 용접 조인트의 피로 강도를 실질적으로 증가시킵니다. 재용해 공정은 플라즈마 용접 장비 또는 텅스텐 불활성 가스(TIG)를 사용합니다. 이 기술의 주요 단점은 공정이 만족스러웠는지 평가하는 데 도움이 되는 검사 기준이 없다는 것입니다.

피닝 방법

두 재료를 용접하면 용접이 식으면서 수축하여 인장 잔류 응력이 생성되어 강철의 피로 강도를 약화시킵니다. 피로 강도를 개선하는 한 가지 방법은 압축 잔류 응력을 도입하는 것으로, 더 나은 결과를 제공합니다.

피닝 기술은 압축 응력을 도입합니다. 이는 도구 또는 작은 금속 공으로 표면에 충격을 가해 소성 변형을 생성하는 냉간 가공 공정입니다. 궁극적으로 피닝 공정은 피로 강도를 개선하여 더 높은 강철 강도를 허용합니다.

응력 완화 방법

피닝 방법과 달리 응력 완화 방법은 수축으로 생성된 인장 잔류 응력을 줄이는 데 초점을 맞춥니다. 응력 완화 기술은 용접 절차 개선과 용접을 왜곡시키는 온도 제어에 초점을 맞춥니다.

여러 산업, 제조업체, 도구가 부품에 용접 강철을 사용합니다. 장비 고장에 기여하는 내부 요인을 이해하는 것은 설계 공정에 매우 중요합니다. 용접 강철로 작업하는 설계자는 처음부터 피로 문제를 해결하는 기계를 만들 수 있습니다. 제작 또는 용접 요구사항이 있으시면 Swanton Welding에 연락하십시오. 당사의 혁신적인 기술과 전문 용접공들이 매번 훌륭한 제품을 제공할 것입니다.