안병준님의 글
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유익한 자료를 잘 받아 보고 있습니다.

교좌장치 관련 업무를 하고 있는데, 필렛 용접에 있어서
최소 목두께 및 관련 계산 근거가 있을것으로 사료됩니다.

제가 알고 있는 것으로는

얇은쪽의 모재두께 > 용접각장 ≥ √(2*두꺼운 모재 두께)

로 알고 있는데...

이외에 다른 방법으로 계산하는 방법이 있는지 궁금합니다.


이에 관련된 자료가 있으시면 부탁 드리겠습니다.

----------------- [답 변] -------------------

Fillet 용접부의 최소 목두께에 관한 기준은 ASME Sec. VIII Div. 1의 UG-16.1에 여러가지 경우의 Fillet Joint에 대해서 용접 금속의 최소 크기를 규정하고 있습니다. (이외에도 AWS 등지에 비슷한 계산식들이 제시되고 있습니다.)
여기에 제시된 여러가지 그림들과 적용식은 추후에 그림 File로 만들어 기술문서에 올리도록 하겠습니다.
우선 참고로 양면 Fillet일 경우에 적용되는 기준은 다음과 같습니다.
t1 + t2 ≥1¼T min
t1 or t2 not less than the smaller of 1/4in or 0.7 T min

t1, t2 : Fillet 용접부 크기
T min : 둘중에 얇은 부재의 두께

그런데 제 생각에는 이런 계산식의 단순 적용 보다는 AWS D1.1에 제시된 Table 2.3과 2.4의 내용과 같이 용접부가 가져야 되는 허용 응력의 기준 값을 근거로 강도 계산하여 적용하시는 것이 중요합니다.

도움이 되시길 바랍니다.

필릿용접부의 목두께(throat)와 각장(leg length) 및 사이즈(size)에 대한 최소치는 용접 강도설계라고 하는 측면에서는 가장 핵심이 되는 개념입니다.
용접구조물이 피로 파괴할 가능성이 있거나, 소성변형의 우려가 있을 정도로 외부하중이 크게 작용하는 경우는 반드시 별도의 용접강도설계를 해야 합니다.
용접강도설계의 핵심은 용접부 목단면(throat section)에서의 응력해석입니다. 일반적으로 용접부 목단면에 대한 응력해석의 일반적인 절차를 말씀드리겠습니다.
1) 완전용입용접부 : 목단면에서 작용하는 하나의 수직응력과 두개의 전단응력을 함께 고려한 Von-Mises상당응력을 사용하여 허용응력과 비교하여 설계
2) 부분용입용접부 및 필릿용접부 : 목단면에서 작용하는 두개의 전단응력만을 고려한 상당응력을 사용하여 전단허용응력과 비교하여 설계
귀하가 요구하시는 필릿용접부의 경우는 물론 상기 2)에 해당합니다. 그런데, 이 경우의 필릿 목단면은 통상 루트에서 45도 방향의 필릿용접부 단면이 됩니다. 그 때,
목단면적=목두께x용접부의 유효길이
여기서, 목두께=필릿사이즈x0.707
용접부 유효길이=전용접부의 길이-(필릿사이즈x2)
필릿사이즈 : 정상적인 등각장의 볼록비드일 때는 각장과 동일하지만, 부등각장의 볼록비드일 때는 작은 쪽의 각장이 사이즈로 됩니다. 오목비드로 되면 다시 사이즈를 별도로 계산해야 되지만, 통상은 볼록형의 필릿용접부가 형성되므로 간단함.
이와 같이 필릿용접부의 목단면에 작용하는 상당응력을 계산하여 그 크기가 허용응력보다 작게 해야 하는데, 만약에 교량과 같이 반복하중이 심하게 작용하는 경우에는 피로강도를 허용응력으로 생각해야 합니다. 가끔 항복응력을 안전계수 1.7(연강) 또는 2.2(고장력강)로 나눈 값을 허용응력으로 삼아서 용접부 피로 설계를 무턱대고 하는 경우가 있는데, 용접부에 작용하는 응력의 정확한 특성을 고려해야만 하므로 주의해야 합니다.
종종 모재의 두께이하로 또는 두께와 비슷하게 필릿사이즈를 주라던가, 작은쪽 모재 두께와 비교해서 어느정도로 하면 된다고 하는데, 실제로 계산해보면 매우 포괄적이고 애매하기 때문에 강도가 문제시 되지 않는 경우는 적당하게 적용가능하지만, 강도가 문제시 될 때는 함부로 적용할 것은 못됩니다. 특히 중요한 부위의 필릿사이즈와 각장의 결정은 반드시 정상적인 용접강도설계를 해서 적용해야 합니다. 그리고 설계각장과 현장의 관리각장은 당연히 달리 적용 되어야 하겠지요. 각장을 적당하게 결정할수록 최적의 생산성과 품질을 확보하기가 곤란해지겠지요.
특히, 안전하게 하기 위해서 무조건 각장을 크게 관리하면 생산원가가 비싸게 될 뿐만 아니고 용접변형도 함께 커져서 곤란하게 되겠지요.
원하시는 답이 되었는지 모르겠습니다. 도움이 되었으면 좋겠군요.