안녕하세요.
구조 용접 초보입니다...
용접에 관한 지식이 부족하여 이렇게 질문을 올리게 되었습니다.
검사를 하다가 보면 FILLET WELDING 부위에 TOE GRINDING을 실시하는 경우가 있는데 FATIGUE로 인한 CRACK을 방지하기 위해 응력을 줄이기 위하여 일정한 Depth와 width를 유지하여 실시하고 있습니다.
결국 TOE부분의 EDGE부나 언더컷 등의 제거가 되며 STRESS 최소화가 된다하나 TOE GRINDING을 실시하게 되면 결국 일정한 Depth이긴 하나 모재의 두께가 그만큼 줄어들고 TOE GRINDING을 실시한 후 패여진 용접부와 모재에는 어느정도의 EDGE가 발생할 것이라 생각이 되는데 이는 기존 모재의 두께값의 항복강도가 줄어드는게 아닌지 그리고 TOE GRINDING을 통하여 발생할수 있는 EDGE 부위에 STRESS가 발생할 수도 있다고 생각되어 TOE GRINDING이 정말 용접학적으로 큰 장점이 있는 방법인지 궁금합니다..
초보라 두서없는 내용 죄송합니다.
Fillet 용접부의 Toe에 Grind를 하면 응력집중을 완화시켜서 피로 저항성을 높인다는 개념입니다. Grind를 하기도 하고, Torch로 한번 살짝 녹여서 Undercut으로 지적 받지 않을 수준으로 해당 비드를 Tempering하기도 합니다.
Dime Test라고도 불리는데, 이는 동전으로 해당 용접부를 확인했을 때에 동전과 용접비드 사이에 1mm 이하의 Gap이 유지되도록 해야 한다고 하여 그렇게 부르기도 합니다. 그림에서 1mm이므로 실제 목 두께는 0.5mm 이하로 Grind되는 개념입니다.
당연히 너무 많이 파버리면 기계적 강도에 문제가 생길 수 있고, 도리어 응력집중이 발생할 수 있지요.
그래서 Undercut의 기준이 0.8mm이기에 그 이하로 관리하라고 얘기하는 것입니다.
참고할만한 논문 자료를 하나 링크로 공유합니다.
선배님들의 좋은 답변에 첨언을 하자면 TOE GRINDING을 실시하는 경우 이를 대체하는 방법으로 TOE부에 TIG Dressing 하는 방법도 추천(권장)합니다.
선배님들의 답변들을 보면서 저도 많은 공부가 되었습니다.
피노장님 말씀처럼 저도 유사한 고민을 한 적이 있기에 작은 경험을 공유드립니다.
용접을 다하고 그라인딩을 엄청 많이 해서 정말 현장에서는 이럴거면 용접을 왜이렇게 까지 하냐는 말이 나올정도로 검사 과정에서 작업이 홀딩 되기도 하고 그랬습니다.
그래서 궁금해서 저도 유사한 질문을 드린적이 있습니다.
필렛 용접은 아니지만 철도차량의 보기프레임 제작에서 그라인딩과 티그 드레싱으로 마무리를 하는 공정이 있습니다.
Bogie Frame의 형태는 그림과 유사하며 차종에 따라 차이는 있습니다.
용접부와 그라인딩 및 티그 드레싱을 한 사진은 폐사에서 직접 진행했던 사진이며 그 과정에서 그라인딩에 많은 공수가 들어가기도 했고 낭비가 아닌가 취약해 지지는 않을까라는 생각으로 저도 많은 고민을 했었던 부분입니다. 당시의 저는 공수를 줄이고 싶었던 마음이 더 컸기때문에 저의 눈에는 그런 의구심이 들었다고 생각됩니다.
제가 찾아 봤던 내용을 몇가지 첨부하였습니다.
잘 아시다시피 Fatigue Stress에 미치는 용접 Surface Profile의 가장 중요한 요인 중 하나가 용접부에서의 Stress Concentration (SC)인데 특히 Weld Toe에서의 모재와의 만나는 지점의 각도는 가장 중요한 원인이 될 수 있습니다. 따라서 여러 Owner Spec에서는 Cyclic (fatigue) Service에서는 Fillet Weld Bead를 Concave 형태로 유지하도록 요구하고 있고 Butt Weld의 경우는 Weld Deposit (덧살)을 완전 제거하도록 요구하기도 합니다. 이는 그 각도를 가장 줄이기 위한 목적으로부터 나온 것이며 그 정도에 따라 SC Factor (또는 Weld Joint Quality Factor) 를 두어 추가 모재 두께로 보강을 하도록 요구하기도 합니다. 이 SC는 Weld Toe 뿐만 아니라 Load나 Pressure를 받는 모든 구조물의 Corner설계를 위해 고려해야 하는 사항이기도 합니다.
앞의 답글에서 소개된 좋은 자료들 외에도 더 자세한 배경과 요구사항들은 보시고자 하면 아래의 자료들도 추가로 참고하시기 바랍니다.
Stress Concentration & Joint Efficiency: ASME Sec. VIII, Div.1 & 2 (Appendix 5), ASME B31.3
Quality Factors: ASME B31.3
Stress Intensification Factors: ASME B31J, WRC 329 & 392
Effect of Weld Metal Profiles: WRC 432
https://core.ac.uk/download/pdf/228629084.pdf
https://processbarron.com/wp-content/uploads/Weld-Improvement-Techniques-403.pdf
https://preserve.lehigh.edu/lehigh-scholarship/faculty-and-staff-publications/fritz-lab-reports/stress-concentration-and
다양한 분야의 전문가로써 활동하시는 선배님들의 소중한 답변 감사드리며 첨부해주신 자료는 모두 살펴보았습니다. Surface condition에 따른 Fatigue stress 의 기여도에 대해 무지한 부분이 컸던 것 같습니다. 모든 후처리에는 이유가 없는것이 없고 이번 질문을 통하여 제 나름대로 많은 공부가 되었습니다. 소중한 답변 감사드립니다.
용접강도 측면에서는 필렛용접의 유효 목두께는 유지되어야 합니다.
필렛용접의 형상이 크게 1) 중앙부 볼록, Convex, 2) 중앙부 오목한 Concave, 3) 중앙부가 편평한 Flush형상으로 분류할 수 있으며,
피로파괴의 취약성은 1) > 3) > 2) 순으로 나타납니다.
아마도 질문에서 Toe를 과하게 그라인딩하여 하부 모재의 실제 필요한 유효두께보다 낮을 경우을 우려하는 것 아닌가 싶은데, 필요두께 미만으로 그라인딩을 하면 안되는 것으로 알고 있습니다.
필렛은 2)번으로 그라인딩을 하면 피로수명에서 상당부분 도움이 되는 것으로 알고 있습니다.