이순영
2000-06-18 00:00:00
3
762
농기계 생산업체의 연구원입니다.
저희 회사 제품중 사용중 용접부에 균열이 발생하여 현재 많은 문제를 갖고 있습니다.
책을 읽어보아도 뚜렷히 감을 잡기가 어렵습니다.
이론적인 접근 말고 실질적인 문제 접근을 어떻게 하는지 알고 싶습니다.
감사합니다.
저희 회사 제품중 사용중 용접부에 균열이 발생하여 현재 많은 문제를 갖고 있습니다.
책을 읽어보아도 뚜렷히 감을 잡기가 어렵습니다.
이론적인 접근 말고 실질적인 문제 접근을 어떻게 하는지 알고 싶습니다.
감사합니다.
농기계의 용접부에 발생한 피로균열에 대하여
농기계는 사용중에 심한 부식환경하에서 크게 변동이 심한 하중이 반복적으로 작용하므로 피로균열의 발생 및 전파라고 하는 입장에서는 매우 관심의 대상이 될 수 있는 구조물이라고 판단됩니다.
용접구조물의 용접부에서 발생하는 피로균열은 일반적으로 다음과 같이 크게 4 종류로 구분할 수 있습니다.
1. 용접구조물의 기본 적인 강도 설계의 실패 : 농기계에 작용하는 설계하중의 추정 실패, 각 용접부에 작용하는 응력의 계산(작은 목두께 등) 또는 재료의 선택 실패로 인하여 근본적으로 용접부에 과대한 응력이 작용하여 피로균열이 조기에 발생하여 전파하는 경우.
2. 피로설계의 실패로 인한 균열 : 피로하중의 랜덤특성, 하중 작용방향과 용접부의 형상과의 관계 및 응력집중의 특성을 고려한 피로강도 또는 피로 수명 예측의 실패로 인한 균열의 조기 발생과 전파로 인한 균열.
3. 허용범위를 초과하는 용접 결함의 존재로 인한 균열 : 실제로 피로설계하여 결정된 결함의 허용치수보다 큰 용접결함 예를들면 과대한 언더컷, 과대한 기공, 과대한 균열 등이 존재하여 이곳에서
피로균열이 조기에 발생하여 고속으로 전파하여 큰 피로균열로 되어 외부에 나타나는 것으로서 용접품질 관리가 가장 중요한 경우이다. 이 경우의 균열이 가장 많게 나타난다.
4. 사중중 과대하중 또는 비정상적인 환경에의 노출로 인한 피로균열의 발생 : 정상적으로 설계하고 양호한 용접품질로 생산하였더라도 사용자가 그 기계의 허용하중 또는 허용 환경을 무시하고
위험하게 썼을 때는 초기의 불안정 파괴의 발생과 반복되는 사용하중에 의한 피로균열의 성장이 일어난다. 사용자의 안전성에 대한 인식부족이 심한 경우는 생각보다 이런 종류의 균열이 자주 나
타나게 된다.
현장에서 가장 간단하게 이러한 균열을 방지하는 우선적인 방법으로서는 용접부의 목두께(throat) 또는 각장(leg length)을 증가시키거나, 언더컷의 관리(통상 반복하중이 작용하는 경우는 0.2mm이하로 관리, 이 0.2mm의 언더컷은 손톱으로 긁어서 걸리
면 불합격임) 또는 기공의 관리, 슬래그 혼입의 관리 등 용접결함의 엄격한 관리를 통하여 해결되는 경우가 많지만 생각보다 간단하게 해결되지 않는수도 있다. 특히 용접구조물의 강판 소재가 고장력강이라면 결함 또는 형상 불균일부에 의한 피로수명 저하정도는 현저
하게 심해지기 때문에 좀더 문제는 까다로워지며, 특히 주철과 같은 부품을 용접한다면 더욱 힘들어지게 됩니다.
아무튼 상세한 진단과 처방이 불가능하였던 점 양해바랍니다. 용접결함과 피로수명의 관계에 대해 20여년간 관심을 가진 사람으로서도 귀하의 질문만으로는 정확한 처방이 곤란합니다.
농기계는 사용중에 심한 부식환경하에서 크게 변동이 심한 하중이 반복적으로 작용하므로 피로균열의 발생 및 전파라고 하는 입장에서는 매우 관심의 대상이 될 수 있는 구조물이라고 판단됩니다.
용접구조물의 용접부에서 발생하는 피로균열은 일반적으로 다음과 같이 크게 4 종류로 구분할 수 있습니다.
1. 용접구조물의 기본 적인 강도 설계의 실패 : 농기계에 작용하는 설계하중의 추정 실패, 각 용접부에 작용하는 응력의 계산(작은 목두께 등) 또는 재료의 선택 실패로 인하여 근본적으로 용접부에 과대한 응력이 작용하여 피로균열이 조기에 발생하여 전파하는 경우.
2. 피로설계의 실패로 인한 균열 : 피로하중의 랜덤특성, 하중 작용방향과 용접부의 형상과의 관계 및 응력집중의 특성을 고려한 피로강도 또는 피로 수명 예측의 실패로 인한 균열의 조기 발생과 전파로 인한 균열.
3. 허용범위를 초과하는 용접 결함의 존재로 인한 균열 : 실제로 피로설계하여 결정된 결함의 허용치수보다 큰 용접결함 예를들면 과대한 언더컷, 과대한 기공, 과대한 균열 등이 존재하여 이곳에서
피로균열이 조기에 발생하여 고속으로 전파하여 큰 피로균열로 되어 외부에 나타나는 것으로서 용접품질 관리가 가장 중요한 경우이다. 이 경우의 균열이 가장 많게 나타난다.
4. 사중중 과대하중 또는 비정상적인 환경에의 노출로 인한 피로균열의 발생 : 정상적으로 설계하고 양호한 용접품질로 생산하였더라도 사용자가 그 기계의 허용하중 또는 허용 환경을 무시하고
위험하게 썼을 때는 초기의 불안정 파괴의 발생과 반복되는 사용하중에 의한 피로균열의 성장이 일어난다. 사용자의 안전성에 대한 인식부족이 심한 경우는 생각보다 이런 종류의 균열이 자주 나
타나게 된다.
현장에서 가장 간단하게 이러한 균열을 방지하는 우선적인 방법으로서는 용접부의 목두께(throat) 또는 각장(leg length)을 증가시키거나, 언더컷의 관리(통상 반복하중이 작용하는 경우는 0.2mm이하로 관리, 이 0.2mm의 언더컷은 손톱으로 긁어서 걸리
면 불합격임) 또는 기공의 관리, 슬래그 혼입의 관리 등 용접결함의 엄격한 관리를 통하여 해결되는 경우가 많지만 생각보다 간단하게 해결되지 않는수도 있다. 특히 용접구조물의 강판 소재가 고장력강이라면 결함 또는 형상 불균일부에 의한 피로수명 저하정도는 현저
하게 심해지기 때문에 좀더 문제는 까다로워지며, 특히 주철과 같은 부품을 용접한다면 더욱 힘들어지게 됩니다.
아무튼 상세한 진단과 처방이 불가능하였던 점 양해바랍니다. 용접결함과 피로수명의 관계에 대해 20여년간 관심을 가진 사람으로서도 귀하의 질문만으로는 정확한 처방이 곤란합니다.
앞의 두분 전문가님의 답변 감사드리며 이순영님께 많은 도움이 되길 바랍니다.
제가 보기에도 질문하신 정도만 가지고는 어느 문제(설계품질,시공품질,Overload 등)인질 알기 어렵겠습니다.
일단 파손된 부품의 파면이 심하게 오염되지 않았거나 파손시의 마모발생이 되지 않았다면 1)파면분석, 2) 파단면의 위치 3) 용접부의 외관검사(각장,목두께,언더컷,오버랩,기타 노치유무 등)를 전문가에게 의뢰하여 설계상의 문제인지 시공불량의 문제인지 그 원인을 어느 정도 추정할 수는 있을 겁니다.
문제는 사용 부주의에 의한 Overload가 문제인데 제 경험에 사용자는 절대 인정하질 않을 겁니다.
동일 부품의 Field Claim 접수 자료가 만일 있다면 장비의 평균 수명시간데이타도 참고해 보세요. 당연한 예기지만 동일 사용시간대에 동일 Claim이 지속적으로 접수된다면 설계문제일 가능성이 높겠지요.
제가 보기에도 질문하신 정도만 가지고는 어느 문제(설계품질,시공품질,Overload 등)인질 알기 어렵겠습니다.
일단 파손된 부품의 파면이 심하게 오염되지 않았거나 파손시의 마모발생이 되지 않았다면 1)파면분석, 2) 파단면의 위치 3) 용접부의 외관검사(각장,목두께,언더컷,오버랩,기타 노치유무 등)를 전문가에게 의뢰하여 설계상의 문제인지 시공불량의 문제인지 그 원인을 어느 정도 추정할 수는 있을 겁니다.
문제는 사용 부주의에 의한 Overload가 문제인데 제 경험에 사용자는 절대 인정하질 않을 겁니다.
동일 부품의 Field Claim 접수 자료가 만일 있다면 장비의 평균 수명시간데이타도 참고해 보세요. 당연한 예기지만 동일 사용시간대에 동일 Claim이 지속적으로 접수된다면 설계문제일 가능성이 높겠지요.
공지사항
사용중에 발생된 균열이라고 해도 그 원인이 반복되는 피로에 있을 수도 있지만, 구조적인 결함이나, 기타 제작중 용접관리 미비와 강종 선택 자체에 문제가 있을 수도 있습니다.
사용된 강종, 두께를 비롯한 형상과 사용되는 용도에 관한 내용을 자세히 올려주시면 도움이 될만한 답변을 드리겠습니다.
가능하다면 균열 발생부의 사진등이 있으면 더욱 좋겠지요.
수고하세요.