일반적인 용접은 맞대기용접을 말하는 것이라 ... 비드의 형상에서 가장 중요한 것은 모재와 용접금속(비드)가 만나는 토우각입니다. 같은 비드 높이라도 완만한 토우각을 갖는 높은 비드는 괜찮을 수 있지만 비드 높이는 낮지만 토우각이 90˚에 달하면 불량에 해당합니다. 그러나 이 질문 내용이 맞대기용접이 아니라 필릿용접의 비드에 관한 것으로 생각되어 이에 따라 답변 드립니다 필릿용접 역시 가장 이상적인 것은 비드 위면이 편평한 형상에 토우부분이 약간 라운드를 갖는 형상이랄 수 있으나 형상을 형성하기가 어렵습니다. 그래서 피로강도 등을 받는 부분에는 약간 오목비드를 권장합니다. 참고로 용접을 마치면 용접부에 그라인딩을 하는 데 대부분 비드 표면을 가공하고 있지만 이는 잘못으로 보입니다. 용접비드에 그라인딩을 하는 이유는 토우부분의 노치를 라운드 처리하라는 것입니다. 이 부분의 형상에 따라 노치로 인한 강도에 많은 영향을 미치기 때문입니다. 결론은 일반적으로 볼록한 비드일수록 용접토우각이 작아지게 되므로 높은 비드가 응력집중이 더 된다고 합니다.

용접부의 집중은 전형적인 피로 파괴의 원인중 하나일 겁니다. 무결함의 완벽한 용접부라도 마지막 Bead의 형상이 피로 수명에 영향을 줄 수 있지요. 대개 모재에서 이어져 그 Bead을 타고 오르는 각도가 완만할수록 (180도)에 가까울 수록 응력집중은 최소화가 됩니다. 따라서Weld Deposit의 Full Flush (welded pipe의 bead처리 처럼) 처리가 가장 응력 집중을 최소화 할 수 있습니다. JIS 압력용기의 Code의 경우 Butt Weld의 Joint Efficient가 Full Flush일 때 1.0, Full Flush가 아니면 1.0보다 작은 값을 규정하고 있습니다. 또한 Fillet Weld의 경우는 완만한 Concave (오목)형상이 가장 응력 집중을 최소화 할 수 있습니다. 실례로, Heavy Wall Pressure Vessel (vertical type)의 Skirt와 Bottom Head의 Fillet Joint에 적절한 Concave 형상이 요구되는 이유도 여기에 있습니다. Industrial Codes and Standards나 Project Specifications의 요구 사항의 Rationale에 대한 관심은 실무 엔지니어들에게 더 깊은 Knowledge를 제공해 줄겁니다.

문의 하신 내용은 응력집중에 따른 피로파괴관련된 비드 형상으로 이해합니다. 피로파괴 측면에서는 weld tow의 반경, 즉 각도가 높을 수록 service에서 피로응력 집중에 의해 피로파괴가 일어나는 것으로 알려져 있는데요, 외국 연구 자료에 의하면 각도가 15도 이하이면 괜찮은 것으로 되어 있습니다. 반면 오목 비드 (concave bead)는 weld reinforcement가 없기 때문에 frank angle 이 없기 때문에 볼록비드보다는 응력집중이 적은 것으로 판단됩니다.