용접 조인트의 강도 매칭: 전체 가이드

오랫동안 용접 구조물의 전통적인 설계 원칙은 주로 강도 설계에 기반을 두었습니다.

실제 용접 구조물에서 용접과 모재 간에는 강도 측면에서 용접 강도가 모재 강도와 같거나(동일 강도 매칭), 용접 강도가 모재 강도를 초과하거나(우수 강도 매칭, 고강도 매칭이라고도 함), 용접 강도가 모재 강도보다 낮은(저강도 매칭) 세 가지 유형의 매칭 관계가 존재합니다.

구조적 안전과 신뢰성의 관점에서 용접 강도는 일반적으로 '동일 강도' 설계 원칙으로 알려진 모재 강도와 최소한 같아야 합니다.

그러나 실제 생산에서는 증착된 금속의 강도에 따라 용접 재료가 선택되는 경우가 많으며, 이는 실제와 동일하지 않습니다. 용접 강도.

특히 용접 재료가 저합금 고강도 강철에 사용되는 경우, 용접 금속의 강도가 증착된 금속의 강도보다 훨씬 높은 경우가 많기 때문에 증착된 금속은 용접 금속과 동일하지 않습니다.

결과적으로 명목상으로는 '동등한 강도'이지만 실제로는 '우월한 강도'의 결과가 나올 수 있습니다.

우월한 강도 매칭이 항상 안전하고 신뢰할 수 있는지에 대한 합의가 이루어지지 않았으며, 일부 의구심도 있습니다.

중국 지우장 양쯔강 교량의 설계에서 용접의 "우수한 강도 값"은 98MPa 이하로 제한됩니다. 미국 학자 펠리니는 보수적인 구조 무결성 목표를 달성하기 위해 모재보다 137MPa 이하의 강도를 가진 용접(즉, 저강도 매칭)을 사용할 수 있다고 제안했습니다. 일본 학자 사토 쿠니히코 등의 연구 결과에 따르면 저강도 매칭도 실현 가능하며 엔지니어링에 적용되고 있습니다.

그러나 벨기에 학자 소에테와 중국 학자 장유펑은 우월한 힘의 매칭이 유리하다는 견해를 가지고 있습니다.

용접 구조물의 안전성과 신뢰성에 영향을 미치는 용접 강도 정합과 관련된 설계 원칙에 대한 이론적, 실무적 근거가 아직 충분하지 않고 통일된 이해가 부족한 것은 분명합니다.

칭화대학교의 첸 볼린 교수 등은 용접 접합부에 대한 보다 합리적인 설계 원칙을 결정하고 올바른 용접 재료 선택의 기반을 제공하기 위해 국립자연과학재단의 연구 프로젝트 '고강도 이론 연구'를 수행했습니다. 강철 용접 터프니스 매칭.

프로젝트의 연구 내용에는 490MPa 등급의 낮은 파단 강도가 포함됩니다. 항복 강도 비율 고강도 강 접합부, 690~780MPa급 고항복강도 비율 고강도 강 접합부의 파괴 강도, 미용접 접합부의 인장 강도, 딥 노치 시편 상부의 변형 거동, 용접 접합부에 대한 NDT 시험 등을 수행했습니다.

수많은 실험 결과에서 이를 확인할 수 있습니다:

인장 강도가 490MPa인 고강도 저항복률 강재의 경우 일정한 인성과 적절한 우수한 강도를 가진 용접 재료를 사용하는 것이 유리합니다.

용접 가공성 및 사용 적응성과 같은 요소를 고려할 경우, 일정한 인성과 실제 "동일한 강도"를 가진 용접 재료를 선택하는 것이 더 합리적입니다.

이 유형의 강철의 용접 조인트의 파단 강도와 거동은 강도와 연성의 결합 효과에 따라 달라집니다. 용접 재료.

따라서 용접 구조 인성을 고려하지 않고 강도만을 고려한 설계는 사용의 안전성을 확실하게 보장할 수 없습니다.

항복강도비가 690~780MPa인 고강도강의 경우 용접 접합부의 파단 성능은 용접부의 강도, 인성 및 가소성과 관련이 있을 뿐만 아니라 용접 접합부의 이질성에 의해서도 제약을 받습니다.

용접부의 강도가 지나치게 우수하거나 낮은 것은 이상적이지 않으며, 강도가 거의 일치하는 조인트가 가장 좋은 파단 성능을 보입니다. 따라서 실제 동일 강도 원칙에 따라 용접 조인트를 설계하는 것이 합리적입니다. 따라서 용접 강도에 대한 상한과 하한이 있어야 합니다.

강도 매칭 계수(Sr)는 용접 재료의 증착된 금속의 인장 강도와 모재의 인장 강도의 비율로, 접합부의 기계적 성능의 이질성을 반영할 수 있습니다.

실험 결과에 따르면 Sr≧0.9인 경우 용접 조인트의 강도는 모재의 강도에 가까운 것으로 간주할 수 있습니다. 따라서 생산 실무에서 모재에 비해 강도가 10% 감소하는 용접 재료를 사용하면 접합부가 동일한 강도 설계 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

Sr≧0.86인 경우, 접합부의 강도는 모재의 강도의 95% 이상에 도달할 수 있습니다. 이는 모재의 강도가 높을수록 용접 금속이 제한되어 용접 강도가 향상되기 때문입니다.

모재의 항복 강도 비율은 용접 조인트의 파단 거동에 중요한 영향을 미칩니다. J

기본 재료의 항복 강도 비율이 낮은 오인트는 기본 재료의 항복 강도 비율이 높은 조인트보다 취성 골절에 대한 저항성이 더 우수합니다. 이는 기본 재료의 가소성 보유량도 조인트의 취성 골절 저항에 상당한 영향을 미친다는 것을 나타냅니다.

용접 금속의 변형 거동은 용접과 모재 간의 기계적 특성의 일치에 영향을 받습니다.

동일한 인장 응력 하에서 저수율 강도 비율 강철의 우수한 강도 매칭 조인트의 용접 변형이 더 크고 고수율 강도 비율 강철의 저강도 매칭 조인트의 용접 변형이 더 작습니다. 용접 접합부의 균열 개구 변위(COD 값)도 동일한 경향을 보여 저항복강도비 강재의 우수한 강도 매칭 접합부는 균열 끝에서 쉽게 항복하고 균열 끝에서 변형이 더 큰 장점이 있음을 나타냅니다.

용접 조인트의 취성 파괴에 대한 저항은 조인트의 기계적 성능의 이질성과 밀접한 관련이 있습니다. 이는 용접의 강도에 의해 결정될 뿐만 아니라 용접의 인성 및 가소성에 의해서도 제약을 받습니다. 용접 재료의 선택은 용접이 적절한 강도를 가질뿐만 아니라 용접이 충분한 인성과 가소성을 갖도록 보장해야합니다. 즉, 용접의 강도-인성 매칭을 잘 제어해야 합니다.

고강도 강철의 경우 용접 금속과 모재 간의 강도를 동일하게 맞추는 것은 상당한 기술적 어려움을 수반합니다. 용접 강도가 동일한 강도에 도달하더라도 용접의 가소성과 인성이 허용할 수 없는 수준으로 감소하고 균열에 대한 저항력도 현저히 감소할 수 있습니다. 예방하려면 용접 균열건설 조건이 매우 엄격해야 하며 건설 비용이 크게 증가합니다.

강도만을 추구하여 구조물의 전체 성능이 저하되는 것을 방지하고 시공의 경제성을 향상시키기 위해서는 강도를 낮추고 저강도 매칭 방식을 채택할 필요가 있습니다.

예를 들어, 일본의 잠수함용 강재 NS110의 항복 강도는 1098MPa 이상이며, 이에 상응하는 증착 금속의 항복 강도는 다음과 같습니다. 용접봉 및 가스 차폐 용접 와이어는 항복 강도 정합 계수 0.85로 940MPa 이상이어야 합니다.

저강도 매칭 용접 재료를 사용한 후 탄소 함량 용접의 탄소 환산량을 줄일 수 있어 용접의 인성과 균열 저항성이 향상되어 용접 시공이 더욱 편리해지고 시공 비용이 절감됩니다.

또한 일본 학자 사토 쿠니히코의 일부 테스트 데이터에 따르면 용접 금속의 강도가 모재 강도의 80%보다 낮지 않으면 조인트의 강도가 모재와 동일하다는 것을 보장할 수 있습니다.

그러나 강도가 낮은 용접부가 있는 조인트의 전체 연신율은 약간 낮아집니다. 피로 하중 하에서 용접의 과도한 높이가 제거되지 않으면 피로 균열이 발생합니다. 퓨전 존. 그러나 용접의 과도한 높이가 제거되면 저강도 용접에 피로 균열이 발생합니다.

따라서 저강도 용접을 사용할 때는 특정 조건에 따라 몇 가지 실험 작업을 수행해야 합니다.