선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 시험은 시험편의 최종 파단 발생 위치를 통하여 용접 건전성을 평가하게 된다. 시험은 KS B 0841에 준하여 진행되었다.
- 용접이음부 굽힘시험은 용접 이음부의 소성변형능력을 육안으로 확인하기 위한 시험으로, 제작된 시험편을 KS B 0804 금속재료 굽힘 시험방법에 따라 시험편을 구부려, 굽힘 시 표면의 터짐이나 기타 결점의 유무를 확인하는 시험이다. 본 시험을 통해 용접 접합부가 소성변형 후에도 취성파괴나 균열의 발생 없이 충분한 연성을 발현할 수 있는지를 확인 할 수있다.
- 본 연구에서는 SHN400 강재를 건축구조용 강재로 사용하는데 있어 요구되는 용접성능을 평가하기 위해 KS의 용접특성 평가시험을 수행하였다. 각 시험결과에 따른 용접성능은 KS 기준값의 만족 여부와 함께 구조학적인 측면에서 건축구조용 강재에 요구되는 용접성능을 고려하여 평가하였다.
- 이에 본 연구에서는 국내 KS에서 건축구조용으로 규정하고 있으며 KBC2009에서 내진설계 시 적용을 명시하고 있는 SHN 강재 중 최근 개발된 400MPa 급 강재(SHN400)의 용접성능을 시험적으로 평가하고 KS에서 규정하고 있는 건축구조용 강재로 적용 타당성을 검증하여 추후 현장적용을 위한 기초자료로 활용하고자 한다.
제안 방법
- 가력은 보 부재의 플랜지 및 연결판에 해당하는 부재를 만능재료시험기를 통하여 인장 가력하여 최종 파단 위치를 평가하였다.
- 본 연구에서는 SHN400 강재를 건축구조용 강재로 사용하는데 있어 요구되는 용접성능을 평가하기 위해 KS의 용접특성 평가시험을 수행하였다. 각 시험결과에 따른 용접성능은 KS 기준값의 만족 여부와 함께 구조학적인 측면에서 건축구조용 강재에 요구되는 용접성능을 고려하여 평가하였다. 본연구에서 수행된 용접특성 평가시험은 표 1에 나타내었다.
- 또한 시험편의 종류 및 수량은 표 7에 나타내었다. 굽힘시험은 1,000kN 성능의 만능재료시험기(UTM)을 사용하여 가력 하였다(그림 8 참조).
- 따라서 SHN400강의 용접이음부 평판인장시험을 실시하여 용접이음부에서 모재에 기대되는 최대 강도 이상의 하중을 발현할 수 있는지와 부재의 파단이 모재에서 발생하는지를 확인하였다.
- 경사 y형 용접균열시험은 강재의 저온 균열 특성을 평가하기 위한 자기구속형 시험방법으로 루트부에 응력집중이 커 용접부의 저온 균열 감수성을 평가할 수 있다. 본 시험은 그림 1과 같이 KS B 0870, y형 용접균열 시험방법에 따라 시험편(용접방법 : FCAW+CO2)을 제작하여, 용접 48시간 경과 후 시험편을 절단, 균열유무를 육안 및 확대경을 사용하여 관찰, 용접성능을 평가하였다.
- 용접특성에 미치는 단면의 외형 치수 및 판 두께에 영향을 파악하기 위해 현재 상업생산이 가능한 KS의 열간압연 H형강 규격(KS D 3502) 중 춤(H)이 가장 큰 H-918×303×19×37 규격과 플랜지 두께(tf)가 가장 두꺼운 H-458×417×30×50 규격, 그리고 보 부재로 많이 적용되는 H-700×300×13×24 규격을 제작단면으로 선정하였다.
- 이음부 경도시험은 용접에 의한 경화조직 발생 여부를 조사하여 용접성에 미치는 영향을 평가하기 위한 시험으로 그림 3과 같이 FCAW+CO2 용접이 된 보 플랜지 용접 이음부 두께 1/4 위치에서 모재부는 1mm, 열영향부는 0.5mm, 용착금속부는 1mm간격으로 KS B 0893 용접 열영향부의 최고경도 시험방법에 따라 비커스 경도기를 사용 경도 시험을 실시하였다. 시험에 적용된 시험편의 판두께 및 수량은 표 4와 같다.
- SHN400강의 용접이음부 평판인장시험은 KS B 0801 규정에 따라 시험편이 제작 되었으며(그림 5 참조), 표 5에 사용된 시험편의 일람을 나타내었다. 인장시험은 KS B 0802 규정에 따라 2,000kN 성능의 만능재료시험기(UTM)를 사용하여 수행하였으며, 가력속도는 10kN/min으로 하였다.
- 충격 시험 온도는 시험편 제작 대상 단면 중 플랜지 두께가 가장 두꺼운 A type(H-458×417×30×50)은 온도별 충격에너지 흡수치를 파악하기 위하여 -60℃, -40℃, -20℃, 0℃, +20℃의 온도별 시험을 실시하였으며, 나머지 단면에 대해서는 KS 규격에서 모재에 규정하고 있는 충격 에너지평가 온도인 0℃에 대해서만 시험을 실시하였다.
대상 데이터
- SHN400강의 용접이음부 평판인장시험은 KS B 0801 규정에 따라 시험편이 제작 되었으며(그림 5 참조), 표 5에 사용된 시험편의 일람을 나타내었다. 인장시험은 KS B 0802 규정에 따라 2,000kN 성능의 만능재료시험기(UTM)를 사용하여 수행하였으며, 가력속도는 10kN/min으로 하였다.
- )이 적용되었다. 그리고, 용접재료로는 국내 철구조물 제작업체에서 가장 일반적으로 사용되고 있는 직경 1.4mm의 AWS E71T-1(항복강도 548MPa, 인장강도 582MPa, 연신율 28%, 충격치 0℃ 86J)급 재료를 적용하였다.
- 본 연구의 용접시험편 제작을 위해 CO2 가스를 사용한 플럭스 코어 아크 용접(FCAW+CO2)이 적용되었다. 그리고, 용접재료로는 국내 철구조물 제작업체에서 가장 일반적으로 사용되고 있는 직경 1.
- 시험에 사용된 시험편은 시편체취를 위하여 선택된 형강의 플랜지를 대상으로 하여 각 두께별로 2개씩 제작하여 시험하였다. 시험에 사용된 시험편 명 및 수량은 표 3에 나타내었다.
- 따라서, SHN400 강재의 플랜지 부분을 FCAW+CO2 방법으로 용접하고, KS B 0809에 따라 충격 시험편을 채취하였다. 시험편은 용접부 중 용착금속부 (W.M.), 본드부(Bond), 및 열영향부(HAZ)의 판두께 1/4 지점에서 각각 체취하였다(그림 13 참조).
이론/모형
- 하지만 용접부의 건전성과 모재에서 확보된 CVN 인성 유지를 위해서는 용접 이음부에서도 모재와 동등한 CVN 인성의 확보가 요구된다. 따라서, SHN400 강재의 플랜지 부분을 FCAW+CO2 방법으로 용접하고, KS B 0809에 따라 충격 시험편을 채취하였다. 시험편은 용접부 중 용착금속부 (W.
- 시험방법은 모재의 충격시험과 동일한 방법(KS B 0810)에 따라 실시하였다.
- 본 시험은 시험편의 최종 파단 발생 위치를 통하여 용접 건전성을 평가하게 된다. 시험은 KS B 0841에 준하여 진행되었다. 시험에 사용된 십자형 인장시험편을 표 8에 나타내었으며, 그림 10에 시험편의 개형을 나타내었다.
성능/효과
- (1) 경사 y형 용접 균열 시험 결과 모든 시험편에서 용접후 균열이 발생하지 않았다.
- (2) 모재부, 열영향부, 용착금속부에 경도 시험을 실시한 결과 경도값 150Hv에서 240Hv로 용접에 적절한 결과값을 나타냈다.
- (3) 용접이음부 평판인장시험결과 모든 시험편에서 파단은 소성변형 능력이 우수한 모재부위에서 발생하였다.
- (4) 이음부 굽힘휨 시험 결과, 모든 시험편에서 충분한 소성변형 이후에도 용접부 터짐현상이 나타나지 않았다.
- (5) 기둥플랜지와 보플랜지의 용접 이음부를 모사한 용접이음부 십자형인장시험결과 모든 시험편에서 파단은 소성 변형능력이 우수한 모재부에서 발생하였다.
- (6) 용접이음부 충격시험결과 용접봉의 특성에 영향을 받는용착금속부를 제외한 모든 시험편의 본드부, 열영향부에서 KS 규격치인 0℃ 27J을 상회하는 충격 에너지 결과를 나타내었다.
- (7) 이상의 용접 시험 결과 SHN400 강재는 KS에서 규정된 건축구조용 강재에 요구되는 용접 성능을 적절히 만족하고 있는 것으로 판단된다.
- KS 규격에서 모재에 제안하고 있는 0℃일 때 충격치 시험 결과를 살펴보면, 일부 용착금속부를 제외하고는 모두 KS 규격에서 제한하고 있는 27J을 상회하는 결과를 나타내고 있다. 충격 에너지가 27J 이하의 결과를 나타낸 용착금속 부분 (SFCF-WM)의 경우, 용접시 사용된 용접봉의 충격 특성에 영향을 받는 부분이다.
- 그리고 시험편 제작 판두께가 증가할수록 용접이음부의 충격 에너지가 감소하는 것으로 나타났다. 용접시 주의가 필요한 열영향부(HAZ)를 기준으로 보았을 때 약 1.
- 십자형 인장 시험 결과 시험편은 모두 모재부위에서 파단이 발생하였다(그림 12 참조). 따라서 본 시험 결과에서 SHN400 강재는 구조물의 주요 용접부위인 기둥-보 용접부에서 충분한 소성변형이 발생 할 때까지 이음부의 인장하중 전달성능에는 문제가 없는 것으로 나타났다.
- KS B 0804 굽힘시험 방법에 따라 시험편을 구부려, 굽힘시 표면의 터짐이나 기타 결점의 유무를 확인한 결과 시험편을 180도로 굽힌 이후에도 용접부에 터짐이나 갈라짐 현상이 나타나지 않았다 (그림 9 참조). 따라서 본 시험 결과에서 SHN400 강재는 용접이음부에서 충분한 소성변형 능력을 발휘하는데 무리가 없는 것으로 나타났다.
- 따라서 본 시험 결과에서는 모재 파단시까지 용접이음부의 하중 전달 성능에는 무리가 없을 것으로 나타났다.
- 그림에서도 확인 할 수 있듯이 경사 y형 용접균열 시험결과 시험편의 두께와 관계없이 모든 시험편에서 용접 후 균열이 발생하지 않은 것으로 나타났다. 따라서 본 실험 결과에서 SHN400 강재는 용접에 적절한 저온균열특성을 나타내었다.
- 그림 4는 이음부 경도시험결과를 나타낸 것으로 용접부 전반에 걸쳐 150Hv에서 240Hv 사이의 경도값이 나타났다. 시험결과 모재부(base metal)나 열영향부(heat affected zone) 보다 용착금속부(welding metal)에서 경도값이 가장 크게 나타났다. 이는 용접에 사용된 용접봉의 특성에 의해 나타난 결과라 판단된다.
- KS D 3866에서 플랜지의 인장강도를 400~510 N/mm2의범위로 제한하고 있다. 시험편 중 플랜지에서 체취한 시험편의 최대강도는 모두 제한 범위 내에 있는 것으로 나타났으며, 모든 시험체에서 파단은 모재부위에서 발생하였다(표 6, 그림 6 참조).
후속연구
- 따라서 SHN400 강재는 용접 이후에도 모재에서 요구되는 수준 이상의 충격 에너지를 확보 할 수 있는 것으로 판단된다. 다만, 적절한 수준의 용접 이음부 충격 에너지 확보를 위해서는 용접봉의 선택시 충격 에너지에 대한 각별한 고려가필요 할 것으로 사료된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.