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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 LNG 저장탱크용 9% 니켈강 후판 용접부에 대한 역학적 거동을 2차원 유한요소해석을 통해 규명하였다. 용접과정 시뮬레이션을 위한 열전달 해석을 수행하여 용접과정 중에 발생되는 온도분포를 예측하였으며, 이를 기초로 잔류응력해석을 수행하였다.
가설 설정
- 9% 니켈강에 대해서는 500℃까지의 재료특성을 일부 제공하고 있다.5~7) 고온에서의 인장물성이 잔류응력에 큰 영향을 주지 않는다는 연구결과8)에 따라 9% 니켈강의 500℃이상 고온에서의 재료물성은 강재에 대한 자료를 바탕으로 적절히 가정하여 해석에 적용하였다. 그러나 YAWATA WELD B(M)에 대해서는 공개된 자료가 거의 없기 때문에 Inconel 계열강, 순수 니켈 및 9% 니켈강 등의 물성을 바탕으로 물성을 가정하여 해석에 적용하였다.
- 용접물이 용착되는 순간에는 어떠한 열전달도 일어나지 않는다고 가정하였다. 가열되는 동안 용접물을 제외한 나머지 자유면에서는 자연대류가 일어나며, 용입금속은 단열상태이고 단지 열전도만 일어난다고 가정하였다. 냉각과정에서 모든 자유면에 대류 조건이 부여되며, 냉각시간은 용접시방서9)에 따라 최대층간온도를 넘지 않도록 하였다.
- 이와 같은 열적 경계조건은 각 용접 패스가 수행될 때 마다 수정되어 적용된다. 용접금속은 액상선 온도보다 높은 온도로 용착된다고 가정하였다. 용접금속에 가해지는 입열량은 Table 1의 용접시방서9)에서처럼 실제 용접과정에서는 달라질 수 있기 때문에 해석에서의 입열량은 용접시 방서 상의 평균값으로 설정하였다.
- 용접물이 용착되는 순간에는 어떠한 열전달도 일어나지 않는다고 가정하였다. 가열되는 동안 용접물을 제외한 나머지 자유면에서는 자연대류가 일어나며, 용입금속은 단열상태이고 단지 열전도만 일어난다고 가정하였다.
- 그러나 YAWATA WELD B(M)에 대해서는 공개된 자료가 거의 없기 때문에 Inconel 계열강, 순수 니켈 및 9% 니켈강 등의 물성을 바탕으로 물성을 가정하여 해석에 적용하였다. 용접재에 대한 열팽창 계수는 9% 니켈강과 같다고 가정하여 해석에 적용하였다(Fig. 2).
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