용접 이론의 기본 이해 - 4. 용접 변형 알기

1. 용접부 변형의 원인
• 모재의 영향, 용접 형상의 영향, 용접 속도의 영향, 용접 방법의 영향 등이 있음.

 

2. 용접 변형의 종류
• 면내변형: 횡수축, 길이방향 수축, 회전변형
• 면외변형: 각 변형(횡 굴곡), 각 변형(종 굴곡), 좌굴변형, 비틀림 변형

3. 용접 변형의 특징
• 횡수축
- 용접 각장이 두께의 3/4를 초과하지 않은 필릿 용접부 한 필릿당 0.8㎜ 수축

- 60˚ V 그루브 맞대기 용접부는 한 비드당 1.5~3mm 수축
• 길이 방향 수축
- 필릿 용접부에서는 용접길이 3m 당 0.8㎜(필릿 각장 증가는 수축량 증가)
- 맞대기 용접부에서는 용접길이 3m 당 3mm 수축
• 회전 변형
- 용접의 스타트에서 회전 변형이 일어나기 쉽고 일렉트로슬래그 용접의 경우는 좁아지는 반면 서브머지드 용접은 벌어지는 경향이 있음.
- 용접 입열과 함께 가접이나 Strong back의 위치 및 크기에 따라 달라짐.
- 용접법 중 후퇴법이나 대칭, 비석법 선정 시 상당한 효과가 있음
• 각 변형(종 굴곡)
- 특히 용접길이가 길고 부재의 중립축과 용접열원이 위치가 일치하지 않은 경우 용접굽힘 모멘트에 의해 발생. Built-up계 용접시 주로 발생됨.
• 좌굴변형
- 용접 입열량과 부재의 치수(폭/두께의 비)에 의해 영향을 받으며 주로 박판 용접시 발생

- 용접 중의 과도 변형과 용접에 의한 수축에 의해 발생함.

4. 용접 변형의 방지(대책)
• 이음의 모양이 가능한 한 용접부 단면이 대칭이 되도록 함 → V 보다는 X 그루브를 사용하는 것이 용접부 변형 방지에 유리.
• 용착량이 과다하지 않도록 설계
• 가능한 용접 패스수를 적게 함. → Multil-layer 일수록 용접부 변형은 심해짐.
• 용접 속도를 빠르게 함.
• 예열과 함께 용접을 실시하는 것도 변형 방지에 주요한 수단
• 미리 용접 이음부에 예상 변형의 반대로 변형각을 줌.
• 튼튼한 JIG로 견고하게 고정함.
• 피닝을 실시
• Water 또는 Copper Cooling

 

5. 용접 변형의 교정
• 용접 변형은 어디까지나 방지하는 것이 제일 좋은 방법이나 여러가지 방지 대책을 수립하여도 허용범위를 넘는 경우가 있음. 이러한 경우 변형교정을 실시해야 함.
• 냉간가압법 - 실온에서 기계적인 힘을 가하여 변형을 교정하는 방법. 타격법, 롤러법, 피닝법이 있음.
• 국부가열냉각법 - 변형이 생긴 용접구조 부재를 국부적으로 가열하여 즉시 냉각시켜 수축에 따르는 인장응력을 발생시켜 굽힘변형을 교정하는 방법.
• 가열가압법 - 변형이 생긴 부분을 가열하여 열간가공 온도로 하여 압력을 가하면서 변형을 교정하는 방법(연강: 500~600℃)

• 박판의 좌굴변형 방지법 - 모재판 만에 인장구속응력을 주어 인장상태 그대로 프레임과 용접함으로써 용접변형을 방지하는 응력법과 모재판만을 가열하여 열팽창을 일으킨 상태에서 프레임과 용접함으로써 용접변형을 방지하는 가열법이 있음.