극 후판의 Tandem EGW 용접에 의한 잔류 응력 해석 방안과 실험적 검증

초록

용접 접합부는 대입열에 의해 잔류응력이 발생한다. 일반적으로 선박과 해양구조물의 용접 접합부에 존재하는 잔류응력과 용접 형상은 구조물의 피로 수명, 피로 균열 전파 속도, 그리고 정적 강성에 영향을 미친다. 해상 구조물 및 초대형 컨테이너 선박은 상부 구조물 및 해치 코우밍 등의 구조 부재는 큰 하중을 받기 때문에 강성을 확보하기 위하여 60mm 이상의 극 후판 고장력 강재를 사용하고 있다. 이와 같은 극 후판 부재의 접합에는 FCAW(Flux Core Arc Welding) 방법과 같은 다층 용접 방법이 사용되고 있으나, 용접 생산성 향상을 위하여 수직 상향 EGW(Electro Gas Welding) 방법이 새롭게 적용되기 시작하였다. EGW는 FCAW에 비하여 생산성은 높으나, 입열량이 FCAW보다 크기 때문에 잔류 응력이 클 것으로 예상되며, 이러한 잔류 응력은 피로 수명을 약화시킬 수 있는 우려를 가지고 있다. 본 연구에서는 Tandem EGW를 이용한 EH 40 TMCP 강재의 용접부의 잔류 응력을 예측하기 위한 수치 해석 절차를 제시하였다. 80mm의 두께를 가진 맞대기 용접부의 형상을 대상으로 3차원 유한요소법을 사용한 잔류 응력 해석 절차를 제시하였다. 또한, X-Ray Diffraction 방법을 이용하여 시편의 표면에 분포하는 잔류 응력을 계측하였다.