《기술개건에서 국산화비중을 높이자면 기계제작공업이 자기의 위력을 최대한 발휘하도록 하여야 합니다.》
용접은 금속가공과 기계제작에서 두 소재를 국부적으로 녹이거나 가열하여 서로 뗄수 없게 련결하는 필수적인 기술공정이다.
용접기술에서 가장 중요한 문제는 용접과정에 필연적으로 발생하는 용접부에서 잔류응력에 의한 세기의 불균일성과 잔류변형에 의한 구조의 이지러짐을 최소화하는것이다.
오늘날 세계적으로 용접과정모의를 과학화하기 위한 많은 연구들이 많이 진행되는 속에 용접을 전문으로 모의하는 전용프로그람도구들도 개발리용되고있으며 또한 ANSYS나 ABAQUS와 같은 범용해석프로그람들로 용접과정을 모의한 연구결과들도 광범히 소개되고있다. 여기서 순수 용접과정을 모의할 때에는 전용프로그람을 리용하여 모의할수 있지만 용접잔류응력을 가지고있는 구조의 력학적일상태를 평가하는 경우에는 범용해석프로그람들을 리용하여야 한다.
용접과정은 열력학적견지에서 보면 용접재료와 소재의 국부구역에서 고체상태에서의 온도상승, 녹음과정, 액체상태에서의 온도상승과 하강, 응고과정, 고체상태에서의 식힘과정을 포함하며 재료과학적견지에서 보면 모임상태와 미시구조의 변화를 동반한다. 여기서 녹음과 응고시 재료의 상태변화과정에 드나드는 잠열을 모의하는것이 일정한 난도를 요구하는 문제이다. 특히 범용해석프로그람들로 용접과정을 모의하는 경우에는 상태변화를 모의하기 어려우므로 잠열의 영향을 정량적으로 평가하는 문제가 자주 제기된다. 이와 관련하여 종전의 선행연구들에서는 잠열의 영향을 고려하기 위하여 용접과정에 발생한 열량에서 잠열을 덜어주는 방법으로 모의하였는데 이렇게 하면 용접물이 녹은 다음 액체상태에서의 온도변화를 반영하지 못하는 결함이 있다. 실제적인 실측결과들은 용접물의 녹음점이 보통 1 500~2 000℃정도라면 용접용융물의 온도는
최근
연구에서는 범용해석프로그람으로 용접과정을 해석할 때 녹음이나 응고효과를 고려하기 위하여 모의과정에 재료의 상태변화에 대한 열량을 실지 용접열에서는 덜어주고 식힘열에는 더해주는 방법을 리용하였다.
다시말하여 녹음이나 응고과정의 상태변화과정에 발생하는 흡수열이나 방출열을 등가상태변화시간으로 환산하는것으로 모의하는것이다.
연구결과에 의하면 등가상태변화시간은 일반적으로 실지 용접시간의 14.6%에 해당한다. 이로부터 범용해석프로그람에 의한 용접과정모의에서 녹음과정의 모의시간은 실지용접시간보다 등가상태변화시간만큼 작아지고 응고과정의 모의시간은 실지 식힘시간보다 등가상태변화시간만큼 커진다.
이와 같은 방법으로 용접과정을 모의하는 경우 액체상태에서의 온도증가와 감소에 드는 열량이 평가되며 잠열의 영향을 보다 과학적으로 평가할수 있게 된다.
우리는 이러한 방법을 리용하여 뽈트라스구조와 같은 대경간용접구조물의 력학적일상태를 평가하고 실측결과와의 비교분석을 통하여 등가상태변화시간을 리용한 용접잔류응력평가방법이 효과적이라는것을 론증하였다.
이상의 내용은 국제학술잡지 《International Journal of Space Structures》(2020)에 《Comparison of residual stress on different three-dimensional multi-layer welding methods of welded hollow sphere joint in large-span structure by considering latent heat》(https://doi.org/10.1177/0956059919890257) 의 제목으로 출판되였다.
