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 용접변형과 방지대책

용접변형은 구조물의 미관을 손상시킬뿐 아니라 초기변형이나 잔류응력으로 구조물의 강도를 저하시키므로 이를 방지 및 교정하는 것이 매우 중요하다.이러한 변형은 용접잔류응력과 같이 고유변형도에 의해 발생되며, 고유변형도의 분포형상에 따라 용접변형이 발생된다.이러한 용접변형은 강구조물 제작시 다양한 용접부 형상에 의해 복합적으로 발생되며, 이것은 강구조물을 설계치수를 변화시키거나 부재 간단차를 발생시켜 절단 또는 교정과 같은 생산공정에 불필요한 작업을 유발시켜 생산성을 저하시킨다. 따라서 강구조물 제작시 용접변형을 예측하여 설계단계에서 마진을 주거나 용접변형을 방지하기 위한 대책을 수립하여 생산성을 향상시키기 위한 연구가 필요하다. 용접변형은 모두 복합적으로 발생하지만 편의상 면내변형, 면외변형, 그리고 좌굴변형으로 구분할 수 있다. 면내변형은 종수축, 횡수축 그리고 회전변형이고, 면외변형은 각변형, 종굽힘변형으로 분류된다.면내변형은 수축에 의해 강구조물의 크기를 설계치수보다 작게 하여 단부에 단차가 발생함으로 이를 방지하기 위해서는 설계단계에서 수축마진을 주어 단차를 줄일 필요가 있다.그리고 회전변형은 면내변형 중에서도 특수한 변형으로 저입열 용접의 경우 용접부 앞부분이 그림과 같이 닫히려고 하는 변형이 발생하지만 대입열 용접의 경우는 반대로 용접부 앞부분이 벌어지려는 변형이 발생하여 경우에 따라 단부에 크랙을 발생시킨다. 따라서 회전변형을 제외하고는 면내 변형에서 주로 문제가 되는 것은 횡수축에 의한 변형이다. 반면 종수축은 다른 수축량에 비해 현저히 작으므로 큰 문제는 되지 않는다. 면외변형은 맞대기용접과 필렛용접시의 두께방향의 온도차에 의해 발생하는 변형으로 이는 일반적으로 용접 후 가스토치에 의한 교정작업으로 수정한다.종굽힘변형은 특히 용접길이가 길고 부재의 중립축과 용접열원이 위치가 일치하지 않은경우 용접 굽힘모멘트에 의해 발생하고 Built-up계 용접시 주로 발생된다.좌굴변형은 용접 입열량과 부재의 치수(폭/두께의 비)에 의해 영향을 받으며 주로 박판용 접시 발생하며, 용접 중의 과도변형과 용접에 의한 수축에 의해 발생한다. 이러한 변형은 한번 발생하면 교정하기 힘들기 때문에 미리 방지하는 것이 중요하다.이상 설명한 용접변형은 강구조물 제작시 다양한 조건에 의해 여러 가지 형태로 발생함으로 각 변형특성에 따라 예측 및 방지대책을 수립해야 한다. 

2. 고유변형도와 용접변형
용접변형은 용접부 근방의 열탄소성거동에 의해 발생된 고유변형도의 분포와 크기에 의해 결정된다. 이러한 고유변형도의 크기는 그 지점의 최고 도달온도와 구속정도에 의해 결정된다. 최고 도달온도는 열전달해석에 의해 예측할 수 있으나 구속도를 정확히 결정하기는 쉽지않다. 일반적으로 구속은 내적구속과 외적구속으로 분류할 수 있으며, 내적구속은 용접구조물 자체구속 및 물리적인 구속을 의미한다. 이라한 두가지 구속을 정확히 고려하여 용접변형을 예측하기는 쉽지 않으므로 적절한 가정을 통해 적용하는 것이 일반적이다.고유변형도법을 이용하여 용접변형을 예측하는 경우 특히 초층과 최종층의 용접비드에 있어서 구속과 고유변형도와 관계가 현재 명확히 정의되어 있지 않으므로 연구가 필요한 부분이다.
 3. 용접변형의 경감과 방지대책
용접변형을 체계적으로 제어하기 위해서는 구조물의 형상과 작업조건에 따라 변형방지대책을 적용할 것인지 아니면 교정방법을 적용할 것인가를 계획하고 그 구체적인 방법에 대해서도 검토해야 한다. 또한 용접변형을 방지하기 위해 과도하게 변형을 구속하는 경우 용접부에 균열이 발생됨으로 주의해야 한다.