용접 변형과 잔류응력

용접 변형(Welding Distortion)은 용접 시 국부적인 가열과 냉각으로 인해 구조물의 형상이 변하는 현상입니다. 잔류응력(Residual Stress)은 외력 없이 재료 내부에 남아 있는 응력으로, 용접부에서는 항복 강도에 근접하는 높은 잔류응력이 발생할 수 있습니다.

변형과 잔류응력은 치수 정밀도, 피로 수명, 응력 부식 균열 등에 직접적인 영향을 미칩니다.

용접 변형의 6가지 유형

1. 종방향 수축(Longitudinal Shrinkage) — 용접선 방향 수축
2. 횡방향 수축(Transverse Shrinkage) — 용접선 직각 방향 수축
3. 각변형(Angular Distortion) — V개선 용접 시 비대칭 수축으로 발생
4. 굽힘 변형(Bending/Bowing) — 중립축 편심 용접에 의한 전체 굽힘
5. 좌굴 변형(Buckling) — 얇은 판에서 압축 잔류응력에 의한 불안정
6. 비틀림(Twisting) — 비대칭 용접 순서에 의한 뒤틀림

변형에 영향을 주는 요소
- 열 입력(Heat Input): 높을수록 변형 증가
- 이음 설계: V개선보다 X개선(양면)이 각변형 적음
- 구속 조건: 구속이 클수록 변형은 줄지만 잔류응력은 증가
- 용접 순서: 비대칭 순서 → 비대칭 변형

변형 교정 기법

1. 기계적 교정
- 프레스 교정: 유압 프레스로 역방향 힘 적용
- 롤러 교정: 판재의 굽힘 교정
- 피닝(Peening): 해머링으로 용접부 표면 압축 → 잔류응력 완화

2. 열적 교정
- 선상 가열(Line Heating): 가스 토치로 선상 가열 후 냉각 → 수축력 이용
- 점 가열(Spot Heating): 국부 가열로 좌굴 교정
- PWHT: 잔류응력 완화 (변형 교정 목적은 아님)

잔류응력 관리
- PWHT가 가장 효과적인 잔류응력 완화 방법
- 기계적 응력 완화(VSR, Vibration Stress Relief)는 효과가 제한적
- 설계 단계에서 용접량 최소화가 근본적 해결책