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이 이용되고 있으며 앞으로도 에너지 자원 생(Subsea Production System : SPS) ,
산설비로서의 이용이 확대되어 나갈 것으로 생각한다.
한편 신에너지 자원으로서 천연가스의 이용이 점차 증대되고 있다 메탄올 주성분, .
으로 하는 천연가스는 석유자원에 비해 공해가 적고 매장량이 풍부하다 특히 천연.
가스로부터 디메틸 에데르 및 에탄올을 제조하는 기술이(DME) GTL(Gas To Liqid)
검토되고 있다.
한편 심해역의 천연가스전에 많이 존재하고 있는 메탄 하이드레이트의 채취 및 운,
송 저장 그리고 천연가스로부터 메탄 하이드레이트를 제조하는 기술의 개발 실용화· , ·
에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다 메탄 하이드레이트는 자기보존 효과에 의.
해 대기압하 전후에서도 거의 분해되지 않고 존재할 수 있기 때문에 그 수, -5℃
송 저장의 면에서 보다 저코스트가 될 것으로 기대하고 있다· LNG .
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앞으로 해양구조물용 용접재료 개발은 상기와 같은 새로운 생산설비 신에너지 자원·
개발에의 대응과 함께 기존의 굴삭 생산 시스템에서의 한냉역화 대수심화 대형화 경· · · ·
량화 등 구조형식의 변화도 포함하여 고강도화 고인성화의 요구가 어디까지 진행될·
것인지를 살핀 후에 행해 나갈 필요가 있다 그러나 고강도화 외에 가일층의 고인.
성화는 앞으로도 강력하게 요구될 것이며 그것을 해결하는 수단의 검토가 커다란,
과제가 될 전망이다.
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나 특성 평가 해설 기준나 특성 평가 해설 기준나 특성 평가 해설 기준나 특성 평가 해설 기준. CTOD (BS-7448 ). CTOD (BS-7448 ). CTOD (BS-7448 ). CTOD (BS-7448 )
해양구조물용 강재 및 용접재료에 적용되는 특성 평가기준은CTOD BS-7448
가 업계 표준처럼 되어 있는 실정이다 는 그리고 로code . BS-7448 code 1,2 4
구분되는데 은 강재에 대한 특성 평가 기준이고 는BS-7448-1 CTOD BS-7448-2
용접부에 대한 평가 기준이다 는 보다는 한단계 낮은 수. BS-7448-4 BS-7448-1
준의 특성 평가 기준을 제공하고 있다CTOD .
용접 및 시험편 형상 결정용접 및 시험편 형상 결정용접 및 시험편 형상 결정용접 및 시험편 형상 결정1)1)1)1)
용접부에서의 파괴인성 시험은 주로 두 가지로 요약할 수 있다 용접부의 특정한.
위치 예를 들어 루트나 캡 에 따라 파괴인성을 측정하는 방법과 용접부의 미시구조( ))
의 변화에 따라 파괴인성을 측정하는 방법이다 미시구조에 따라. CTOD(Crack Tip
균열 선단 개구 변위 시험을 할 때 일반적으로 특정한Opening Displacement : ) ,
미시구조에 노치가 존재하도록 해야 한다.
에서의 노치 위치는 중종 용접 종류에 의존한다 용접이 시험을 위하여 행해HAZ .
졌다면 에서의 시험이 용이하도록 설계할 수 있다 용접부에서는 그루브, HAZ .
가공 형태를 그루브나 반 그루브를 많이 사용한다 이러한 그루브들(Groove) K K .
은 을 비교적 직선적이고 일정하게 얻을 수 있기 때문이다Fusion Line .
파괴의 개시와 균열 성장을 검토하기 위하여 주로 사용하는 시험편은 두 가지가 있
다 컴팩트 시험편 과 편측 노치 굽힘 시험편. (Compact specimen) (Single Edge
가 그것이다 그림 은 각 시험편의 형상을 보여Notched Bend specimen : SENB) . 1
주고 있다 컴팩트 시편은 상대적으로 재료가 적게 소모되지만 구멍의 가공을 위하. ,
여 폭 방향으로 여분의 재료를 요구하게 된다.
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따라서 판재나 단조재를 시험할 경우에는 컴팩트 시험편이 경제적이지만 용접부의
시험에 있어서는 시험편이 용접재의 소모를 줄일 수 있어 더 경제적이다 이SENB .
러한 이유로 대부분의 경우 용접부는 시편을 더 선호한다SENB .
그림 시험을 위한 형상그림 시험을 위한 형상그림 시험을 위한 형상그림 시험을 위한 형상1 CTOD compact specimen and SENB specimen .1 CTOD compact specimen and SENB specimen .1 CTOD compact specimen and SENB specimen .1 CTOD compact specimen and SENB specimen .
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시험편 채취방향시험편 채취방향시험편 채취방향시험편 채취방향2)2)2)2)
용접부는 매우 불균질한 미시조직을 가지고 있으므로 이로 인하여 파괴인성은 시,
험하고자 하는 위치가 조금만 이동하여도 크게 변할 수 있다 그러므로 목표한 영.
역에 피로균열이 정확히 위치하도록 주의를 기울이는 것이 매우 중요하다 파괴인.
성 시험이 실제 구조물의 결함을 시뮬레이션 하도록 설계되었다면 그 때 피로균열,
은 실제 구조물의 결함과 유사한 미시조직에 삽입되어야 한다 용접과정을 검증하.
거나 일반적인 용접부의 파괴인성 평가를 위하여 가장 취약한 곳에 균열을 위치시
키는 것이 바람직하지만 용접부의 어느 곳이 가장 낮은 인성을 갖는지 사전에 아,
는 것은 힘들다 일반적인 구조용 강에서 인성은 보통 큰 결정립을 갖는 열영향부.
와 용착부와의 경계에서 낮은 값을 나타낸다 높은 경(heat-affected zone : HAZ) .
도를 가지는 부분이 때때로 취성거동을 나타내는 부분과 일치하므로 미시경도 측,
정은 저인성 영역을 확인하는 데 도움을 준다 가장 안전한 접근법은 용접부의 여.
러 곳에 대하여 파괴인성 시험을 수행하는 것이다.
그림 는 파괴인성시험편의 채취방향에 대하여 도식적으로 나타낸 것이다 시험편2 .
채취방향은 용접부에서 목표영역의 선정에 따라 결정된다 그림 은 노치위치를 나. 3
타낸 것이다 목표한 미시조직이 확인되면 노치의 방향이 선택되어야 하고 관통노. ,
치와 표면노치 중 어느 것을 선정할 것인가를 결정한다 에서는 용접부의. BS7448
두께를 전체 두께로 하는 것을 원칙으로 하고 있으며 표면 노치 시험편은 정사각,
형 단면 을 가지고 관통 노치 시험편은 보통 장방형 단면을 가지도록(BxB) , (Bx2B)
시험편을 제작한다.
용접부 시험에서는 일반적으로 용접부의 다양한 영역이 시험될 수 있는 관통방향,
이 선호된다.
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그러나 용접금속시험을 위하여 표면 노치를 사용하면 루트나 캡과 같은 용접부의
특정한 영역을 시험할 수 있으며 또한 가공되지 않은 용접금속과 같은 특별한 미,
시조직에 노치가 존재하도록 할 수 있다.
에서 노치의 위치는 종종 용접 종류에 의존하게 된다 용접이 단지 기계적 시HAZ .
험을 위해 행하여졌을 경우 시험이 용이하도록 용접 이음부를 설계할 수 있, HAZ
다 그루브 형상이 와 단일 그루브 이음의 와 반 용접 이음부의 형상. V V K K(half-K)
여 역굽힘 높은 응력비 국부 압축(Reversed bending), (High R-ratio), (Local
등의 방법이 있다compression) .
역굽힘 은 균열선단을 따라 압축응력을 상쇄시키는 인장 잔류응(Reversed bending)
력을 발생시키기 위하여 원래의 부하 방향에 대하여 반대로 시험편을 굽히는 것이
다.
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이 방법은 위의 문제점을 약간 개선시켜 주지만 만족할 만한 균일한 피로균열을,
만족시키지 못하는 것으로 알려져 있다.
높은 응력비 의 방법은 용접부 파괴인성 시험편의 피로예비균열을 서(High R-ratio)
로 다른 응력비 최대응력에 대한 최소응력의 비 의 두 가지 단계로 구성된다 첫 번( ) .
째 단계는 표준시험법에 규격화된 값 을 사용하여 균열을 정도 진전시R (0.1) 1mm
킨 후 두 번째 단계에서 훨씬 큰 칼 을 사용하여 잔류응력의 효과를 극소화하R (0.7)
는 방법이다 높은 은 피로에 대한 잔류응력 효과를 최소화하지만 시험편의 겉보. R ,
기 인성을 증가시키기도 한다 더구나 높은 에서 피로예비균열을 삽입하기 위해서. R
는 일 때보다 훨씬 긴 시간이 걸린다R=0.1 .
국부 압축법 은 피로예비균열을 도입할 위치의 표면에 기계적(LocaI compression)
으로 잔류응력을 없애는 두께의 만큼의 소성 압축을 가하여 두께 방향의 잔류응1%
력을 균일하게 재분포시키는 방법이다 하지만 극후판의 경우 판두께 중앙까지 압. ,
축에 의한 소성변형이 형성되기 위해서는 대단히 큰 장비가 필요하므로 상당한 어
려움이 존재한다 나. Dawes Machida6)등은 실험결과의 비교분석을 통하여 이 세
가지 방법 중 균일한 피로예비균열을 얻기 위해 가장 유용한 방법은 국부 압축법이
라고 그들의 논문에 밝히고 있다 하지만 국부 압축법도 역시 재질 악화에 따른 파.
괴 인성의 과소평가나 압축소성응력 인가에 따른 인성치의 과대평가 가능성 등의
문제는 가지고 있는 것으로 알려지고 있다.
그림 은 국부 압축법의 세 가지 방법에 대하여 설명한 그림이다 는 지름6 . Fig.6(a)
이 시편두께와 같은 환형의 압자를 이용하여 피로예비균열을 삽입할 부위에 한쪽
방향을 선택하여 국부적으로 를 압축하는 방법이고 는 의 직사각형 압1% , (b) BxB/2
자를 제작하여 양쪽으로 썩 압축하는 방법이며 는 지름이 인 환형 압0.5% , (c) B/2
자를 양쪽으로 씩 압축하는 방법이다0.5% .
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시험은 하중을 가하기 전에 생성된 매우 날카로운 균열이 시편에 적용되게CTOD
되는데 이러한 날카로운 균열을 삽입하기 위해 가장 효과적인 방법은 피로하중을,
가하는 것이다 반복적인 피로하중은 노치 선단에 작은 소성명역을 갖는 유한한 반.
지름의 균열을 생성시키며 균열선단의 영역에는 가공경화 부분이 나타나게 된다, .
에서는 를 사이의 값을 가지도록 하고 있으며 이 때 적용되BS7448 a/W 0.45~0.70
는 하중은 다음의 식에 의하여 결정된다.
Ff 피로예비균열 적용 최대하중: 리가먼트W-a :
σYSP 항복응력: σTSP 인장응력:
길이S : span
일반적으로 시험시 최대 피로하중은 리가먼트에 항복을 일으키는 하중보다CTOD
작아야 하며 피로예비균열의 삽입을 위한 하중을 항상 허용 하중보다 낮게 설정해,
야하나 피로하중이 줄어듦에 따라 균열 삽입 시간은 훨씬 많이 걸리게 된다, .
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그림 국부압축응력을 가하는 방법그림 국부압축응력을 가하는 방법그림 국부압축응력을 가하는 방법그림 국부압축응력을 가하는 방법6 .6 .6 .6 .
시험시험시험시험4) CTOD4) CTOD4) CTOD4) CTOD
잔류응력을 재분포시키고 피로예비균열을 목표한 위치까지 삽입한 시험편은CTOD
실험하고자 하는 온도의 상태를 유지한 상태에서 시험 장비에 시험편을 위CTOD
치시킨 후 하중을 점차적으로 증가시키면 부하하중과 클립게이지의 전위차에 의한,
변위가 측정된 하중 변위 선도를 얻을 수 있다- .
그림 은 시험 장치를 도시화한 것으로 시험 장치의 규격은 아래와 같다7 CTOD .
시험 고정체는 마찰 하중점을 최소한으로 줄일 수 있는 하중 고정체로(1) CTOD
시험하여야 한다.
시험 고정체의 롤러부는 회전이 가능해야하며 시험동안 접촉하면서 유동할 수(2)
있어야 한다 롤러의 지름은 사이로 하며 길이는 시편의 두께보다 커야하. W~W/2<
고 시험편의 전 길이를 시험 고정체로 지지할 수 있어야 한다.
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롤러와 롤러의 간격은 즉 스펀 길이 에서의 는 로 설정하여(3) , (Fig. 7 S) 4W±0.02W
야 한다.
그림 측정 방법그림 측정 방법그림 측정 방법그림 측정 방법7 Crack Tip Opening Displacement .7 Crack Tip Opening Displacement .7 Crack Tip Opening Displacement .7 Crack Tip Opening Displacement .
시험 후 변위 계산 및 분석시험 후 변위 계산 및 분석시험 후 변위 계산 및 분석시험 후 변위 계산 및 분석5) CTOD5) CTOD5) CTOD5) CTOD
실험적인 평가는 탄성성분과 소성성분으로 분리하여 행한다 의 탄성CTOD . CTOD
성분은 탄성 로부터 얻어진다K .
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δel 탄성: CTOD 포아송의 비:ν
의 계수E : Young
응력확대계수K :
탄성 는 식 로부터 계산된다 의 소성성분은 시험편이 소성 중심점을 기K (12) . CTOD
준으로 회전한다고 가정함으로써 얻어지게 된다 그림 은 시험편에 대하여. 8 SENB
이러한 개념을 설명한 것으로 소성 는 닮음꼴 삼각형을 사용하여 균열 개구CTOD
변위의 소성성분 Vp로부터 구할 수 있다.
δpl 소성: CTOD rp 소성회전계수:
리가먼트(W-a) : 나이프 에지 높이z :
여기에서 rp는 소성회전계수로서 회전의 상대 위치를 정의하는 과 의 사이의 상, 0 1
수이다 개구변위는 클립게이지로 측정된다 시험편은 종종 나이프 에지가. . SENB
부착되기도 한다 그러므로 식 에는 나이프 에지를 붙이지 않은 상태에서는. (14) z
의 높이를 고려할 필요가 없으나 설치된 시험편에서는 나이프 에지의 높이 가 고z
려되어야 한다.
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그림 는 시험 후 얻어진 전형적인 하중 변위 곡선에서9 CTOD - Vp값을 결정하는 방
법에 대하여 나타낸 것이다 변위의 소성성분 는 하중 변위 곡선의 탄성 부하 선. V -
에 평행한 선을 그림으로써 구해진다 에 의하면 소성회전계수는 시. BS 7448 SENB
험편에 대하여 rp 규정하였다=0.4 .
일반적인 시험편의 실질적인 값은 탄성성분과 소성성분을 더하여 구하여 진CTOD
다.
그림 시편에서 값 측정 방법그림 시편에서 값 측정 방법그림 시편에서 값 측정 방법그림 시편에서 값 측정 방법8 SENB CTOD .8 SENB CTOD .8 SENB CTOD .8 SENB CTOD .
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그림 의 결정 방법그림 의 결정 방법그림 의 결정 방법그림 의 결정 방법9 Crack opening displacement .9 Crack opening displacement .9 Crack opening displacement .9 Crack opening displacement .
지며 최대 하중점은, Pm이다 결과의 세 가지 형태. CTOD δc, δw, δm은 상호 배제
적이므로 동일한 시험편에서는 일어날 수 없다 그러나. δi값은 δm또는 δu값이 얻어
지는 시험에서도 측정될 수 있다.
그림 시험시 파괴 모드그림 시험시 파괴 모드그림 시험시 파괴 모드그림 시험시 파괴 모드10 CTOD .10 CTOD .10 CTOD .10 CTOD .
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그림 은 시험 후 파단면에서 균열길이를 측정하는 방법에 대하여 도식적11 CTOD
으로 설명한 것이다 실제적인 균열길이는 피로예비균열을 포함하지 않은 부분의.
연성파괴된 영역을 측정하는 것으로 초기 균열선에서 최종 균열선까지의 길이를 9
부분으로 나누어 측정한 후 평균을 낸 것이다 이 부분이 시험편의 파괴인성. CTOD
을 나타내는 부분이 된다.
그림 시편에서 균열길이 측정 방법그림 시편에서 균열길이 측정 방법그림 시편에서 균열길이 측정 방법그림 시편에서 균열길이 측정 방법11 SENB .11 SENB .11 SENB .11 SENB .
일반적으로 용착금속에서의 시험에 대한 피로균열의 정확한 위치를 정하는CTOD
것은 어렵지 않으며 이러한 영역에서는 영역에 비해 상대적으로 균질하다 그, HAZ .
러나 에서의 미시조직은 미소한 영역 내에서도 상당히 다른 양상을 보인다HAZ .
에서 피로균열의 정확한 위치를 선정하는 것은 많은 어려움이 따른다HAZ .
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피로 균열선단은 보통 약간의 곡률을 가지고 있어서 시험편 중앙에서 균열선단의
정확한 위치는 시험편의 표면관찰로는 거의 불가능하다 그러므로 파괴인성. HAZ
시험편들은 파괴가 시작된 점의 미시조직을 알기 위하여 시험 후에 광학현미경으로
검사해야 한다 용착금속 시험편들에서도 때로는 시험 후의 광학현미경으로 검사가.
필요하다.
그림 는 표면 노치와 관통노치를 가진 시험편의 단면을 절단하는 과정을 나타낸12
것이다 먼저 파괴의 원점을 표시한 후 시험편을 파면에 수직으로 절단하고 광학현.
미경으로 검사한다 시험편은 원점의 한쪽 면까지 절단되고 균열이 시작하는 곳을.
향하여 아래로 연마되어야 한다 원점에 다다랐을 때 위에서 표시한 작은 점이 연.
마된 시험편 상에 나타난다.
에서는 시험편의 시험 후 해석에 대하여 자세히 서술되어 있는데 시BS7448 HAZ ,
험편 단면의 절단과 함께 균열선단에 존재하는 큰 결정립의 미시 영역이 정량화되
어야 하고 유효한 시험이 되기 위해서는 적어도 균열 전방의 가 큰 결정립을, 15%
같은 열영향부에 있어야 한다 이의 목적은 열영향부 인성에 패해서 강을 먼저 검.
사하고 낮은 열영향부 인성을 나타내는 부분이 가공 전에 제거될 수 있도록 그 부,
분을 확인하는 것이다.
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그림 표면노치시편의 확인 방법그림 표면노치시편의 확인 방법그림 표면노치시편의 확인 방법그림 표면노치시편의 확인 방법12 Post-test sectioning .12 Post-test sectioning .12 Post-test sectioning .12 Post-test sectioning .
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다 저온강용 용접재료 게발관련 기술 지원다 저온강용 용접재료 게발관련 기술 지원다 저온강용 용접재료 게발관련 기술 지원다 저온강용 용접재료 게발관련 기술 지원. FCAW. FCAW. FCAW. FCAW
성능과 미세조직과의 상관관계 분석을 위한 기술자료 제공- CTOD
야금학적으로 재료의 인성을 지배하는 인자는 결정입도 입계형상 개재물 탄화물, , , ,
질화물 등의 석출 고용원소 수소 등이다 용접금속은 급속하, M-A Constituents, , .