• 검색 결과가 없습니다.

극저온환경에서의 파괴인성

문서에서 저작자표시 (페이지 38-43)

CTOD란 취성파괴가 발생하기 전에 연성균열의 진전특성을 평가하는 값으로 강재 에서 발생된 균열이 사용 환경에서 취성파괴 발생 전까지 어느 정도의 변형까지 취성파괴의 기점이 되지 않고 견딜 수 있는가를 나타내는 파괴인성 파라메타이다.

CTOD 실험은 BS 7448(British Standard 7448)[15][16]이 주로 사용되었으나, 현재 ISO 12135[17]/15653[18] (International Organization for standardization 12135/15653)으로 통합되어서 통합된 규격에 의하여 수행하였으며, CTOD 실험의 개략도는 Fig.3.1에 나타내었다.[17] CTOD 실험은 시험용접, 노치표기, 시험편 가 공, 피로예비균열 삽입, 메인 시험, 유효성 검증의 단계로 나눌 수 있다.

Fig.3.1 Flow of CTOD Test[17]

CTOD 실험은 강재의 사용 환경과 동일한 온도에서 평가되므로, -165℃를 시험 온도로 설정하였다. 실험에 사용한 용접프로세스는, 조선 산업에서 가장 범용적으 로 사용되는 FCAW와 SAW 로 하였다. LNG 저장탱크의 제작 시 아래보기는 주로 SAW가 많이 사용되고 탱크의 조립단계에서는 주로 FCAW가 사용되기 때문이다.

본 실험에 사용한 강재의 두께는 실제 LNG 탱크 제작 시 최대두께로 적용될 30mm 판재를 사용하였다. CTOD 시험편은 두께를 고려하여 보다 정도 높은 실험 값을 얻기 위하여, B×2B로 제작하였다. 노치위치는 제2장에서 이미 실험한 용접 부 기계적 성질평가 결과를 바탕으로 F/L, F/L+2mm, WM에 노치를 삽입하여 시험 편을 제작하였다. 시험편의 형상 및 크기는 Fig.3.2에 나타내었다.

Fig.3.2 3-point bend CTOD test specimen geometry

용접부에 존재하는 잔류응력은 피로예비균열의 직진도를 떨어트리기 때문에 BS 7448[15][16]에는 local compression, reverse bending, high R-ratio를 용접잔 류응력을 완화시키는 방법으로 규정하고 있지만, 현재 ISO 12135[17]/15653[18]

에는 reverse bending을 제외한 두 가지 방법을 용접잔류응력을 완화시키는 방법 으로 규정하고 있다. 하지만 본 연구에서는 reverse bending 방법(2018년 9월부터 는 ISO 규격에 reverse bending 방법이 추가되었다)을 이용하여 잔류응력을 재분포 시켜 피로균열의 성장에 잔류응력의 영향을 최소화 하고자 하였다. 적용하중은 다 음의 식(3.1)에 의하여 계산하였으며, FCAW, SAW 시험편 모두 약 6ton의 하중을 주어 reverse bending을 실시하였다.

    

  

×  ··· (3.1)

여기서, B는 시험편의 두께, W는 시험편의 폭, a0는 기계가공노치 길이, d는 노 치 주변 롤러의 간격, σYS는 항복응력을 나타낸다.

잔류응력이 재분포 된 시험편은 피로예비균열을 약 3~5mm 발생시킨 후 0.45 ≤ a0/W ≤ 0.55의 값을 가지도록 하였다. 이때의 a0는 기계가공노치 길이+피로예비 균열 길이를 나타낸다. 피로예비균열에 대한 하중은 다음의 식(3.2)에 의하여 계산 하였다.

 

       

··· (3.2)

여기서, Ff는 피로예비균열 적용 최대하중, B는 시험편의 두께, W는 시험편의 폭, a는 균열의 길이, σYSP는 항복강도, σTSP는 최대인장강도, S는 롤러 사이의 거리 (S=4.0W)를 나타낸다. FCAW 시험편은 시작하중을 3.5ton으로 가하고 균열이 성 장함에 따라 종단 하중은 3.1ton으로 가했으며 SAW 시험편은 시작하중을 3.2ton 으로 가하고 종단하중은 2.8ton을 가했으며 모든 시험편은 R=0.1의 조건으로 피로 예비균열을 생성하였다.

피로예비균열이 삽입된 시험편은 CTOD 시험을 진행하였다. 극저온 환경을 모사 하여 CTOD를 평가하기 위하여 냉각챔버에 액체질소를 투입하였다. 시험편에는 열 전대를 부착시켜 실시간으로 온도를 측정하여 –165℃로 만들었으며 규격에 따라 온도가 시험온도에 이르고 나서 두께 1mm당 1분의 온도 유지시간을 가지고 시험 을 수행하였다. 균열개구변위를 측정하기 위해 시험편 노치에 클립 게이지를 장착 하여 굽힘 시험 중에 COD 값을 측정하였으며, 실험 후 CTOD 값을 구하기 위하여 ISO12135[17]/15653[18]에서 제안한 식(3.3)을 적용하였다.

 



 × 

 

  

    

  

··· (3.3)

여기서, 

 

  





  



 



  



  



 



,

는 CTOD 값, F는 적용하중, S는 롤러사이의 거리(S=4.0W), W는 시험편의 폭, a0는 균열의 길이, ν는 포아송비, σYS는 항복강도, E는 영률, Vp는 CMOD(Crack Mouth Opening Displacement) 값, z는 시편의 표면에서 노치 개구 게이지까지의 거리를 의미하며 a0 에 관해서는 Fig. 3.3에 정리하였다.

Fig. 3.3 Definition of a0

문서에서 저작자표시 (페이지 38-43)

관련 문서