용접 잔류응력 발생 과정 설명 (Fusion → Cooling 단계)

용접 잔류응력은 용융·응고·냉각 과정에서 발생하는 불균일한 열팽창과 수축이 주변 모재에 의해 구속되면서 형성됩니다. 용접부에 인장 잔류응력이 남는 원리부터 피로균열·취성파괴·변형에 미치는 영향, 예열과 PWHT 등 잔류응력 저감 방법까지 쉽게 정리했습니다.

출처 인터넷

 

용접 진행 → 응고 → 냉각 과정에서 응력이 어떻게 생성되는지를
시간 흐름에 따라 설명한 것입니다.

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✅ 1️⃣ Fusion 단계 (용융 단계)

✔ 상태 설명

• 토치 열에 의해 금속이 용융 (Liquid Metal) 상태가 됨
• 용융부는 매우 높은 온도
• 주변 모재(Base metal)는 상대적으로 낮은 온도

✔ 응력 상태

👉 액체 상태에서는 응력이 거의 발생하지 않음
이유

• 액체는 변형 저항이 없음
• 자유롭게 팽창 가능

📌 오른쪽 그래프 의미

• 온도 상승
• 응력은 거의 0

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✅ 2️⃣ Solidification 단계 (응고 단계)

✔ 상태 설명

• 용융 금속이 응고 시작
• 응고 시 체적 수축 발생 (Solidification shrinkage)

✔ 응력 발생

👉 수축하려는 용접부
👉 주변 모재가 구속
→ 압축응력 발생
📌 핵심

• 응고 수축은 잔류응력의 시작점

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✅ 3️⃣ Welding finished 단계 (용접 완료 직후)

✔ 상태 설명

• 용접부는 아직 고온
• 주변 모재는 이미 냉각됨

👉 온도 차이 매우 큼 (Thermal gradient)

✔ 응력 발생

• 고온부는 수축하려 함
• 주변은 이미 고정 상태

→ 인장응력 발생 시작
📌 이 시점이 매우 중요
→ 균열 발생 가능 구간

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✅ 4️⃣ Cooling down 단계 (완전 냉각)

✔ 상태 설명

• 전체 구조물이 실온 도달
• 용접부는 크게 수축 완료

✔ 최종 응력 상태 (Residual Stress)

👉 용접부
→ 인장 잔류응력
👉 주변 모재
→ 압축 잔류응력
📌 오른쪽 마지막 그래프 의미

• 실온에서도 응력 존재
• 외력이 없어도 내부 응력 유지

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🎯 한 줄 정리 

용접 잔류응력은
응고 수축과 냉각 수축이 구조물에 구속되면서 발생한다

📌 핵심 포인트 ⭐⭐⭐

✔ 잔류응력은
→ 온도 구배 + 수축 구속 때문에 발생

✔ 용접부는
→ 항복강도 수준의 인장 잔류응력 존재 가능

✔ 잔류응력 문제

• 피로균열 증가
• 취성파괴 위험
• 변형 발생
• 좌굴 강도 감소

✔ 저감 방법

• 예열
• 후열처리 (PWHT)
• 대칭 용접
• 구속 최소화
• 용접 순서 제어

 

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2026.03.15 - [용접개론] - 용접이란?

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