[용접 품질 #39] 잔류응력 완벽 정리

용접 후 내부응력 발생 원리부터 제거 방법까지 총정리 

📌 목차
1. 잔류응력이란?
2. 잔류응력이 발생하는 원리
3. 잔류응력 종류
4. 잔류응력이 위험한 이유
5. 용접 변형과의 관계
6. 잔류응력 제거 방법
7. 시험 핵심 포인트
8. 현장 관리 포인트

용접이 끝난 뒤에도 금속 내부에는 보이지 않는 힘이 남아 있습니다.

👉 이것이 바로 잔류응력(Residual Stress)입니다.

잔류응력은 외부 힘이 없어도 금속 내부에 남아 있는 응력이며,
균열·변형·피로파괴의 주요 원인이 됩니다.

특히 조선소, 압력용기, 배관, 교량 같은 구조물에서는
잔류응력 관리가 매우 중요합니다.

이번 글에서는 잔류응력의 발생 원리부터
변형과의 관계, 응력 제거 방법까지
현장 기준으로 쉽게 정리해보겠습니다.

🔷 1. 잔류응력이란?

잔류응력은 외력이 제거된 이후에도
재료 내부에 남아 있는 응력입니다.

✔ 정의
잔류응력 = 외부 하중 없이 재료 내부에 남아 있는 내부 응력

용접 시에는 국부적으로 매우 높은 열이 가해집니다.
이 과정에서 팽창과 수축이 불균형하게 발생하면서
금속 내부에 응력이 남게 됩니다.

즉, 잔류응력은 용접 열사이클의 결과입니다.

🔷 2. 잔류응력이 발생하는 원리

용접부는 가열될 때 팽창하고,
냉각될 때 다시 수축합니다.

하지만 주변 모재가 이를 완전히 자유롭게 움직이지 못하게 막기 때문에
내부 응력이 발생하게 됩니다.

국부 가열 → 팽창 → 냉각 수축 → 구속 발생 → 내부 응력 잔류

특히 다음 조건에서 잔류응력이 커집니다.

• 두꺼운 후판
• 강한 구속 상태
• 큰 열입력
• 급속 냉각

👉 결국 “수축을 자유롭게 하지 못할 때” 응력이 남는 것입니다.

🔷 3. 잔류응력 종류

잔류응력은 발생 방향에 따라 구분할 수 있습니다.

종류	특징
종방향 응력	용접선 방향으로 발생
횡방향 응력	용접선 직각 방향으로 발생
두께 방향 응력	후판 구조물에서 중요

특히 두꺼운 구조물에서는
3차원 응력 상태가 형성되기 때문에 매우 복잡해집니다.

⚠️ 핵심
잔류응력은 용접부뿐 아니라 HAZ와 모재까지 영향을 줍니다.

🔷 4. 잔류응력이 위험한 이유

잔류응력은 눈에 보이지 않지만 매우 위험한 요소입니다.

• 균열 발생
• 수소균열 촉진
• 피로파괴 증가
• 치수 불량
• 응력부식균열(SCC) 위험 증가

특히 저온균열에서는
잔류응력이 핵심 원인 중 하나입니다.

기술사 시험에서는 자주 나오는 공식 표현이 있습니다.

🚨 중요
저온균열 발생 조건 = 수소 + 경화조직 + 잔류응력

즉, 잔류응력은 균열 발생의 핵심 조건입니다.

🔷 5. 용접 변형과의 관계

용접 변형과 잔류응력은 서로 깊게 연결되어 있습니다.

둘 다 “불균형 수축” 때문에 발생합니다.

구분	특징
변형	외형 변화 발생
잔류응력	내부 응력 잔류

쉽게 말하면,

• 변형은 “밖으로 드러난 현상”
• 잔류응력은 “안에 남은 힘”

이라고 이해하면 쉽습니다.

변형을 강제로 억제하면
오히려 잔류응력이 더 증가할 수 있습니다.

🔷 6. 잔류응력 제거 방법

잔류응력을 줄이기 위해서는
열과 수축을 안정적으로 제어해야 합니다.

방법	목적
예열	냉각속도 감소
PWHT	응력 완화
대칭 용접	수축 균형
백스텝법	응력 분산
해머 피닝	압축응력 부여

특히 PWHT(Post Weld Heat Treatment)는
대표적인 응력 제거 방법입니다.

일정 온도로 재가열하여
금속 내부 응력을 완화시키는 방식입니다.

🟩 7. 시험 핵심 포인트

📌 시험 포인트
- 잔류응력 = 내부에 남은 응력
- 국부 가열과 수축 때문에 발생
- 저온균열 핵심 원인
- PWHT는 대표 응력 제거 방법
- 변형과 잔류응력 차이 구분 중요

🛠️ 8. 현장 관리 포인트

• 열입력 기록 관리
• 대칭 용접 실시
• 예열 및 후열 적용
• 구속 상태 최소화
• 후판 용접 시 PWHT 검토
• WPS 기준 준수

📊 핵심 정리
✔ 잔류응력은 용접 후 내부에 남는 응력이다
✔ 불균형 수축이 주요 원인이다
✔ 균열과 피로파괴 위험을 증가시킨다
✔ PWHT는 대표적인 응력 제거 방법이다
✔ 변형과 잔류응력은 서로 깊게 연결되어 있다

🎯 한 줄 정리
👉 잔류응력 관리는 “보이지 않는 내부 힘을 제어하는 기술”이다.

🎥 영상으로도 보실 수 있습니다
아래 영상으로 핵심만 빠르게 확인해보세요.
듣기 쉽게 정리했습니다.

핵심 개념 키워드
잔류응력
Residual Stress
PWHT
응력 제거
용접 변형
저온균열
열입력
용접 응력

용접은 단순 기술이 아니라 이해가 필요한 공학입니다.

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