WELDING · ASTM E837

용접부 잔류응력 측정
발생 원인 · ASTM E837 분석

용접 시 불균일 가열·냉각으로 발생하는 잔류응력을 ASTM E837 홀드릴링법으로 측정합니다. 용접부 및 모재(HAZ 외부) 다중 포인트 측정으로 응력 분포를 전체적으로 파악하고, 피로균열·SCC 위험 부위를 정량적으로 평가합니다.

3가지

잔류응력 발생
메커니즘

다점

용접부 + 모재
다중 포인트 측정

E837

ASTM E837
국제 규격 준용

용접 잔류응력 측정 시편 — 용접 이음부

ROOT CAUSES용접 잔류응력 발생 원인 3가지

용접 잔류응력은 용접 재료의 불균일한 가열 및 냉각 과정에서 발생합니다. 발생 메커니즘은 크게 세 가지로 구분됩니다.

측정 시편 — 3축 로제트 게이지 부착 상태

용접 비드 위 로제트 게이지 부착 ①

온도 그라데이션

용접 중 금속이 국부적으로 고온 가열됩니다. 냉각 시 불균일하게 수축하면서 인장·압축 응력이 발생합니다. 용접 비드 근방에 인장 잔류응력이 집중되는 주요 원인입니다.

부피 변화

금속의 가열·냉각 과정에서 부피가 변화합니다. 더 빨리 냉각되는 부위는 더 큰 부피 감소를 경험해 내부 응력이 발생합니다. 두께 차이가 큰 이종 소재 용접 시 특히 두드러집니다.

야금학적 변화

용접 열에 의한 상(Phase) 변형이나 입자 성장 같은 미세구조 변화가 잔류응력을 유발합니다. 마르텐사이트 변태 등 상 변태가 수반되는 소재에서 두드러집니다.

⚠ 왜 측정이 중요한가: 용접 잔류응력은 시간이 지남에 따라 균열, 왜곡 및 조기 파손을 일으킬 수 있습니다. 용접 부품의 구조적 무결성과 내구성을 평가하려면 잔류응력 정량 측정이 필수적입니다.

MEASUREMENT POINTS측정 포인트 — 용접부 + 모재 비교

정확한 평가를 위해 용접부(용접 비드 위)와 용접부에서 떨어진 모재 지점을 각각 측정합니다. 두 지점의 잔류응력 분포를 비교해 용접 입열이 미치는 응력 영향 범위를 파악합니다.

용접부 측정 포인트 — 용접 비드 바로 위 또는 HAZ(열영향부). 용접 잔류응력이 집중되는 최고 응력 지점. 인장 잔류응력 크기 및 심도 파악.
모재 측정 포인트 — 용접부와 충분히 떨어진 위치. 용접 전 소재 응력 상태 및 용접 영향을 받지 않은 기준값 측정.
다중 포인트 비교 — 두 측정값을 비교해 용접 공정이 부여하는 추가 잔류응력 크기를 정량화. 후열처리(PWHT) 효과 검증에도 활용.

PROCESS측정 프로세스

STEP 01

시편 수령 및 확인

용접 시편 수령 후 상태 확인. 측정 위치 선정 및 사전 사진·영상 촬영. 용접 형상, 이음 방식, 소재 물성 정보 수집.

STEP 02

스트레인게이지 부착

HBM RY61 또는 TML FRS-2 잔류응력 전용 3축 로제트 게이지 부착. 최소 12시간 전 부착하여 접착제 완전 경화 후 측정 진행.

STEP 03

홀 드릴링 및 스트레인 측정

SINT MTS3000으로 Depth 1.00mm, 20 steps 점진적 천공. HBM MX1615 DAQ로 각 단계별 이완 변형률 정밀 수집.

STEP 04

EVAL 해석 및 성적서 발행

SINT EVAL로 ASTM E837-13 EXT Not Unif. Depth 1.00mm, Integral method, HDM method 해석. 깊이별 주응력 및 Test report 발행.

CASE STUDY실제 측정 사례

씨앤디테크가 수행한 용접부 잔류응력 측정 사례입니다. 용접 비드 위 게이지 부착, 홀드릴링 측정, 알루미늄 합금 용접부 EVAL 결과까지 전 과정을 수록합니다.

용접 비드 위 로제트 게이지 부착 ②

홀드릴링 측정 과정 ①

홀드릴링 측정 과정 ②

홀드릴링 측정 과정 ③

Al 합금 용접부 — EVAL 결과 ①

Al 합금 용접부 — EVAL 결과 ②

Al 합금 용접부 — EVAL 결과 ③

EQUIPMENT측정 장비 사양

잔류응력 측정 시스템	SINT MTS3000 (이탈리아)
데이터 수집 장치	HBM MX1615 (독일)
스트레인게이지	TML FRS-2 / HBM RY61 잔류응력 전용 3축 로제트
해석 소프트웨어	SINT EVAL (ASTM E837 전용)
해석 방식	ASTM E837-13 EXT Not Unif. Depth 1.00mm, 20 steps
알고리즘	Integral Method + HDM Method
측정 규격	ASTM E837 (홀드릴링법 국제 표준)
측정 형태	시편 수령 측정 / 현장 방문 측정 모두 가능

APPLICATIONS적용 분야

압력용기 용접부 배관 용접 이음부 교량·철골 구조물 선박 구조 용접 원전 배관 용접부 자동차 차체 용접 건설기계 프레임 이종 소재 용접 PWHT 효과 검증 용접 균열 원인 분석

SERVICE측정 용역 및 장비 공급

측정 용역

시편 수령 또는 현장 방문 측정
ASTM E837 기준 성적서 발급
용접부·모재 다중 포인트 비교 분석
사진·영상 촬영 및 측정 보고서 제공

장비 공급

SINT MTS3000 잔류응력 측정 시스템
HBM DAQ 시스템
HBM / TML 잔류응력 전용 게이지
설치·교육·유지보수 지원

FAQ자주 묻는 질문

용접 잔류응력이 구조물에 미치는 영향은 무엇인가요?

용접 시 형성된 인장 잔류응력은 피로균열 발생 및 성장을 촉진하고, 응력부식균열(SCC) 감수성을 높이며, 수소 취화에 의한 취성파괴 위험을 증가시킵니다. 특히 용접 비드 근방(HAZ)에서 인장 잔류응력이 집중되는 경우 구조물의 조기 파손으로 이어질 수 있어, 정량적인 잔류응력 평가가 중요합니다.

용접부와 모재(HAZ 외부) 모두 측정할 수 있나요?

가능합니다. 1개 시편에서 용접 비드 바로 위(용접부)와 용접부와 떨어진 모재 지점을 각각 측정해 응력 분포 차이를 비교합니다. 이를 통해 용접 입열이 주변 소재에 미치는 응력 영향 범위를 정량적으로 파악할 수 있습니다.

시편 형태와 현장 구조물 모두 측정 가능한가요?

가능합니다. 시편은 사무실로 수령 후 측정하며, 현장 구조물은 방문 측정이 가능합니다. SINT MTS3000은 Full Automation 방식으로 현장 적용성이 뛰어나며, 측정 최소 12시간 전 게이지 부착 후 경화 완료 후 측정합니다. 시험 과정 전체를 사진·영상으로 기록하고 ASTM E837 성적서를 발급합니다.

후열처리(PWHT) 전후 잔류응력 비교도 가능한가요?

가능합니다. 용접 후 후열처리(PWHT) 전·후 동일 위치에서 비교 측정하면 PWHT가 잔류응력 완화에 미치는 효과를 정량화할 수 있습니다. 이 데이터는 PWHT 공정 최적화 및 효과 검증에 직접 활용됩니다.

용접부 잔류응력 측정 문의

용접부 잔류응력 측정, 용접·모재 비교 분석, PWHT 효과 검증이 필요하시면 언제든지 문의해 주세요. 시편 수령 또는 현장 방문 측정 모두 가능합니다.

측정 용역 문의 → 031-680-1225

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