An Experimental Study on Fatigue Crack Growth Characteristics of Welded High-Strength Steels

용접구조용 고강도강재의 피로균열성장특성에 관한 실험적 연구

In this study, a series of fatigue tests are performed in order to estimate quantitatively the characteristics of fatigue crack growth rate according to the base metal, heat affected zone(HAZ) and weld metal, and the welding method and grade of strength of object steels, and the influence on fatigue crack growth rate according to the direction of welded line for high strength steels of SM570, POSTEN60, and POSTEN80 steels. From the fatigue test results, the retardations of fatigue crack growth rate are remarkable in case that the direction of notch is parallel to welded line than in case that the direction of notch is perpendicular to welded line because of compresive residual stress in weld metal & HAZ. And the characteristics of fatigue crack growth rate according to welding method are that the dispersion of fatigue crack growth rate in case of FCAW method is smaller than that of SAW method. Also, it knows that the fatigue crack growth rate converges in high stress intensity factor range. Meanwhile, fatigue safety is guaranteed sufficiently in the object steels because the fatigue crack growth rate in the range of fatigue crack propagation has a similar tendency to the test results & existing results.

본 연구에서는 향후 사용빈도가 증가할 것으로 예상되는 SM570, POSTEN60 및 POSTEN80 강재를 대상으로 용접선 방향이 피로균열성장속도에 미치는 영향, 용접방법 및 강도등급에 따른 피로균열성장특성, 그리고 각 재질별(모재부, 열영향부, 용접금속부) 피로균열 성장특성을 정량적으로 평가하기 위해서 CT시험편을 제작해서 일련의 피로시험을 실시하였다. 피로시험결과 노치가 용접선과 평행한 시험체의 경우 노치선단에 존재하는 압축잔류응력의 영향으로 노치가 용접선과 직각인 시험체의 경우보다 피로균열성장속도의 지연현상이 현저해지는 것을 알 수 있었다. 그리고 용접 방법에 따른 피로균열성장특성은 강재의 강도등급에 관계없이 FCAW가 SAW에 비해서 피로균열성장속도의 분산이 적게 나타나고 있으며, 또한 높은 응력확대계수범위 영역에서 피로균열성장속도의 수렴현상이 나타나는 것을 알 수 있었다. 한편 본 피로시험결과와 기존의 연구결과를 비교하면 피로균열성장영역에서의 피로균열성장속도는 유사한 경향을 나타내고 있으므로 본 연구에서 대상으로 한 강재는 피로안전성을 충분히 확보하고 있음을 알 수 있었다.