니들 피닝에 의한 고장력강 용접부의 피로 강도 향상 및무해화 균열 크기 평가

Improvement of Fatigue Strength and Evaluation of Nondamaging Crack Size in High-Tensile Strength Steel Welded Joints by Needle Peening

본 연구는 HT780 고강도 강재 용접부의 용접 토우(weld toe)에 존재하는 방전가공(EDM) 결함에 니들 피닝 (needle peening)을 적용하고, 피로 한계의 향상 정도와 무해화가 가능한 결함 크기를 규명하는 것을 목적으로 한다. 본 연구를 통해 얻은 주요 결론은 다음과 같다. 총 4종의 시편에 대해 3점 굽힘 피로 시험을 수행하였으며, 모든 시편에서 니들 피닝 처리에 의해 피로 한계가 향상되었다. 균열 깊이가 1mm 미만인 WCN(용접 균열 + 니들 피닝) 시편은 WN(용접 니들 피닝) 시편과 동일한 피로 한계를 나타냈다. 니들 피닝으로 무해화가 가능한 균열 깊이는 1mm로 판단되었으나, 표면 균열 비손상 평가 기술을 통해 평가된 무해화 가능 깊이는 1.31mm였다. 피로 한계 향상및 허용 결함 크기 증가에 가장 크게 기여한 요인은 니들 피닝에 의해 도입된 깊은 압축 잔류 응력이었다. 따라서 니들 피닝은 고강도 강재 용접부의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있으며, 고강도 강재의 산업적 적용을 제한하는 용접부 신뢰성 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 기술로 평가된다.

In this study, we investigated the application of needle peening to HT780 welded joints with electrical discharge machining defects at the weld toe to identify the fatigue limit improvement and the defect size that can be rendered nondamaging. The main findings of this study are as follows: Four types of specimens were subjected to three-point bending fatigue tests. Needle peening increased the fatigue limit of all specimens. For specimens with weld cracks treated by needle peening and crack depths of less than 1 mm, the fatigue limit was equivalent to that of specimens treated by needle peening.The maximum crack depth that can be rendered nondamaging by needle peening was 1 mm; however, evaluation by surface crack nondamaging technology indicated a crack depth of 1.31 mm. The introduction of deep compressive residual stress through needle peening was the primary factor contributing to the increased fatigue limit and allowable defect size. These results demonstrate that needle peening can significantly enhance the reliability of high-strength steel welded joints, thereby addressing the issues of welded joints that limit the industrial application of high-strength steel.