[ASME] ASME VIII Div.1 UG-84 충격시험.

안녕하세요. 오늘은 충격시험 두 번째 시간 UG-84에 관련된 내용을 보도록 할게요.

저번 시간 UCS-66은 C.S 또는 Low alloy재질의 금속에서 충격시험이 요구되는 경우에 대하여 알아보았는데, 오늘은 충격시험을 진행한다면 시편은 어떻게 채취하고, 시편을 어떤 사이즈로 만들며 합격 기준값은 얼마인지 등 충격시험의 전반적인 사항을 알아볼 거예요.

 

먼저 충격시험 시편에 관련된 정보를 먼저 알아 보도록 하겠습니다.

 

1. 충격시험의 시편은 3개의 1세트를 이루고, 시편 3개를 때려서 그 충격 값의 평균이 기준이 되는 거예요.

 

2. 충격 시편은 아래와 같이 가공해서 충격을 주는 거예요. 위 시편은 옆면의 모양이고 아래 시편은 위에서 본 모양이에요. 시편 크기는 10mm(높이) x 10mm(폭) x 55mm(길이)입니다. 충격시험을 할 땐 NIST에 검증받은 충격시험기에서 시험을 해야 공식적으로 인정이 됩니다. NIST에 검증이 안된 시험기는 교정이 되어있지 않은 걸로 보는 경우도 있으니 시험업체 선정할 때 꼭 확인해 보세요.

3. 그런데 만약 Test시편의 두께를 6mm로 진행했을 경우, 폭을 10mm로 가공할 수가 없잖아요? 이런 경우를 대비해서 Subsize 시편이라고 해서 시편의 폭을 줄여주는 대신 충격 시험하는 온도도 같이 내려가는 거예요. 물론 그만큼 충격 값 기준도 같이 낮아 지고요. 하지만 원래 두께의 80% 이상으로 가공할 경우는 온도 조정이 필요 없어요. 예를 들어 8mm를 가공해서 7mm로 만들었다고 하면 87%가공한 것이니 온도 조정이 필요 없습니다. 하지만 6mm로 가공했다면 75%가공한 것이니 온도를 조정해 줘야겠죠? 그럼 몇도를 조정해 줘야 하는냐.... 아래 표의 값을 기준으로 직선보간법을 사용하여 온도를 정해주면 됩니다. 

위에 표에서 6mm의 경우 8도를 더 내려줘야 하네요. 그럼 예를들어 시험온도가 -20℃이었다면, 시편을 8->6mm로 가공했다면 -28℃에서 수행을 해줘야 합니다. 

 

이게 온도를 조정할 때 애매한 경우가 있는데 7mm의 시편을 4mm의 시편으로 가공했을 경우인데요, 이때는 7mm가 4℃, 4mm가 17℃이니 // 7->4mm로 가공했다면, 17℃-4℃= 13℃를 조정해 주는 거예요. 원래 온도가 -20℃이니 시험온도는 -33℃가 되겠네요. 이해했죠? 

 

이런 식으로 시편을 원래의 시편보다 80% 이하로 가공을 했다면 온도 조정이 들어가는 갑니다. 하지만 가능한 80% 이상으로 시편 가공을 해서 온도 조정 없이 진행하는 게 합격 확률이 더 높으니 팁으로 알아 두세요.

 

다음은 시편 채취 위치에 대하여 알아보도록 하죠. 

 

시편 위치는 용접개선 모양, 두께, 모재재질, 용접Process 복합 여부에 따라 시편위치 및 시험 수량이 달 라저요.

 

1. 단일 용접 Process, 두께 ≤19mm 이하인 경우.

이렇게 용접을 한 면으로 했는지, 양면으로 했는지에 따라 충격 시편의 위치가 달라집니다. 이종재질을 용접할 경우 각각의 모재에서 충격시험이 요구된다면 각 HAZ부에서 충격 시편을 채취해 줘야 해요.

 

2. 단일 용접 Process, 두께 >19mm 초과인 경우.

 

이종재질을 용접할 경우 각각의 모재에서 충격시험이 요구된다면 각 HAZ부에서 충격 시편을 채취해 줘야 해요.

 

3. 2개 용접 Process, 두께 >19mm 초과인 경우.

ASME VIII Div.1 UG-84 (h)-(5)에 따라 각각의 Process별로 충격시험이 요구되는데, 위 그림은 아래 빗금 지역에 용접 1개 Process와 빗금 위로 다른 1개의 Process, 즉 총 2개의 용접 Process를 사용할 경우를 나타낸 그림이며 Process를 2개 사용한다면 두께가 어느 정도 두꺼울 때라서 19mm 이상만 준비했어요. 각각의 용착 두께 고려해서 해당되는 위치에서 시편을 채취해 줘야 합니다.

또한 모재가 서로 달른 이종재질을 용접할 경우 각각의 모재 쪽 HAZ부에서 충격시험 시편을 채취해야 한다는 거 잊지 마세요. 

 

위 조건에 따라 시편을 채취해서 시험을 진행하면 되는데 아마 HAZ부가 가장 채취하기 애매할 것입니다. HAZ부의 영역은 워낙 작기 때문에 HAZ부가 충격 시편 노치 가운데에 위치하도록 채취하면 좋아요. 아래 사진은 제가 SDSS자재로 충격시험 진행 전 시편의 채취 위치를 파악하기 위해 시편을 에칭 한 것이에요.

 

 

위 사진은 해양공사라서 Spec요구사항으로 HAZ 부를 Fusion Line과 Fusion Line으로부터 1mm, 5mm 이런 식으로 채취한 거지만 Spec에서는 HAZ부만 요구하기에 HAZ부가 노치 가운데 오도록 채취해주면 됩니다.

 

이제 충격시험의 합격기준을 알아봐야겠네요. 합격기준 보는 방법은 정말 간단합니다. ASME VIII Div.1 Figure UG-84.1에 따라서 결정돼요.

 

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여기서 중요한 한 가지 이 도표의 기준은 재질의 항복강도(Yield Strength) 기준으로 분류된다는 거 기억하세요. 전 처음에 인장강도(Tensile Strength)인 줄 알고 시험이 다 불합격 난 줄 알았습니다. 이 도표는 보시다시피 두께가 두꺼운 기기일수록 높은 값의 충격치를 요구해요.

 

위 그래프에서 아래 축은 해당 기기의 가장 두꺼운 부분의 두께이고, 세로축은 요구되는 충격 값입니다. 위의 점 A를 보면 자재 항복강도가 350 Mpa, 310 Mpa, 260 Map일수 있는데 260 Mpa이라고 가정해 봅시다. 기기의 가장 두꺼운 부분의 두께가 20mm라 한다면 합격 충격 값은 20J이 되는 겁니다. 

 

그럼 하나 더 점 B를 볼까요? B는 항복강도 310 Mpa 갖는 자재이며, 가장 두꺼운 부분이 50mm로 요구되는 충격치는 23J정도 되겠네요. 

 

위 조건으로 충격 값의 기준이 정해지고 충격시험은 시편3개가 1set라고 했죠, 3개 중 가장 낮의 값의 충격 값이, 요구되는 충격값의 2/3보다 커야 합니다. 예를 들어 요구되는 충격값이 27J이라 한다면 3개중 가장 낮의 값의 충격값이 18J이상이면서 3개 시편의 평균값이 27J을 넘어야 합격인 거죠. 

 

충격시험이 요구되는 WPS는 아래 사항을 주의해 줘야 해요. 

 

1. 기기 자재의 P-No.와 Group-No.가 PQ Test시편과 동일해야 합니다. 

 

2. 기기자재의 열처리 조건이 PQ Test시편과 동일해야 해요. 

 

위 사항을 잘 고려해서 PQ Test를 진행하고 WPS에 반영해 줘야 하는 거죠.

 

그럼 지금까지 충격시험에 대한 전반적인 내용을 다루었고, 궁금한 사항이 있으면 아래 댓글로 문의하세요.

 

오늘도 소중한 시간 내서 긴 글 읽어주셔서 고맙습니다.