ASME Section.VIII Impact Test(충격시험)시편 준비

오늘은 포스팅은 충격시험 시편준비에 대한 포스팅입니다. 

Impact Test에 대한 내용은 일전에 Storage tank 관련 내용으로 언급을 했던 것 같습니다. 다만, 시편 준비에 대해서는 언급을 하지 않았죠. 요즘은 취미삼아 ASME Sec.VIII Div.1 내용을 복기하고 있는데 중요하다고 생각하는 내용이나 Clarification이 필요하다고 생각하는 내용은 블로깅 할 예정입니다. 

물론 예전에 언급했듯이 개인적으로 정리하고 블로깅하는 과정을 거쳐야 하기 때문에 일일 1블로깅은 좀 어려워 보이지만 혹시 기다리시는 분들을 위해(아니겠지만요) 최대한 빨리 해보도록 하겠습니다. 

 

Impact test 즉 Toughness를 측정을 하는 이유는 미세조직안에 있는 Crack이 얼마나 균열의 진전에 민감한가를 측정하는 실험이라고 할 수 있습니다. Toughness가 높다는 것은 Crack의 진전이 어려워 큰 균열로 발전하기 어렵다고 이야기 할 수 있습니다. 큰 균열로 진전하기 전에 미세조직안에서 Blunt 소성변형이 일어나 균열이 일어나기 어렵게 만드는 것입니다. 그렇기 때문에 저온이나 낮은 온도에서도 취성에 일어나기 어려워 충격인성이 높다고 이야기 합니다. 

 

그래프로 나타내면 뭐 이런식으로 나타낼수도 있겠습니다.

 

1.시편준비는 어떻게 해야되나요? 

Test에 대한 절차는 SA-370 혹은 ISO 148을 따라서 진행하면 됩니다. 가끔 이런 것에 대하여서도 궁금해하시는분들도 있어서 관련된 절차에 대한 규격 번호를 알려드립니다. 물론 같은 내용이 ASME Sec.VIII Div.1 UG-84 상에도 나와 있습니다. 

 

시편의 형상은 아래와 같습니다. 그림에서 보이듯이 Notch의 형상을 가공하면 됩니다. Acceptance Criteria에 대한 전체적인 Skeleton은 기존에 포스팅한 글과 비슷한데요.

 

2020/04/08 - [Engineering[Work]/Mechanical Engineering] - API 650 Plate Impact Test

API 650 Plate Impact Test

약간은 더 상세한 Test 온도 조정이나 그런것들도 다루고 있습니다. 오늘 주요하게 얘기를 하려했던 주제는 Removal Plane에 대한 이야기 입니다. 

Plane에 대한 이야기를 먼저해야 전체 글의 맥락이 이해될거 같습니다. 해당 문구는 아래와 같이 작성되어 있습니다.

"Each Specimen shall be oriented so that the notch is normal to the surface of the material" 여기서 의미하는 Normal은 Normal Plane의 방향을 의미합니다. Material surface의 방향의 Perpendiculr 즉 직각방향을 의미합니다. Material Surface가 vector라고 가정하면 그에 직각 방향으로 Notch를 만들어야 한다는 의미입니다.  그림으로 보면 아래와 같습니다. 

 

해당하는 내용에 대하여 정확한 그림을 제공하지 않아 헷갈릴 수도 있어서 일부러 그림까지 삽입하여 나타내 보았습니다. 위의 그림에서 Rolling Direction과 Transverse Direction도 한번 보시면 좋을거 같아 별도로 삽입하였습니다. 요즘은 무방향성 강판도 나오는데 방향이 있는경우 Rolling 방향이 취약해서 제작전에 Rolling 방향을 45도 UT로 확인하는 작업도 합니다(Cutting Plan전) 

2.CTOD는 뭔가요? 

Impact test의 종류는 Charpy V-notch test, IZOD test 등 익숙하신 분들이 많을거 같습니다. 실제로 WPS 만들고 할때도요구하는 경우가 많고 저온 Cryogenic service 할때 확인을 하는 경우가 많아 해보신 분들이 많을 거 같습니다. 균열에 의한 감수성을 확인할때 하는 시험이 CTOD라고 있는데, 이건 위에서 나오는 Charpy Test와는 다른 개념입니다. CTOD는 Crack Tip Open Distance의 약어입니다.

 

실제로 조선쪽에서는 이런 시험을 많이 하고 있고 Spec에서도 요구하는 경우도 있습니다. 그래서 오늘은 실제로 균열이 어떻게 Open되어서 진전되는지 확인하는 이 시험에 대하여 추가적으로 알아보겠습니다. 

 

 

통상적으로 NDE(VT도 포함되지만 여기서는 제외)로 검출이 가능한 Defect의 크기를 최소 0.5mm정도(정확히는 기억이 안나지만 이정도였던 걸로 기억하는데 혹시 아시는 분은 말씀해주시면 수정하도록 하겠습니다)로 상정하고 있는데 이런 결함의 크기이하는 양호하다고 봅니다. 그런데 이런 결함도 반복되는 하중이나 진동등의 피로상태에 노출되게 되면, 결함이 진전되어 발전하게 되는데, 이러한 진전이 어떻게 일어나는지 해당금속의(필요한 경우 해당 온도상태에서) Graph를 보고 판단하는 시험 기법입니다. 아래 그래프를 보지 않아도 균열이 일어나는 시험편의 경우는 Crack Tip자체가 뾰족하고 진전이 쉬운 모양이 되고요. 

 

여기서 Tip Opening을 보시면 Ductility가 높은 금속의 경우 끝 부분이 뭉툭하게 되어서 균열의 진전이 어렵습니다.(더 많은 에너지가 필요하다고 하면 좀더 편할거 같습니다) Crack이 진전되기 전에 소성변형이(Plastic Deformation)이 먼저 일어나버려서 에너지가 축적이 안되는 개념입니다. 

 

피로 파괴에 대한 추가적인 자료는 API 571의 자료를 보시면 좀더 개념을 잡으실수도 있습니다. 

어떤 재료의 경우 Cycle이 무한으로가도 파괴가 일어나지 않는 개념이 나옵니다. 실제로는 균열이 진전됩니다만 실험적으로는 그렇다는 이야기입니다. 파괴가 일어나지 않는 재질은 실제로는 Carbon Steel과 Titinium이 대표적인 재질인데 앞은 너무 일반적인 재질이고 뒤는 너무 비싸죠. 현실적으로 고려는 어렵습니다. 

 

대략적으로 어떤 실험인지만 감을 좀 잡으셔도 좋을거 같습니다. 

 

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