기술정보

잔류응력은 외부 힘이 없는 상태에서도 재료 내부에 남아있는 내부응력으로, 재료의 강도와 피로 수명에 큰 영향을 미칩니다. 전통적인 잔류응력 측정법은 원자 간
거리 변화를 측정하는 X-ray 회절법, 중성자 회절법, 변형 게이지를 사용하는 절단법 등이 있으나, 복잡한 형상이나 소형부품에 적용이 어려운 한계가 있습니다.

계장화 압입시험은 표면 근처의 잔류응력을 비파괴적으로 직접 측정할 수 있는 방법으로, 나노 스케일부터 대형 구조물까지 다양한 재료와 형상에 적용할 수 있습니다.
변형 게이지가 필요 없어 설치가 간편하며, 현장에서도 신속하고 유연하게 측정할 수 있어 기본방법보다 효율적입니다.

그림 1은 잔류응력이 하중-변위 곡선에 미치는 영향을 나타낸 것으로, 압축 잔류응력이 있을 때는 더 큰 하중이, 인장 잔류응력이 있을 때는 더 작은 하중이 필요합니다.
IIT에서는 잔류응력이 없는 경우와 있는 경우의 하중-변위 곡선을 비교해 잔류응력을 정량적으로 평가합니다.

그림 1에서, L0는 hS 지점에서 응력이 없는 상태의 하중, LS는 hS 지점에서 응력 상태의 하중입니다.
두 값의 차이 ∆L은 표면 잔류응력과 관련이 있으며, ISO TS 19096에서 표준으로 다룹니다.

IIT을 통해 얻은 응력 측정의 정확성을 검증하기 위해 동일한 재료 내에서 사전에 설정된기준 응력 수준과 IIT 결과를 비교하였습니다. SA-508 Gr. 1A 재질로 제작된 시편은
탄성 변형 범위 내에서 제어된 굽힘 하에 놓여 응력이 유도되었으며, 이 응력은 그림 2 에 나타난 바와 같이 스트레인 게이지를 사용하여 정확하게 측정되었습니다. 그 후, 시편의 중앙선을 따라 AIS 장비를 사용하여 IIT를 수행하였으며, 이를 통해 탄성 굽힘 응력이 적용되는 동안 측정된 응력과 기준 응력 간의 직접적인 비교가 가능해졌다.

그림 3(a)는 측정된 응력 수준과 예상 응력 수준 간의 밀접한 상관관계를 보여주며, 전체 응력 범위에서 50 MPa 미만의 최소 편차를 나타냅니다. 또한, 그림 3(b)와 (c)는 추가적인
재료 시험(STS 304 및 SCM 415)을 제시하며, IIT가 알려진 굽힘 응력과 지속적으로 일치함을 보여줌으로써 해당 기법의 신뢰성과 정밀성을 강조합니다.

그림 4는 IIT 방법과 톱 절단법으로 측정한 용접 시편의 잔류응력 비교 결과이며, 두 방법에서 유사한 경향을 확인했습니다.
절단 후 시험편에서 응력이 제거된 상태(붉은 색)를 확인할 수 있었습니다.