홍라이프 계산기필릿 용접 강도 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
필릿 용접은 두 판재를 보통 직각으로 맞대어 붙이는 용접으로, 하중을 가장 얇은 단면인 목두께를 통해 주로 전단으로 전달합니다. 이 계산기는 도면에 표기하는 각장(다리 길이)을 목두께로 바꾸고, 하중을 목 단면적으로 나누어 평균 전단응력을 구합니다. 브래킷, 러그, 보강재, 겹치기 이음을 간단히 검토할 때 씁니다.
계산 방법
- 목두께: t = 0.707 × a (a는 각장, mm, 등각장·평면 표면 기준)
- 목 단면 전단응력: τ = F × 1000 ÷ (t × L_w), F는 kN, 용접 길이 L_w는 mm, 결과는 MPa입니다.
양쪽 용접이거나 여러 변을 둘러 용접했다면 유효 길이를 모두 더해 넣습니다.
원리
등각장 필릿 용접의 단면은 직각이등변삼각형입니다. 루트에서 표면까지 가장 짧은 거리는 이 삼각형의 높이로 a × sin 45° = 0.7071a입니다. 실험에서도 파단면이 이 면 가까이에 생기므로, 설계기준은 하중 방향과 관계없이 목 단면적 t × L_w를 저항 면적으로 봅니다. 이 방법은 응력이 용접선을 따라 고르게 분포한다고 가정합니다. 실제로는 양 끝에 응력이 더 몰리고, 용접선에 직각인 하중이 평행한 하중보다 다소 강하게 버티므로 정밀한 기준식은 이를 따로 반영합니다.
예제 풀이
- 입력값: 각장 6 mm, 용접 길이 100 mm, 하중 30 kN
- 목두께 = 0.707 × 6 = 4.242 mm
- 목 단면적 = 4.242 × 100 = 424.2 mm²
- 전단응력 = 30,000 N ÷ 424.2 mm² ≈ 70.72 MPa
| 각장 (mm) | 목두께 (mm) |
|---|---|
| 1.5 | 1.0605 |
| 3 | 2.121 |
| 4.5 | 3.1815 |
| 6 | 4.242 |
| 7.5 | 5.3025 |
| 9 | 6.363 |
| 12 | 8.484 |
결과 해석
계산한 τ를 용착금속의 허용 전단응력과 비교합니다. AWS D1.1과 AISC 허용응력 방식에서는 유효 목 단면의 허용 전단응력을 용접봉 인장강도 F_EXX의 0.30배로 둡니다. E70 용접봉(약 482 MPa)이라면 약 145 MPa이므로 70.7 MPa는 여유가 충분합니다. EN 1993-1-8 같은 한계상태 설계기준은 계수하중과 다른 검토식을 쓰므로 같은 방식끼리 비교해야 합니다. 각장을 두 배로 하거나 길이를 두 배로 하면 내력도 두 배가 되며, 길이를 늘리는 쪽이 경제적인 경우가 많습니다.
흔한 실수
- 목두께 대신 각장을 써서 내력을 약 41% 과대평가하는 경우
- 시작·끝 크레이터를 채우지 않았는데 전체 길이를 유효 길이로 보는 경우
- 용접부 옆 모재의 강도 검토를 빠뜨리는 경우
- 편심 하중이나 휨으로 끝부분에 더해지는 응력을 무시하는 경우
자주 묻는 질문
목두께는 항상 각장의 0.707배입니까?
등각장, 90° 이음, 평면 표면인 경우에만 그렇습니다. 부등각장, 경사 이음, 깊은 용입 용접은 목두께가 다릅니다.
최소 필릿 용접 크기는 어떻게 정합니까?
충분한 입열을 위해 판 두께에 따라 정해지므로, 적용하는 기준의 최소 치수 표를 확인해야 합니다.
반복하중이 걸리면 어떻게 합니까?
피로는 정적 강도가 아니라 용접 상세 등급과 응력 범위로 판단하므로 별도로 검토해야 합니다.
출처: AWS D1.1/D1.1M, Structural Welding Code — Steel · EN 1993-1-8, Eurocode 3: Design of steel structures — Design of joints