A Study on the Repair of Fatigue Damage at Large Cast Iron structure using Cold Joint Method

냉간체결방법을 이용한 대형 주철 구조물의 피로손상수리방법에 대한 연구

Large cast iron structures are used in casings and pipes in shipsand chemical plants. Broken parts in the casings and pipescan result in failures even when stresses are below the yield strength of the part's materials. Fatigue failure of a large cast iron structure is inevitable due to the design constraints and low reliability of the material strength. A small structure can be repaired by welding, but a large structure cannot because it cannot be preheated slowly and uniformly. This study shows that a large structure can be repaired by a cold joint method using a crack repair screw. Large cast iron structures were manufactured by GC 300, and their design stress is below 3.5 MPa. The tensile strength on notched specimens repaired by crack repair screws was 8.2 MPa. Therefore, the safety factors of structures repaired by crack repair screws have a value above 2.3 and are considered to be high values.

대형 주철 구조물은 선박이나 화학 플랜트등에서 케이싱이나 대형 파이프등으로 사용되고 있다. 그러나 대형 케이싱이나 파이프에서 발생되는 파괴는 대부분 해당 재료의 항복강도아래에서 발생된다. 대형 주철 구조물의 피로 파손은 설계 제한조건과 낮은 재료 강도 신뢰성등으로 인하여 발생되고 있다. 파손된 소형 주철 구조물은 시중에서 판매되는 주철 용접봉으로 보수가 가능하다. 그러나 파손된 대형 주철 구조물이 보수 용접으로 보수되려면 구조물 전체가 균일하게 가열되어 냉각되어져야 하나 현장에서는 그와 같은 가열장치를 설치하는 것이 불가능한 장소가 많다. 따라서 현재에도 선박과 플랜트 현장등에서는 파괴된 주철 구조물을 수리의 간편성으로 인하여 냉간 용접만하여 재사용하고 있고 이로 인한 피로 파괴가 재발생 되어져 파괴로 인한 손실 비용이 과대하게 발생하고 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 파손된 대형 주철 구조물을 균열보수나사를 이용하여 파손된 부분을 기계적으로 결합하는 방법을 제안하여 피로 파괴된 대형 주철 구조물 보수 방법을 제안하였다. 균열보수나사로 보수한 GC 300의 노치 시험편을 인장시험한 결과 8.2 MPa정도의 인장 강도를 가지고 있어 GC 300으로 제작한 대형 열교환기나 가열기의 설계응력이 3.5 MPa이하인 것을 고려하면 안전율이 2.3이상이 되어져 균열보수나사를 이용하여 대형 주철 구조물 균열을 보수하는 방법이 공학적으로 매우 유용하다.