필릿용접 치수

왜 배우는가: 필릿용접은 강교 부재 연결에서 가장 많이 쓰이는 용접이며, 치수 규정(최소·최대 치수, 최소 유효길이)을 모르면 설계와 시공 검토가 모두 틀어진다. 설계 문제와 블록전단 검토에서도 용접치수 계산이 기본 단계로 반복해 출제된다.

출제 이력: 제122회 4교시 3번, 제116회 1교시 2번, 제99회 3교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

필릿용접은 두 모재가 직각 또는 겹쳐진 면을 따라 삼각형 단면으로 채워지는 용접이며, 치수는 다리 길이(사이즈)로 정한다. 답안 첫 줄에는 다음 정의를 쓴다.

필릿용접은 두 면이 이루는 모서리에 삼각형 단면으로 용착시키는 용접으로, 다리 길이(사이즈)로 치수를 표시한다.

핵심 키워드

• 필릿용접(Fillet Weld): 직각 또는 겹침 접합부에 삼각형 단면으로 용착하는 용접
• 다리 길이(leg size, 사이즈 s): 루트에서 비드 지단까지의 최소 길이
• 유효목두께(effective throat): 필릿 사이즈의 0.7배
• 유효길이(effective length): 총길이에서 필릿 사이즈의 2배를 뺀 길이
• 최소 유효길이: 강도에 의해 지배되는 경우 필릿 사이즈의 4배 이상
• 최대·최소 치수: 얇은 쪽 모재 두께에 따라 정하는 다리 길이 한도
• 전단저항(shear resistance): 용접선에 평행한 전단에 대한 저항

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 필릿용접은 "두 판의 모서리를 삼각형 모양으로 채운 용접"이다. 삼각형의 두 직각변 길이가 다리 길이이고, 하중을 실제로 받는 단면은 빗변 방향의 목(throat) 부분이다. 그래서 설계식은 다리 길이 s에 0.7을 곱한 유효목두께를 쓴다.

정식 정의는 다음과 같다. 필릿용접의 유효면적은 유효길이 l_e에 유효목두께 a를 곱한 값이다. 유효목두께 a = 0.7s, 유효길이 l_e = l - 2s 이다. 여기서 l은 용접의 총길이, s는 다리 길이다.

핵심 용어를 정리하면 다음과 같다.

필릿용접 사이즈(s)는 루트에서 비드 지단까지의 최소 다리 길이다. 외관에서 확인하는 치수이며, 얇은 쪽 모재 두께와 함께 최대·최소가 정해진다.

유효목두께(a)는 실제 강도를 계산하는 단면 높이다. 삼각형 빗변까지의 최단 거리이므로 0.7s로 정해진다.

용접선에 평행한 전단은 필릿용접의 대표 파괴 모드다. 이 경우 저항계수는 \phi=0.75, 공칭강도는 용접재 강도와 적용 기준에 따라 산정하며, 설계 시 기준 문헌의 값을 따른다.

3. 등장 배경과 필요성

강교에서는 플랜지와 복부판, 거셋과 부재, 보강재와 판 사이를 용접으로 연결한다. 용접은 볼트 구멍에 의한 단면 손실이 없어 단면 효율이 높다. 그러나 용접치수가 너무 작으면 강도가 부족하고, 너무 크면 열영향이 커져 모재 취성과 잔류응력이 증가한다.

그래서 설계기준은 얇은 쪽 모재에 맞춰 최대 다리 길이를 제한하고, 강도 확보를 위해 최소 다리 길이를 둔다. 짧은 용접은 크레이터와 결함 비율이 높아 최소 유효길이도 함께 규정한다. 이 세 가지(최대·최소 치수, 최소 유효길이)가 답안의 핵심 골격이다.