필릿 용접 강도 계산기

필릿 용접 강도는 어떻게 계산하나요?

필릿 용접은 유효 목두께 — 이음 루트에서 용접 표면까지의 최단 거리 — 를 가로질러 하중을 지지합니다. 등각 필릿의 경우 목두께는 다리 길이의 0.707배이며, 이는 목두께가 45° 직각삼각형의 높이이기 때문입니다. 용접의 전단 면적은 이 목두께에 유효 길이와 용접 개수를 곱한 값입니다.

허용응력설계(AISC ASD)는 목두께의 전단응력을 0.30 × FEXX로 제한하며, 여기서 FEXX는 전극의 최소 인장강도입니다. 따라서 E70 전극(FEXX = 483 MPa / 70 ksi)은 0.30 × 483 ≈ 145 MPa (21 ksi)의 전단을 허용합니다. 허용응력에 목두께 면적을 곱하면 용접의 하중 용량이 나옵니다.

이용률은 작용 하중을 그 용량으로 나눈 값입니다: 1.0 미만이면 용접이 적정하고, 1.0을 초과하면 과응력입니다. 계산기는 역산도 수행합니다 — 주어진 하중을 지지하는 데 필요한 최소 다리 길이 — 그래서 추측하고 확인하는 대신 용접을 직접 산정할 수 있습니다.

Formula: t = 0.707 × leg Aw = t × L × n Fw = 0.30 × FEXX Pallow = Fw × Aw util = P / Pallow

예시 계산

6 mm 등각 필릿, 길이 100 mm, 단일 패스, E70 전극. 목두께 = 0.707 × 6 = 4.24 mm; 면적 = 4.24 × 100 = 424 mm². 허용 전단 = 0.30 × 483 = 145 MPa, 따라서 용량 = 145 × 424 ≈ 61.5 kN. 50 kN 전단 하중이면 이용률 50/61.5 ≈ 0.81 (81%) — 적정합니다.

이 계산기를 사용할 때

• 알려진 전단 하중을 받는 브래킷, 거싯, 러그의 필릿 용접을 산정하고 다리 길이와 길이가 필요할 때
• 기존 용접이 적정한지 확인 — 형상과 하중을 입력하면 이용률을 직접 읽을 수 있습니다
• 전극 등급(E60~E110)을 비교해 같은 용접 크기에서 더 강한 용가재가 얼마나 용량을 더하는지 확인할 때
• 하중에 필요한 최소 다리 길이를 찾아 과용접을 피할 때(과도한 다리는 용가재, 시간, 입열량을 낭비함)
• 상세 FEA 전 용접 기호 표기나 제작 도면 검토 중 빠른 허용응력 확인

피해야 할 흔한 실수

• 다리 길이를 하중 지지 치수로 사용 — 용량은 다리가 아니라 0.707 × 다리 목두께로 결정되며, 다리로 산정하면 강도를 약 41% 과대예측합니다
• 모재가 포함된다고 가정 — 이것은 용접 금속만의 검토이며, 연결된 판재는 전단·인장 파단에 대해 별도로 검증해야 합니다
• 횡방향 방향 증가 적용 — v1은 보수적 종방향 0.30 × FEXX를 사용하며, 하중이 횡방향임을 확인하지 않은 한 1.5배 계수를 더하지 마세요
• 총 용접 길이와 용접 개수 혼동 — 하나의 용접 길이를 이미 합산했다면 그것을 두 배로 넣지 말고, 전체 유효 길이와 별개 용접의 개수를 입력하세요
• 유효 길이 감소 무시 — 매우 긴 용접, 단부 회전, 시작/정지 크레이터는 유효 길이를 줄입니다; 도면 길이가 아니라 AWS D1.1이 허용하는 유효 길이를 사용하세요

결과 해석 방법

• 이용률이 100% 미만이면 ASD 기준 용접이 적정합니다; 낮을수록 과부하, 피로, 품질 변동에 대한 여유 용량이 큽니다
• 이용률이 100% 이상이면 용접이 과응력입니다 — 1.0 아래로 떨어질 때까지 다리 길이를 늘리거나 용접 길이를 추가하거나 더 높은 강도의 전극을 지정하세요
• 허용 하중(용량)은 ASD 기준 이 용접이 지지할 수 있는 최대 전단입니다; 설계 기준에 따라 계수하중 또는 사용하중과 비교하세요
• 필요 최소 다리는 작용 하중을 지지하는 가장 작은 등각 필릿입니다 — 필릿 다리는 정수 또는 0.5 mm 단위로 지정되므로 표준 용접 크기로 올림한 뒤 재확인하세요
• 유효 목두께와 면적은 강도가 도출되는 형상입니다; 잘못돼 보이면 다리 길이와 모든 용접의 총 길이를 입력했는지 재확인하세요

관련 표준 및 참고문헌

• AWS D1.1/D1.1M — 구조 용접 코드 — 강재(필릿 용접 강도 및 유효 목두께)
• AISC 360 — 구조용 강구조물 시방서, J2장(용접 설계, ASD 및 LRFD)
• AISC 강구조 편람 — 8부, 용접 강도 표 및 예제
• AWS A5.1 / A5.5 — 전극 FEXX 등급(E60~E110)을 정의하는 용가재 시방

자주 묻는 질문

목두께가 왜 다리 길이의 0.707배인가요?

등각 필릿 용접은 두 개의 같은 다리가 90°로 만나는 삼각형 단면을 가집니다. 유효 목두께는 루트 모서리에서 빗변(용접 표면)까지의 수직 거리이며, 45° 직각삼각형에서는 다리 × sin(45°) = 다리 × 0.707과 같습니다. 하중은 이 목두께 평면을 가로질러 전단된다고 가정하므로, 다리가 아니라 목두께가 용접 강도를 결정합니다.

0.30 × FEXX 허용값은 어디서 나오나요?

AISC 허용응력설계(ASD)는 용접 목두께의 허용 전단응력을 전극 최소 인장강도 FEXX의 0.30배로 설정합니다. 이는 공칭 용접 강도(0.60 × FEXX)에 약 2.0의 안전율을 결합한 값입니다. E70의 경우 0.30 × 70 = 21 ksi (≈145 MPa)이며, 표준 AISC 예제와 일치합니다.

하중 방향을 고려하나요?

아니요 — v1은 모든 방향에 대해 보수적인 종방향 값 0.30 × FEXX를 사용합니다. AISC는 축에 수직으로 하중을 받는 용접에 대해 최대 1.5배 증가(0.30 × FEXX × (1.0 + 0.5·sin^1.5 θ))를 허용합니다. 이를 무시하면 안전하므로(계산값보다 더 큰 용량을 얻음) 대부분의 기본 계산기가 생략합니다. 결과를 보수적 하한으로 취급하세요.

모재도 검토하나요?

아니요. 이 계산기는 용접 금속만 검토합니다. 완전한 설계는 연결된 모재가 용접부를 따라 전단이나 인장으로 파단되지 않는지, 그리고 용접이 모재 두께 한계를 초과하지 않는지도 확인해야 합니다. 이것을 용접 금속 검토로 사용하고 모재는 별도로 확인하세요.