Paris 법칙

물리화학적 작용 메커니즘

균열 선단에서는 하중이 바뀔 때마다 작은 소성 영역이 생긴다. 균열이 열리고 닫히면서 아주 미세한 양만큼 성장한다. Paris 법칙은 이 과정을 다음 공식으로 설명한다: da/dN = C * (ΔK)^m. ΔK는 최대와 최소 응력확대계수의 차이다. 이중로그 좌표에 나타내면 직선이 된다. 기울기 m은 강재에서 보통 2에서 4 사이이다. 임계값 ΔK_th 아래에서는 균열이 사실상 성장하지 않는다.

야금학적 관련성 및 용접 시 위험

용접부에는 거의 항상 작은 결함이 있다: 기공, 슬래그 개재물, 융합 불량. 이것들은 초기 균열처럼 작용한다. 추가로 용접 잔류응력이 인장응력을 만들어 균열을 열린 상태로 유지한다. 이로 인해 임계값 ΔK_th가 낮아지고 균열 성장이 더 일찍 시작된다. 용접부의 노치 효과는 국부 응력을 높여 ΔK를 증가시킨다. 성장을 무시하면 작은 결함이 임계 균열이 되어 갑자기 파단으로 이어질 수 있다.

현장 실무 및 조치 지침

비파괴 검사로 초기 균열 크기를 측정하라: 초음파(UT) 또는 자분탐상(MT). 응력 해석이나 표를 통해 ΔK를 추정하라. 초기 균열 크기에서 임계 균열 크기까지 da/dN을 적분하여 수명을 계산하라. 강재의 일반적인 임계값: ΔK_th ≈ 5–6 MPa√m (R = 0.1에서). ΔK가 임계값 아래이면 균열은 성장하지 않는다. 응력 진폭을 줄이고, 용접부 형상을 개선하고(용접 토우 그라인딩, TIG 후처리), 압축 잔류응력(예: 해머링)으로 ΔK를 줄여라. 검사 주기는 임의로 정하지 말고 계산으로 정하라. 주기는 식별 가능한 균열이 임계 크기로 성장하는 시간보다 짧아야 한다. 재료 상수: 구조용 강의 경우 m ≈ 3, C는 단위에 따라 10^-11에서 10^-13 범위이다(da/dN이 m/사이클, ΔK가 MPa√m일 때). 검증된 출처의 값만 사용하라.