AWS D1.4 — 구조용 용접 코드 for Reinforcing Steel
AWS D1.4는 콘크리트 건설에 사용되는 철근의 구조 용접 코드입니다. 이 코드는 ASTM A615, A706 및 A996 철근 사양에 적용되는 표 7.2의 탄소 당량 기반 예열 요구사항을 사용하여 철근-철근 이음, 철근-구조용 강재 연결 및 매립판 부착을 규정합니다.
예열 조회: D1.4 예열은 강재 등급 표가 아닌 탄소 당량 및 철근 크기에 따라 결정됩니다. D1.4 철근 예열 계산기를 사용하여 철근의 탄소 당량 및 철근 크기를 기반으로 표 7.2에서 최소 예열 온도를 조회하십시오. 철근-구조용 강재 연결의 경우, D1.1 예열과 비교하여 더 높은 값을 사용하십시오.
AWS D1.4란 무엇입니까?
AWS D1.4는 철근의 구조 용접을 규정합니다. 이 코드는 ASTM A615, A706 및 A996 철근 등급을 다루며 직접 맞대기 이음, 간접 맞대기 이음 및 겹침 이음을 다룹니다. 예열은 D1.1에서와 같이 강재 등급 범주가 아닌 표 7.2의 탄소 당량에 의해 결정됩니다.
AWS D1.4/D1.4M — 구조 용접 코드 — 철근 —은 콘크리트 건설에 사용되는 철근의 용접을 다룹니다. 현재 버전은 AWS D1.4:2018입니다. 이 표준은 철근 간의 용접 이음, 철근과 구조용 강재 부재(매립판, 브래킷, 베이스 플레이트) 간의 용접 연결, 그리고 콘크리트 충전 응용 분야에서 구조 부재로 사용되는 철근과 강관 또는 튜브 간의 용접 연결에 적용됩니다.
D1.1에 따른 구조용 강재 용접과 비교할 때 철근 용접은 독특한 과제를 제시합니다. 철근은 기계적 특성 사양(항복 강도 및 인장 강도)을 충족하도록 제조되지만, 화학적 조성은 용강 배치마다, 심지어 동일한 용강 배치 내의 철근 간에도 크게 다를 수 있습니다. 가장 일반적으로 지정되는 철근 표준인 ASTM A615는 탄소 또는 망간 함량을 엄격하게 제어하지 않습니다. 이는 탄소 당량 — 따라서 수소 유기 균열에 대한 민감성 —이 철근마다 크게 다르다는 것을 의미합니다. D1.4는 D1.1이 구조용 강재에 대해 하는 것처럼 등급에 기반한 고정된 표 대신 각 용강 배치의 실제 탄소 당량을 기반으로 예열을 요구함으로써 이러한 가변성을 다룹니다.
이 표준은 미국 콘크리트 학회(ACI) 318 건축 코드, 원자력 안전 관련 콘크리트 구조물에 대한 ACI 349, 그리고 인프라 프로젝트에 대한 다양한 주 교통부에서 참조됩니다. ACI 318 섹션 26.6.4가 용접 철근을 요구하는 경우, 용접은 D1.4를 준수해야 합니다.
예열 요구사항 (표 7.2)
D1.4 표 7.2는 철근의 탄소 당량(CE)과 철근 크기에서 예열을 결정합니다. 6개의 CE 범위는 0.40 이하에서 0.65 초과까지 걸쳐 있습니다. 더 큰 철근과 더 높은 CE 값은 더 높은 예열 온도를 요구합니다. CE는 D1.4 §1.5.4 공식 중 하나 — 대부분의 철근에 대한 Eq. 1 (단순화된 C + Mn/6) 또는 ASTM A706/A706M 철근에 대한 Eq. 2 (확장) —를 사용하여 밀 테스트 보고서에서 계산됩니다. 둘 다 IIW 공식은 아닙니다.
D1.4의 예열 시스템은 D1.1과 근본적으로 다릅니다. D1.1 표 5.11이 하는 것처럼 ASTM 사양별로 강재를 그룹화하고 범주별로 예열을 할당하는 대신, D1.4는 각 철근 용강 배치의 밀 테스트 보고서(MTR) 화학 분석에서 계산된 실제 탄소 당량(CE)을 사용합니다. 이 접근 방식은 철근 생산에 내재된 광범위한 조성 변화를 고려합니다.
D1.4 조항 1.5.4는 두 가지 탄소 당량 공식을 정의합니다. ASTM A706/A706M을 제외한 모든 철근의 경우 (Eq. 1): CE = %C + %Mn/6. ASTM A706/A706M 철근의 경우 (Eq. 2): CE = %C + %Mn/6 + %Cu/40 + %Ni/20 + %Cr/10 − %Mo/50 − %V/10. A706 공식은 해당 사양에서 제어되는 추가 합금 원소를 고려합니다. 밀 테스트 보고서는 계산을 위한 화학 분석을 제공해야 합니다.
표 7.2는 CE 값을 철근 크기와 교차 참조하여 최소 예열 온도를 결정합니다. 이 표는 CE 범위(0.40 이하, 0.41~0.45, 0.46~0.55, 0.56~0.65, 0.66~0.75, 0.75 초과)와 철근 크기 그룹으로 구성됩니다. 더 큰 철근은 동일한 CE 수준에서 더 높은 예열을 필요로 합니다. 이는 더 큰 질량이 열영향부에서 더 빠른 냉각 속도를 생성하기 때문입니다. CE 0.55의 11번 철근은 동일한 CE의 4번 철근보다 훨씬 더 많은 예열을 필요로 합니다.
철근 용접의 경우, 예열은 매우 중요합니다. A615 철근에서 흔히 볼 수 있는 높은 탄소 당량 값(일반적으로 CE 값 0.50~0.75)은 냉각 속도가 제어되지 않으면 수소 유기 균열에 매우 취약한 경화된 열영향부를 생성하기 때문입니다. 이러한 이유로 모든 D1.4 용접에는 저수소 용접 공정 및 용접봉이 필수입니다.
철근 사양
D1.4는 세 가지 주요 철근 사양을 다룹니다: ASTM A615 (탄소강, 가장 일반적), A706 (저합금, 최대 CE 0.55로 용접용으로 특별히 설계됨), A996 (레일강 및 차축강). A706은 제어된 화학 성분으로 인해 더 낮고 예측 가능한 예열 요구사항을 생성하므로 용접 연결에 선호되는 등급입니다.
ASTM A615 (표준 철근)
ASTM A615는 북미에서 가장 널리 사용되는 철근 사양입니다. 이 사양은 40, 60, 75, 80, 100 등급(ksi 단위의 항복 강도)의 이형 및 일반 탄소강 철근을 다룹니다. A615는 지정된 기계적 특성을 충족하는 것 외에 화학적 조성을 엄격하게 제한하지 않습니다. 이는 A615 철근이 0.20%에서 0.50% 이상의 탄소 함량과 최대 1.50%의 망간을 가질 수 있음을 의미하며, 결과적으로 0.35에서 0.70을 훨씬 초과하는 CE 값을 가집니다. 넓은 CE 범위는 A615 철근의 용강 배치마다 예열 요구사항이 극적으로 다르며, 각 용강 배치는 MTR 화학 분석을 사용하여 개별적으로 평가되어야 함을 의미합니다.
ASTM A706 (용접 가능한 철근)
ASTM A706은 용접이 필요한 응용 분야를 위해 특별히 개발되었습니다. 탄소 함량을 최대 0.30%, 탄소 당량을 최대 0.55%로 제한합니다. 이러한 조성 제한은 A706 철근이 동일 등급의 A615 철근보다 일관되게 낮은 예열 요구사항을 갖도록 보장합니다. 설계자가 철근 이음이 기계적 연결 대신 용접될 것임을 아는 경우, A706을 지정하면 예열 요구사항을 줄이고 용접성을 향상시켜 제작 비용을 절감할 수 있습니다. A706은 60 및 80 등급으로 제공됩니다.
ASTM A996 (레일 및 차축 철근)
ASTM A996은 레일강(Type R) 및 차축강(Type A)으로 제조된 철근을 다룹니다. 레일강 철근은 매우 높은 탄소 함량(일반적으로 최대 0.50%)과 그에 상응하는 높은 탄소 당량 값을 가질 수 있습니다. A996 철근의 용접은 MTR 화학 분석에 대한 신중한 평가가 필요합니다. CE 값이 종종 표 7.2의 가장 높은 예열 범위에 속하기 때문입니다. Type R (레일) 철근은 레일 제조 공정에서 발생할 수 있는 개재물로 인해 특히 까다롭습니다.
이음매 유형 및 이음부 상세
D1.4는 세 가지 이음매 유형을 정의합니다: 직접 맞대기 이음(완전 용입 그루브 용접으로 철근을 끝과 끝을 정렬), 간접 맞대기 이음(두 철근을 연결하는 이음판 또는 앵글), 겹침 이음(필릿 용접으로 겹쳐진 평행 철근). 각 이음매 유형은 그루브 각도, 루트 간격 및 용접 길이에 대한 특정 이음부 상세 요구사항을 가집니다.
직접 맞대기 이음
직접 맞대기 이음은 두 철근 끝을 그루브 용접 구성으로 연결합니다. 철근은 지정된 루트 간격으로 끝과 끝을 정렬하고 완전 용입 그루브 용접이 이루어집니다. 이 이음매 유형은 가장 효율적인 하중 전달을 제공하지만 가장 까다로운 용접 기술을 요구합니다. 철근 끝은 평평하고 정사각형인 표면을 생성하기 위해 준비되어야 합니다(일반적으로 톱질 또는 연삭). 백킹 바 또는 구리 백킹 슈와 같은 백업 재료는 일반적으로 루트 패스를 지지하는 데 사용됩니다.
간접 맞대기 이음 (겹침 이음)
겹침 이음은 두 개의 평행한 철근을 겹치고 겹침 길이를 따라 필릿 용접 또는 플레어 베벨 그루브 용접으로 연결합니다. 필요한 용접 길이는 철근 크기와 필요한 이음 강도에 따라 달라집니다. 겹침 이음은 직접 맞대기 이음보다 맞춤 및 용접이 쉽지만 더 많은 재료(겹침 길이)를 필요로 하고 편심 하중 경로를 생성합니다. 이음은 더 큰 맞춤 변화를 허용하므로 현장 적용에서 가장 일반적인 이음매 유형입니다.
철근-구조용 강재 연결
철근과 구조용 강재 부재(매립판, 브래킷, 베이스 플레이트, 구조 형상) 간의 연결은 D1.4 및 D1.1 요구사항을 모두 충족해야 합니다. 중요한 규칙은 예열이 두 코드 요구사항 중 더 높은 값이어야 한다는 것입니다. D1.4 표 7.2가 철근 CE 및 철근 크기를 기반으로 200°F를 요구하지만, D1.1 표 5.11이 구조용 강재 등급 및 두께를 기반으로 300°F를 요구하는 경우, 300°F가 우선합니다. 용가재는 철근 화학 성분과 구조용 강재 등급 모두와 호환되어야 합니다. 모든 연결에는 저수소 용접봉(최소 E7018)이 필요합니다.
절차 및 용접사 자격
D1.4는 §8.1.2.1에 따라 필릿 용접 WPS만 사전 인증합니다(GTAW 및 GMAW-S 제외). 다른 이음매 유형은 자격 시험이 필요합니다. 절차가 사전 인증 한계를 벗어나는 경우, 조항 6에 따른 시험을 통한 자격이 필요합니다. 용접사 자격은 철근 시험편에 대한 굽힘 시험을 요구합니다. 철근-구조용 강재 연결의 경우, 용접사는 D1.4 및 D1.1 모두에 따라 자격을 갖추어야 합니다.
AWS D1.4는 일반적으로 조항 8.2에 따라 용접 절차를 시험을 통해 자격 부여하도록 요구합니다. 그러나 조항 8.1.2.1은 한 가지 예외를 제공합니다: 필릿 용접 WPS는 GTAW로 수행되지 않는 한 사전 인증된 것으로 간주되며 시험에서 면제됩니다. 다른 모든 이음매 유형 — 직접 맞대기 이음, 플레어 베벨 그루브 용접, 그루브 용접을 사용하는 겹침 이음 —은 용접이 지정된 기계적 특성을 충족함을 입증하는 완전한 WPS 자격 시험을 요구합니다. 자격 시험에는 일반적으로 WPS 매개변수를 사용하여 용접된 시험편의 인장 시험 및 매크로 에칭 검사가 포함됩니다.
D1.4의 필수 변수에는 용접 공정, 용가재 분류, 모재 철근 크기 범위, CE 범위, 예열 온도, 이음매 유형(직접 맞대기 또는 겹침), 자세, 그리고 보호 가스 조성(GMAW 및 FCAW의 경우)이 포함됩니다. 자격 범위 밖의 필수 변수 변경은 재자격을 요구합니다.
용접사 자격은 각 용접사가 자격 있는 WPS를 사용하여 철근에 건전한 용접을 생산할 수 있는 능력을 입증하도록 요구합니다. 용접사 성능 시험에는 육안 검사 및 굽힘 시험 또는 방사선 검사를 통과하는 해당 자세의 시험편 제작이 포함됩니다. 용접사는 D1.4 철근 용접에 대해 특별히 자격을 갖추어야 합니다 — D1.1 구조용 강재 자격은 D1.4에 따른 철근 용접에 대해 용접사를 자동으로 자격 부여하지 않습니다.
D1.4가 다른 AWS 구조 코드와 비교되는 방식
D1.4는 탄소 당량 기반 예열(표 7.2)을 사용합니다. D1.1은 강재 등급 및 공정 기반 예열(표 5.11)을 사용합니다. 철근-구조용 강재 연결의 경우, D1.4 또는 D1.1 중 더 높은 예열이 우선합니다. D1.4는 D1.1에서 다루지 않는 철근 이음매 유형을 다룹니다. 둘 다 동일한 사전 인증 WPS 프레임워크를 공유합니다.
D1.4 대 D1.1 (구조용 강재)
D1.1 covers structural steel members where the composition is tightly controlled by the ASTM 사양. D1.1 groups steels into preheat categories (Table 5.11) based on the specification and assigns preheat by 두께 and process. D1.4 uses individual CE calculations because rebar composition varies too widely to be grouped by specification. D1.1 provides a broad prequalified WPS path for CJP and PJP groove welds and fillets; D1.4 only prequalifies fillet welds (per 조항 8.1.2.1, except GTAW) and requires 시험 for all other joints. When rebar connects to structural steel, both codes apply simultaneously, and the higher preheat requirement governs.
D1.4 대 D1.8 (내진 보충)
D1.8 supplements D1.1 for seismic applications but does not directly address rebar 용접. In seismic zones, welded rebar connections in special moment frames and shear walls must meet both D1.4 요구사항 and any additional requirements imposed by ACI 318 Chapter 18 for seismic detailing. The engineer of record must specify the required splice 강도 as a percentage of the bar yield strength (typically 100% or 125% for seismic applications).
| Aspect | D1.4 (Rebar) | D1.1 (Structural) |
|---|---|---|
| Base metals | A615, A706, A996 rebar | A36, A572, A992 structural steel |
| Preheat method | Table 7.2 (CE-based) | Table 5.11 (범주-based) |
| Preheat input | Carbon equivalent + bar size | Steel grade + thickness + process |
| Rebar-to-steel joints | Higher of D1.4 and D1.1 preheat | Not covered |
| Splice types | Direct butt, indirect butt, lap | Not applicable |
| Prequalified WPS? | Yes | Yes (Clause 5) |
관련 표준 가이드
자주 묻는 질문
AWS D1.4는 표 7.2를 통해 탄소 당량(CE)을 사용하여 예열 요구사항을 결정합니다. D1.4 조항 1.5.4는 두 가지 CE 공식을 정의합니다: 대부분의 철근의 경우 CE = C + Mn/6 (Eq. 1); ASTM A706 철근의 경우 CE = C + Mn/6 + Cu/40 + Ni/20 + Cr/10 - Mo/50 - V/10 (Eq. 2). 표 7.2는 CE 값을 철근 크기와 교차 참조하여 최소 예열 온도를 결정합니다. 더 높은 CE 값과 더 큰 철근 크기는 더 높은 예열을 요구합니다. 철근-구조용 강재 연결의 경우, 예열은 D1.4 표 7.2 요구사항과 D1.1 표 5.11 요구사항 중 더 높은 값이어야 합니다.
ASTM A615는 콘크리트 보강용 이형 및 일반 탄소강 철근에 대한 표준 사양입니다. 화학적 조성을 엄격하게 제한하지 않으므로 A615 철근은 상당한 예열을 요구하는 높은 탄소 당량 값을 가질 수 있습니다. ASTM A706은 용접용으로 특별히 설계되었습니다 — 탄소 함량을 최대 0.30%, 탄소 당량을 최대 0.55%로 제한하여 예열 요구사항을 줄입니다. 용접이 예상되는 경우, A706은 제어된 화학 성분으로 인해 일관되게 낮은 예열 온도와 더 나은 용접성을 제공하므로 선호되는 사양입니다.
철근이 구조용 강재 부재에 용접될 때, D1.4 및 D1.1 요구사항이 모두 적용됩니다. 예열 온도는 두 코드 요구사항 중 더 높은 값이어야 합니다 — 철근 CE 및 철근 크기를 기반으로 한 D1.4 표 7.2 요구사항과 구조용 강재 등급, 공정 및 두께를 기반으로 한 D1.1 표 5.11 요구사항. 용가재는 철근과 구조용 강재 모두와 호환되어야 합니다. WPS는 D1.4에 따라 자격이 부여되어야 하며, 용접사는 연결의 철근 측면에 대해 D1.4 자격을 보유해야 합니다.
AWS D1.4는 SMAW (피복 금속 아크 용접), GMAW (가스 금속 아크 용접), FCAW (플럭스 코어드 아크 용접), 그리고 GTAW (가스 텅스텐 아크 용접)를 허용합니다. 저수소 용접봉(E7018 또는 E8018 시리즈)을 사용하는 SMAW는 철근 용접에 가장 일반적인 현장 공정입니다. 철근은 일반적으로 구조용 강재 등급보다 탄소 당량이 높아서 열영향부가 수소 유기 균열에 더 취약하기 때문에 저수소 용접봉이 필요합니다.
D1.4는 일반적으로 조항 8.2에 따라 시험을 통한 WPS 자격을 요구하지만, 조항 8.1.2.1은 한 가지 예외를 제공합니다: 필릿 용접 WPS는 GTAW로 수행되지 않는 한 사전 인증된 것으로 간주되며 시험에서 면제됩니다. 다른 모든 이음매 유형(직접 맞대기 이음, 플레어 베벨 그루브 용접, 그루브 용접을 사용하는 겹침 이음)은 완전한 절차 자격을 요구합니다. 이는 철근 화학 성분이 용강 배치마다 크게 다르며, CE 기반 예열 시스템은 절차가 실제 화학 성분을 고려하는지 확인해야 하기 때문입니다.