KR100780105B1 - 구조용 부재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구조용 부재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소요성능을 발휘하면서 중량을 최소화하거나 가공 정밀성을 향상할 수 있도록 두께, 강도, 연신율 등이 상이한 강재로 구성된 구조용 부재 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 구조용 부재는 제 1 강재를 냉간압연하여 제조되는 평탄한 면을 갖는 웨브; 및 제 2 강재를 냉간압연 및 절곡하여 형성된 제 1 연장부 및 제 2 연장부를 갖는 하나 이상의 플랜지를 포함하되, 상기 제 2 연장부의 길이가 상기 제 1 연장부의 길이보다 길고, 상기 제 1 연장부의 말단에는 소정 간격으로 복수의 요부가 형성되어 있으며, 상기 플랜지는 용접에 의해 상기 웨브에 접합되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 구조용 부재 및 그 제조방법은 플랜지 및 웨브를 별도로 형성한 후, 용접에 의해 접합시켜 제조함으로써, 구조용 부재의 형상을 정밀하게 제어할 수 있는 장점이 있다.
구조용 부재, 플랜지, 웨브

Description

구조용 부재 및 그 제조방법 {STRUCTURAL MEMBER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
도 1a는 종래의 구조용 부재의 성형단계에 따른 단면의 형상들을 도시한 도면이다.
도 1b는 종래의 구조용 부재의 일부 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조용 부재의 구성을 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 구조용 부재의 결합 상태를 도시한 일부 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시한 구조용 부재의 단면도이다.
본 발명은 구조용 부재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소요성능을 발휘하면서 중량을 최소화하거나 가공 정밀성을 향상할 수 있도록 두께, 강도, 연신율 등이 상이한 강재로 구성된 구조용 부재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래의 철골 건축물에 사용되는 구조용 부재로써, 일반 구조용 압연강재, 용 접구조용 압연강재, 경량형강 및 강관 등이 사용되고 있다. 또한, 철골 건축물에 사용되는 구조용 부재의 단면 형상은 H형강, I형강, ㄷ형, ㄱ형 또는 T형 등이 있다.
도 1a는 종래의 구조용 부재의 성형단계에 따른 단면의 형상들을 도시한 도면이며, 도 1b는 종래의 구조용 부재의 일부 사시도이다.
상기한 도면들은 유럽특허 제0381727호가 개시하는 구조용 부재의 성형 방법으로써, 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 성형롤에 의해 강재를 롤포밍하여 플랜지(110)와 웨브(120)를 일체형으로 형성하고, 플랜지(110)의 단부(130)를 용접하여 웨브(120)에 접합시킴으로써 구조형 부재(100)가 제조된다. 상기한 과정에 의해 제조된 구조형 부재(100)를 복수개 결합하기 위해서는 플랜지(110) 또는 웨브(120)에 정밀도가 높은 천공 및 가공이 필요하다.
그러나, 종래의 구조용 부재(100)의 경우, 롤포밍 전에 상기 천공 및 가공을 수행하면, 용접 등을 통한 구조형 부재(100)의 완성시 천공의 위치가 불균일하게 변경되는 문제가 발생한다. 또한, 용접 등을 통한 구조형 부재(100)의 완성 후의 상기 천공 및 가공은 구조용 부재(100)의 형상으로 인해 가공 부위에 제한이 따른다.
구조용 부재에 있어서, 플랜지는 구조적으로 하중을 많이 지지하고 웨브는 상대적으로 하중을 적게 지지하면서 플랜지 사이의 간격을 확보하여 구조용 부재의 전체의 강성을 향상시키는데 기여한다. 따라서, 종래의 구조용 부재(100)와 같이 플랜지와 웨브가 동일한 물질로써 일체로 성형되는 경우, 하중의 분산 등에 있어 구조적으로 불리하다.
본 발명의 목적은 플랜지 및 웨브를 별도로 형성한 후, 용접에 의해 접합시켜 제조함으로써, 그 형상을 정밀하게 제어할 수 있는 구조용 부재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 플랜지 및 웨브를 구성하는 재료를 용도에 따라 상이하게 선택할 수 있는 구조용 부재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 플랜지와 웨브를 안정적으로 용접시킬 수 있는 구조를 갖는 구조용 부재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적 달성을 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 구조용 부재는 제 1 강재를 냉간압연하여 제조되는 평탄한 면을 갖는 웨브; 및 제 2 강재를 냉간압연 및 절곡하여 형성된 제 1 연장부 및 제 2 연장부를 갖는 하나 이상의 플랜지를 포함하되, 상기 제 2 연장부의 길이가 상기 제 1 연장부의 길이보다 길고, 상기 제 1 연장부의 말단에는 소정 간격으로 복수의 요부가 형성되어 있으며, 상기 플랜지는 용접에 의해 상기 웨브에 접합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구조용 부재의 제조방법은 제 1 강재를 냉간압연하여 플레이트를 제조하는 단계; 상기 플레이트의 말단을 가공하여 소정 간격으로 요부를 형성한 후, 절곡시켜서 요부가 형성된 제 1 연장부 및 상기 제 1 연장부보다 길이가 긴 제 2 연장부를 갖는 플랜지를 제조하는 단계; 및 제 2 강재를 냉간 압연하여 형성된 웨브의 일단에 상기 플랜지를 용접하여 접합시키는 단계를 포함하되, 상기 용접 과정에서 용접재료(鎔接材料)가 상기 제 1 연장부의 요부를 통해 상기 제 2 연장부까지 용입되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 구조용 부재 및 그 제조방법은 플랜지 및 웨브를 별도로 형성한 후, 용접에 의해 접합시켜 제조함으로써, 구조용 부재의 형상을 정밀하게 제어할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 구조용 부재 및 그 제조방법은 플랜지 및 웨브를 구성하는 재료를 용도에 따라 상이하게 선택할 수 있어서, 다양한 사용 환경에 적용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 구조용 부재 및 그 제조방법은 구조적으로 플랜지와 웨브를 안정하게 용접시킬 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조용 부재의 구성을 도시한 분해 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시한 구조용 부재의 결합 상태를 도시한 일부 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시한 구조용 부재의 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 구조용 부재(200)는 플랜지(220 및 230) 및 웨브(210)를 포함한다.
웨브(210)는 제 1 강재를 냉간압연하여 제조되며, 대체로 평탄한 면을 갖는 다. 웨브(210)의 일부 영역에는 목적에 따라, 천공 등의 가공이 추가적으로 수행될 수 있다.
플랜지(220 및 230)는 제 2 강재를 냉간압연하여 평탄한 면을 갖도록 제조한 뒤, 절곡 공정을 통해 완성된다. 상기 절곡 공정을 통해 중공(220a 및 230a), 제 1 연장부(222 및 232) 및 제 2 연장부(224 및 234)가 형성된다. 여기서, 제 2 연장부(224 및 234)의 길이가 제 1 연장부(222 및 232)의 길이보다 길게 형성된다. 또한, 제 1 연장부(222 및 232)의 말단에는 소정 간격으로 복수의 요부(222a 및 232a)가 형성된다.
플랜지(220 및 230)는 용접에 의해 웨브(210)에 접합된다. 요부(222a 및 232a)는 용접 시, 용융된 용접재료(鎔接材料)가 용입하는 영역으로 그 형상의 특별한 제한은 없으며, 예를 들면, 반원형, 삼각형, 사각형으로 구성될 수 있다.
도 2에는 웨브(210)의 양단에 플랜지(220 및 230)가 접합되는 것으로 도시되어 있으나, 플랜지(220 및 230)는 웨브(210)와 별도로 제조되는 것이므로, 웨브(210)의 일단에만 플랜지(220 또는 230)이 접합될 수 있다.
웨브(210)를 구성하는 제 1 강재와 플랜지(220 및 230)를 구성하는 제 2 강재는 동일하거나 상이한 물질일 수 있다.
구조용 부재(200)에 있어서, 플랜지(220 및 230)는 구조적으로 하중을 많이 지지하고 웨브(210)는 상대적으로 하중을 적게 지지하면서 플랜지(220 및 230) 사이의 간격을 확보하여 구조용 부재(200)의 전체의 강성을 향상시키는데 기여한다.
구조용 부재(200)에 재축방향(y축방향)에 대해 수직방향(z축방향)의 힘이 작 용하는 경우, 제 1 플랜지(220)는 압축력에 저항하게 되고, 제 2 플랜지(230)는 인장력에 저항하게 된다.
상기 압축력과 인장력은 플랜지(220 및 230)의 단부에서 최대이며, 구조용 부재(200)의 중앙부에서 0이 된다. 따라서, 구조용 부재(200)에 사용되는 재료를 부위별로 상이하게 구성하여, 압축력과 인장력에 대한 저항 성능을 최적화할 수 있다.
또한, 재축방향(y축방향)으로 힘을 받는 경우에 있어서, 구조용 부재(200)의 좌굴길이에 영향을 주는 2차 구조물이 양 플랜지(220 및 230) 중 어느 한쪽에만 설치되므로, 각 플랜지(220 및 230)는 일정한 하중에 대해 다른 크기의 응력으로 저항하게 된다.
재축방향(y축방향)에 수직방향(z축방향)의 힘이 작용하는 경우, 웨브(210)는 웨브(210) 단면 자체의 응력보다는 구조용 부재(200) 전체의 휨저항 성능을 향상시킬 수 있도록 플랜지(220 및 230) 간의 거리를 확보하는 것이 구조적으로 유리하다.
따라서, 구조용 부재(200)의 사용 용도 및 구조용 부재(200)와 2차 구조물과의 접합 관계에 따라 부위별로 요구되는 구조적 성능에 맞추어, 본 발명의 플랜지(220 및 230)의 두께(t1)와 웨브(210)의 두께(t2)를 상이하게 구성할 수 있으며, 강도 및 연신율 등의 물리적 특성이 상이한 재료를 사용하여, 각각의 플랜지(220 및 230) 및 웨브(210)를 구성할 수 있다.
도 4에 있어서, 플랜지(220 및 230)의 단면의 형상은 삼각형으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않으며, 하중의 분산, 강도 등을 고려하여, 사각형, 사다리꼴, 원형 또는 다각형으로 구성될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 구조용 부재(100)의 제조방법에 대해 상술한다.
제 1 강재를 냉간압연하여 대체로 평탄한 면을 갖는 플레이트를 제조한다.
이어서, 상기 플레이트의 말단을 가공하여 소정 간격으로 요부(222a 및 232a)를 형성한다. 요부(222a 및 232a)의 형성 방법은 특별한 제한이 없으며, 예를 들면, 천공기로 플레이트의 말단을 가공하여 요부(222a 및 232a)를 형성할 수 있다.
상기 플레이트에는 추가적으로 천공 공정이 수행될 수 있다.
계속하여, 요부(222a 및 232a)가 형성된 플레이트를 절곡시켜서, 요부(222a 및 232a)가 형성된 제 1 연장부(222 및 232) 및 상기 제 1 연장부(222 및 232)보다 길이가 긴 제 2 연장부(224 및 234)를 갖는 플랜지(220 및 230)를 제조한다.
한편, 제 2 강재를 냉간압연하여 웨브(210)를 형성하며, 상기한 과정으로 형성된 플랜지(220 및 230)를 웨브(210)의 일단에 용접하여 접합시키다. 여기서, 제 1 강재와 제 2 강재는 동일하거나, 상이한 물질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 용접 방법은 특별히 제한되지 않으며, 고주파 유도 용접, 전기 저항 용접, 금속 불활성 가스 용접, 텅스텐 불활성 가스 용접, 이산화탄소 시일드 아크 용접, 원자수소 가스 아크 용접, 스포트 용접, 전자빔 용접, 레이저 용접 또는 가스 용접이 될 수 있다.
상기 용접 과정에서, 용융된 용접재료는 제 1 연장부(222 및 232)의 요 부(222a 및 232a)를 통해 제 2 연장부(224 및 234)까지 용입된다. 따라서, 플랜지(220 및 230)의 제 1 연장부(222 및 232)와 웨브(210)의 경계 라인을 따라, 용접이 수행되더라도, 제 2 연장부(224 및 234)까지 용입되는 용접재료로 인해 견고한 용접이 이루어질 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
본 발명에 따른 구조용 부재 및 그 제조방법은 플랜지 및 웨브를 별도로 형성한 후, 용접에 의해 접합시켜 제조함으로써, 구조용 부재의 형상을 정밀하게 제어할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 구조용 부재 및 그 제조방법은 플랜지 및 웨브를 구성하는 재료를 용도에 따라 상이하게 선택할 수 있어서, 다양한 사용 환경에 적용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 구조용 부재 및 그 제조방법은 구조적으로 플랜지와 웨브를 안정하게 용접시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (8)

  1. 제 1 강재를 냉간압연하여 제조되는 평탄한 면을 갖는 웨브; 및
    제 2 강재를 냉간압연 및 절곡하여 형성된 제 1 연장부 및 제 2 연장부를 갖는 하나 이상의 플랜지를 포함하되,
    상기 제 2 연장부의 길이가 상기 제 1 연장부의 길이보다 길고, 상기 제 1 연장부의 말단에는 소정 간격으로 복수의 요부가 형성되어 있으며, 상기 플랜지는 용접에 의해 상기 웨브에 접합되는 것을 특징으로 하는 구조용 부재.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 플랜지의 단면의 형상은 삼각형, 사각형, 사다리꼴, 원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 구조용 부재.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 강재와 상기 제 2 강재는 동일한 물질인 것을 특징으로 하는 구조용 부재.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 강재와 상기 제 2 강재는 상이한 물질인 것을 특징으로 하는 구조용 부재.
  5. 제 1 강재를 냉간압연하여 플레이트를 제조하는 단계;
    상기 플레이트의 말단을 가공하여 소정 간격으로 요부를 형성한 후, 절곡시 켜서 요부가 형성된 제 1 연장부 및 상기 제 1 연장부보다 길이가 긴 제 2 연장부를 갖는 플랜지를 제조하는 단계; 및
    제 2 강재를 냉간압연하여 형성된 웨브의 일단에 상기 플랜지를 용접하여 접합시키는 단계를 포함하되, 상기 용접 과정에서 용접재료(鎔接材料)가 상기 제 1 연장부의 요부를 통해 상기 제 2 연장부까지 용입되는 것을 특징으로 하는 구조용 부재의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 강재와 상기 제 2 강재는 동일한 물질인 것을 특징으로 하는 구조용 부재의 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 강재와 상기 제 2 강재는 상이한 물질인 것을 특징으로 하는 구조용 부재의 제조방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 용접은 고주파 유도 용접, 전기 저항 용접, 금속 불활성 가스 용접, 텅스텐 불활성 가스 용접, 이산화탄소 시일드 아크 용접, 원자수소 가스 아크 용접, 스포트 용접, 전자빔 용접, 레이저 용접 또는 가스 용접인 것을 특징으로 하는 구조용 부재의 제조방법.
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