KR100925621B1 - 강재의 용접이음부 및 강재의 용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강 구조물드의 강재를 용접하는 기술에 관한 것으로서, 취성균열이 발생한 경우, 용접선을 따라 취성균열이 전파하는 것을 방지하여 50mmt 이상의 극후물 선박용 용접구조물에서도 안정성을 확보할 수 있는 강재의 용접이음부 및 강재의 용접방법을 제공하고자 하는데 목적이 있다.　

본 발명은 그 두께가 50mm이상인 강재를 용접하여 형성된 용접이음부에 있어서, 용접금속부의 최소폭과 최대폭 부분 사이의 거리를 a로, 최대 용접 금속부의 폭을 b로, 그리고 최소 용접금속부의 폭을 c로 가정할 때, (b-c)/a값이 0.09~0.36을 만족하는 것을 특징으로 하는 강재의 용접이음부 및 강재의 용접방법을 그 요지로 한다.

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Description

강재의 용접이음부 및 강재의 용접방법 {Welded Joints of Steel Material and Method for Welding Steel Material}

본 발명은 강 구조물 등의 강재를 용접하는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 용접선을 따라 취성균열이 전파하는 것을 방지하여 50mmt 이상의 극후물 용접구조물에서도 안정성을 확보할 수 있는 강재의 용접이음부 및 강재의 용접방법에 관한 것이다.

최근 강구조물의 대형화에 따라 구조물의 건조에 있어서 용접 시공을 종래에 비해 효율적으로 수행하기 위해 용접 입열을 증가시키는 대입열 용접을 채용하고 있다.

대입용접을 채용함에 따라 용접 열영향부(HAZ)의 인성이 저하되는 문제가 발생하고 있다.

그 때문에 용접 열영향부(HAZ)의 인성이 저하되는 것을 방지하는 강재를 개발하려는 노력이 일본 특개 평 06-088161 및 일본 특개 소 60-245768 공보 등에 제시되어 있다.

상기 공보에 제시되어 있는 강재는 취성 균열의 발생에 대한 저항성이 향상 되어 있어 통상의 사용환경에서는 취성파단이 발생할 가능성이 매우 낮지만, 피로환경에 노출되거나 지진, 구조물 간의 충돌 등 비상시의 상황에서는 취성 균열의 발생이 가능하고 이럴 경우 취성균열이 용접선을 따라 전파해나감에 따라 대규모 파괴를 일으킬 위험이 있다.

지금까지 판두께 25mm 정도의 TMCP 강판 등이 사용되어 있는 용접 이음부에서는 취성균열이 전파해 오더라도 용접부의 잔류 응력에 의하여 취성균열이 용접이음부에서 모재측으로 전파해가기 때문에, 모재의 취성균열 정지특성만 확보된다면 용접이음부에서 취성균열이 발생해도 모재에서 정지시킬 수 있다고 생각되어져 왔다.

그러나, 강구조물이 대형화됨에 따라 판두께가 두꺼운 강판이 사용되게 되었고 일본 특개평 2005-296986호에는 판두께가 50mm를 넘게 되면 용접부의 취성균열이 모재로 전파해 들어감이 없이 용접선을 따라 전파하여 대형 파괴를 일으킬 수 있다고 기재되어 있다.

이를 방지하기 위한 종래의 기술의 일례로서, 일본 특개2005-296986호및 일본 특개2006-75874호를 들 수 있는데, 여기서는 용접부와 골재가 교차하는 영역의 일부를 가우징에 의해 제거한 후, 파괴인성이 우수한 용접재료로 보수용접을 실시하고 있으나 이는 Ni계 용접재료를 사용함에 따라 비용의 상승을 가져오기 때문에 실적용이 어려운 것으로 판단된다.

또한, 일본 특개2005-111501에는 취성균열이 용접선을 따라 전파하는 것을 방지하기 위해 용접선과 수직방향으로 보강재를 부착하는 방법이 제시되어 있으나 이 역시 생산성의 저하와 추가비용의 상승을 가져오는 문제점이 있다.

본 발명은 취성균열이 발생한 경우, 용접선을 따라 취성균열이 전파하는 것을 방지하여 50mmt 이상의 극후물 선박용 용접구조물에서도 안정성을 확보할 수 있는 강재의 용접이음부 및 강재의 용접방법을 제공하고자 하는데 목적이 있다.　

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 그 두께가 50mm이상인 강재를 용접하여 형성된 용접이음부에 있어서, 용접금속부의 최소폭과 최대폭 부분 사이의 거리를 a로, 최대 용접 금속부의 폭을 b로, 그리고 최소 용접금속부의 폭을 c로 가정할 때, (b-c)/a값이 0.09~0.36을 만족하는 것을 특징으로 하는 강재의 용접이음부에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 강재를 용접하는 방법에 있어서, 용접시작 지점에서는 입열량을 적게 하여 최소 용접금속부를 형성하고 용접선 중앙부에서 가장 높은 입열량을 공급하여 최대 용접 금속부를 형성하고 서서히 입열량을 감소시켜 용접 마무리지점에서의 입열량을 용접시작 지점에서의 것과 동일하게 하여 용접 마무리지점에서의 용접금속부를 용접시작 지점에서의 것과 동일하게 형성하고,

상기 용접시 용접금속부의 최소폭과 최대폭 부분 사이의 거리를 a로, 최대 용접 금속부의 폭을 b로, 그리고 최소 용접금속부의 폭을 c로 가정할 때, (b-c)/a값이 0.09~0.36을 만족하도록 용접 입열량을 제어하는 것을 특징으로 하는 강재의 용접방법에 관한 것이다,

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 50mmt 이상의 극후물재를 적용하면서도 선박용 용접구조물의 안정성을 별도의 비용상승 없이 확보할 수 있다.

본 발명에서 용접이음부란 열영향부와 용접금속부를 포함하는 부위를 의미하고, 용접금속부는 직접 용융되어 용접된 부위를 의미하는 것이고, 열영향부는 용접시 열영향을 받은 부위를 의미한다.

도 1은 종래 용접방법에서의 용접선을 나타내는 것으로서, 도 1에 나타난 바와 같이 극후물 용접금속부의 경우 용접선을 따라 취성균열이 전파해 나가므로 대형 파단이 발생할 수 있다.

한편, 도 2는 본 발명에 따라 용접된 경우의 용접선의 형태로서, 도 2에 나타난 바와 같이, 용접금속부의 폭이 양쪽 가장자리에서는 최소값을 가지고, 용접선 가운데 부근에서는 최대값을 가지도록 이루어져 있다.

이런 경우 취성균열이 용접선을 따라 전파하는 도중 용접선의 접선방향으로 진행함에 따라 모재로의 전파가 용이해지므로 취성균열의 정지를 도모할 수 있다.

도 2와 같은 용접선 형태를 확보하기 위해서는 용접선을 따라 용접입열량의 변화를 가져와야 한다.

일반적으로 용접시공시 용접선을 따라 용접입열량을 일정하게 공급하는 것이 대부분이지만, 취성균열 전파의 위험이 높은 용접이음부에서는 용접입열량을 제어하여 도 2와 같은 이음부를 얻는 것이 효과적이다.

용접시작 지점에서는 입열량을 적게 하고 용접선 중앙부에서 가장 높은 입열량을 공급하며 다시 서서히 입열량을 감소시켜 용접마무리 지점에서는 용접시작 지점과 동일한 입열량을 가하면서 마치도록 한다.

용접시작점과 용접마무리 지점에 가하는 입열량의 크기는 강재의 두께, 용접금속부의 폭, 용접그루브의 형상 등에 따라 달라진다.

취성균열이 용접선의 접선방향을 따라 모재쪽으로 효과적으로 전파해 들어가기 위해서는 도 3에 나탄난 바와 같이 용접금속부의 최소폭과 최대폭 부분 사이의 거리(a), 최대 용접금속부의 폭(b) 및 최소 용접금속부의 폭(c)의 비율(b-c/a)이 중요하다.

상기 (b-c)/a값이 너무 작으면 용접선의 곡률이 너무 작아 직선과 다름이 없으므로 취성균열이 용접선을 따라 직선으로 전파하게 되고, (b-c)/a값이 너무 큰 경우에는 용접선의 곡률이 급격하게 변함에 따라 취성균열이 용접선을 따라 전파하기 어려워지므로 용접금속부를 따라 직선방향으로 전파하기 때문에 파단을 막을 수 없게 된다.

본 발명자들이 검토한 결과 취성균열의 모재 전파를 일으키기 위해서는 (b-c)/a값을 0.09~0.36의 범위 안에서 유지해야 하는 것을 발견하였다.

따라서 (b-c)/a값이 0.09~0.36을 유지하도록 용접입열량을 변화시켜 용접금속폭을 조절할 경우 취성균열이 용접선을 따라 직진 전파하는 것을 막고 모재로의 전파를 꾀할 수 있게 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

(실시예)

판 두께가 50 및 80mm인 조선용 강재의 EH36강판을 준비하였다.

용접은 일렉트로 개스 용접[Electro gas welding(EGW)] 방법을 사용하여 맞대기 용접을 실시하였으며 하기 표 1에서와 같이 용접선 형태를 나타내는 (b-c)/a값을 0에서 0.5까지 조절하였다.

상기와 같이 용접된 것에 대하여 취성균열 전파시험을 행하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

상기 취성균열 전파시험은 ESSO시험법을 이용하였으며 시험온도는 -10℃로 일정하게 유지하였다.

시편 No.		판두께(mm)	a(mm)	b(mm)	c(mm)	(c-b)/a	균열정지 결과
비교재	1	50	100	30	30	0	용접부 전파
	2	80	100	74	24	0.5	용접부 전파
	3	80	100	25	21	0.04	용접부 전파
발명예	4	50	100	29	20	0.09	모재 정지
	5	80	100	50	23	0.27	모재 정지
	6	80	100	57	21	0.36	모재 정지
	7	50	100	38	20	0.18	모재 정지

상기 표 1에 나타난 바와 같이, (b-c)/a값이 0인 비교재(1)의 경우 취성균열의 전파가 발생하여 파단이 일어났으며, 비교재(2) 및(3)의 경우에는 (b-c)/a값이 0.09~0.36의 범위를 벗어나 것으로서, 취성균열의 직진 전파(용접부 전파)가 발생한 것을 알 수 있다.

본 발명에 부합되는 발명예 (4~7)은 용접금속부의 최소폭과 최대폭 부분 사이의 거리(a)를 100mm를 기준으로 하여 (b-c)/a값을 측정한 결과 0.09~0.36의 범위를 유지한 것으로서, 용접부 취성균열의 전파방향을 모재로 유도하여 취성균열을 정지시킬 수 있는 것을 알 수 있다.

도 1은 종래 용접방법에서의 용접선 형태를 나타내는 개략도

도 2는 본 발명에 따라 용접된 경우의 용접선형태를 나타내는 개략도

도 3은 본 발명에 따라 용접된 경우의 용접금속부의 최소폭과 최대폭 부분 사이의 거리(a), 최대 용접금속부의 폭(b) 및 최소 용접금속부의 폭(c)을 나타내는 개략도

Claims (2)

1. 그 두께가 50mm이상인 강재를 용접하여 형성된 용접이음부에 있어서, 용접금속부의 최소폭과 최대폭 부분 사이의 거리를 a로, 최대 용접 금속부의 폭을 b로, 그리고 최소 용접금속부의 폭을 c로 가정할 때, (b-c)/a값이 0.09~0.36을 만족하는 것을 특징으로 하는 강재의 용접이음부
2. 그 두께가 50mm이상인 강재를 용접하는 방법에 있어서, 용접시작 지점에서는 입열량을 적게 하여 최소 용접금속부를 형성하고 용접선 중앙부에서 가장 높은 입열량을 공급하여 최대 용접 금속부를 형성하고 서서히 입열량을 감소시켜 용접 마무리지점에서의 입열량을 용접시작 지점에서의 것과 동일하게 하여 용접 마무리지점에서의 용접금속부를 용접시작 지점에서의 것과 동일하게 형성하고,

   상기 용접시 용접금속부의 최소폭과 최대폭 부분 사이의 거리를 a로, 최대 용접 금속부의 폭을 b로, 그리고 최소 용접금속부의 폭을 c로 가정할 때, (b-c)/a값이 0.09~0.36을 만족하도록 용접 입열량을 제어하는 것을 특징으로 하는 강재의 용접방법

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