KR101163350B1

KR101163350B1 - 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체

Info

Publication number: KR101163350B1
Application number: KR1020117014341A
Authority: KR
Inventors: 유우지 하시바; 다다시 이시까와; 다께히로 이노우에; 쥰 오오따니; 아끼라 이또오
Original assignee: 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 2009-01-14
Filing date: 2010-01-14
Publication date: 2012-07-05
Also published as: EP2390047B1; JPWO2010082675A1; DK2390047T3; KR20110095390A; CN102271861A; TWI372672B; WO2010082675A1; CN102271861B; JP4772921B2; TW201036746A; EP2390047A4; EP2390047A1

Abstract

모재의 적어도 일부의 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 4000N/㎜^1.5 이상인 강판을 맞댐 용접함으로써 용접 조인트가 형성된 용접 구조체에 있어서, 용접 조인트의 적어도 1개소에, 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 6000N/㎜^1.5 이상인 강재로 이루어지는 어레스터 부재와, 상기 어레스터 부재가 강판(1)에 대해 맞댐 용접됨으로써 형성되는 어레스터 용접 조인트(6)로 이루어지는 내균열 제어부를 설치하고, 상기 어레스터 부재의 외측 테두리부를, 강판 용접 조인트(2)의 용접선 상으로부터, 용접 조인트의 길이 방향에 대해 15°이상 50°이하로 경사지도록 형성함으로써, 용접 조인트에 취성 균열이 발생한 경우라도, 취성 균열을 어레스터 부재의 경사진 외측 테두리부를 따라 전파시켜, 모재 강판으로 빗나가게 함으로써, 취성 균열이 용접 조인트를 전파하는 것을 방지한다.

Description

내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체{WELD STRUCTURE HAVING BRITTLE FRACTURE ARRESTING CHARACTERSTICS}

본 발명은 용접 조인트에 취성 균열이 발생한 경우에, 취성 균열의 전파를 제어, 억제하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체에 관한 것이다.

특히, 후강판을 사용하여 용접을 적용한 용접 구조물의 용접 조인트에 있어서 취성 균열이 발생한 경우라도, 그 전파를 제어, 억제하여 안전성을 향상시킬 수 있는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체에 관한 것이다.

최근, 대형 컨테이너선이나 벌크 캐리어 등의 선박용 용접 구조체, 건축 구조물, 토목 강 구조물로 대표되는 용접 구조체에 있어서는, 취성 균열 등의 파괴에 대한 높은 안전성이 요구되고 있다. 특히, 컨테이너선은 대형화가 현저하고, 예를 들어 6000TEU 이상의 대형 컨테이너선이 제조되게 되어, 선각 외판의 강판이 후육화 및 고강도화되어, 판 두께 70㎜ 이상이고 항복 강도 390N/㎟급 이상의 강판이 사용되도록 되고 있다.

여기서, TEU(Twenty feet Equivalent Unit)라 함은, 길이 20피트의 컨테이너로 환산한 개수를 나타내는 것으로, 컨테이너선의 적재 능력의 지표를 나타내고 있다.

이러한 대형 컨테이너선은, 적재 능력이나 하역 효율의 향상을 위해, 구획벽을 없애고 상부 개구부를 크게 확보한 구조로 되어 있고, 특히 선각 외판이나 내판의 강도를 확보할 필요가 있으므로, 상기한 바와 같은 고강도 강판이 사용되고 있다.

상술한 바와 같은 용접 구조물을 건조(建造)할 때, 건조 비용의 저감이나 건조 효율 향상을 목적으로 하여, 대입열 용접(예를 들어, 일렉트로 가스 아크 용접)이 널리 적용되어 있다. 특히, 강판의 판 두께가 증가할수록 용접 공정수가 현저하게 증가하므로, 극한까지 대입열로 용접을 행하는 것이 요구된다. 그러나 강판의 용접에 대입열 용접을 적용한 경우, 용접 열영향부(HAZ : Heat Affected Zone)의 인성이 저하되고, HAZ의 폭도 증대되므로, 취성 파괴에 대한 파괴 인성값이 저하하는 경향이 있다.

이로 인해, 용접 조인트에 있어서 취성 균열이 발생하는 것을 억제하는 동시에, 취성 균열의 전파 정지(어레스트)를 달성하는 것을 목적으로 하여, 내취성 파괴 특성이 우수한 TMCP 강판(Thermo Mechanical Control Process: 열가공 제어)이 제안되어 있다. 상기 TMCP 강판을 사용함으로써, 취성 파괴 발생에 대한 저항치인 파괴 인성치가 향상되므로, 통상의 사용 환경에서는, 구조물이 취성 파괴될 가능성은 극히 낮아진다. 그러나 지진이나 구조물끼리의 충돌 사고나 재해 등시에, 만일 취성 파괴가 발생하면, 취성 균열이 HAZ를 계속해서 전파하여, 용접 구조물에 큰 파괴를 초래할 우려가 있다.

예를 들어, 컨테이너선 등으로 대표되는 용접 구조체에서는, 판 두께 50㎜ 정도의 TMCP 강판 등이 사용되어, 만일 용접 조인트에서 취성 균열이 발생해도, 용접 잔류 응력에 의해 취성 균열이 용접부로부터 모재측으로 빗나가므로, 모재의 어레스트 성능을 확보하면, 취성 균열을 모재에서 정지시킬 수 있을 것이라 생각되고 있었다. 또한, 6000TEU를 초과하는 대형 컨테이너선 등, 더욱 대형의 용접 구조체에 있어서는, 보다 큰 판 두께의 강판이 필요해지고, 또한 구조를 간소화하는 데 있어서 강판의 후육화가 유효하므로, 설계 응력이 높은 고장력강의 후강판을 사용하는 것이 요구되고 있었다. 그러나 이러한 후강판을 사용한 경우, HAZ의 파괴 인성의 정도에 따라서는, 취성 균열이 모재로 빗나가는 일 없이 HAZ를 따라 계속해서 전파되어, 용접 구조물에 큰 파괴를 초래할 우려가 있다.

상기 문제를 해결하기 위해, 맞댐 용접 조인트의 일부에 보수 용접[결함 제거, 뒷채움(back-filling) 용접]을 실시하여, HAZ를 따라 전파하는 취성 균열을 모재측으로 빗나가게 하는 구성으로 된 용접 구조체가 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 1). 그러나 특허 문헌 1의 용접 구조체에서는, 모재의 파괴 인성이 매우 우수한 경우에는 유효하지만, 모재의 파괴 인성이 불충분한 경우에는, 모재측으로 빗나간 취성 균열이 길게 전파되어, 구조물로서의 강도가 현저하게 저하될 우려가 있다. 또한, 뒷채움 용접부의 볼륨이 커져, 공정 시간이 길어지는 동시에, 제조 비용도 증대된다고 하는 문제가 있다.

또한, 용접 조인트에 발생하는 취성 균열의 전파를 정지시키고자 하는 영역에, 판 형상의 어레스터 부재가 용접선과 교차하도록 관통하여 용접되고, 어레스터 부재로서, 표면이나 이면의 판 두께비 2％ 이상의 두께의 표층 영역에 있어서의 집합 조직이 적정화된 것을 사용하는 용접 구조체가 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 2). 그러나 특허 문헌 2에 기재된 용접 구조체를 대형 건조물에 적용한 경우, 예를 들어 용접 조인트를 전파한 취성 균열이, 어레스터 부재를 강판에 용접하는 용접 조인트를 전파하여 어레스터 부재에 돌입하고, 그대로 어레스터 부재의 내부를 전파한 후, 다시 용접 조인트를 전파할 우려가 있다. 한편, 용접 조인트를 전파한 취성 균열이, 어레스터 부재 및 상기 어레스터 부재를 강판에 용접하는 용접 조인트의 위치에서 모재측으로 빗나간 경우에는, 상기와 마찬가지로, 모재의 파괴 인성이 불충분하면 취성 균열이 길게 전파되어, 용접 구조물로서의 강도가 현저하게 저하된다고 하는 문제도 우려된다.

일본 특허 출원 공개 제2005-131708호 공보 일본 특허 출원 공개 제2007-098441호 공보

본 발명은 상기 문제에 비추어 이루어진 것이며, 가령 용접 조인트에 취성 균열이 발생한 경우라도, 취성 균열이 용접 조인트나 모재를 전파하는 것을 억제할 수 있어, 용접 구조체의 파단을 방지하는 것이 가능한, 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 용접 구조체의 용접 조인트에 취성 균열이 발생한 경우에, 취성 균열이 용접 조인트나 모재를 전파하는 것을 방지하기 위해, 강판 사이의 용접 조인트 상에 설치하는 어레스터 부재나, 어레스터 부재와 강판을 용접하는 용접 조인트에 대해 예의 연구하였다.

이 결과, 어레스터 부재의 형상 및 강재 특성을 적정화함으로써, 용접 조인트 및 모재에 있어서의 취성 균열의 전파를 억제하여, 용접 구조체에 대규모의 파괴가 발생하는 것을 방지할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.

즉, 본 발명의 요지는, 청구범위에 기재한 이하의 내용에 관한 것이다.

[1] 적어도 일부의 영역의 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 4000N/㎜^1.5 이상인 강판을, 서로 맞댐 용접함으로써 강판 용접 조인트가 형성되어 이루어지는 용접 구조체에 있어서,

상기 강판 용접 조인트의 적어도 1개소에, 강판 용접 조인트에 발생한 취성 균열의 전파를 제어하는 내균열 제어부가 설치되어 있고,

상기 내균열 제어부는, 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 6000N/㎜^1.5 이상인 강재로 이루어지고, 상기 강판 용접 조인트로부터 상기 강판에 걸쳐 형성된 관통 구멍에 삽입된 어레스터 부재 및 상기 어레스터 부재의 외측 테두리부와, 그것에 대향하는 강판 모재가 맞댐 용접되어 형성된 어레스터 용접 조인트를 갖고 있고,

상기 어레스터 부재는, 상기 강판 용접 조인트의 길이 방향을 따른 높이 H(㎜), 강판 용접 조인트의 길이 방향과 교차하는 방향에 있어서의 횡폭 W(㎜) 및 판 두께 t(㎜)의 각각의 치수가, 하기 수학식 1 내지 3으로 나타내어지는 관계를 만족시키도록 형성되고, 또한,

상기 어레스터 부재의 취성 균열 주 대항측의 외측 테두리부는, 상기 강판 용접 조인트의 용접 금속부로부터 상기 강판 용접 조인트의 양측에, 강판 용접 조인트의 길이 방향에 대해 15°이상 50°이하의 각도로 경사져 연신하는 동시에, 다른 쪽의 취성 균열 부 대항측의 외측 테두리부는, 70°이상 110°이하의 각도로 상기 강판 용접 조인트와 교차하고 있고,

적어도 상기 어레스터 부재의 횡폭 방향 단부가, 상기 강판의 K_ca가 4000N/㎜^1.5 이상인 영역에 마주보도록, 상기 내균열 제어부를 설치한 것을 특징으로 하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.

[수학식 1]

[수학식 2]

[수학식 3]

단, 상기 수학식 1 내지 3 중에 있어서, T는 상기 강판의 판 두께(㎜)를 나타내고, d는 상기 강판 용접 조인트에 있어서의 용접 금속부의 폭(㎜)을 나타낸다.

[2] 상기 어레스터 부재의 인성을 나타내는 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs2(℃)와, 상기 강판의 모재 인성을 나타내는 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs1(℃)의 관계가, 다음 식,

vTrs2≤vTrs1-20

으로 나타내어지는 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.

[3] 상기 어레스터 용접 조인트에 있어서의 용접 금속부의 인성을 나타내는 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs3(℃)와, 상기 강판의 모재 인성을 나타내는 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs1(℃)의 관계가, 다음 식,

vTrs3≤vTrs1-20

[4] 상기 어레스터 용접 조인트에 있어서의 용접 금속부의 인성을 나타내는 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs3(℃)와, 상기 강판의 모재 인성을 나타내는 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs1(℃)의 관계가, 다음 식,

vTrs1＋20≤vTrs3≤0

[5] 상기 강판의 판 두께가 25㎜ 이상 150㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.

[6] 상기 강판은, 적어도 일부의 영역의 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 6000N/㎜^1.5 이상이고, 상기 내균열 제어부는, 적어도 상기 어레스터 부재의 횡폭 방향 단부가, 상기 강판의 K_ca가 6000N/㎜^1.5 이상인 영역에 마주보도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.

[7] 상기 강판은, 상기 강판 용접 조인트의 길이 방향으로 배열되는 적어도 2 이상의 소강판으로 이루어지는 동시에, 상기 소강판을 서로 맞댐 용접함으로써 소강판 용접 조인트가 형성되어 있고, 상기 내균열 제어부는, 상기 어레스터 부재의 횡폭 방향 단부측에 형성되는 상기 어레스터 용접 조인트가 상기 소강판 용접 조인트에 접하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재된 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.

[8] 상기 강판은, 상기 강판 용접 조인트의 길이 방향으로 배열되는 적어도 2 이상의 소강판으로 이루어지는 동시에, 상기 소강판을 서로 맞댐 용접함으로써 소강판 용접 조인트가 형성되어 있고, 상기 내균열 제어부는, 상기 어레스터 부재의 횡폭 방향 단부측에 형성되는 상기 어레스터 용접 조인트가 상기 소강판 용접 조인트를 포함하도록 설치되고, 또한, 상기 소강판 용접 조인트를 이루는 용접 금속부의 인성을 나타내는 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs4(℃)와, 상기 강판의 모재 인성을 나타내는 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs1(℃)의 관계가, 다음 식,

vTrs4≤vTrs1-20

으로 나타내어지는 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 상기 [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재된 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.

또한, 본 발명에서는, 용접 금속부와 용접 열영향부를 포함하는 부분을 용접 조인트라 정의한다. 또한, 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)은, 당해 용접 구조체가 사용되는 온도, 혹은 설계 온도에 있어서의 수치이다.

본 발명의 용접 구조체에 따르면, 용접 조인트의 적어도 1개소에, 어레스터 부재와 그것과 모재 강판 사이에 형성되는 어레스터 용접 조인트를 갖는 내균열 제어부가 설치되어 있으므로, 가령 용접 조인트에 취성 균열이 발생한 경우라도, 용접 조인트를 전파하는 취성 균열을, 내균열 제어부에 의해 강판 모재의 어레스트 성능이 높은 부위로 빗나가게 하거나, 혹은 내균열 제어부에서 저지할 수 있어, 취성 균열이 용접 조인트나 모재를 전파하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 대규모의 파괴가 발생하는 것을 미연에 방지하는 것이 가능한 용접 구조체를, 높은 생산 효율 및 저비용으로 얻을 수 있다.

이러한 본 발명에 관한 용접 구조체가, 대형 선박을 비롯하여, 건축 구조물이나 토목 강 구조물 등의 각종 용접 구조물에 사용됨으로써, 용접 구조물의 대형화, 파괴에 대한 높은 안전성, 건조에 있어서의 용접의 고능률화, 강재의 경제성 등등이 동시에 만족되므로, 그 산업상의 효과는 헤아릴 수 없다.

도 1은 본 발명을 설명하는 도면으로, 강판끼리가 용접되어 형성된 강판 용접 조인트의 일부에, 어레스터 부재 및 어레스터 용접 조인트로 이루어지는 내균열 제어부가 설치된 상태를 도시하는 평면도이다.
도 2는 강판 용접 조인트의 일부에 도 1에 도시되는 내균열 제어부가 설치된 경우의 취성 균열의 진전 상황을 설명하는 모식도이다.
도 3은 본 발명에 관한 용접 구조체의 일례를 설명하는 도면으로, 강판 용접 조인트의 일부에, 어레스터 부재 및 어레스터 용접 조인트로 이루어지는 내균열 제어부가 설치된 상태를 도시하는 평면도이다.
도 4는 어레스터 부재의 형상, 특히 취성 균열 부 대항측의 외측 테두리부의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 관한 용접 구조체를 선박용 용접 구조체에 적용한 경우에 대해 설명하는 개략도이다.
도 6은 본 발명에 관한 용접 구조체의 다른 예를 설명하는 도 3과 동일한 도면이다.
도 7은 본 발명에 관한 용접 구조체의 다른 예를 설명하는 도 3과 동일한 도면이다.
도 8은 본 발명에 관한 용접 구조체의 다른 예를 설명하는 도 3과 동일한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에서 사용하는 용접 조인트 시험체의 제작 방법에 대해 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 있어서의 내취성 균열 전파성을 평가하기 위한 인장 시험 방법에 대해 설명하는 도면이다.

이하, 본 발명의 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체의 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시 형태는, 발명의 취지를 보다 잘 이해시키기 위해 상세하게 설명하는 것이므로, 특별히 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

종래, 강판 용접 조인트에 있어서 발생한 취성 균열은, 주로, 강판 용접 조인트의 길이 방향을 전파한다. 이로 인해, 강판 용접 조인트에 발생한 취성 균열이 기점이 되어, 용접 구조체 전체에 큰 파괴가 발생할 우려가 있다고 하는 문제가 있었다.

본 발명자들은, 상술한 바와 같은 취성 균열의 전파 방향을 효과적으로 제어하여, 용접 구조체에 있어서 균열이 전파되는 것을 억제하기 위해서는, 상기 종래 기술에 있어서, 또한 어레스터 부재의 형상 및 강재 특성을 적정화하는 것이 중요한 것을 발견하였다.

본 발명의 기본 원리에 대해 도 1, 도 2를 사용하여 설명한다.

본 발명에서는, 강판(1, 1)을 맞댐 용접하여 형성된 강판 용접 조인트(2)의 도중에, 내균열 제어부(4)를 설치하여 강판 용접 조인트(2)를 분단한다. 내균열 제어부(4)는 상기 강판 용접 조인트로부터 상기 강판에 걸쳐 형성된 관통 구멍(3)에 삽입된 어레스터 부재(5)와, 상기 어레스터 부재(5)가 강판(1)에 대해 맞댐 용접됨으로써 형성되는 어레스터 용접 조인트(6)로 이루어진다. 어레스터 부재(5)는, 강판(1)보다도 높은 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)을 갖는 강재로 형성하는 동시에, 취성 균열의 전파가 예상되는 주 대항측을, 강판 용접 조인트(2)에 대해 경사진 어레스터 용접 조인트(6)를 형성하는 형상으로 한다. 이 내균열 제어부(4)를 설치함으로써, 강판 용접 조인트(2)에 발생한 취성 균열의 전파를 제어, 억제하는 기구는, 어레스터 용접 조인트(6)의 용접 금속부의 인성을 나타내는 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs3(℃)의 값에 따라 다른 경우가 있고, 예를 들어 도 2의 (a), (b)와 같이 된다.

강판 용접 조인트(2)의 길이 방향의 일측에서 발생한 취성 균열(CR)은, 강판(1)과 강판 용접 조인트(2)의 경계(혹은 강판 모재의 열영향부)를 따라 전파된다. 균열(CR)이 어레스터 용접 조인트(6)에 도달하였을 때, 이 조인트의 vTrs값(vTrs3)이 모재와 비교하여 상대적으로 우수한 경우에는, 균열(CR)은 어레스터 용접 조인트(6)에 돌입하는 일 없이, 도 2의 (a)에 도시하는 바와 같이, 강판(1)과 어레스터 용접 조인트(6)의 경계(혹은 강판 모재의 열영향부)를 따라 전파되어, 어레스터 용접 조인트(6)의 횡폭 방향 단부에 있어서 강판(1)의 모재부에 도달하게 된다. 이때, 모재부에 진입해도 강판(1)의 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 높으면, 그곳에서 균열(CR)의 진전을 정지시킬 수 있다.

또한, 어레스터 용접 조인트(6)의 vTrs값이 모재와 비교하여 상대적으로 떨어져 있는 경우에는, 균열(CR)은 어레스터 용접 조인트(6)에 돌입하는 경우도 있지만, 어레스터 부재(5)의 K_ca가 높으므로, 어레스터 부재에는 진입하지 않고, 도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이, 어레스터 용접 조인트(6) 내를 어레스터 부재(5)의 경계를 따라 전파하여, 강판(1)의 모재부에 도달하게 된다. 이때 강판(1)의 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 높으면, 도 2의 (a)의 경우와 마찬가지로 그곳에서 균열(CR)의 진전을 정지시킬 수 있다.

본 발명에서는, 강판 용접 조인트(2)에 대해 경사진 어레스터 용접 조인트(6)를, 강판 용접 조인트(2)에 연속해서 형성함으로써, 취성 균열의 진전을 강판 용접 조인트(2)로부터 어레스터 용접 조인트로 용이하게 유도할 수 있다.

또한, 어레스터 용접 조인트의 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs3이 모재의 vTrs1에 비교하여 떨어져 있는 경우에, 어레스터 부재의 조건에 따라서는, 도 2의 (c), (d)와 같이 되는 경우도 있다.

예를 들어, 어레스터 부재(5)의 두께가, 강판(1)의 두께보다 작은 경우에는, 어레스터 용접 조인트(6)에 돌입한 균열(CR)은, 계속해서 어레스터 부재(5)에 돌입하는 경우도 있다. 이러한 경우라도, 어레스터 부재(5)의 K_ca를 높게 하고, 또한 어레스터 부재의 강판 용접 조인트를 따른 방향의 높이를 충분한 것으로 해 두면, 어레스터 부재(5) 내부에서 균열(CR)의 진전을 정지시킬 수 있다.

반대로, 어레스터 부재(5)의 K_ca가 낮은 경우나 어레스터 부재의 높이가 충분하지 않은 경우 등에서는, 도 2의 (d)와 같이, 어레스터 부재(5)를 관통하여 강판 용접 조인트로 복귀되고, 다시 강판 용접 조인트를 전파하는 경우도 있을 수 있다.

또한, 강판 용접 조인트(2)의 길이 방향의 다른 쪽의 부 대항측으로부터 취성 균열(CR)이 전파해 온 경우라도, 어레스터 부재(5)의 K_ca를 높게 하고, 또한 어레스터 부재의 강판 용접 조인트를 따른 방향의 높이를 충분한 것으로 해 두면, 도 2의 (e)에 도시하는 바와 같이, 어레스터 부재(5) 내부에서 균열(CR)의 진전을 정지시킬 수 있다.

본 발명은, 이러한 기본 원리하에서, 취성 균열의 진전을 저지하는 모재 강판의 조건, 취성 균열의 진전을 제어하는 어레스터 부재나 어레스터 용접 조인트의 조건 등에 대해 더 검토하여 이루어진 것으로, 이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.

[제1 실시 형태]

<전체의 구성>

제1 실시 형태는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 모재의 적어도 일부의 영역(1A, 1A)의 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 4000N/㎜^1.5 이상인 강판(1, 1)을 맞댐 용접함으로써 강판 용접 조인트(2)가 형성되어 있는 경우의 예이며, 이하, 이 조인트에 적용한 형태를 용접 구조체 A라 호칭하여 설명한다.

용접 구조체 A에 있어서는, 강판 용접 조인트(2)의 적어도 1개소에, 내균열 제어부(4)가 상기 영역(1A)에 인접하도록 설치된다. 내균열 제어부(4)가 설치되는 위치는, 충돌이나 지진 등에 의한 큰 파괴 에너지에 노출되었을 때에, 균열의 발생?전파가 예상되는 강판 용접 조인트의 도중이 바람직하다.

내균열 제어부(4)는, 강판(1)을 관통하도록 설치되고, 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 6000N/㎜^1.5 이상인 강재로 이루어지는 어레스터 부재(5)와, 상기 어레스터 부재(5)가 강판(1)에 대해 맞댐 용접됨으로써 형성되는 어레스터 용접 조인트(6)로 이루어져 있다.

어레스터 용접 조인트(6)는, 취성 균열의 전파가 예상되는 주 대항측을, 강판 용접 조인트(2)에 연속해서 형성하고, 또한 강판 용접 조인트(2)에 대해 경사시켜 형성함으로써, 취성 균열의 진전을 강판 용접 조인트(2)로부터 어레스터 용접 조인트로 유도하도록 한다. 이로 인해, 어레스터 부재(5)는, 강판 용접 조인트(2)의 용접선(L) 상으로부터 연장되는 외측 테두리부(51, 52)가, 강판 용접 조인트(2)의 길이 방향에 대해 15°이상 50°이하의 범위의 각도로 경사지도록 형성되어 있다. 도 3의 용접 구조체 A에서는, 어레스터 부재(5)가, 평면에서 볼 때 대략 정삼각형으로서 형성되어 있는 예를 나타내고 있다.

<강판>

강판(1)은, 모재의 적어도 일부의 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 4000N/㎜^1.5 이상으로 되는 강재로 이루어진다.

대형의 구조물을 형성하는 용접 구조체에 있어서는, 전체 영역이 K_ca 4000N/㎜^1.5 이상의 높은 영역의 취성 균열 전파 정지 특성을 갖는 강재를 사용하여 구축되어 있는 것일 뿐만 아니라, 제조 과정의 열처리에 의해 강판의 일부 영역에서 취성 균열 전파 정지 특성을 높인 강판이나, 전체 영역이 K_ca 4000N/㎜^1.5 이상인 강판이라도, 도중의 굽힘 가공 등에 의해 가열 처리를 받아 일부 영역의 K_ca가 저하된 강판을 사용하는 경우가 있다.

용접 구조체 A에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 어레스터 용접 조인트(6)에 인접하는 부위인 영역(1A)[도 3의 (a)에 있어서 종방향 하측]에 있어서, 모재의 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이, 4000N/㎜^1.5 이상으로 되어 있고, 강판 용접 조인트(2)의 용접선(L) 상으로부터 연신하는 어레스터 부재(5)의 경사 외측 테두리부(51, 52)의 후단부(어레스터 부재의 횡폭 방향 단부)(51a, 52a)측에 형성되는 어레스터 용접 조인트(6)가 상기 영역(1A)에 인접하도록 형성된다.

강판(1)의 화학 성분 조성이나 금속 조직 등에 대해서는, 특별히 제한되지 않고, 선박용 용접 구조체, 건축 구조물 및 토목 강 구조물 등의 분야에 있어서, 종래 공지의 강판 특성을 구비하는 것을 사용할 수 있다.

예를 들어, 질량％로, C:0.01 내지 0.18％, Si:0.01 내지 0.5％, Mn:0.3 내지 2.5％, P:0.01％ 이하, S:0.001 내지 0.02％를 함유하는 조성을 기본으로 하고, 이 조성에, 요구되는 성능에 따라서, N:0.001 내지 0.008％, B:0.0001 내지 0.005％, Mo:0.01 내지 1.0％, Al:0.002 내지 0.1％, Ti:0.003 내지 0.05％, Ca:0.0001 내지 0.003％, Mg:0.001 내지 0.005％, V:0.001 내지 0.18％, Ni:0.01 내지 5.5％, Nb:0.005 내지 0.05％, Cu:0.01 내지 3.0％, Cr:0.01 내지 1.0％, REM::0.0005 내지 0.005％ 중 1종 또는 2종 이상을 더 함유시키고, 잔량부는 Fe 및 불가피 불순물에 의해 구성되는 강을 들 수 있다.

특히, 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 6000N/㎜^1.5 이상인 강판으로서는, 일본 특허 출원 공개 제2007-302993호 공보나, 일본 특허 출원 공개 제2008-248382호 공보 등에 개시되는 조성의 후강판을 적절하게 사용할 수 있다.

도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 용접 구조체 A에서는, 상기한 바와 같은 강판(1, 1)이 맞댐 용접됨으로써, 강판 용접 조인트(2)가 형성된다. 또한, 이 강판 용접 조인트(2)에 의해 접합되는 강판(1)의 각각에는, 상세를 후술하는 어레스터 부재(5)를 관통시켜 형성하기 위한 관통 구멍(3)이, 강판 용접 조인트(2)의 용접선(L)을 중심으로 하여, 강판(1) 각각에 있어서 대칭으로 되도록 형성되어 있다.

강판(1)의 판 두께는, 25㎜ 이상 150㎜ 이하의 범위로 하는 것이 바람직하다. 강판(1)의 판 두께가 이 범위이면, 용접 구조체로서의 강판 강도를 확보할 수 있는 동시에, 우수한 내취성 균열 전파성을 얻는 것이 가능해진다. 특히, 40㎜ 이상의 강판을 사용한 용접 구조체에서는, 취성 균열의 전파를 정지시키기 위한 유효한 방법이 없어, 판 두께 40㎜ 이상, 보다 바람직하게는 50㎜ 이상이고, 100㎜ 이하의 강판을 사용한 용접 구조체에 있어서, 본 발명은 보다 효과적으로 실시된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 강판(1)을 이루는 모재의 적어도 일부, 도 3에 도시하는 예에서는, 영역(1A)의 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 4000N/㎜^1.5 이상으로 되어 있지만, 6000N/㎜^1.5 이상인 것이, 내취성 균열 전파성이 보다 향상되는 점에서 바람직하다.

<어레스터 부재>

어레스터 부재(5)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 강판 용접 조인트(2)에 의해 접합되는 강판(1)의 각각에 형성된 관통 구멍(3)에, 강판 용접 조인트(2)의 용접선(L)을 중심으로 하여 강판(1)의 각각에 있어서 바람직하게는 대칭으로 되도록 배치된다. 또한, 어레스터 부재(5)는, 강판(1)에 형성된 관통 구멍(3) 내에 노출되는 용접 단부에 대해 맞댐 용접됨으로써 형성되는 어레스터 용접 조인트(6)와 함께, 내균열 제어부(4)를 구성한다.

어레스터 부재(5)는, 상술한 바와 같은 내균열 제어부(4)를 구성함으로써, 가령 강판 용접 조인트(2)에 균열이 발생한 경우라도, 상기 균열의 전파 방향을 제어하여, 강판 용접 조인트(2)를 가로지르도록 균열이 전파되어 서로 용접된 강판(1)끼리가 분단되는 것을 방지하는 것이다.

어레스터 부재(5)는, 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)＝6000N/㎜^1.5 이상의 강재로 구성된다. 또한, 도 3에 도시하는 예의 어레스터 부재(5)는, 균열의 진전이 예상되는 주 대항측의 정상부(5a)로부터 양측으로 연신되는 외측 테두리부(51, 52)가, 강판 용접 조인트(2)의 길이 방향[용접선(L)]에 대해, 각각 15°이상 50°이하의 범위의 각도 θ1로 경사지도록 형성되어 있다. 그리고 어레스터 부재(5)는, 경사 외측 테두리부(51, 52)의 후단부(51a, 52a)에, 취성 균열에 대한 부 대항측으로 되는 외측 테두리부(53)가 연속되도록 형성되고, 평면에서 볼 때 대략 정삼각형으로 구성되어 있다.

어레스터 부재 및 어레스터 용접 조인트의 경사 각도 θ1을 상기 범위로 함으로써, 강판 용접 조인트(2)를 전파하는 취성 균열이 발생한 경우라도, 이 균열을, 강판 용접 조인트(2)로부터 어레스터 용접 조인트(6)를 따라 진전되도록 유도하여, 강판(1)의 모재측으로 안정적으로 빗나가게 하는 것이 가능해진다.

경사 각도 θ1이 15°미만이면, 어레스터 부재의 경사 외측 테두리부(51, 52)의 후단부(51a, 52a)와 강판 용접 조인트(2) 사이의 거리가 짧기 때문에, 강판 용접 조인트를 전파한 취성 균열이, 어레스터 용접 조인트(6)를 따라 전파한 후, 강판의 모재측으로 빗나가지 않고, 상기 후단부(51a, 52a)로부터 다시 강판 용접 조인트에 돌입하여 전파될 우려가 있다.

또한, 경사 각도 θ1이 50°를 초과하면, 강판 용접 조인트의 길이 방향과 외측 테두리부가 직교하는 각도, 즉 90°에 근접하므로, 강판 용접 조인트를 전파한 취성 균열을, 강판(1)과 어레스터 용접 조인트(6)를 따라 전파하도록 제어하는 것이 곤란해진다. 이로 인해, 어레스터 부재에 직접적으로 취성 균열이 돌입하여, 균열의 전파가 완전히 정지되지 않고 어레스터 부재를 통과하고, 다시 강판 용접 조인트에 돌입하여 전파될 우려가 있다.

취성 균열이 어레스터 용접 조인트(6)를 따라 전파되도록 유도하기 위한 경사 각도 θ1의 바람직한 범위는, 20°이상 45°이하이고, 보다 바람직한 범위는 25°이상 40°이하이다.

도 3의 용접 구조체 A에서는, 어레스터 부재(5)가, 평면에서 볼 때 대략 정삼각형으로서 형성되어 있는 예를 나타냈지만, 어레스터 부재의 형상은, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 이등변 삼각형이나, 도 4의 (a)에 도시하는 용접선(L)에 대해 비대칭인 삼각형, 또는 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 경사 외측 테두리부(51, 52)의 후단부(51a, 52a)를 연결하는 부 대항측의 외측 테두리부(53)가 직선이 아닌 경우도 포함된다.

어떠한 경우라도, 어레스터 부재의 경사 외측 테두리부(51, 52)의 후단부(51a, 52a)를 연결하는 부 대항측의 외측 테두리부(53)와 용접선(L)이 이루는 각도 θ2가 70°이상 110°이하인 것이 바람직하다.

이 각도가 70°미만인 경우에는, 어레스터 용접 조인트(6)를 따라 전파되어 온 취성 균열이, 강판의 모재측으로 빗나가지 않고, 부 대항측의 외측 테두리부(53)를 전파하여, 다시 강판 용접 조인트에 돌입할 우려가 있다. 또한, 각도가 110°초과이면, 어레스터 부재의 형상에 따라서는, 어레스터 부재에 취성 균열이 돌입한 경우에, 균열의 전파를 정지시킬 수 없을 우려가 있다. 각도 θ2의 보다 바람직한 범위는, 80°이상 100°이하이다.

또한, 도 4에서는, 용접선(L)에 대해 편측에 θ2를 나타냈지만, 타측도 마찬가지이다.

어레스터 부재(5)는, 상기 강판 용접 조인트의 길이 방향을 따른 높이 H(㎜), 강판 용접 조인트의 길이 방향과 교차하는 방향에 있어서의 횡폭 W(㎜) 및 판 두께 t(㎜)의 각각의 치수가, 하기 수학식 1 내지 3으로 나타내어지는 관계를 만족시키는 것이 필요하다.

[수학식 1]

[수학식 2]

[수학식 3]

또한, 어레스터 부재의 높이(H)와 횡폭(W)은, 어레스터 용접 조인트의 용접 금속부의 중점을 기준으로 한다. 도 4에 도시하는 경우의 어레스터 부재의 높이(H)는, 어레스터 용접 조인트와 강판 용접 조인트가 교차하는 개소의 사이의 거리이고, 횡폭(W)은 강판 용접 조인트에 직각인 방향의 최대 폭이다. 또한, 용접 금속부의 폭(d)은, 강의 양면에 용접 금속부가 형성되어 있는 경우는, 넓은 쪽의 폭으로 한다.

본 발명자들은, 어레스터 부재의 형상, 치수를 다양하게 변화시켜 용접 구조체의 파괴 시험을 반복하여 실시하였다. 그 결과, 취성 균열이 강판 용접 조인트나 강판 모재를 장거리에 걸쳐 전파되는 것을 방지하는 데 효과가 있는 상기 관계를 얻었다.

수학식 1은, 균열을 빗나가게 하는 효과에 대해, 어레스터 부재(5)의 높이(H)와 강판(1)의 판 두께(T)에 상관 관계가 있는 것을 나타내고 있다.

어레스터 용접 조인트에 있어서의 용접 금속부의 인성을 나타내는 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs3이 강판의 모재 인성을 나타내는 vTrs1보다 떨어져 있는 경우 등에서는, 강판 용접 조인트를 진전해 온 취성 균열은, 계속해서 어레스터 용접 조인트에 진입한다. 그 때, 어레스터 부재(5)의 높이 치수(H)가, 강판(1)의 판 두께(T)의 1.2배에 비해, 보다 작은 경우에는, 어느 판 두께의 경우라도, 진전되어 온 균열은 어레스터 부재의 경사 외측 테두리부를 따라 빗나가는 일 없이, 어레스터 부재(5)에 돌입하여, 역시 어레스터 부재(5)의 내부에서 균열의 진전을 정지시킬 수 없다.

진전되어 온 균열의 에너지는, 강판 판 두께(T)에 비례하고 있고, 또한 균열의 진전 방향을 빗나가게 하는 구동력은, 어레스터 부재(5)에 가해지는 응력에 의존한다고 여겨지고 있지만, 이 응력은 어레스터 부재(5)의 높이 치수(H)에 비례하기 때문에, 양자의 상관 관계에 기초하여, 어레스터 부재의 높이 치수(H)의 하한값으로서, 상기 수학식 1을 규정하였다. H의 상한값은 마련하고 있지 않지만, 실시시에는 용접 조인트(2)의 치수에 들어가는 범위로 자연히 규정된다.

수학식 2는, 균열을 빗나가게 하는 효과에 대해, 어레스터 부재(5)의 폭(W)과 강판 용접 조인트에 있어서의 용접 금속부의 폭(d)에 상관 관계가 있는 것을 나타내고 있다.

강판 용접 조인트(2)를 진전해 온 균열은, 어레스터 부재(5)에 의해 진전 방향이 변화되고, 외측 테두리부인 부호 51 또는 52를 따라 진전된다. 그 때, 어레스터 부재(5)의 폭 치수(W)가, 용접 금속부의 폭(d)의 3.2배에 비해 보다 작은 경우에는, 후단부(51a 또는 52a)에 도달한 균열은, 부 대항측의 외측 테두리부(53) 중 좌우 어느 하나를 전파하고, 다시 강판 용접 조인트(2)로 복귀되고, 그대로 진전되어, 정지하지 않을 가능성이 있다.

경사 외측 테두리부(51, 52)의 후단부(51a, 52a)에 도달한 균열이, 강판(1)을 향해, 강판 용접 조인트의 용접 금속에 거의 평행 방향으로 진전시키기 위한 구동력은, 어레스터 부재(5)에 가해지는 응력에 의존한다고 여겨지고 있지만, 이 응력은, 용접 조인트(2)의 중심을 지나는 용접선(L)과 부 대항측의 외측 테두리부(53)의 교점으로부터, 후단부(51a 혹은 52a)까지의 거리에 비례하기 때문이다. 상기한 상관 관계에 의해, 어레스터 부재의 폭 치수(W)의 하한값으로서, 상기 수학식 2를 규정하였다. W의 상한값은 마련하고 있지 않지만, 실시시에는, 용접 조인트(2)의 치수에 들어가는 범위로 자연히 규정된다.

수학식 3은, 균열을 빗나가게 하는 효과에 대해, 어레스터 부재(5)의 판 두께(t)와 강판(1)의 판 두께(T)에 상관 관계가 있는 것을 나타내고 있다.

어레스터 부재(5)의 판 두께(t)가, 강판(1)의 판 두께의 0.75배에 비해, 보다 작은 경우에는, 진전해 온 균열은 빗나가는 일 없이, 어레스터 부재(5)에 돌입하여, 역시 어레스터 부재(5)의 내부에서, 균열을 정지시킬 수 없었다. 이것은 진전되어 온 균열의 에너지는 판 두께(T)에 비례하고 있지만, 어레스터 부재(5)의 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 정확히 6000N/㎜^1.5인 경우, 어레스터 부재(5)의 판 두께(t)가, 강판(1)의 판 두께의 0.75배에 비해 보다 작은 경우에는, 시험한 강판 판 두께의 범위 내에서는, 어레스터 부재의 내부의 응력이 높기 때문에, 균열을 정지시킬 수 없었다. 한편, 어레스터 부재(5)의 판 두께(t)가, 강판(1)의 판 두께의 1.5배보다도 큰 경우에는, 어레스터 용접 조인트의 용접 금속 지단부의 응력 집중의 영향에 의해, 취성 균열이 어레스터 용접 조인트와 강판 용접 조인트의 경계부를 전파하여, 취성 균열 부 대항측의 외측 테두리부를 돌아 들어가는 것이 실험에 의해 명확해졌다. 이 이유는, 균열의 진전 방향을 빗나가게 하는 구동력으로서의 어레스터 부재(5)에 가해지는 응력이, 판 두께(t)가 커짐으로써 약해지게 되기 때문이라고 생각된다.

취성 균열의 전파를 보다 확실하게 정지시키기 위해서는, 상기 수학식 1에 있어서, H/T는 2.0 이상이 바람직하고, 특히 도 2의 (e)에 도시하는 하부 테두리부측으로부터의 균열의 진전을 정지시키기 위해서는, 2.5 이상이 바람직하고, 3.0 이상이 보다 바람직하다. 또한, 상기 수학식 2에 있어서는, W/d는, 5.0 이상이 바람직하고, 7.0 이상이 보다 바람직하다.

또한, 어레스터 부재의 높이(H)는, 250㎜ 이상, 또는 300㎜ 이상, 나아가서는 400㎜ 이상이 보다 바람직하고, 횡폭(W)은, 200㎜ 이상, 또는 250㎜ 이상, 나아가서는 300㎜ 이상이 보다 바람직하다.

어레스터 부재(5)의 각 치수값을 상기 관계로 함으로써, 강판 용접 조인트(2)에 균열이 발생한 경우라도, 균열의 전파 방향을 강판(1)의 모재측으로 효과적으로 빗나가게 하는 것이 가능해진다. 어레스터 부재의 각 치수값의 관계가, 상기 수학식 1 내지 3으로 나타내어지는 관계를 만족시키지 않는 경우, 강판 용접 조인트에 발생한 균열의 상태에 따라서는, 도 2의 (c), (d)에 도시하는 바와 같이, 이 균열이 어레스터 부재에 진입하고, 나아가서는 어레스터 부재 내부에서 정지하지 않고, 강판 용접 조인트를 전파해 버릴 가능성이 있다.

어레스터 부재(5)의 재질로서는, 상술한 바와 같은 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)＝6000N/㎜^1.5 이상의 특성을 갖는 강판이면, 그 화학 성분 조성이나 제조 방법, 조직 등은 특별히 한정되지 않고, 적절하게 채용하는 것이 가능하다. 이러한 강판을 사용함으로써, 가령 강판 용접 조인트(2)에 균열이 발생한 경우라도, 이 균열의 전파 방향을 효과적으로 빗나가게 하여 제어하는 것이 가능해진다.

또한, 용접 구조체 A에 있어서는, 어레스터 부재(5)의 인성을 나타내는 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs2(℃)와, 강판(1)의 모재 인성을 나타내는 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs1(℃)의 관계가, 다음 수학식 4

[수학식 4]

로 나타내어지는 관계를 만족시키는 것이 보다 바람직하다.

어레스터 부재(5)의 인성과 강판(1)의 모재 인성의 관계가 상기 관계식을 만족시킴으로써, 가령 취성 균열이 어레스터 용접 조인트에 진입하는 사태가 발생한 경우라도, 확실하게 균열의 전파 방향을 강판(1)의 모재측으로 효과적으로 빗나가게 하는 것이 가능해진다. 어레스터 부재의 인성과 강판의 모재 인성의 관계가 상기 관계를 만족시키지 않는 경우, 취성 균열의 상태에 따라서는, 이 균열이 어레스터 부재에 진입하고, 또한 어레스터 부재를 관통하여, 강판 용접 조인트를 전파해 버릴 우려가 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 어레스터 부재(5)를 1매만 사용하여 강판(1)에 용접한 구성을 설명하고 있지만, 이것에는 한정되지 않고, 예를 들어 2매 이상의 어레스터 부재를 적층하여 사용할 수도 있고, 적절하게 채용하는 것이 가능하다.

<취성 균열의 전파 방향의 제어>

상기 구성으로 된 용접 구조체 A에 있어서, 강판 용접 조인트(2)에 취성 균열이 발생한 경우의, 균열 전파 방향의 제어 작용에 대해, 이하에 설명한다.

도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 강판 용접 조인트(2)의 길이 방향의 일측[도 3의 (a)에 있어서의 종방향의 상측]에서 발생한 취성 균열(CR)은, 강판 용접 조인트(2)에 있어서의 길이 방향의 타측(도 3에 있어서의 종방향의 하측)을 향해 전파를 개시한다[도 3의 (a) 중의 2점 쇄선 화살표를 참조]. 이때, 어레스터 용접 조인트(6)의 용접 금속의 인성을 나타내는 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs3이 모재 강판의 천이 온도 vTrs1보다도 충분히 낮으면, 강판 용접 조인트(2)를 길이 방향으로 전파한 취성 균열(CR)이, 어레스터 용접 조인트(6)에는 돌입하지 않고, 도시예와 같이, 어레스터 부재(5)의 경사 외측 테두리부(51)[또는 외측 테두리부(52)]를 따라 형성된 어레스터 용접 조인트(6)에 유도되도록 하여, 어레스터 용접 조인트(6)와 강판(1)의 경계를 따라 전파한다. 그리고 균열은, 어레스터 용접 조인트(6)의 횡폭 방향 단부로부터 강판(1)의 모재측으로 빗나가, 상기 횡폭 방향 단부에 마주보고 위치하고 있는 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 4000N/㎜^1.5 이상으로 된 영역(1A)의 내부에서 정지된다.

이상과 같이, 취성 균열의 진전을 어레스터 용접 조인트(6)의 전방에서 빗나가게 하기 위해서는, 어레스터 용접 조인트(6)를 형성하는 용접 금속부의 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs3(℃)와, 강판(1)의 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs1(℃)의 관계가, 다음 수학식 5를 만족시키는 것이 바람직하다.

[수학식 5]

어레스터 용접 조인트(6)를 이루는 용접 금속부의 인성과 강판(1)의 모재 인성의 관계가 상기 관계식을 만족시킴으로써, 가령 강판 용접 조인트(2)에 균열이 발생한 경우라도, 균열의 전파 방향을 강판(1)의 모재측으로 효과적으로 빗나가게 하는 것이 가능해진다. 이 경우, 어레스터 용접 조인트(6)를 이루는 용접 금속의 vTrs3을 낮게 하여, 그 인성을 높게 함으로써, 내균열 제어부(4)에 의해, 강판 용접 조인트(2)에서 발생한 취성 균열의 전파 방향을 강판(1)의 모재측으로 빗나가게 하는 작용이 효과적으로 얻어진다.

어레스터 용접 조인트를 이루는 용접 금속부의 인성과 강판의 모재 인성의 관계가 상기 관계식을 만족시키지 않는 경우, 강판 용접 조인트에 발생한 균열의 상태에 따라서는, 이 균열이 어레스터 용접 조인트에 진입하고, 나아가서는 어레스터 부재에 진입하는 경우가 발생한다.

또한, 어레스터 용접 조인트(6)의 용접 금속의 천이 온도 vTrs3이 모재 강판의 천이 온도 vTrs1보다도 높으면(vTrs3≥vTrs1), 강판 용접 조인트(2)를 길이 방향으로 전파한 취성 균열(CR)이 어레스터 용접 조인트(6)에 진입하는 경우가 있다. 그 경우라도, 어레스터 부재(5)의 K_ca가 높기 때문에, 균열(CR)은 어레스터 부재에는 진입하지 않고, 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 어레스터 용접 조인트(6)와 어레스터 부재(5)의 경계를 따라 전파하여, 강판(1)의 모재측으로 빗나가, 마찬가지로, 영역(1A)의 위치에서 정지된다.

또한, 도 3의 (b)와 같이, 취성 균열(CR)이 어레스터 용접 조인트(6)에 진입한 경우에, 균열(CR)이 어레스터 부재(5)에 진입하는 경우도 상정되지만, 그 경우라도, 어레스터 부재(5)의 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 높기 때문에, 어레스터 부재(5) 내부에서 균열(CR)의 진전을 정지시킬 수 있다.

또한, 용접 금속부의 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs3(℃)이 높으면 취성 균열이 전파되기 쉬운 성질을 이용하여, vTrs3과 상기 강판 모재의 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs1(℃)의 관계가, 다음 수학식 6을 만족시키도록 하여, 취성 균열의 전파 경로를 도 3의 (b)와 같이 하여, 취성 균열을 확실하게 모재로 빗나가게 할 수도 있다.

[수학식 6]

또한, vTrs3의 상한은, 어레스터 용접 조인트에서 취성 균열의 기점으로 되지 않도록, 0℃ 이하로 할 필요가 있다.

내균열 제어부가 상기한 기능을 발휘하기 위해서는, 용접 구조체가 파괴 에너지에 노출되었을 때에 균열이 발생할 가능성이 있는 강판 용접 조인트를 예상하고, 그 용접 조인트의 균열의 진전 방향을 고려하여 1개소 혹은 복수 개소 설치하는 것이 좋다. 내균열 제어부(4)는, 도 2를 사용하여 설명한 바와 같이 양방향으로부터의 균열의 전파를 정지시킬 수 있지만, 보다 확실하게 균열의 전파를 정지시키기 위해, 어레스터 부재의 방향을 바꾸어 2개소의 내균열 제어부를, 거리를 두고 설치할 수도 있다. 그 거리로서는, 예를 들어 어레스터 부재의 높이(H) 정도이면 충분하다.

또한, 2개의 어레스터 부재를 방향을 바꾸어 설치하는 경우, 양자의 거리가 매우 짧아지거나, 양자가 접촉하게 되면(그 결과, 마름모 형상으로 됨), 어레스터 용접 조인트에 의한 전파 경로가 형성되므로, 균열이 어레스터 용접 조인트를 경유하여 용접 조인트(2)로 다시 되돌아가 버려, 균열 정지의 효과를 발휘할 수 없게 된다.

<내균열 제어부의 제작 방법>

이하에, 상술한 바와 같은 용접 구조체 A에 있어서, 내균열 제어부(4)를 제작하는 방법의 일례에 대해 설명한다.

본 실시 형태의 용접 구조체 A는, 강판의 적어도 일부의 영역의 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 4000N/㎜^1.5 이상인 강판을 맞댐 용접하여 형성한 용접 구조체에, 내균열 제어부(4)를 설치하는 예이다.

내균열 제어부는, 충돌이나 지진 등에 의한 큰 파괴 에너지에 노출되었을 때에, 균열의 발생?전파가 예상되는 강판 용접 조인트의 도중에, 적어도 1개소 설치된다. 그때, 강판 용접 조인트로부터 연속적으로 형성되는 어레스터 용접 조인트의 횡폭 방향 단부가, 강판의 K_ca 4000N/㎜^1.5 이상인 영역에 적어도 인접하도록 내균열 제어부(4)를 설치할 필요가 있다.

내균열 제어부(4)를 설치하기 위해서는, 우선, 어레스터 부재(5)를 배치하기 위한 관통 구멍(3)을 형성한다. 관통 구멍의 형성에는, 강판의 단계에서 관통 구멍으로 되는 부분을 미리 절결하는 방법, 강판을 용접하기 위해 가조립한 상태에서 절결하는 방법, 혹은 강판을 용접한 후에 관통 구멍을 형성하는 방법 등이 있지만, 어떠한 방법이라도 좋다. 기존의 용접 구조체에 관통 구멍(3)을 형성하여 본 발명을 적용하는 것도 물론 가능하다.

강판의 용접 전에 관통 구멍(3)을 형성하는 경우에는, 우선 강판(1)의 용접 단부(11, 12)에 개방되도록, 강판을 절결하여 관통 구멍[3(3a, 3b)]을 형성한다. 계속해서, 관통 구멍(3a, 3b)으로 되는 부분을 남기고, 각각의 강판(1)의 용접 단부(11, 12)를 맞댐 용접함으로써, 강판 용접 조인트(2)를 형성한다.

계속해서, 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 6000N/㎜^1.5 이상인 강재로 이루어지는 어레스터 부재(5)를, 형성된 관통 구멍(3)에 삽입한다. 계속해서, 어레스터 부재(5)의 경사 외측 테두리부(51, 52) 및 부 대항측의 외측 테두리부(53)를, 그것과 대향하는 강판의 노출된 용접 단부에 대해 각각 맞댐 용접함으로써 어레스터 용접 조인트(6)를 형성한다. 이러한 수순에 의해, 강판 용접 조인트(2)의 용접선(L)을 중심으로 하여 강판(1)의 각각에 있어서 대칭으로 되도록, 어레스터 부재(5)와 어레스터 용접 조인트(6)로 이루어지는 내균열 제어부(4)를 형성한다.

본 실시 형태에서는, 내균열 제어부를 형성하는 공정에 있어서, 어레스터 부재(5)를, 강판 용접 조인트(2)의 용접선(L) 상으로부터 연장되는 외측 테두리부(51, 52)가 강판 용접 조인트(2)의 길이 방향에 대해 15°이상 50°이하의 범위의 각도로 경사지도록 형성하여 강판(1)에 관통되도록 설치한다.

또한, 어레스터 부재(5)의 형상은, 도 3, 도 4에 도시하는 바와 같이, 전체를 평면에서 볼 때 대략 삼각형으로 하고, 어레스터 부재(5)의 정상부(5a)가, 강판 용접 조인트(2)의 용접선(L) 상에 위치하도록 배치하는 동시에, 어레스터 부재(5)의 정상부(5a)로부터 연장되는 경사 외측 테두리부(51, 52)를, 강판 용접 조인트(2)의 길이 방향에 대해 15°이상 50°이하의 범위의 각도로 경사지도록 형성하고, 각각의 경사 외측 테두리부(51, 52)의 후단부(51a, 52a)를 연결하는 부 대항측의 외측 테두리부(53)는, 용접선(L)과 70°이상 110°이하의 범위의 각도로 교차하도록 형성하고 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 강판(1)끼리 및 강판(1)과 어레스터 부재(5)를 맞댐 용접할 때의 용접 방법 및 용접 재료에 대해서는, 특별히 한정되지 않는다. 그러나 어레스터 용접 조인트(6) 자체의 내파괴 인성을 높이기 위해, 예를 들어 용접 방법으로서, 피복 아크 용접(SMAW)이나 탄산가스 아크 용접(CO₂ 용접)을 채용하고, 또한 용접 재료로 되는 와이어의 성분을 고(高)Ni로 하는 것이 바람직하다.

또한, 취성 균열 전파를 가능한 한 억제하고, 또한 강판 용접 조인트(2) 및 어레스터 용접 조인트(6)에 있어서 새로운 피로 균열이나 취성 균열의 기점이 발생하는 것을 방지하기 위해, 각 용접 조인트를, 용접 결함이 없도록 용접 금속으로 완전히 충전하는 것이 바람직하다.

상기 수순에 의해, 도 3에 도시하는 바와 같은, 본 실시 형태의 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체 A를 제조할 수 있다.

<용접 구조체를 적용한 선박 구조체의 일례>

상술한 용접 구조체 A를 적용한 선박 구조체의 일례를 도 5의 개략도에 도시한다.

도 5에 도시하는 바와 같이, 선박 구조체(70)는 골재(보강재)(71), 데크 플레이트(수평 부재)(72), 선각 내판(수직 부재)(73), 선각 외판(74)을 구비하여 개략 구성된다. 또한, 도시예의 선박 구조체(70)는, 선각 내판(73)을 이루는 복수의 강판(1)끼리를 맞댐 용접함으로써 형성되는 강판 용접 조인트(도 5 중에서는 도시 생략)의 길이 방향의 일부에 내균열 제어부(4)가 설치됨으로써, 본 실시 형태의 용접 구조체 A를 구비하는 구조로 되어 있다.

상기 구성의 선박 구조체(70)에 따르면, 본 실시 형태의 용접 구조체 A의 구성을 적용함으로써, 가령 강판 용접 조인트를 전파하는 취성 균열이 발생한 경우라도, 내균열 제어부(4)에 의해, 균열의 전파 방향을 효과적으로 제어할 수 있다. 이에 의해, 강판 용접 조인트에 발생한 취성 균열을 안정적으로 정지시킬 수 있어, 선각 내판(73), 나아가서는 선박 구조체(70)에 대규모의 파괴가 발생하는 것을 방지하는 것이 가능해진다.

[제2 실시 형태]

이하, 본 발명의 제2 실시 형태 용접 구조체 B에 대해, 주로 도 6을 참조하면서 상세하게 서술한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 상술한 제1 실시 형태의 용접 구조체 A와 공통되는 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여하는 동시에, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 제3, 제4 실시 형태의 설명에 있어서도 마찬가지로 한다.

본 실시 형태의 용접 구조체 B는, 도 6에 있어서는 상세한 도시를 생략하지만, 강판(10)의 모재 전체가, 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 4000N/㎜^1.5 이상으로 되어 있는 점에서, 제1 실시 형태의 용접 구조체 A와는 다르다.

용접 구조체 B에 따르면, 강판 용접 조인트(20)에 취성 균열이 발생한 경우, 강판 용접 조인트(20)를 전파해 온 균열을, 어레스터 용접 조인트(6)에 인접하는 모재의 열영향부를 따라 전파시켜, 강판(10)의 모재측으로 빗나가게 할 수 있다(도 6 중의 2점 쇄선 화살표를 참조). 또한, 어레스터 용접 조인트(6)에 진입한 경우라도, 도 3의 (b)에 도시하는 경우와 마찬가지로, 강판(10)의 모재측으로 빗나가게 할 수 있다.

그리고 용접 구조체 A와 마찬가지로, 강판(10)의 모재측으로 빗나간 균열은, 강판(10)에 있어서 즉시 정지하므로, 강판 용접 조인트(20)가 파단되지 않고, 또한 용접 구조체 B에 대규모의 파괴가 발생하는 것을 방지하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시 형태의 용접 구조체 B는, 강판(10)을 이루는 모재 전체가, 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 6000N/㎜^1.5 이상으로 되어 있는 것이 보다 바람직하다.

[제3 실시 형태]

이하, 본 발명의 제3 실시 형태인 용접 구조체 C에 대해, 주로 도 7을 참조하면서 상세하게 서술한다.

용접 구조체 C는, 맞댐 용접되는 강판이, 복수의 소강판을 맞댐 용접하여 형성되어 있는 경우의 예이다.

즉, 도 7에 도시하는 바와 같이, 강판(10A)이, 강판 용접 조인트(20A)의 길이 방향으로 배열되는 적어도 2 이상의 소강판(도 7 중의 부호 21 내지 24를 참조)을 맞댐 용접하여 형성되고, 이 강판(10A, 10A)을 맞댐 용접하여 형성된 강판 용접 조인트(20A)에, 내균열 제어부(4)가 설치된다.

소강판(21, 22) 사이에는, 소강판 용접 조인트(25, 26)가 형성되어 있고, 어레스터 부재(5)의 하부 테두리부(53)측에 형성되는 어레스터 용접 조인트(6)는, 이 소강판 용접 조인트(25, 26)에 접하여 설치되어 있다. 이로 인해, 용접 구조체 C에서는, 어레스터 부재(5)의 부 대항측의 외측 테두리부(및 어레스터 부재의 횡폭 방향 단부측의 외측 테두리부)(53)는, 소강판 용접 조인트(25, 26)의 형상과 동일한 형상으로 된다.

이와 같이, 용접 구조체 C는 소강판 용접 조인트가 있는 점에서 상술한 제1 및 제2 실시 형태의 용접 구조체 A, B와는 다르다.

또한, 도 7에 도시하는 예에 있어서는, 도시 사정상, 소강판으로서 4매의 소강판(21 내지 24)을 나타내고, 소강판(21)과 소강판(22)이 소강판 용접 조인트(25)에서 접합되고, 소강판(23)과 소강판(24)이 소강판 용접 조인트(26)에서 접합되어 있는 경우를 도시하고 있다.

또한, 본 실시 형태의 용접 구조체 C는, 소강판(22) 및 소강판(24)을 이루는 모재의 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 4000N/㎜^1.5 이상으로 되어 있는 한편, 소강판(21) 및 소강판(23)의 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)은 특별히 한정되지 않는다.

용접 구조체 C에 따르면, 상술한 용접 구조체 A, B와 마찬가지로, 강판 용접 조인트(20A)에 취성 균열이 발생한 경우라도, 이 취성 균열을 어레스터 부재(5)의 경사 외측 테두리부(51)[또는(52)], 또는 어레스터 용접 조인트(6)에 의해 강판(10A)의 모재측으로 빗나가게 할 수 있다(도 7 중의 2점 쇄선 화살표를 참조). 도 7에 도시하는 예에서는, 강판 용접 조인트(20A)에 발생한 취성 균열(CR)이, 어레스터 용접 조인트(6)의 횡폭 방향 단부로부터, 소강판 용접 조인트(25)에 도달하고, 계속해서 상기 횡폭 방향 단부에 마주보고 위치하고 있는 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 4000N/㎜^1.5 이상으로 된 소강판(22)에 돌입하여, 그 강판의 내부에서 정지된다.

이와 같이, 강판(10A)의 모재측으로 빗나간 균열은, 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 높은 소강판(22)에 있어서 즉시 정지하므로, 강판 용접 조인트(20A)가 파단되지 않고, 또한 용접 구조체 C에 대규모의 파괴가 발생하는 것을 방지하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시 형태의 용접 구조체 C는, 강판(10A)을 이루는 소강판(22, 24)의 모재가, 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)＝6000N/㎜^1.5 이상인 것이 보다 바람직하다.

[제4 실시 형태]

이하, 본 발명의 제4 실시 형태인 용접 구조체 D에 대해, 주로 도 8을 참조하면서 상세하게 서술한다.

용접 구조체 D는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 강판(10B)이, 강판 용접 조인트(20B)의 길이 방향으로 배열되는 적어도 2 이상의 소강판(도 8 중의 부호 31 내지 34를 참조)을 맞댐 용접하여 형성되고, 이 강판(10B, 10B)을 맞댐 용접하여 형성된 강판 용접 조인트(20B)에, 내균열 제어부(4)가 설치되는 점에서, 제3 실시 형태의 용접 구조체 C와 구성이 일부 공통되어 있다.

한편, 본 실시 형태의 용접 구조체 D는, 도시예와 같이, 소강판을 맞댐 용접하여 형성된 소강판 용접 조인트(35, 36)가, 어레스터 부재(5)의 하부 테두리부(및 어레스터 부재의 횡폭 방향 단부측의 외측 테두리부)(53)측에 형성되는 어레스터 용접 조인트를 포함하는 구성으로 되어 있는 점에서, 제3 실시 형태의 용접 구조체 C와는 다르다.

또한, 용접 구조체 D는, 소강판 용접 조인트(35, 36)를 이루는 용접 금속부의 인성을 나타내는 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs4(℃)와, 강판(10B)의 모재 인성을 나타내는 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs1(℃)의 관계가, 다음 수학식 7

[수학식 7]

로 나타내어지는 관계를 만족시키는 관계로 되어 있는 점에 있어서도, 제3 실시 형태의 용접 구조체 C와는 다른 구성으로 되어 있다.

또한, 용접 구조체 D는, 강판(10B)을 이루는 모든 소강판(31 내지 34)의 모재의 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 4000N/㎜^1.5 이상으로 되어 있다. 또한, 도시예의 용접 구조체 D는, 소강판 용접 조인트(35, 36)가 연속되어 직선 형상으로 형성되어 있다.

용접 구조체 D에 따르면, 상술한 용접 구조체 A 내지 C와 마찬가지로, 강판 용접 조인트(20B)에 취성 균열이 발생한 경우라도, 어레스터 부재(5)의 경사 외측 테두리부[51(52)], 또는 이 외측 테두리부[51(52)]를 따라 형성되는 어레스터 용접 조인트(60)에 의해, 취성 균열(CR)을, 강판(10B)의 모재측으로 빗나가게 할 수 있다(도 8 중의 2점 쇄선 화살표를 참조). 도 8에 도시하는 예에서는, 강판 용접 조인트(20B)에 발생한 취성 균열(CR)이, 어레스터 용접 조인트(60)의 횡폭 방향 단부로부터, 소강판 용접 조인트(35)에 도달하고, 계속해서 상기 횡폭 방향 단부에 마주보고 위치하고 있는 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 4000N/㎜^1.5 이상으로 된 소강판(32)에 돌입하여, 그 강판의 내부에서 정지된다.

이와 같이, 강판(10B)의 모재측으로 빗나간 균열은, 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 높은 소강판(32)에 있어서 즉시 정지하므로, 강판 용접 조인트(20B)가 파단되지 않고, 또한 용접 구조체 D에 대규모의 파괴가 발생하는 것을 방지하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시 형태의 용접 구조체 D는, 강판(10B)을 이루는 모든 소강판(31 내지 34)의 모재가, 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)＝6000N/㎜^1.5 이상인 것이 보다 바람직하다.

이하, 본 발명에 관한 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체의 실시예를 들어, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 상기, 후기하는 취지에 적합한 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이다.

제1 실시예

[용접 구조체의 제조]

우선, 제강 공정에 있어서 용강의 탈산?탈황과 화학 성분을 제어하여, 연속 주조에 의해 하기 표 1에 나타내는 화학 성분의 주괴를 제작하였다. 그리고 일본 해사 협회(NK) 규격 선체용 압연 강재 KA32, KA36, KA40의 규격에 준한 제조 조건으로, 상기 주괴를 재가열하여 후판 압연함으로써, 판 두께가 25㎜ 내지 150㎜인 강판을 제조하였다. 또한, 이 강판에 대해 각종 열처리를 실시하는 동시에, 이때의 조건을 제어함으로써, 모재의 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)(N/㎜^1.5)이 다양한 값으로 되도록 적절하게 조정하였다. 제조한 강판으로부터, 시험편의 사이즈가 500㎜×500㎜×판 두께인 ESSO 시험(취성 균열 전파 정지 시험)편을 적절하게 채취하여, -10℃에 있어서의 K_ca 특성을 평가?확인하였다. 표 1에 K_ca 특성을 아울러 나타냈다.

다음에, 도 9의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 강판(1)의 용접 단부(11, 12)에 개방되도록, 관통 구멍(3a, 3b)을 형성하였다. 그리고 관통 구멍(3a, 3b)의 각각이 용접선(L)을 중심으로 하여 대칭인 관통 구멍(3)을 형성하도록, 각각의 강판(1)의 용접 단부(11, 12)를 맞댐 용접하고, 강판 용접 조인트(2)를 형성함으로써, 강판(1)끼리를 접합하였다.

다음에, 하기 표 1에 나타내는 화학 성분 및 표 2, 표 4에 나타내는 강 특성 및 형상으로 된 강판으로 이루어지는 어레스터 부재(5)를, 강판(1)을 관통하도록 관통 구멍(3)의 내부에 삽입하였다. 그리고 어레스터 부재(5)의 외측 테두리부(51, 52) 및 하부 테두리부(53)를, 강판(1)에 있어서 관통 구멍(3)에 의해 노출된 용접 단부에 대해 맞댐 용접하여 어레스터 용접 조인트(6)를 형성함으로써, 어레스터 부재(5)와 강판(1)을 접합하였다. 이상의 수순에 의해, 강판 용접 조인트(2)의 용접선(L)을 중심으로 하여 강판(1)의 각각에 있어서 대칭으로 되도록, 어레스터 부재(5)와 어레스터 용접 조인트(6)로 이루어지는 내균열 제어부(4)를 형성하였다.

또한, 도 10의 (b), (c)에 도시하는 바와 같이, 부 대항측의 외측 테두리부(53)의 위치가, 강판(1)의 상단부로부터 1000㎜로 되는 장소에 어레스터 부재(5)를 배치하였다. 또한, 도 9의 (c)에 도시하는 바와 같이, 어레스터 부재(5)의 경사 외측 테두리부(51, 52) 및 부 대항측의 외측 테두리부(53) 및 강판(1)의 관통 구멍(3) 내에 노출되는 용접 단부에는, 판 두께 방향 중심을 정점으로 하여 130°(수평 라인에 대하여 25°)로 되도록 개선(開先) 가공을 실시하였다. 또한, 어레스터 부재(5)의 각 테두리부와, 강판(1)의 관통 구멍(3) 내에 노출되는 용접 단부의 사이는, 상기 정점에 있어서 약 3㎜의 루트 간격을 갖게 한 상태로 하여 용접 처리를 행하였다.

또한, 상기 수순에 있어서의 강판(1)끼리의 맞댐 용접 및 강판(1)과 어레스터 부재(5)의 맞댐 용접은, 탄산가스 아크 용접(CO₂ 용접)에 의해 행하는 동시에, 이때의 용접 재료로서, 고Ni 성분으로 한 용접 와이어를 사용하였다. 또한, 각 용접 조인트의 형성 개소에 있어서는, 새로운 균열의 기점이 발생하는 것을 방지하기 위해, 각 용접 조인트를 용접 금속으로 완전히 충전하도록 용접 처리를 행하였다. 그 후, 각 용접 조인트를 냉각함으로써, 도 3에 도시하는 용접 구조체(본 발명예, 비교예)를 제조하였다.

또한, 상기와 마찬가지로, 각 강판 및 어레스터 부재를 접합함으로써, 도 6 내지 도 8에 도시하는 용접 구조체(본 발명예, 비교예)를 제조하였다.

또한, 종래 기술의 예로서, 내균열 제어부로서 강판제의 어레스터 부재를 사용하는 것이 아니라, 어레스트 부재를 끼워 넣어야 할 영역을 모두 용접 금속에 의한 구멍 메우기에 의해 실시하였다. 제작 방법은, 우선, 강판 용접 조인트의 편면측으로부터, 판 두께의 약 절반을 가우징에 의해 삭제하고, 용접 금속으로 채운다. 다음에, 강판 용접 조인트의 이면측으로부터, 마찬가지로 대응하는 동일한 영역을, 가우징 후, 용접 금속으로 구멍 메우기를 행하였다. 용접 시공은, 강판(1)과 어레스터 부재(5)의 맞댐 용접부의 시공과 마찬가지로, 탄산가스 아크 용접(CO₂ 용접)에 의해 행하는 동시에, 용접 재료로서, 고Ni 성분으로 한 용접 와이어를 사용하였다.

[평가 시험]

상기 수순에 의해 제조한 용접 구조체에 대해, 이하와 같은 평가 시험을 행하였다.

우선, 도 10의 (a)에 도시하는 시험 장치(90)를 준비하는 동시에, 상기 수순으로 제작한 용접 구조체의 샘플의 각각을 적절하게 조정하여, 시험 장치(90)에 장착하였다. 여기서, 도 10의 (b), (c) 중에 도시하는 강판 용접 조인트(2)에 설치한 균열 발생부인 창틀(81)은, 웨지를 대고 소정의 응력을 인가함으로써 강제적으로 취성 균열을 발생시키기 위한 것이고, 절결 형상의 선단부는 0.2㎜ 폭의 슬릿 가공을 실시한 것이다.

계속해서, 강판 용접 조인트(2)의 용접선(L)과 수직 방향으로 262N/㎟ 혹은 300N/㎟의 인장 응력을 부여함으로써, 강판 용접 조인트(2)에 취성 균열을 발생시켰다. 그리고 이 취성 균열을, 강판 용접 조인트(2)의 용접선(L) 상에서 전파시킴으로써, 용접 구조체의 내취성 균열 전파성을 평가하였다. 이때의 분위기 온도는 -10℃로 하였다.

그리고 강판 용접 조인트(2)를 전파한 취성 균열이, 내균열 제어부(4)를 이루는 어레스터 용접 조인트(6)에 도달한 후, 그 취성 균열이 전파하는 방향 및 정지 위치를 확인하고, 균열의 전파, 정지의 형태를, 도 2의 (a) 내지 (c), (e)에 대응하는, 이하에 나타내는 [a] 내지 [c], [e]로 나누는 동시에, 전파가 정지하지 않는 경우를, 도 2의 (d)에 대응하는 [d1]과, 그 밖의 [d2], [d3]으로 나누어, 하기 표 3, 표 5에 나타냈다.

[a] … 취성 균열이 어레스터 용접 조인트에 도달한 후, 강판 모재와 어레스터 용접 조인트의 경계를 따라 진전하고, 강판의 모재측으로 빗나가, 강판에 있어서 즉시 정지하였다[도 2의 (a)의 형태].

[b] … 취성 균열이 어레스터 용접 조인트에 도달한 후, 이 어레스터 용접 조인트에 진입하였지만, 어레스터 부재에 도달한 후에 어레스터 용접 조인트와 어레스터 부재의 경계를 따라 진전하고, 강판의 모재측으로 빗나가, 강판에 있어서 즉시 정지하였다[도 2의 (b)의 형태].

[c] … 취성 균열이 어레스터 용접 조인트에 도달한 후, 어레스터 용접 조인트 및 어레스터 부재에 순차 진입하였지만, 어레스터 부재 내부에 있어서 정지하였다[도 2의 (c)의 형태].

[d1] … 취성 균열이 어레스터 용접 조인트 및 어레스터 부재에 진입한 후, 그대로 강판 용접 조인트로 복귀되고, 다시 강판 용접 조인트를 전파하였다[도 2의 (d)의 형태].

[d2] … 어레스터 부재의 횡폭(W)이 작은 경우, 또는 어레스트 부재의 판 두께(t)가 큰 경우, 취성 균열이, 어레스터 부재에 진입하지 않고, 어레스터 용접 조인트를 따라 전파하고, 어레스터 용접 조인트의 횡폭 방향 단부로부터 강판 용접 조인트로 점프하여, 다시 강판 용접 조인트를 전파하였다.

[d3] … [a]의 경로를 찾은 후, 모재측의 강판을 전파하였다.

[e] … 취성 균열이 부 대항측으로부터 전파하여, 어레스터 용접 조인트 및 어레스터 부재에 순차 진입하였지만, 어레스터 부재 내부에 있어서 정지하였다[도 2의 (e)의 형태].

또한, [a] 내지 [c], [e]의 경우에 대해, 균열의 전파 거리에 기초하여 산출한 점수(최고치 10)에 의해 내균열 전파 성능을 평가하였다.

본 실시예에서 사용한 강판의 화학 성분 조성, 강판 제조 조건 및 모재의 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)(N/㎜^1.5)의 일람을 표 1에 나타내는 동시에, 어레스터 부재(5)의 강판 특성 및 형상, 어레스터 용접 조인트(6)를 형성할 때의 용접 조건, 강판(1)을 맞댐 용접하여 강판 용접 조인트(2)를 형성할 때의 용접 조건 및 취성 균열의 전파의 평가 결과의 일람을 표 2 내지 표 5에 나타낸다.

또한, 표 2, 표 4에 있어서, 주 1 내지 주 6의 내용은, 다음과 같다.

주 1 : 강판(1) 내의 영역(1A) 이외의 영역을 의미한다.

주 2 : 도면에 기초한, 2종류의 강판의 조합을 나타낸다.

주 3 : 판 두께를 4:1로 분할한 X 개선에 대해, 강판의 양면으로부터, 일렉트로 가스 아크 용접에 의해 맞댐 용접하였다. 이때의 큰 쪽의 적용 입열량을 나타낸다.

주 4 : 판 두께의 절반씩, 강판의 양면으로부터 일렉트로 가스 아크 용접에 의해 맞댐 용접하였다. 이때의 입열량을 나타낸다.

주 5 : 절삭 가공에 의해, 소재 강판의 표면과 이면의 양면으로부터 동등한 두께를 삭제하여, 판 두께를 줄인 강판을 제작하였다.

주 6 : 판 두께 70㎜의 어레스터재를 2매 겹쳐 내균열 제어부를 형성하고 있다.

[평가 결과]

표 2, 표 3에 나타내는 본 발명예 1 내지 34는, 도 6에 도시하는 본 발명의 제2 실시 형태의 용접 구조체 B에 관한 예이고, 표 4, 표 5에 나타내는 본 발명예 35 내지 37은, 도 7에 도시하는 본 발명의 제3 실시 형태의 용접 구조체 C, 마찬가지로 본 발명예 38, 39는, 도 8에 도시하는 제4 실시 형태의 용접 구조체 D, 마찬가지로 본 발명예 40은, 도 3에 도시하는 제1 실시 형태의 용접 구조체 A에 관한 예이다.

또한, 표 4, 표 5에 나타내는 비교예 1, 19는 용접 구조체 A와 동일한 구조를 갖는 비교예이고, 비교예 2 내지 14는 용접 구조체 B와, 비교예 15 내지 18은 용접 구조체 C와, 비교예 20은 용접 구조체 D와 각각 동일한 구조를 갖는 비교예이다. 또한, 비교예 21은 상기한 보수 용접에 의한 종래예이다.

표 2 내지 표 5에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 관한 용접 구조체(본 발명예 1 내지 34)는, 취성 균열의 전파 상태가, 모두 [a] 내지 [c], [e] 중 어느 하나로 되었다. 이에 의해, 본 발명의 용접 구조체가, 용접 조인트에 취성 균열이 발생한 경우라도, 균열이 용접 조인트나 모재를 전파하는 것을 억제할 수 있어, 용접 구조체의 파단을 방지하는 것이 가능하여, 내취성 균열 전파성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.

이에 대해, 비교예 1 내지 18의 용접 구조체는, 강판의 모재 특성, 어레스터 부재의 강판 특성 또는 형상 중 어느 하나가 본 발명의 규정을 만족시키고 있지 않으므로, 취성 균열의 진전을 정지시킬 수 없었던 예이다.

비교예 1 및 비교예 14의 용접 구조체는, 강판 모재 중, 부호 1A 및 22, 24의 영역의 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca1)의 값이 부적합하여, 이 영역에 돌입한 균열을 정지시킬 수 없었던 예이다.

비교예 2의 용접 구조체는, 어레스터 용접 조인트의 용접 금속의 vTrs3이 약간 불충분한 수준이며, 균열이 어레스터 부재에 돌입하였지만, 어레스터 부재의 K_ca값도 부적합하여, 돌입한 균열을 정지시킬 수 없었던 예이다.

비교예 3의 용접 구조체는, 어레스터 부재의 각도 θ1이 과소측에 부적합한 예이고, 취성 균열 주 대항측의 외측 테두리부를 따라 균열을 빗나가게 할 수 있었지만, 그 후, 균열 부 대항측의 외연부를 따라 전파해 버려, 파단에 이른 것이다.

비교예 4의 용접 구조체는, 어레스터 부재의 각도 θ1이 과대측에 부적합한 예이고, 균열을 강판 모재측으로 빗나가게 하도록, 진전 방향을 애당초 제어할 수 없어, 강판 용접 조인트에서 발생한 취성 균열이 그대로 직진하여, 파단에 이른 것이다.

비교예 5의 용접 구조체는, 어레스터 부재의 각도 θ2가 과소측에 부적합한 예이고, 취성 균열 주 대항측의 외측 테두리부를 따라 균열을 빗나가게 할 수 있었지만, 그 후, 균열 부 대항측의 외연부를 따라 전파해 버려, 파단에 이른 것이다.

비교예 6의 용접 구조체는, 어레스터 부재의 각도 θ2가 과대측에 부적합한 예이고, 진전 방향을 제어할 수 없어, 강판 용접 조인트에서 발생한 취성 균열이 그대로 직진하여, 파단에 이른 예이다.

비교예 7의 용접 구조체는, 어레스터 용접 조인트의 용접 금속의 vTrs3이 불충분하여, 어레스터 부재의 높이(H)가 과소측에 부적합하므로, 어레스터 부재로 균열을 정지시킬 수 없었던 예이다.

비교예 8의 용접 구조체는, 어레스터 부재의 횡폭(W)이 과소측에 부적합하고, 취성 균열 주 대항측의 외측 테두리부를 따라 균열을 빗나가게 할 수 있었지만, 그 후, 균열 부 대항측의 외연부를 따라 전파해 버려, 파단에 이른 것이다.

비교예 9의 용접 구조체는, 어레스터 용접 조인트의 용접 금속의 vTrs3이 불충분하여, 어레스터 부재에 균열이 돌입하였지만, 어레스터 부재의 판 두께(t)가 과소측에 부적합하므로, 어레스터 부재로 균열을 정지시킬 수 없었던 예이다.

비교예 10의 용접 구조체는, 어레스터 부재의 판 두께(t)가 과소측에 부적합하고, 어레스터 부재가 실질적으로 균열을 강판 모재측으로 빗나가게 하는 능력을 상실하였으므로, 진전 방향을 제어할 수 없어, 강판 용접 조인트에서 발생한 취성 균열이 그대로 직진하여, 파단에 이른 예이다.

비교예 11의 용접 구조체는, 어레스터 용접 조인트의 용접 금속 지단부의 응력 집중의 영향에 의해, 취성 균열이 어레스터 용접 조인트와 강판 용접 조인트의 경계부를 전파하고, 취성 균열 부 대항측의 외측 테두리부를 돌아 들어간 결과, 강판 용접 조인트에 다시 진입하여, 파단에 이른 예이다.

비교예 12의 용접 구조체는, 어레스터 부재의 각도 θ1이, 비교예 3보다도 더욱 지나치게 작아, 취성 균열 주 대항측의 외측 테두리부를 따라 균열을 빗나가게 할 수 있었지만, 그 후, 균열 부 대항측의 외연부를 따라 전파해 버려, 파단에 이른 것이다.

비교예 13의 용접 구조체는, 어레스터 부재의 외측 테두리부의 각도 θ1이, 비교예 4보다도 더욱, 강판 용접 조인트의 길이 방향에 대해 50°를 초과하고 있어, 진전 방향을 애당초 제어할 수 없고, 또한 어레스터 부재의 K_ca값이 불충분하므로, 발생한 취성 균열이 어레스터 부재에 돌입한 후, 그대로 직진하여 파단에 이른 예이다.

비교예 15의 용접 구조체는, 비교예 3과 마찬가지로, 어레스터 부재의 각도 θ1이 과소측에 부적합한 예이고, 취성 균열 주 대항측의 외측 테두리부를 따라 균열을 빗나가게 할 수 있었지만, 그 후, 균열 부 대항측의 외연부를 따라 전파해 버려, 파단에 이른 것이다.

비교예 16의 용접 구조체는, 비교예 4와 마찬가지로, 어레스터 부재의 각도 θ1이 적정 범위를 초과하고 있고, 균열을 강판 모재측이 빗나가게 하도록 진전 방향을 애당초 제어할 수 없어, 강판 용접 조인트에서 발생한 취성 균열이 그대로 직진하여, 파단에 이른 것이다.

비교예 17의 용접 구조체는, 소강판 용접 조인트의 용접 금속부의 vTrs가 불충분하여, 발생한 취성 균열은, 취성 균열 주 대항측의 외측 테두리부를 따라 빗나가게 할 수 있었지만, 그 후, 소강판 용접 조인트의 용접 금속부를 따라 전파하여, 파단에 이른 것이다.

비교예 18의 용접 구조체는, 보수 용접에 의한 것으로, 보수 용접부의 형상은, 본 발명예 4와 동일한 형상으로 하였지만, 취성 균열의 진전을 정지시킬 수 없었던 예이다.

제2 실시예

제2 실시예는, 취성 균열이 어레스터 용접 조인트에 진입하는 경우의 예이다.

[용접 구조체의 제조]

제1 실시예와 마찬가지로, 표 1에 나타내는 화학 성분, 표 6, 표 8에 나타내는 판 두께 및 특성을 갖는 강판을 제작하였다. 계속해서, 표 1에 나타내는 화학 성분 및 표 6, 표 8에 나타내는 강 특성 및 형상으로 된 강판으로 이루어지는 어레스터 부재(5)를 준비하고, 표 6, 표 8에 나타내는 용접 조건을 사용하여, 제1 실시예와 동일한 방법으로 2매의 강판의 맞댐 용접 및 강판과 어레스터 부재의 맞댐 용접을 실시하였다. 이상의 수순에 의해, 표 7, 표 9에 나타내는 조인트 특성을 갖고, 도 3 및 도 6 내지 도 8에 도시하는 구성의 용접 구조체(본 발명예, 비교예)를 제작하였다.

[평가 시험과 평가 결과]

상기 수순에 의해 제조한 용접 구조체에 대해, 제1 실시예와 마찬가지로 평가 시험을 행하여, 취성 균열이 전파하는 방향 및 정지 위치를 확인하고, 제1 실시예와 마찬가지로, 균열의 전파, 정지의 형태를, [b], [c], [e]로 나누는 동시에, 전파가 정지하지 않는 경우를, [d1] 내지 [d3]으로 나누어, 하기 표 7, 표 9에 나타냈다.

또한, [a] 내지 [c], [e]의 경우에 대해, 균열의 전파 거리에 기초하여 산출한 점수(최고치 10)에 의해 내균열 전파 성능을 평가하였다. 평가 결과를 표 7, 표 9에 나타낸다.

또한, 표 6, 표 8에 있어서, 주 1 내지 주 6의 내용은, 표 2, 표 4와 동일하다.

표 6, 표 7에 나타내는 본 발명예 1 내지 25는, 상술한 본 발명의 제2 실시 형태의 용접 구조체 B에 관한 예이고, 표 8, 표 9에 나타내는 본 발명예 26은 본 발명의 제3 실시 형태의 용접 구조체 C, 마찬가지로 본 발명예 27, 28은 제4 실시 형태의 용접 구조체 D, 마찬가지로 본 발명예 29는 제1 실시 형태의 용접 구조체 A에 관한 예이다.

또한, 표 8, 표 9에 나타내는 비교예 1, 2는, 용접 구조체 A와 동일한 구조를 갖는 비교예이고, 비교예 3 내지 14는 용접 구조체 B와, 비교예 15, 16은 용접 구조체 C와, 비교예 17은 용접 구조체 D와 각각 동일한 구조를 갖는 비교예이다.

표 6 내지 표 9에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 관한 용접 구조체(본 발명예 1 내지 29)는, 취성 균열의 전파 상태가, 모두 [b] 또는 [c]로 되었다. 이에 의해, 본 발명의 용접 구조체가, 용접 조인트에 취성 균열이 발생한 경우라도, 균열이 용접 조인트나 모재를 전파하는 것을 억제할 수 있어, 용접 구조체의 파단을 방지하는 것이 가능하여, 내취성 균열 전파성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.

이에 대해, 비교예 1 내지 15의 용접 구조체는, 모두, vTrs1≤vTrs3이고, 또한 강판의 모재 특성, 어레스터 부재의 강판 특성 또는 형상, 소강판 용접 조인트의 용접 금속부의 특성 중 어느 하나가 본 발명의 규정을 만족시키고 있지 않으므로, 취성 균열의 진전을 정지시킬 수 없었던 예이다.

비교예 2의 용접 구조체는, 균열이 어레스터 부재에 돌입하였지만, 어레스터 부재의 K_ca값도 부적합하여, 돌입한 균열을 정지시킬 수 없었던 예이다.

비교예 4의 용접 구조체는, 어레스터 부재의 각도 θ2가 과소측에 부적합한 예이고, 취성 균열 주 대항측의 외측 테두리부를 따라 균열을 빗나가게 할 수 있었지만, 그 후, 균열 부 대항측의 외연부를 따라 전파해 버려, 파단에 이른 것이다.

비교예 5의 용접 구조체는, 어레스터 부재의 각도 θ2가 과대측에 부적합한 예이고, 진전 방향을 제어할 수 없어, 강판 용접 조인트에서 발생한 취성 균열이 그대로 직진하여, 파단에 이른 예이다.

비교예 6, 7의 용접 구조체는, 어레스터 부재의 높이(H)가 과소측에 부적합하므로, 어레스터 부재로 균열을 정지시킬 수 없었던 예이다.

비교예 8의 용접 구조체는, 어레스터 부재의 각도 θ1이 과대측에 부적합한 예이고, 균열을 강판 모재측으로 빗나가게 하도록, 진전 방향을 애당초 제어할 수 없어, 강판 용접 조인트에서 발생한 취성 균열이 그대로 직진하여, 파단에 이른 것이다.

비교예 9의 용접 구조체는, 어레스터 부재의 횡폭(W)이 과소측에 부적합하여, 취성 균열 주 대항측의 외측 테두리부를 따라 균열을 빗나가게 할 수 있었지만, 그 후, 균열 부 대항측의 외연부를 따라 전파해 버려, 파단에 이른 것이다.

비교예 10, 11, 12의 용접 구조체는, 어레스터 부재에 균열이 돌입하였지만, 어레스터 부재의 판 두께(t)가 과소측에 부적합하므로, 어레스터 부재로 균열을 정지시킬 수 없었던 예이다.

비교예 13의 용접 구조체는, 어레스터 부재의 판 두께(t)가 과잉측에 부적합하여, 어레스터 부재가 실질적으로 균열을 강판 모재측으로 빗나가게 하는 능력을 상실하였으므로, 진전 방향을 제어할 수 없어, 강판 용접 조인트에서 발생한 취성 균열이 그대로 직진하여, 파단에 이른 예이다.

비교예 15의 용접 구조체는, 소강판 용접 조인트의 용접 금속부의 vTrs가 불충분하여, 발생한 취성 균열은, 취성 균열 주 대항측의 외측 테두리부를 따라 빗나가게 할 수 있었지만, 그 후, 소강판 용접 조인트의 용접 금속부를 따라 전파하여, 파단에 이른 것이다.

이상의 결과에 의해, 본 발명의 용접 구조체가, 용접 조인트에 취성 균열이 발생한 경우라도, 균열이 용접 조인트나 모재를 전파하는 것을 억제할 수 있고, 용접 구조체의 파단을 방지하는 것이 가능하여, 내취성 균열 전파성이 우수한 것이 명백하다.

A, B, C, D : 용접 구조체
1, 10, 10A, 10B : 강판
1A : 영역(적어도 어레스터 부재 및 어레스터 용접 조인트의 횡폭 방향 단부에 마주보고 위치하는 강판의 부위)
2, 20, 20A, 20B : 강판 용접 조인트
3, 3a, 3b : 관통 구멍
4 : 내균열 제어부
5 : 어레스터 부재
51, 52 : 어레스터 부재의 취성 균열 주 대항측으로부터 연신하는 경사 외측 테두리부
51a, 51b : 어레스터 부재의 경사 외측 테두리부의 후단부(어레스터 부재의 횡폭 방향 단부)
53 : 취성 균열에 대해 부 대항측으로 되는 어레스터 부재의 외측 테두리부
6, 60 : 어레스터 용접 조인트
25, 26, 35, 36 : 소강판 용접 조인트
21, 22, 23, 24, 31, 32, 33, 34 : 소강판
70 : 선박 구조체
L : 용접선
θ1 : 어레스터 부재의 경사 외측 테두리부의 강판 용접 조인트의 길이 방향에 대한 경사 각도
θ2 : 어레스터 부재의 취성 균열 부 대항측의 외측 테두리부가 강판 용접 조인트와 교차하는 각도

Claims

적어도 일부의 영역의 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 4000N/㎜^1.5 이상인 강판을, 서로 맞댐 용접함으로써 강판 용접 조인트가 형성되어 이루어지는 용접 구조체에 있어서,
상기 강판 용접 조인트의 적어도 1개소에, 강판 용접 조인트에 발생한 취성 균열의 전파를 제어하는 내균열 제어부가 설치되어 있고,
상기 내균열 제어부는, 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 6000N/㎜^1.5 이상인 강재로 이루어지고, 상기 강판 용접 조인트로부터 상기 강판에 걸쳐 형성된 관통 구멍에 삽입된 어레스터 부재 및 상기 어레스터 부재의 외측 테두리부와 그것에 대향하는 강판 모재가 맞댐 용접되어 형성된 어레스터 용접 조인트를 갖고 있고,
상기 어레스터 부재는, 상기 강판 용접 조인트의 길이 방향을 따른 높이 H(㎜), 강판 용접 조인트의 길이 방향과 교차하는 방향에 있어서의 횡폭 W(㎜) 및 판 두께 t(㎜)의 각각의 치수가, 하기 수학식 1 내지 3으로 나타내어는 관계를 만족시키도록 형성되고, 또한,
상기 어레스터 부재의 취성 균열 주 대항측의 외측 테두리부는, 상기 강판 용접 조인트의 용접 금속부로부터 상기 강판 용접 조인트의 양측에, 강판 용접 조인트의 길이 방향에 대해 15°이상 50°이하의 각도로 경사져 연신하는 동시에, 다른 쪽의 취성 균열 부 대항측의 외측 테두리부는, 70°이상 110°이하의 각도로 상기 강판 용접 조인트와 교차하고 있고,
적어도 상기 어레스터 부재의 횡폭 방향 단부가, 상기 강판의 K_ca가 4000N/㎜^1.5 이상인 영역에 마주보도록, 상기 내균열 제어부가 설치되어 있고,
상기 강판은, 상기 강판 용접 조인트의 길이 방향으로 배열되는 적어도 2 이상의 강판으로 이루어지는 동시에, 상기 길이 방향으로 배열되는 강판을 서로 맞댐 용접함으로써 길이 방향으로 배열되는 용접 조인트가 형성되어 있고,
상기 내균열 제어부는, 상기 어레스터 부재의 취성 균열 부 대항측에 형성되는 상기 어레스터 용접 조인트가 상기 길이 방향으로 배열되는 용접 조인트에 접하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.
[수학식 1]

[수학식 2]

[수학식 3]

단, 상기 수학식 1 내지 3 중에 있어서, T는 상기 강판의 판 두께(㎜)를 나타내고, d는 상기 강판 용접 조인트에 있어서의 용접 금속부의 폭(㎜)을 나타냄.
적어도 일부의 영역의 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 4000N/㎜^1.5 이상인 강판을, 서로 맞댐 용접함으로써 강판 용접 조인트가 형성되어 이루어지는 용접 구조체에 있어서,
상기 강판 용접 조인트의 적어도 1개소에, 강판 용접 조인트에 발생한 취성 균열의 전파를 제어하는 내균열 제어부가 설치되어 있고,
상기 내균열 제어부는, 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 6000N/㎜^1.5 이상인 강재로 이루어지고, 상기 강판 용접 조인트로부터 상기 강판에 걸쳐 형성된 관통 구멍에 삽입된 어레스터 부재 및 상기 어레스터 부재의 외측 테두리부와 그것에 대향하는 강판 모재가 맞댐 용접되어 형성된 어레스터 용접 조인트를 갖고 있고,
상기 어레스터 부재는, 상기 강판 용접 조인트의 길이 방향을 따른 높이 H(㎜), 강판 용접 조인트의 길이 방향과 교차하는 방향에 있어서의 횡폭 W(㎜) 및 판 두께 t(㎜)의 각각의 치수가, 하기 수학식 1 내지 3으로 나타내어는 관계를 만족시키도록 형성되고, 또한,
상기 어레스터 부재의 취성 균열 주 대항측의 외측 테두리부는, 상기 강판 용접 조인트의 용접 금속부로부터 상기 강판 용접 조인트의 양측에, 강판 용접 조인트의 길이 방향에 대해 15°이상 50°이하의 각도로 경사져 연신하는 동시에, 다른 쪽의 취성 균열 부 대항측의 외측 테두리부는, 70°이상 110°이하의 각도로 상기 강판 용접 조인트와 교차하고 있고,
적어도 상기 어레스터 부재의 횡폭 방향 단부가, 상기 강판의 K_ca가 4000N/㎜^1.5 이상인 영역에 마주보도록, 상기 내균열 제어부가 설치되어 있고,
상기 강판은, 상기 강판 용접 조인트의 길이 방향으로 배열되는 적어도 2 이상의 강판으로 이루어지는 동시에, 상기 길이 방향으로 배열되는 강판을 서로 맞댐 용접함으로써 길이 방향으로 배열되는 용접 조인트가 형성되어 있고,
상기 내균열 제어부는, 상기 어레스터 부재의 취성 균열 부 대항측에 형성되는 상기 어레스터 용접 조인트가 상기 길이 방향으로 배열되는 용접 조인트를 포함하도록 설치되고,
또한, 상기 길이 방향으로 배열되는 용접 조인트를 이루는 용접 금속부의 인성을 나타내는 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs4(℃)와, 상기 강판의 모재 인성을 나타내는 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs1(℃)의 관계가, 다음 식,
vTrs4≤vTrs1-20
으로 나타내어지는 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는, 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.
[수학식 1]

[수학식 2]

[수학식 3]

단, 상기 수학식 1 내지 3 중에 있어서, T는 상기 강판의 판 두께(㎜)를 나타내고, d는 상기 강판 용접 조인트에 있어서의 용접 금속부의 폭(㎜)을 나타냄.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 어레스터 부재의 인성을 나타내는 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs2(℃)와, 상기 강판의 모재 인성을 나타내는 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs1(℃)의 관계가, 다음 식,
vTrs2≤vTrs1-20
으로 나타내어지는 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는, 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 어레스터 용접 조인트에 있어서의 용접 금속부의 인성을 나타내는 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs3(℃)와, 상기 강판의 모재 인성을 나타내는 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs1(℃)의 관계가, 다음 식,
vTrs3≤vTrs1-20
으로 나타내어지는 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는, 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 어레스터 용접 조인트에 있어서의 용접 금속부의 인성을 나타내는 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs3(℃)와, 상기 강판의 모재 인성을 나타내는 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs1(℃)의 관계가, 다음 식,
vTrs1＋20≤vTrs3≤0
으로 나타내어지는 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는, 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강판의 판 두께가 25㎜ 이상 150㎜ 이하인 것을 특징으로 하는, 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강판은, 적어도 일부의 영역의 취성 균열 전파 정지 특성(K_ca)이 6000N/㎜^1.5 이상이고, 상기 내균열 제어부는, 적어도 상기 어레스터 부재의 횡폭 방향 단부가, 상기 강판의 K_ca가 6000N/㎜^1.5 이상인 영역에 마주보도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.
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