KR101195032B1 - Manufacturing method of LNG storage tank having reinforcing bar integrated main plate, and the tank, LNG storage tank module using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LNG 저장 탱크의 '주판(主板)과 보강재'를 겸하도록, 제1플랜지와 이 제1플랜지보다 긴 제2플랜지가 웨브의 양단에 형성된 H형재를 알루미늄 합금 소재로 압출 성형하되, 상기 알루미늄 합금 소재를 고상선 온도 이상의 온도인 570～650℃로 가열하여 등온 유지하면서 H형재 형상의 압출 성형부를 구비한 압출 금형을 통해 H형재의 형상대로 압출 성형하고, 복수 개의 H형재를 제2플랜지끼리 용접함으로써 제2플랜지가 LNG 저장 탱크의 주판이 되면서 제1플랜지와 웨브가 보강재의 역할을 하게 되도록 하는 보강재 일체형 LNG 저장 탱크의 제조 방법을 제공하며, 이렇게 제조된 LNG 저장 탱크 및 이를 이용하여 제작되는 LNG 저장 탱크 모듈을 제공한다.According to the present invention, the first flange and the second flange longer than the first flange are extruded from an aluminum alloy material so as to serve as a 'main plate and reinforcement material' of the LNG storage tank. The aluminum alloy material is heated to a temperature above the solidus temperature to 570 to 650 ° C., and isothermally maintained, and is extruded in the shape of the H shape through an extrusion mold having an H shape extrusion part, and the plurality of H shapes are second flanged. By welding with each other, the second flange is the main plate of the LNG storage tank and provides a method for manufacturing a reinforcement-integrated LNG storage tank that allows the first flange and the web to act as a reinforcement material, LNG storage tank and thus manufactured Provides an LNG storage tank module.

Description

보강재 일체형 ＬＮＧ 저장 탱크의 제조 방법 및 그 ＬＮＧ 저장 탱크와 이를 이용한 ＬＮＧ 저장 탱크 모듈{Manufacturing method of LNG storage tank having reinforcing bar integrated main plate, and the tank, LNG storage tank module using the same}Manufacturing method of LNG storage tank having reinforcing bar integrated main plate, and the tank, LNG storage tank module using the same}

본 발명은 LNG 저장 탱크에 관련된 것으로서, 특히 LNG 운반선에 구축되는 LNG 저장 탱크의 강도를 보강하기 위한 보강재가 주판과 일체가 되도록 알루미늄 합금 압출재로 LNG 저장 탱크를 제조하는 방법과 그 LNG 저장 탱크 및 이를 이용하여 제작되는 LNG 저장 탱크 모듈에 관한 것이다.
The present invention relates to an LNG storage tank, and more particularly, a method for manufacturing an LNG storage tank with an aluminum alloy extruded material so that a reinforcement for reinforcing the strength of an LNG storage tank constructed in an LNG carrier is integrated with an abacus, and the LNG storage tank and the same. It relates to an LNG storage tank module manufactured using.

연료 및 화학공업용 원료로 사용되는 천연가스는 운송과 저장이 용이하도록 하기 위해, 메테인을 주성분으로 하는 가스로 정제하고 영하 162℃로 냉각 및 액화시킴으로써 부피를 1/600로 줄인 액화천연가스(LNG)의 형태로 가공이 된다. 그리고, 이러한 LNG를 목적지까지 원거리 수송하는 LNG 운반선은 조선업계에서 고부가가치 선박으로 각광을 받고 있다.Natural gas used as a raw material for fuel and chemical industry is liquefied natural gas (LNG) that has been reduced to 1/600 by refining with methane-based gas and cooling and liquefying to minus 162 ℃ for easy transportation and storage. It is processed in the form of). In addition, LNG carriers that transport such LNG to destinations are spotlighted as high value-added ships in the shipbuilding industry.

그런데, LNG는 영하 162℃의 극저온 상태에서 충격을 받게 되면 폭발의 위험성이 있기 때문에, LNG 운반선에 구축되는 LNG 저장 탱크는 LNG를 안전하게 저장 및 운반할 수 있도록 우수한 내충격성과 밀폐성을 갖추어야 한다.However, since LNG has a risk of explosion when it is shocked at a cryogenic temperature of minus 162 ° C., an LNG storage tank constructed on an LNG carrier must have excellent impact resistance and sealability to safely store and transport LNG.

종래의 LNG 저장 탱크는 스테인리스 스틸이라든가 9% 니켈강, 인바(invar) 등과 같은 철계 소재를 적용한 것이 대부분이었고, 최근에는 기존의 철계 소재에 비해 중량이 훨씬 가벼운 알루미늄 합금 소재를 이용하여 절단 또는 용접 등의 방법으로 구축하고 있다.Conventional LNG storage tanks are mostly made of iron-based materials such as stainless steel, 9% nickel steel, and invar, and recently, such as cutting or welding using aluminum alloy materials that are much lighter than conventional iron-based materials. I'm building in a way.

한편, LNG 저장 탱크의 내부 벽면에는 강도를 보강하기 위한 보강재를 접합하게 된다. 예를 들어, 알루미늄 합금 소재를 이용하여 T형 보강재를 갖는 LNG 저장 탱크 모듈을 제작하는 경우, 종래에는 알루미늄 합금 판재를 일자형 단면 형태로 절단한 다음, 'T'자형으로 맞댄 상태에서 용접을 실시하여 T형 보강재를 제작한 뒤, 이를 탱크의 주판(主板)에 대고 용접을 함으로써 도 1에 예시된 것과 같은 LNG 저장 탱크 모듈을 완성하게 된다.On the other hand, the reinforcing material for reinforcing strength is bonded to the inner wall surface of the LNG storage tank. For example, when manufacturing an LNG storage tank module having a T-shaped reinforcement using an aluminum alloy material, conventionally, the aluminum alloy sheet is cut into a straight cross-sectional shape, and then welded in a 'T' shape. After fabricating the T-shaped reinforcement and welding it to the main plate of the tank to complete the LNG storage tank module as illustrated in FIG.

하지만, 이와 같이 알루미늄 합금 판재를 일자형으로 절단하고 이를 다시 'T'자형으로 용접하는 방법은, 도 1에 보이는 것처럼 탱크의 주판(1)에 수많은 T형 보강재(2)가 부착되는 것을 고려하면 용접 공수가 대단히 많이 소요된다는 것을 쉽게 짐작할 수 있다. 이처럼 많은 용접 공수는 생산성의 저하와 생산 비용의 증가를 유발하는 문제가 있으며, 용접시 열영향에 따른 용접부 변형이 발생하기 때문에 용접부의 품질 확보를 위한 비파괴 검사 비용이 많이 소요된다는 문제점도 있다. 더욱이, 탱크의 주판(1)과 별도로 T형 보강재(2)를 일일이 주판(1)에 용접하여야 하기 때문에, LNG 저장 탱크의 제작에 소요되는 소재 비용과 작업 비용이 지나치게 많이 소요된다.However, the method of cutting the aluminum alloy sheet in a straight line and welding it again in a 'T' shape, considering that a large number of T-shaped reinforcements 2 are attached to the main plate 1 of the tank as shown in FIG. You can easily guess that the airlift is very expensive. Such a large number of welding maneuver has a problem causing a decrease in productivity and an increase in the production cost, there is also a problem that the non-destructive inspection cost for securing the quality of the weld because the deformation of the weld occurs due to heat effects during welding. Furthermore, since the T-shaped reinforcement 2 must be welded to the main plate 1 separately from the main plate 1 of the tank, the material cost and the work cost required for the production of the LNG storage tank are excessively high.

이러한 문제점들을 개선하기 위해, 압출 공법을 적용함으로써 알루미늄 합금 소재를 'H'자형의 단면을 갖는 압출재를 제작하고, 이렇게 압출 제작된 H형재 다수개를 LNG 저장 탱크의 주판과 보강재를 겸하도록 용접함으로써 LNG 저장 탱크를 완성하는 방안이 제시되었다. 대한민국 특허출원 제10-2009-0076914호에는 이와 같은 압출 공법에 의해 H형재를 제작하는 방법이 간략하게 소개되어 있는데, 실제로 종래의 일반적인 압출 방법을 이용하여 알루미늄 합금 소재를 'H'자형의 압출재로 압출하는 데에는 중대한 문제가 있다.In order to solve these problems, by applying an extrusion method, an aluminum alloy material is manufactured by forming an extruded material having an 'H' cross section, and welding a plurality of the extruded H shapes to serve as a main plate and a reinforcement material of the LNG storage tank. A proposal was made to complete the LNG storage tank. Korean Patent Application No. 10-2009-0076914 briefly introduces a method of manufacturing an H-shape by such an extrusion method. Actually, an aluminum alloy material is converted into an H-shaped extruded material using a conventional extrusion method. There is a serious problem with extrusion.

즉, 도 2의 그림처럼 H-빔 형상의 압출 성형부를 갖는 다이(3)를 통해 H형재를 압출한다고 할 때, 웨브('a'부위)의 크기가 작을 때는 통상적인 압출 방법을 적용하더라도 큰 문제가 없으나, 'a'부위가 500mm 이상인 광폭 압출재를 압출하는 경우에는 'a'부위와 플랜지('b'부위 및 'c'부위)의 단면적 차이로 인해 메탈 플로우(Metal Flow)가 달라져 압출재에 변형이 발생하게 된다.That is, when the H-shaped material is extruded through the die 3 having the H-beam shaped extrusion molded part as shown in Fig. 2, when the size of the web ('a' portion) is small, even if the conventional extrusion method is applied, There is no problem, but when extruding a wide extruded material whose 'a' part is 500mm or more, the metal flow is changed due to the cross-sectional area difference between 'a' part and flange ('b' part and 'c' part). Deformation will occur.

일반적으로 LNG 운반선에 구축되는 LNG 저장 탱크의 강도 보강용 보강재는 단면 강성을 고려하여 설계되는데, 선급 규격을 만족하는 단면 강성을 갖도록 함에 있어서 'a'부위의 크기가 작을 경우에는 LNG 저장 탱크에 많은 수의 보강재가 용접되어야 한다. 하지만, 보강재의 수량이 많아지면 중량 증가로 인해 경제성이 떨어지게 되므로, 경량화와 단면 강성을 확보하기 위해서는 'a'부위의 크기가 증가되어야 하며, 이때 일반 소형 압출이 아닌 광폭 압출을 적용해야 한다. 그러나, 통상적인 압출기에 적용되는 원형 빌렛의 단면 직경은 최대 17인치에 불과하기 때문에 500mm 이상의 광폭 압출재를 제작하는 것은 불가능하다. 비록 광폭 압출을 위해 큰 사이즈의 각형 빌렛(rectangular billet)을 적용한다 하더라도, 초반에는 원활하게 압출이 진행되지만, 중반 이후부터는 도 3의 (가) 사진 및 (나) 사진에 보이는 것처럼 좌우의 메탈 플로우 차이로 인해 변형이 발생하게 된다.In general, the reinforcement for strength reinforcement of LNG storage tanks constructed on LNG carriers is designed in consideration of the stiffness of the cross section. Number of stiffeners should be welded. However, as the quantity of reinforcing material increases, the economical efficiency decreases due to the increase in weight. In order to secure weight reduction and cross-sectional rigidity, the size of the 'a' part should be increased, and wide extrusion, rather than general small extrusion, should be applied. However, since the cross-sectional diameter of circular billets applied to conventional extruders is only 17 inches at maximum, it is impossible to produce a wide extruded material of 500 mm or more. Although a large rectangular billet is applied for wide extrusion, the extrusion proceeds smoothly in the early stages, but from the middle and afterwards, as shown in (a) and (b) of FIG. The difference causes deformation.

이러한 문제점을 해결하기 위해서는 압출시 압출 압력을 감소시킴과 아울러 소재의 위치별 메탈 플로우를 동일하게 하여야 하지만, 실제로 일반적인 압출 공정으로는 매우 어렵다. 특히, 압출기의 금형 구조 변경을 통한 메탈 플로우의 개선에는 한계가 있다. 즉, 일반적으로 압출 제품의 형상에 따라 메탈 플로우를 개선하기 위해서는 위치별 베어링 길이에 편차를 주고, 플로우 가이드(Flow Guide)를 장착하여 금형 내의 압출 소재의 양을 증가시켜 위치별 메탈 플로우를 고르게 하는 방법이 있으나, 금형 사이즈의 한계 및 베어링 길이의 증가에 따른 압출 압력 증가로 인해 한계가 따른다.In order to solve this problem, it is necessary to reduce the extrusion pressure during extrusion and to make the same metal flow for each position of the material. In particular, there is a limit to the improvement of the metal flow by changing the mold structure of the extruder. That is, in general, in order to improve the metal flow according to the shape of the extruded product, the bearing length for each position is varied, and a flow guide is mounted to increase the amount of extruded material in the mold to even out the metal flow for each position. There is a method, but the limitation is due to the limitation of mold size and the increase in extrusion pressure with increasing bearing length.

실제로, H형재의 압출시 압출 결함의 발생을 감소시키기 위해 플로우 가이드를 최소화한 압출 금형을 적용하는 경우, 압출 작업시 플로우 가이드의 최소화로 인해 압출 압력에 부하가 발생하며, 특히 좌우 밸런스 차이가 심하게 일어나 압출 중반부터는 도 3의 (가) 사진처럼 압출 제품에 큰 변형이 발생한다. 도 4는 이러한 문제를 해소하기 위해 플로우 가이드를 최대로 설계한 압출 금형인데, 압출 중후반부터는 도 3의 (나) 사진처럼 비록 변형의 정도는 도 3의 (가) 사진에 비해 완화되었지만 변형이 발생하였고, 플로우 가이드 확장에 따라 압출 금형의 빈 공간이 커짐으로 인해 압출 금형의 파손 발생율이 커지는 결과를 초래하였다.
In fact, in the case of applying an extrusion mold with a minimum flow guide in order to reduce the occurrence of extrusion defects during extrusion of the H-shaped material, a load is exerted on the extrusion pressure due to the minimization of the flow guide during the extrusion operation. From the mid-extrusion, a large deformation occurs in the extruded product as shown in FIG. Figure 4 is an extrusion mold designed to maximize the flow guide to solve this problem, from the middle of the extrusion, as shown in the (b) of Figure 3, although the degree of deformation is relaxed compared to the (a) of Figure 3, the deformation occurs In addition, as the flow guide expansion, the void space of the extrusion die increases, resulting in a greater incidence of breakage of the extrusion die.

상기한 바와 같이, 보강재 일체형 LNG 저장 탱크를 제조하기 위해 H형재의 압출 성형부를 갖는 압출 금형을 통해 알루미늄 합금 소재를 압출하는 방법은, 알루미늄 합금 판재를 일자형으로 절단하고 이를 다시 'T'자형으로 용접한 다음 탱크의 주판에 T형 보강재를 용접하는 종래의 방법이 갖는 생산성 저하와 비용 증가의 문제점을 개선하기 위해 착안되었으나, 광폭 압출시 메탈 플로우 차이로 인해 압출재에 변형이 유발되기 때문에 일반적인 압출 방법으로는 실제로 적용하기가 불가능하다는 문제가 있다.As described above, a method of extruding an aluminum alloy material through an extrusion mold having an H-shaped extrusion part to manufacture a reinforcement-integrated LNG storage tank includes cutting the aluminum alloy sheet into a straight line and welding it back to a 'T' shape. It was conceived to improve the problems of the decrease in productivity and the increase in cost of the conventional method of welding the T-shape reinforcement to the main plate of the tank, but the general extrusion method is used because deformation of the extruded material is caused by the difference in metal flow during wide extrusion. There is a problem that is practically impossible to apply.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로서, 알루미늄 합금 소재를 이용하여 LNG 운반선의 LNG 저장 탱크를 제작하기 위한 H형재를 광폭 압출 성형할 때 메탈 플로우의 차이를 최소화하여 압출재의 변형을 방지할 수 있는 보강재 일체형 LNG 저장 탱크의 제조 방법을 제공하는 데에 목적이 있다.The present invention has been developed to solve this problem, to prevent the deformation of the extruded material by minimizing the difference in the metal flow when forming a wide H-shape for manufacturing the LNG storage tank of the LNG carrier using aluminum alloy material. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a reinforcement-integrated LNG storage tank.

본 발명은 또한, 상기 제조 방법에 따라 제조된 LNG 저장 탱크를 제공함과 아울러, 이러한 LNG 저장 탱크에 의해 구성되는 LNG 저장 탱크 모듈을 제공하는 데에 다른 목적이 있다.
Another object of the present invention is to provide an LNG storage tank manufactured according to the above production method, and to provide an LNG storage tank module constituted by such an LNG storage tank.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, LNG 저장 탱크의 '주판(主板)과 보강재'를 겸하도록, 제1플랜지와 이 제1플랜지보다 긴 제2플랜지가 웨브의 양단에 형성된 H형재를 알루미늄 합금 소재로 압출 성형하되, 상기 알루미늄 합금 소재를 고상선 온도 이상의 온도인 570～650℃로 가열하여 등온 유지하면서 상기 H형재 형상의 압출 성형부를 구비한 압출 금형을 통해 H형재의 형상대로 압출 성형하고, 복수 개의 상기 H형재를 제2플랜지끼리 용접함으로써 상기 제2플랜지가 LNG 저장 탱크의 주판이 되면서 상기 제1플랜지와 웨브가 보강재의 역할을 하게 되도록 하는 보강재 일체형 LNG 저장 탱크의 제조 방법을 제공한다.The present invention for achieving the above object, the first flange and the second flange longer than the first flange and the H-shaped material formed on both ends of the web so as to serve as a 'main plate and reinforcement material' of the LNG storage tank. Extruded into an alloy material, the aluminum alloy material is heated to a temperature above the solidus temperature of 570 ~ 650 ℃ and isothermally maintained while being isothermally extruded into the shape of the H shape through an extrusion mold provided with the H-shaped extrusion. By welding a plurality of the H-shaped members between the second flange provides a method of manufacturing a reinforcement integrated LNG storage tank so that the first flange and the web acts as a reinforcement while the second flange becomes the main plate of the LNG storage tank. .

특히, 상기 압출 금형은, 상기 알루미늄 합금 소재를 상기 압출 성형부로 공급하는 1차 피더 홈과 이 1차 피더 홈보다 크기가 감소되면서 상기 압출 성형부로 연결되는 2차 피더 홈이 일체로 연속 형성된 것이 사용될 수 있다.In particular, the extrusion die, the primary feeder groove for supplying the aluminum alloy material to the extrusion molding portion and the secondary feeder groove connected to the extrusion molding portion is reduced in size than the primary feeder groove is used integrally formed. Can be.

또한, 상기 압출 금형의 압출 성형부에 개선각 형성부를 형성하여, 상기 제2플랜지끼리 용접되는 부위에 MIG 용접을 위한 개선각이 형성되도록 상기 H형재를 압출 성형할 수 있다.In addition, by forming an improvement angle forming portion in the extrusion molding portion of the extrusion mold, the H-shaped material may be extruded to form an improvement angle for MIG welding in the portion to be welded to the second flange.

본 발명은 또한, 상기 제조 방법에 의해 제조된 보강재 일체형 LNG 저장 탱크를 제공함과 아울러, 이러한 보강재 일체형 LNG 저장 탱크에 대하여 상기 H형재에 수평한 방향(슬릿 방식)으로 격벽이 조립된 것을 특징으로 하는 LNG 저장 탱크 모듈을 제공한다.
The present invention also provides a reinforcement-integrated LNG storage tank manufactured by the manufacturing method, and the partition wall is assembled in a direction horizontal to the H-shape (slit method) with respect to the reinforcement-integrated LNG storage tank. Provide LNG storage tank module.

상기와 같이 구성된 본 발명은, 고상선 온도 이상의 고온에서 알루미늄 합금 소재를 압출하기 때문에 알루미늄 합금 소재의 유동성을 크게 증가시켜 압출 압력을 감소시키게 되며, 광폭 압출 성형할 때 메탈 플로우의 차이를 최소화함으로써 압출재의 변형을 방지하게 된다. 따라서, 본 발명은 용접에 의해 T형 보강재를 제작하던 기존의 방법을 개선하기 위한 압출 공정을 광폭 압출에 적용이 가능하도록 함으로써, 생산성 향상과 비용 절감의 효과를 발휘한다.
According to the present invention configured as described above, since the aluminum alloy material is extruded at a high temperature above the solidus temperature, the fluidity of the aluminum alloy material is greatly increased to reduce the extrusion pressure, and the extrusion material is minimized by minimizing the difference in the metal flow during wide extrusion. It will prevent the deformation of the. Therefore, the present invention enables the extrusion process for improving the existing method of manufacturing the T-shaped reinforcement by welding to be applied to wide extrusion, thereby exhibiting the effect of productivity improvement and cost reduction.

도 1은 T형 보강재가 용접된 종래의 LNG 저장 탱크 모듈을 나타낸 도면 및 부분 확대도이다.
도 2는 H형재의 형상을 갖는 압출 금형의 다이에 대한 정면도이다.
도 3의 (가) 및 (나)는 종래의 일반적인 압출 방법에 따른 H형재의 압출시 메탈 플로우 차이로 인해 변형이 발생한 모습을 보여주는 사진들이다.
도 4는 H형재의 압출을 위해 플로우 가이드를 최대로 설계한 압출 금형을 나타낸 사진이다.
도 5는 알루미늄 합금 소재의 예열 온도에 따른 유동성을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 알루미늄 합금 소재의 예열 온도에 따른 압출 하중을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프들이다.
도 7은 본 발명에 따라 알루미늄 합금 소재를 600℃로 가열하여 압출하는 경우의 유동성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명에서 사용하는 압출 금형의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 방법에 따라 제작된 H형재의 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따라 제작된 LNG 저장 탱크를 나타낸 도면 및 그 부분 확대도이다.
도 11은 본 발명의 방법에 따라 제작된 H형재의 다른 예로서 용접될 부위에 개선각이 형성된 예를 나타낸 도면이다.
도 12는 LNG 저장 탱크 모듈에서 격벽이 조립되는 방식을 설명하는 도면이다.1 is a view and a partially enlarged view showing a conventional LNG storage tank module welded T-shaped reinforcement.
2 is a front view of a die of an extrusion die having the shape of an H-shaped member.
3 (a) and (b) are photographs showing the deformation caused by the difference in the metal flow during the extrusion of the H-shaped according to the conventional general extrusion method.
Figure 4 is a photograph showing an extrusion mold designed to maximize the flow guide for the extrusion of the H-shaped material.
5 is a graph showing the results of simulating the fluidity according to the preheating temperature of the aluminum alloy material.
Figure 6 is a graph showing the results of simulating the extrusion load according to the preheating temperature of the aluminum alloy material.
7 is a graph showing fluidity when the aluminum alloy material is heated and extruded at 600 ° C. according to the present invention.
8 is a view showing an embodiment of an extrusion die used in the present invention.
9 is a perspective view showing an embodiment of the H-shaped fabricated according to the method of the present invention.
10 is a view showing a LNG storage tank manufactured according to the present invention and a partial enlarged view thereof.
11 is a view illustrating an example in which an improvement angle is formed at a portion to be welded as another example of an H-shaped member manufactured according to the method of the present invention.
12 is a view for explaining how the partition wall is assembled in the LNG storage tank module.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it should be understood that the following embodiments are provided so that those skilled in the art can understand the present invention without departing from the scope and spirit of the present invention. It is not.

도 5는 LNG 운반선에 구축되는 LNG 저장 탱크의 소재로 사용되고 있는 알루미늄 합금 소재(예로서, A5083)의 예열 온도에 따른 유동성을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프이고, 도 6은 알루미늄 합금 소재의 예열 온도에 따른 압출 하중을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프들이다.FIG. 5 is a graph showing simulation results of fluidity according to a preheating temperature of an aluminum alloy material (for example, A5083) that is used as a material of an LNG storage tank constructed in an LNG carrier, and FIG. 6 is a preheating temperature of an aluminum alloy material. These graphs show the results of simulating extrusion load.

먼저, 도 5의 그래프들을 보면, 알루미늄 합금 소재를 열간 압출할 때 예열 온도가 높을수록 유동 응력(flow stress)이 감소하는 경향을 보이고 있음을 알 수 있다. 또, 도 6의 그래프들에 보이는 바와 같이, 알루미늄 합금 소재에 대한 예열 온도가 높을수록 압출 하중(압출 압력)이 감소하는 것을 알 수 있다.First, in the graphs of FIG. 5, it can be seen that the flow stress decreases as the preheating temperature is high when the aluminum alloy material is hot extruded. In addition, as shown in the graphs of Figure 6, it can be seen that the higher the preheating temperature for the aluminum alloy material, the lower the extrusion load (extrusion pressure).

이처럼 알루미늄 합금 소재(빌렛)를 압출할 때 고온에서 압출하는 것이 유동성을 증가시킴과 아울러 압출 하중을 저감할 수가 있는데, 종래에는 480～520℃의 공정 온도에서 알루미늄 합금 소재를 압출하는 것이 일반적이었다. 그러나, 주판(主板)과 보강재가 일체로 형성된 LNG 저장 탱크를 구성하기 위한 H형재를 압출하는 경우에는, 전술한 배경 기술에서 설명한 바와 같이 H형재의 부위별(도 2의 'a' 부위와 'b' 부위 및 'c'부위)로 단면적 차이로 인해 메탈 플로우(Metal Flow)가 달라져 제품에 변형이 발생하게 된다.As described above, the extrusion of the aluminum alloy material (billet) at high temperature can increase the fluidity and reduce the extrusion load. Conventionally, the aluminum alloy material was extruded at a process temperature of 480 to 520 ° C. However, in the case of extruding the H-shape for constituting the LNG storage tank in which the main plate and the reinforcement are integrally formed, as described in the background art described above, the parts of the H-shape (parts' a 'and' b 'area and' c 'area) due to the difference in cross-sectional area, the metal flow (Metal Flow) is changed to cause deformation of the product.

본 발명의 발명자들은 이러한 문제점을 해소하기 위하여 알루미늄 합금 소재를 고상선 온도(Solidus Temperature) 이상의 온도인 570～650℃로 가열하여 등온 유지하면서 압출하는 방안을 개발하였다. 도 7에는 이처럼 알루미늄 합금 소재를 600℃로 가열하여 압출하는 경우의 유동성을 나타낸 그래프가 도시되어 있는데, 이렇게 고상선 온도 이상의 고온에서 알루미늄 합금 소재를 압출하게 되면 알루미늄 합금 소재의 유동성이 크게 증가하고, 이에 따라 압출 압력이 감소하게 되며, 광폭 압출 성형할 때 메탈 플로우의 차이를 최소화함으로써 압출재의 변형을 방지할 수가 있다.In order to solve this problem, the inventors of the present invention have developed a method of extruding an aluminum alloy material while maintaining isothermally by heating to a temperature of 570 ~ 650 ℃, which is a temperature higher than the solidus temperature (Solidus Temperature). Figure 7 shows a graph showing the fluidity when the aluminum alloy material is heated and extruded at 600 ° C as described above. When the aluminum alloy material is extruded at a high temperature above the solidus temperature, the fluidity of the aluminum alloy material is greatly increased. Accordingly, the extrusion pressure is reduced, it is possible to prevent the deformation of the extruded material by minimizing the difference in the metal flow during the wide extrusion.

고상선 온도 이상의 온도 범위는 알루미늄의 합금계에 따라 다소 상이할 수 있는데, 예를 들어 5×××계열 알루미늄 합금의 경우에는 600～650℃, 6×××계열 알루미늄 합금에 대해서는 580～650℃, 7×××계열 알루미늄 합금에 대해서는 570～640℃로 가열하는 것이 바람직하다. 즉, 압출하고자 하는 알루미늄 합금 소재를 상기 온도 범위의 하한값 미만으로 가열하게 되면 액상이 고상으로 상변화를 일으켜 압출 압력이 증가하고 압출이 곤란해지며, 상기 온도 범위의 상한값을 초과하여 가열하면 고상의 분율이 감소하면서 액상의 압출이 이루어져 H형재의 압출 형상을 얻기가 어려워진다.The temperature range above the solidus temperature may vary slightly depending on the alloy system of aluminum. For example, 600 × 650 ° C. for 5 ××× series aluminum alloys and 580 ° C. ~ 650 ° C. for 6 ×× series aluminum alloys. It is preferable to heat at 570-640 degreeC about, 7xxx series aluminum alloy. That is, when the aluminum alloy material to be extruded is heated below the lower limit of the temperature range, the liquid phase changes into a solid phase, thereby increasing the extrusion pressure and making extrusion difficult, and when the aluminum alloy is heated above the upper limit of the temperature range, As the fraction decreases, the liquid phase is extruded, making it difficult to obtain the extruded shape of the H-shaped member.

또한, 압출 제품의 금속학적 조직과 기계적 성질에 악영향이 미치는 것을 방지하기 위해서는, 위에서 한정하고 있는 온도 범위에서 압출이 되어 냉각이 이루어지기 전까지 알루미늄 합금 소재를 등온 유지시키는 것이 반드시 지켜져야 한다.In addition, in order to prevent adverse effects on the metallographic structure and mechanical properties of the extruded product, it is essential to keep the aluminum alloy material isothermally maintained until it is extruded and cooled in the temperature range defined above.

한편, 본 발명에서는 알루미늄 합금 소재를 H형재의 형상대로 압출을 하기 위하여 H형재 형상의 압출 성형부를 가진 압출 금형을 사용한다. 도 8은 본 발명에서 사용하는 압출 금형(10)의 실시예로서, 알루미늄 합금 소재를 H형재 형상의 압출 성형부(11)로 공급하는 1차 피더 홈(12)과 이 1차 피더 홈(12)보다 크기가 감소되면서 압출 성형부(11)로 연결되는 2차 피더 홈(13)이 일체로 연속 형성된 구조로 이루어져 있다. 이러한 구조의 압출 금형(10)은, 기존의 압출 금형이 메탈 플로우를 고르게 하기 위하여 다이에 플로우 가이드를 추가한 구성으로 이루어진 것과 비교할 때, 압출시 결함의 발생률을 낮출 수 있고, 금형 비용 또한 저감할 수 있게 된다.
On the other hand, in the present invention, in order to extrude the aluminum alloy material in the shape of the H-shaped material, an extrusion die having an H-shaped extrusion molded part is used. 8 is an embodiment of the extrusion die 10 used in the present invention, the primary feeder groove 12 and the primary feeder groove 12 for supplying the aluminum alloy material to the H-shaped extrusion molded part 11 The secondary feeder groove 13 is connected to the extrusion molding unit 11 while being reduced in size, and has a continuous structure. Extruded mold 10 having such a structure can lower the occurrence rate of defects during extrusion and reduce the mold cost, compared to the conventional extrusion mold made of a configuration in which a flow guide is added to the die to even the metal flow. It becomes possible.

상술한 바와 같이, 알루미늄 합금 소재를 고상선 온도 이상의 온도인 570～650℃로 가열하여 등온 유지하면서 H형재 형상의 압출 성형부(11)를 가진 압출 금형(10)을 통해 압출함으로써 도 9에 도시된 것과 같은 H형재(20)가 제조된다. 이 H형재(20)는 웨브(21)와 이 웨브(21)의 양단에 각각 서로 다른 길이를 갖도록 형성된 제1플랜지(22) 및 제2플랜지(23)로 이루어져 있다.As described above, the aluminum alloy material is extruded through an extrusion mold 10 having an H-shaped extrusion molded part 11 while being heated to 570 to 650 ° C. which is a temperature higher than a solidus temperature and kept isothermal, as shown in FIG. 9. H-shape 20 as shown is manufactured. The H-shaped member 20 is composed of a web 21 and a first flange 22 and a second flange 23 formed at both ends of the web 21 to have different lengths.

이러한 H형재(20)는, 도 10에 도시된 것처럼 복수 개가 배열된 상태에서 제2플랜지(23)끼리 용접(W)이 됨으로써 '주판(主板)과 보강재'가 일체로 이루어진 본 발명의 LNG 저장 탱크로 제작이 된다. 즉, 제2플랜지(23)는 LNG 저장 탱크의 주판이 되고, 웨브(21)와 제1플랜지(22)는 보강재의 역할을 하게 되는 것이다.The H-shaped material 20 is LNG storage according to the present invention in which the main plate and the reinforcing material are integrally formed by welding (W) the second flanges 23 together in a state where a plurality of H-shaped materials 20 are arranged. It is made of a tank. That is, the second flange 23 serves as a main plate of the LNG storage tank, and the web 21 and the first flange 22 serve as reinforcing materials.

용접 방법으로는 마찰교반용접(FSW)이나 MIG 용접 등 알루미늄 합금 용접에 적합한 다양한 용접 방법이 적용될 수 있다. 특히, MIG 용접을 적용하는 경우에는, 제2플랜지(23)끼리 맞닿아 용접되는 부위에 개선각을 형성함으로써 수차례 반복 용접시 개선각 내에 필러재를 채워 넣게 된다. 이에, 본 발명에서는 상기 압출 금형(10)의 압출 성형부(11)에 개선각 형성부(도시되지 않음)를 형성함으로써, 도 11에 도시된 예와 같이 웨브(121,121')와 제1플랜지(122,122')는 전술한 예와 동일하면서 제2플랜지(123,123')끼리 용접되는 부위에는 MIG 용접을 위한 개선각(θ)이 형성되도록 H형재를 압출 성형할 수 있다. 이처럼, 본 발명에서는 MIG 용접을 위한 개선각(θ)이 구비되도록 H형재를 압출 성형하기 때문에, 개선각 형성을 위한 별도의 가공 공정이 불필요하고 가공에 따르는 비용을 절감할 수가 있다.
As the welding method, various welding methods suitable for aluminum alloy welding, such as friction stir welding (FSW) or MIG welding, can be applied. In particular, when MIG welding is applied, the filler material is filled in the improvement angle during repeated welding several times by forming an improvement angle at a portion to which the second flanges 23 are brought into contact with each other. Thus, in the present invention, by forming an angle of improvement forming portion (not shown) in the extrusion molding portion 11 of the extrusion die 10, as shown in the example shown in Figure 11, the web 121, 121 'and the first flange ( 122 and 122 'may be the same as the above-described examples, and the H-shaped member may be extruded to form an improvement angle θ for MIG welding at a portion to which the second flanges 123 and 123' are welded. As described above, in the present invention, since the H-shaped member is extruded to have an improvement angle θ for MIG welding, a separate processing step for forming the improvement angle is unnecessary and the cost of processing can be reduced.

한편, 도 12에 도시된 것처럼, LNG 저장 탱크에는 내부 공간을 구획하기 위한 격벽(30)들이 설치된다. 즉, 격벽(30)에는 H형재(20)의 보강재 역할을 하는 부위(웨브와 제1플랜지)와 결합되기 위한 홈들이 형성되어 있어서, 격벽(30)을 H형재(20)에 맞춘 상태로 LNG 저장 탱크의 주판 역할을 하는 제2플랜지(23)에 안착시켜 조립하게 된다.On the other hand, as shown in Figure 12, the LNG storage tank is provided with partition walls 30 for partitioning the internal space. That is, the partition 30 is formed with grooves for coupling with the portion (web and the first flange) that serves as a reinforcement of the H-shaped material 20, LNG in a state in which the partition 30 is fitted to the H-shaped material 20 It is assembled by seating on the second flange 23 that serves as the main plate of the storage tank.

그런데, 종래에는 격벽(30)을 주판의 소정 부위에 위치시킨 상태에서 수직한 방향(도 12의 V방향)으로 보강재 측에 결합하는 이른바 슬롯 방식(slot type)으로 조립을 하였는데, 이는 기존의 T형 보강재가 알루미늄 합금 판재를 일자형 단면 형태로 절단하고 'T'자형으로 맞댄 상태에서 용접을 하여 제작되었던 까닭에 진직도(眞直度)가 확보되지 못하였기 때문이다. 특히, T형 보강재가 'T'자형으로 형성되어 있기 때문에, 격벽을 T형 보강재에 그대로 결합하는 것은 불가능하여, 격벽을 하나의 일체물이 아닌 두 개의 분할된 부품으로 제작하여 T형 보강재에 결합하고 용접을 해야만 하였다. 이처럼 격벽을 용접하는 공정이 추가됨으로 인해, 제품에 변형이 발생하는 문제가 있을 수 있고, 긁힘 등의 손상이 발생하면 그라인딩 및 면취 등의 작업을 요하게 되므로 LNG 저장 탱크 모듈의 생산비가 증가하게 되는 문제가 있다.By the way, in the prior art, the bulkhead 30 was assembled in a so-called slot type that is coupled to the reinforcement side in a vertical direction (V direction in FIG. 12) in a state where it is located at a predetermined portion of the main plate. Since the shape reinforcement was produced by cutting the aluminum alloy sheet into a straight cross-section and welding it in a 'T' shape, the straightness was not secured. In particular, since the T-shaped reinforcement is formed in a 'T' shape, it is impossible to directly join the partition wall with the T-shaped reinforcement, and the partition is made of two divided parts instead of a single body and joined to the T-shaped reinforcement. And had to weld. Due to the addition of the process of welding the bulkhead, there may be a problem that the deformation occurs in the product, the production cost of the LNG storage tank module increases because the work, such as grinding and chamfering is required if damage such as scratches occur There is.

그러나, 본 발명의 H형재(20)는 전술한 압출 공정에 의해 H형으로 압출 제작이 되므로 진직도가 우수하여, 종래의 슬롯 방식이 아닌 슬릿 방식(slit type)의 조립이 가능하다. 즉, 격벽(30)은 'T'형의 결합홈이 형성되도록 제작이 되고, 이러한 격벽(30)을 H형재(20)에 대하여 수평한 방향(도 12의 H방향)으로 밀어넣으면 간단하게 조립이 완성된다. 이러한 슬릿 방식의 조립은 종래의 슬롯 방식에 비해 용접 및 가공 공수를 크게 절감할 수 있는 장점이 있다.However, since the H-shape 20 of the present invention is extruded into the H-shape by the above-described extrusion process, the H-shape 20 is excellent in straightness, and thus, the slit type can be assembled instead of the conventional slot type. That is, the partition 30 is manufactured to form a coupling groove of the 'T' type, and the partition 30 is simply assembled by pushing the partition 30 in the horizontal direction (the H direction in FIG. 12) with respect to the H-shaped material 20. This is done. The assembly of the slit method has an advantage that can significantly reduce the number of welding and processing compared to the conventional slot method.

따라서, 본 발명은, 종래의 용접 제작 방식을 압출 제작 방식으로 변경하여 제작되는 데에 따르는 단순한 가공 비용 절감의 효과를 뛰어넘어, LNG 저장 탱크 모듈의 제작시 생산 비용을 크게 절감할 수 있는 각별한 효과를 발휘하는 것이다.
Therefore, the present invention is a special effect that can significantly reduce the production cost during the production of LNG storage tank module, beyond the effect of reducing the simple processing cost that is produced by changing the conventional welding manufacturing method to the extrusion manufacturing method. To exert.

이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, This is possible.

10 : 압출 금형 11 : 압출 성형부
12 : 1차 피더 홈 13 : 2차 피더 홈
20 : H형재 21 : 웨브
22 : 제1플랜지 23 : 제2플랜지
30 : 격벽10: extrusion mold 11: extrusion molding part
12: 1st feeder groove 13: 2nd feeder groove
20: H-shaped 21: Web
22: first flange 23: second flange
30: bulkhead

Claims (5)

LNG 저장 탱크의 '주판(主板)과 보강재'를 겸하도록, 제1플랜지와 이 제1플랜지보다 긴 제2플랜지가 웨브의 양단에 형성된 H형재를 알루미늄 합금 소재로 압출 성형하되, 상기 알루미늄 합금 소재를 고상선 온도 이상의 온도인 570～650℃로 가열하여 등온 유지하면서 상기 H형재 형상의 압출 성형부를 구비한 압출 금형을 통해 H형재의 형상대로 압출 성형하고, 복수 개의 상기 H형재를 제2플랜지끼리 용접함으로써 상기 제2플랜지가 LNG 저장 탱크의 주판이 되면서 상기 제1플랜지와 웨브가 보강재의 역할을 하게 되도록 하는 보강재 일체형 LNG 저장 탱크의 제조 방법.
In order to serve as a 'main plate and reinforcing material' of the LNG storage tank, the first flange and the second flange longer than the first flange are extruded from an aluminum alloy material formed on both ends of the web, and the aluminum alloy material Is extruded in the shape of H shape through an extrusion mold provided with the H-shaped extrusion molded portion while maintaining isothermally by heating to a temperature above the solidus temperature 570 ~ 650 ℃, the plurality of the H-shaped material between the second flange A method of manufacturing a reinforcement-integrated LNG storage tank, wherein the second flange is the main plate of the LNG storage tank by welding so that the first flange and the web serve as a reinforcement material.
제1항에 있어서,
상기 압출 금형은, 상기 알루미늄 합금 소재를 상기 압출 성형부로 공급하는 1차 피더 홈과 이 1차 피더 홈보다 크기가 감소되면서 상기 압출 성형부로 연결되는 2차 피더 홈이 일체로 연속 형성된 것이 사용되는 것을 특징으로 하는 보강재 일체형 LNG 저장 탱크의 제조 방법.
The method of claim 1,
The extrusion mold, the primary feeder groove for supplying the aluminum alloy material to the extrusion molding portion and the secondary feeder groove connected to the extrusion molding portion while being reduced in size than the primary feeder groove is used that is integrally formed. A method for producing a reinforcement integrated LNG storage tank, characterized in that.
제1항에 있어서,
상기 압출 금형의 압출 성형부에 개선각 형성부를 형성하여, 상기 제2플랜지끼리 용접되는 부위에 MIG 용접을 위한 개선각이 형성되도록 상기 H형재를 압출 성형하는 것을 특징으로 하는 보강재 일체형 LNG 저장 탱크의 제조 방법.
The method of claim 1,
Forming an improved angle forming portion in the extrusion molding portion of the extrusion die, the extrusion of the H-shape to form an improved angle for MIG welding in the portion welded to the second flanges of the reinforcement integrated LNG storage tank, characterized in that Manufacturing method.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 제조 방법에 의해 제조된 보강재 일체형 LNG 저장 탱크.
A reinforcement-integrated LNG storage tank manufactured by the manufacturing method of any one of Claims 1-3.
제4항에 기재된 보강재 일체형 LNG 저장 탱크에 대하여 상기 H형재에 수평한 방향(슬릿 방식)으로 격벽이 조립된 것을 특징으로 하는 LNG 저장 탱크 모듈.An LNG storage tank module, wherein the partition wall is assembled in a direction (slit method) horizontal to the H-shaped member with respect to the reinforcement-integrated LNG storage tank according to claim 4.
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