KR101197884B1

KR101197884B1 - 용접 구조물

Info

Publication number: KR101197884B1
Application number: KR1020100040033A
Authority: KR
Inventors: 안규백; 류강묵; 박준식
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2009-04-29
Filing date: 2010-04-29
Publication date: 2012-11-05
Also published as: KR20100118956A

Abstract

본 발명은 판재 특히, 복수의 극후물재 들을 용접한 용접 구조물을 제공한다.
상기 용접 구조물는 그 구성 일예로서, 단위 판재가 맞대기 용접되어 제공되는 판재;와, 단위 판재가 맞대기 용접되어 제공되고 상기 판재들 사이에 용접되는 중간 판재; 및, 상기 판재들 및 중간판재의 맞대기 용접부에 각각 제공되는 취성균열 전파 차단부를 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 취성균열이 판재들의 맞대기 용접부(용접선)를 따라 전파되는 것을 효과적으로 방지 가능하게 함은 물론, 특히 취성균열 전파 차단부를 용접된 판재들에 서로 인접하여 위치 배열함으로써, 복수의 판재들이 용접된 용접 구조물의 취성 균열에 의한 파단을 원천적으로 방지 가능하게 하여, 궁극적으로 구조물의 구조 강도 향상과 수명을 연장시키는 개선된 효과를 얻을 수 있다.

Description

용접 구조물{Weld Structure}

본 발명은 판재 특히, 복수의 극후물재 들을 용접한 용접 구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 취성균열의 전파를 차단 가능하게 함은 물론, 특히 취성균열 전파 차단부를 용접된 판재들에 서로 인접하도록 위치 배열함으로써, 복수의 판재들이 용접된 용접 구조물의 취성 균열에 의한 파단을 원천적으로 방지 가능하게 하고, 궁극적으로 구조물의 구조 강도 향상과 수명을 연장시킨 용접 구조물에 관한 것이다.

최근 들어, 강 구조물(구조체)이 대형화되고, 구조물의 제작(건조,제조)에 있어서 용접 시공을 종래에 비해 효율적으로 수행하기 위하여 용접 입열을 증가시킬 수 있는 대입열 용접을 실시하고 있지만, 이에 따라 용접 열영향부(HAZ)의 인성이 저하되는 문제가 빈번히 발생하고 있다.

한편, 이와 같은 용접 열영향부(HAZ)의 인성이 저하되는 문제를 해결하기 위한 강재를 개발하는 관련 기술이 일본 특허공개공보 평06-088161호 또는 일본 특허공개공보 소60-245768호 등에서 알려져 있다.

그러나, 상기 공개공보에서 개시되는 기술(발명)에서는, 취성균열의 발생에 대한 저항성이 향상되어 통상의 사용환경에서는 취성 파단이 발생할 가능성이 매우 낮지만, 피로환경에 노출되거나 지진, 구조물(구조체)간의 충돌 등 비상시의 상황에서는 취성균열이 쉽게 발생할 가능성이 있고, 이와 같은 경우에 취성균열이 용접부(용접선)를 따라 전파하면서 심한 경우 구조물의 파단이 발생되는 문제를 포함하고 있는 것이었다.

그런데, 두께가 25 mm 정도인 강판 예를 들어, TMCP(Thermo Mechanical Control Process) 강판의 경우에는 용접부를 따라 취성균열이 전파되더라도 용접부의 잔류 응력에 의하여 취성균열이 용접부에서 모재측으로 전파되기 때문에, 모재의 취성균열 정지 특성만 어느 정도 확보된다면 용접부에서 취성균열이 발생하여도 모재에서 취성균열을 정지시킬 수 있다고 알려져 왔다.

그러나, 강구조물(구조체)가 대형화됨에 따라 두께가 두꺼운 판재(강판) 즉, 두께가 50mm 이상의 극후물재인 경우에는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2005-296986호에 의하면, 용접부의 취성균열이 모재로 전파되지 않고 용접부 특히 맞대기 용접부(용접선)를 따라 쉽게 전파되어 최종적으로 대형 구조물(구조체)의 파단이나 구조물의 파괴를 발생할 수 있는 관련 사항을 개시하고 있다.

즉, 극후물재를 이용하여 제작되는 용접 구조물(구조체)에서, 용접 이음부(예컨대 맞대기 용접부)의 파괴 인성의 정도에 따라서, 설계 하중하에서 일단 취성균열이 발생하게 되면 취성균열을 정지시키는 것이 어렵게 되는데, 예를 들어 도 6에서와 같이, 맞대기 용접(butt 용접)된 판재(210)(모재)의 구조물(200)에서, 취성균열은 판재(210)로 전파되지 않고 맞대기 용접부(220)(용접선)를 따라 직진 전파하여서, 용접부의 완전 파단이 발생하게 되는 것이다.

한편, 이와 같은 극후물재의 용접 구조물에서의 취성균열 전파 차단의 불확실성에 따른 문제를 해소하기 위한 알려진 종래의 관련 기술이, 예를 들어 일본 공개특허공보 2005-296986호와 대한한국 공개특허공보 제2006-0085641호 등에서 개시되고 있는데, 용접부와 강판(골재)가 교차하는 영역의 일부를 가우징(gouging)에 의해 제거한 후, 파괴인성이 우수한 용접재료로 보수 용접을 실시하거나, 용접부 중간을 끊어서 임의의 홈가공을 수행한 후 고인성의 용접재료로 보수 용접을 실시하는 것에 관련된 것이다.

그러나, 이와 같은 경우 실질적으로 Ni계 용접재료를 많이 사용하기 때문에, 비용의 상승을 초래하는 문제가 있고, 실제 취성균열의 전파 차단성이 완전하게 확보되는 보장도 없었다.

특히, 상기 공개특허공보들에 개시된 구조물은 사실상 맞대기 용접된 단일 판에 적용되는 것으로 한정되는 것이다.

한편, 일본 특허공개공보 2005-111501호에서는 취성균열이 용접부를 따라 전파하는 것을 방지하기 위해 용접부와 직각방향으로 단순 보강재를 부착하는 방법을 개시하고 있기는 하나, 이 경우 역시 생산성의 저하와 추가 비용의 상승을 초래하기 때문에 바람직하지 않은 것이었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서 그 목적 측면은, 취성균열이 판재들의 맞대기 용접부(용접선)를 따라 전파되는 것을 효과적으로 방지 가능하게 함은 물론, 특히 취성균열 전파 차단부를 용접된 판재들에 서로 인접하거나 맞닿게 위치 배열함으로써, 복수의 판재들이 용접된 용접 구조물의 취성 균열에 의한 파단을 원천적으로 방지 가능하게 하여, 궁극적으로 구조물의 구조 강도 향상과 수명을 연장시킨 용접 구조물을 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 측면으로서 본 발명은, 단위 판재가 맞대기 용접되어 수직하게 제공된 상,하부 판재;
단위 판재가 맞대기 용접되어 제공되고 상기 상,하부 판재 사이에 수평하게 관통하여 용접되는 중간 판재; 및,
상기 상,하부 판재와 중간 판재의 맞대기 용접부에 서로 인접하거나 맞닿는 위치에 제공되는 상부 용접 보류부, 하부 용접 보류부 및 중간 용접 보류부로 구성된 취성균열 전파 차단부;
를 포함하여 구성되되,
상기 용접 보류부들은, 맞대기 용접부의 진행 방향 측의 폐단부와 상기 폐단부의 반대측의 개방부로 구성되고, 상기 개방부는 판재들의 맞대기 용접부의 폭 보다 길게 형성되며, 상기 용접 보류부들의 폐단부는 경사 직선부와 상기 경사 직선부 사이로 곡율을 갖는 만곡부로 형성되되, 상기 개방부는 상기 경사직선부 끝에서 직선으로 연결되는 용접 구조물을 제공한다.

삭제

이와 같은 본 발명의 용접 구조물에 의하면, 일차적으로 취성균열이 판재들의 맞대기 용접부를 따라 전파되는 것을 효과적으로 방지 가능하게 하는 효과를 제공한다.

특히, 본 발명은 취성균열 전파 차단부를 용접된 판재들에 서로 인접하거나 맞닿게 위치토록 하여 복수의 판재들이 용접된 용접 구조물의 파단을 방지시키어 구조물의 구조 강도 향상과 수명을 연장시키는 우수한 효과를 제공하는 것이다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 용접 구조물을 도시한 사시도이고,
도 2는 취성균열 전파 차단부를 갖는 본 발명의 용접 구조물을 도시한 사시도이며
도 3a 내지 도 3b는 도 2의 본 발명 용접 구조물에서 취성균열 전파 차단부를 기준으로 도시한 정면 구조도이며,
도 4a 내지 도 4b는 도 2의 본 발명 용접 구조물에서 취성균열 전파 차단부를 기준으로 도시한 측면 구조도이며,
도 5a 내지 도 5c는 본 발명 용접 구조물의 취성균열 전파 차단부를 갖는 상부 판재, 중간 판재 및 하부 판재를 도시한 요부 정면, 요부 평면 및 요부 정면도이고,
도 6은 통상적인 맞대기 용접된 판재(극후물재)의 취성균열 전파를 설명하기 위하여 도시한 개략도이다.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1에서는 본 발명에 적용되는 용접 구조물(1)를 도시하고 있고, 도 2 내지 도 5에서는 본 발명의 취성균열 전파 차단부를 포함하는 용접 구조물를 도시하고 있다.

즉, 도 1 및 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 용접 구조물(1)(구조체)은, 단위 판재(10)들이 맞대기 용접되어 제공되는 메인의 판재 예컨대, 수직한 상부 및 하부 판재(20)(30)와, 상기 상,하부 판재(20)(30)들 사이에 용접되되, 상기 상,하부 판재와 동일한 또는 다른 재질 또는 두께의 단위 판재(10')가 맞대기 용접되어 제공되는 중간 판재(40)를 기본적으로 포함한다.

예를 들어, 도 1a 및 도 1b에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 용접 구조물(1)에서, 상부 판재(20)와 하부 판재(30) 및 중간 판재(40)들은 2 이상의 단위 판재(10)(10')들을 연속적으로 맞대기 용접을 통하여 하나의 판재로 제공되는 것이다.

이때, 상기 중간 판재(40)를 구성하는 단위 판재는 10'의 도면부호로 표기하였지만, 실제로는 상,하부 판재(20)(30)의 단위 판재(10)와 동일한 규격의 판재를 이용하는 것도 용접 구조물의 규격에 따라 가능함은 물론이다.

더 구체적으로 본 실시예에서, 상기 단위 판재들 및, 이들이 맞대기 용접되어 구성되는 상,하부 판재(20)(30) 또는, 이들과 상기 중간 판재(40)는, 두께가 50mm 이상의 극후물재로 이루어지는 것이다.

예를 들어, 이와 같은 극후물재의 판재들은 앞에서 설명한 바와 같이, 취성균열의 전파를 차단하기 위하여는 다음에 설명하는 본 발명의 상기 취성균열 전파 차단부를 필요로 하는 것이다.

따라서, 본 발명의 용접 구조물(1)은, 도 1 및 도 2와 같이, 복수의 단위 판재(10)(10')들이 맞대기 용접된 상부 판재(20)와 하부 판재(30)의 가운데에 수평하게 상,하부 판재들을 관통하여(아래 위의 사이로) 중간 판재(40)가 용접되는 구조물일 수 있다. 즉, 옆에서 볼때 중간 판재가 돌출되는 T자형일 수 있다.

한편, 상기 단위 판재들을 맞대기 용접한 맞대기 용접부의 도면부호와, 상부 판재와 하부 판재 사이의 중간판재의 용접부 예를 들어, 필렛 용접한 용접부의 도면부호를 각각 50,50'로 구분하여 도면에서 표기하였다.

즉, 상부 판재와 중간 판재의 접면(중간판재의 상면)과 중간판재와 하부 판재의 접면(중간 판재의 저면)은 길이방향으로 일체로 필렛 용접하여 구조물을 제작한다.

도 1 및 도 2와 같이, 상기 상,하부 판재사이에 수평 용접되는 중간 판재(40)는 도면에서와 같이 일측이 돌출되고 반대측은 상,하부 판재의 끝부분에 맞추어 필렛 용접할 수 있다.

한편, 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 용접 구조물(1)는, 상기 판재(20)(30)(40)들의 맞대기 용접부(50)에 적어도 일부분이 걸쳐지는 상태로 도 6에서 설명한 바와 같은, 맞대기 용접부(50)(용접선)를 따라 발생하는 취성균열의 전파를 차단토록 제공되되, 특히 서로 인접하거나 맞닿는 위치에 배치되는 복수의 취성균열 전파 차단부를 포함할 수 있다.

예를 들어, 본 실시예에서 상기 취성균열 전파 차단부는, 더 구체적으로는 도 2 및 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 상,하부 판재(20)(30)와 중간판재(40)가 용접되는 서로 인접한 위치로, 판재들의 맞대기 용접부(50)에 걸쳐서 제공되는 상부 용접보류부(60), 하부 용접 보류부(70) 및 중간 용접 보류부(80) 중 적어도 상부 또는 하부 용접 보류부와, 중간 용접 보류부를 포함하는 것이다.

이때, 본 실시예에서 상기 용접 보류부는 맞대기 용접부(50)를 따라 전파되는 취성균열이 용접부를 따라서 직진 전파하는 것을 차단(정지)시키는 한편, 맞대기 용접부와는 별도의 '수작업 용접부위'를 의미한다. 즉, 용접 보류부는 취성균열 전파 차단부들인 것이다.

즉, 이와 같은 본 발명의 용접 보류부(60)(70)(80)들은, 판재 즉, 극후물재의 수직 맞대기(Butt) 용접시, 용접이 용이하지 않아 수직 버트 용접장치로 용접할 수 없고 수동으로 용접을 해야하는 부분을 의미하기도 한다.

이때, 바람직하게는 상기 상,하부 판재(20)(30)와 그 사이에 수평 용접되어 용접 구조물로 제작되는 중간 판재(40)의 맞대기 용접부(50)들은 동일 폭(도 5a 내지 도 5c의 'D')으로 형성하는 것이다. 물론, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.

이는, 상기 취성균열 전파 차단부인 상,하부 및 중간 용접 보류부(60) (70)(80)들은 취성균열이 전파되는 맞대기 용접부(50)에 위치되어야 하기 때문에, 용접 구조물에서 가능한 맞대기 용접부(50)의 폭(D)은 상,하부 판재와 중간 판재에서 동일하게 하는 것이다.

물론, 이에 반드시 한정되는 것은 아니고, 상,하부 판재측 맞대기 용접부(50)의 폭과 중간 판재(40)의 맞대기 용접부의 폭을 다르게 하는 것은 가능할 것이나, 적어도 상,하부 판재의 맞대기 용접부는 동일하게 하는 것이 바람직할 것이다.

이때, 도 3 및 도 5에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 용접 구조물(1)에서, 바람직하게는 판재의 규격과 맞대기 용접부 폭이 같은 상,하부 용접 보류부(60)(70)를 동일 크기로 형성시키고, 상기 상부 용접 보류부(60)와 하부 용접 보류부(70)에 인접하여 배치되는 중간 용접 보류부(80)는, 상기 상,하부 용접보류부 보다는 작게 형성시키는 것도 가능하다.

즉, 취성균열은 일단 수직 판재의 용접부(용접선)를 따라 직진 전파되기 때문에, 취성균열 전파가 더 쉽게 발생되기 쉬운 수직한 상,하부 판재에 판재 수직 방향으로 형성되는 상,하부 용접 보류부(60)(70)들을 수평한 중간판재(50)의 용접 보류부(80) 보다 더 크게 형성시키는 것이다.

따라서, 본 발명의 용접 구조물(1)의 경우에는, 도 2 내지 도 4와 같이, 상,하부 판재(20)(30)와 중간 판재(40)의 용접부위로 취성균열 전파 차단부의 상,하부 및 중간 용접 보류부(60)(70)(80)들이 서로 인접하게 배치되기 때문에, 용접 구조물에서 상부 또는 하부 판재에서 취성균열이 발생되어 전파되어도 최종적으로는 각각의 상부 및 하부 용접 보류부(60)(70)에서 그 직진 전파가 차단되고, 도 2와 같이 발생된 취성균열의 전파는 각각의 용접 보류부에서 판재측으로 유도되면서 용접된 구조물의 판재들의 취성균열에 의한 파단이 효과적으로 방지되는 것이다.

한편, 이와 같은 본 발명의 취성균열 전파 차단로 제공되는 상기 상,하부 용접 보류부(60)(70) 및 중간 용접 보류부(80)들은, 단위 판재들이 맞대기 용접되고, 상,하부 판재 사이에 중간 판재가 필렛 용접된 후, 용접부(50)(50')에 걸쳐서 가우징 또는 다른 기계 가공을 통하여, 도 3 및 도 4와 같이, 판재들은 일체로 관통하거나 또는, 판재 양측 표면에서 중심을 향하여 오목하게 가공되는 분할되는 형태로 가공되면, 다음의 실시예에서 구체적으로 설명하는 고인성 용접재료로 채워져 용접되는 것이다.

이때, 가장 바람직하게는, 도 5a 및, 도 5b에서 도시한 바와 같이, 상기 취성균열 전파 차단부를 구성하는 상,하부 및 중간 용접 보류부(60)(70)(80)들은, 맞대기 용접부(50)의 진행방향으로 형성되되 적어도 일부분은 만곡되어 취성균열 전파를 판재(극후물재) 측으로 유도하여 판재의 파단을 방지하는 폐단부(90)(90') 및, 상기 폐단부(90)(90')의 반대측으로 용접 보류부들의 인접하는 위치에 제공되는 개방부(100)(100')로 구성될 수 있다.

이때, 상기 용접 보류부들의 개방부는 도 2 및 도 3과 같이, 상,하부 판재(20)(30)와 중간 판재(40)에서 서로 인접하거나 맞닿는 위치에 있고, 상기 폐단부는 이와 같은 개방부 반대측으로 맞대기 용접부의 진행 방향 즉, 취성 균열이 용접 보류부로 전파되는 방향에 배치되도록 한다.

따라서, 도 2 및 도 5와 같이, 취성균열이 예를 들어 상부 판재(20)의 맞대기 용접부(50)를 따라 전파(도 2의 화살표 참조)되면, 상부 판재 하측의 상부 용접 보류부(60)의 폐단부(90)에 도달하는 경우, 만곡되어 취성균열의 직진 전파를 차단하는 상기 폐단부(90)에서 극후물재임에도 불구하고, 판재측으로 취성균열이 강제로 유도 전파되어 판재의 파단을 방지시키는 것이다.

예를 들어, 상기 직선 형태의 개방부(100)가 취성 균열 전파 방향으로 위치되지 않기 때문에, 용접 보류부의 폐단부(90)는, 취성균열의 직진전파를 더 이상 허용하지 않는 것이다.

이때, 도 5a 내지 도 5c에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 상,하부 및 중간 용접 보류부들의 폐단부(90)(90')는, 경사 직선부(92)(92')와 상기 경사직선부 사이로 곡율(R1)(R2)을 갖는 만곡부(94)(94')로 형성되고, 상기 개방부(100)(100')는 상기 경사직선부 끝에서 직선으로 연결되고, 따라서 본 발명의 용접보류부는 전체적으로 U자 형태로 형성되게 된다.

즉, 상기 만곡부는 용접 보류부의 중심에서 외측으로 곡율(R1)(R2)을 갖기 때문에, 취성균열의 직진전파가 차단되면서 판재 자체 측으로 유도 전달하여 맞대기 용접부(50)의 취성균열이 더 이상 이루어 지지 않게 하여 판재 파단을 방지시키는 것이다.

이때, 바람직하게는, 본 발명의 용접 보류부(60)(70)(80)들은 적어도 상기 개방부(100)(100')가 단위 판재들을 용접하는 맞대기 용접부(50)의 폭(D)보다는 더 길게 형성하여, 적어도 용접 보류부의 용접 부위가 맞대기 용접부 보다는 더 넓게 형성되도록 하는 것이다. 즉, 본 발명의 용접 보류부는 적어도 맞대기 용접부를 걸쳐서 형성되도록 하는 것이다.

또한, 도 2 및 도 5에서와 같이, 본 발명의 용접 구조물(1)에서 상기 중간 용접 보류부(80)의 폭(W2) 즉, 개방부(100')의 길이는, 상기 상,하부 용접 보류부의 폭 범위 내로 형성되도록 하여, 적어도 상,하부 용접 보류부 보다는 동일하거나 작게 형성시키고, 상기 중간 용접 보류부(80)의 길이(L2) 즉, 폐단부(90')의 길이는, 상기 중간 판재의 두께 범위 내로 형성되도록 하는 것이다.

이때, 도 5b의 도면부호 90',92',94'는 중간 판재에 형성되는 중간 용접 보류부의 폐단부, 폐단부의 경사 직선부 및 만곡부를 나타낸다.

그런데, 본 실시예에서, 동일한 크기로 형성되는 상기 상,하부 용접 보류부(60)(70)는, 바람직하게는 그 폭(W1) 즉, 개방부(100)의 길이를 85 mm ~ 200 mm로 형성시키고, 상기 상,하부 용접 보류부의 길이(L1) 즉, 폐단부(90)의 길이는 100mm ~ 300mm로 형성시키며, 상기 상,하부 용접 보류부의 곡율(R1)은 상기 폭(W1)+5mm ~ 폭(W1)+10mm이 되도록 하는 것이고, 상기 상,하부 용접 보류부(60)(70)의 외연방향 각도(Θ)는, 5°~ 10°의 범위로 한정하는 것이 바람직하다.

이와 같은 상,하부 용접 보류부(60)(70)들의 규격 조건은 판재가 두께 50mm의 극후물재를 바탕으로 한 것으로서, 취성균열의 직진 전파를 방지시킬 수 있는 조건들이다. 바람직하게는 이와 같은 용접 보류부의 조건들을 적정하게 조합하여 최적의 취성 균열 전파 차단성을 구현하도록 하는 것이다.

이때, 도 3a 내지 도 3c에서와 같이, 상기 상,하부 용접 보류부(60)(70)(80)들의 외연방향 각도(Θ)는, 5°~ 10°의 범위로 한정하는 것이 바람직한데, 상기 각도(Θ)가 5°미만인 경우에는 용접 보류부가 맞대기 용접부와 거의 같은 선상으로 용접되어 맞대기 용접부(50)에 응력 집중이 발생되기 쉽고, 10°를 초과하는 경우에는 각도가 너무 크게 되어, 용접 보류부의 폐단부(90)의 폭이 좁아져 맞대기 용접부(50)의 폭(D) 범위 내로 한정되면서 용접 보류부의 외곽에서 맞대기 용접부를 통한 취성균열의 전파가 발생될 우려가 있다.

따라서, 응력집중과 균열정지의 효과를 극대화하기 위하여는 적어도 상,부 및 중간 용접 보류부의 외연방향 각도(Θ)는 5° ~ 10°로 한정하는 것이 바람직하다.

또한, 도 3a 내지 도 3c에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 용접 보류부(60)(70)(80)들의 폐단부(90)(90')를 구성하는 만곡부(94)(94')의 곡률(R1)(R2)은 폭(W1,W2)+5mm ~ 폭(W1,W2)+10mm의 범위로 한정하는 것이 바람직하다.

즉, 이와 같은 곡률은, 폭(W1)(W2)의 값을 기준으로 하여서 맞대기 용접부(50)의 영역 내로, 적어도 폐단부 만곡부가 들어가지 않도록 설정하는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 곡률이 상기 조건을 벗어나면 만곡정도가 너무 작거나 커서 적어도 만곡부가 맞대기 용접부(50)의 범위내로 한정되거나 거의 수평하게 되어 취성균열의 전파를 만곡되어서 판재 측으로 유도하는 폐단부의 기능을 기대할 수 없게 된다.

한편, 상,하부 용접부(60)(70)의 폐단부(90)의 길이(L1)는 100mm ~ 300mm의 범위로 한정하는 것이 바람직한데, 예를 들어 상기 길이(L1)이 300mm를 초과하는 경우 용접량이 증가하여 공수가 많이 필요하게 되는 것은 물론, 제작 비용도 증대시킬 것이고, 반대로 100mm 미만인 경우에는 용접 보류부 자체가 약해서 실질적인 취성균열 전파 방지의 구현이 미흡하게 된다.

더하여, 상, 하부 용접 보류부(60)(70)의 폭(W1) 즉 개방부의 길이는 85mm ~ 200mm의 범위로 한정하는 것이 바람직한데, 이는 취성균열의 전파를 효과적으로 차단하기 위하여는 용접 보류부의 적어도 일부분은 맞대기 용접부(50)의 폭(D) 보다는 커야 하는 것이 바람직하고, 예를 들어 통상 두께 80mm를 기준으로 FCAW의 용접법을 사용하는 경우 맞대기 용접부 비드폭이 70mm 전후로 형성되므로 용접부 보다 큰 85mm를 최소 폭으로 하고, 폭이 커지게 되면 곡률(R1)(R2)값도 같이 커지므로 200mm 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 즉, 폭이 과도하게 커지면 폐단부 만곡부의 곡율이 없는 수평하게 평탄한 형상이 된다.

더하여, 도 3a,c 및 도 3b에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 용접 구조물(1)에서 상기 중간 용접 보류부(80)의 폭(W2)(개방부(100')의 길이)은, 상기 상,하부 용접 보류부의 폭(W1) 보다는 적게 하되, 맞대기 용접부(50)의 폭(D) 보다는 크게 하는 것이 바람직하다.

따라서, 중간 용접 보류부(80)의 폭(W2)은, 상,하부 용접 보류부(60)(70)의 폭(W1)인 85mm ~ 200mm 보다는 작은 65mm ~ 180mm 정도가 바람직할 것이다.

그리고, 상기 중간 용접 보류부(80)의 길이(L2)(폐단부 길이)는, 상기 중간 판재(40)의 두께 범위 내로 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 중간 용접 보류부(80)의 길이(L2)가 중간 판재(40)의 두께 보다 크면, 과도하게 용접 보류부의 크기가 커서 가우징 등을 통한 홈 가공시 가공 비용이나 시간이 많이 소요되게 할 것이다.

이때, 도 3a,3b 및 도 4a,4b에서 알 수 있듯이, 본 발명의 용접 구조물(1)에서, 취성균열 전파 차단부인 상부 용접 보류부(60)와 하부 용접 보류부(70)는, 중간 용접 보류부(80)가 중간판재를 관통하든 양측에 분할 형성되든지 일체로 접하는 위치로 되기 때문에, 취성 균열 전파의 차단성이 우수한 것임을 알 수 있다.

더하여, 용접 보류부의 폐단부(90)(90')와 개방부(100)(100')가 맞대기 용접부 진행방향에 대응하여 서로 적절한 위치로 배열되기 때문에, 취성균열의 전파가 적어도 용접 보류부에서는 더 확실하게 차단되도록 하는 것이다.

이때, 도 3,4에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 용접 구조물(1)에 구비되는 상,하부 용접 보류부(60)(70) 및 중간 용접 보류부(80)들은, 앞에서 설명한 크기를 바탕으로 판재 즉, 극후물재를 관통하여 일체로 형성될 수 있고, 또는 판재 양측 표면에서 중심으로 부분적으로 가공되어 용접 처리되는 것도 가능하다.

물론, 바람직하게는 도 3a 및 도 4b와 같이, 용접 보류부를 판재를 관통하여 형성시키는 것이, 구조물 강도 유지나 취성균열 전파의 효과적인 차단면에서 바람직할 것이다.

다음, 구체적인 실시예를 설명하기 전에, 지금까지 설명한 본 발명의 용접 구조물(1)의 제작단계를 정리하면, 먼저 두께가 50mm 정도인 극후물재의 단위 판재(10)(10')들을 맞대기 용접하여 상,하부 및 중간 판재(20)(30)(40)들을 제작하고, 수직한 상,하부 판재 사이에 수평하게 (관통하여) 중간 판재를 양측에서 맞닿는 부분을 용접 예를 들어, 필렛 용접하는 단계가 수행된다.

다음, 상기 판재들의 맞대기 용접부(50)에 걸쳐서, 취성균열 전파를 차단토록 서로 인접하도록 바람직하게는 서로 접하는 위치의 취성균열 전파 차단부를 가우징 또는 기계 가공후 용접재료를 이용하여 형성시킨다.

이때, 앞에서 설명한 바와 같이, 상기 취성균열 전파 차단부는, 상기 상,하부 판재(20)(30)와 중간판재(40)가 용접되는 서로 인접한 위치 즉, 바람직하게는 도 3 및 도 4와 같이, 서로 접하는 상태로 제공되는 상,하부 및 중간 용접 보류부(60)(70)(80)로 제공한다.

즉, 판재들의 맞대기 용접부(50)에 걸쳐서 가우징 또는 기계 가공된 가공부위에 고 인성 용접재료 즉, 맞대기 용접부(50)의 용접재료 보다 고 인성의 용접재료를 사용하는 것이 바람직하다.(다음의 표 4 참조)

이때, 앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 용접 구조물은, 상,하부 용접 보류부(60)(70)를 동일 크기로 형성하고, 상기 중간 용접 보류부(80)는 상기 상,하부 용접 보류부 보다는 작게 형성하며,상기 용접 보류부들은 판재를 관통하거나 판재 양측으로 분할 형성되는 것이다.

한편, 이와 같은 본 발명의 상,하부 용접 보류부(60)(70)와 중간 용접 보류부(80)를, 앞에서 설명한 바와 같이, 단위 판재들이 맞대기 용접되는 맞대기 용접부(50)를 앞에서 설명한 바람직한 규격을 기반으로, 가우징 또는 기계가공 후 재용접하는 방법으로는, EGW(Electro gas welding) 또는 FCAW(Flux core arc welding)을 사용할 수 있다,

이때, 용접재료는 충격 인성값은 예를 들어 -60℃에서 70J 이상인 용접재료가 바람직한데, 이와 같은 용접재료를 사용하는 경우 용접부에서 발생되는 취성균열의 전파를 효과적으로 차단시키는 것으로 알려져 있다.

다만, 바람직하게는 맞대기 용접재료보다 용접 보류부의 경우 인성이 우수한 용접재료를 사용하면, 취성균열 전파를 더욱 효과적으로 정지시킬 수 있다.

또한, 종래와는 다르게 일정 수준의 Ni을 포함하고 저온에서의 충격인성을 갖는 용접재료라면 취성균열의 정지에 더욱더 확실한 효과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다.

(실시예)

본 실시예에서는 수직방향의 맞대기(Butt) 용접시 판재 맞대기 용접부(50)(단위 판재 이음부)에서 발생하는 취성균열의 전파를 차단하기 위한 취성균열 전파 차단부 즉, 용접 보류부에 대한 구체적인 실험을 통하여 취성균열 전파의 정지 효과를 확인하기 위하여 실시한 것이다.

본 실시예에서, 단위 판재(10)(10')들을 용접하는 용접부(50)의 길이 방향으로 직진하여 전파되는 취성균열을 정지시킬 수 있는지를 평가하기 위하여, 판재 즉, 극후물재를 다음의 표1에 기재된 판재의 강종 1 내지 3을 기반으로 하되, 판재 두께(표 2 참조)×1200mm×1200mm의 강판 즉, 극후물재들을 사용하였으며, 본 실시예의 상,하부 판재와 중간 판재(상부판, 하부판 및, 중간판)에 지금까지 설명한 판재 두께방향으로 관통 형성된 U자형의 취성균열 전파 차단부 즉, 상,하부 및 중간 용접 보류부(60)(70)(80)를 가공하였다.

구분	C	Si	Mn	P	S	Ni	Ti
강종 1	0.05	0.14	1.54	0.008	0.003	0.2	0.016
강종 2	0.086	0.308	1.54	0.008	0.0016	0.01	0.015
강종 3	0.06	0.15	1.6	0.008	0.003	0.35	0.015

다음, 아래의 표 2에서는, 용접 보류부의 가공법, 용접법 및 용접 보류부의 구체적인 규격 등을 나타내었다. 특히 표 2에서는, 전파된 취성균열이 용접보류부에 도달 후 취성균열의 정지 여부를 평가한 결과를 나타내었다.

구분	맞대기 용접부				용접 보류부(상,하부 용접 보류부)의 형상, 용접법 및 용접재료						균열 정지 여부
구분	강종	두께	용접법	용접재료	용접 보류부 가공법	폭 (W1)	길이 (L1)	곡률 (R1)	용접법	용접재료	균열 정지 여부
발명예1	강종1	50	EGW	DWS-43G	가우징	85	100	90	FCAW	DW-55LSR	용접보류부정지
발명예2	강종1	50	EGW+ FCAW	DWS-43G DW-55L	가우징	85	100	90	FCAW	DSⅡ81K2	용접보류부정지
발명예3	강종1	80	EGW	DSW55GTR DSW55GTF	가우징	110	150	115	FCAW	SF-36E	용접보류부정지
발명예4	강종1	80	FCAW	DW-55LSR	가우징	130	150	135	FCAW	DW-55LSR	용접보류부정지
발명예5	강종1	80	EGW+ FCAW	DSW55GTR DSW55GTF DW-55L	가우징	110	150	115	FCAW	K-81TSR	용접보류부정지
발명예6	강종2	50	EGW	K-EG2	가우징	100	100	110	FCAW	DW-55LSR	용접보류부정지
발명예7	강종2	50	EGW+ FCAW	DWS-KG DWS55L	가우징	90	100	95	FCAW	K-81TSR	용접보류부정지
발명예8	강종2	80	EGW	DSW55GTR DSW55GTF	가우징	110	150	115	FCAW	DSⅡ81K2	용접보류부정지
발명예9	강종2	80	FCAW	DW-55LSR	가우징	130	150	135	FCAW	DW-55LSR	용접보류부정지
발명예 10	상동2	80	EGW+ FCAW	DSW55GTR DSW55GTF	가우징	110	150	115	FCAW	SF-36E	용접보류부정지
발명예 11	강종3	50	EGW	DWS-60G	가우징	85	100	90	FCAW	SF-36E	용접보류부정지
발명예 12	강종3	50	FCAW+ FCAW	EG3 SF-36E	가우징	90	100	115	FCAW	DW-55LSR	용접보류부정지
발명예 13	강종3	80	EGW	DSW55GTR DSW55GTF	가우징	110	150	115	FCAW	K-81TSR	용접보류부정지
발명예 14	강종3	80	FCAW	SF-36E	가우징	160	200	165	FCAW	DSⅡ81K2LH	용접보류부정지
발명예 15	강종3	80	EGW	K-EG3 K-81TSR	가우징	130	200	135	FCAW	K-81TSR	용접보류부정지
비교예1	강종1	80	EGW	DSW55GTR DSW55GTF	가우징	45	50	45	FCAW	DSⅡ81K2LH	취성균열 직진전파
비교예2	강종2	50	FCAW	SF-36E	가우징	45	50	40	FCAW	SF-36E	취성균열 직진전파
비교예3	강종2	80	FCAW	DW-55L	형상변화 없음	-	-	-	FCAW	DW-55LSR	취성균열 직진전파
비교예4	강종3	80	FCAW+ EGW	DSW55GTR DSW55GTF SF-36E	형상변화 없음	-	-	-	FCAW	SF-36E	취성균열 직진전파

(이하, 표 2 내지 4에서 EGW는 전자 가스 용접(Electro gas welding)을 나타내고, FCAW는 플럭스 코어 아크 용접(Flux core arc welding)을 나타낸다)

그리고, 맞대기 용접에 사용한 용접법 및 용접재료의 화학성분을 다음의 표3에 나타내었다.

용접법	용접재료	C	Si	Mn	P	S	Ni	Ti
EGW	DWS-43G	0.08	0.35	1.63	0.014	0.010	0.02	0.02
EGW	DSW-LSR	0.05	0.25	1.60	0.009	0.007	1.40	0.05
EGW	DWS-60G	0.08	0.32	1.67	0.010	0.008	0.81	0.03
EGW	DWS-50GTF	0.04	0.42	1.77	0.010	0.009	1.62	0.02
EGW	DWS-50GTR	0.06	0.51	1.71	0.010	0.008	1.71	0.02
EGW	K-EG2	0.04	0.33	1.69	0.013	0.012	-	0.02
EGW	K-EG3	0.04	0.34	1.72	0.013	0.012	1.6	0.02
EGW	EG-3	0.08	0.29	1.852	0.011	0.008	0.76	0.02
FCAW	DSⅡ81K2LH	0.025	0.31	1.25	0.011	0.008	1.55	0.05
FCAW	K-81TSR	0.028	0.3	1.18	0.010	0.010	1.59	0.04
FCAW	SF-36E	0.04	0.37	1.33	0.014	0.006	1.53	0.03
FCAW	DW-55LSR	0.05	0.33	1.32	0.009	0.008	0.90	0.03
FCAW	DW-62L	0.06	0.29	1.23	0.007	0.008	2.5	0.03

더하여, 가공된 용접 보류부에 사용한 용접법 및 용접재료의 구체적인 성분을 하기 표4에 나타내었다.

용접법	용접재료	C	Si	Mn	P	S	Ni	Ti
FCAW	DSⅡ81K2LH	0.025	0.31	1.25	0.011	0.008	1.55	0.05
FCAW	K-81TSR	0.028	0.3	1.18	0.010	0.010	1.59	0.04
FCAW	SF-36E	0.04	0.37	1.33	0.014	0.006	1.53	0.03
FCAW	DW-55LSR	0.05	0.33	1.32	0.009	0.008	0.90	0.03
FCAW	DW-62L	0.06	0.29	1.23	0.007	0.008	2.5	0.03

한편, 도면에서는 구체적으로 도시하지 않았지만, 용접 구조물 즉, 시험편 단부로부터 150mm의 위치에 쐐기를 삽입하여 취성균열을 발생시키기 위한 V자의 노치 가공을 버트 용접부(FCAW 또는 EGW+FCAW)(50)의 용융선(Fusion Line)에 일치하도록 가공하여, 시험편의 노치 선단을 -80℃의 저온으로 냉각하고 약 150mm 구간에서 온도 구배가 생기도록 하였다.

그 이외의 구간에서는 -10℃를 유지하도록 하고 설계 응력을 부가 한 후, V자 노치 부분에 쐐기를 박아 취성균열을 발생시키고, 맞대기 용접부의 용융선(Fusion Line)을 따라 취성 균열을 전파시켰다.

전파된 취성균열이 용접보류부에 도달 후 취성균열의 정지 여부를 평가하여 상기 시험 결과를 위의 표2에 나타내었다.

즉, 상기 표 2에서, 균열의 정지 위치가 용접 보류부로 나타난 것은 용접보류부를 용접한 영역 내에서 균열이 정지하는 것을 의미한다.

따라서, 본 발명의 경우 표 2와 같이 발명예 1 내지 15는 맞대기 용접부(15)(용접선)을 따라 취성균열의 직진 전파가 용접 보류부 영역에서 정지하는 것을 확인할 수 있었다.

반면에, 표 2에서 비교예 1 및 2는 상,하부 판재 용접부의 폭, 길이 및 곡률이 본 발명에서 한정한 범위에 해당하지 아니하고, 비교예3 및 4는 용접 보류부의 형상을 구비하지 않은 경우로서, 취성균열의 전파가 정지되지 못하고 취성 균열이 직진 전파됨을 알 수 있었다.

본 발명은 지금까지 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한 도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

1.... 본 발명의 용접 구조물
10,10'.... 단위 판재
20,30,40.... 상,하부 및 중간 판재
50.... 맞대기 용접부
60,70,80.... 취성균열 전파 차단부의 상,하부 및 중간 용접 보류부
90,90'.... 단위 용접 보류부의 폐단부
100,100'.... 단위 용접 보류부의 개방부

Claims

단위 판재가 맞대기 용접되어 수직하게 제공된 상,하부 판재(20)(30);
단위 판재가 맞대기 용접되어 제공되고 상기 상,하부 판재 사이에 수평하게 관통하여 용접되는 중간 판재(40); 및,
상기 상,하부 판재와 중간 판재의 맞대기 용접부에 서로 인접하거나 맞닿는 위치에 제공되는 상부 용접 보류부(60), 하부 용접 보류부(70) 및 중간 용접 보류부(80)로 구성된 취성균열 전파 차단부;
를 포함하여 구성되되,
상기 용접 보류부들은, 맞대기 용접부의 진행 방향 측의 폐단부(90)(90')와 상기 폐단부의 반대측의 개방부(100)(100')로 구성되고, 상기 개방부는 판재들의 맞대기 용접부의 폭 보다 길게 형성되며, 상기 용접 보류부들의 폐단부는 경사 직선부(92)(92')와 상기 경사 직선부 사이로 곡율(R1)(R2)을 갖는 만곡부(94)(94')로 형성되되, 상기 개방부는 상기 경사직선부 끝에서 직선으로 연결되는 용접 구조물.
삭제
제1항에 있어서,
상기 상,하부 용접 보류부(60)(70)와 중간 용접 보류부(80)는 상,하부 판재와 중간 판재의 두께 범위 내로 형성되고, 상기 상,하부 용접 보류부는 동일 크기로 형성되며, 상기 상,하부 용접 보류부 사이에 배치되는 중간 용접 보류부는 상기 상,하부 용접 보류부 보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 용접 구조물.
삭제
제1항에 있어서,
적어도 상기 상,하부 판재(20)(30)는 두께 50 mm 이상의 극후물재로 형성되는 것을 특징으로 하는 용접 구조물.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 상,하부 용접 보류부(60)(70)는, 아래의 조건 중 적어도 하나를 만족하고,
a. 상기 상,하부 용접 보류부의 폭(W1)은 85 mm ~ 200 mm.
b. 상기 상,하부 용접 보류부의 길이(L1)는 100mm ~ 300mm.
c. 상기 상,하부 용접 보류부의 곡율(R1)은 상기 폭(W1)+5mm~폭(W1)+10mm.
d. 상기 상,하부 용접 보류부의 외연 각도(Θ)는 5 °~ 10°
상기 중간 용접 보류부(80)의 폭(W2)은, 상기 상,하부 용접 보류부의 폭(W1) 범위 내로 형성되고, 상기 중간 용접 보류부(80)의 길이(L2)는, 중간 판재(40)의 두께 범위 내로 형성되는 것을 특징으로 하는 용접 구조물.