KR101257193B1 - 후판재 용접부 내 균열성 평가 방법 - Google Patents

후판재 용접부 내 균열성 평가 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 판재 용접부 내 균열성 평가 방법을 제공한다. 상기 판재 용접부 내 균열성 평가 방법은 후판재를 수평 부재와, 수직 부재로 가공하여 준비하는 시편 준비 단계와; 상기 수평 부재의 상단면에 상기 수직 부재를 세워 배치하는 시편 배치 단계와; 상기 수평 부재와 상기 수직 부재가 만나는 일측 필렛부에 구속용접을 실시하는 구속 용접 단계와; 상기 수평 부재와 상기 수직 부재가 만나는 타측 필렛부를 각장 10mm 이하가 되도록 시험용접을 실시하여 시험 용접부를 형성하는 시험 용접 단계; 및 상온에서 방치한 후 시험 용접부의 표면 균열 여부에 따라, 상기 시편의 다수 위치에서의 단면을 통하여 루트 균열을 검사하는 용접부 평가 단계를 포함한다.

Description

후판재 용접부 내 균열성 평가 방법{CRACK TESTING METHOD FOR THICK PLATE WELDING ZONE}
본 발명은 후판재 용접부 내 균열성 평가 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실제 용접 조건과 유사한 용접 조건에서 후판재와 용접 재료 간의 용접부 내균열성을 미리 평가하여, 실제 현장에서 신속하게 용접부 내 균열성을 평가할 수 있는 후판재 용접부 내 균열성 평가 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 컨테이너선의 대형화가 급격하게 진행됨에 따라 컨테이너선의 해치 코밍(Hatch coaming)이나 상부 데크 플레이트(Upper deck plate)와 같은 상부 구조에는 부하 응력에 대응하기 위하여 강재의 후판 적용이 불가피하여, 극후판의 사용량이 증가하는 추세이다.
극후판이란 두께 40mm 이상의 판재를 의미한다.
극후판은 일반 강판과는 다른 특성을 나타내고 있어서, 극후판의 용접성을 평가할 수 있는 표준화된 방법이 필요하다.
본 발명의 목적은 실제 용접 조건과 유사한 용접 조건에서 후판재와 용접 재료 간의 용접부 내균열성을 미리 평가하여, 실제 현장에서 신속하게 용접부 내균열성을 평가할 수 있는 후판재 용접부 내균열성 평가 방법을 제공함에 있다.
본 발명은 후판재를 수평 부재와, 수직 부재로 가공하여 준비하는 시편 준비 단계와, 상기 수평 부재의 상단면에 상기 수직 부재를 세워 배치하는 시편 배치 단계와, 상기 수평 부재와 상기 수직 부재가 만나는 일측 필렛부에 구속용접을 실시하는 구속 용접 단계와, 상기 수평 부재와 상기 수직 부재가 만나는 타측 필렛부를 각장 10mm 이하가 되도록 시험용접을 실시하여 시험 용접부를 형성하는 시험 용접 단계와, 상온에서 방치한 후 시험 용접부의 표면 균열 여부에 따라, 상기 시편의 다수 위치에서의 단면을 통하여 루트 균열을 검사하는 용접부 평가 단계를 포함한다.
여기서, 상기 수평 부재와 상기 수직 부재를 서로 동일 재질로 사용하고, 두께를 서로 동일하게 가공하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 수직 부재의 하단 일측에서 타단을 따라 일정 각도로 상향 경사도록 절개하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 시험 용접부는, 상기 구속 용접이 완료된 후 12시간 후에 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 용접부 평가 단계는, 상기 시험 용접부의 표면 균열을 검사하는 표면 균열 검사 단계와, 상기 표면 균열 발생 여부에 따라, 상기 시험 용접부가 형성된 시편을 일정 간격으로 절개하여, 상기 절개된 단면에 해당되는 시험 용접부의 루트 균열 발생을 검사하는 루트 균열 검사 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 표면 균열 검사 단계는, 상기 시험 용접부 표면을 세척하고, 상기 세척된 시험 용접부 표면에 유색의 침투액을 도포하고, 상기 도포된 유색의 침투액을 제거한 후, 백색의 현상액을 도포한 후 침투액이 스며 올아오는 것을 관찰하여 상기 표면 균열을 검사하고, 상기 표면 균열 발생 시, 표면 균열 발생 빈도와 표면 균열 발생 길이를 측정하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 루트 균열 검사 단계는, 상기 표면 균열이 발생되지 않았을 경우, 상기 시험 용접부의 양단에서 50mm 이상을 제외한 시험 용접부의 길이를 기준으로, 상시 시편을 5위치에서 일정 간격으로 절개하여 5단면을 형성하고, 상기 각 단면에 해당되는 시험 용접부에서의 루트 균열 발생 유무를 검사하고, 상기 루트 균열이 발생되는 경우, 상기 각 단면에 해당되는 시험 용접부의 비커스 경도를 측정하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 루트 균열의 전체 길이가 상기 시험 용접부의 시험 비드 각장의 5% 보다 큰 경우, 상기 루트 균열 발생으로 판단하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 비커스 경도 측정은 모재 영역에서 3포인트 이상, 용접 열영향 부에서 10포인트 이상 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 용접 열 영향 부의 10포인트 이상은, 상기 용접 열 영향 부의 결정립 조립역에서 측정하는 것이 바람직하다.
본 발명은 실제 용접 조건과 유사한 용접 조건에서 후판재와 용접 재료 간의 용접부 내균열성을 미리 평가하여, 실제 현장에서 신속하게 용접부 내균열성을 평가할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 실제 부재에서 발생하는 용접 균열 여부를 미리 확인할 수 있기 때문에, 실제 선박 제작 시에 용접부 균열 발상을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 용접부 균열 발생시에 추가적으로 소요되는 용접 리페어(Repait) 공정을 감소시킬 수 있기 때문에, 작업 시간을 단축하고 생산성을 향상시키는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 후판재 용접부 내 균열성 평가 방법을 보여주는 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따르는 수평 부재와 수직 부재로 이루어진 시편을 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 시편의 측부를 보여주는 측면도이다.
도 4는 액상 침투 탐상 검사의 일 예를 보여주는 도면들이다.
도 5는 도 2의 시편에 5단면 절개 위치를 보여주는 사시도이다.
도 6은 도 5의 시편에 5단면 절개 위치를 보여주는 정면도이다.
도 7은 루트 균열 발생율 산출 과정을 보여주는 도면이다.
도 8은 용접 열영향부의 단면 구조를 나타낸 개념도,
도 9는 시험 용접부의 단면 중 비커스 경도 측정 지점을 예시적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 후판재 용접부 내 균열성 평가 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 후판재 용접부 내 균열성 평가 방법을 공정 순서를 보여준다.
도 1을 참조 하면, 본 발명의 후판재 용접부 내 균열성 평가 방법은 시편 준비 단계(S10) → 시편 배치 단계(S20) → 구속 용접 단계(S30) → 시험 용접 단계(S40) → 용접부 평가 단계(S50)를 거친다.
이하, 상기 각 공정 단계를 설명한다.
상기 시편 준비 단계(S10)를 설명한다.
상기 시편 준비 단계(S10)는 정해진 규격으로 후판재를 절단하는 것으로, 가능한 추가 가공이나 절삭 없이 절단 만으로 시편을 제작할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 2는 수평 부재와 수직 부재로 구성되는 시편을 보여준다.
수평 부재(100)와 수직 부재(200)를 준비한다.
상기 수평 부재(100)와 수직 부재(200)는 동일 재질의 강재를 사용한다.
상기 수평 부재(100)와 수직 부재(200)를 서로 동일 두께로 형성되도록 절단 가공한다. 상기 두께는 150mm 이상인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 수평 부재(100)의 가로와 세로 길이 각각은 400mm 이상, 250mm 이상으로 기공되는 것이 바람직하다.
도 3은 도 2의 시편의 측부를 보여준다.
도 3을 참조 하면, 상기 수직 부재(200)의 하단을 일측으로부터 타측을 따라 경사지도록 모따기를 수행한다. 따라서, 상기 수직 부재(200)의 하단에는 상향 경사지는 경사면(210)이 형성된다.
상기 경사면(210)의 각도(θ)는 수직 부재(200)의 하단면 기준으로 5도 이하를 이루는 것이 좋다.
여기서, 상기 모따기를 1mm 이상을 이루도록 한다. 이는 모따기를 1mm 이하로 형성하는 경우에 시험 용접부(300) 형성 후 응력이 집중되는 효과를 기대할 수 없기 때문이다.
상기 시편 배치 단계(S20)를 설명한다.
도 3을 참조 하면, 상기와 같이 가공되는 수직 부재(200)를 수평 부재(100)의 상단 중앙부에 세워 배치한다. 여기서, 상기 수평 부재(100)와 상기 수직 부재(200)는 서로 직교되는 것이 좋다.
그리고, 상기 수직 부재(200)의 하단과 수평 부재(100)의 상면의 사이에는 일정의 갭(G)이 형성된다. 상기 갭(G)은 2mm 이하를 형성하는 것이 좋다.
상기 구속 용접 단계(S30)를 설명한다.
도 2 및 도 3을 참조 하면, 상기 수평 부재(100)와 수직 부재(200)가 만나는 일측 필렛부에 구속 용접을 실시한다.
여기서, 수평 부재(100)와 수직 부재(200)가 만나는 일측 모서리를 5패스 3층으로 구속용접을 실시하여 구속 용접부(400)를 형성한다.
구속 용접부(400)는 수평 부재(100)와 수직 부재(200)를 견고하게 고정하는 역할을 수행한다.
따라서, 상기 수직 부재(200)는 수평 부재(100)의 상단에서 2mm 이하의 갭(G)을 형성하는 상태로 세워져 고정될 수 있다.
상기 시험 용접 단계(S40)를 설명한다.
상기 시험 용접은 상기 구속 용접 후 12시간 이후에 실시한다.
즉, 구속 용접부(400)가 식은 후 타측 필렛부에 각장 10mm 이하로 시험용접을 실시하여 시험 용접부(300)를 형성한다. 상기 시험 용접부(300)는 시험 용접 비드로 이루어진다.
여기서, 각장은 시험 용접 비드가 수평부재(10)를 덮고 있는 길이와 시험용접비드가 수직부재(20)를 덮고 있는 길이의 평균값이다.
상기 시험 용접부(300)가 형성된 부분에는 수직 부재(200) 하단에 형성된 경사면(210)과 갭(G)으로 인하여 일정 이상의 많은 응력이 집중된다. 따라서, 시험 용접부(300)를 더 가혹한 조건에서 평가할 수 있다.
상기 용접부 평가 단계(S50)를 설명한다.
상기 용접부 평가 단계(S50)는 표면 균열 검사 단계와, 용접부 평가 단계를 포함한다.
상기 표면 균열 검사 단계는, 시험 용접부(300) 형성 후 48시간 후에 시험 용접부(300)의 표면 균열(또는, 횡균열)이 발생되는지의 유무를 육안으로 확인한다.
여기서, 본 발명에서는 상기 표면 균열 발생 유무를 액상 침투 탐상 검사를 수행할 수도 있다.
도 4는 침투액과 현상액을 이용한 균열발생 평가방법의 과정을 보여준다.
먼저, 시험 용접부(300)를 세척하여 표면을 매끄럽게 한다.
다음으로, 도 4의 '가'를 참조 하면 세척된 시험 용접부(300)의 표면에 유색(적색)의 침투액(10)을 분사하여 침투액(10)이 미세 균열(P)에 침투할 수 있도록 한다.
도 4의 '가'는 시험 용접부(300)에 침투액(10)이 도포되어 미세 균열(P) 내부에 침투된 상태를 보여준다.
다음으로, 도 4의 '나'를 참조 하면, 시험 용접부(300) 표면에 도포된 침투액(10)을 제거한다.
도 4의 '나'는 시험 용접부(300) 표면의 침투액(10)이 닦여져 제거된 상태를 나타낸 것으로, 결함인 균열(P)의 내부에는 침투액(P)이 잔류된다.
다음으로, 도 4의 '다'를 참조 하면, 시험 용접부(300)의 표면에 백색의 현상액(20)을 균일하게 도포하고, 관찰한다.
도 4의 '다'는 시험 용접부(300) 표면에 백색의 현상액(20)이 도포된 상태를 보여준다.
현상액(20)을 도포하면, 결함이 발생된 균열(P)에 잔류하는 적색의 침투액(10)은 백색의 현상액(20)에 의하여 시험 용접부(300) 표면 위로 스며 올라온다.
따라서, 결함이 발생된 균열(P)이 적색으로 표시됨으로써, 균열 부위를 육안으로 용이하게 구별할 수 있다.
여기서, 표면 균열 검사 단계에서, 상기와 같은 방법으로 균열이 발생되는 것이 확인되면, 표면 균열 발생 빈도 수와, 균열 발생 길이를 측정한다.
만일, 상기 표면 균열이 발생되지 않는 경우, 루트 균열 검사 단계를 거친다.
도 5와 도 6은 시편에서 5개의 단면(S)이 형성되는 것을 보여준다.
도 5 및 도 6을 참조 하면, 시험 용접부(300)의 양단에서 50mm를 제외한 나머지 길이를 설정한다.
그리고, 상기 시험 용접부(300)의 나머지 길이에서 일정 간격을 이루는 5위치를 설정한다.
상기 5위치에서 시편을 수직으로 절개한다.
따라서, 5개의 시편에 대한 단면들(S)이 형성된다.
이어, 상기 각 단면(S)에 해당되는 시험 용접부(300)에서의 루트 균열 발생 유무를 검사한다.
그리고, 상기 루트 균열이 발생되는 각 단면(S)에서의 균열 발생율을 측정한다.
도 7은 각 단면(S)에서의 시험 용접부(300)에 루트 균열이 발생된 예를 보여준다.
도 7을 참조 하면, 루트 균열 발생율(Cs)은 백분율(%)로 표시된다.
상기 루트 균열 발생율(Cs)은 하기의 [식 1]과 같이 루트 균열이 발생된 부분의 균열 높이(Hc)를 시험 용접부(300)의 최소 높이(H)로 나누고, 이 나누어진 값을 백분율(%)로 산출한다.
Figure 112011040210395-pat00001
...........................[식 1]
단, 루트 균열 부분의 균열 길이가 시험 용접부(300)의 비드 각장의 5%보다 크면, 균열로 간주한다. 반면에, 루트 균열 부분의 균열 길이가 시험 용접부(300)의 비드 각장의 5%보다 작으면, 균열로 간주하지 않는다.
이에 더하여, 상기 루트 균열이 발생되는 경우, 상기 각 단면(S)에 해당되는 시험 용접부(300)의 비커스 경도를 측정한다.
도 8은 용접 열 영향 부의 단면 구조를 나타낸 개념도이다.
도 8을 참조하면, 용접 비드 주변의 모재는 용접시의 열에 의하여 조직의 변화가 발생하게 되는데, 비드에 근접한 부분에는 결정립 조립역이 생성되고, 그 다음 부분에는 결정립 세립역이 생성된다.
본 발명은 결정립 조립역의 비커스 경도를 측정하여 용접 열 영향 부의 저온 균열 감수성을 평가하는 방법을 제공한다.
도 9는 시험 용접부의 단면중 비커스 경도 측정지점을 예시적으로 보여준다.
비커스 경도는 10kg의 하중을 부여하여 측정한다.
모재 영역에서 최소 3포인트, 열 영향 부(Heat Affect Zone) 중 결정립 조립역에서 최소 10포인트를 측정한다.
여기서, 측정지점이 너무 낮으면 평가의 신뢰성이 낮아지고, 측정지점이 너무 많으면 소요되는 시간이 증가한다.
이어, 측정된 비커스 경도가 모두 350Hv 이하이면, 시험 용접부(300)의 내 균열성이 우수한 것으로 평가할 수 있고, 측정된 비커스 경도가 모두 350Hv 이상이면, 저온 균열 감수성이 취약한 것으로 판단한다.
또한, 경도 압흔이 열 영향 부의 결정립 세립역에 존재하면, 시험 결과를 버리고, 다른 추가 시험을 진행할 수도 있다.
10 : 유색의 침투액 20 : 백색의 현상액
100 : 수평 부재 200 : 수직 부재
210 : 경사면 300 : 시험 용접부
400 : 구속 용접부 S : 단면
P : 균열

Claims (10)

  1. 후판재를 수평 부재와, 수직 부재로 가공하여 준비하는 시편 준비 단계;
    상기 수평 부재의 상단면에 상기 수직 부재를 세워 배치하는 시편 배치 단계;
    상기 수평 부재와 상기 수직 부재가 만나는 일측 필렛부에 구속용접을 실시하는 구속 용접 단계;
    상기 수평 부재와 상기 수직 부재가 만나는 타측 필렛부를 각장 10mm 이하가 되도록 시험용접을 실시하여 시험 용접부를 형성하는 시험 용접 단계; 및
    상온에서 방치한 후 시험 용접부의 표면 균열 여부에 따라, 상기 시편의 다수 위치에서의 단면을 통하여 루트 균열을 검사하는 용접부 평가 단계를 포함하고,
    상기 시험 용접부는, 상기 구속 용접이 완료된 후 12시간 후에 형성하는 것을 특징으로 하는 후판재 용접부 내 균열성 평가 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수평 부재와 상기 수직 부재를 서로 동일 재질로 사용하고, 두께를 서로 동일하게 가공하는 것을 특징으로 하는 후판재 용접부 내 균열성 평가 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 수직 부재의 하단 일측에서 타단을 따라 일정 각도로 상향 경사도록 절개하는 것을 특징으로 하는 후판재 용접부 내 균열성 평가 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 용접부 평가 단계는,
    상기 시험 용접부의 표면 균열을 검사하는 표면 균열 검사 단계와,
    상기 표면 균열 발생 여부에 따라, 상기 시험 용접부가 형성된 시편을 일정 간격으로 절개하여, 상기 절개된 단면에 해당되는 시험 용접부의 루트 균열 발생을 검사하는 루트 균열 검사 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 후판재 용접부 내 균열성 평가 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 표면 균열 검사 단계는,
    상기 시험 용접부 표면을 세척하고,
    상기 세척된 시험 용접부 표면에 유색의 침투액을 도포하고,
    상기 도포된 유색의 침투액을 제거한 후, 백색의 현상액을 도포한 후 침투액이 스며올아오는 것을 관찰하여 상기 표면 균열을 검사하고,
    상기 표면 균열 발생 시, 표면 균열 발생 빈도와 표면 균열 발생 길이를 측정하는 것을 특징으로 하는 후판재 용접부 내 균열성 평가 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 루트 균열 검사 단계는,
    상기 표면 균열이 발생되지 않았을 경우,
    상기 시험 용접부의 양단에서 50mm 이상을 제외한 시험 용접부의 길이를 기준으로, 상시 시편을 5위치에서 일정 간격으로 절개하여 5단면을 형성하고,
    상기 각 단면에 해당되는 시험 용접부에서의 루트 균열 발생 유무를 검사하고,
    상기 루트 균열이 발생되는 경우, 상기 각 단면에 해당되는 시험 용접부의 비커스 경도를 측정하는 것을 특징으로 하는 후판재 용접부 내 균열성 평가 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 루트 균열의 전체 길이가 상기 시험 용접부의 시험 비드 각장의 5% 보다 큰 경우, 상기 루트 균열 발생으로 판단하는 것을 특징으로 하는 후판재 용접부 내 균열성 평가 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 비커스 경도 측정은 모재 영역에서 3포인트 이상, 용접 열 영향 부에서 10포인트 이상 실시하는 것을 특징으로 하는 후판재 용접부 내 균열성 평가 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 용접 열 영향 부의 10포인트 이상은,
    상기 용접 열 영향 부의 결정립 조립역에서 측정하는 것을 특징으로 하는 후판재 용접부 내 균열성 평가 방법.
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