KR101271625B1

KR101271625B1 - 용접 구조물 및 이를 포함하는 선박

Info

Publication number: KR101271625B1
Application number: KR1020110027027A
Authority: KR
Inventors: 신성용; 신용택
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2013-06-11
Also published as: KR20120109738A

Abstract

용접 구조물을 제시한다. 일 실시예에 따른 용접 구조물은, 서로 일렬로 배열되어 있는 제1 및 제2 수직판, 그리고 제1 수직판과 제2 수직판 사이에 접합되어 있는 수평판을 포함하고, 제1 수직판은 두 개의 강판과 두 강판 사이의 용접 이음부를 포함하고, 제1 수직판은 용접 이음부에 형성되어 있는 취성 균열 전파 차단공을 가지며, 차단공은 경사진 밑면을 가진다.

Description

용접 구조물 및 이를 포함하는 선박 {WELD STRUCTURE AND VESSEL INCLUDING WELD STRUCTURE}

본 발명은 용접 구조물 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.

일반적으로 대형의 선박 등은 복수의 강판을 용접하여 건조되는 용접 구조물이다. 예를 들면, 선박의 갑판, 해치코밍(hatch coaming) 및 격벽은 서로 용접으로 접합되어 있으며, 이들 각각도 용접된 복수의 강판으로 이루어진다. 이 중에서 특히 해치코밍은 선각의 강도를 높이는 가장 중요한 부재 중 하나이다.

최근 들어 용접 구조물이 대형화되고 용접 작업의 효율을 높이기 위하여 용접 입열을 높일 수 있는 대입열 용접을 주로 실시하고 있으나 이 방법은 용접 이음부의 인성을 저하시키는 경향이 있다. 이에 따라 용접 이음부에 취성 균열이 발생할 가능성이 있다. 용접 이음부에서 발생한 취성 균열은 용접 이음부를 따라 전파되어 결국 용접된 두 강판을 분리시킬 가능성이 있으며, 특히 두께가 두꺼운 강판일수록 그 가능성이 높은 것으로 지적되고 있다.

이와 같은 취성 균열을 방지하기 위하여 용접 이음부가 교차되는 지점 또는 용접 이음부의 중간을 도려내고 고강도, 고특성의 보강 부재를 삽입하거나 덧대는 방식이 제시되어 있다. 그러나 이와 같은 방법은 보강 부재를 마련하고 이를 접합해야 하는 등의 번거로움이 있을 뿐 아니라 피로 수명에도 문제가 발생할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 용접 이음부의 취성 균열이 전파되는 것을 방지하면서도 제작이 용이하고 피로 수명이 긴 용접 구조물을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용접 구조물은, 서로 일렬로 배열되어 있는 제1 및 제2 수직판, 그리고 상기 제1 수직판과 상기 제2 수직판 사이에 접합되어 있는 수평판을 포함하고, 상기 제1 수직판은 두 개의 강판과 상기 두 강판 사이의 용접 이음부를 포함하고, 상기 제1 수직판은 상기 용접 이음부에 형성되어 있는 취성 균열 전파 차단공을 가지며, 상기 차단공은 경사진 밑면을 가진다.

상기 차단공은 상기 수평판과 이격될 수 있다.

상기 차단공 밑면의 경사각은 30도 내지 60도일 수 있다.

상기 차단공 윗면은 상기 밑면과 평행하거나 상기 수평판과 평행할 수 있다.

상기 용접 구조물은 상기 차단공에 삽입되어 있는 마개를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박은, 두 개의 강판과 상기 두 강판 사이의 용접 이음부를 포함하는 해치코밍, 상기 해치코밍의 하부에 위치한 격벽, 그리고 상기 해치코밍과 상기 격벽의 사이에 접합되어 있는 갑판을 포함하고, 상기 해치코밍은 상기 용접 이음부에 형성되어 있는 취성 균열 전파 차단공을 가지며, 상기 차단공은 상기 갑판과 이격되어 있으며 상기 갑판의 면과 경사진 밑면을 가진다.

상기 차단공 밑면의 경사각은 30도 내지 60도일 수 있다.

상기 차단공 윗면은 상기 밑면과 평행하거나 상기 갑판과 평행할 수 있다.

상기 선박은 상기 차단공에 삽입되어 있는 마개를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용접 구조물은 취성 균열 전파 차단공을 두어 취성 균열의 전파를 차단하며, 차단공의 밑면을 경사지게 함으로써 수분의 침투로 인한 홀더(holder)의 부식 등을 줄이면서도 피로 수명을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 구조물의 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 용접 구조물을 A-A선을 따라 잘라 도시한 단면도의 한 예이다.
도 3은 도 1에 도시한 용접 구조물을 A-A선을 따라 잘라 도시한 단면도의 다른 예이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 용접 구조물의 사시도이다.
도 5, 도 6, 도 7 및 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 취성 균열 전파 차단공의 밑면의 각도가 0도, 30도, 45도 및 60도인 경우에 차단공 주변의 구조적 응력의 분포를 나타낸 그래프이다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계 없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

먼저 도 1 내지 도 4를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 구조물에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 구조물의 정면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 용접 구조물을 A-A선을 따라 잘라 도시한 단면도의 한 예이고, 도 3은 도 1에 도시한 용접 구조물을 A-A선을 따라 잘라 도시한 단면도의 다른 예이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 용접 구조물의 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 용접 구조물(100)은 대략 일렬로 배치되어 있는 상부 수직판(1) 및 하부 수직판(3)과 그 사이에 개재되어 있는 수평판(2)을 포함하며, 이들은 각각 하나 이상의 강판을 포함한다. 상부 수직판(1)은 수평판(2)의 윗면에, 하부 수직판(3)은 수평판(2)의 아랫면에 용접 등으로 접합될 수 있으며, 접합 지점은 대략 수평판(2)의 한쪽 끝 부근이다.

상부 수직판(1)은 수직 방향으로 뻗은 용접 이음부(5)로 연결된 두 개의 강판을 포함하며, 용접 이음부(5) 및 그 주변의 강판 일부에는 취성 균열 전파 차단공(7)이 형성되어 있다.

차단공(7)은 수평판(2)과 인접한 위치에 있으며, 정면에서 볼 때 도 1에 도시한 바와 같이 대략 모퉁이가 둥글게 형성되어 있고, 뒤집힌 등변 사다리꼴처럼 형성될 수 있다. 그러나 도 1에 도시한 모양은 하나의 예일 뿐이며, 여러 가지 다른 모양이 가능하다. 차단공(7)을 측면에서 보면 도 2 및 도 3에 도시한 것과 같이 그 밑면이 경사져 있으며, 수평판(2)과 차단공(7)의 밑면이 이루는 각도(θ)는 대략 30도 내지 60도일 수 있다. 각도(θ)가 30도보다 작으면 빗물 등이 원활하게 흘러내리지 않을 수 있고, 60도보다 크면 피로 수명이 너무 줄어들 수 있다. 차단공(7)의 윗면은 도 2에서처럼 밑면과 평행할 수도 있고, 도 3에서처럼 수평판(2)과 평행할 수도 있다. 경사는 수평판(2)의 면적이 넓은 쪽(즉, 도 2 및 도 3에서 왼쪽)에서 좁은 쪽(즉, 도 2 및 도 3에서 오른쪽)으로 오르막이다. 그러나 경사 방향을 그 반대로 할 수도 있다.

본 실시예에 따른 용접 구조물(100)은 선박에 사용될 수 있으며 도 4는 그 예를 보여주고 있다.

도 4를 참고하면, 해치코밍(hatch coaming)(10)과 격벽(30)이 수직 방향으로 일렬로 배열되어 있고, 이들 사이에 수평 갑판(20)이 개재되어 있다. 해치코밍(10), 격벽(30) 및 갑판(20)은 각각 도 1 내지 도 3의 상부 수직판(1), 하부 수직판(3) 및 수평판(2)에 대응하며, 해치코밍(10)에는 용접 이음부(50)와 취성 균열 전파 차단공(70)이 형성되어 있다.

도 1 내지 도 4와 같은 차단공(7, 70)은 차단공(7, 70)의 위쪽 용접 이음부(50)에서 발생한 취성 균열이 아래쪽으로 전파되는 것을 막아준다.

앞서 설명한 바와 같이 본 실시예의 차단공(7, 70)이 경사져 있기 때문에 빗물이나 바닷물이 차단공(7, 70)에 들어가더라도 차단공(7, 70) 밑면에 머무르지 않고 경사면을 따라 수평판(2)[또는 갑판(20)]으로 흘러내린다. 또한 차단공(7, 70)이 수평판(2)[또는 갑판(20)]으로부터 이격되어 있기 때문에 수평판(2)[또는 갑판(20)]에 괸 물이 차단공(7, 70)으로 들어가지 않는다. 따라서 빗물이나 바닷물이 차단공(7, 70)을 통하여 컨테이너 등 화물을 적재하는 홀더, 즉 도 4의 우측 공간으로 유입되어 발생할 수 있는 부식 등을 효과적으로 방지할 수 있다.

한편, 도 2를 참고하면, 차단공(7)에는 실리콘 등으로 만들어진 마개(8)가 삽입될 수 있으며 이는 빗물이나 바닷물이 차단공(7)을 통하여 홀더로 들어가는 것을 막아 준다. 따라서 빗물이나 바닷물이 차단공(7)을 통하여 홀더로 유입되어 발생될 수 있는 부식 등을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.

그러면 도 4에 도시한 바와 같은 선박용 용접 구조물과 종래의 선박용 용접 구조물에 대한 피로 해석 결과에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저, 취성 균열 전파 차단공이 없는 경우, 차단공만 있는 경우, 그리고 차단공이 있고 차단공의 바깥에 보강 부재를 덧댄 경우에 대한 피로 해석 결과를 표 1에 나타내었다. 여기에서 차단공의 경사각은 모두 0도이다.

	위치	재료	응력(MPa)	피로수명
차단공 없음	해치코밍	용접 금속	243	81.4
차단공 없음	갑판	용접 금속	244	80.2
차단공 있음 보강 부재 없음	해치코밍	모재	444	30.1
	갑판	모재	324	102.7
	갑판	용접 금속	296	40.8
차단공 있음 보강 부재 있음	해치코밍	모재	416	38.5
	갑판	모재	314	116.5
	갑판	용접 금속	288	44.8
	보강 부재	용접 금속	295	15.6
	보강 부재	용접 금속	311	13.2

표 1에서 볼 수 있는 것처럼, 차단공이 없는 경우와 차단공은 있으나 보강 부재가 없는 경우에 모두 최소 피로 수명인 20년 이상이 확보된다. 그러나 차단공과 보강 부재가 모두 있는 경우에는 보강 부재의 피로 수명이 20년 미만이다.

표 2에는 취성 균열 전파 차단공만 있고 보강 부재는 없는 경우에, 차단공 밑면의 각도에 따라 공칭 응력(nominal stress), 구조적 응력, 응력 집중 계수(SCF, stress concentration factor), 상대 응력 집중 계수(relative SCF) 및 상대 피로 수명을 나타내었다. 여기에서 응력 집중 계수(SCF)는 구조적 응력을 공칭 응력으로 나눈 값에 해당하고, 상대 응력 집중 계수(relative SCF)와 상대 피로 수명은 각도가 0도인 경우를 기준으로 하였다.

각도	공칭 응력(MPa)	구조적 응력(MPa)	SCF	상대 SCF	상대 피로수명
0	206	384	1.864	1	1
30	206	393	1.908	1.024	0.911
45	206	407	1.976	1.060	0.792
60	206	417	2.024	1.086	0.719

또한, 취성 균열 전파 차단공의 밑면의 각도가 0도, 30도, 45도 및 60도인 경우에 차단공 주변의 구조적 응력의 분포를 각각 도 5, 도 6, 도 7 및 도 8에 그래프로 나타내었으며, 붉은 원으로 표시한 부분이 응력이 집중되는 부분이다.

표 2에서 알 수 있듯이, 차단공 밑면의 각도가 커질수록 피로 수명이 줄어든다. 표 1에서 차단공 밑면의 각도가 0도일 때의 피로 수명이 적어도 30년이므로, 60도일 때의 피로 수명은 약 20년이 된다. 따라서 최소 피로 수명인 20년을 확보하기 위해서는 차단공 밑면의 각도가 60도 이하가 되도록 할 수 있다.

앞에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 따른 용접 구조물에서는 취성 균열 전파 차단공을 두어 취성 균열의 전파를 차단하며, 차단공의 밑면을 경사지게 함으로써 수분의 침투로 인한 홀더의 부식 등을 줄일 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

1: 상부 수직판
2: 수평판
3: 하부 수직판
5, 50: 용접 이음부
7, 70: 취성 균열 전파 차단공
8: 마개
10: 해치코밍
20: 갑판
30: 격벽

Claims

서로 일렬로 배열되어 있는 제1 및 제2 수직판, 그리고
상기 제1 수직판과 상기 제2 수직판 사이에 접합되어 있는 수평판
을 포함하고,
상기 제1 수직판은 두 개의 강판과 상기 두 강판 사이의 용접 이음부를 포함하고,
상기 제1 수직판은 상기 용접 이음부에 형성되어 있는 취성 균열 전파 차단공을 가지며,
상기 차단공은 경사진 밑면을 가지는
용접 구조물.
제1항에서,
상기 차단공은 상기 수평판과 이격되어 있는 용접 구조물.
제2항에서,
상기 차단공 밑면의 경사각은 30도 내지 60도인 용접 구조물.
제3항에서,
상기 차단공 윗면은 상기 밑면과 평행한 용접 구조물.
제3항에서,
상기 차단공 윗면은 상기 수평판과 평행한 용접 구조물.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,
상기 차단공에 삽입되어 있는 마개를 더 포함하는 용접 구조물.
두 개의 강판과 상기 두 강판 사이의 용접 이음부를 포함하는 해치코밍,
상기 해치코밍의 하부에 위치한 격벽, 그리고
상기 해치코밍과 상기 격벽의 사이에 접합되어 있는 갑판
을 포함하고,
상기 해치코밍은 상기 용접 이음부에 형성되어 있는 취성 균열 전파 차단공을 가지며,
상기 차단공은 상기 갑판과 이격되어 있으며 상기 갑판의 면과 경사진 밑면을 가지는
선박.
제7항에서,
상기 차단공 밑면의 경사각은 30도 내지 60도인 선박.
제7항에서,
상기 차단공 윗면은 상기 밑면과 평행한 선박.
제7항에서,
상기 차단공 윗면은 상기 갑판과 평행한 선박.
제7항 또는 제10항에서,
상기 차단공에 삽입되어 있는 마개를 더 포함하는 선박.