KR101328698B1 - Method for reduction welding residual tensile stress by local heating of weld zone - Google Patents

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이재익
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재단법인 포항산업과학연구원
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Abstract

The present invention relates to a method for reducing residual tensile stress of a welding unit by a partial heating method, comprising the steps of: predicting a section in which the residual tensile stress in a welding line direction of a welding unit is generated; designating one or more sections generating compressive stress within the predicted section; heating a central part of the designated section with a heating source; and generating the compressive stress by cooling the heated section. [Reference numerals] (AA) Welding direction

Description

용접부 부분가열법에 의한 잔류인장응력의 저감방법{METHOD FOR REDUCTION WELDING RESIDUAL TENSILE STRESS BY LOCAL HEATING OF WELD ZONE}Reduction of residual tensile stress by partial heating method of welded part {METHOD FOR REDUCTION WELDING RESIDUAL TENSILE STRESS BY LOCAL HEATING OF WELD ZONE}

본 발명은 대형 금속구조물의 용접 시공 및 보수 시에, 용접부에 잔류하는 인장응력을 저감하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for reducing the tensile stress remaining in the welded portion during welding construction and repair of large metal structures.

일반적으로, 산업플랜트에서는 열 및 유체의 이송을 위해 대형 배관 등이 설치된다. 이러한 구조물은 설비가 요구하는 길이나 형상으로 바로 제조되지 않기 때문에, 용접과 같은 시공 방법이 적용되어 요구되는 설비의 길이나 형상에 맞게 제조하고 있는 실정이다.
In general, large piping is installed in the industrial plant for the transfer of heat and fluid. Since such a structure is not directly manufactured to the length or shape required by the installation, a construction method such as welding is applied to manufacture the structure according to the required length or shape of the installation.

통상적으로, 이러한 용접(welding)은 동종 또는 유사종의 금속을 서로 용융시켜 접합한 다음, 이 용접부를 응고시켜 두 재질간의 결속을 강화시키는 공정을 말한다. 이 때, 용접을 수행하기 위해서는, 두 재질의 접합 매개체로 이용되는 용접이음재료와, 각각의 재질을 용융시킬 수 있는 열원과, 상기 용접부가 응고될 때 생성되는 용접결함을 억제시키기 위한 비활성가스 등이 요구된다.
Typically, such welding refers to a process of melting and joining metals of the same or similar type to each other and then solidifying the welds to strengthen the binding between the two materials. At this time, in order to perform welding, a welding joint material used as a joining medium of two materials, a heat source capable of melting each material, an inert gas for suppressing welding defects generated when the welding part is solidified, and the like. Is required.

용접과정에서 상기 용접이음재료를 용융시킬 경우, 재료의 체적(또는 표면적)이 팽창하게 되고, 용융된 재료들이 다시 응고될 경우, 팽창했던 재료의 체적이 줄어들게 된다. 이 때 용접이음재료의 수축을 모재가 구속함에 따라, 항복응력에 상당하는 인장응력이 잔류하게 된다. 상기 잔류 인장응력은 일반적으로 용접선 직각 방향의 잔류 인장응력과, 용접선 방향의 잔류 인장응력으로 나누어 생각할 수 있다. 용접선 직각방향의 잔류 인장응력은 용접선 방향에 비해 비교적 그 모재의 구속이 적고 용접이음재료의 변형이 쉽게 발생함으로 인하여 작은 응력이 잔류한다. 반면, 용접선 방향의 인장응력은 용접선 직각 방향의 인장응력에 비해 모재의 구속이 크기 때문에, 큰 응력이 잔류한다고 알려져 있다.
When the welding joint material is melted in the welding process, the volume (or surface area) of the material is expanded, and when the molten materials are solidified again, the volume of the expanded material is reduced. At this time, as the base material restrains the shrinkage of the weld joint material, tensile stress corresponding to the yield stress remains. The residual tensile stress can generally be divided into residual tensile stress in the direction perpendicular to the weld line and residual tensile stress in the direction of the weld line. The residual tensile stress in the direction perpendicular to the weld seam is relatively less constrained by the base material than the weld seam direction, and small stresses remain because the deformation of the weld joint material easily occurs. On the other hand, the tensile stress in the weld line direction is known to have a large stress because the restraint of the base material is larger than the tensile stress in the weld line direction.

이 때 발생되는 잔류인장응력(Residual stress)의 크기가 용접된 재료들이 가지고 있는 항복응력(Yield stress)의 크기보다 크게 될 경우, 재료의 허용응력(Allowable stress) 범위 내에서 설비를 사용하더라도 설비가 파손되는 경우가 발생한다. 따라서, 용접공정을 거쳐 사용되는 설비들의 경우, 용접이 완료된 후, 상기 용접부에 잔류하는 인장응력을 저감하는 방법은 설비의 내구도와 관련된 매우 중요한 문제이다. 상기한 바와 같이, 더욱 중요한 과제는, 용접선 방향의 잔류 인장응력을 감소시키는 방법에 대한 것이다.
If the residual tensile stress generated at this time is larger than the yield stress of the welded materials, the equipment may be used within the allowable stress range of the material. Breakage occurs. Therefore, in the case of the equipments used through the welding process, the method of reducing the tensile stress remaining in the welded part after the welding is completed is a very important problem related to the durability of the equipment. As mentioned above, a more important task is to reduce the residual tensile stress in the weld line direction.

대형의 용접 구조물에 발생하는 잔류 인장응력을 저감하는 방법으로서 열처리에 의한 방법이 대표적으로 사용되어 왔다. 열처리에 의한 방법에는 설비 전체에 열을 가하는 열처리 방법과, 용접된 부위에만 부분적으로 열을 가하는 열처리 방법이 있다.
As a method of reducing the residual tensile stress generated in a large welded structure, a method by heat treatment has been typically used. The heat treatment method includes a heat treatment method for applying heat to the entire facility and a heat treatment method for partially applying only heat to the welded part.

설비 전체에 열을 가하는 열처리 방법은 열처리를 위한 대형의 노(Furnace)를 제작하고, 그 내부에 열처리하고자 하는 설비를 넣어 일정시간 열처리를 함으로써, 잔류 인장응력을 저감하는 방법이다. 그러나 이와 같이 설비 전체를 열처리하는 경우, 용접되지 않은 부분도 일정온도로 가열되기 때문에, 열효율이 떨어지게 되고 전체적으로 설비의 기계적 특성이 저하되는 단점이 있다. 또한, 대형 노와 같은 설비를 제작하고, 열을 가해야 하는 과정상 시간과 비용의 문제점도 있다. 그리고 대형 설비의 경우 노의 설비 제작이 어렵다는 측면도 문제로 발생하였다. 또한, 건설 현장에서 직접 열처리가 필요한 교량과 같은 구조물의 경우에 상기 방법에 따른 열처리를 적용하기 어렵다는 문제도 발생하였다.
The heat treatment method of applying heat to the entire facility is a method of reducing residual tensile stress by manufacturing a large furnace (Furnace) for heat treatment, and putting the equipment to be heat treated therein to perform heat treatment for a predetermined time. However, in the case of heat-treating the whole equipment in this way, the non-welded portion is also heated to a certain temperature, there is a disadvantage that the thermal efficiency is lowered and the overall mechanical properties of the equipment is reduced. In addition, there is a problem of time and cost in the process of manufacturing and heating equipment, such as a large furnace. In addition, in the case of large-scale equipment, the problem that the production of the furnace equipment was difficult. In addition, in the case of a structure such as a bridge that requires a direct heat treatment at the construction site, there was also a problem that it is difficult to apply the heat treatment according to the method.

반면, 용접된 부위에만 부분적으로 열을 가하는 열처리 방법은 용접부의 국부를 조직을 변화시키지 않는 범위 내에서 다시 가열하는 열처리를 수행하는 방법이다. 이는 상기한 설비 전체에 열을 가하는 방법보다 열효율이 좋고, 현장처리가 가능하며, 시간과 비용이 절약된다는 장점이 있다. 다만, 정해진 가이드라인(Guide-line)이 없어 시공자에 따라 열처리의 구간 및 가열 온도를 정하는 작업공정이 상이하기 때문에, 효과적인 잔류 인장응력의 감소가 곤란한 문제점이 있었다. 또한, 통상의 기술들은 잔류인장응력의 용접선에 수평한 방향의 분력의 크기와 가열에 의한 압축응력의 발생구간을 사전 예측 없이 수행하여, 용접부 잔류 응력의 분포 및 설비의 파손부위를 예상하기 곤란한 문제점 등이 발생하였다.
On the other hand, the heat treatment method of partially applying only heat to the welded portion is a method of performing heat treatment for reheating the welded portion within a range that does not change the structure. This has the advantage that the thermal efficiency is better than the method of applying heat to the entire facility, the field treatment is possible, and the time and cost are saved. However, there is a problem that it is difficult to reduce the effective residual tensile stress because the work process for determining the interval of the heat treatment and the heating temperature is different according to the builder because there is no guide line. In addition, the conventional techniques perform the magnitude of the component force in the direction horizontal to the weld line of the residual tensile stress and the generation period of the compressive stress due to heating, without prior prediction, so that it is difficult to predict the distribution of the weld residual stress and the damage of the equipment. And so on.

본 발명은 용접부의 잔류인장응력을 저감하는 방법에 관한 것으로, 용접부를 부분가열법에 의한 공정으로 가열함으로써, 용접부의 용접선 방향의 잔류인장응력을 중점적으로 저감할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
The present invention relates to a method of reducing the residual tensile stress of a welded part, and to provide a method capable of intensively reducing the residual tensile stress in the weld line direction of a welded part by heating the welded part by a process by a partial heating method.

이를 위하여, 본 발명은 방법적인 측면에서, 용접부의 용접선 방향의 잔류 인장응력의 발생구간을 예측한 후, 그 안에서 압축응력을 발생시킬 하나이상의 구간을 지정하고, 그 지정된 구간의 중심부를 부분가열법에 의한 공정으로 가열하고 냉각하여 기존의 인장잔류응력치를 저감시키거나, 압축응력을 발생시킴으로써, 응력을 재분포시키는 일련의 과정을 제공하는 것을 구체적인 목적으로 한다.
To this end, the present invention, in the method aspect, after predicting the generation period of the residual tensile stress in the direction of the weld line of the welded portion, and designating at least one section to generate a compressive stress therein, the central part of the designated section It is a specific object of the present invention to provide a series of processes for redistributing stress by heating and cooling a process by reducing the existing tensile residual stress value or by generating a compressive stress.

본 발명의 일측면인 부분가열법에 의한 용접부의 잔류 인장응력 저감방법은 용접부의 용접선 방향의 잔류 인장응력이 발생한 구간을 예측하는 단계, 상기 예측한 구간 내의 압축응력을 발생시킬 하나 이상의 구간을 지정하는 단계, 상기 지정한 구간의 중심부를 열원으로 가열하는 단계 및 상기 가열한 구간을 냉각하여 압축응력을 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a method of reducing residual tensile stress in a welded portion by partial heating. And heating the central portion of the designated section with a heat source and cooling the heated section to generate a compressive stress.

덧붙여 상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시 형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
In addition, the solution of the above-mentioned problems does not list all the features of the present invention. The various features of the present invention and the advantages and effects thereof will be more fully understood by reference to the following specific embodiments.

본 발명의 일측면은, 용접 과정에서 용접부에 발생하는 잔류 인장응력을, 부분가열법에 의해 효과적으로 저감하기 위한 방법이다. 이에 따르면, 잔류 인장응력의 저감처리가 어려운 대형설비 또는 현장 환경에서, 용접부의 용접선 방향의 잔류 인장응력의 분포에 집중하여, 기존의 부분가열법에 비해 보다 효과적이고 정확하게 잔류 인장응력을 저감하는 효과가 있다.
One aspect of the present invention is a method for effectively reducing the residual tensile stress generated in the weld portion in the welding process by the partial heating method. According to this, in a large facility or field environment where it is difficult to reduce the residual tensile stress, the effect of reducing the residual tensile stress more effectively and accurately than the conventional partial heating method by focusing on the distribution of the residual tensile stress in the welding line direction of the welded portion There is.

또한, 본 발명의 다른 일측면에 따르면, 용접부의 후면(Back Bead)을 가열함으로써, 용접 이음부의 용접부 전면과 그 후면부의 불균등한 냉각속도에 의한 수축 정도 및 응력분포의 차이를 균등하게 재형성할 수 있어 용접 이음부의 구조상의 안정성을 증강하는 효과가 있다.
Further, according to another aspect of the present invention, by heating the back bead of the weld, the difference in the degree of shrinkage and stress distribution due to the uneven cooling rate of the weld and the front of the welded joint of the weld joint can be evenly reformed. It is possible to enhance the structural stability of the weld joint.

도 1은 본 발명에 따른 용접부의 잔류인장응력을 제거하는 공정을 나타내는 플로우 차트이다.
도 2는 통상의 용접과정에서 열탄소성 해석에 의해 분석된 용접부의 용접선 주위의 용접선 방향(X축)과 용접선 직각방향(Y축)의 잔류응력의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시형태인 용접부의 잔류 인장응력 저감방법에 따라 예측된 용접선 방향의 잔류 인장응력(A-B) 구간 내에, 하나의 압축응력 구간(C-D)을 발생시킬 경우의 전(도 3)과 후(도 4) 잔류 응력이 재분포되는 모양을 나타낸 그래프이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시형태인 용접부의 잔류 인장응력 저감방법에 따라 예측된 용접선 방향의 잔류 인장응력(A-B) 구간 내에, 두개의 압축응력 구간(H-I, J-K)을 발생시킬 경우의 전(도 5)과 후(도 6) 잔류 응력이 재분포되는 모양을 나타낸 그래프이다.1 is a flow chart showing a process for removing the residual tensile stress of the weld portion according to the present invention.
2 is a graph showing the distribution of residual stresses in the weld line direction (X axis) and the weld line perpendicular direction (Y axis) around the weld line of the welded part analyzed by the thermoelastic analysis in the normal welding process.
3 and 4 show the case in which one compressive stress section CD is generated in the residual tensile stress AB section in the weld line direction predicted according to the method for reducing the residual tensile stress of the weld section according to the embodiment of the present invention. (FIG. 3) and the graph (FIG. 4) which show the shape which redistributes residual stress.
5 and 6 show two compressive stress sections HI and JK in the residual tensile stress AB section predicted in the weld line direction according to the method for reducing the residual tensile stress of the weld section according to an embodiment of the present invention. Figure 5 shows the redistribution of the residual stress before (Figure 5) and after (Figure 6).

본 발명자들은 용접 과정에서 용접부의 잔류 인장응력의 저감방법에 대하여 연구한 결과, 특히 용접선 방향의 잔류 인장응력을 감소시키는 것이 용접부의 잔류 인장응력 저감에 중요한 인자임을 인지하였다. 본 발명에서는 용접선 방향으로 형성된 인장응력부위에 부분적으로 압축응력을 부여함으로써 잔류 인장응력을 감소시키는 방법에 대하여 개시한다. 특히, 본 발명에서는 용접선 방향에 있어서, 상기 부분적으로 부여한 압축응력에 의해 압축응력과 인장응력이 교대로 분포됨으로써, 전체적인 응력분포의 구배를 완화시키게 된다.
The present inventors have studied the method of reducing the residual tensile stress of the welded part in the welding process. In particular, the present inventors have found that reducing the residual tensile stress in the weld line direction is an important factor in reducing the residual tensile stress of the welded part. The present invention discloses a method of reducing the residual tensile stress by applying a compressive stress partially to the tensile stress portion formed in the weld line direction. In particular, in the present invention, the compressive stress and the tensile stress are alternately distributed by the partially applied compressive stress in the welding line direction, thereby alleviating the gradient of the overall stress distribution.

이하, 본 발명의 일측면인 부분가열법에 의한 용접부의 잔류 인장응력의 저감방법에 대하여 도면과 함께 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of reducing the residual tensile stress of the welded portion by the partial heating method, which is an aspect of the present invention, will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 용접부의 용접선 방향의 잔류 인장응력이 발생한 구간을 예측한다. (도 1, S11) 상기 용접선 방향의 잔류 인장응력이 발생한 구간을 예측하는 방법은 열탄소성 해석을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 열탄소성 해석은 이동열원의 온도분포를 기준으로 용접부에 발생한 응력을 예측하는 해석방법이다. 상기 열탄소성 해석의 방법은 당업계에 통상의 이론 및 기구가 완성되어 있는바, 통상의 이론 및 기구를 사용하여 상기 잔류 인장응력이 발생한 구간을 예측하여도 무방하다.
First, a section in which residual tensile stress in the direction of the weld line of the weld portion is generated is predicted. (FIG. 1, S11) It is preferable to use a thermoelastic analysis as a method of estimating the area | region which the residual tensile stress generate | occur | produced in the said welding line direction. The thermoelastic analysis is an analysis method for predicting the stress generated in the weld part based on the temperature distribution of the moving heat source. The thermoelastic analysis method has been completed in the art with a conventional theory and mechanism, it is also possible to predict the section in which the residual tensile stress occurs using a conventional theory and mechanism.

도 2는 상기 열탄소성 해석으로 분석된, 용접 후 용접선 주위의 잔류 응력 분포가 개략적으로 도시된 그래프이다. 상기 그래프의 용접선 주위의 잔류 응력은 용접선 방향(X축) 잔류 응력과 용접선 직각방향(Y축)의 잔류 응력으로 나뉘어 있으며 그 크기는 X축 및 Y축으로 이루어진 평면에 수직한 축(Z축)을 기준으로 하여 제시되고 있다. Z축 상에서 (+)값은 잔류 인장응력을 의미하고, (-)값은 잔류 압축응력을 의미하게 된다. 즉, 상기 그래프에서 용접선 방향으로 잔류 인장응력이 발생하였다고 예측된 구간은 A-B구간이 된다. 용접 시작점에서 A까지의 시작부위 및 B에서 용접 끝점까지의 마무리부위에서는 통상적으로 잔류 인장응력이 아닌 잔류 압축응력이 분포하게 된다.
FIG. 2 is a graph schematically showing the residual stress distribution around the weld line after welding, analyzed by the thermoelastic analysis. The residual stress around the weld line in the graph is divided into the weld line direction (X axis) residual stress and the weld line perpendicular stress (Y axis) residual stress, the magnitude of which is perpendicular to the plane consisting of the X axis and the Y axis (Z axis). It is suggested on the basis of A positive value on the Z axis means residual tensile stress, and a negative value means residual compressive stress. That is, the section predicted that residual tensile stress occurred in the weld line direction is the AB section. Residual compressive stresses, rather than residual tensile stresses, are normally distributed at the starting point from the start of the weld to the A and the finish from the B to the weld.

다음 단계에는, 상기 잔류 인장응력이 발생하였다고 예측된 구간 내에, 압축응력을 발생시킬 구간을 지정하는 것이다(도 1, S12). 이 때, 상기 지정구간은 하나의 구간이 될 수도 있으며, 용접선의 길이가 길어짐에 따라 복수의 구간이 되어도 바람직하다. 용접선이 짧을 경우 하나의 압축응력 발생구간으로도 잔류 인장응력의 저감효과가 충분히 발생할 수 있지만, 용접선이 길어질 경우 하나의 압축응력 발생구간 만으로는 잔류 인장응력의 저감효과가 충분하지 않을 수 있기 때문이다. 이에 따른 효과는 하기의 도 3 내지 도 6에 대한 기재에서 구체적으로 설명한다.
In the next step, the section in which the compressive stress is to be generated is designated within the section where the residual tensile stress is predicted to occur (FIG. 1, S12). In this case, the designated section may be one section, or may be a plurality of sections as the length of the welding line becomes longer. When the weld line is short, the effect of reducing the residual tensile stress may be sufficient even in one compression stress generating section, but when the welding line is long, the effect of reducing the residual tensile stress may not be sufficient in the single compressive stress generating section. The effect thereof will be described in detail in the following description with reference to FIGS. 3 to 6.

이 때 용접선 방향에 있어서, 상기 압축응력을 발생시킬 구간의 총 길이는 0보다 크고 상기 잔류 인장응력이 발생한 구간의 총 길이의 1/2 이하(0은 제외)인 것이 바람직하다. 상기 압축응력을 발생시킬 구간의 총 길이가 인장응력이 발생한 구간의 총 길이의 1/2을 초과하게 될 경우, 용접부에는 잔류 인장응력의 구간보다 새롭게 가해지게 되는 압축응력의 구간이 더 커지게 되는 효과가 발생한다. 이 경우, 기존의 잔류 인장응력이 용접이음부의 물성에 문제를 가져오는 것과 같이, 새롭게 가해진 압축응력이 용접이음부의 물성저하의 원인이 될 수 있다.
At this time, in the welding line direction, the total length of the section for generating the compressive stress is preferably greater than 0 and less than 1/2 (excluding 0) of the total length of the section in which the residual tensile stress occurs. When the total length of the section for generating the compressive stress exceeds 1/2 of the total length of the section in which the tensile stress is generated, the section of the compressive stress newly applied to the welded portion becomes larger than the section of the residual tensile stress. Effect occurs. In this case, as the existing residual tensile stress causes a problem in the properties of the welded joint, the newly applied compressive stress may cause the deterioration of the properties of the welded joint.

다음 단계에서는, 상기 지정한 구간의 중심부를 열원으로 가열한다(도 1, S13). 이 때, 가열하는 열원은 국부적으로 온도상승을 유발할 수 있는 열원이라면 특별히 한정하지 않는다. 상기 가열되는 중심부의 온도는 용접 모재의 성분과 두께에 따라 변화할 수 있으나, 용접모재의 A1 변태점 미만인 것이 바람직하다. 용접모재의 A1 변태점 이상일 경우 용접 모재의 상변태가 발생하여 용접부의 조직구조가 변화하게 된다. 이 경우에는, 모재가 전혀 다른 물성으로 변화해버리기 때문에 문제가 된다. 통상적인 용접과정에서는, 상기 용접모재의 상변태를 눈으로 확인하면서 용접모재의 A1 변태점 온도의 추정이 가능하다. 또한, 상기 가열되는 중심부의 온도는 0.85*A1 변태점 이상, 0.95*A1 변태점 이하인 것이 더욱 바람직하다. 0.85*Al 변태점 미만의 온도의 열이 가해진 정도로는, 충분한 정도의 상기 잔류 인장응력을 저감하는 효과를 얻기 어려워진다. 또한, 0.95*Al 변태점 초과의 온도가 된다면 상기 용접모재의 상변태의 우려가 있음은 상기한 바와 동일하다.
In the next step, the center of the designated section is heated with a heat source (FIG. 1, S13). At this time, the heat source to be heated is not particularly limited as long as it is a heat source that can cause local temperature rise. The temperature of the central portion to be heated may vary depending on the component and the thickness of the welding base material, but is preferably less than the A1 transformation point of the welding base material. If the A1 transformation point of the welded base material is greater than or equal to the phase transformation of the welded base material, the structure of the welded part is changed. In this case, it becomes a problem because a base material changes into completely different physical properties. In the normal welding process, it is possible to estimate the A1 transformation point temperature of the welded base material while visually confirming the phase transformation of the welded base material. Further, the temperature of the central portion to be heated is more preferably 0.85 * A1 transformation point or more, 0.95 * A1 transformation point or less. To the extent that heat at a temperature below 0.85 * Al transformation point is applied, it is difficult to obtain an effect of reducing the residual tensile stress to a sufficient degree. In addition, if the temperature is more than 0.95 * Al transformation point, there is a risk of phase transformation of the welding base material is the same as described above.

상기 가열되는 중심부의 용접선 방향의 길이는, 상기 중심부가 가열 후 냉각되어 실제로 발생하는 압축응력 구간이 상기 지정한 압축응력을 발생시킬 구간 내에서 형성되는 경우라면 특별히 한정하지 아니한다. 다만, 가열되는 중심부는, 상기 지정한 구간의 중심점을 기준으로 하여 용접선 방향으로 대칭을 이루는 영역인 것이 바람직하다. 이는 잔류 인장응력과 압축응력간의 균형있는 재분포를 형성하기 위함이다. 균형있는 재분포가 형성되어야 상기 잔류 응력을 최소화 시켜 재료의 물성저하 효과를 최소화할 수 있기 때문이다.
The length in the direction of the welding line of the heated center is not particularly limited as long as the center is formed in a section in which a compression stress section that is actually generated after heating is formed within the section in which the specified compressive stress is generated. However, it is preferable that the center part to be heated is an area symmetrical in the welding line direction with respect to the center point of the specified section. This is to form a balanced redistribution between residual tensile stress and compressive stress. This is because a balanced redistribution can be minimized to minimize the residual stress, thereby minimizing the material degradation effect of the material.

이 때, 상기 열원으로 가열되는 면은 용접부의 후면(Back bead)이 바람직하다. 용접부의 전면(용접 이음부의 용접표면, Front Bead)과 그 후면(Back Bead)은 용접시 열원에 의해 상승한 온도 및 냉각 속도에 있어서 차이가 발생하게 된다. 이 차이는 용접부 전후면의 부피 수축량 과 내부 응력의 차이를 야기하고, 궁극적으로는 용접부의 물성 저하현상을 초래하게 된다. 따라서, 용접부 후면을 가열함으로써, 용접시 용접부 전면이 상대적으로 더 많은 열을 받아 발생한 구조상의 불균형을 교정하는 효과를 기대할 수 있다.
At this time, the surface heated by the heat source is preferably a back bead of the welding portion. The front surface of the welded part (welding surface of the weld joint, front bead) and the back bead (back bead) are different in temperature and cooling rate which are raised by the heat source during welding. This difference causes a difference between the volume shrinkage and the internal stress in the front and rear surfaces of the weld, and ultimately, the physical properties of the weld. Therefore, by heating the back side of the weld, it is possible to expect the effect of correcting the structural imbalance caused by receiving a relatively more heat during welding.

마지막으로, 상기 가열한 구간을 냉각하여(도 1, S14) 지정한 구간 내에서 압축응력을 발생시킨다. 이 때의 냉각 방식은 수냉식에 의해 냉각하는 것이 바람직하다. 공냉식과 같은 방식으로 서서히 냉각될 경우 압축응력의 발생효과가 발생하지 않거나 반감될 수 있기 때문이다.
Finally, the heated section is cooled (FIG. 1, S14) to generate a compressive stress within the designated section. It is preferable to cool by the water cooling type at this time. This is because the effect of generating compressive stress may not occur or may be halved if it is cooled slowly in the same manner as air cooling.

상기 냉각단계에 의해 냉각되면서 기존의 잔류 인장응력 내의 구간에서 발생한 압축응력은 기존의 잔류 인장응력과 균형을 이루면서 응력의 재분포를 이루게 된다. 이로 인해, 결과적으로는 용접선 방향의 인장 잔류응력이 완화되는 현상이 일어나게 되는 것이다.
The compressive stress generated in the section within the existing residual tensile stress while being cooled by the cooling step achieves a redistribution of the stress while balancing the existing residual tensile stress. As a result, a phenomenon in which the tensile residual stress in the welding line direction is alleviated occurs.

도 3 및 도 4는, 상기 잔류 인장응력의 발생을 예측한 구간(A-B)에 하나의 압축응력을 발생시킬 구간(C-D)을 지정하고, 그 중심부를 가열 후, 냉각한 경우의 전(도 3)과 후(도 4)의 잔류 응력의 분포가 도시된 그래프이다. 예측한 잔류 인장응력의 발생구간(A-B)내에 압축응력을 발생시킬 구간(C-D)을 한 구간 지정하고, 그 중심부를 가열하여, 인장응력(A-E, F-B)과 압축응력(E-F)의 재분포가 형성되는 과정이 도시되어 있다.
3 and 4 designate the section CD for generating one compressive stress in the section AB in which the occurrence of the residual tensile stress is predicted, and before the central part is cooled after heating the center (FIG. 3). ) And a graph of the distribution of residual stress after (Fig. 4). Designate a section (CD) for generating compressive stress within the predicted residual tensile stress generation section (AB), and heat the center to redistribute the tensile stresses (AE, FB) and compressive stress (EF). The process of formation is shown.

도 5 및 도 6은 상기 잔류 인장응력의 발생을 예측한 구간(A-B)에 두개의 압축응력을 발생시킬 구간(H-I, J-K)을 지정하고, 그 중심부를 가열 후, 냉각한 경우의 전(도 5)과 후(도 6)의 잔류 응력의 분포가 도시된 그래프이다. 하나의 구간(E-F)에서 압축응력이 발생한 도 3 및 도 4와 비교하여 볼 때, 두 구간(L-M, N-O)에서 압축응력이 발생하였음을 알 수 있다. 또한, 용접선 방향으로 큰 인장응력을 갖는 구간(Z축 값이 큰 부분)이 더욱 감소하는 효과가 있음을 알 수 있다. 이와 같이, 복수개의 압축응력을 발생시킬 구간을 지정하는 것은 용접선의 길이가 길수록 더 좋은 잔류 인장응력 감소효과를 가져오게 된다.5 and 6 designate sections HI and JK for generating two compressive stresses in the section AB in which the occurrence of the residual tensile stress is predicted. 5) is a graph showing the distribution of residual stresses after (Fig. 6). As compared with FIGS. 3 and 4 where the compressive stress occurred in one section E-F, it can be seen that the compressive stress occurred in two sections L-M and N-O. In addition, it can be seen that there is an effect that the section having a large tensile stress (a portion having a large Z axis value) further decreases in the weld line direction. As such, specifying a section for generating a plurality of compressive stresses results in a better residual tensile stress reduction effect as the length of the weld line is longer.

Claims (6)

용접부의 용접선 방향의 잔류 인장응력이 발생한 구간을 예측하는 단계;
상기 예측한 구간 내의 압축응력을 발생시킬 하나 이상의 구간을 지정하는 단계;
상기 지정한 구간의 중심부를 열원으로 가열하는 단계; 및
상기 가열한 구간을 냉각하여 압축응력을 발생시키는 단계를 포함하는 부분가열법에 의한 용접부의 잔류 인장응력의 저감방법.
Predicting a section in which a residual tensile stress in the direction of the weld line of the weld portion is generated;
Designating at least one section to generate a compressive stress in the predicted section;
Heating a central portion of the designated section with a heat source; And
Reducing the residual tensile stress of the welded portion by the partial heating method comprising the step of cooling the heated section to generate a compressive stress.
청구항 1에 있어서, 상기 압축응력을 발생시킬 구간의 용접선 방향의 총 길이는 상기 잔류 인장응력이 발생한 구간의 용접선 방향의 총 길이의 1/2 이하(0은 제외)인 것을 특징으로 하는 부분가열법에 의한 용접부의 잔류 인장응력의 저감방법.
The partial heating method according to claim 1, wherein the total length in the weld line direction of the section in which the compressive stress is to be generated is 1/2 or less (excluding 0) of the total length in the weld line direction of the section in which the residual tensile stress is generated. Reduction of residual tensile stress in welded section by
청구항 1에 있어서, 상기 가열하는 단계는 용접모재의 A1 변태점 미만의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 부분가열법에 의한 용접부의 잔류 인장응력의 저감방법.
The method of claim 1, wherein the heating comprises heating to a temperature below an A1 transformation point of the weld base material.
청구항 3에 있어서, 상기 가열하는 단계는 용접모재의 0.85*A1 변태점 이상, 0.95*A1 변태점 이하의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 부분가열법에 의한 용접부의 잔류 인장응력의 저감방법.
The method of claim 3, wherein the heating is performed at a temperature of 0.85 * A1 transformation point or more and 0.95 * A1 transformation point or less of the weld base material.
청구항 1에 있어서, 상기 가열하는 단계는 상기 용접부의 후면(Back Bead)을 가열하는 것을 특징으로 하는 부분가열법에 의한 용접부의 잔류 인장응력의 저감방법.
The method of claim 1, wherein the heating comprises heating a back bead of the welding part.
청구항 1에 있어서, 상기 냉각하여 압축응력을 발생시키는 단계는 수냉식으로 냉각하는 것을 특징으로 하는 부분가열법에 의한 용접부의 잔류 인장응력의 저감방법.2. The method of claim 1, wherein the cooling to generate the compressive stress is performed by water cooling. 3.
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