KR101454396B1 - 박판의 용접방법 - Google Patents

Abstract

맞대어진 박판의 상면 이음부에 론지의 플랜지부를 배치하여 필렛 용접하고, 상기 박판의 하면 이음부를 맞대기 용접하는 박판의 용접방법이 소개된다.
이 박판의 용접방법은 맞대기 용접의 각변형량을 상쇄하기 위한 상필렛 용접의 표준 면외변형량(D)을 도출하는 단계와, 표준 면외변형량(D)을 고려하여 필렛 용접의 필렛각장(C)을 산출하는 단계와, 산출된 필렛각장(C)을 이용하여 플랜지부의 가장자리를 박판의 상면에 필렛 용접하는 단계와, 박판을 턴 오버하여 박판의 하면이 상부를 향하게 역 배치하는 단계와, 필렛 용접에 의한 실제 면외변형(D')이 상쇄되도록 역 배치된 박판의 하면 이음부를 맞대기 용접하는 하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

박판의 용접방법{METHOD FOR WELDING PANEL}

본 발명은 박판의 용접방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 맞대기 용접의 각변형량을 상쇄하기 위한 필렛 용접의 필렛각장을 예측하고, 예측한 필렛각장을 박판의 필렛 용접에 적용하여 박판의 용접변형을 줄일 수 있는 박판의 용접방법에 관한 것이다.

일반적으로, 선박의 건조과정에서 선박 블록을 조립하기 위한 판넬을 제작하기 위해서, 두 모재(박판)의 상면 이음부를 주판용접(맞대기 용접)하고, 주판용접된 모재를 턴오버하여 모재를 거꾸로 배치하고, 거꾸로 배치된 모재의 하면 이음부에 보강재를 취부하고, 보강재의 가장자리부를 따라 필렛 용접한다.

그런데 두 모재(박판) 사이를 맞대기 용접하는 경우, 용접조건의 미세한 조정 실패나 개선면의 정밀가공도 저하로 인해 용접 도중 용락(Burn-through)이 발생될 가능성이 높고, 발생된 용락을 수정하기 위한 추가 작업 시수가 필요하다. 아울러, 용접 중 발생하는 변형으로 인해 박판면에 물결모양 굴곡이 발생하여 후속 조립 작업이 어려울 수 있고, 용접 중 발생된 변형으로 인해 용접조건이 악화되어 용접부의 품질이 저하될 수 있다.

또한, 맞대기 용접은 박판의 양면에서 용접이 이루어지기 때문에, 일면 용접 후턴오버(Turn Over) 과정을 수반하게 되는데, 이 턴오버 과정은 상당한 공정 시간과 대형 용량의 크레인이 필요하다. 그리고 박판의 후면 이음부를 맞대기 용접하는 과정에서도 용접 중 발생하는 각변형으로 인해, 용접부의 품질을 악화시킬 뿐만 아니라, 후속 조립 공정시 취부 작업의 어려움을 가중시킬 수 있다.

아울러, 론지(종보강재)를 박판에 취부할 경우, 맞대기 용접에서 발생한 활변형(Bowing distortion)이나 각변형(Angular distortion)으로 인해, 정위치에 론지를 취부하는 작업이 어려워진다. 그리고 론지를 정위치에 취부(Fit-up)하기 위해, 작업자가 유압이나 공압장치를 이용한 가압방법으로 론지를 취부하거나 해머와 같은 간이 장비를 이용하기 때문에, 작업자의 생산 효율이 떨어질 수 있다.

특히, 박판 구조물에 과도한 변형이 발생하여 물리적 힘을 이용하여 보강재를 취부하기가 어렵다고 판단되면, 곡직(Thermal straightening) 과정을 통해 맞대기 용접시 발생한 용접변형을 제거/감소시킨 후에 후속 공정을 진행하는 경우가 많은데, 이러한 후속 공정 작업은 예상치 못한 용접 수축변형을 유발하여 제품의 치수가 짧아질 수 있고, 제작 공정의 추가로 인해 제품의 생산성이 저하될 수 있다.

특허문헌: 국내 공개특허 10-2009-0021792 (2009.03.04. 공개)

본 발명의 실시예들은 맞대기 용접으로 인한 용접변형을 줄일 수 있는 박판의 용접방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 맞대어진 박판의 상면 이음부에 론지의 플랜지부를 배치하여 필렛 용접하고, 상기 박판의 하면 이음부를 맞대기 용접하는 박판의 용접방법으로서, 상기 맞대기 용접의 각변형량을 상쇄하기 위한 상기 필렛 용접의 표준 면외변형량(D)을 도출하는 단계; 상기 표준 면외변형량(D)을 고려하여 상기 필렛 용접의 필렛각장(C)을 산출하는 단계; 산출된 필렛각장(C)을 이용하여 상기 플랜지부의 가장자리를 상기 박판의 상면에 필렛 용접하는 단계; 상기 박판을 턴 오버하여 상기 박판의 하면이 상부를 향하게 역 배치하는 단계; 및 상기 필렛 용접에 의한 실제 면외변형(D')이 상쇄되도록 역 배치된 상기 박판의 하면 이음부를 맞대기 용접하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 필렛 용접의 표준 면외변형량(D)을 도출하는 단계는, 상기 론지의 플랜지부가 필렛 용접된 수평 상태의 박판을 준비하고, 준비된 상기 박판의 이음부를 맞대기 용접하여 상기 맞대기 용접에 의한 각변형량을 산출하고, 산출된 각변형량을 상기 표준 면외변향량(D)으로 매칭할 수 있다.

또한, 상기 필렛각장 산출 단계에서, 상기 필렛각장(C)은 상기 표준 면외변형량(D)에 비례하고 상기 플랜지부의 폭(A)과 두께(B)의 곱에 반비례할 수 있다.

또한, 상기 박판의 하면 이음부에는 상기 맞대기 용접에 의한 완전 용접이 이루어질 수 있다.

또한, 상기 론지의 플랜지부는 상기 이음부에 대한 맞대기 용접으로 인해 상기 박판의 이음부에서 발생되는 종방향 활변형을 방지하기 위해, 상기 박판의 상면에 밀착되도록 상기 상면 이음부를 따라 연속되게 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예는 본 발명의 실시예는 맞대기 용접의 각변형량을 상쇄하기 위한 필렛 용접의 필렛각장을 예측하여 이를 박판의 필렛 용접에 미리 반영함으로써, 후속하는 맞대기 용접으로 인한 각변형을 상쇄할 수 있고, 결국, 용접으로 인한 박판의 용접변형을 효과적으로 줄일 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 박판에 설치되는 론지를 구조 보강재로서의 역활과 함께, 맞대기 용접시 용락을 방지하는 백킹재의 역할을 동시에 구현할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박판의 용접방법을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박판의 용접방법이 적용된 박판의 용접 상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박판의 용접방법에서, 유한요소법을 이용하여 필렛 용접(W1)에 대한 면외변형량을 예측한 상태를 도시한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박판의 용접방법에서, 박판의 이음부가 론지를 통해 용접된 상태를 도시한 상태도이다.
도 5는 본 실시예의 일 실시예에 따른 박판의 용접방법에서, 박판의 이음부가 맞대기 용접된 상태를 도시한 상태도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 박판의 용접방법에서, 박판의 상면이 상부를 향하도록 역 배치한 상태를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 실시예의 변형예에 따른 박판의 용접방법에서, 박판의 하면이 상부를 향하도록 역 배치한 상태를 도시한 사시도이다.

이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박판의 용접방법을 도시한 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 박판(10)의 용접방법은, 맞대어진 박판(10)의 이음부를 론지(20)를 이용하여 필렛 용접(W1)할 때, 후행되는 맞대기 용접(W2, 도 7 참조)의 각변형을 고려한 선보정 효과를 미리 제공함으로써, 박판(10)의 이음부에 대한 용접 변형을 줄일 수 있다.

이를 구현하기 위한 박판의 용접방법은, 표준 면외변형량(D)을 도출하고(S1), 표준 면외변형량(D)을 이용하여 필렛 용접(W1)의 필렛각장(C)을 산출하고(S2), 산출된 필렛각장(C)을 이용하여 박판(10)의 상면에 론지(20)를 필렛 용접(W1)하고(S3), 박판(10)을 턴 오버하여 박판(10)을 역 배치하며(S4), 역 배치된 박판(10)의 하면 이음부(12)를 맞대기 용접(W2)할 수 있다(S5).

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박판의 용접방법이 적용된 박판의 용접 상태를 도시한 사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 박판(10)의 상면 이음부(11)에 설치되는 론지(20)는 플랜지부(21)와, 플랜지부(21)에 직교되게 연결되는 수직부(22)와, 플랜지부(21)에 나란하도록 수직부(22)에서 절곡되어 연장되는 수평부(23)를 포함할 수 있고, 박판(10)의 상면 이음부(11) 이외에 설치되는 론지(20')는 박판(10)에 직교되게 용접되는 수직부(22')와, 박판(10)에 나란하도록 수직부(22')에서 절곡되어 연장되는 수평부(23')를 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박판의 용접방법에서, 유한요소법을 이용하여 필렛 용접(W1)에 대한 면외변형량을 예측한 상태를 도시한 사진이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 표준 면외변형량(D)을 도출하기 위해서, 먼저, 통상의 유한요소법을 활용하여 박판(10)과 론지(20) 간에 필렛 용접(W1)에 대한 면외변형량을 예측하고, 예측된 면외변형량을 표준 면외변형량(D)으로 매칭하여 사용할 수 있다.

여기서, 유한요소법은 대상의 물체를 유한 개의 '요소'로 분할하여 각 영역에 관하여 계산하는 계산수법이다. 본 실시예에서는 유한요소법을 이용한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해, 필렛 용접부에 대한 면외변형량을 예측값을 구할 수 있다. 이 유한요소법은 통상의 계산수법이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이 표준 면외변형량(D)은 상술한 유한요소법 이외에도, 실제 실험 측정을 통해서도 도출할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박판의 용접방법에서, 박판의 이음부가 론지를 통해 용접된 상태를 도시한 상태도이고, 도 5는 본 실시예의 일 실시예에 따른 박판의 용접방법에서, 박판의 이음부가 맞대기 용접된 상태를 도시한 상태도이며,

예컨대, 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 표준 면외변형량(D)을 도출하기 위해서, 먼저, 맞대어진 박판(10)의 상면 이음부(11)에 론지(20)의 플랜지부(21)를 필렛 용접(W1)하고, 론지(20)가 필렛 용접(W1)된 박판(10)을 턴 오버하여 박판(10)의 하면 이음부(12)를 맞대기 용접(W2)할 수 있다. 이때, 맞대기 용접(W2)으로 인해 박판(10)에서는 각변형이 발생되는데, 이렇게 발생된 맞대기 용접(W2)의 각변형량(K)을 측정하여, 이를 후행하는 맞대기 용접(W2)에서 발생되는 각변형량을 상쇄하기 위한 표준 면외변형량(D)인 것으로 매칭할 수 있다.

여기서, 박판(10)의 후면 이음부에 대한 맞대기 용접(W2) 전, 론지(20)가 필렛 용접(W1)된 박판(10)은 수평한 상태를 유지하는 것으로 가정하므로, 박판(10)를 역 배치한 상태에서 박판(10)의 상방향으로 변형된 각변형량(K)를 쉽게 측정할 수 있다.

본 실시예에서는, 도 4와 같이, 론지(20)가 필렛 용접(W1)된 박판(10)을 역배치한 상태에서, 박판(10)의 후면 이음부를 맞대기 용접(W2)하였지만, 이는 이해를 돕기 위한 것으로, 론지(20)가 필렛 용접(W1)된 박판(10)을 바르게 배치한 상태에서 박판(10)의 후면 이음부를 맞대기 용접(W2)할 수도 있다. 이때, 박판(10)의 후면 이음부에 대한 맞대기 용접(W2)은 작업자가 박판(10)을 향해 아래에서 위로 용접하는 상향 용접으로 이루어질 수 있다.

후행하는 맞대기 용접(W2)의 각변형량을 상쇄하기 위해, 필렛 용접(W1)의 표준 면외변형량(D)이 도출되면, 도출된 표준 면외변형량(D)을 이용하여 박판(10)의 상면 이음부(11)를 필렛 용접(W1)하기 위한 필렛각장(C)을 산출할 수 있다. 필렛각장(C)은 이음의 루트에서 필릿 용접의 끝까지의 길이를 의미하며, 본 실시예에서 필렛각장(C)은 표준 면외변형량(D)에 비례하고, 론지(20) 플랜지부(21)의 폭(A)과 두께(B)의 곱에 반비례할 수 있다.

예를 들어, 필렛각장(C)은 하기의 식 1을 만족할 수 있다.

[식 1]

(여기서, C:필렛각장, A:론지(20) 플랜지부(21)의 폭, B:론지(20) 플랜지부(21)의 두께, D:표준 면외변형량, k,l,m,n :상수)

따라서, 론지(20) 플랜지부(21)의 폭(A), 론지(20) 플랜지부(21)의 두께(B)를 측정하고, 표준 면외변형량(D)를 도출하게 되면, 필렛 용접(W1)의 필렛각장(C)을 산출할 수 있다.

이때, 식 1에서 k,l,m,n은 공학적 철학을 기초로 하여 실시된 여러 실험적 고찰과 유한요소법을 활용한 해석적 평가를 통해 구해질 수 있으며, 이들 상수를 구하기 위해서, 박판(10)의 두께, 재질 등의 기하 변수와 박판(10)의 이음부에 적용되는 용접공법, 용접시 입열량(전류/전압/속도), 구속조건 등의 입열특성 변수 등이 고려되어야 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 박판의 용접방법에서, 박판의 상면이 상부를 향하도록 정 배치한 상태를 도시한 사시도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 표준 면외변형량(D)을 이용하여 필렛 용접(W1)의 필렛각장(C)이 산출되면, 산출된 필렛각장(C)을 적용하여 론지(20) 플랜지부(21)의 가장자리를 박판(10)의 상면에 필렛 용접(W1)할 수 있다. 이때, 도 3에서 보듯이, 필렛 용접(W1)의 용접 열에 의해, 박판(10)에는 실제 면외변형량(D')이 발생될 수 있다.

도 7은 본 실시예의 변형예에 따른 박판의 용접방법에서, 박판의 하면이 상부를 향하도록 역 배치한 상태를 도시한 사시도이다.

이후, 도 7에 도시된 바와 같이, 론지(20) 플랜지부(21)의 가장자리가 필렛 용접(W1)된 박판(10)을, 턴 오버하여 역 배치할 수 있다. 이 박판(10)은 해당 하면이 상부를 향하도록 뒤집어져 역 배치될 수 있다. 이를 통해, 작업자는 박판(10)의 하면 이음부(12)를 위에서 아래로 내려보며 용접할 수 있는 하향 용접이 가능하다.

박판(10)이 역 배치되면, 역 배치된 박판(10)의 하면 이음부(12)를 맞대기 용접(W2)할 수 있다. 예컨대, 역 배치된 박판(10)의 하면 이음부(12)를 따라 이동하면서, 하면 이음부(12)에 대한 완전 용접을 실시한다. 이때, 발생되는 용접 열에 의해 박판(10)의 하면 이음부(12)에서는 개선각이 형성될 수 있으며, 완전용접으로 인해, 상면 이음부(11)에 접해 있는 플랜지부(21)에도 개선각이 형성될 수 있다.

특히, 박판(10)의 하면 이음부(12)에 대한 맞대기 용접(W2)시, 용접 열에 의해, 박판(10)의 하면 이음부(12) 이외의 외측 부분에서는 박판(10)의 각변형량(K)이 발생될 수 있다.

본 실시예에서는, 이 각변형량(K)에 대응되는 표준 면외변형량(D)을 미리 고려하여 필렛각장(C)을 산출한 후 필렛 용접(W1)시 적용하였으므로, 맞대기 용접(W2)에 의해 발생된 박판(10)의 각변형량(K)과, 필렛 용접(W1)에 의해 발생된 실제 면외변형량(D')는 서로 반대 방향의 동일 변형량을 갖게 되며, 결국, 각변형량(K)과 면외변형량(D')이 서로 상쇄되는 효과를 통해, 박판(10)의 이음부에서 발생되는 용접 변형을 제거할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 맞대기 용접의 각변형량을 상쇄하기 위한 필렛 용접의 필렛각장을 예측하여 이를 박판의 필렛 용접에 미리 반영함으로써, 후속하는 맞대기 용접으로 인한 각변형을 상쇄할 수 있고, 용접으로 인한 박판의 용접변형을 효과적으로 줄일 수 있으며, 박판에 설치되는 론지를 구조 보강재로서의 역활과 함께, 맞대기 용접시 용락을 방지하는 백킹재의 역할을 동시에 구현할 수 있는 등의 우수한 장점을 갖는다.

상기에서 본 발명을 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.

10 :박판 11 :상면 이음부
12 :하면 이음부 20 :론지
21 :플랜지부 22 :수직부
23 :수평부

Claims (5)

1. 맞대어진 박판의 상면 이음부에 론지의 플랜지부를 배치하여 필렛 용접하고, 상기 박판의 하면 이음부를 맞대기 용접하는 박판의 용접방법으로서,
   상기 맞대기 용접의 각변형량을 상쇄하기 위한 상기 필렛 용접의 표준 면외변형량(D)을 도출하는 단계;
   상기 표준 면외변형량(D)을 고려하여 상기 필렛 용접의 필렛각장(C)을 산출하는 단계;
   산출된 필렛각장(C)을 이용하여 상기 플랜지부의 가장자리를 상기 박판의 상면에 필렛 용접하는 단계;
   상기 박판을 턴 오버하여 상기 박판의 하면이 상부를 향하게 역 배치하는 단계; 및
   상기 필렛 용접에 의한 실제 면외변형(D')이 상쇄되도록 역 배치된 상기 박판의 하면 이음부를 맞대기 용접하는 하는 단계를 포함하는 박판의 용접방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 필렛 용접의 표준 면외변형량(D)을 도출하는 단계는,
   상기 론지의 플랜지부가 필렛 용접된 수평 상태의 박판을 준비하고, 준비된 상기 박판의 이음부를 맞대기 용접하여 상기 맞대기 용접에 의한 각변형량을 산출하고, 산출된 각변형량을 상기 표준 면외변형량(D)으로 매칭하는 박판의 용접방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 필렛각장 산출 단계에서,
   상기 필렛각장(C)은 상기 표준 면외변형량(D)에 비례하고 상기 플랜지부의 폭(A)과 두께(B)의 곱에 반비례하는 박판의 용접방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 박판의 하면 이음부에는
   상기 맞대기 용접에 의한 완전 용접이 이루어지는 박판의 용접방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 론지의 플랜지부는
   상기 이음부에 대한 맞대기 용접으로 인해 상기 박판의 이음부에서 발생되는 종방향 활변형을 방지하기 위해, 상기 박판의 상면에 밀착되도록 상기 상면 이음부를 따라 연속되게 배치되는 박판의 용접방법.

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