KR101504242B1 - 용접 구조체 - Google Patents

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Abstract

모두 판두께 50㎜ 이상에서 맞대기 용접 이음매부를 갖는 접합 부재와 피접합 부재를, 접합 부재의 맞대기 용접 이음매부의 용접부 단면을 피접합 부재의 맞대기 용접 이음매부의 용접부 표면에 맞대고, 필릿 용접에 의해 접합하여 이루어지는, 용접 각장(脚長) 또는 용착폭의 적어도 한쪽이 16㎜ 이하의 필릿 용접 이음매를 구비한 용접 구조체로 하고, 접합 부재 및/또는 피접합 부재의 맞대기 용접 이음매부에 있어서의 용접 금속을 vTrs-W(℃)로 －65℃ 이하 및/또는, vE-20-W(J)로 140J 이상의 인성으로 하고, 맞대기면에 필릿 용접 이음매의 맞대기 용접 이음매 단면에서 접합 부재의 판두께 tw의 95％ 이상의 미(未)용착부를 갖고, 필릿 용접 금속의 vTrs(℃) 및/또는 vE-20(J)와 피접합 부재의 판두께 tf에 대해서 소정의 관계를 만족시킴으로써, 대규모 파괴에 이르기 전에 취성 균열의 전파를 저지한다.

Description

용접 구조체{WELDED STRUCTURE}
본 발명은, 예를 들면, 대형 컨테이너선이나 벌크 캐리어 등의, 후강판을 이용하여 용접 시공된 용접강 구조물에 관한 것으로, 특히 용접 이음매부로부터 발생한 취성 균열의 전파를, 구조물의 대규모 파괴에 이르기 전에 정지시킬 수 있는, 취성 균열 전파 정지 성능이 우수한 용접 구조체에 관한 것이다.
컨테이너선이나 벌크 캐리어는, 적재 능력의 향상이나 하역(荷役) 효율의 향상 등을 위해, 예를 들면, 탱커 등과는 상이하게 선창(船倉) 내에 구분벽이 적고, 선상부의 개구부를 크게 취한 구조를 갖고 있다. 그 때문에, 컨테이너선이나 벌크 캐리어에서는, 특히 선체 외판을, 고강도화 또는 후육화할 필요가 있다.
또한, 컨테이너선은, 최근, 대형화되어, 6,000∼20,000TEU와 같은 대형선이 건조(建造)되어 오고 있다. 또한, TEU(Twenty feet Equivalent Unit)는, 길이 20피트의 컨테이너로 환산한 개수를 나타내고, 컨테이너선의 적재 능력의 지표를 나타내고 있다. 이러한 배의 대형화에 수반하여, 선체 외판은, 판두께: 50㎜ 이상이고, 항복 강도: 390N/㎟급 이상의 후강판이 사용되는 경향으로 되고 있다.
선체 외판이 되는 강판은, 최근, 시공 기간의 단축이라는 관점에서, 예를 들면 일렉트로 가스 아크 용접 등의 대입열 용접(large-heat input)에 의해 맞대기 용접(butt welding)되는 경우가 많다. 이와 같은 대입열 용접에서는, 용접 열영향부에 있어서 대폭의 인성 저하가 발생하기 쉬워, 용접 이음매부로부터의 취성 균열 발생의 하나의 원인이 되고 있었다. 선체 구조에 있어서는, 종래부터 안전성이라는 관점에서, 만일, 취성 파괴가 발생한 경우라도, 취성 균열의 전파를 대규모 파괴에 이르기 전에 정지시켜, 선체 분리를 방지하는 것이 필요하다고 생각되고 있다.
이러한 사고 방식을 수용하여, 비특허문헌 1에, 판두께 50㎜ 미만의 조선용 강판에 있어서의 용접부의 취성 균열 전파 거동에 대한 실험적인 검토 결과가 보고되고 있다.
비특허문헌 1에서는, 용접부에서 강제적으로 발생시킨 취성 균열의 전파 경로, 전파 거동이 실험적으로 조사되고 있다. 여기에는, 용접부의 파괴 인성이 어느 정도 확보되어 있으면, 용접 잔류 응력의 영향에 의해 취성 균열은 용접부로부터 모재측으로 벗어나 버리는 경우가 많다는 결과가 기재되어 있다. 그러나 그 한편으로 용접부를 따라 취성 균열이 전파된 예도 복수예 확인되고 있다. 이것은, 취성 파괴가 용접부를 따라 직진 전파할 가능성이 없다고는 단언할 수 없는 것을 시사하고 있는 것이 된다.
그러나, 비특허문헌 1에서 적용한 용접과 동등한 용접을 판두께 50㎜ 미만의 강판에 적용하여 건조된 선박이 아무런 문제없이 취항되고 있다는 많은 실적이 있는 것에 더하여, 인성이 양호한 강판 모재(조선 E급 강 등)는 취성 균열을 정지하는 능력을 충분하게 유지하고 있다는 인식으로부터, 조선용 강재 용접부의 취성 균열 전파 정지 특성은 선급 규칙 등에 있어서는 특별히 요구되고 있지 않았다.
그러나, 최근의 6,000TEU를 초과하는 대형 컨테이너선에서는, 사용하는 강판의 판두께는 50㎜를 초과하여, 판두께 증대에 의해 파괴 인성이 저하되게 된다. 게다가, 용접 입열이 보다 큰 대입열 용접이 채용되어, 용접부의 파괴 인성이 한층 저하되는 경향이 있다. 이러한 후육의(thick) 대입열 용접 이음매에서는, 용접부로부터 발생한 취성 균열이, 모재측으로 벗어나지 않고 직진하고, 또한 골재 등의 강판 모재부에서도 정지하지 않을 가능성이 있는 것이 나타나 있다(예를 들면, 비특허문헌 2). 그 때문에, 판두께 50㎜ 이상의 후육 고강도 강판을 적용한 선체 구조의 안전성 확보가 큰 문제가 되고 있다. 또한, 비특허문헌 2에는, 발생한 취성 균열의 전파 정지를 위해, 특별한 취성 균열 전파 정지 특성을 갖는 후강판을 필요로 한다는 지적도 있다.
이러한 문제에 대하여, 예를 들면 특허문헌 1에는, 바람직하게는 판두께 50㎜ 이상의 선각 외판인 용접 구조체에 있어서, 맞대기 용접부에 교차하도록 골재를 배치하고, 이 골재를 필릿 용접(fillet welding)으로 접합한 용접 구조체가 기재되어 있다.
특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 이 골재에, 표층부 및 이층부에서 3㎜ 이상의 두께에 걸쳐 0.5∼5㎛의 평균 원상당 입경을 갖고, 또한 판두께면에 평행한 면에서 (100)결정면의 X선면 강도비가 1.5 이상인, 미크로 조직을 갖는 강판을 이용한다고 하고 있다. 이러한 미크로 조직을 갖는 강판을 보강재로 하여 필릿 용접한 구조로 함으로써, 맞대기 용접부에 취성 균열이 발생해도, 보강재인 골재로 취성 균열의 전파를 정지할 수 있고, 용접 구조체가 파괴되는 바와 같은 치명적인 손상을 방지할 수 있다고 하고 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 접합 부재(이하, 웨브(web)라고도 함)를 피접합 부재(이하, 플랜지라고도 함)에 필릿 용접하여 이루어지는 필릿 용접 이음매를 구비하는, 취성 균열 전파 정지 특성이 우수한 용접 구조체가 기재되어 있다.
특허문헌 2에 기재된 용접 구조체에서는, 필릿 용접 이음매 단면에 있어서의 웨브의, 플랜지와의 맞대기면에 미(未)용착부를 잔존시킨다. 그리고, 그 미용착부의 폭과, 필릿 용접부의 좌우의 각장(脚長;leg length)과 웨브 판두께와의 합과의 비, X가, 피접합 부재(플랜지)의 취성 균열 전파 정지 인성 Kca와 특별한 관계식을 만족하도록, 미용착부의 폭을 조정한다. 이에 따라, 피접합 부재(플랜지)를 판두께: 50㎜ 이상의 후물재로해도, 접합 부재(웨브)에서 발생한 취성 균열의 전파를, 필릿 용접부의 웨브와 플랜지의 맞대기면에서 정지시켜, 피접합 부재(플랜지)로의 취성 균열의 전파를 저지할 수 있다고 하고 있다.
일본공개특허공보 2004-232052호 일본공개특허공보 2007-326147호
일본 조선연구협회 제147연구부회: 「선체용 고장력 강판 대입열 이음매의 취성 파괴 강도 평가에 관한 연구」, 제87호(1978년 2월), p.35∼53, 일본 조선연구협회 야마구치 킨야 등: 「초대형 컨테이너선의 개발-새로운 고강도 극후강판의 실용-」, 일본 선박해양공학회지, 제3호(2005), p.70∼76, 평성 17년 11월
그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술에서 사용하는, 보강재인 골재는, 소망하는 조직을 갖는 강판으로 하기 위해, 복잡한 제조 공정을 필요로 한다. 이 때문에, 생산성이 저하되고, 안정적으로 소망하는 조직을 갖는 강판을 확보하는 것이 어렵다는 문제가 있었다.
또한, 특허문헌 2에 기재된 기술은, 접합 부재(웨브)에서 발생한 취성 균열의 전파를, 구조의 불연속성과, 피접합 부재(플랜지)의 취성 균열 전파 정지 특성과의 조합으로, 저지하고자 하는 기술이다.
그러나, 일본 조선연구협회 제169위원회 보고(「선체 구조의 파괴 관리 제어 설계에 관한 연구-보고서-」, (1979), p.118∼136, 일본 조선연구협회 제169위원회)에 나타나는 바와 같이, 일반적으로, 필릿 용접 이음매의 피접합 부재(플랜지)에서 발생한 취성 균열을 접합 부재(웨브)에서 전파 정지시키는 것은, 접합 부재(웨브)에서 발생한 취성 균열을 피접합 부재(플랜지)에서 전파 정지시키는 것에 비해, 어려운 것이 실험적으로 확인되고 있다.
이 이유는 명확하게는 기재되어 있지 않지만, 한 요인으로서, T이음매부에 균열이 돌입할 때의 파괴 구동력(응력 확대 계수)이, 피접합 부재(플랜지)에 돌입하는 경우보다도 접합 부재(웨브)에 돌입하는 경우의 쪽이 커지는 것을 요인으로서 생각할 수 있다.
이러한 점에서, 피접합 부재(플랜지)에서 발생한 취성 균열을 접합 부재(웨브)에서 전파 정지시키려면, 특허문헌 2에 기재된 기술은, 접합 부재(웨브)의 취성 균열 전파 정지 특성 등이 불충분하기 때문에, 충분한 기술이라고는 할 수 없다.
또한, 특허문헌 2에는, 접합 부재(웨브)의 취성 균열 전파 정지 특성에 대해서는 아무런 배려도 이루어지지 않았다.
즉, 특허문헌 2에 기재된 기술은, 예를 들면, NK선급의 「취성 균열 어레스트(arrest) 설계 지침」(2009년 9월 제정)에서 상정되어 있는, 대형 컨테이너선의 강력 갑판(플랜지에 상당)에서 발생한 취성 균열이 해치 사이드 코밍(hatch side coaming)(웨브에 상당)에 전파하는 바와 같은 케이스에 대하여, 충분한 균열 전파 정지 특성을 갖고 있다고는 할 수 없다.
또한, 특허문헌 2에 기재된 기술에서는, 미용착부의 폭과, 필릿 용접부의 좌우의 각장과 웨브의 판두께와의 합과의 비, X가 작아짐에 따라, 특정식을 만족시키기 위해, 플랜지의 취성 균열 전파 정지 인성 Kca를 증가시킬 필요가 있다. 그러나, 취성 균열 전파 정지 인성 Kca의 증가는, 강판 제조시의 압연 부하의 증대나 생산 능률의 저하, 제조 비용의 증가를 초래한다.
본 발명은, 이러한 종래 기술의 문제를 해결하고, 피접합 부재(플랜지)에 발생한 취성 균열의 접합 부재(웨브)로의 전파에 더하여, 접합 부재(웨브)에 발생한 취성 균열의 피접합 부재(플랜지)로의 전파도, 대규모 파괴에 이르기 전에, 정지(저지)할 수 있는, 취성 균열 전파 정지 특성이 우수한 용접 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명이 대상으로 하는 용접 구조체는, 접합 부재(웨브) 그리고 피접합 부재(플랜지)가 모두, 판두께 50㎜ 이상에서 맞대기 용접 이음매부를 갖는 것으로 하고, 접합 부재(웨브)의 맞대기 용접 이음매부의 용접부 단면을 피접합 부재(플랜지)의 맞대기 용접 이음매부의 용접부 표면에 맞대고, 접합 부재와 피접합 부재를 필릿 용접에 의해 접합하여 이루어지는 필릿 용접 이음매를 구비하는 용접 구조체이다.
본 발명자들은, 상기한 목적을 달성하기 위해, 접합 부재(웨브)의 맞대기 용접 이음매부의 용접부 단면을 피접합 부재(플랜지)의 맞대기 용접 이음매부의 용접부 표면에 맞대고, 접합 부재와 피접합 부재를 필릿 용접한 필릿 용접 이음매에 대해서, 취성 균열 전파 정지 특성에 미치는 각종 요인에 대해서 예의 연구했다.
그 결과, 이러한 엄격한 조건의 필릿 용접 이음매에 있어서 피접합 부재(플랜지)로부터 발생한 취성 균열의 전파를 저지(정지)하려면, 접합 부재(웨브)와 피접합 부재(플랜지)와의 맞대기면에 불연속부를 확보하고, 또한 취성 균열의 전파부를 소정값 이상의 취성 균열 전파 정지 인성 Kca를 갖는 취성 균열 전파 정지 특성이 우수한 부재로 구성한 것 만으로는 충분하지 않다는 것에 생각이 이르렀다.
특히, 피접합 부재(플랜지)의 판두께 tf(㎜)가 커지면 취성 균열 선단의 에너지 해방률(energy release rate)(균열 진전 구동력)이 증가하고, 취성 균열이 정지하기 어려워지는 것을 감안하여, 피접합 부재(플랜지)의 판두께 tf(㎜)에 관련된, 필릿 용접부의 인성 향상이 필수가 되는 것에 생각이 이르렀다.
또한, 필릿 용접부의 용접 각장이나 용착폭이 길어지면, 취성 균열의 전파가 용이해지기 때문에, 필릿 용접부의 용접 각장 또는 용착폭의 적어도 한쪽을 16㎜ 이하로 할 필요가 있는 것도 인식했다.
게다가, 피접합 부재 및/또는 접합 부재의 맞대기 용접 이음매부의 용접 금속의 인성을 일정값 이상으로 함으로써, 소망하는 취성 균열 전파 정지 특성을 갖는 용접 구조체로 하는 것이 가능해지는 것을 인식했다.
즉, 접합 부재(웨브) 및 피접합 부재(플랜지)가 모두 맞대기 용접 이음매부를 갖고, 접합 부재의 맞대기 용접 이음매부의 용접부 단면을 피접합 부재의 맞대기 용접 이음매부의 용접부 표면에 맞대는 필릿 용접 이음매에 있어서,
맞대기면에 소정의 길이 이상의 미용착부, 즉 불연속부를 확보함과 함께,
필릿 용접 이음매부의 용접 각장 또는 용착폭의 적어도 한쪽을 16㎜ 이하로 하고,
또한, 필릿 용접부 인성을 피접합 부재의 판두께 tf(㎜)와의 관계에서 소정의 관계를 만족하는 인성으로 하고,
게다가, 접합 부재 및/또는 피접합 부재의 맞대기 용접 이음매부의 용접 금속의 인성을 높임으로써 비로소,
종래의 기술에서는 곤란했던, 상기와 같은 판두께 50㎜ 이상의 후육의 피접합 부재에서 발생한 취성 균열의 접합 부재로의 전파를 저지(정지)할 수 있는 것을 발견했다.
그리고 또한, 상기의 인식을 활용함으로써, 접합 부재로부터 피접합 부재에 돌입하는 취성 균열의 전파도, 동일하게, 저지할 수 있는 것도 발견했다.
우선, 본 발명의 기초가 된 실험 결과에 대해서 설명한다.
모두 맞대기 용접 이음매부를 갖는, 후육의 접합 부재(웨브)와 후육의 피접합 부재(플랜지)를, 접합 부재(웨브)의 맞대기 용접 이음매부의 용접부 단면을 피접합 부재(플랜지)의 맞대기 용접 이음매부의 용접부 표면에 맞대고, 필릿 용접에 의해 접합하여 대형 필릿 용접 이음매를 제작했다.
또한, 미용착부 비율 Y(％)(＝(필릿 용접한 맞대기 용접 이음매 단면에 있어서의 미용착부의 폭 B)/(접합 부재의 판두께 tw)×100)와, 용접 재료 및 용접 조건 등의 조정에 의해 필릿 용접 금속부 인성을, 여러 가지 변화시킨 필릿 용접 이음매로 했다. 또한, 필릿 용접부의 용접 각장 또는 용접폭의 적어도 한쪽은 16㎜ 이하로 했다.
또한, 피접합 부재(플랜지)는 판두께: 50㎜ 이상의 후강판을 이용하고, 접합 부재는 취성 균열 전파 정지 인성 Kca에 아무런 배려를 하고 있지 않은 통상의 판두께 50㎜ 이상의 조선 D∼E급 강판을 이용하여 구성했다. 그리고, 피접합 부재, 접합 부재 모두, 맞대기 용접 이음매는, 1패스의 대입열 일렉트로 가스 아크 용접(SEGARC 또는 2전극 SEGARC) 또는 탄산 가스 아크 용접(multilayer fill)을 이용하여, 맞대기 용접 이음매부의 용접 금속이, 샤르피 충격 시험 파면 전이 온도로 －65℃ 이하, 및/또는, －20℃에 있어서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지로 140J 이상의 인성을 갖도록, 용접 재료 및 용접 조건 등을 조정하여 제작했다.
얻어진 대형 필릿 용접 이음매(9)를 이용하여, 도 3(a)에 나타내는 초대형 구조 모델 시험체를 제작하고, 취성 균열 전파 정지 시험을 실시했다. 또한, 초대형 구조 모델 시험체는, 대형 필릿 용접 이음매(9)의 피접합 부재(플랜지)(2)의 하방에 가용접(tack weld;8)으로, 피접합 부재(플랜지)(2)와 동일한 판두께의 강판을 용접했다.
또한, 도 3(a)에 나타내는 초대형 구조 모델 시험체는, 피접합 부재(플랜지)(2)의 맞대기 용접 이음매부(11)가 접합 부재(웨브)(1)의 맞대기 용접 이음매부(12)와 단면에서 동일선을 이루고, 또한, 용접선이 직교하도록 제작했다. 또한, 기계 노치(7)의 선단이, 피접합 부재(플랜지)(2)의 맞대기 용접 이음매부(11)의 BOND부가 되도록 가공했다.
또한, 취성 균열 전파 정지 시험은, 기계 노치(7)에 타격을 주어 취성 균열을 발생시키고, 그 취성 균열의 전파가, 필릿 용접부에서 정지하는지 아닌지를 조사했다. 어느 시험도, 응력 257N/㎟, 온도: －10℃의 조건에서 실시했다.
또한, 응력 257N/㎟는, 선체에 적용되고 있는 항복 강도 390N/㎟급 강판의 최대 허용 응력 상당의 값이다. 또한, 온도: －10℃는 선박의 설계 온도이다.
얻어진 결과를, 도 4(a), 도 4(b)에 나타낸다.
도 4(a), 도 4(b)로부터, 미용착부 비율 Y가 95％ 이상이고, 또한 필릿 용접 금속부의 인성과 피접합 부재(플랜지)의 판두께 tf와의 관계가, 특정한 관계를 만족하는 경우에는, 부하 응력이 257N/㎟의 경우라도, 접합 부재(웨브)의 Kca에 아무런 배려를 가하지 않고, 피접합 부재(플랜지)에서 발생한 취성 균열을 필릿 용접부에서 정지할 수 있고, 취성 균열의 접합 부재(웨브)로의 전파를 저지(정지)할 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, 도 4(a), 도 4(b)는, 필릿 용접부의 용접 각장 또는 용착폭의 적어도 한쪽이 16㎜ 이하이고, 또한 피접합 부재 및/또는 접합 부재의 맞대기 용접 이음매부의 용접 금속이 소정의 인성을 만족하는 경우이다.
여기에서, 미용착부 비율 Y는, 접합 부재(웨브)의 맞대기 용접 이음매부(12)의 용접부 단면을 피접합 부재(플랜지)의 맞대기 용접 이음매부(11)의 용접부 표면에 맞대어 필릿 용접한 맞대기 용접 이음매 단면에 있어서의 미용착부의 폭 B와 접합 부재(웨브) 판두께 tw의 비율, (B/tw)×100(％)로 정의되는 값이다.
이들 결과로부터, 필릿 용접 이음매부의 인성과, 피접합 부재(플랜지)의 판두께 tf와의 특정한 관계로서는, 도 4(a)로부터,
vTrs(℃)≤－1.5tf(㎜)＋90　‥‥(1)
이, 도 4(b)로부터,
vE-20(J)≥2.75tf(㎜)－140　‥‥(2)
가 얻어진다.
단, 피접합 부재(플랜지)의 판두께 tf가 50≤tf(㎜)≤53의 범위에 있는 경우, (2)식은 vE-20(J)≥ 5.75로 한다.
또한, 피접합 부재(플랜지)의 판두께 tf(㎜)가 커지면 취성 균열 선단의 에너지 해방률(균열 진전 구동력)이 증가하여, 취성 균열이 정지하기 어려워진다. 그러나, 이 점에 대해서는, 미용착부 비율 Y가 95％ 이상의 구조 불연속부를 갖는 용접 구조체(필릿 용접 이음매)로 하면, 전파되어 온 취성 균열 선단의 에너지 해방률이 저하되어, 취성 균열의 전파가 정지되기 쉬워지는 것을 알 수 있었다.
그리고, 상기 (1), (2)식을 만족하기까지, 필릿 용접 금속의 저온 인성을 높이면, 판두께 50㎜ 이상의 후육의 피접합 부재(플랜지)에서 발생한 취성 균열을 필릿 용접부 내에서 정지시키는 것이, 많은 경우에서 가능해지는 것을 발견했다.
또한, 상기한 필릿 용접부에서 취성 균열의 전파를 저지할 수 없어도, 필릿 용접부의 용접 각장 또는 용접폭의 적어도 한쪽을 16㎜ 이하로 하는 것, 그리고 피접합 부재 및/또는 접합 부재의 맞대기 용접 이음매부의 용접 금속의 저온 인성을 소정의 인성으로 함으로써, 접합 부재(웨브)의 용접부(맞대기 용접 이음매부)에서 취성 균열의 전파를 저지할 수 있는 것도 인식했다.
이러한 점에서, 미용착부의 설정이나, 필릿 용접부의 저온 인성의 향상, 필릿 용접부의 용접 각장 또는 용접폭의 조정, 피접합 부재 및/또는 접합 부재의 맞대기 용접 이음매부의 용접 금속의 저온 인성의 향상과 같은 대책을 행함으로써, 특별히 취성 균열 전파 정지 인성을 고려한 후강판을 접합 부재(웨브)에 사용하지 않아도, 피접합 부재(플랜지)에서 발생한 취성 균열의 전파를 저지할 수 있다는 결론을 얻었다.
또한, 상기와 동일한 대책을 행함으로써, 접합 부재(웨브)로부터 피접합 부재(플랜지)에 돌입하는 취성 균열의 전파를, 필릿 용접부 혹은 피접합 부재(플랜지)의 용접부(맞대기 용접 이음매부)에서 저지할 수 있는 것도 인식했다.
또한, 피접합 부재 및/또는 접합 부재의 맞대기 용접 이음매부의 용접 금속의 인성뿐만 아니라, 피접합 부재 및/또는 접합 부재의 맞대기 용접 이음매부의 열영향부의 인성이나 그들을 구성하는 강판의 인성을 높이는 것이, 취성 균열 전파 정지 특성의 향상에 유효하다는 인식도 얻었다.
본 발명은, 이러한 인식에 기초하여, 추가로 검토를 더하여 완성된 것이다. 즉, 본 발명의 요지는 다음과 같다.
1. 판두께 50㎜ 이상의 접합 부재의 단면(端面)을 판두께 50㎜ 이상의 피접합 부재의 표면에 맞대고, 상기 접합 부재와 상기 피접합 부재를 필릿 용접에 의해 접합하여 이루어지는 용접 각장 또는 용착폭의 적어도 한쪽이 16㎜ 이하의 필릿 용접 이음매를 구비한 용접 구조체로서,
상기 접합 부재 및 상기 피접합 부재를 모두 맞대기 용접 이음매부를 갖는 부재로 하고, 당해 접합 부재 및/또는 당해 피접합 부재의 맞대기 용접 이음매부의 용접 금속이, 샤르피 충격 시험의 파면 전이 온도 vTrs-W(℃)로 －65℃ 이하 및/또는, －20℃에 있어서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지 vE-20-W(J)로 140J 이상의 인성을 갖고,
상기 필릿 용접 이음매에 있어서의 상기 접합 부재의 상기 맞대기 용접 이음매부의 용접부 단면을, 상기 피접합 부재의 상기 맞대기 용접 이음매부의 용접부 표면에 맞대고, 당해 맞댄 면에, 상기 필릿 용접 이음매의 맞대기 용접 이음매 단면에서 당해 접합 부재의 판두께 tw의 95％ 이상의 미용착부를 갖고,
추가로 상기 필릿 용접 이음매의 필릿 용접 금속에 대해서,
당해 필릿 용접 금속의 샤르피 충격 시험 파면 전이 온도 vTrs(℃)와 상기 피접합 부재의 판두께 tf가 하기 (1)식의 관계 및/또는,
당해 필릿 용접 금속의 샤르피 충격 시험의 시험 온도: －20℃에 있어서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지 vE-20(J)와 상기 피접합 부재의 판두께 tf가 하기 (2)식의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 용접 구조체.
　　　　　　　　　　　　　　　　기
vTrs≤－1.5tf＋90　　　　　　　　　　　　 　‥‥(1)
vE-20(J)≥5.75, (단, 50≤tf(㎜)≤53),
vE-20(J)≥2.75tf(㎜)－140, (단, tf(㎜)＞53)　‥‥(2)
여기에서, vTrs: 필릿 용접 금속의 샤르피 충격 시험 파면 전이 온도(℃),
vE-20: 시험 온도: －20℃에서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지(J),
tf: 피접합 부재의 판두께(㎜)
2. 상기 접합 부재 및/또는 상기 피접합 부재의 맞대기 용접 이음매부의 열영향부가, 샤르피 충격 시험 파면 전이 온도 vTrs-H(℃)로 －65℃ 이하 및/또는, －20℃에 있어서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지 vE-20-H(J)로 140J 이상의 인성을 갖는 것을 특징으로 하는 상기 1에 기재된 용접 구조체.
3. 상기 접합 부재 및/또는 상기 피접합 부재를 구성하는 강판이, 샤르피 충격 시험 파면 전이 온도 vTrs-B(℃)로 －65℃ 이하 및/또는, －20℃에 있어서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지 vE-20-B(J)로 140J 이상의 인성을 갖는 것을 특징으로 하는 상기 1 또는 2에 기재된 용접 구조체.
4. 상기 접합 부재 및/또는 상기 피접합 부재의 맞대기 용접부의 용접 금속이, 샤르피 충격 시험 파면 전이 온도 vTrs-W(℃)로 －85℃ 이하 및/또는, －20℃에 있어서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지 vE-20-W(J)로 160J 이상의 인성을 갖는 것을 특징으로 하는 상기 1에 기재된 용접 구조체.
5. 상기 접합 부재 및/또는 상기 피접합 부재의 맞대기 용접 이음매부의 열영향부가, 샤르피 충격 시험 파면 전이 온도 vTrs-H(℃)로 －85℃ 이하 및/또는, －20℃에 있어서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지 vE-20-H(J)로 160J 이상의 인성을 갖는 열영향부인 것을 특징으로 하는 상기 4에 기재된 용접 구조체.
6. 상기 접합 부재 및/또는 상기 피접합 부재를 구성하는 강판이, 샤르피 충격 시험 파면 전이 온도 vTrs-B(℃)로 －85℃ 이하 및/또는, －20℃에 있어서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지 vE-20-B(J)로 160J 이상의 인성을 갖는 강판인 것을 특징으로 하는 상기 4 또는 5에 기재된 용접 구조체.
본 발명에 의하면, 종래 곤란했던 판두께 50㎜ 이상의 후강판으로 이루어지는 피접합 부재(플랜지)에 발생한 취성 균열의 접합 부재(웨브)로의 전파를, 대규모 파괴에 이르기 전에, 정지(저지)할 수 있다. 이에 따라, 강 구조물, 특히, 대형 컨테이너선이나 벌크 캐리어 등의 선체 분리와 같은 대규모의 취성 파괴의 위험성을 회피할 수 있고, 선체 구조의 안전성을 확보하는 데에 있어서 큰 효과를 초래하여, 산업상 각별한 효과를 가져온다. 또한, 본 발명에 의하면, 판두께 50㎜ 이상의 후강판으로 이루어지는 접합 부재(웨브)에 발생한 취성 균열의 피접합 부재(플랜지)로의 전파를, 대규모 파괴에 이르기 전에, 정지(저지)할 수 있다는 효과도 있다.
또한, 시공시에, 미용착부의 치수, 필릿 용접 금속의 인성, 필릿 용접부의 용접 각장 또는 용접폭, 나아가서는 피접합 부재 및/또는 접합 부재의 맞대기 용접 이음매부의 용접 금속, 열영향부, 그들을 구성하는 강판의 저온 인성을 조정함으로써, 취성 균열 전파 정지 인성이 우수한 특수한 강판을 사용하는 일 없이, 또한 안전성을 손상시키는 일 없이, 용이하게, 취성 균열 전파 정지 특성이 우수한 용접 구조체를 제조할 수 있다는 효과도 있다.
도 1은 접합 부재(웨브)(1) 및 피접합 부재(플랜지)(2)가 모두 맞대기 용접 이음매부를 갖는 필릿 용접 이음매의 구성을 개략적으로 설명하는 설명도이다. 도 1(a)는 외관도, 도 1(b)는 맞대기 용접 이음매부 위치에 있어서의 필릿 용접 이음매의 단면 구성을 개략적으로 설명하는 단면도이다.
도 2는 필릿 용접 이음매의 단면 구성의 다른 일 예를 개략적으로 나타내는 설명도이고, 접합 부재(웨브)(1)와 피접합 부재(플랜지)(2)가 비스듬하게 교차하고 있는 경우이다.
도 3은 실시예에서 사용한, 초대형 구조 모델 시험체의 형상을 개략적으로 나타내는 설명도이다. 도 3(a)는 피접합 부재(플랜지)(2)로부터 접합 부재(웨브)(1)로 취성 균열이 전파하는 경우, 도 3(b)는 접합 부재(웨브)(1)로부터 피접합 부재(플랜지)(2)로 취성 균열이 전파하는 경우이다.
도 4는 피접합 부재(플랜지)(2)로부터 접합 부재(웨브)(1)로 전파하는 경우의 취성 균열의 전파 정지에 미치는 필릿 용접 금속의 인성과 플랜지 판두께와의 관계의 영향을 나타내는 그래프이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
본 발명이 되는 용접 구조체는, 모두 맞대기 용접 이음매부를 갖는, 판두께 50㎜ 이상의 접합 부재(웨브)와 판두께 50㎜ 이상의 피접합 부재(플랜지)를, 접합 부재의 맞대기 용접 이음매부의 용접부 단면을 피접합 부재의 맞대기 용접 이음매부의 용접부 표면에 맞대고, 필릿 용접에 의해 접합하여 이루어지는 용접 구조체이다. 본 발명이 되는 용접 구조체의 일 예의 외관을 도 1(a)에 나타낸다. 이 용접 구조체는, 용접 각장(3) 또는 용착폭(13)의 적어도 한쪽이 16㎜ 이하의 필릿 용접 금속(5)을 갖는 필릿 용접 이음매를 구비한다. 또한, 당해 필릿 용접 이음매의 접합 부재(웨브)(1)와 피접합 부재(플랜지)(2)와의 맞대기면에는, 구조 불연속부가 되는, 미용착부(4)를 존재시킨다.
이 상태를 맞대기 용접 이음매부 위치에 있어서의 필릿 이음매 단면으로 도 1(b)에 나타낸다. 또한, 도 1(b)은, 접합 부재(웨브)(1)를 피접합 부재(플랜지)(2)에 대하여 직립하여 부착한 경우를 나타내지만, 본 발명에서는 이것으로 한정되는 일은 없다. 예를 들면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 접합 부재(웨브)(1)를 피접합 부재(플랜지)(2)에 대하여 각도 θ만큼 기울여 부착해도 좋다. 이 경우, 미용착부의 비율 Y(％)를 구할 때에 사용하는 접합 부재(웨브) 판두께 tw는, 접합 부재(웨브)와 피접합 부재(플랜지)와의 교차부의 길이, (tw)/cos(90°－θ)를 사용하는 것으로 한다.
본 발명이 되는 용접 구조체는, 상기한 바와 같이, 필릿 용접 이음매에 있어서의 접합 부재(웨브)(1)와 피접합 부재(플랜지)(2)와의 맞대기면에서, 구조가 불연속이 되는, 미용착부(4)를 갖는다. 필릿 용접 이음매에 있어서, 취성 균열이 피접합 부재(플랜지)(2)로부터 접합 부재(웨브)(1)로 전파하는 경우, 접합 부재(웨브)(1)와 피접합 부재(플랜지)(2)와의 맞대기면은, 취성 균열의 전파면이 되기 때문에, 본 발명에서는, 맞대기면에 미용착부(4)를 존재시킨다. 미용착부(4)가 존재함으로써, 피접합 부재(플랜지)(2)를 전파해 온 취성 균열 선단의 에너지 해방률(균열 진전 구동력)이 저하되어, 맞대기면에 있어서, 취성 균열은 정지하기 쉬워진다.
또한, 비록, 접합 부재(웨브)(1)측에 취성 균열이 전파하고자 해도, 본 발명에서는, 소정 이상의 인성을 유지하는 필릿 용접부(필릿 용접 금속(5))를 형성하기 때문에, 취성 균열은, 필릿 용접부(필릿 용접 금속(5))에서 정지하기 쉬워진다.
또한, 취성 균열은, 결함이 적은 강판 모재부에서 발생하는 경우는 매우 드물다. 과거의 취성 파괴 사고의 대부분은, 용접부에서 발생하고 있다. 그 때문에, 접합 부재(웨브)(1) 및 피접합 부재(플랜지)(2)가 모두, 맞대기 용접 이음매(12, 11)를 갖고, 피접합 부재(플랜지)(2)의 맞대기 용접 이음매부(11)와 접합 부재(웨브)(1)의 맞대기 용접 이음매부(12)가 직교하는 도 1(a)에 나타내는 바와 같은 필릿 용접 이음매에서는, 맞대기 용접 이음매부(11)로부터 발생한 취성 균열이 접합 부재(웨브)(1)로 전파하는 것을 저지하기 위해서는, 혹은 맞대기 용접 이음매부(12)로부터 발생한 취성 균열이 피접합 부재(플랜지)(2)로 전파하는 것을 저지하기 위해서는, 우선, 구조의 불연속을 존재시키는 것이 중요해진다. 그 때문에, 본 발명에서는 필릿 용접부에 있어서의 접합 부재(1)와 피접합 부재(2)와의 맞대기면에 미용착부(4)를 존재시킨다.
도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 피접합 부재(플랜지)(2)의 맞대기 용접 이음매부(11)와 접합 부재(웨브)(1)의 맞대기 용접 이음매부(12)가 직교하는 필릿 용접 이음매에서는, 맞대기 용접 이음매부(11)의 용접부 표면과 맞대기 용접 이음매부(12)의 용접부 단면과의 맞대기면에 미용착부(4)가 존재한다.
또한, 필릿 용접 이음매의 제조 방법은 특별히 한정할 필요는 없고, 통상, 이용되는 제조 방법을 모두 적용할 수 있다. 예를 들면, 플랜지용 후강판끼리, 웨브용 후강판끼리를 각각 맞대기 용접하고, 얻어진 맞대기 용접 이음매를 필릿 용접하여, 제조할 수 있다.
본 발명에서는, 맞대기 용접 이음매부 위치에서의, 필릿 용접 이음매 단면에 있어서의 미용착부(4)의 치수(폭 B)는, 취성 균열의 전파 억제를 위해, 웨브 판두께 tw의 95％ 이상으로 한다. 이에 따라, 필릿 용접 금속이 소성 변형되기 쉬워지고, 필릿 용접 금속에 돌입한 취성 균열의 균열 선단 근방의 응력 완화가 발생하여, 접합 부재(웨브)(1)측으로의 취성 균열의 전파를 억제할 수 있다. 이 때문에, 미용착부(4)의 치수(폭 B)는, 접합 부재(웨브) 판두께 tw의 95％ 이상으로 한정했다. 또한, 바람직하게는 96％ 이상 100％ 이하이다.
또한, 필릿 용접 이음매의 용접 각장(3) 또는 용착폭(13)의 적어도 한쪽은 16㎜ 이하로 한다. 이에 따라, 필릿 용접 금속의 소성 변형을 통하여, 필릿 용접 금속에 전파한 취성 균열의 균열 선단 근방의 응력이 완화되어, 취성 균열의 전파가 억제된다. 이 때문에, 필릿 용접 이음매의 용접 각장 또는 용착폭은, 고인성의 필릿 용접 금속이 변형되기 쉬운, 16㎜ 이하로 한정했다. 바람직하게는 15㎜ 이하이다. 용접 이음매 구조의 강성의 관점에서, 용접 각장(3) 및 용착폭(13)은 각각 4㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 피접합 부재(플랜지)(2)나 접합 부재(웨브)(1)의 판두께가 80㎜를 초과하는 경우에는, 강도 확보를 위해, 필릿 용접 금속부의 저온 인성을 높인 후에, 용접 각장을 넓히는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명에서는, 필릿 용접 이음매에 있어서의 필릿 용접 금속은, 피접합 부재(플랜지)(2)의 판두께 tf와 관련하여, 다음 (1)식 및/또는 다음 (2)식을 만족하는 인성을 확보할 수 있도록 조정한다.
vTrs≤－1.5tf＋90　‥‥(1)
vE-20≥5.75(단, 50≤tf(㎜)≤53),
vE-20≥2.75tf(㎜)－140(단, tf(㎜)＞53) ‥‥(2)
(여기에서, vTrs: 필릿 용접 금속의 샤르피 충격 시험 파면 전이 온도(℃), vE-20: 시험 온도: －20℃에서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지(J), tf: 피접합 부재(플랜지)의 판두께(㎜))
필릿 용접 금속의 인성이, 피접합 부재(플랜지)의 판두께 tf와 관련하여, 상기한 (1)식 및/또는 (2)식을 만족함으로써, 도 4에 나타내는 바와 같이, 피접합 부재(플랜지)의 판두께가 50㎜ 이상인 용접 구조체를, 소망하는 취성 균열 전파 저지 특성을 확보한 용접 구조체로 할 수 있다. 필릿 용접 금속의 인성이, 상기한 (1)식 및 (2)식의 어느 것도 만족하지 않는 경우에는, 필릿 용접 금속의 인성이 부족하여, 피접합 부재(플랜지)에서 발생하여 전파해 온 취성 균열을, 필릿 용접 금속부에서 전파 저지시킬 수 없다.
또한, 본 발명에서는, 피접합 부재(2) 및/또는 접합 부재(1)의 맞대기 용접 이음매부에서, 맞대기 용접 이음매부의 용접 금속이, 샤르피 충격 시험의 파면 전이 온도 vTrs-W(℃)로 －65℃ 이하 및/또는, －20℃에 있어서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지 vE-20-W(J)로 140J 이상이라는 인성을 갖도록, 용접 재료, 용접 조건을 조정하여 용접 금속을 형성하는 것을 필요로 한다.
접합 부재(1)의 맞대기 용접 이음매부의 용접 금속이, vTrs-W(℃)로 －65℃ 초과이고, 또한 vE-20-W(J)로 140J 미만에서는, 피접합 부재(플랜지) 용접부로부터 전파해 온 취성 균열을 필릿 용접부 혹은 접합 부재(웨브) 용접부에서 저지할 수 없다. 혹은, 피접합 부재(2)의 맞대기 용접 이음매부의 용접 금속이, vTrs-W(℃)로 －65℃ 초과이고, 또한 vE-20-W(J)로 140J 미만에서는, 접합 부재의 용접부로부터 전파해 온 취성 균열을 필릿 용접부 혹은 피접합 부재(플랜지) 용접부에서 저지할 수 없다.
또한, 접합 부재 및/또는 피접합 부재의 맞대기 용접부의 용접 금속은, 샤르피 충격 시험 파면 전이 온도 vTrs-W(℃)로 －85℃ 이하 및/또는, －20℃에 있어서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지 vE-20-W(J)로 160J 이상의 인성을 갖는 용접 금속으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 피접합 부재(2) 및/또는 접합 부재(1)의 맞대기 용접 이음매부의 용접 금속이, 상기한 인성을 갖고, 또한, 열영향부가, 샤르피 충격 시험 파면 전이 온도 vTrs-H(℃)로 －65℃ 이하 및/또는, －20℃에 있어서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지 vE-20-H(J)로 140J 이상의 인성을 갖는 것이 바람직하다. 추가로 또한, 피접합 부재(2) 및/또는 접합 부재(1)를 구성하는 강판이, 샤르피 충격 시험 파면 전이 온도 vTrs-B(℃)로 －65℃ 이하 및/또는, －20℃에 있어서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지 vE-20-B(J)로 140J 이상의 인성을 갖는 것이 바람직하다. 이들 고인성화에 의해, 보다 용이하게, 피접합 부재(플랜지) 용접부로부터 전파해 온 취성 균열, 또는 접합 부재(웨브) 용접부로부터 전파해 온 취성 균열을, 필릿 용접부 혹은 접합 부재(웨브)의 용접부 또는 피접합 부재(플랜지)의 용접부에서 저지할 수 있게 된다.
또한, 접합 부재 및/또는 피접합 부재의 맞대기 용접 이음매부의 열영향부는, vTrs-H(℃)로 －85℃ 이하, 및/또는, vE-20-H(J)로 160J 이상의 인성을 갖는 열영향부로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 피접합 부재 및/또는 접합 부재를 구성하는 강판은, vTrs-B(℃)로 －85℃ 이하 및/또는, vE-20-B(J)로 160J 이상의 인성을 갖는 것이 보다 바람직하다.
본 발명이 되는 용접 구조체는, 상기한 필릿 용접 이음매와, 상기한 맞대기 용접 이음매를 구비하는 것으로, 예를 들면, 선박의 선체 외판을 플랜지로 하고, 격벽을 웨브로 하는 선체 구조, 혹은 덱을 플랜지로 하고, 해치를 웨브로 하는 선체 구조 등에 적용 가능하다.
이하, 실시예에 기초하여, 본 발명을 상세하게 설명한다.
실시예
표 1 및 2에 나타내는 판두께와, 저온 인성을 갖는 후강판을, 표 1 및 2에 나타내는 용접 방법을 이용하여, 표 1 및 2에 나타내는 용접 입열로, 맞대기 용접 이음매를 제작하고, 각각 피접합 부재(2), 접합 부재(1)로 했다. 또한, 맞대기 용접은, 표 1 및 2에 나타내는 용접 입열의, 1패스 대입열 일렉트로 가스 아크 용접(SEGARC 및 2전극 SEGARC) 또는 다층 CO2 용접으로 하고, 용접 재료를 변화시켜 행했다.
얻어진 접합 부재 및 피접합 부재의 맞대기 용접 이음매부로부터, 시험편 표면이 표층하 1㎜ 또는 2㎜이고, 시험편 길이 방향이 용접선과 직각을 이루고, 노치가 용접선과 직각을 이루는 방향이 되도록, 용접 금속 중앙부, 열영향부(BOND부)로부터, V노치 샤르피 충격 시험편(10㎜두께)을 채취했다. 샤르피 충격 시험은, JIS Z 2242의 규정에 준거하여 행하고, 파면 전이 온도 vTrs(℃) 및, 시험 온도: －20℃에서의 샤르피 충격 흡수 에너지 vE-20(J)를 구했다. 또한, 접합 부재 및 피접합 부재를 구성하는 강판의 모재부에 대해서도 동일하게, vE-20(J), 파면 전이 온도 vTrs(℃)를 구했다.
얻어진 강판 모재의 저온 인성 및 맞대기 용접 이음매부의 저온 인성을 정리하여 표 1 및 2에 나타낸다.
이어서, 접합 부재(웨브)(1)의 맞대기 용접 이음매부(12)의 용접부 단면을, 피접합 부재(플랜지)(2)의 맞대기 용접 이음매부(11)의 용접부 표면에 맞댄 후, 접합 부재(1)와 피접합 부재(2)를 필릿 용접하고, 도 3(a), 도 3(b)에 나타내는 형상의 실(實)구조 사이즈의 대형 필릿 용접 이음매를 제작했다. 필릿 용접은, 표 3 및 4에 나타내는 여러 가지의 용접 금속 인성, 여러 가지의 용접 각장 또는 용착폭을 갖는 필릿 용접 이음매가 되도록, 용접 재료 및 용접 입열, 실드 가스 등의 용접 조건을 변화시켜 행했다.
또한, 제작한 대형 필릿 용접 이음매에서는, 접합 부재(1)와 피접합 부재(2)를 맞댄 면에, 도 1(b) 혹은 도 2에 나타내는 바와 같은 미용착부(4)를, 표 3 및 4에 나타내는 바와 같이 미용착부의 비율 Y(＝(필릿 용접한 맞대기 용접 이음매 단면의 미용착부의 폭 B/접합 부재(웨브) 판두께 tw×100)를 변화시켜 존재시켰다.
또한, 얻어진 대형 필릿 용접 이음매의 필릿 용접 금속으로부터, 또는 필릿 용접과 동일한 조건으로 제작한 맞대기 용접 이음매로부터, V노치 샤르피 충격 시험편(10㎜ 두께)을 채취하고, JIS Z 2242의 규정에 준거하여, 시험 온도: －20℃에서의 흡수 에너지 vE-20(J), 파면 전이 온도 vTrs(℃)를 구했다. 얻어진 필릿 용접 금속(5)의 저온 인성을 표 3 및 4에 나타낸다.
이어서, 얻어진 대형 필릿 용접 이음매를 이용하여, 도 3에 나타내는 초대형 구조 모델 시험체를 제작하고, 취성 균열 전파 정지 시험을 실시했다.
도 3(a)에 나타내는 초대형 구조 모델 시험체는, 피접합 부재(플랜지)(2)의 맞대기 용접 이음매부(11)와 접합 부재(웨브)(1)의 맞대기 용접 이음매부(12)를 직교시켜, 피접합 부재(플랜지)(2)로부터 접합 부재(웨브)(1)로 취성 균열을 전파시키는 경우이며, 기계 노치(7)의 선단이 맞대기 용접 이음매부(11)의 BOND부가 되도록 가공했다.
도 3(b)에 나타내는 초대형 구조 모델 시험체는, 접합 부재(웨브)(1)의 맞대기 용접 이음매부(12)와 피접합 부재(플랜지)(2)의 맞대기 용접 이음매부(11)를 직교시켜, 접합 부재(웨브)(1)로부터 피접합 부재(플랜지)(2)로 취성 균열을 전파시키는 경우이며, 기계 노치(7)의 선단이 맞대기 용접 이음매부(12)의 BOND부가 되도록 가공했다.
또한, 도 3(a)에 나타내는 초대형 구조 모델 시험체는, 대형 필릿 용접 이음매(9)의 피접합 부재(플랜지)(2)의 하방에 가용접(8)으로, 피접합 부재(플랜지)(2)와 동일한 판두께의 강판을 용접했다. 또한, 도 3(b)에 나타내는 초대형 구조 모델 시험체는, 대형 필릿 용접 이음매(9)의 피접합 부재(플랜지)(2)의 하방에 접합 부재(웨브)(1)와 동일 판두께의 보조판(6)을 부분 개선 용접(partial groove weld;10)으로 용접하고, 추가로 보조판(6)의 하방에 가용접(8)으로, 접합 부재(웨브)(1)와 동일한 판두께의 강판을 용접했다.
취성 균열 전파 정지 시험은, 기계 노치(7)에 타격을 주어 취성 균열을 발생시키고, 전파한 취성 균열이, 필릿 용접부 혹은 접합 부재의 용접부(열영향부를 포함함)(도 3(a)) 혹은 피접합 부재의 용접부(열영향부를 포함함)(도 3(b))에서 정지하는지 아닌지를 조사했다.
어느 시험도, 응력 100∼283N/㎟, 온도: －10℃의 조건에서 실시했다. 응력 100N/㎟는, 선체에 정상적으로 작용하는 응력의 평균적인 값이다. 또한, 응력 257N/㎟는, 선체에 적용되어 있는 항복 강도 390N/㎟급 강판의 최대 허용 응력 상당의 값이다. 또한, 응력 283N/㎟는, 선체에 적용되어 있는 항복 강도 460N/㎟급 강판의 최대 허용 응력 상당의 값이다. 온도: －10℃는 선박의 설계 온도이다.
얻어진 결과를 표 5에 나타낸다.
Figure 112014097619539-pct00001
Figure 112014097619539-pct00002
Figure 112014097619539-pct00003
Figure 112014097619539-pct00004
Figure 112014097619539-pct00005
피접합 부재(플랜지)로부터 접합 부재(웨브)로 취성 균열이 전파하는 경우, 본 발명예는 모두, 취성 균열이, 필릿 용접부의 필릿 용접 금속 혹은 접합 부재(웨브) 용접부에서 정지했다. 또한, 접합 부재(웨브)로부터 피접합 부재(플랜지)로 취성 균열이 전파하는 경우, 본 발명예는 모두, 취성 균열이, 필릿 용접부의 필릿 용접 금속 혹은 피접합 부재(플랜지) 용접부에서 정지했다.
한편, 용접 각장, 용착폭의 양쪽이 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예(시험체 No.19∼No.21)는, 취성 균열이 필릿 용접부나, 접합 부재의 용접부 혹은 피접합 부재의 용접부에서 정지하는 일 없이, 접합 부재 혹은 피접합 부재로 전파하여, 취성 균열의 전파를 저지(정지)할 수 없었다.
또한, 미용착부 비율 Y가 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예(시험체 No.22∼No.24, No.27)는, 피접합 부재에서 발생한 취성 균열이 접합 부재로 전파하여, 취성 균열의 전파를 저지(정지)할 수 없었다.
또한, 취성 균열의 전파 정지의 역할을 담당하는 접합 부재 및 피접합 부재의 맞대기 용접 이음매부의 용접 금속의 저온 인성이 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예(시험체 No.26, No.28)는, 취성 균열이 피접합 부재로부터 접합 부재로 전파하여, 취성 균열의 전파를 저지(정지)할 수 없었다.
게다가, 필릿 용접 금속의 저온 인성이 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예(시험체 No.25, No.29, No.30, No.32, No.33)는, 취성 균열이, 피접합 부재로부터 접합 부재로, 혹은 접합 부재로부터 피접합 부재로 전파하여, 취성 균열의 전파를 저지(정지)할 수 없었다.
또한, 미용착부 비율 Y 및 필릿 용접부의 저온 인성이 모두, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예(시험체 No.31)는, 피접합 부재에서 발생한 취성 균열이 접합 부재로 전파하고, 취성 균열의 전파를 저지(정지)할 수 없었다.
1 : 접합 부재(웨브)
2 : 피접합 부재(플랜지)
3 : 용접 각장
4 : 미용착부
5 : 필릿 용접 금속
6 : 보조판
7 : 기계 노치
8 : 가용접
9 : 대형 필릿 용접 이음매
10 : 부분 개선 용접
11 : 피접합 부재(플랜지)의 맞대기 용접 이음매부
12 : 접합 부재(웨브)의 맞대기 용접 이음매부
13 : 용착폭
θ : 교차각

Claims (6)

  1. 판두께 50㎜ 이상의 접합 부재의 단면(端面)을 판두께 50㎜ 이상의 피접합 부재의 표면에 맞대고, 상기 접합 부재와 상기 피접합 부재를 필릿 용접에 의해 접합하여 이루어지는 용접 각장(脚長) 또는 용착폭의 적어도 한쪽이 16㎜ 이하의 필릿 용접 이음매를 구비한 용접 구조체로서,
    상기 접합 부재 및 상기 피접합 부재를 모두 맞대기 용접 이음매부를 갖는 부재로 하고, 당해 접합 부재 및 당해 피접합 부재 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 맞대기 용접 이음매부의 용접 금속이, 샤르피 충격 시험의 파면 전이 온도 vTrs-W(℃)로 －65℃ 이하 및, －20℃에 있어서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지 vE-20-W(J)로 140J 이상 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 인성을 갖고,
    상기 필릿 용접 이음매에 있어서의 상기 접합 부재의 상기 맞대기 용접 이음매부의 용접부 단면을, 상기 피접합 부재의 상기 맞대기 용접 이음매부의 용접부 표면에 맞대고, 당해 맞댄 면에, 상기 필릿 용접 이음매의 맞대기 용접 이음매 단면에서 당해 접합 부재의 판두께 tw의 95％ 이상의 미(未)용착부를 갖고,
    추가로 상기 필릿 용접 이음매의 필릿 용접 금속에 대해서,
    당해 필릿 용접 금속의 샤르피 충격 시험 파면 전이 온도 vTrs(℃)와 상기 피접합 부재의 판두께 tf가 하기 (1)식의 관계 및,
    당해 필릿 용접 금속의 샤르피 충격 시험의 시험 온도: －20℃에 있어서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지 vE-20(J)와 상기 피접합 부재의 판두께 tf가 하기 (2)식의 관계 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 만족시키는 것을 특징으로 하는 용접 구조체.
    vTrs≤－1.5tf＋90　　　　　　　　　　　　　‥‥(1)
    vE-20(J)≥5.75, (단, 50≤tf(㎜)≤53),
    vE-20(J)≥2.75tf(㎜)－140, (단, tf(㎜)＞53)　‥‥(2)
    여기에서, vTrs: 필릿 용접 금속의 샤르피 충격 시험 파면 전이 온도(℃),
    vE-20: 시험 온도: －20℃에서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지(J),
    tf: 피접합 부재의 판두께(㎜)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접합 부재 및 상기 피접합 부재 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 맞대기 용접 이음매부의 열영향부가, 샤르피 충격 시험 파면 전이 온도 vTrs-H(℃)로 －65℃ 이하 및, －20℃에 있어서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지 vE-20-H(J)로 140J 이상 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 인성을 갖는 것을 특징으로 하는 용접 구조체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 접합 부재 및 상기 피접합 부재 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 구성하는 강판이, 샤르피 충격 시험 파면 전이 온도 vTrs-B(℃)로 －65℃ 이하 및, －20℃에 있어서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지 vE-20-B(J)로 140J 이상 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 인성을 갖는 것을 특징으로 하는 용접 구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 접합 부재 및 상기 피접합 부재 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 맞대기 용접부의 용접 금속이, 샤르피 충격 시험 파면 전이 온도 vTrs-W(℃)로 －85℃ 이하 및, －20℃에 있어서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지 vE-20-W(J)로 160J 이상 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 인성을 갖는 것을 특징으로 하는 용접 구조체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 접합 부재 및 상기 피접합 부재 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 맞대기 용접 이음매부의 열영향부가, 샤르피 충격 시험 파면 전이 온도 vTrs-H(℃)로 －85℃ 이하 및, －20℃에 있어서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지 vE-20-H(J)로 160J 이상 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 인성을 갖는 열영향부인 것을 특징으로 하는 용접 구조체.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 접합 부재 및 상기 피접합 부재 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 구성하는 강판이, 샤르피 충격 시험 파면 전이 온도 vTrs-B(℃)로 －85℃ 이하 및, －20℃에 있어서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지 vE-20-B(J)로 160J 이상 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 인성을 갖는 강판인 것을 특징으로 하는 용접 구조체.
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