KR101804221B1 - Metal Structures Having Weld Zone Improved Fracture Toughness And Method for Manufacturing the Same - Google Patents

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KR101804221B1
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김병준
전종배
남대근
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한국생산기술연구원
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Abstract

The present invention relates to a metal structure and a manufacturing method thereof which artificially form a notch and a fine crack on a base metal portion on a position separated from a welded portion whose mechanical property is weak to transfer a fracture start portion from the welded portion to the base metal portion and increase crack propagation energy on the base metal portion to improve fracture toughness of the entire structure. According to the present invention, the metal structure has a base metal portion and a welded portion. Impact absorption energy (B) of the base metal portion is defined to be the sum of crack start energy (B_i) and crack propagation energy (B_p). Fracture impact aboption energy (W) of the welded portion is defined to be the sum of crack start energy (W_i) and crack propagation energy (W_p). A notch is dented on a surface of the base metal portion on a position separated from the welded portion in a prescribed depth to allow the crack start energy (B_i) of the base metal portion to become smaller than the crack start energy (W_i) of the welded portion. A plurality of fine cracks are dented on the notch while crossing perpendicularly to a longitudinal direction of the notch to allow a difference (W_p-B_p) of the crack propagation energy between the welded portion and the base metal portion to become larger than a difference (W_i-B_i) of the crack start energy between the welded portion and the base metal portion.

Description

파괴 인성이 향상된 용접 부위를 포함하는 금속 구조물 및 그 제조 방법{Metal Structures Having Weld Zone Improved Fracture Toughness And Method for Manufacturing the Same}Technical Field [0001] The present invention relates to a metal structure including a welded portion having improved fracture toughness,

본 발명은 용접 부위를 갖는 금속 구조물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기계적 성질이 취약한 용접부로부터 일정 거리 이격된 위치의 모재부에 노치(notch)와 미세크랙을 인위적으로 가공하여 파괴개시 부위를 용접부에서 모재부로 이전함과 동시에 모재부에서의 크랙 전파 에너지를 증대시킴으로써 구조물 전체의 파괴인성을 향상시킬 수 있도록 한 금속 구조물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a metal structure having a welded portion, and more particularly, to a method of artificially machining a notch and a micro crack in a base material portion at a position spaced from a welded portion having a weak mechanical property, The present invention relates to a metal structure and a method of manufacturing the same, which can improve the fracture toughness of the entire structure by increasing the energy of crack propagation in the base material portion.

자동차, 선박, 플랜트, 건축물 등에 사용되는 다양한 금속 구조물은 일체 성형 시 발생하는 높은 비용과 기술상의 문제로, 주로 용접을 통한 접합으로 형상이 제어되고 있다. 금속 구조물의 용접부는 용접 시 필연적으로 발생하는 용접부/모재부 간의 화학적 불균일성, 열영향 효과 등에 의해 모재부와는 이질적인 미세조직이 발현되고, 잔류응력 등이 잔존하게 되며, 모재부에 비해 외력에 대해 취약한 특성을 보이게 된다. 따라서 금속 구조물의 안정성 및 신뢰성은 용접부 파괴, 피로, 항복강도 등의 기계적 성질에 크게 의존한다.A variety of metal structures used in automobiles, ships, plants, buildings, etc., have high cost and technological problems that occur during integral molding, and their shape is controlled mainly by welding. The welded portion of the metal structure is exposed to the microstructure different from the base portion due to the chemical nonuniformity and the heat effect effect between the weld portion and the base portion which are inevitably generated at the time of welding and the residual stress remains, Weakness. Therefore, the stability and reliability of the metal structure depends largely on the mechanical properties such as fracture, fatigue and yield strength of the weld.

금속 구조물의 용접부의 기계적 성질은 용접조건의 최적화 및 용접 후 열처리를 통해서 향상될 수 있다. 그러나 대형 구조물의 경우에는 열처리를 통한 미세조직 개질 및 기계적 물성의 향상은 높은 비용과 열처리 온도 제어 등의 기술적인 어려움이 있다. 따라서 용접조건 및 후 열처리 등의 종래 방식을 탈피한 독창적인 파괴인성 개선 방법이 개발될 필요가 있다. The mechanical properties of welds of metal structures can be improved by optimization of welding conditions and post-weld heat treatment. However, in the case of large structures, improvement of microstructure and mechanical properties through heat treatment is technically difficult such as high cost and heat treatment temperature control. Therefore, it is necessary to develop an original fracture toughness improving method that is out of the conventional methods such as welding conditions and post heat treatment.

이에 본 출원인이 제안했던 '저온특성이 향상된 금속재료 및 그 제조방법'에 관한 특허(등록특허 제10-1523229호)에서는 구조물의 취약 부위의 표면에 적어도 하나 이상의 노치(notch)를 함몰 형성하고, 상기 노치의 하단에 복수의 미세크랙을 가공하여 재료 내부의 특성은 유지하면서 외부 가공에 의해 강도 및 저온 파괴인성을 향상시킬 수 있는 방안을 제시하였다.Patent No. 10-1523229 (Patent No. 10-1523229) proposed by the present applicant for a 'metal material having improved low-temperature characteristics and a method for manufacturing the same' has at least one notch formed on the surface of a fragile portion of the structure, A plurality of fine cracks are formed at the lower end of the notch to improve the strength and low temperature fracture toughness by external processing while maintaining the characteristics of the material.

그러나 이러한 종래의 금속 구조물의 기계적 성질을 향상시키기 위한 기술들은 모두 용접 부위와 같은 취약 부위에 직접 노치 등의 형상물을 가공하여 취약 부위 자체의 기계적 성질을 향상시키는 기술로서, 용접 작업이 이루어진 이후에만 소정의 형상물을 가공할 수 있기 때문에 실제 적용에 있어서 가공상의 어려움이 발생할 수 있다.However, all of the techniques for improving the mechanical properties of such conventional metal structures are techniques for directly improving the mechanical properties of the vulnerable portion by processing notches or the like directly on the weak portions such as the welded portions, It is possible to cause difficulty in processing in practical application.

등록특허 제10-1523229호Patent No. 10-1523229 공개특허 제10-2010-0117958호Published Patent No. 10-2010-0117958

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 기계적 성질이 취약한 용접부로부터 일정 거리 이격된 위치의 모재부에 노치(notch)와 미세크랙을 인위적으로 가공하여 파괴개시 부위를 용접부에서 모재부로 이전함과 동시에 모재부에서의 크랙 전파 에너지를 증대시킴으로써 구조물 전체의 파괴인성을 향상시킬 수 있으며, 가공이 용이한 금속 구조물 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for artificially machining a notch and a micro crack in a base material portion at a position spaced a certain distance from a welded portion having poor mechanical properties, The present invention provides a metal structure which can improve fracture toughness of a whole structure by increasing the energy of crack propagation in the base material portion and is easy to process, and a manufacturing method thereof.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 금속 구조물은, 모재부에 용접부가 형성되어 있는 금속 구조물에 있어서, 상기 모재부의 충격 흡수 에너지(B)는 크랙 개시 에너지(Bi)와 크랙 전파 에너지(Bp)의 합이며, 상기 용접부의 파괴 충격 흡수 에너지(W)는 크랙 개시 에너지(Wi)와 크랙 전파 에너지(Wp)의 합으로 규정되고, 상기 모재부의 크랙 개시 에너지(Bi)가 상기 용접부의 크랙 개시 에너지(Wi)보다 작아지도록 상기 용접부로부터 일정 거리 이격된 위치의 모재부의 표면에 일정한 깊이로 노치가 함몰 형성되며; 상기 모재부와 용접부 간의 크랙 전파 에너지의 차이(Bp - Wp)가 용접부와 모재부 간의 크랙 개시 에너지의 차이(Wi- Bi)보다 커지도록 상기 노치에 복수개의 미세크랙이 노치의 길이방향에 대해 수직하게 교차하면서 함몰 형성된 것을 특징으로 한다. In order to attain the above object, a metal structure according to the present invention is a metal structure in which a weld is formed in a base material part, wherein an impact absorption energy (B) of the base material part is a crack initiation energy (B i ) the sum of (B p), destructive impact energy absorbed (W) of the weld is defined as the sum of crack initiation energy (W i) and the crack propagation energy (W p), the crack initiation energy of said base (B i) A notch is formed at a predetermined depth on a surface of the base material portion at a position spaced from the welded portion by a predetermined distance so as to be smaller than the crack initiation energy W i of the weld portion; Wherein a difference (B p - W p ) of crack propagation energy between the base material portion and the welded portion is greater than a difference (W i - B i ) between crack initiation energy between the welded portion and the base material portion, And is formed so as to be recessed while intersecting perpendicularly with respect to the direction.

이러한 본 발명의 금속 구조물을 제조하는 방법은, The method for manufacturing the metal structure of the present invention includes:

(a) 용접부로부터 일정 거리 이격된 위치의 모재부의 표면에 복수개의 노치를 용접부의 길이방향과 나란한 방향을 따라 일정 깊이로 함몰 가공하는 단계;(a) embossing a plurality of notches on a surface of a base material at a position spaced apart from the weld by a predetermined depth along a direction parallel to the longitudinal direction of the weld;

(b) 상기 각각의 노치에 복수개의 미세크랙을 일정 깊이로 함몰 가공하는 단계;(b) recessing the plurality of fine cracks to a predetermined depth in each of the notches;

를 포함하는 것을 특징으로 한다. And a control unit.

본 발명에 따르면, 금속 구조물의 취약부위인 용접부가 아닌 용접부로부터 일정 거리 이격된 위치의 모재부에 용접부의 길이 방향을 따라 연장되게 노치를 형성함으로써 구조물의 크랙 개시를 용접부에서 모재부로 이전할 수 있으며, 노치에 수직한 방향으로 교차하면서 형성된 복수의 미세크랙에 의해 크랙의 전파가 어렵게 되므로 구조물 전체의 파괴인성을 향상시킬 수 있게 된다. According to the present invention, crack initiation of the structure can be transferred from the welded portion to the base material portion by forming notches extending along the longitudinal direction of the welded portion in the base material portion at a position spaced apart from the welded portion, , Crack propagation becomes difficult due to a plurality of fine cracks formed in the direction perpendicular to the notch, so that the fracture toughness of the entire structure can be improved.

도 1은 본 발명에 따른 금속 구조물의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I 선 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 금속 구조물의 용접부의 파괴하중-변형율 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 금속 구조물의 모재부의 파괴하중-변형율 변화를 나타낸 그래프이다. 1 is a perspective view illustrating an embodiment of a metal structure according to the present invention.
2 is a sectional view taken along the line II in Fig.
3 is a sectional view taken along a line II-II in Fig.
4 is a graph showing a change in fracture load-deformation ratio of a welded portion of a metal structure according to the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the variation of the fracture load-deformation ratio of the base material portion of the metal structure according to the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속 구조물 및 그 제조 방법을 상세히 설명한다. Hereinafter, a metal structure according to a preferred embodiment of the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 용접된 용접부를 갖는 구조물에 있어서, 구조물의 파괴부위를 용접부에서 모재부로 이전함으로써 모재부의 파괴를 유도하고, 최종적으로 용접부를 포함하는 구조물 전체의 파괴인성을 향상시키는 것을 기술적 특징으로 한다. The present invention is characterized in that, in a structure having a welded portion, the fracture portion of the structure is transferred from the weld portion to the base portion to induce fracture of the base portion, and finally the fracture toughness of the whole structure including the weld portion is improved.

이를 위한 본 발명의 금속 구조물은 도 1 내지 도 3에 도시된 것과 같이, 금속 구조물의 용접된 부분, 즉 용접부(1)로부터 일정 거리 이격된 위치의 모재부(2)에 복수의 노치(notch)(10)와 미세크랙(20)을 가공하여 형성함으로써 구조물의 파괴 부위를 용접부(1)에서 모재부(2)로 이전한 것이다. 1 to 3, a plurality of notches are formed in a welded portion of a metal structure, that is, a base material 2 at a position spaced apart from a welded portion 1 by a predetermined distance, (10) and a fine crack (20) are formed and processed so that the fracture portion of the structure is transferred from the weld portion (1) to the base material portion (2).

상기 용접부(1)와 인접하고 있는 용접부(1)의 주변은 용접시 열영향을 많이 받는 열영향부로서 구조적으로 취약한 부분으로, 노치(10)와 미세크랙(20)은 용접부(1) 및 열영향부에서 벗어난 모재부(2)에 형성된다. The notches 10 and the fine cracks 20 are welded to the welds 1 and the welded portions 1 adjacent to the welds 1, Is formed in the base material portion (2) deviating from the affected portion.

상기 노치(10)는 용접부(1)의 길이방향과 나란한 방향, 즉 용접 방향과 대체로 일치하는 방향으로 모재부(2)에 소정의 깊이로 함몰되게 형성된다. 이 실시예에서 상기 노치(10)는 단일하게 구성되지만, 이와 다르게 복수개(예를 들어 2~3개)가 용접부(1)의 길이방향과 나란한 방향을 따라 소정의 간격을 두고 배열될 수 있다. The notch 10 is formed to be recessed at a predetermined depth in the base material portion 2 in a direction parallel to the longitudinal direction of the weld portion 1, that is, a direction substantially coinciding with the welding direction. In this embodiment, the notches 10 are configured singly, but a plurality (for example, two to three) of them may be arranged at predetermined intervals along a direction parallel to the longitudinal direction of the weld 1.

또한, 상기 노치(10)는 프레스 가공이나 절삭 가공, 방전 가공 또는 레이저 가공 등의 다양한 방법에 의해 형성될 수 있는데, 모재부(2)의 재료 및 노치의 규격과 제조 효율을 고려하여 적절히 선택되는 것이 바람직하다. 상기 노치(10)는 각각 서로 대향하는 한 쌍의 경사면과 이들 경사면이 하단에서 서로 접합하는 경계부를 포함하여 'V'자형 또는 'U'자형, 반원형 단면의 쐐기 형태로 형성될 수 있다.The notch 10 may be formed by various methods such as press working, cutting work, electric discharge machining, or laser machining. The notch 10 may be appropriately selected in consideration of the material of the base material portion 2, . The notches 10 may be formed in a wedge shape having a V shape or a U shape and a semicircular shape, including a pair of inclined surfaces facing each other and a boundary portion where the inclined surfaces are joined to each other at a lower end.

여기서 노치(10)의 개수, 노치(10) 간의 간격, 노치(10)의 폭과 길이 및 깊이 등의 규격은 구조물을 구성하는 모재의 규격과 강도 및 인성 등의 내부 특성을 고려하여 필요에 따라 적절히 선택될 수 있다.Here, the specifications such as the number of the notches 10, the interval between the notches 10, the width, the length and the depth of the notch 10 are determined according to necessity in consideration of the specification, strength and toughness of the base material constituting the structure Can be appropriately selected.

상기 미세크랙(20)은 상기 노치(10)의 길이 방향에 수직하게 교차하는 방향으로, 즉 상기 용접부(1)의 길이 방향에 대해 수직하게 교차하는 방향으로 연장되게 형성된다. 상기 미세크랙(20)은 노치(10)의 폭보다 긴 길이로 형성됨이 바람직하며, 노치(10)를 중심으로 양측으로 동일한 길이로 형성됨이 바람직하다. 상기 미세크랙(20)은 절삭 가공이나 방전 가공 또는 레이저 가공에 의해 서로 이격하여 복수개가 평행하게 형성될 수 있다. 상기 미세크랙(20)은 노치(10)의 길이 방향에 대하여 소정의 각도로 경사지게 형성될 수도 있으나, 전술한 것과 같이 노치(10)의 길이 방향에 대하여 수직한 방향으로 교차하면서 길게 형성됨이 바람직하다.The fine cracks 20 are formed so as to extend in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the notch 10, that is, in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the weld 1. The fine cracks 20 are preferably formed to be longer than the width of the notch 10 and are formed to have the same length on both sides of the notch 10. The fine cracks 20 may be spaced apart from each other by cutting, discharging, or laser machining so that a plurality of fine cracks 20 are formed in parallel. The fine cracks 20 may be inclined at a predetermined angle with respect to the longitudinal direction of the notch 10, but they may be formed to be long in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the notch 10 as described above .

그리고 상기 가공되는 미세크랙(20)은 상기 미세크랙(20)은 노치(10)와 동일한 깊이로 형성되는 것이 바람직한데, 미세크랙(20)이 노치(10)의 깊이보다 0.5mm ~ 1.5mm 더 깊이 함몰 형성되는 것이 크랙 전파 방지에 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1mm 정도 더 깊이 가공된다. It is preferable that the fine crack 20 to be processed is formed to have the same depth as that of the notch 10. The fine crack 20 may be formed to have a depth of 0.5 mm to 1.5 mm Deep depression is preferable for prevention of crack propagation, more preferably about 1 mm deep.

이와 같이 모재부(2)의 표면에 노치(10)와 미세크랙(20)이 형성되면, 상기 노치(10)의 응력 분산을 통해 크랙이 발생하더라도, 상기 미세크랙(20)에 의해 응력이 분산되어 크랙 진전을 방해할 수 있고, 미세크랙(20)에서 다시 수직방향으로 응력이 분산되기 때문에 응력 분산에 의한 인성 향상 효과는 더욱 커지게 된다.When the notches 10 and the fine cracks 20 are formed on the surface of the base material 2 as described above, even if the cracks are generated through the stress dispersion of the notch 10, the stress is dispersed by the fine cracks 20 And the stress is dispersed in the vertical direction again in the fine cracks 20, so that the effect of improving the toughness due to the stress dispersion is further increased.

한편, 상기 미세크랙(20)의 폭이 작을수록 많은 수의 미세크랙 가공이 가능하기 때문에 응력분산에 의한 인성향상 효과가 커지게 된다. 즉, 미세크랙(20)의 개수가 증가할수록 저온인성이 향상된다. 또한 응력분산에 있어서, 상기 미세크랙(20) 간의 간격이 클수록 응력분산 효과가 높아지게 된다. 즉, 미세크랙(20) 간의 간격이 좁을 경우 미세크랙에서 응력분산시 서로 방해하기 때문에 응력분산 효과가 작아지게 된다. 이와 같이 미세크랙(20)의 개수 및 폭이 증가할수록 저온인성이 향상됨에 따라, 미세크랙(20)의 간격과 미세크랙(20)의 개수 및 폭을 서로 조율하는 과정이 필요하다. 참고로 절대적 면적으로 인해 미세크랙(20)의 폭에 의해 미세크랙(20)의 개수가 한정됨에 따라 미세크랙(20)의 간격과 미세크랙(20)의 폭에 대한 정의가 필요하다 할 수 있다. 모재부(2)에서의 인성향상 효과를 극대화하기 위해서는 미세크랙(20)의 폭은 최대한 작게 가공하여 미세크랙 수를 늘려야 하며, 미세크랙(20) 간의 간격은 미세크랙(20)의 폭의 2배 이상으로 가공하는 것이 바람직하다. On the other hand, as the width of the fine cracks 20 is smaller, a larger number of fine cracks can be machined, so that the effect of improving the toughness due to stress dispersion is increased. That is, as the number of fine cracks 20 increases, the low temperature toughness is improved. Also, in the stress dispersion, the larger the distance between the fine cracks 20 is, the higher the stress dispersion effect becomes. That is, when the distance between the fine cracks 20 is narrow, the fine cracks interfere with each other at the time of stress dispersion, so that the stress dispersion effect becomes small. As the number and width of the fine cracks 20 are increased, the low temperature toughness is improved. Accordingly, it is necessary to arrange the intervals of the fine cracks 20 and the number and width of the fine cracks 20 to one another. For reference, the number of fine cracks 20 is limited by the width of the fine cracks 20 due to the absolute area, so that it is necessary to define the intervals of the fine cracks 20 and the width of the fine cracks 20 . In order to maximize the toughness improving effect in the base material portion 2, the width of the fine cracks 20 should be minimized so as to increase the number of fine cracks, and the interval between the fine cracks 20 must be 2 It is desirable to process the product more than twice.

이와 같이 본 발명의 금속 구조물은 모재부(2)의 표면에 노치(10)와 미세크랙(20)을 인위적으로 가공함으로써 구조물의 파괴부위를 용접부(1)에서 모재부(2)로 이전하여 모재부(2)의 파괴를 유도하고, 최종적으로 용접부(1)를 포함하는 구조물 전체의 파괴인성을 향상시킨 것이다. The metal structure of the present invention is obtained by artificially machining the notch 10 and the fine cracks 20 on the surface of the base material portion 2 to transfer the fracture portion of the structure from the weld portion 1 to the base material portion 2, The fracture toughness of the entire structure including the welded portion 1 is improved.

재료의 파괴란 크랙 개시와 크랙 전파로 구성되어 있으며, 파괴부위의 이전이란 크랙 개시 부위를 용접부(1)가 아닌 모재부(2)로 이전한다는 의미이다. The destruction of the material is composed of crack initiation and crack propagation, and the transfer of the fracture site means that the crack initiation site is transferred to the base material part 2 rather than the welding part 1.

이러한 재료의 파괴를 충격흡수에너지 개념으로 설명하면, 모재부(2) 및 용접부(1)의 전체 충격 흡수 에너지(B, W)는 크랙 개시 에너지(모재부: Bi, 용접부: Wi)와 크랙 전파 에너지(모재부: Bp, 용접부: Wp)의 합으로 표현할 수 있으며, 아래의 수학식 1 및 2와 같다. The total impact absorption energy (B, W) of the base material portion 2 and the weld portion 1 is expressed by the crack initiation energy (base material portion B i , weld portion: W i ) and Can be expressed by the sum of the crack propagation energy (base material part: B p , welded part: W p ) and is expressed by the following equations (1) and (2).

Figure 112016104777232-pat00001
Figure 112016104777232-pat00001

Figure 112016104777232-pat00002
Figure 112016104777232-pat00002

기존에는 용접부(1)의 크랙 개시 에너지(Wi)가 모재부(2)의 크랙 개시 에너지(Bi)보다 낮기 때문에 구조물에서 가장 취약부위인 용접부(1)에서 크랙이 개시된다.The crack initiation energy W i of the welded portion 1 is lower than the crack initiation energy B i of the base material portion 2 so that cracks are initiated in the welded portion 1 which is the weakest portion in the structure.

하지만 본 발명은 용접부(1)와 인접하고 있는 모재부(2)에 노치(10)를 함몰되게 가공하여 응력을 모재부(2)에 집중시켜 모재부(2)의 크랙 개시 에너지(Bi)가 용접부(1)의 크랙 개시 에너지(Wi)보다 낮게 된다(

Figure 112016104777232-pat00003
). 이에 따라 구조물의 크랙 개시를 용접부(1)에서 모재부(2)로 이전할 수 있다. 따라서 전체 구조물에서의 크랙 개시가 용접부(1)가 아닌 모재부(2)에서 발생하게 된다. However, in the present invention, the notch 10 is recessed in the base material portion 2 adjacent to the weld portion 1 so as to concentrate the stress on the base material portion 2 so that the crack initiation energy B i of the base material portion 2, Is lower than the crack initiation energy W i of the weld zone 1
Figure 112016104777232-pat00003
). Thus, crack initiation of the structure can be transferred from the weld 1 to the base material 2. [ Therefore, crack initiation in the entire structure occurs in the base material portion 2, not in the weld portion 1. [

상기 모재부(2)에 형성되는 노치(10)의 형상과 깊이, 개수, 길이, 용접부(1)와의 거리 등이 모재부(2)의 크랙 개시 에너지를 결정하는 인자로, 이러한 조건들을 조절하여 가공 방법을 결정 할 수 있다. The shape and depth of the notch 10 formed in the base material portion 2 and the length and the distance between the welded portion 1 are factors that determine the crack initiation energy of the base material portion 2. By adjusting these conditions The processing method can be determined.

전술한 것과 같이 모재부(2)에 노치(10)를 형성하여 용접부(1)에서 모재부(2)로 크랙 개시를 유도했다면, 이 후 전체 구조물의 충격에너지 향상을 위해서는 모재부(2)의 크랙 전파를 가능한 어렵게 하여 모재부(2)에서의 크랙 전파 에너지를 최대한 상승시켜야 한다.If the notch 10 is formed in the base material portion 2 to induce crack initiation from the welded portion 1 to the base material portion 2 as described above to improve the impact energy of the entire structure, It is necessary to make crack propagation as difficult as possible and increase the crack propagation energy in the base material portion 2 as much as possible.

모재부(2)의 크랙 전파 에너지(Bp)는 용접부(1)의 크랙 전파 에너지(Wp)보다 큰 값을 보여야만, 모재부(2)의 충격 흡수 에너지(B)가 용접부(1)의 충격 흡수 에너지(W)보다 높아지게 된다. 즉 용접부(1)와 모재부(2)의 크랙 전파 에너지 차이(Δp= Bp - Wp)가 용접부(1)와 모재부(2)의 크랙 개시 에너지 차이(Δi= Wi - Bi)보다 커야만, 구조물의 충격 흡수 에너지가 향상될 수 있다(수학식 3 참조). The crack propagation energy B p of the base material portion 2 must be larger than the crack propagation energy W p of the weld portion 1 so that the impact absorption energy B of the base material portion 2 is smaller than the crack propagation energy B p of the base material portion 2, Absorbing energy (W) of the shock absorber. That is welded portion 1 and the base material part (2) crack propagation energy difference (Δ p = B p - W p) the welds (1) and the base part (2) crack initiation energy difference (Δ i = W i in - B i ), the impact absorption energy of the structure can be improved (see Equation 3).

Figure 112016104777232-pat00004
Figure 112016104777232-pat00004

상기와 같은 조건을 만족시키기 위해서, 모재부(2)의 노치(10)에 수직하게 교차하는 복수의 미세크랙(20)을 가공한다. 상기 미세크랙(20)의 형상, 방향, 간격, 깊이, 길이, 위치, 갯수 등은 모재부(2)의 크랙 전파 에너지를 결정하는 인자로, 이러한 조건들을 조절하여 가공 방법을 결정할 수 있다. A plurality of fine cracks 20 perpendicular to the notch 10 of the base material portion 2 are processed to satisfy the above conditions. The shape, direction, spacing, depth, length, position, number and the like of the fine cracks 20 are factors for determining the crack propagation energy of the base material part 2. These conditions can be adjusted to determine the processing method.

도 4 및 도 5는 각각 용접부(1)와 모재부(2)의 파괴하중-변형율 변화를 나타낸 곡선으로, 계장화 샤르피(Charpy) 충격시험 및 CT 시험으로 얻어질 수 있다. 도 4 및 도 5에서 곡선을 적분한 면적은 충격 흡수 에너지이며, 각각 크랙 개시 에너지와 크랙 전파 에너지의 합으로 표현된다. Fig. 4 and Fig. 5 are curves showing the variation of the fracture load-deformation ratio between the weld portion 1 and the base material portion 2, respectively, and can be obtained by instrumental Charpy impact test and CT test. In Figs. 4 and 5, the integrated area of the curve is the impact absorption energy, which is expressed by the sum of the crack initiation energy and the crack propagation energy, respectively.

이와 같은 파괴하중-변형율 곡선이 얻어지기 위해서는, 모재부(2)에 가공한 노치(10)에 의해 응력집중이 일어나 모재부(2)의 크랙 개시 에너지(Bi)가 용접부(1)의 크랙 개시 에너지(Wi)보다 낮아야 한다(Bi < Wi). 이에 따라 크랙의 개시는 모재부(2)에서 먼저 일어나게 된다. 이 때 모재부(2)의 노치(10)에 수직한 방향으로 가공한 다수의 미세크랙(20)에 의해 크랙의 전파가 어렵게 되므로, 도 5에 도시한 것과 같이 모재부(2)의 크랙 전파 에너지(Bp)가 용접부(1)의 크랙 전파 에너지(Wp) 값보다 월등히 상승할 수 있다. 즉, Bp - Wp > Wi -Bi 조건을 만족시키게 되고, 따라서 용접부(1)를 포함하는 구조물의 충격 흡수 에너지와 파괴인성은 본 발명을 적용하기 전과 비교했을 때, 더 우수한 값을 보일 수 있다.In order to obtain such a fracture load-strain curve, stress concentration is caused by the notch 10 formed in the base material portion 2 and crack initiation energy B i of the base material portion 2 is smaller than the crack initiation energy It must be lower than the initiation energy (W i) (B i < W i). As a result, crack initiation occurs first in the base material portion 2. In this case, crack propagation becomes difficult due to a large number of fine cracks 20 processed in the direction perpendicular to the notch 10 of the base material portion 2. Therefore, as shown in Fig. 5, crack propagation of the base material portion 2 The energy B p can be significantly higher than the value of the crack propagation energy W p of the weld 1. That is, the condition of B p - W p > W i -B i is satisfied, and thus the impact absorption energy and fracture toughness of the structure including the welded portion 1 have a better value than before the present invention Can be seen.

이와 같은 본 발명의 금속 구조물은 용접부(1)로부터 소정 거리 이격된 위치의 모재부(2)의 표면에 용접부(1)의 길이 방향을 따라 노치(10)를 함몰 가공하는 단계와, 상기 각각의 노치(10)에 복수개의 미세크랙(20)을 노치(10)와 수직한 방향으로 일정 깊이로 함몰 가공하는 단계로 제조된다. The metal structure of the present invention includes a step of recessing the notch 10 along the longitudinal direction of the welded portion 1 on the surface of the base material portion 2 at a position spaced from the welded portion 1 by a predetermined distance, A plurality of fine cracks 20 are recessed in the notch 10 to a predetermined depth in a direction perpendicular to the notch 10.

상기 노치(10)와 미세크랙(20)은 프레스 가공, 절삭 가공, 방전 가공, 레이저 가공 중 어느 한 가공 방법으로 형성될 수 있다.The notch 10 and the fine cracks 20 can be formed by any one of a pressing process, a cutting process, an electric discharge process, and a laser process.

상기 노치(10)와 미세크랙(20)은 용접부(1)가 아닌 모재부(2)에 가공되므로, 모재에 용접부(1)를 가공하기 전에 수행될 수 있다. 따라서 모재를 펼친 상태에서 노치(10)와 미세크랙(20)의 가공이 가능하므로 가공 작업이 용이하고 신속하게 이루어질 수 있다. Since the notch 10 and the fine cracks 20 are processed in the base material portion 2 rather than the welded portion 1, they can be performed before the welding portion 1 is formed on the base material. Therefore, the notch 10 and the fine cracks 20 can be machined while the base material is expanded, so that the machining operation can be performed easily and quickly.

물론 이와 다르게 모재에 용접부(1)를 가공한 후에 노치(10)와 미세크랙(20)을 가공할 수도 있다. Alternatively, the notch 10 and the fine cracks 20 may be formed after the welding portion 1 is formed on the base material.

이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims. And it is to be understood that such modified embodiments belong to the scope of protection of the present invention defined by the appended claims.

1 : 용접부 2 : 모재부
10 : 노치 20 : 미세크랙
DW : 용접부의 폭 DB: 모재부의 폭1: welding part 2: base material part
10: notch 20: fine crack
D W : width of welded part D B : width of base part

Claims (11)

모재부에 용접부가 형성되어 있는 금속 구조물에 있어서,
상기 모재부의 충격 흡수 에너지(B)는 크랙 개시 에너지(Bi)와 크랙 전파 에너지(Bp)의 합이며, 상기 용접부의 파괴 충격 흡수 에너지(W)는 크랙 개시 에너지(Wi)와 크랙 전파 에너지(Wp)의 합으로 규정되고,
상기 모재부의 크랙 개시 에너지(Bi)가 상기 용접부의 크랙 개시 에너지(Wi)보다 작아지도록 상기 용접부로부터 일정 거리 이격된 위치의 모재부의 표면에 일정한 깊이로 노치가 함몰 형성되며;
상기 모재부와 용접부 간의 크랙 전파 에너지의 차이(Bp - Wp)가 용접부와 모재부 간의 크랙 개시 에너지의 차이(Wi- Bi)보다 커지도록 상기 노치에 복수개의 미세크랙이 노치의 길이방향에 대해 수직하게 교차하면서 함몰 형성된 것을 특징으로 하는 금속 구조물.In a metal structure having a weld portion formed on a base material portion,
Wherein the impact absorption energy B of the base material portion is the sum of the crack initiation energy B i and the crack propagation energy B p and the fracture impact absorption energy W of the weld portion is the crack initiation energy W i , Energy W p ,
A notch is formed at a predetermined depth on the surface of the base material portion at a position spaced a certain distance from the welded portion so that the crack initiation energy B i of the base material portion becomes smaller than the crack initiation energy W i of the weld portion;
Wherein a difference (B p - W p ) of crack propagation energy between the base material portion and the welded portion is greater than a difference (W i - B i ) between crack initiation energy between the welded portion and the base material portion, Wherein the metal structure is formed to be recessed while being perpendicular to the direction of the metal structure. 제1항에 있어서, 상기 노치는 상기 모재부의 표면에 용접부의 길이방향과 나란한 방향으로 연장되게 형성되고, 상기 미세크랙은 상기 노치에 노치의 길이 방향을 따라 서로 간격을 두고 나란하게 배열된 것을 특징으로 하는 금속 구조물.[2] The method of claim 1, wherein the notch is formed on the surface of the base material portion so as to extend in a direction parallel to the longitudinal direction of the welded portion, and the fine cracks are arranged in parallel to the notch along the longitudinal direction of the notch . 제1항에 있어서, 상기 노치는 복수개가 용접부의 길이방향과 나란한 방향을 따라 간격을 두고 배열된 것을 특징으로 하는 금속 구조물.The metal structure according to claim 1, wherein the plurality of notches are arranged at intervals along a direction parallel to the longitudinal direction of the welded portion. 제1항에 있어서, 상기 미세크랙은 상기 노치보다 깊게 형성된 것을 특징으로 하는 금속 구조물.The metal structure according to claim 1, wherein the fine cracks are formed deeper than the notch. 제4항에 있어서, 상기 미세크랙은 노치의 깊이보다 0.5mm ~ 1.5mm 더 깊이 형성된 것을 특징으로 하는 금속 구조물.The metal structure according to claim 4, wherein the fine cracks are formed to be 0.5 mm to 1.5 mm deeper than the depth of the notch. 제1항에 있어서, 상기 미세크랙의 길이는 상기 노치의 폭보다 긴 것을 특징으로 하는 금속 구조물.The metal structure according to claim 1, wherein a length of the fine crack is longer than a width of the notch. 제1항에 있어서, 상기 노치는 서로 대향하는 한 쌍의 경사면과 이들 경사면이 하단에서 서로 접합하는 경계부를 포함하여 'V'자형 또는 'U'자형 또는 반원형 단면 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 구조물.The metal member according to claim 1, wherein the notches are formed in a V-shaped or U-shaped or semicircular cross-sectional shape including a pair of inclined surfaces facing each other and a boundary portion in which the inclined surfaces are joined to each other at a lower end structure. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 금속 구조물의 제조 방법으로서,
(a) 용접부로부터 일정 거리 이격된 위치의 모재부의 표면에 복수개의 노치를 용접부의 길이방향과 나란한 방향을 따라 일정 깊이로 함몰 가공하는 단계;
(b) 상기 각각의 노치에 복수개의 미세크랙을 일정 깊이로 함몰 가공하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 구조물의 제조 방법.8. A method of manufacturing a metal structure according to any one of claims 1 to 7,
(a) embossing a plurality of notches on a surface of a base material at a position spaced apart from the weld by a predetermined depth along a direction parallel to the longitudinal direction of the weld;
(b) recessing the plurality of fine cracks to a predetermined depth in each of the notches;
&Lt; / RTI &gt; 제8항에 있어서, 상기 (a) 및 (b) 단계는 모재에 용접부를 가공하기 전에 수행되는 것을 특징으로 하는 금속 구조물의 제조 방법.9. The method of claim 8, wherein steps (a) and (b) are performed prior to machining the weld to the base metal. 제8항에 있어서, 상기 (a) 및 (b) 단계는 모재에 용접부를 가공한 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 금속 구조물의 제조 방법.The method of manufacturing a metal structure according to claim 8, wherein the steps (a) and (b) are performed after the welded part is formed on the base material. 제8항에 있어서, 상기 노치와 미세크랙은 프레스 가공, 절삭 가공, 방전 가공, 레이저 가공 중 어느 한 가공 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 구조물의 제조 방법.
The method of manufacturing a metal structure according to claim 8, wherein the notch and the fine crack are formed by any one of a pressing process, a cutting process, an electric discharge process, and a laser process.
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KR101011625B1 (en) 2007-09-13 2011-01-28 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 Welding joint exellent in toughness and control of fatigue crack initiation property
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