KR102055032B1

KR102055032B1 - 극후강판의 맞대기 용접 구조 및 맞대기 용접 방법

Info

Publication number: KR102055032B1
Application number: KR1020150132568A
Authority: KR
Inventors: 아키히코 야마우치; 노보루 키지; 마사노부 토요다
Original assignee: 재팬 마린 유나이티드 코포레이션
Priority date: 2015-04-14
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2019-12-11
Also published as: CN106041345A; KR20160122624A; PH12015000310A1; TW201636146A; JP2016198811A; TWI605899B; PH12015000310B1

Abstract

판두께가 70mm를 초과하는 극후강판을 맞대기 용접할 수 있으며, 맞대기 용접 조인트의 인장 강도를 확보하여 조인트부 인성의 저하를 억제하거나 방지할 수 있고, 또한 용접 패스수가 적어 단기간에 용접할 수 있는 극후강판의 맞대기 용접 구조 및 맞대기 용접 방법을 제공한다. 제1 극후강판(1)과 제2 극후강판(2)의 맞댐부에 직교하는 단면에서, 서로 열 영향을 회피할 수 있는 오프셋량 L로 오프셋된 복수의 맞대기 용접 조인트(4), 및 인접하는 맞대기 용접 조인트(4)를 연결하여 표면 또는 이면에 평행하게 연장되는 하나 이상의 경계면(6)을 갖는다. 각 맞대기 용접 조인트(4)는 각각 맞대기 용접시의 조인트 성능을 유지할 수 있는 허용 두께 T를 갖는다.

Description

극후강판의 맞대기 용접 구조 및 맞대기 용접 방법{BUTT WELD STRUCTURE AND BUTT WELDING METHOD FOR EXTRA THICK STEEL PLATE}

본 발명은 판두께가 70mm를 초과하는 극후강판의 맞대기 용접 구조 및 맞대기 용접 방법에 관한 것이다.

「맞대기 용접」이란, 판두께가 거의 동일한 재료를 거의 동일면 내에서 용접한 용접 구조 및 용접 방법을 의미한다. 맞대기 용접은 용접된 부재가 일체화되어 응력이 용접부를 통하여 직접 전달된다. 또한, 맞대기 용접에서는 모재의 용접을 실시하는 부분(용접부)에 개선(開先)이라고 불리는 홈을 마련하여, 이 개선 안에 용접 금속을 녹여 넣음과 함께 모재의 일부도 녹여 넣어 일체화한다.

이러한 맞대기 용접은, 예를 들면 비특허문헌 1 및 특허문헌 1 내지 5에 개시되어 있다.

비특허문헌 1은 두 전극 일렉트로 가스 아크 용접법을 개시하고 있다.

특허문헌 1의 「인성(靭性)이 우수한 일렉트로 가스 용접 조인트」는 일렉트로 가스 용접의 용접 금속 성분을 개시하고 있다.

특허문헌 2의 「금속후판의 양면 맞대기 용접 방법 및 장치」에서는, 하측의 개선 내에 선행의 소모 용접 전극군을 이동시켜 이면 용접을 행하고, 상측의 개선 내에 후행의 소모 용접 전극군을 이동하여 정면 용접을 행한다. 후행 소모 용접 전극군은 선행 소모 용접 전극군보다 늦추어 동일 방향으로 이동하여 정면 용접과 이면 용접을 병행하여 실시한다.

특허문헌 3의 「용접 조인트의 형성 방법」에서는, 단일 판두께 부재를 상호 맞대기 용접하는데 있어, 두 판재의 맞댐 부분에 복수단의 개선을 형성하고, 두 판재의 개선에 용접을 실시한 후 순차적으로 상단 또는 상단 및 하단의 개선에 박판 부재를 배치하여 그 박판 부재와 맞댐 부재 사이에 서로 분리된 두 지점에 개선을 형성하여 용접을 행한다.

특허문헌 4의 「용접 조인트 개선」에서는, 후판측의 피(被)용접 단부에, 두 판재의 판두께 차이에 상당하는 제1 단차부 및 박판측 개선면의 루트면 치수에 상당하는 두께에 상당하는 제2 단차부를 마련하여, 두 판재를 맞댄 상태에서 개선 홈의 바닥부에 평탄부를 형성시킨다.

특허문헌 5의 「양측 용접 방법 및 양측 용접 구조물」에서는, 양면 U자형 개선 조인트의 판두께의 중앙부 또는 그 근방에 형성되어 있는 표면쪽 개선의 바닥부를 초기층 침투 용접하고, 계속하여 잔존 개선 깊이 부근에 도달할 때까지 표면쪽 적층 용접하고, 그 후 이면쪽의 U자형 개선 조인트의 개선 바닥부에서부터 개선 상부의 최종층까지 이면쪽 적층 용접하며, 그 후 표면쪽의 나머지 개선 부분으로부터 개선 상부의 최종층까지 표면쪽 적층 용접한다.

일본 특허 공개 제2005-330578호 공보 일본 특허 공개 평9-262662호 공보 일본 특허 공개 평6-210487호 공보 일본 특허 공개 평9-206979호 공보 일본 특허 공개 제2009-61483호 공보

사사키 기요히토 외 5명, 「고능률 2 전극 일렉트로 가스 아크 용접법의 개발」, 신닛테츠 기보 제380호, 2004년, P.57-63

예를 들면 대형 컨테이너 선박의 해치측 코밍(hatch side coaming)이나 상갑판, 외판, 종통 격벽 등에 종래부터 판두께 50~70mm의 YP390급 강판(항복 응력이 390MPa를 초과하는 강판)이 이용되고 있다.

이하, 판두께 50~70mm의 강판을 「후강판」이라고 부른다.

이러한 후강판의 맞대기 용접에는 종래, 개선 형상으로서 V 개선이나 X 개선이 이용되고 있었다. 예를 들면, V개선은 하향 용접이나 이면에서의 용접이 곤란한 용접에 이용되며, X 개선은 양면에서의 용접에 이용되고 있다.

또한, 용접 수단에는 CO₂ 용접(자동 또는 반자동)의 다층 용접이나 일렉트로 가스 아크 용접법이 적용되고 있다.

한편, 선박의 대형화에 수반하여, 예를 들면 대형 콘테이너 선박의 해치측 코밍이나 상갑판, 외판, 종통 격벽 등에 보다 고강도인 YP460급 강판(항복 응력이 460MPa를 초과하는 강판)으로 판두께가 70mm를 초과하는 강판(이하, 「극후강판」이라고 부른다)의 적용이 요구되고 있다.

이 경우, 극후강판의 맞대기 용접이 불가결하나, 종래의 용접 구조 및 용접 방법을 적용한 경우, 이하의 문제점이 있었다.

(1) 조인트에 사용하는 용접 금속(용재)이 대량이 되어, 두께 증가에 의한 입열(入熱)이 커지기 때문에 조인트 성능(예를 들면, 조인트부 인성)이 저하된다.

(2) 조인트부의 인장 강도와 조인트부 인성의 양립이 어려워진다.

(3) 입열이 적은 용접법(예를 들면, CO₂ 용접)에서는 한 패스당 지름 6~7mm 정도를 반복하기 때문에 용접 패스수가 방대해져, 용접 공정이 장기화된다.

예를 들면, 비특허문헌 1과 특허문헌 1의 일렉트로 가스 아크 용접에서는 YP390급 강판으로 70mm까지의 실시예가 있으나, 사용하는 용접 금속(용접재)이 많아 두께 증가에 따라 입열이 커지기 때문에 조인트부 인성이 저하된다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해서 창안된 것이다. 즉 본 발명의 목적은, 판두께가 70mm를 초과하는 극후강판을 맞대기 용접할 수 있고, 맞대기 용접 조인트부의 인장 강도를 확보하여 조인트부 인성의 저하를 억제하거나 방지할 수 있으며, 용접 패스 수가 적어 단기간에 용접할 수 있는 극후강판의 맞대기 용접 구조와 맞대기 용접 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 판두께가 70mm를 초과하는 극후강판의 맞대기 용접 구조로서,

제1 극후강판과 제2 극후강판의 맞댐부에 직교하는 단면에서, 서로 열 영향을 회피할 수 있는 오프셋량으로 오프셋된 복수의 맞대기 용접 조인트, 및 인접하는 상기 맞대기 용접 조인트를 연결하여 표면 또는 이면에 평행하게 연장되는 하나 이상의 경계면를 가지며,

각 맞대기 용접 조인트는 각각 맞대기 용접시의 조인트부 성능을 유지할 수 있는 허용 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 극후강판의 맞대기 용접 구조가 제공된다.

상기 제1 극후강판과 상기 제2 극후강판은 각각 단일 극후강판이고,

상기 제1 극후강판은 상기 허용 두께의 판두께를 가지는 제1 선단부 및 상기 제1 선단부의 말단에 위치하며 상기 허용 두께에 상당하는 단차를 가지는 제1 단차부를 가지며,

상기 제2 극후강판은 상기 제1 선단부의 판두께에 상당하는 단차를 가지는 제2 단차부 및 상기 제1 단차부의 단차에 상당하는 두께를 가지는 제2 선단부를 가지고,

상기 맞대기 용접 조인트는 상기 제1 선단부와 상기 제2 단차부를 표면쪽으로부터 맞대기 용접한 표면측 용접부 및 상기 제1 단차부와 상기 제2 선단부를 이면쪽으로부터 맞대기 용접한 이면측 용접부를 갖는다.

상기 제1 극후강판과 상기 제2 극후강판은 상기 허용 두께 3배 이상의 판두께 및 상기 판두께에서 상기 허용 두께의 2배를 감산한 단차를 가지는 하나 이상의 잉여 두께부를 가지며,

상기 제1 극후강판과 상기 제2 극후강판의 각 잉여 두께부에 양단이 맞대기 용접되어, 판두께가 상기 허용 두께인 하나 이상의 보조 강판을 더 갖는다.

상기 제1 극후강판과 상기 제2 극후강판은 각각 판두께가 상기 허용 두께인 복수의 강판으로 이루어지고,

상기 맞대기 용접 조인트는 상기 복수의 강판을 각각 맞대기 용접한 복수의 맞대기 용접부를 갖는다.

상기 제1 극후강판은 단일 극후강판이고,

상기 제2 극후강판은 판두께가 상기 허용 두께인 2매의 강판을 가지고,

상기 맞대기 용접 조인트는 상기 제1 선단부와 상기 강판의 하나를 표면쪽으로부터 맞대기 용접한 표면측 용접부 및 상기 제1 단차부와 상기 강판의 다른 하나를 이면쪽으로부터 맞대기 용접한 이면측 용접부를 갖는다.

상기 제1 극후강판은 상기 허용 두께의 3배 이상의 판두께, 및 상기 판두께에서 상기 허용 두께의 2배를 감산한 단차를 가지는 하나 이상의 잉여 두께부를 가지며,

상기 제2 극후강판은 각 잉여 두께부와 맞대기 용접되며, 판두께가 상기 허용 두께인 하나 이상의 강판을 더 갖는다.

상기 오프셋량의 최소값은 인접하는 상기 맞대기 용접 조인트의 판두께 합의 40%이상, 50%이상, 또는 2매의 판두께 중 최대값 이상이다.

또한 본 발명에 따르면, 판두께가 70mm를 초과하는 극후강판의 맞대기 용접 방법으로서,

제1 극후강판과 제2 극후강판의 맞댐부에 직교하는 단면에서, 서로 열영향을 회피할 수 있는 오프셋량으로 오프셋된 복수의 맞댐부, 및 인접하는 상기 맞댐부를 연결하여 표면 또는 이면에 평행하게 연장되는 하나 이상의 경계면을 구비하고,

각 맞댐부를 각각 맞대기 용접하여 조인트부 성능을 유지할 수 있는 허용 두께를 가지는 복수의 맞대기 용접 조인트를 형성한다.

상기 본 발명에 의하면, 복수의 맞대기 용접 조인트가 제1 극후강판과 제2 극후강판의 맞댐부에 직교하는 단면에서, 서로 열영향을 회피할 수 있는 오프셋량으로 오프셋 하고 있으므로, 맞대기 용접시에 인접하는 맞댐부에 미치는 열영향을 회피할 수 있다.

또한, 각 맞대기 용접 조인트는 각각 맞대기 용접시의 조인트부 성능을 유지할 수 있는 허용 두께를 가지므로, 맞대기 용접 조인트부의 인장 강도를 확보할 수 있다.

따라서, 복수의 맞대기 용접 조인트의 조합으로서 합계 판두께가 70mm를 초과하는 극후강판을 맞대기 용접할 수 있고, 각각의 맞대기 용접 조인트부의 인장 강도를 확보하여 조인트부 인성의 저하를 억제하거나 방지할 수 있다.

또한, 맞대기 용접 조인트부의 인장 강도를 확보할 수 있는 한, 여러 가지 용접 수단을 이용할 수 있으며 용접량도 적기 때문에, 용접 패스 수를 적게 할 수 있어 단기간에 용접할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 극후강판의 맞대기 용접 구조의 제1 실시 형태도이다.
도 2는 본 발명에 따른 극후강판의 맞대기 용접 구조의 제2 실시 형태도이다.
도 3은 본 발명에 따른 극후강판의 맞대기 용접 구조의 제3 실시 형태도이다.
도 4는 본 발명에 따른 극후강판의 맞대기 용접 구조의 제4 실시 형태도이다.
도 5는 단일 맞대기 용접 조인트의 모식적 단면도이다.
도 6은 2매 중첩한 경우의 오프셋량의 설명도이다.
도 7은 2배 두께 또는 2매 중첩한 경우의 오프셋량의 설명도이다.
도 8은 3배 두께 또는 3매 중첩한 경우의 오프셋량의 설명도이다.
도 9는 4배 두께 또는 4매 중첩한 경우의 오프셋량의 설명도이다.

본 발명의 바람직한 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 한편, 각 도면에서 공통되는 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 극후강판의 맞대기 용접 구조의 제1 실시 형태도이다.

본 발명의 맞대기 용접 구조는 판두께가 70mm를 초과하는 극후강판의 맞대기 용접 구조이다.

한편, 이하의 설명에서, 도면의 상측은 표면쪽, 하측은 이면쪽이다. 한편, 상측(표면쪽)과 하측(이면쪽)은 상하가 반대여도 된다. 또한, 상측(표면쪽)과 하측(이면쪽)은 수평면이어도 되고, 연직면이어도 되며 경사면이어도 무방하다.

도 1의 (A), (B), (C)는 제1 극후강판(1)과 제2 극후강판(2)의 맞댐부에 직교하는 단면도이다. 이 단면에서, 본 발명의 맞대기 용접 구조는 복수의 맞대기 용접 조인트(4)와 하나 이상의 경계면(6)을 갖는다. 맞댐부 및 맞대기 용접 조인트(4)는 지면(紙面)에 수직한 방향으로 연장되어 있다.

한편, 이하의 설명에서, 제1 극후강판(1)과 제2 극후강판(2)은 반대로 배치해도 된다. 또한, 제1 극후강판(1)과 제2 극후강판(2)은 평판이고, 경계면(6)도 평면인 것이 바람직하나, 각각 곡면판과 곡면이어도 된다. 또한, 맞댐부와 맞대기 용접 조인트(4)는 직선인 것이 바람직하나, 곡선이어도 무방하다.

복수의 맞대기 용접 조인트(4)는, 서로 열영향을 회피할 수 있는 오프셋량 L로 오프셋되어 있다. 오프셋량 L이란, 인접하는 2개의 맞대기 용접 조인트(4)의 용융 금속 부분을 제외한 최단 거리를 의미한다. 또한, 이 도면에서는 오프셋량 L은 표면 또는 이면에 평행한 거리이지만, 최단 거리인 한 비스듬해도 무방하다.

오프셋량 L은, 예를 들면 서로 중첩되는 2매의 후강판의 판두께 중 최대값 이상인 것이 좋다. 한편, 오프셋량 L의 상세는 후술한다.

하나 이상의 경계면(6)은 인접하는 맞대기 용접 조인트(4)를 연결하여, 표면 또는 이면에 평행하게 연장된다. 경계면(6)은 평판끼리 또는 곡면판끼리의 경계면이며, 틈새가 실질적으로 0인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명이 대상으로 하는 극후강판(제1 극후강판(1)과 제2 극후강판(2))은 대형 콘테이너 선박의 해치측 코밍이나 상갑판, 외판, 종통 격벽 등에 사용하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 극후강판에는 주로 인장 응력이 작용하고, 그 인장 응력은 경계면(6)에 평행하게 작용한다. 따라서, 경계면끼리의 용접은 불필요하지만 핸들링 등의 목적으로 용접하거나 접합해도 된다.

도 1의 (A), (B), (C)에서, 각 맞대기 용접 조인트(4)는 각각 맞대기 용접시의 조인트 성능을 유지할 수 있는 허용 두께 T를 갖는다. 허용 두께 T는, 예를 들면 종래의 후강판에 상당하는 50~70mm이다.

도 5는 단일 맞대기 용접 조인트(4)의 모식적 단면도이다.

이 도면에 나타낸 바와 같이, 판두께 t인 2매의 강판을 맞대기 용접한 경우, 그 맞대기 용접 조인트(4)의 표면과 이면에는 표면으로부터 솟아오른 덧살(e)이 형성된다. 덧살(e)은 필요에 따라 절삭 또는 연삭에 의해 제거해도 된다.

이하, 허용 두께 T란, 덧살(e)을 제외한 맞대기 용접 조인트(4)의 용접부의 두께(판두께 방향의 길이)를 의미한다. 따라서, 허용 두께 T는 실질적으로 판두께 t와 동일하다.

도 1의 (A)에서, 제1 극후강판(1)과 제2 극후강판(2)은 각각 단일 극후강판이다.

이 예에서, 제1 극후강판(1)과 제2 극후강판(2)은 허용 두께 T의 2배의 판두께를 갖는다.

도 1의 (A)에서, 제1 극후강판(1)은 허용 두께 T의 판두께 ta를 가지는 제1 선단부(1a)와 제1 선단부(1a)의 말단에 위치하며 허용 두께 T에 상당하는 단차 tb를 가지는 제1 단차부(1b)로 이루어진다.

제2 극후강판(2)은 제1 선단부(1a)의 판두께 ta에 상당하는 단차 ta를 가지는 제2 단차부(2a)와 제1 단차부(1b)의 단차 tb에 상당하는 두께 tb를 가지는 제2 선단부(2b)로 이루어진다.

조인트 성능을 유지할 수 있는 허용 두께 T 이하이면, 판두께 ta, tb는 동일해도 되고, 동일하지 않아도 된다.

마찬가지로 후술하는 도 7 내지 도 9에서의 판두께 t1 내지 t4도 허용 두께 T 이하이면, 동일해도 되고 동일하지 않아도 된다.

제1 선단부(1a)와 제2 단차부(2a)의 맞댐부, 및 제1 단차부(1b)와 제2 선단부(2b)의 맞댐부에는 각각 맞대기 용접용 개선이 마련되어 있다. 이 개선 형상은 V자형인 것이 바람직하지만 I자형, U자형, X자형이어도 된다.

한편, X자형은 판이 중첩된 상태에서는 적용할 수 없기 때문에, 후술하는 도 2의 (A)의 한 장째의 용접 등에 적용할 수 있다.

도 1의 (A)에서, 맞대기 용접 조인트(4)는, 제1 선단부(1a)와 제2 단차부(2a)를 표면쪽으로부터 맞대기 용접한 표면측 용접부(4a), 및 제1 단차부(1b)와 제2 선단부(2b)를 이면쪽으로부터 맞대기 용접한 이면측 용접부(4b)이다.

맞대기 용접 수단은 일렉트로 가스 아크 용접인 것이 바람직하지만, 맞대기 용접 조인트(4)의 인장 강도를 확보할 수 있는 한, 그 외의 용접법, 예를 들면 CO₂ 용접, 피복 아크 용접, 서브머지 아크 용접 등이어도 된다.

전술한 도 1의 (A)의 구성에 의해, 허용 두께 T의 2배의 판두께를 가지는 2매의 극후강판(제1 극후강판(1)과 제2 극후강판(2))을 허용 두께 T인 2개의 맞대기 용접 조인트(4)에서 맞대기 용접할 수 있고, 또한 2개의 맞대기 용접 조인트(4)의 간격을 서로 열영향을 회피할 수 있는 오프셋량 L로 설정할 수 있다.

도 1의 (B)에서, 제1 극후강판(1)과 제2 극후강판(2)은 각각 단일 극후강판이다.

이 예에서, 제1 극후강판(1)과 제2 극후강판(2)은 허용 두께 T의 3배의 판두께를 갖는다.

도 1의 (B)에서, 제1 극후강판(1)은 도 1의 (A)에 나타낸 제1 선단부(1a) 및 제1 단차부(1b) 외에, 판두께에서 허용 두께 T의 2배를 감산한 단차를 가지는 잉여 두께부(1c)를 갖는다. 또한, 제2 극후강판(2)은 도 1의 (A)에 나타낸 제2 단차부(2a) 및 제2 선단부(2b) 외에 판두께에서 허용 두께 T의 2배를 감산한 단차를 가지는 잉여 두께부(2c)를 갖는다. 잉여 두께부(1c)와 잉여 두께부(2c)의 단차(두께)는 허용 두께 T이다.

도 1의 (B)에서, 본 발명의 맞대기 용접 구조는 잉여 두께부(1c, 2c)에 양단이 맞대기 용접되어, 판두께가 허용 두께 T인 보조 강판(5)을 더 갖는다. 이 예에서, 이면에 위치하는 2개의 맞대기 용접 조인트(4)는 잉여 두께부(1c, 2c)와 보조 강판(5)의 양단을 이면쪽으로부터 맞대기 용접한 이면측 용접부(4c)이다.

전술한 도 1의 (B)의 구성에 의해, 허용 두께 T의 3배의 판두께를 가지는 2매의 극후강판(제1 극후강판(1)과 제2 극후강판(2))을 허용 두께 T인 4개의 맞대기 용접 조인트(4)에서 맞대기 용접할 수 있고, 또한 4개의 맞대기 용접 조인트(4)의 인접한 간격을 서로 열영향을 회피할 수 있는 오프셋량 L로 설정할 수 있다.

도 1의 (C)는, 제1 극후강판(1)과 제2 극후강판(2)의 판두께가 허용 두께 T의 4배 이상인 경우를 나타내고 있다.

이 경우, 도 1의 (B)의 구성에 더하여, 본 발명의 맞대기 용접 구조는 잉여 두께부(1d, 2d)에 양단이 맞대기 용접되며, 판두께가 허용 두께 T인 보조 강판(5)을 더 갖는다.

보조 강판(5)은 1매에 한정되지 않으며 2매 이상이어도 된다.

전술한 도 1의 (C)의 구성에 의해, 허용 두께 T의 3배 이상의 판두께를 가지는 2매의 극후강판(제1 극후강판(1)과 제2 극후강판2))을 허용 두께 T인 복수의 맞대기 용접 조인트(4)에서 맞대기 용접할 수 있고, 또한 복수의 맞대기 용접 조인트(4)의 인접한 간격을 서로 열영향을 회피할 수 있는 오프셋량 L로 설정할 수 있다.

본 발명의 방법은 판두께가 70mm를 초과하는 극후강판의 맞대기 용접 방법이다.

본 발명의 방법에서는, 도 1의 (A), (B), (C)에 나타낸 바와 같이, 제1 극후강판(1)과 제2 극후강판(2)의 맞댐부에 직교하는 단면에서, 서로 열영향을 회피할 수 있는 오프셋량 L로 오프셋된 복수의 맞댐부와, 인접하는 맞댐부를 연결하여 표면 또는 이면에 평행하게 연장되는 하나 이상의 경계면(6)을 준비한다.

이어서, 각 맞댐부를 각각 맞대기 용접하여, 조인트 성능을 유지할 수 있는 허용 두께 T를 가지는 복수의 맞대기 용접 조인트(4)를 형성한다.

따라서, 전술한 도 1의 (A), (B), (C)의 구성에 의해, 제1 극후강판(1)과 제2 극후강판(2)의 판두께가 허용 두께 T의 2배 이상이어도 맞대기 용접할 수 있으며, 각각의 맞대기 용접 조인트(4)의 인장 강도를 확보하여 조인트부 인성의 저하를 억제하거나 방지할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 극후강판의 맞대기 용접 구조의 제2 실시 형태도이다.

도 2의 (A), (B), (C)에서, 제1 극후강판(1)과 제2 극후강판(2)은 각각 판두께가 허용 두께 T인 복수의 강판(7)으로 이루어진다. 또한, 맞대기 용접 조인트(4)는 복수의 강판(7)을 각각 맞대기 용접한 복수의 맞대기 용접부를 갖는다.

도 2의 (A)에서, 제1 극후강판(1)과 제2 극후강판(2)은 각각 판두께가 허용 두께 T인 2매의 강판(7)으로 이루어진다.

이 예에서, 맞대기 용접 조인트(4)는 표면쪽의 2매의 강판(7)의 선단끼리를 표면쪽으로부터 맞대기 용접한 표면측 용접부(4a) 및 이면쪽의 2매의 강판(7)의 선단끼리를 이면쪽으로부터 맞대기 용접한 이면측 용접부(4b)이다.

그 외의 구성은 제1 실시 형태와 동일하다.

도 2의 (B)에서, 제1 극후강판(1)과 제2 극후강판(2)은 각각 판두께가 허용 두께 T인 3매의 강판(7)으로 이루어진다.

이 예에서, 제1 극후강판(1)과 제2 극후강판(2)은 전술한 2매의 강판(7) 외에, 각각 이면쪽에 1매의 강판(7)을 더 갖는다.

이 예에서, 이면측 용접부(4b)의 표면은 평면으로 가공되고, 그 위에 2매의 강판(7)을 중첩한 후 맞대기 용접되어 있다. 맞대기 용접 조인트(4)는 추가한 강판(7)의 양단을 이면쪽으로부터 맞대기 용접한 이면측 용접부(4c)이다.

도 2의 (C)에 나타낸 바와 같이, 제1 극후강판(1)과 제2 극후강판(2)을 각각 4매 이상의 강판(7)으로 구성해도 된다.

전술한 도 2의 (A), (B), (C)의 구성에 의해, 제1 극후강판(1)과 제2 극후강판(2)의 판두께가 허용 두께 T의 2배 이상이어도 맞대기 용접할 수 있으며, 각각의 맞대기 용접 조인트(4)의 인장 강도를 확보하여 조인트부 인성의 저하를 억제하거나 방지할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 극후강판의 맞대기 용접 구조의 제3 실시 형태도이다.

도 3의 (A)에서, 제1 극후강판(1)은 허용 두께 T의 2배의 판두께를 가지는 단일 극후강판이다.

제1 극후강판(1)은 허용 두께 T의 판두께 ta를 가지는 제1 선단부(1a) 및 제1 선단부(1a)의 말단에 위치하여 허용 두께 T에 상당하는 단차 tb를 가지는 제1 단차부(1b)를 갖는다. 또한, 제2 극후강판(2)은 판두께가 허용 두께 T인 2매의 강판(7)을 갖는다.

맞대기 용접 조인트(4)는 제1 선단부(1a)와 강판(7)의 하나를 표면쪽으로부터 맞대기 용접한 표면측 용접부(4a) 및 제1 단차부(1b)와 강판(7)의 다른 하나를 이면쪽으로부터 맞대기 용접한 이면측 용접부(4b)를 갖는다.

그 외의 구성은 도 1의 (A)와 동일하다.

도 3의 (B)에서, 제1 극후강판(1)은 허용 두께 T의 3배의 판두께 및 판두께에서 허용 두께 T의 2배를 감산한 단차를 가지는 하나의 잉여 두께부(1c)를 갖는다. 또한, 제2 극후강판(2)은 잉여 두께부(1c)와 맞대기 용접되며 판두께가 허용 두께 T인 1매의 강판(7)을 더 갖는다.

그 외의 구성은 도 3의 (A)와 동일하다.

마찬가지로, 제1 극후강판(1)은 허용 두께 T의 4배 이상의 판두께를 가지는 단일의 극후강판이어도 된다.

전술한 도 3의 (A), (B)의 구성에 의해, 제1 극후강판(1)의 판두께가 허용 두께 T의 2배 이상이어도 맞대기 용접할 수 있으며, 각각의 맞대기 용접 조인트(4)의 인장 강도를 확보하여 조인트부 인성의 저하를 억제하거나 방지할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 극후강판의 맞대기 용접 구조의 제4 실시 형태도이다.

도 4의 (A)에서, 제1 극후강판(1)은 허용 두께 T의 3배의 판두께를 가지는 단일 극후강판이다. 또한, 제2 극후강판(2)은 판두께가 허용 두께 T의 2배인 판두께의 극후강판과 판두께가 허용 두께 T인 강판(7)으로 이루어진다.

그 외의 구성은 도 3의 (B)와 동일하다.

도 4의 (B)에서, 제1 극후강판(1)은 허용 두께 T의 2배의 판두께를 가지는 극후강판 및 판두께가 허용 두께 T인 강판(7)으로 이루어진다.

그 외의 구성은 도 3의 (B)와 동일하다.

전술한 도 4의 (A), (B)의 구성에 의해, 제1 극후강판(1)의 판두께가 허용 두께 T의 3배 이상이어도 맞대기 용접할 수 있으며, 각각의 맞대기 용접 조인트(4)의 인장 강도를 확보하여 조인트부 인성의 저하를 억제하거나 방지할 수 있다.

이하, 오프셋량 L에 대해 설명한다.

도 6은, 2매 중첩한 경우의 오프셋량 L의 설명도이다.

오프셋량 L은 용접법에 맞추어 열영향부(F)의 범위를 고려하여 결정하는 것이 좋다.

판두께가 50mm 이상인 후강판의 맞대기 용접 시험을 실시한 결과, 열영향부(F)의 용접 금속으로부터의 범위는, 저(低)입열의 CO₂ 자동 용접의 경우 5~12mm, 고(高)입열의 일렉트로 가스 아크 용접의 경우 15~20mm였다.

따라서, 판두께 50mm 이상인 후강판의 경우, 판두께의 최대 40% 정도까지 열영향을 받는다고 생각된다.

따라서, 열영향을 회피하기 위한 오프셋량 L의 최소값은 도 6과 같이 서로 중첩된 2매의 후강판의 판두께를 t1 및 t2로 하면, 그 판두께의 합(t1＋t2)의 40% 이상이 바람직하고, 50% 이상이 더 바람직하며, 2매의 판두께 중 최대값 이상인 것이 더욱 바람직하다.

오프셋량 L의 최대값은 오프셋량 L의 최소값 이상이면 된다. 한편, 오프셋량 L의 최대값은 극후강판의 가공이나 핸들링을 용이하게 하는 관점에서, 2매의 후강판의 판두께의 합(t1＋t2)의 10배 이하인 것이 좋다.

이상의 관점에서, 오프셋량 L은 적어도 하기의 식 (1)을 만족하는 범위로 설정하는 것이 좋다.

Max(t1, t2) ≤ 오프셋량 L ≤ 10(t1＋t2) ···(1)

도 7은 2배 두께 또는 2매 중첩한 경우의 오프셋량 L의 설명도이다. 이 도면에서, (A)는 2배 두께의 판끼리(양면), (B)는 2배 두께의 판과의 조합(편면), (C)는 2매 중첩(양면), (D)는 2매 중첩(편면)의 예이다.

이하, 「2배 두께의 판」이란, 판두께가 허용 두께 T의 2배인 극후강판을 의미하며,「2매 중첩」이란, 판두께가 허용 두께 T의 강판을 2매 중첩한 극후강판을 의미한다. 또한, 「양면」이란 양쪽에서 맞대기 용접하는 것을 의미하며, 「편면」이란 한쪽에서 맞대기 용접하는 것을 의미한다.

도 7의 예에서, 2개의 단차부 또는 2매의 강판의 판두께를 t1, t2라고 하면, 오프셋량 La는 적어도 하기의 같은 식(2)을 만족하는 범위로 설정하는 것이 좋다.

Max(t1, t2) ≤ 오프셋량 La ≤ 10(t1＋t2) ···(2)

도 8은, 3배 두께 또는 3매 중첩한 경우의 오프셋량의 설명도이다. 이 도면에서, (A)는 3배 두께의 판끼리(양면), (B)는 3배 두께의 판과의 조합(편면), (C)는 3매 중첩(양면), (D)는 3매 중첩(편면)의 예이다.

도 8의 예에서, 3개의 단차부 또는 3매의 강판의 판두께를 t1, t2, t3이라고 하면, 오프셋량 La는 식 (2)로 나타내어진다.

또한, 오프셋량 Lb는 적어도 하기의 식 (3)을 만족하는 범위로 설정하는 것이 좋다.

Max(t2, t3) ≤ 오프셋량 Lb ≤ 10(t2＋t3) ···(3)

도 9는, 4배 두께 또는 4매 중첩한 경우의 오프셋량의 설명도이다. 이 도면에서, (A)는 4배 두께의 판끼리(양면), (B)는 4배 두께의 판과의 조합(편면), (C)는 4매 중첩(양면), (D)는 4매 중첩(편면)의 예이다.

도 9의 예에서, 4개의 단차부 또는 4매의 강판의 판두께를 t1, t2, t3, t4라고 하면, 오프셋량(La, Lb)은 식 (2) 및 식 (3)으로 나타내어진다.

또한, 오프셋량 Lc는 적어도 하기의 식 (4)를 만족하는 범위로 설정하는 것이 좋다.

Max(t3, t4) ≤ 오프셋량 Lc ≤ 10(t3＋t4) ···(4)

전술한 본 발명에 의해 이하의 효과를 얻을 수 있다.

(1) 극후강판의 양면의 맞대기 용접 조인트(4)의 위치가 오프셋량 L로 오프셋됨으로써, 용접 금속량이 저감되어 시공 능률의 향상이나 입열량의 저감에 따른 조인트 성능을 향상시킬 수 있다.

(2) YP460급 강철의 판두께 70mm를 초과하는 판에서는 고입열 용접(편면 1-패스, 일렉트로 가스 아크 용접)에서의 조인트부 인성의 확보가 어렵기 때문에, 종래는 CO₂ 다층 용접하였다. 그러나, 본 발명에 의해 입열량이 저감되기 때문에, 더 두꺼운 후판에서의 편면 1-패스, 일렉트로 가스 아크 용접이 가능해진다. 예를 들면, YP460급 강철의 판두께 80mm~100mm의 맞대기 용접이 가능해진다.

(3) 제철소나 수송, 조선소 내에서의 제조나 핸들링의 제한 중량 때문에, 종래는 후판의 판 치수를 크게 할 수 없었다. 그러나, 도 2와 같이 2매 이상의 강판을 중첩하여 극후강판으로 함으로써, 1매당 중량을 삭감하여 판 치수를 크게 할 수 있다. 이 결과, 선박 길이 방향으로 길게 할 수 있다.

구체적으로는, 조선소나 제철소에서는 1매당 20톤을 초과하는 무거운 강판은 통상 취급하기 어렵다. 한편, 도크에서의 블록수를 줄이기 위하여, 판두께를 감소시켜 판치수를 크게 하고자 하는 요구가 있었다. 이것은, 배의 성능을 향상시키기 위하여 후판을 사용하고자 하는 것과 상반된다.

본 발명에 의해, 예를 들면 20톤의 제한하에서는 100mm 판두께로 폭 2m×길이 13m가 한계이나, 50mm의 이중판이면 폭 2m×길이 26m의 블록 길이가 가능해진다.

(4) 2매 중첩함으로써, 초(超)극후강판의 해치측 코밍이 가능해진다. 고입열 용접(후판에서의 편면 1-패스, 일렉트로 가스 아크 용접)의 경우, 1매 65mm 내지 70mm×2매 중첩으로 판두께 130mm 내지 140mm 정도까지 가능해진다.

이에 따라 CO₂ 다층 용접의 경우, 1매 100mm 정도까지를 2매 중첩하면, 그 배인 200mm정도까지 가능해진다.

전술한 본 발명에 따르면, 복수의 맞대기 용접 조인트(4)가 제1 극후강판(1)과 제2 극후강판(2)의 맞댐부에 직교하는 단면에서, 서로 열영향을 회피할 수 있는 오프셋량 L로 오프셋하고 있으므로, 맞대기 용접시에 인접하는 맞댐부에 미치는 열영향을 회피할 수 있다.

또한, 각 맞대기 용접 조인트(4)는 각각 맞대기 용접시의 조인트 성능을 유지할 수 있는 허용 두께 T를 가지므로, 맞대기 용접 조인트(4)의 인장 강도를 확보할 수 있다.

따라서, 복수의 맞대기 용접 조인트(4)의 조합으로서 합계 판두께가 70mm를 초과하는 극후강판을 맞대기 용접할 수 있으며, 각각의 맞대기 용접 조인트(4)의 인장 강도를 확보하여 조인트부 인성의 저하를 억제하거나 방지할 수 있다.

또한, 맞대기 용접 조인트(4)의 인장 강도를 확보할 수 있는 한, 여러 가지의 용접 수단을 이용할 수 있으며, 용접량도 적기 때문에 용접 패스수를 적게 할 수 있어 단기간에 용접할 수 있다.

한편, 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 변경을 가할 수 있음은 물론이다.

e:　덧살 F:열영향부
t, t1, t2, t3, t4: 판두께 L, La, Lb, Lc:　오프셋량
T: 허용 두께 1: 제1 극후강판
1a: 제1 선단부 1b: 제1 단차부
1c, 1d: 잉여 두께부 2: 제2 극후강판
2a: 제2 단차부 2b: 제2 선단부
2c, 2d: 잉여 두께부 4: 맞대기 용접 조인트
4a: 표면측 용접부 4b, 4c: 이면측 용접부
5: 보조 강판 6: 경계면
7: 강판

Claims

대형 선박의 해치측 코밍, 상갑판, 외판, 또는 종통 격벽에 사용하는, 판두께가 70mm를 초과하는 극후강판의 맞대기 용접 구조로서,
제1 극후강판과 제2 극후강판의 맞댐부에 직교하는 단면에서, 서로 열 영향을 회피할 수 있는 오프셋량으로 오프셋된 복수의 맞대기 용접 조인트, 및 인접하는 상기 맞대기 용접 조인트를 연결하여 표면 또는 이면에 평행하게 연장되는 하나 이상의 경계면를 가지며,
각 맞대기 용접 조인트는 각각 맞대기 용접시의 조인트 성능을 유지할 수 있는 허용 두께를 가지고, 상기 허용 두께는 50~70mm인 후강판의 판두께이고,
상기 제1 극후강판과 상기 제2 극후강판의 적어도 하나는, 판두께가 각각 상기 허용 두께인 티타늄판을 제외한 복수의 강판으로 이루어지고, 상기 맞대기 용접 조인트는 상기 복수의 강판을 각각 맞대기 용접한 복수의 맞대기 용접부를 갖고,
각 맞대기 용접 조인트를 구성하는 2매의 상기 후강판의 판두께를 t1, t2라 했을 때, 오프셋량 L은 하기의 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 극후강판의 맞대기 용접 구조.
Max(t1, t2) ≤ 오프셋량 L ≤ 10(t1＋t2)
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삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 극후강판은 단일 극후강판이고,
상기 제1 극후강판은 상기 허용 두께의 판두께를 가지는 제1 선단부 및 상기 제1 선단부의 말단에 위치하며 상기 허용 두께에 상당하는 단차를 가지는 제1 단차부를 가지며,
상기 제2 극후강판은 판두께가 상기 허용 두께인 2매의 강판을 가지고,
상기 맞대기 용접 조인트는 상기 제1 선단부와 상기 강판의 하나를 표면쪽으로부터 맞대기 용접한 표면측 용접부 및 상기 제1 단차부와 상기 강판의 다른 하나를 이면쪽으로부터 맞대기 용접한 이면측 용접부를 가지는 것을 특징으로 하는 극후강판의 맞대기 용접 구조.
제5항에 있어서,
상기 제1 극후강판은 상기 허용 두께의 3배 이상의 판두께, 및 상기 판두께에서 상기 허용 두께의 2배를 감산한 단차를 가지는 하나 이상의 잉여 두께부를 가지며,
상기 제2 극후강판은 각 잉여 두께부와 맞대기 용접되며, 판두께가 상기 허용 두께인 하나 이상의 강판을 더 가지는 것을 특징으로 하는 극후강판의 맞대기 용접 구조.
삭제
대형 선박의 해치측 코밍, 상갑판, 외판, 또는 종통 격벽에 사용하는, 판두께가 70mm를 초과하는 극후강판의 맞대기 용접 방법으로서,
제1 극후강판과 제2 극후강판의 맞댐부에 직교하는 단면에서, 서로 열영향을 회피할 수 있는 오프셋량으로 오프셋된 복수의 맞댐부, 및 인접하는 상기 맞댐부를 연결하여 표면 또는 이면에 평행하게 연장되는 하나 이상의 경계면을 구비하고,
각 맞댐부를 각각 맞대기 용접하여 조인트 성능을 유지할 수 있는 허용 두께를 가지는 복수의 맞대기 용접 조인트를 형성하고, 상기 허용 두께는 50~70mm인 후강판의 판두께이고,
상기 제1 극후강판과 상기 제2 극후강판의 적어도 하나는, 판두께가 각각 상기 허용 두께인 티타늄판을 제외한 복수의 강판으로 이루어지고, 상기 맞대기 용접 조인트는 상기 복수의 강판을 각각 맞대기 용접한 복수의 맞대기 용접부를 갖고,
각 맞대기 용접 조인트를 구성하는 2매의 상기 후강판의 판두께를 t1, t2라 했을 때, 오프셋량 L은 하기의 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 극후강판의 맞대기 용접 방법.
Max(t1, t2) ≤ 오프셋량 L ≤ 10(t1＋t2)