KR102211568B1 - 용접부의 잔류응력 조절장치 및 조절방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수소취성, 내구성 약화 등 잔류응력으로 인해 용접부에서 발생할 수 있는 문제를 개선할 수 있도록 용접부의 잔류응력을 선별적으로 조절할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명은 용접부의 잔류응력분포를 측정하는 잔류응력측정기와, 상기 용접부에 압축응력을 부가하도록 피닝처리하는 피닝수단과, 상기 피닝수단을 이동시키는 피닝수단구동기와, 상기 잔류응력측정기가 측정한 측정데이터를 입력받아 인장잔류응력이 분포하는 위치를 확인하고 피닝수단이 인장잔류응력이 분포하는 영역으로 이동하도록 제어하는 제어기를 포함한다.

Description

용접부의 잔류응력 조절장치 및 조절방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING RESIDUAL STRESS IN WELDED JOINT}
본 발명은 용접부의 잔류응력 조절장치 및 조절방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용접부의 잔류응력 중 인장잔류응력을 저감시킴으로써 수소취성에 대한 저항성, 내구성 등을 보다 향상시킬 수 있도록 용접부에 대하여 처리할 수 있는 잔류응력 조절장치 및 조절방법에 관한 것이다.
수소는 다른 천연가스에 비해 약 80배 이상의 침투성을 가져 쉽게 용기 밖으로 확산 배출될 위험이 있고, 화학반응을 통해 저장용기를 구성하는 금속 용접부 자체를 약화시킬 수 있다.
이러한 현상을 수소취성이라 하며, 특히 금속 용접부는 모재보다 많은 결함을 내포하기 때문에 수소취성에 취약할 수밖에 없다.
이러한 수소취성은 용접부에 생성되는 잔류응력 중 인장잔류응력이 형성된 부분에서 수소의 침투가 용이하므로 특히 문제가 되고 있다.
종래 금속 용접부의 수소취성을 방지하기 위해 용접부 전체를 도료, 우레탄 등으로 완전히 덮어 코팅하는 방법이 시도되었으나, 실제 사용환경에서는 코팅층의 박리 등으로 용접부의 영구적인 수소취성 방지는 어려우므로 용접부 자체의 수소취성 저항성을 향상시킬 필요성이 있다.
또한, 잔류응력은 용접부 자체의 내구성에 악영향을 미치고, 특히 인장잔류응력은 용접부의 균열발생에 주요 원인이 될 수 있다.
도 1은 한국공개특허공보 제10-2011-0016687호에 기재된 것으로서, 용접 후 존재하는 잔류응력의 상태를 개선하기 위해 초음파 피닝공정을 실시하는 종래의 방법에 관한 것이다.
즉, 구조물을 용접한 용접부에서 용접비드를 제거하는 단계, 용접 후 잔류응력을 측정하는 단계, 초음파 피닝공정을 이용하여 용접부의 표면에 압축응력을 형성시키는 단계, 및 잔류응력을 다시 측정하여 잔류응력 상태를 확인하는 단계를 포함한다.
한국공개특허공보 제10-2011-0016687호 한국등록특허공보 제10-0606312호
그러나, 종래의 잔류응력 처리방법은, 용접부 전체에 대하여 피닝처리를 함으로써 잔류응력 중 인장잔류응력의 크기를 감소시키는 작용효과를 기대할 수 있으나, 압축잔류응력이 위치하는 부분에도 모두 피닝처리가 실시되어, 압축잔류응력의 크기를 더욱 증가시키는 문제를 발생시킨다.
본 발명은 상기와 같은 관점에서 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 수소취성, 내구성 약화 등 잔류응력으로 인해 용접부에서 발생할 수 있는 문제를 개선할 수 있도록 용접부의 잔류응력을 선별적으로 조절할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 용접부의 잔류응력 조절장치는, 용접부의 잔류응력분포를 측정하는 잔류응력측정기와, 상기 용접부에 압축응력을 부가하도록 상기 용접부를 피닝처리하는 피닝수단과, 상기 용접부에서 피닝처리하는 위치를 변경할 수 있도록 상기 피닝수단을 이동시키는 피닝수단구동기와, 상기 잔류응력측정기가 측정한 측정데이터를 입력받아 상기 용접부 중 인장잔류응력이 분포하는 위치를 확인하고 상기 피닝수단이 상기 인장잔류응력이 분포하는 영역으로 이동하도록 상기 피닝수단구동기를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 용접부의 잔류응력 조절장치는, 상기 피닝수단이, 상기 용접부에 입자를 고속분사하여 충격을 가하는 숏피닝노즐와, 상기 용접부를 직접 타격하는 타격공구와, 레이저를 조사하여 상기 용접부에 충격을 가하는 레이저피닝기기, 중 선택된 하나인 것을 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 용접부의 잔류응력 조절장치는, 상기 피닝수단이 상기 용접부를 충격하는 충격면적이 서로 다른 복수의 피닝수단이 구비된 것이고, 상기 제어기는, 상기 잔류응력측정기가 측정한 측정데이터에서 인장잔류응력의 분포영역의 면적에 따라, 충격면적이 서로 다른 복수의 피닝수단 중 상기 인장잔류응력의 분포영역의 면적의 최소폭보다 충격면적의 폭이 더 작은 것을 상기 피닝수단구동기가 선택하도록 제어하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 용접부의 잔류응력 조절장치는, 코팅물질을 분사하여 상기 용접부에 피막을 형성시키는 코팅노즐과, 상기 제어기의 제어에 의해 상기 용접부에서 코팅처리하는 위치를 변경할 수 있도록 상기 코팅노즐을 이동시키는 코팅노즐구동기를 포함하고, 상기 제어기는 상기 잔류응력측정기가 측정한 측정데이터에 따라 상기 코팅노즐구동기를 제어하여 상기 용접부에서 압축잔류응력의 분포영역에 상기 코팅노즐이 코팅처리하도록 하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 용접부의 잔류응력 조절장치는, 상기 용접부가 수소를 보관하는 저장용기에 형성된 것을 또 다른 특징으로 한다.
한편, 다른 관점에서 본 발명은 잔류응력측정기가 용접부의 잔류응력을 측정하는 1단계, 측정된 잔류응력에서 인장잔류응력이 분포하는 위치를 확인하는 2단계, 상기 용접부에서 인장잔류응력이 분포하는 위치를 따라 피닝수단이 이동하면서 인장잔류응역의 분포영역에 압축응력을 부가하도록 선별적으로 피닝처리하는 3단계를 포함하는 용접부의 잔류응력 조절방법을 제공한다.
본 발명에 따른 용접부의 잔류응력 조절방법은, 상기 3단계 후, 용접부의 잔류응력을 재차 측정하여 인장잔류응력의 분포를 확인하고 인장잔류응력의 크기가 허용치를 벗어난 경우 상기 3단계를 재차 실시하는 4단계를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 용접부의 잔류응력 조절방법은, 상기 피닝수단이, 상기 용접부에 입자를 고속분사하여 충격을 가하는 숏피닝노즐와, 상기 용접부를 직접 타격하는 타격공구와, 레이저를 조사하여 상기 용접부에 충격을 가하는 레이저피닝기기, 중 선택된 하나인 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 용접부의 잔류응력 조절방법은, 상기 2단계와 상기 3단계 사이에, 코팅물질을 분사하여 상기 용접부에 피막을 형성시키는 코팅노즐이, 상기 용접부에서 압축잔류응력이 분포하는 위치를 따라 이동하면서 압축잔류응역의 분포영역을 코팅처리하는 코팅단계가 포함된 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 용접부의 잔류응력 조절방법은, 상기 용접부가 수소를 보관하는 저장용기에 형성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 용접부의 잔류응력 조절방법은, 상기 3단계에서, 상기 피닝수단이 상기 용접부를 충격하는 충격면적이 서로 다른 복수의 피닝수단이 구비된 것이고, 측정된 잔류응력에서 인장잔류응력의 분포영역의 면적에 따라, 충격면적이 서로 다른 복수의 피닝수단 중 상기 인장잔류응력의 분포영역의 면적의 최소폭보다 충격면적의 폭이 더 작은 것을, 상기 피닝처리를 위한 상기 피닝수단으로 선택하는 과정이 포함된 것을 또 다른 특징으로 한다.
본 발명에 따른 용접부의 잔류응력 조절장치는, 잔류응력측정기가 용접부에 대하여 측정한 측정데이터를 입력받아 용접열영향부를 포함한 용접부 중 인장잔류응력이 분포하는 위치를 확인하고 피닝수단이 인장잔류응력이 분포하는 영역으로 이동하여 선별적인 피닝처리를 실시하도록 제어되고 있다.
또한, 본 발명에 따른 잔류응력 조절방법은, 용접부의 잔류응력에서 인장잔류응력이 분포하는 위치를 확인한 후, 상기 용접부에서 인장잔류응력이 분포하는 위치를 따라 피닝수단이 이동하면서 인장잔류응역의 분포영역에 압축응력을 부가하도록 선별적으로 피닝처리를 실시하고 있다.
이러한 구성에 의해 압축잔류응력이 위치하는 영역에 대한 피닝처리가 회피되고 압축잔류응력의 변화를 최소화한 상태에서 인장잔류응력이 위치하는 영역에 대한 피닝처리가 선별적으로 이루어질 수 있다.
이에 따라, 피닝처리에 따른 압축잔류응력의 크기를 증가시키는 문제발생없이 용접부의 수소취성, 내구성 약화 등 잔류응력으로 인한 문제를 보다 개선할 수 있다.
도 1는 종래 용접부의 잔류응력 상태를 개선하기 위한 피닝처리방법에 관한 블록구성도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용접부의 잔류응력 조절장치의 구성설명도
도 3은 용접부에 발생하는 잔류응력의 분포를 도시하는 설명도
도 4는 용접부에 발생하는 잔류응력의 종류 및 크기를 용접부의 횡단면 상에서 도시하는 설명도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 용접부의 잔류응력 조절방법의 블록구성도
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접부의 잔류응력 조절장치의 구성설명도
도 7은 도 6의 잔류응력 조절장치에 의해 용접부의 표면에 피막이 형성된 상태를 도시하는 설명도
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 선별적 피닝처리가 이루어진 후 용접부의 잔류응력의 변화를 설명하는 그래프
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 선별적 피닝처리가 이루어진 실시예와, 일반적 피닝처리가 이루어진 비교예에 따라 수소취성에 대한 저항성 개선을 보여주는 결과그래프
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 용접부(51)의 잔류응력 조절장치는, 용접부(51)의 잔류응력분포를 측정하는 잔류응력측정기(10)와, 상기 용접부(51)에 압축응력을 부가하도록 용접부(51)를 피닝처리하는 피닝수단(20)과, 상기 용접부(51)에서 피닝처리하는 위치를 변경할 수 있도록 피닝수단(20)을 이동시키는 피닝수단구동기(25)와, 상기 잔류응력측정기(10)가 측정한 측정데이터를 입력받아 용접부(51) 중 인장잔류응력이 분포하는 위치를 확인하고 피닝수단(20)이 인장잔류응력이 분포하는 영역으로 이동하도록 피닝수단구동기(25)를 제어하는 제어기(30)를 포함한다.
상기 용접부(51)는 양측 부재가 용접에 의해 서로 이음된 부분으로서 용접비드가 형성되는 부분과 그 용접으로 인해 열변형이 발생하는 주위부분을 포괄하는 영역을 의미하는 것으로서, 본 실시예는 특히 액체수소, 고압수소 등 수소저장용기를 제작하는 용접부(51)의 잔류응력을 조절하기 위해 적용될 수 있다.
상기 잔류응력측정기(10)는 용접부(51)의 잔류응력분포를 측정하는 것으로서 용접부(51)의 잔류응력을 전체적으로 측정하여 용접부(51)에서의 잔류응력의 분포를 확인하는 기기이다.
상기 잔류응력측정기(10)는 공지된 기기로서, 통상 엑스선 회전원리를 이용하여 용접부(51)에 대한 잔류응력을 측정한다.
용접부(51)의 잔류응력분포를 확인하기 위해서는 용접부(51)에 대한 위치를 변경해가며 수회 측정이 이루어짐으로써, 잔류응력분포에 대한 데이터를 획득할 수 있다.
도 3은 부재를 이음하는 용접부(51)에서의 잔류응력분포를 도시하는 것으로서, A,B,C 라인(61,62,63)을 따라 용접부(51)를 가로지르면서 잔류응력에 대한 측정이 수회 이루어져 위치별로 전체적인 잔류응력분포에 관한 데이터의 확보가 가능하다.
도 4의 (a) 및 (b)는 부재의 용접부(51)에 발생하는 잔류응력의 종류 및 크기를 용접부(51)의 횡단면 상에서 도시하는 것으로서, 생성된 용접비드의 형상 및 비드적층구조에 따라 인장잔류응력과 압축잔류응력의 분포가 달리 나타난다.
상기 잔류응력측정기(10)는 구동기에 의해 자동이동하면서 위치정보와 함께 측정값이 자동저장된다.
상기 피닝수단(20)은 용접부(51)에 압축응력을 부가하도록 용접부(51)를 피닝처리하는 수단이다.
본 실시예에서 피닝수단(20)은 용접부(51)의 목표가 되는 위치에 충격을 가함으로써 압축응력이 부가될 수 있도록 하는 것으로서, 용접부(51)에 입자를 고속분사하여 충격을 가하는 숏피닝노즐(21)와, 용접부(51)를 직접 타격하는 타격공구와, 레이저를 조사하여 용접부(51)에 충격을 가하는 레이저피닝기기가 될 수 있고, 이러한 피닝수단(20)은 공지의 장치들이다.
상기 타격공구는 공구가 직접 용접부(51)를 반복해서 타격하는 것으로서, 예컨대 초음파를 이용하여 피닝처리하는 초음파 진동단자가 될 수 있다.
피닝수단(20)의 크기는 용접부(51)의 폭과 용접된 부재의 두께에 따라 적절히 선택될 필요가 있다.
본 실시예에서는 필요한 영역에 대한 선별적인 피닝처리가 보다 용이하게 진행될 수 있도록 숏피닝노즐(21)이 선택되는 것이 바람직하다.
숏피닝노즐(21)은 고속공기를 분사하면서 강구, 금속입자 또는 샌드입자를 함께 분사시켜 용접부(51)의 표면을 타격하여 소성변형을 유도한다.
상기 피닝수단구동기(25)는 용접부(51)에서 피닝처리하는 위치를 변경할 수 있도록 피닝수단(20)을 이동시키는 부분으로서, 본 실시예에서 입자를 고속분사하는 숏피닝노즐(21)을 잡아 위치를 이동시키면서 위치를 선별하여 피닝처리가 이루어지도록 한다.
피닝수단구동기(25)는 좌표의 입력시 X-Y축 또는 X-Y-Z 축방향의 이동구동이 이루어지는 공지의 이동장치가 채택될 수 있고, 본 실시예에서 숏피닝노즐(21)의 이동을 위한 위치정보는 잔류응력측정기(10)에서 측정한 위치별 잔류응력분포 관련 데이터를 기초로 제어기(30)로부터 전달받는다.
상기 제어기(30)는 잔류응력측정기(10)가 측정한 측정데이터를 입력받아 용접부(51) 중 인장잔류응력이 분포하는 위치를 확인하고 피닝수단(20)이 인장잔류응력이 분포하는 영역으로 이동하도록 피닝수단구동기(25)를 제어한다.
즉, 제어기(30)는 잔류응력측정기(10)의 측정에 의해 용접부(51)의 잔류응력이 측정되어 인장잔류응력이 분포하는 위치데이터와 압축잔류응력이 분포하는 위치데이터를 획득할 수 있고, 인장잔류응력이 분포하는 위치정보만을 선별할 수 있다.
선별된 위치로 이동하도록 제어신호를 피닝수단구동기(25)로 전달함으로써, 피닝수단구동기(25)는 피닝수단(20)이 인장잔류응력이 분포하는 영역으로 이동하여 피닝처리가 이루어지도록 한다.
제어기(30)는 피닝수단(20)인 숏피닝노즐(21)이 인장잔류응력이 분포하는 영역으로 이동한 시점에서 고속분사를 시작하도록 숏피닝노즐(21)을 작동시키고, 숏피닝노즐(21)은 인장잔류응력이 분포하는 영역 내를 이동하면서 전체 영역에 숏피닝처리가 이루어지도록 한다.
인장잔류응력이 분포하는 영역 내에서도 인장잔류응력의 크기에 따라 상대적으로 큰 인장잔류응력의 위치에서는 피닝수단(20)의 체류시간을 길게 하여 피닝처리에 의해 부가하는 압축응력을 크게 하고, 상대적으로 작은 인장잔류응력의 위치에서는 피닝수단(20)의 체류시간을 작게 하여 피닝처리에 의해 부가하는 압축응력을 상대적으로 작게 하는 것이 바람직하다. 즉, 인장잔류응력의 크기와 피닝수단(20)의 체류시간이 비례하도록 제어하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 용접부(51)에 발생한 인장잔류응력의 위치별 편차를 줄이고, 용접부(51) 전체가 상대적으로 고른 품질을 형성할 수 있도록 한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따라 상기 피닝수단(20)은 용접부(51)를 충격하는 충격면적이 서로 다른 복수의 피닝수단(20)이 구비될 수 있다.
상기 제어기(30)는 잔류응력측정기(10)가 측정한 측정데이터에서 인장잔류응력의 분포영역의 면적에 따라, 충격면적이 서로 다른 복수의 피닝수단(20) 중 인장잔류응력의 분포영역의 면적의 최소폭보다 충격면적의 폭이 더 작은 것을 피닝수단구동기(25)가 선택하도록 제어한다.
피닝수단(20)이 숏피닝노즐(21)인 경우 노즐의 구경에 따라 입자가 용접부(51)를 타격하는 충격면적이 달라질 것이므로, 노즐구경이 다른 복수의 숏피닝노즐(21)을 구비하고 제어기(30)의 제어에 의해 피닝수단구동기(25)가 선택할 수 있도록 한다.
피닝수단(20)이 용접부(51)를 직접 타격하는 타격공구인 경우에는 타격공구가 용접부(51)에 접촉하는 접촉면적이 충격면적이 될 것이므로, 복수 크기의 타격공구를 구비하고 피닝수단구동기(25)가 타격공구를 선택적으로 파지하여 이동시킬 수 있다.
충격면적이 서로 다른 복수의 피닝수단(20) 중 피닝수단구동기(25)가 선택하는 기준은, 잔류응력측정기(10)가 측정한 측정데이터에서 인장잔류응력의 분포영역의 면적과 그 면적의 폭이 될 수 있다.
즉, 인장잔류응력의 분포영역이 소정의 면적을 가지므로, 그 면적보다 큰 충격면적을 가진 피닝수단(20)인 경우, 인장잔류응력의 위치를 넘어 압축잔류응력이 분포하는 영역까지 피닝처리를 할 수 있어, 구비된 복수의 피닝수단(20) 중, 인장잔류응력의 분포영역의 면적보다 작은 충격면적을 가진 피닝수단(20)을 선택할 필요가 있다. 이 때, 분포영역의 면적에는 최소폭이 있을 것이므로 그 최소폭보다 피닝수단(20)의 충격면적의 폭(충격면적이 원형이면 직경이 폭이 된다)이 더 작아야 분포영역의 외부로 넘어가지 않고 정확한 타격이 이루어질 수 있다.
너무 작은 충격면적을 가진 피닝수단(20)이 선택되는 경우에는 인장잔류응력의 분포영역에 대한 작업시간을 증가시키므로, 예컨대 제어기(30)는 피닝수단(20)의 충격면적의 폭이, 인장잔류응력의 분포영역 중 최소폭의 1/2~1/3에 대응하는 피닝수단(20)을 선택하도록 세팅될 수 있다.
다음은 본 발명의 실시예에 따른 용접부(51)의 잔류응력 조절방법을 설명한다.
도 5를 참조하면 본 실시예에 따른 조절방법은, 잔류응력측정기(10)가 용접부(51)의 잔류응력을 측정하는 1단계(S10단계), 측정된 잔류응력에서 인장잔류응력이 분포하는 위치를 확인하는 2단계(S20단계), 상기 용접부(51)에서 인장잔류응력이 분포하는 위치를 따라 피닝수단(20)이 이동하면서 인장잔류응역의 분포영역에 압축응력을 부가하도록 선별적으로 피닝처리하는 3단계(S30단계)를 포함한다.
먼저, 상기 1단계에서는 잔류응력측정기(10)가 제어기(30)의 제어신호에 따라 용접부(51)에서 위치를 이동하며 잔류응력을 측정한다.
측정된 잔류응력은 인장잔류응력과 압축잔류응력으로 구분되고, 대체로 도 3 및 도 4와 같은 분포를 가진다.
본 실시예에서는 압축잔류응력에 대한 처리없이 인장잔류응력에 대하여만 피닝처리를 실시하므로, 2단계에서 측정된 잔류응력에서 인장잔류응력이 분포하는 위치를 확인한다.
제어기(30)가 인장잔류응력이 분포하는 위치를 확인시 그 위치데이터와 함께 위치별 인장잔류응력의 크기데이터가 대응되도록 함께 저장된다.
이후, 3단계에서 제어기(30)가 피닝수단구동기(25)를 제어함으로써 용접부(51)에서 인장잔류응력이 분포하는 위치에 따라 피닝수단(20)이 이동하도록 함으로써, 인장잔류응역의 분포영역에 피닝처리에 의한 압축응력을 부가하도록 인장잔류응력의 분포영역에 한정된 선별적인 피닝처리가 이루어진다.
피닝수단(20)은 인장잔류응력의 분포영역에 진입하면서 피닝처리를 시작하여 인장잔류응력의 분포영역 내에서 이동하면서 피닝처리가 연속된다.
바람직하게는 인장잔류응력이 분포하는 영역 내에서도 인장잔류응력의 크기에 따라 상대적으로 큰 인장잔류응력의 위치에서는 피닝수단(20)의 체류시간을 길게 하여 피닝처리에 의해 부가하는 압축응력을 크게 하고, 상대적으로 작은 인장잔류응력의 위치에서는 피닝수단(20)의 체류시간을 작게 하여 피닝처리에 의해 부가하는 압축응력을 상대적으로 작게 한다.
3단계 후, 용접부(51)의 잔류응력을 재차 측정하여 인장잔류응력의 분포를 확인하고 인장잔류응력의 크기가 허용치를 벗어난 경우 3단계를 재차 실시하는 4단계(S40단계)가 더 실시될 수 있다.
피닝처리 후 측정된 인장잔류응력이 설정치를 벗어난 경우에는 설정치를 벗어난 영역에 대하여 선택적인 피닝처리가 재실시된다.(S50단계)
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접부(51)의 잔류응력 조절장치 및 방법을 설명한다.
도 6을 참조하면 본 실시예의 조절장치는, 코팅물질을 분사하여 용접부(51)에 피막을 형성시키는 코팅노즐(40)과, 상기 제어기(30)의 제어에 의해 용접부(51)에서 코팅처리하는 위치를 변경할 수 있도록 코팅노즐(40)을 이동시키는 코팅노즐구동기(45)를 포함하고, 상기 제어기(30)는 잔류응력측정기(10)가 측정한 측정데이터에 따라 코팅노즐구동기(45)를 제어하여 용접부(51)에서 압축잔류응력의 분포영역에 코팅노즐(40)이 코팅처리하도록 한다.
이러한 장치에 따라, 잔류응력 조절방법을 실시함에 있어, 상기 2단계와 3단계 사이에, 코팅물질을 분사하여 상기 용접부(51)에 피막(43)을 형성시키는 코팅노즐(40)이, 용접부(51)에서 압축잔류응력이 분포하는 위치를 따라 이동하면서 압축잔류응역의 분포영역을 코팅처리하는 코팅단계를 실시한다.
상기 코딩물질은 우레탄, 탄성실리콘, 발포접착제 등이 될 수 있다.
이에 따라, 도 7과 같이, 압축잔류응력이 분포하는 영역의 표면에는 코팅물질이 도포되어 피막(43)을 형성함으로써, 피닝수단(20)에 의한 충격으로부터 용접부(51)가 압축변형을 받지 않거나 최소화되도록 보호할 수 있다.
즉, 표면에 도포된 피막(43)이 피닝수단(20)이 가하는 충격을 분산 또는 완화시킴으로써 피막(43)이 도포된 영역에서는 피닝수단(20)에 의한 충격을 받지 않거나 완화되므로, 피닝처리로부터 압축잔류응력이 분포하는 영역을 보호할 수 있다.
이에 따라, 인장잔류응력이 분포하는 영역에만 피닝처리에 의해 압축응력을 부가하여 인장잔류응력의 크기를 감소시키게 되므로, 선별적인 피닝처리가 보다 정확히 이루어질 수 있고, 제어기(30)에 의한 피닝수단(20)의 위치제어가 부정확하더라도 압축잔류응력의 분포영역에 대한 피닝처리가 차단될 수 있다.
본 발명에 따른 전술한 실시예에 따른 용접부(51)의 잔류응력 조절장치 및 방법은, 수소를 보관하는 저장용기의 제조시 생성되는 용접부(51)에 적용함으로써 수소취성에 대한 저항성을 높이도록 이용될 수 있다.
수소 저장용기의 용접부(51)에 전술한 바와 같이 선별적 피닝처리되어 인장잔류응력의 크기를 감소시킴으로써, 인장잔류응력이 분포하는 영역에 대한 수소의 침투 및 확산으로 용접부(51)가 약화되는 문제나 수소가 외부로 배출될 수 있는 위험을 현저히 저감시키거나 방지할 수 있다.
한편, 도 8 및 도 9는 전술한 실시예에 따른 용접부(51)의 잔류응력 조절장치 및 방법을 적용하여, 수소취성에 대한 저항성이 개선됨을 확인한 결과를 나타낸다.
즉, 인장잔류응력의 감소분이 압축잔류응력의 감소분보다 클 경우, 수소취성에 대한 저항성이 개선된 것으로 나타난 것으로서, 그래프에 표시된 ‘HEI_연신율’은 연신율에 대한 수소취성지표로서 수소취성의 정도를 표현하는 HEI수치가 높을수록 수소취성에 취약하다는 것을 나타낸다.
본 발명에 따른 실시예의 경우, 인장잔류응력의 감소분과 압축잔류응력의 감소분의 비율이 1보다 크게 되면 HEI수치가 20%이하로 매우 우수한 내수소취성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 상기의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있는 일 실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.
10; 잔류응력측정기 20; 피닝수단
21; 숏피닝노즐 25; 피닝수단구동기
30; 제어기 40; 코팅노즐
43; 피막 45; 코팅노즐구동기
51; 용접부

Claims (11)

  1. 용접부(51)의 잔류응력분포를 측정하는 잔류응력측정기(10)와,
    상기 용접부(51)에 압축응력을 부가하도록 상기 용접부(51)를 피닝처리하는 피닝수단(20)과,
    상기 용접부(51)에서 피닝처리하는 위치를 변경할 수 있도록 상기 피닝수단(20)을 이동시키는 피닝수단구동기(25)와,
    상기 잔류응력측정기(10)가 측정한 측정데이터를 입력받아 상기 용접부(51) 중 인장잔류응력이 분포하는 위치를 확인하고 상기 피닝수단(20)이 상기 인장잔류응력이 분포하는 영역으로 이동하도록 상기 피닝수단구동기(25)를 제어하는 제어기(30)를 포함하되,
    상기 피닝수단(20)은 상기 용접부(51)를 충격하는 충격면적이 서로 다른 복수의 피닝수단(20)이 구비된 것이고,
    상기 제어기(30)는, 상기 잔류응력측정기(10)가 측정한 측정데이터에서 인장잔류응력의 분포영역의 면적에 따라, 충격면적이 서로 다른 복수의 피닝수단(20) 중 상기 인장잔류응력의 분포영역의 면적의 최소폭보다 충격면적의 폭이 더 작은 것을 상기 피닝수단구동기(25)가 선택하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 용접부의 잔류응력 조절장치
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    코팅물질을 분사하여 상기 용접부(51)에 피막(43)을 형성시키는 코팅노즐(40)과,
    상기 제어기(30)의 제어에 의해 상기 용접부(51)에서 코팅처리하는 위치를 변경할 수 있도록 상기 코팅노즐(40)을 이동시키는 코팅노즐구동기(45)를 포함하고,
    상기 제어기(30)는 상기 잔류응력측정기(10)가 측정한 측정데이터에 따라 상기 코팅노즐구동기(45)를 제어하여 상기 용접부(51)에서 압축잔류응력의 분포영역에 상기 코팅노즐(40)이 코팅처리하도록 하는 것을 특징으로 하는 용접부의 잔류응력 조절장치
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 용접부(51)는 수소를 보관하는 저장용기에 형성된 것을 특징으로 하는 용접부의 잔류응력 조절장치
  6. 잔류응력측정기(10)가 용접부(51)의 잔류응력을 측정하는 1단계,
    측정된 잔류응력에서 인장잔류응력이 분포하는 위치를 확인하는 2단계,
    상기 용접부(51)에서 인장잔류응력이 분포하는 위치를 따라 피닝수단(20)이 이동하면서 인장잔류응역의 분포영역에 압축응력을 부가하도록 선별적으로 피닝처리하는 3단계를 포함하되,
    상기 3단계에서,
    상기 피닝수단(20)은 상기 용접부(51)를 충격하는 충격면적이 서로 다른 복수의 피닝수단(20)이 구비된 것이고,
    측정된 잔류응력에서 인장잔류응력의 분포영역의 면적에 따라, 충격면적이 서로 다른 복수의 피닝수단(20) 중 상기 인장잔류응력의 분포영역의 면적의 최소폭보다 충격면적의 폭이 더 작은 것을, 상기 피닝처리를 위한 상기 피닝수단(20)으로 선택하는 과정이 포함된 것을 특징으로 하는 용접부의 잔류응력 조절방법
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 2단계와 상기 3단계 사이에는,
    코팅물질을 분사하여 상기 용접부(51)에 피막(43)을 형성시키는 코팅노즐(40)이, 상기 용접부(51)에서 압축잔류응력이 분포하는 위치를 따라 이동하면서 압축잔류응역의 분포영역을 코팅처리하는 코팅단계가 포함된 것을 특징으로 하는 용접부의 잔류응력 조절방법
  10. 제6항 또는 제9항에 있어서,
    상기 용접부(51)는 수소를 보관하는 저장용기에 형성되는 것을 특징으로 하는 용접부의 잔류응력 조절방법
  11. 삭제
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