KR102375316B1 - 잠수함용 관통구의 오버레이 용접방법 - Google Patents

Abstract

잠수함용 관통구의 오버레이 용접방법이 제공된다. 상기 잠수함용 관통구의 오버레이 용접방법은, 플랜지(flange)와 슬리브(sleeve)를 포함하는 잠수함용 관통구의 오버레이 용접방법으로서, 용접 공간 확보를 위해 상기 플랜지의 중심부를 가공하는 단계, 가공된 상기 플랜지 내에 부쉬를 삽입하는 단계, 상기 플랜지와 상기 부쉬를 접합시키도록 가용접하는 단계, 상기 플랜지를 회전판 상에 고정하고, 상기 회전판을 회전시키면서 상기 플랜지와 상기 부쉬를 단일의 용접재료를 이용하여 TIG(Tungsten Inert Gas) 용접을 수행하는 단계, 상기 TIG 용접 완료 후, 용접 표면을 연마가공하여 표면이 평평한 상기 관통구를 완성하는 단계를 포함한다.

Description

잠수함용 관통구의 오버레이 용접방법{The overlay welding method of submarine through-hole}

본 발명은 잠수함용 관통구의 오버레이 용접방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 관통구 클래딩 용접을 수행함에 있어서 종래의 복잡하고 번거로운 방법 대신에 단계가 간소화되고 필요한 용접재료의 개수를 줄일 수 있는 잠수함용 관통구의 오버레이 용접방법에 관한 것이다.

잠수함 건조에 있어서 수밀 구역의 격벽을 통과해야 하는 전기선, 유체, 승조원 등이 지나갈 수 있도록 하는 파이프와 플랜지(flange) 형태의 부품이 관통구이다. 플랜지는 선체 격벽과 동일한 구조로 되어 있으며 전기선, 유체, 승조원 등이 통과하는 파이프 형태의 슬리브(sleeve)가 플랜지에 삽입되어 관통구를 형성한다. 슬리브는 주로 내식성이 강한 소재이며 구리-니켈 베이스의 재료로 구성되어 있다.

이러한 관통구의 제작에 있어서 슬리브와 플랜지 사이의 공간을 용접으로 매공하는 작업을 하게 되는데, 이러한 작업은 클래딩(클래딩 용접) 작업이라고 한다. 구체적으로, 슬리브와 플랜지 사이를 몇가지 용접재료로 채워서 용접을 하는 작업을 클래딩 작업이라고 한다.

종래에는 대부분의 잠수함이 독일 하데베 설계기술을 이용하여 제작되고 있다. 따라서, 관통구 제작방법 역시 하데베 설계기술을 이용하여 제작되고 있다. 하지만 종래의 관통구 제작방법이 매우 복잡하며, 다수의 용접재료를 이용해야 하는 문제점이 있다.

한국 공개특허 10-2012-0019826 (공고일자 2012년 3월 7일)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 자동용접이 가능하도록 클래딩 용접공정을 간소화하고 필요한 용접재료의 개수를 줄일 수 있는 잠수함용 관통구의 오버레이 용접방법을 제공하는 것이다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 상기 과제로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함용 관통구의 오버레이 용접방법은, 플랜지(flange)와 슬리브(sleeve)를 포함하는 잠수함용 관통구의 오버레이 용접방법으로서, 용접 공간 확보를 위해 상기 플랜지의 중심부를 가공하는 단계, 가공된 상기 플랜지 내에 부쉬를 삽입하는 단계, 상기 플랜지와 상기 부쉬를 접합시키도록 가용접하는 단계, 상기 플랜지를 회전판 상에 고정하고, 상기 회전판을 회전시키면서 상기 플랜지와 상기 부쉬를 단일의 용접재료를 이용하여 TIG(Tungsten Inert Gas) 용접을 수행하는 단계, 상기 TIG 용접 완료 후, 용접 표면을 연마가공하여 표면이 평평한 상기 관통구를 완성하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 실시예에서, 상기 단일의 용접재료는 니켈과 코발트의 합이 65%인 ERNiCu-7, 니켈 96%의 ERNi-1, 또는 니켈 72%와 크롬이 20%인 ERNiCr-3일 수 있다.

본 발명에 따른 실시예에서, 상기 부쉬는 Cu-Ni 부쉬이고, 상기 플랜지는 HY80 탄소강 또는 HY100 탄소강일 수 있다.

본 발명에 따른 실시예에서, 상기 관통구를 완성한 후, 액상침투시험(Penetration Test)을 수행하여 표면결함 유무를 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명에 따르면 잠수함용 관통구의 오버레이 용접방법으로서, 용접생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 용접결함시 필요한 용접수정 작업의 횟수를 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 잠수함용 관통구의 오버레이 용접에 있어 자동용접이 가능하다.

또한, 본 발명에 따르면 클래딩 용접작업을 비교적 용이하게 수행할 수 있어 작업비용을 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 저기량의 용접사 또는 오퍼레이터를 이용할 수 있기 때문에 고기량 용접사의 수급 문제를 해결할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 자동용접이 가능하므로 작업자의 피로도를 감소시킬 수 있으며, 단순 반복작업으로 인해 작업자의 근골격계 질환 예방에도 도움이 될 수 있다.

다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.

도 1은 관통구에 적용되는 명칭을 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 관통구 제작방법을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 잠수함용 관통구의 오버레이 용접방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 관통구를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명에 적용되는 관통구의 단면도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에서 이용되는 용접재료의 구체적인 구성을 도시한 표이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

이하에서 설명되는 용어는 다음과 같이 정의된다.

관통구란, 잠수함 건조에 있어서 수밀구역의 격벽을 통과해야 하는 전기선, 유체, 승조원 등이 지나갈 수 있도록 하는 파이프와 플랜지 형태의 부품으로서 플랜지는 선체 격벽과 동일한 구조로 되어 있으며 전기선, 유체, 승조원 등이 통과하는 파이프 형태의 슬리브가 플랜지에 삽입되어 형성된 구조이다. 슬리브는 주로 내식성이 강한 소재이며 Cu-Ni 베이스 재료로 구성되어 있다.

관통구의 클래딩 용접이란, 관통구 제작에 있어서 슬리브와 플랜지 사이의 공간을 용접으로 매공하는 작업을 하게 되는데 이러한 작업을 클래딩 용접이라고 한다.

기계가공이란, 클래딩 용접으로 가공 치수보다 높게 쌓은 후, 기계가공을 통해 필요한 치수만큼 면가공(연마공정)을 수행하는 것을 의미한다. 기계가공 작업후에는 액상침투시험(PT, Penetration Test)을 통해 표면의 결함 유무를 확인하고, 도 1에 도시된 바와 같이 플랜지 연결 홀을 형성하는 작업을 수행한다. 도 1은 관통구에 적용되는 명칭을 도시한 도면이며, 이를 참조하여 플랜지, 슬리브, 클래딩 용접부의 구성을 알 수 있다.

도 2는 종래의 관통구 제작방법을 순차적으로 도시한 도면이다.

종래에는 대부분의 잠수함이 독일 하데베 설계기술을 그대로 적용하여 제작되고 있다. 따라서, 관통구도 하데베 설계기술을 그대로 적용하여 제작되고 있다. 하지만 종래의 관통구 제작방법은 매우 복잡하며, 관통구 제작공정 중 용접공정에 있어서 다수의 용접재료를 이용해야 한다.

도 2를 참조하면, 종래의 관통구 제작방법은 우선, 1) 탄소강(초고장력강)에 THER.XW 140K로 초층용접을 수행한다. 이어서 그 상부에 THER 20/10W 140K로 2층~N층을 용접하여 형성한다.

2) 그리고, R14로 기계가공하여, 탄소강의 중심부에 곡면형의 공간을 형성한다.

3) 그리고, 기계가공을 수행한 영역에 UTP068HH로 2층 버터링 용접을 수행한다.

4) 그리고, 탄소강 중심부의 끝단에 UTP80M으로 용접을 수행한다.

5) 다시 R9로 기계가공하여, 탄소강 중심부의 끝단에 형성된 부분의 일부를 제거한다.

6) 이어서, Cu-Ni 부쉬(Bush)와 UTP80M을 이용하여 용접을 수행한다.

이상에서 설명된 바와 같이, 종래의 관통구 제작을 위한 용접방법에는 용접재료가 5개 사용되며, 이는 탄소강과 Cu-Ni 부쉬와의 용접에 있어서 탄소강과 Cu-Ni 부쉬가 서로 다른 재질의 이종재이기 때문에 탄소강에서 Cu-Ni 부쉬까지 다수의 다른 용접재료를 사용하면서 물성을 유사하게 만들기 위함이다. 최종적으로 Cu-Ni 부쉬와 물성이 유사한 재료를 최종 용접재료로 사용한다. 그리고 2번 이상의 기계가공이 필요하다. 이는 제작공정을 복잡하게 하며, 비용이 상대적으로 많이 든다.

이와 달리, 본 발명에 따르면 1가지 용접재료를 사용하며, 전체적으로 TIG 용접공정 또는 PAW 용접공정을 사용할 수 있다. 본 발명에 따르면 용접재료가 통일되어 공정이 간소화되며, 제품의 품질이 우수하고 최종 제작물의 수정공정 수를 줄일 수 있다. 특히, 용접공정에 있어서 자동화가 가능하며, 제작시간이 감소되고, 탈기량 및 원가가 감소될 수 있다.

종래의 관통구 제작방법에는 아래와 같은 문제점이 있다.

1) 다수의 용접재료를 사용해야 한다.

2) TIG 용접공정 및 SMAW 용접공정을 적용해야 한다.

3) 용접재료의 종류가 많아 제1용접-가공-검사-제2용접 순으로 용접공정의 수가 증가하게 된다.

4) SMAW 용접공정을 적용시 용접성이 좋지 않아 결함이 많이 발생하게 된다.

5) 제작시간 및 공정수가 늘어나며, 고기량이 요구되고, 제작비용이 증가하게 된다.

여기에서, SMAW 용접공정에 대하여 간략히 설명한다.

상술한 바와 같이, 종래에 이용되던 용접방법으로서 SMAW(Shield Metal Arc Welding) 용접공정은 용접재료가 매우 특수하여 막대기 형상으로 용접재료를 생산하게 되며, SMAW 용접공정의 경우 용접특성상 자동용접이 불가능하다. SMAW 용접공정은 매우 오랜된 용접방법이지만, 용접사의 기량이 매우 중요하며 플럭스가 많아 용접성이 매우 나쁘고, 용접결함 특히 용입불량이나 슬래그 혼입 등의 결함 발생이 빈번하다. SMAW 용접공정은 용접재료가 막대기 형상으로 구성되어 있어 용접재료의 교체가 빈번하고 용접이음부에서 용접결함이 발생할 가능성이 높다. 따라서 생산성이 매우 낮으며, 고기량의 용접사에 의존하여 용접공정을 수행하게 된다.

잠수함 관통구의 용접을 위해서는 SMAW 용접사는 별도의 Cert를 획득해야하는 문제 때문에 품질 관리가 어려우며, 전량 외부에서 제작되기 때문에 품질 모니터링이 매우 어렵다. 그리고, 자재 입고시 여러 군데에서 제작이 되기 때문에 자재 관리의 어려움도 있다.

이에 따라, 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 용접재료를 단일화 하고자 하며 용접방법도 SMAW 용접공정에서 GTAW(Gas Tunsten Arc Welding) 용접공정 즉, TIG(Tungsten Inert Gas) 용접공정을 이용하고자 한다.

도 3은 본 발명에 따른 잠수함용 관통구의 오버레이 용접방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다. 도 4는 본 발명에 적용되는 관통구를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 5는 본 발명에 적용되는 관통구의 단면도를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 6은 본 발명에서 이용되는 용접재료의 구체적인 구성을 도시한 표이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 잠수함용 관통구의 오버레이 용접방법은 우선 1) 용접 공간 확보를 위해 플랜지(100)의 중심부를 가공한다(S100). 이때, 플랜지(100)는 HY80 탄소강 또는 HY100 탄소강일 수 있다.

2) 가공된 플랜지(100) 내에 Cu-Ni 부쉬(110)를 삽입하고(S110), 3)플랜지(100)와 Cu-Ni 부쉬(110)를 접합시키도록 가용접을 수행한다(S120).

4) 그리고, 플랜지(100)를 회전판 상에 고정하고, 회전판을 회전시키면서 플랜지(100)와 Cu-Ni 부쉬(110)를 단일의 용접재료를 이용하여 TIG(Tungsten Inert Gas) 용접을 수행한다(S130). 이때 사용되는 용접토치는 용접재료를 자동으로 공급하는 와이어 공급장치를 이용하여 작업자가 직접 용접하거나 자동장치를 사용하여 용접작업을 수행할 수 있다.

5) TIG 용접 완료 후, 용접 표면을 기계가공(연마공정)하여 표면이 평평한 관통구를 완성한다(S140).

구체적으로 도 4 및 도 5를 참조하면, 플랜지(100)의 형상을 변형하여 Cu-Ni 부쉬(110)와 플랜지(100)와의 용집을 확보하기 위해, R-가공을 한다.

이때, R-가공은 15mm 이상으로 가공하여야 한다. 이는 TIG 용접토치의 노즐의 운봉이 자유롭도록 하기 위함이다. R-가공시 깊이는 3mm 이상이면 된다.

이때 적용되는 용접재료는 AWS 용접규격으로, 중량 기준으로, 니켈과 코발트의 합이 65%인 ERNiCu-7, 니켈 96%의 ERNi-1, 또는 니켈 72%와 크롬이 20%인 ERNiCr-3일 수 있다.

본 발명에 따른 용접방법에서는 상기의 3가지 용접재료를 사용하는 것을 특징으로 하며, 상기 3가지 용접재료 중 하나의 용접재료를 사용하여 계속적으로 용접하는 것을 특징으로 한다. 상기 3가지 용접재료는 모두 해수와의 분위기에서 부식에 염려가 없는 재료들이다.

도 6을 참조하면, 상기 3가지 용접재료에 대한 화학적 조성물의 구성을 알 수 있도록 도시되어 있다.

본 발명에 따르면, 관통구를 완성한 후, 액상침투시험(Penetration Test)을 수행하여 표면결함 유무를 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명을 이용하면, 용접생산성이 향상되고, 용접결함으로 인하여 발생하는 수정작업의 횟수를 줄일 수 있다. 그리고, 자동용접이 가능하다.

또한, 작업비용을 감소시킬 수 있으며, 저기량의 용접사 또는 오퍼레이터가 수행할 수 있으므로 고기량의 용접사 수급 문제를 해결할 수 있다.

자동용접이 가능하여 작업자 피로도가 감소하며, 단순 반복 작업으로 인해 작업자의 근골격계 질환 예방에도 많은 도움이 된다.

전술된 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 플랜지
110: 부쉬

Claims (4)

1. 플랜지(flange)와 슬리브(sleeve)를 포함하는 잠수함용 관통구의 오버레이 용접방법으로서,
   용접 공간 확보를 위해 상기 플랜지의 중심부를 가공하는 단계;
   가공된 상기 플랜지 내에 부쉬를 삽입하는 단계;
   상기 플랜지와 상기 부쉬를 접합시키도록 가용접하는 단계;
   상기 플랜지를 회전판 상에 고정하고, 상기 회전판을 회전시키면서 상기 플랜지와 상기 부쉬를 단일의 용접재료를 이용하여 TIG(Tungsten Inert Gas) 용접을 수행하는 단계;
   상기 TIG 용접 완료 후, 용접 표면을 연마가공하여 표면이 평평한 상기 관통구를 완성하는 단계;를 포함하며,
   상기 부쉬는 Cu-Ni 부쉬이고, 상기 플랜지는 HY80 탄소강 또는 HY100 탄소강인, 잠수함용 관통구의 오버레이 용접방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 단일의 용접재료는, 중량 기준으로, 니켈과 코발트의 합이 65%인 ERNiCu-7, 니켈 96%의 ERNi-1, 또는 니켈 72%와 크롬이 20%인 ERNiCr-3인, 잠수함용 관통구의 오버레이 용접방법.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 관통구를 완성한 후, 액상침투시험(Penetration Test)을 수행하여 표면결함 유무를 확인하는 단계를 더 포함하는, 잠수함용 관통구의 오버레이 용접방법.

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