KR102487305B1 - 후판 용접부 역변형 측정 장치 - Google Patents

후판 용접부 역변형 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 후판 용접부 역변형 측정 장치에 관한 것으로서, 제 1 강판 및 제 2 강판을 배치할 수 있는 지지대; 제 1 강판의 적어도 어느 일부를 고정할 수 있으며, 상기 지지대의 일측에 연결된 측면 지지대; 및 상기 제 1 강판과 제 2 강판의 용접부 변형량 값을 측정할 수 있으며, 상기 기본 지지대 상에 배치된 계측기;를 포함할 수 있다.

Description

후판 용접부 역변형 측정 장치{Reverse deformation measuring device for welding steel plates}
본 발명은 후판 용접부 역변형 측정 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 대조립 블록들을 포함한 조립 블록들의 용접 과정에서 발생하는 용접 변형을 해석하여 응력에 의한 영향을 최소화할 수 있는 후판 용접부 역변형 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 소조립은 소조립 정반에서 내부판에 보강재나 브라켓 등을 치부하여 용접하는 것을 의미한다. 중조립은 평판 블록, 곡외판 블록, 상부구조 블록 등을 조립하는 것을 의미한다. 대조립은 중조립된 블록을 입체적인 블록을 형성하도록 하여 도크에서 탑재될 수 있는 정도의 크기로 조립되는 것을 의미한다.
이렇게 대조립 된 블록은 도크에서 탑재되기 전에 더 큰 블록으로 조립되어 탑재될 수 있다. 이러한 과정을 프리에렉션이라고 한다. 프리에렉션의 대조립 블록들을 접합하는 용접 방식은 플럭스 코어 아크 용접(FCAW : FluxCored Arc Welding) 등을 사용할 수 있다. 실제 작업되는 용접은 대조립 블록들의 용접 작업에 대한 작업 능률 향상 및 용접부의 건전성을 위해서 두 가지 용접방법을 함께 쓰는 컴바인드 다층 용접(Combined Multi-pass welding) 방식으로 수행될 수 있다.
예를 들면, 초반 패스는 플러스 코어 아크 용접을 수행하고, 나머지 패스는 서브머지드 아크 용접(SAW : Submerged Arc Welding)을 수행할 수 있다. 이때, 대조립 블록들을 포함한 조립 블록들은 용접 과정에서 용접 변형이 발생하게 된다. 이러한 용접 변형을 해석하여 용접 작업에 적용함으로써, 선박을 정밀하고 효율적으로 제조할 수 있다.
위와 같은 용접 변형을 해석하는 기법으로, 유한요소해석 코드를 사용할 수 있다. 이러한 유한요소해석 코드를 기반으로 용접 방식에 대한 열변형도를 계산하여 용접 변형을 해석할 수 있다. 그러나, 상기 용접 변형을 해석할 경우 하나의 용접 방식에 대한 용접 변형을 해석할 수는 있지만, 실제 용접에서는 컴바인드 다층 용접(Combined Multi-pass welding)을 수행하기 때문에 용접 변형을 정확하게 해석하는데 어려움이 있었다. 또, 상기 용접 변형 해석 기법에서는 용접 방식들 중에서 용접 변형에 상대적으로 더 큰 영향을 주는 용접 방식에 대한 열변형도 만을 고려하여 해석하기 때문에, 정확한 용접 변형을 해석하는데 문제점이 있었다. 종래에는 예상되는 변형의 반대 방향으로 미리 지그(JIG)를 설치하여 변형을 억지로 방지하여 용접변형을 예방했다. 그러나, 강제 구속으로 인해 용접잔류응력의 분포가 높게 나타나고, 용접 균열의 발생량이 증가하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 변형량을 예측하여 가접을 진행할 수 있는 후판 용접부 역변형 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 후판 용접부 역변형 측정 장치를 제공한다. 상기 후판 용접부 역변형 측정 장치는 제 1 강판 및 제 2 강판을 배치할 수 있는 지지대; 상기 제 1 강판의 적어도 어느 일부를 고정할 수 있으며, 상기 지지대의 일측에 연결된 측면 지지대; 및 상기 제 1 강판과 제 2 강판의 용접부 변형량 값을 측정할 수 있으며, 상기 지지대 상에 배치된 계측기;를 포함할 수 있다.
상기 후판 용접부 역변형 측정 장치에 있어서, 상기 계측기는 제어부와 연결되며, 상기 용접부 변형량 값이 상기 제어부로 전달될 수 있다.
상기 후판 용접부 역변형 측정 장치에 있어서, 상기 제어부는, 데이터 서버(data server)에 기록된 상기 제 1 강판 및 상기 제 2 강판의 두께 및 크기 값에 대한 유동적 변형 계수를 상기 용접부 변형량 값에 대입하여 용접부의 역변형량 값을 산출할 수 있다.
상기 후판 용접부 역변형 측정 장치에 있어서, 상기 제 1 강판 및 상기 제 2 강판을 배치할 수 있도록, 상기 지지대 상에 배치된 레일을 더 포함할 수 있다.
상기 후판 용접부 역변형 측정 장치에 있어서, 상기 계측기는 적어도 2개 이상의 변형 계측기를 포함하며, 상기 변형 계측기 중 어느 하나는 상기 제 2 강판의 용접부 부근에 배치되며, 다른 하나는 상기 용접부의 반대편 부근에 배치될 수 있다.
상기 후판 용접부 역변형 측정 장치에 있어서, 상기 변형 계측기 중 어느 하나는 상기 제 2 강판의 일측과 타측 사이의 1/2 지점에 배치되며, 다른 하나는 상기 제 2 강판의 타측 끝에 배치될 수 있다.
상기 후판 용접부 역변형 측정 장치에 있어서, 상기 측면 지지대는 클램프를 이용하여 상기 제 1 강판의 어느 일부를 고정할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 변형량을 예측하여 가접을 진행할 수 있는 후판 용접부 역변형 측정 장치를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 후판 용접부 역변형 측정 장치를 개략적으로 도해하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 후판 용접부 역변형량 측정 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 비교예에 따른 후판 용접부 역변형 측정 장치를 개략적으로 도해하는 도면(a, b)과 상기 장치를 이용할 경우 발생하는 후판 내 잔류응력 분포도(c)이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 3은 본 발명의 비교예에 따른 후판 용접부 역변형 측정 장치를 개략적으로 도해하는 도면(a, b)과 상기 장치를 이용할 경우 발생하는 후판 내 잔류응력 분포도(c)이고, 여기서, 도 3의 (a)는 후판의 상면을 지지해주는 구성을 도시한 것이며, 도 3의 (b)는 후판의 하면을 지지해주는 구성을 도시한 것이다. 이하에서, 상기 후판은 용접을 수행하는 강판 또는 판재를 의미한다. 또, 용접시 열응력에 의해 용접하는 방향으로 후판이 꺽이게 되는데, 용접 전에 이와 반대 방향으로 소정의 힘을 인가하여 평평하게 가접되도록 하는 것을 역변형이라 한다.
먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 비교예에 따른 후판 용접부 역변형 측정 장치는 지그(10)를 이용하여 제 1 강판(52) 및 제 2 강판(54)의 적어도 어느 일부를 각각 고정할 수 있다. 여기서, 지그(10)는 용접시 제 1 강판(52) 및 제 2 강판(54)에 예상되는 변형의 반대 방향으로 설치함으로써, 변형을 억지로 방지하여 용접변형을 예방하는 구성을 의미한다. 도 3의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 지그(10)의 형태 및 구성은 제 1 강판(52) 및 제 2 강판(54)의 두께 및 크기에 의해 상이하게 제어가 가능하다.
구체적으로, 용접 후 변형을 방지하기 위해서, 도 3의 (a) 및 (b)와 같이, 예상되는 변형의 반대 방향으로 미리 지그를 설치하여 후판의 변형을 억지로 방지하여 용접 변형을 예방한다. 이때, 도 3의 (c)와 같이, 강제 구속으로 인한 용접잔류응력의 분포가 높게 나타나고, 용접균열의 발생량이 증가하게 되는 문제점이 있었다. 또, 구속하는 위치가 용접재료의 전체면에 고루 적용되지 못하기 때문에, 면외 굽힘 변형이 발생하게 되는 문제점도 있었다.
특히, 두꺼운 판재 대비 얇은 판재에서 면외 굽힘의 변형량이 더 크게 발생된다. 용접 변형량이 증가함에 따라, 채취할 수 있는 시험편 유효 개수가 감소된다. 상기 이유로 인해 용접해야 할 판재의 소모량이 증가된다.
이를 해결하기 위해서, 본 발명에서는 역변형량을 측정하여 용접 시험편 가접시, 변형량을 예측하여 가접을 진행하여 효율적으로 용접을 수행할 수 있는 후판 용접부 역변형 측정 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 후판 용접부 역변형 측정 장치를 개략적으로 도해하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 후판 용접부 역변형 측정 장치는 지지대(10) 및 측면 지지대(20)를 포함한다. 지지대(10) 상에는 제 1 강판(52) 및 제 2 강판(54)이 배치될 수 있다. 측면 지지대(20)는 지지대(10)의 일측에 연결된다. 예를 들어, 측면 지지대(20)는 클램프 형태를 사용할 수 있으며, 상기 클램프를 이용하여 제 1 강판(52)의 적어도 어느 일부를 고정할 수 있다. 이때, 제 1 강판(52)의 한쪽 끝 부분이 전체적으로 고정될 수 있다.
한편, 상기 장치는 제 1 강판(52) 및 제 2 강판(54)을 배치할 수 있도록, 지지대(10) 상에 배치된 레일(40)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 레일(40)은 롤러 또는 컨베이어 벨트 등으로 구성될 수 있다. 레일(40)은 판재들이 서로 접할 수 있도록 이송시켜주는 기능을 수행한다.
상기 장치는 지지대(10) 상에 배치된 계측기(30)를 더 포함하되, 제 2 강판(54)의 상면 쪽에 위치하게 된다. 계측기(30)는 적어도 2개 이상의 변형 계측기(30)를 포함할 수 있다. 변형 계측기(30) 중 어느 하나는 제 2 강판(54)의 용접부(56) 부근에 배치되며, 다른 하나는 용접부(56)의 반대편 부근에 배치될 수 있다.
이때, 기준이 되는 제 1 강판(52) 및 용접 변형이 발생하게 되는 제 2 강판(54)의 변형량을 측정하기 위해서, 변형 계측기(30) 중 어느 하나는 제 2 강판(54)의 일측과 타측 사이의 1/2 지점에 배치될 수 있으며, 다른 하나는 상기 제 2 강판의 타측 끝에 배치될 수 있다. 여기서, 제 2 강판((54)의 일측은 용접봉(60)에 의해 용접되는 영역인 용접부(56) 부근을 의미한다. 또, 제 2 강판(54)의 타측은 용접부(56)와 반대편인 제 2 강판(54)의 끝 부분(장치에 구비된 레일(40)의 끝으로부터 이격되는 지점을 의미)에 배치될 수 있다.
다른 예로서, 변형 계측기(30)는 제 2 강판(54)의 중앙 부분과 끝 부분에 각각 배치되지만, 경우에 따라, 변형 계측기(30)가 제 2 강판(54)의 끝 부분을 기준으로 일정한 거리만큼 이격된 부분에 각각 배치될 수도 있다. 상기 일정한 거리는 제 2 강판(54)의 크기에 따라 상이하게 조정될 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 계측기(30)는 제어부(미도시)와 연결되며, 계측기(30)에서 측정된 용접부 변형량 값을 상기 제어부로 전달하게 된다. 상기 제어부는, 데이터 서버(data server)에 기록된 상기 제 1 강판 및 상기 제 2 강판의 두께 및 크기 값에 대한 유동적 변형 계수를 상기 용접부 변형량 값에 대입하여 용접부의 역변형량 값을 산출할 수 있다. 이에 대한 구체적인 내용은 도 2를 참조하여 후술한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 후판 용접부 역변형량 측정 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 후판 용접부 역변형량 측정 방법은 도 1에 도시된 후판 용접부 역변형량 측정 장치를 이용한다. 용접을 수행하게 되면, 평평한 상태의 판재는 각도 θ만큼 변형이 발생하게 되며, 판재의 끝 부분의 길이가 δ만큼 줄어들게 된다. 이 때, 변곡점이 생긴 부분을 기준으로 변형 전 판재의 초기 길이를 Io라고 했을 때, 변형 후 판재의 상면 길이는 ITop로, 하면 길이는 IBot으로 변하게 된다. 이러한 변수들을 고려하여 용접 변형량에 대한 유동적 변형 계수를 구한다. 이와 동시에, 제어부에서는 계측기(30)를 통해서 측정된 용접별/입열량별 데이터를 데이터 서버(data server)에 저장하고, 상기 데이터에 상술한 유동적 변형 계수를 반영하여 용접부 역변형량 값을 산출한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 후판 용접부 역변형 측정 장치를 이용하면 간편하게 용접부 역변형량 값을 산출할 수 있다. 이로 인해, 종래에는 후물재 용접 후 면외 굽힘 현상이 심한 곳은 시험편의 채취가 불가능 했으나, 역변형량 값 반영을 통해 전체 용접부를 활용이 가능한 장점이 있다.
또한, 클램프를 측면 지지대로 사용함으로써, 용접부 내부 인장 잔류응력을 최소화할 수 있고, 이에 의한 물성 평가 영향도 최소화할 수 있다. 또, 재질 시험을 위한 판변형 원복시 발생되는 바우싱거 효과도 반영하지 않으므로, 충격/파괴인성 물성에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 지지대
20: 측면 지지대
30: 계측기
40: 레일
52: 제 1 강판
54: 제 2 강판
56: 용접부
60: 용접봉

Claims (8)

  1. 제 1 강판 및 제 2 강판을 배치할 수 있는 지지대;
    상기 제 1 강판의 적어도 어느 일부를 고정할 수 있으며, 상기 지지대의 일측에 연결된 측면 지지대; 및
    상기 제 1 강판과 제 2 강판의 용접부 변형량 값을 측정할 수 있으며, 상기 지지대 상에 배치된 계측기;를 포함하고,
    상기 계측기는 적어도 2개 이상의 변형 계측기를 포함하며,
    상기 변형 계측기 중 어느 하나는 상기 제 2 강판의 일측과 타측 사이의 1/2 지점에 배치되며, 상기 변형 계측기 중 다른 하나는 상기 제 2 강판의 타측 끝에 배치되는,
    후판 용접부 역변형 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 계측기는 제어부와 연결되며,
    상기 용접부 변형량 값이 상기 제어부로 전달되는,
    후판 용접부 역변형 측정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    데이터 서버(data server)에 기록된 상기 제 1 강판 및 상기 제 2 강판의 두께 및 크기 값에 대한 유동적 변형 계수를 상기 용접부 변형량 값에 대입하여 용접부의 역변형량 값을 산출하는,
    후판 용접부 역변형 측정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 강판 및 상기 제 2 강판을 배치할 수 있도록, 상기 지지대 상에 배치된 레일을 더 포함하는,
    후판 용접부 역변형 측정 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 측면 지지대는 클램프를 이용하여 상기 제 1 강판의 어느 일부를 고정하는,
    후판 용접부 역변형 측정 장치.
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