KR20060085641A - 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체 및 그 용접 방법 - Google Patents

Abstract

용접 이음부에 발생한 취성 균열의 전파를 방지하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체의 용접 방법으로서, 취성 균열이 전파될 가능성이 있는 맞대기 용접 이음부에 있어서, 취성 균열을 정지시키는 영역에 대하여, 해당 영역의 맞대기 용접 이음부의 일부를 가우징, 또는 기계 가공에 의하여 제거한 후, 해당 부분을 보수 용접함으로써 맞대기 용접부에 비하여 높은 인성을 가지고, 또한 맞대기 용접부의 길이 방향에 대한 외연 방향의 각도φ가 10도 이상, 60도 이하인 보수 용접부를 형성한다.

용접 구조체, 내취성 균열 전파성

Description

내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체 및 그 용접 방법 {WELD STRUCTURE HAVING EXCELLENT BRITTLE CRACK PROPAGATION RESISTANCE AND METHOD OF WELDING THE WELD STRUCTURE}

본 발명은 용접 이음부에 발생한 취성 균열의 전파를 방지하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체 및 그 용접 방법에 관한 것이다.

구체적으로는 후판을 사용하여 대입열 용접을 적용한 용접 구조물의 용접 이음부에 발생할 가능성이 있는 취성 균열의 전파를 방지하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체의 용접 방법에 관한 것으로, 건축 구조물이나 토목 강 구조물 등의 안전성을 향상시킬 수 있는 기술에 관한 것이다.

강 구조물을 건조하기 위하여는 용접을 사용하는 것이 필수이지만, 건조 비용을 저감시키거나 건조 능률을 향상시키려는 목적에서, 대입열 용접이 널리 적용되고 있다. 특히, 강판의 판 두께가 증대되면, 용접 공수(工數)가 비약적으로 증가하기 때문에, 최대한 대입열로 용접하고자 하는 요구가 많다.

그러나, 대입열 용접을 적용하면, 용접열 영향(HAZ) 부의 인성치가 저하하고, HAZ부의 폭도 증대되기 때문에, 취성 파괴에 대한 파괴 인성치가 저하되는 경향이 있다.

그 때문에, 대입열 용접을 적용하여도 HAZ부의 파괴 인성이 저하되기 어려운 강재에 대한 발명이, 예를 들면 일본 공개 특허 공보 평6-88161호나 일본 공개 특허 공보 소60-245768호에 개시되어 있다.

이들 발명에서는 취성 파괴의 발생에 대한 저항값인 파괴 인성치가 향상되어 있기 때문에, 통상의 사용 환경에서 취성 파괴될 가능성은 극도로 낮게 억제되어 있으나, 지진이나 구조물끼리의 충돌 등의 사고, 재해 등의 비상시에, 만일 취성 파괴가 발생하면, 취성 균열은 HAZ부를 전파하여, 대규모 파괴에 이르는 위험성이 있다.

지금까지, 판 두께 25 mm 정도의 TMCP 강판 등이 사용되고 있는 용접 이음부에서는 취성 균열이 발생하여도, 용접부의 잔류 응력에 의하여, 취성 균열이 용접 이음부로부터 모재쪽으로 옮겨가므로, 모재의 어레스트 성능을 확보하기만 하면, 만일 용접 이음부에서 취성 균열이 발생하여도 모재에서 취성 균열을 정지할 수 있다고 생각되어 왔다.

그러나, 강 구조물이 대형화됨에 따라, 종전 보다 판 두께가 더 두꺼운 강판이 사용되고, 또한 구조의 간소화를 위하여도 강판의 후육화가 유효하므로, 설계 응력이 높은 고장력강의 후강판이 사용되고 있다.

이러한 후강판에서는 용접 이음부의 파괴 인성의 정도에 따라서는 취성 균열이 모재로 옮겨가지 않고 용접 이음부의 열영향 영역을 따라서 전파되는 것이 본 발명자의 8000톤 대형 시험기에 의한 대형 파괴 시험에 의하여 밝혀졌다.

본 발명자들이 실시한 강판의 취성 파괴와 관련된 시험에 따르면, 판 두께 50 mm 이하의 강판에, 도 1에 나타내는 바와 같이, 강판(1)의 맞대기 용접 이음부와 교차하도록 필렛 용접에 의하여 골재(3)(보강판)를 설치하면, 강판(1)에 취성 균열이 발생하여도 골재에 의하여 취성 균열의 전파가 정지되어(어레스트), 강판(1)이 파단되지 않는 경우가 많았다.

그러나, 판 두께가 두꺼워지면, 골재가 장착되어 있어도, 골재(3)와는 관계없이, 취성 균열이 모재로 옮겨가지 않고, HAZ부 또는 용접 금속부를 따라서 전파되어버리는 경우가 있었다.

이에 본 발명은 용접 이음부에 취성 균열이 발생하였을 경우에, 보수 용접부로 취성 균열의 전파를 방지하고, 용접 구조체의 치명적인 파단을 방지할 수 있는 용접 구조체 및 그 용접 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은 용접 구조체에 있어서, 특정한 보수 용접을 실시함으로써, 용접 이음부의 취성 균열 전파를 방지하여 대규모 파괴를 미연에 방지할 수 있는 것을 밝혀내고, 본 발명을 완성하였다.

본 발명이 요지로 하는 것은 다음과 같다.

(1) 용접 이음부에 발생한 취성 균열의 전파를 방지하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체의 용접 방법으로서, 취성 균열이 전파될 가능성이 있는 맞대기 용접 이음부에 있어서, 취성 균열을 정지시키는 영역에 대하여, 해당 부분을 보수 용접함으로써 맞대기 용접부에 비하여 높은 인성을 가지고, 또한 맞대기 용접부의 길이 방향에 대한 외연 방향의 각도φ가 10도 이상, 60도 이하인 보수 용접부를 형성하는 것을 특징으로 하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체의 용접방법.

(2) 상기 보수 용접부의 인성이 맞대기 용접부의 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs에 비하여 적어도 20℃ 이상 낮은 것을 특징으로 하는 상기(1)에 기재된 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체의 용접 방법.

(3) 상기 보수 용접은 맞대기 용접 이음부의 표면 및 이면 중 어느 하나, 또는 양쪽 모두에 대하여 판 두께의 1/2 이상의 범위를 가우징, 또는 기계 가공에 의하여 제거한 후, 해당 부분에 보수 용접을 실시하는 것을 특징으로 하는 상기(1) 또는(2)에 기재된 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체의 용접 방법.

(4) 상기 보수 용접부와 맞대기 용접 이음부가 접하는 영역에 있어서, 맞대기 용접부의 길이 방향에 대하여 수직인 방향으로 피용접 부재의 항복 응력 YP의1/2 이상의 압축 잔류 응력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 상기(1) 내지(3)의 어느 하나의 항에 기재된 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체의 용접 방법.

(5) 상기 보수 용접부에 있어서 적어도 최종층의 보수 용접 비드에 있어서, 맞대기 용접부의 길이 방향에 대한 보수 용접 비드의 길이 방향의 각도θ를 80도 이하가 되도록 제어하여 보수 용접을 실시하는 것을 특징으로 하는 상기(1) 내지(4)의 어느 하나의 항에 기재된 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체의 용접 방법.

(6) 상기 맞대기 용접부의 길이 방향에 대한 보수 용접부의 외연 방향의 각도φ를, 10도 이상, 45도 이하가 되도록 제어하여 보수 용접을 실시하는 것을 특징으로 하는 상기(1) 내지(5) 중 어느 하나의 항에 기재된 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체의 용접 방법.

(7) 용접 이음부에 발생한 취성 균열의 전파를 방지하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체로서, 취성 균열이 전파할 가능성이 있는 맞대기 용접 이음부에 있어서 취성 균열을 정지시키는 영역에 맞대기 용접부에 비하여 높은 인성을 가지고, 또한 맞대기 용접 이음부에 있어서, 또한 맞대기 용접부의 길이 방향에 대한 외연 방향의 각도φ가 10도 이상, 60도 이하인 보수 용접부를 가지는 것을 특징으로 하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.

(8) 상기 보수 용접부의 인성이 맞대기 용접부의 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs에 비하여 적어도 20℃ 이상 낮은 것을 특징으로 하는 상기(7)에 기재된 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.

(9) 상기 보수 용접부는 맞대기 용접 이음부의 표면 및 이면 중 어느 하나, 또는 양쪽 모두에 대하여 판 두께의 1/2 이상의 범위에 가지는 것을 특징으로 하는 상기(7) 또는(8)에 기재된 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.

(10) 상기 보수 용접부와 맞대기 용접 이음부가 접하는 영역에 있어서, 맞대기 용접부의 길이 방향에 대하여 수직 방향으로 피용접부재의 항복 응력 YP의 1/2이상의 압축 잔류 응력을 가지는 것을 특징으로 하는 상기(7) 내지(9) 중 어느 하나의 항에 기재된 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.

(11) 상기 보수 용접부에 있어서 적어도 최종층의 보수 용접 비드에 있어서, 맞대기 용접부의 길이 방향에 대한 보수 용접 비드의 길이 방향의 각도θ가 80도 이하인 것을 특징으로 하는 상기(7) 내지(10) 중 어느 한 항에 기재된 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.

(12) 상기 맞대기 용접부의 길이 방향에 대한 보수 용접부의 외연 방향의 각도φ가 10도 이상, 45도 이하인 것을 특징으로 하는 상기(7) 내지(11)의 어느 한 항에 기재된 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.

본 발명에 의하면, 맞대기 용접 이음부의 일부에 특정한 보수 용접을 실시함으로써, 용접 이음부에서 취성 균열이 발생한 경우에도 용접부에서 취성 균열의 전파를 방지할 수 있다.

도 1은 골재를 배치한 용접 구조체를 나타내는 도면이다.

도 2는 보수 용접을 실시한 용접 구조체를 설명하는 도면이다.

도 3은 취성 균열 전파를 방지하기 위한 용접 구조체의 용접 방법을 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 이용한 시험편을 나타내는 도면이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대하여, 도 2 내지 4를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 용접 방법을 적용하는 강판의 맞대기 용접 이음부를 도시하는 도이다. 도 2에 있어서, 2는 맞대기 용접 이음부, 5는 맞대기 용접부, 6은 보수 용접부를 나타낸다.

본 발명의 보수 용접은 도 2에 도시하는 취성 균열이 전파될 가능성이 있는 맞대기 용접 이음부 2(맞대기 용접부(5) 및 강판(1)의 열 영향부)에 있어서, 취성 균열을 정지시키는 영역에 대하여, 해당 영역의 맞대기 용접 이음부(2)(맞대기 용접부(5) 및 강판(1)의 열 영향부)의 일부를 가우징 또는 기계 가공에 의하여 제거한 후, 상기 부분을 인성이 우수한 용접 재료를 이용하여 보수 용접함으로써, 맞대기 용접부(5)에 비하여 높은 인성을 가지고, 또한 맞대기 용접부(5)의 길이 방향에 대한 외연 방향의 각도φ가 10도 이상, 60도 이하인 보수 용접부(6)를 형성하는 것을 특징으로 한다.

용접 이음부에서 발생한 취성 균열은 맞대기 용접 이음부(2)의 맞대기 용접부(5), 또는 잔류 인장 응력이 발생하기 쉬운 강판(1)의 열 영향부를 따라서 전파ㄷ되거나, 취성 균열을 정지시키는 영역에 맞대기 용접부(5)에 비하여 인성이 높고, 또한 맞대기 용접부(5)의 길이 방향에 대한 외연 방향의 각도φ가 10도 이상, 60도 이하인 보수 용접부(6)를 형성함으로써, 맞대기 용접부(5) 또는 강판(1)의 열 영향부를 따라서 전파되는 취성 균열을 강판(1)의 모재부로 유도하여, 균열의 전파를 정지할 수 있는 것을 알아내었다.

이 효과는 도 1에 나타내는 바와 같이 수직 부재(강판(1))의 맞대기 용접부(5)에 교차하도록 수평 철골재(3)(보강재)를 필렛 용접(4)한 용접 구조체에 적용하는 경우에는 맞대기 용접부(5) 또는 강판(1)의 열 영향부를 따라서 전파되는 취성 균열을 보수 용접부(6)에 의하여 방향을 돌려 철골재(3)(보강재)로 유도하여, 균열의 전파를 정지할 수 있기 때문에, 보다 현저한 효과가 발휘된다.

또한, 도 1에 나타내는 철골재(3)(보강재)가 없는 용접 구조체이어도, 맞대기 용접부(5) 또는 강판(1)의 열 영향부를 따라서 전파되는 취성 균열을 보수 용접부(6)에 의하여 방향을 돌려 강판(1)으로 유도하고, 균열의 전파를 정지할 수 있기 때문에, 도 1에 나타내는 용접 구조체에 한정되는 것이 아닌 것은 말할 필요도 없다.

본 발명에 있어서는 가우징 또는 기계 가공의 깊이는 맞대기 용접 이음부(2)의 표면 및 이면의 어느 하나 또는 양쪽에 대하여 판 두께의 1/2 이상의 범위를 가우징 또는 기계 가공에 의하여 제거한 후, 해당 부분에 상기 인성이 우수한 보수 용접부(6)을 형성함으로써, 전파 균열을 보다 확실하게 정지할 수 있고, 내취성 균열 전파성을 더욱 향상시키기 때문에 바람직하다.

본 발명에 있어서는 맞대기 용접 이음부(2)의 맞대기 용접부(5) 또는 강판(1)의 열 영향부를 거쳐 전파되어 온 취성 균열이, 맞대기 용접부(5)의 길이 방향에 대한 외연 방향의 각도φ가 비교적 큰 경우 등, 강판(1)측 또는 골재(3)측으로 벗어나지 않고 보수 용접부(6)에 돌입할 때에, 보수 용접부(6)의 인성이 맞대기 용접부(5)에 비하여 낮으면 보수 용접부(6)에 균열이 침입한 후 정지하지 않고 또한 맞대기 용접 이음부(2)의 맞대기 용접부(5) 또는 강판(1)의 열영향부를 따라서 균열이 전파되어 버리는 경우가 있다.

이 때, 본 발명에 있어서는 보수 용접부(6)에 파괴 인성이 우수한 용접 재료를 사용하여 보수 용접하고, 파괴 인성치가 맞대기 용접부(5)의 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs에 비하여 적어도 20℃ 이상 낮은 우수한 인성의 보수 용접부(6)를 형 성함으로써, 맞대기 용접 이음부(2)의 맞대기 용접부(5) 또는 강판(1)의 열 영향부를 따라서 전파되는 취성 균열이 강판(1)측 또는 골재(3)측으로 옮겨지지 않고 보수 용접부(6)에 돌입하는 경우에도, 보수 용접부(6) 내 균열의 전파를 정지할 수 있기 때문에 바람직하다.

또한, 보수 용접부(6)의 용접 금속의 파괴 인성을 높이는 방법은 특별히 한정할 필요는 없고, 인성이 우수한 용접 재료로서 예를 들면, 용접 와이어에 Ni를 2 질량% 이상 함유하는 용접 재료를 사용하여 보수 용접함으로써 용접 금속을 상기 인성치의 범위로 조정하는 방법이 사용된다.

도 3은 본 발명의 용접 방법에 사용하는 보수 용접부의 상세도이다.

도 3에 있어서, 2는 맞대기 용접 이음부, 5는 맞대기 용접부, 6은 보수 용접부, 7은 보수 용접 비드를 나타낸다.

본 발명자들은 또한 보수 용접부의 최적 조건에 대하여 여러 가지 실험에 의하여 검토한 결과, 취성 균열이 전파될 가능성이 있는 맞대기 용접 이음부의 취성 균열을 정지시키는 영역에 있어서, 상기 인성이 우수한 보수 용접부(6)의 형성과 함께, 보수 용접부(6)의 외연 방향의 각도φ를 맞대기 용접부(5)의 길이 방향에 대하여서 10도 이상, 60도 이하로 함으로써, 맞대기 용접부(5) 또는 강판(1)의 열 영향부를 따라서 전파되는 취성 균열을 강판(1)측 또는 골재(3)측으로 옮겨지게 하여 강판 모재에서 전파를 정지하고, 또는 보수 용접부(6)에 돌입한 경우에도 확실하게 보수 용접부(6) 내에서 전파를 정지할 수 있는 것을 밝혀내었다.

본 발명의 기술 사상의 주안점은 보수 용접부(6) 외연의 주변, 즉 맞대기 용 접 이음부(2)와 보수 용접부(6)가 접하는 영역에 발생하는 잔류 응력의 영향에 의하여, 맞대기 용접부(5)의 길이 방향을 따라서 전파되어 오는 취성 균열을 맞대기 용접 이음부(2)의 맞대기 용접부(5) 또는 강판(1)의 열 영향부로부터 강판(1)측 또는 골재(3)측으로 안내하여 옮겨지게 하는 것이다.

본 발명자들은 맞대기 용접부(5)의 길이 방향에 대한 보수 용접부(6)의 외연 방향의 각도φ를 변화시키고, 맞대기 용접부 이음부(2)의 맞대기 용접부(5) 또는 강판(1)의 열 영향부를 전파되는 취성 균열을 강판(1)측 또는 골재(3)측으로 안내하여 옮겨지게 할 수 조건을 검토하였다.

그 결과, 상기 각도φ가 60도를 넘으면, 보수 용접부(6)에 취성 균열이 돌입되는 경우가 많기 때문에, 보수 용접부(6)의 파괴 인성이 충분히 높지 않으면 취성 균열을 정지시킬 수 없지만, φ가 60도 미만이면, 취성 균열이 보수 용접부(6)와 맞대기 용접 이음부(모재)(8)의 경계부를 따라서 전파시키고, 강판(1) 또는 골재(3)로 안내하여 전파를 정지할 수 있는 것을 알아내었다.

또한, 이 효과를 보다 발휘시키기 위하여는 맞대기 용접부(5)의 길이 방향에 대한 보수 용접부(6)의 외연 방향의 각도φ를 45도 이하로 하는 것 바람직하다.

그러나, 상기 각도φ가 10도 미만이 되면, 취성 균열은 보수 용접부(6)와 맞대기 용접 이음부 2(모재)의 경계부를 따라서 전파되지만, 보수 용접부(6)의 영역을 빠져나온 위치의 주변에서, 취성 균열이 전파되는 위치가 맞대기 용접부(5)과의 거리가 너무 가깝기 때문에, 다시 맞대기 용접부(5) 또는 강판(1)의 열 영향부를 따라서 취성 균열이 재전파되어 버리는 경우가 있으므로, 상기 하한을 10도로 하였 다.

또한, 상기 맞대기 용접부(5)의 길이 방향에 대한 보수 용접부(6)에 있어서 적어도 최종층의 보수 용접 비드(7)의 길이 방향의 각도 θ를 제어함으로써, 보수 용접부(6)와 맞대기 용접 이음부(강판(1)의 열 영향부)가 접하는 영역에 큰 잔류 응력을 발생시키고, 상기 영역의 주응력 방향을 맞대기 용접 이음부(2)(맞대기 용접부(5) 및 강판(1)의 열 영향부)에 작용하고 있는 주 응력 방향과는 다른 방향으로 변경함으로써, 보다 안정되고, 상기 맞대기 용접 이음부(2)의 맞대기 용접부(5) 또는 강판(1)의 열 영향부를 따라서 전파되는 취성 균열을 상기 맞대기 용접부(5)또는 강판(1)의 열 영향부로부터 벗어나게 하여 모재부로 안내할 수 있는 것을 밝혀내었다.

즉, 본 발명자들은 여러 가지 실험을 실시함으로써, 보수 용접부(6)와 맞대기 용접 이음부(2)가 접하는 영역에 발생하는 잔류 응력은 보수 용접부(6)에 있어서 적어도 최종층의 보수 용접 비드(7)의 길이 방향의 맞대기 용접부(5)의 길이 방향에 대한 각도θ에 크게 영향을 받는 것을 알아내었다.

보수 용접 비드(7)는 응고될 때에, 특히 용접 비드의 길이 방향 쪽으로 크게 줄어드는 경향이 있지만, 보수 용접 비드(7) 단부 주변의 맞대기 용접 이음부(강판(1)의 열 영향부)의 매트릭스는 변형되기 어렵기 때문에, 그 결과, 보수 용접 비드(7) 단부 주변에 잔류 응력이 발생한다.

또한, 보수 용접부(6)의 두께가 큰 경우는 다층 패스에서의 보수 용접이 이루어지지만, 최종층의 보수 용접 비드(7)는 다음 층 패스에 의하여 가열되지 않기 때문에, 최종층의 보수 용접 비드(7) 단부 주변에서 발생한 잔류 응력은 그대로 유지된다.

따라서, 보수 용접부(6)와 맞대기 용접 이음부(2)가 접하는 영역에 큰 잔류 응력을 발생시키기 위하여, 보수 용접부(6)에 있어서 적어도 최종층의 비드에 있어서 맞대기 용접부(5)의 길이 방향에 대한 보수 용접 비드(7)의 길이 방향의 각도θ가 중요하다는 것을 알 수 있었다.

상기 각도θ가 80도를 초과하는 경우는 보수 용접 비드(7)의 길이방향이 맞대기 용접부(5)의 길이방향과 직교하는 방향에 가까워지고, 비드가 응고 수축할 때에 발생하는 인장 잔류 응력이 균열을 전파시키기 위한 주응력 방향과 일치 또는 가까워지므로, 맞대기 용접 이음부(5)의 용해선(FL)에 따라서 전파되어 온 취성 균열을 보수 용접부의 주변으로 벗어나게 할 수 없다.

이 때문에, 보수 용접부(6)에 있어서 적어도 최종층의 비드에 대하여, 맞대기 용접부(5)의 길이 방향에 대한 보수 용접 비드(7)의 길이 방향 θ을 80도 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 θ가 0도에 가까워지면, 보수 용접 용접 비드(7) 단부에서 발생하는 인장 방향의 잔류 응력의 방향과 균열 전파시키는 주응력의 방향이 직행하게 되어, 그 합력으로서의 방향이 균열을 직진시키는 것을 저지하도록 작용하기 때문에, 균열을 보수 용접부의 주변으로 벗어나게 하는 효과가 커지므로 바람직하다.

또한 보수 용접부(6)에 있어서 보수 용접 비드(7)를 용접 시공함으로써 잔류 응력을 가능한 한 크게 발생시키기 위하여 보수 용접 비드(7)의 주변 영역과의 온 도차를 유지하는 것이 보다 바람직하다.

보수 용접시의 용접입열이 큰 경우에는 보수 용접 비드(7)의 주위부의 온도 상승도 커지고, 보수 용접 비드(7)가 실온 정도까지 냉각되는 시간도 길어져, 잔류 응력이 작아지게 되므로, 잔류 응력을 높이기 위하여는 입열은 작은 것이 유리하다.

맞대기 용접 이음부의 일부를 가우징에 의하여 삭제하고, 그 부분에 보수 용접을 실시하고, 그 보수 용접부가 취성 균열의 전파를 저지할 수 있는 성능을 발휘할 수 있는지 여부를 파악하기 위하여 여러 가지 시험을 실시하였다.

시험에 있어서는 맞대기 용접부의 길이 방향으로 직진하여 오는 취성 균열을 저지할 수 있는 지를 평가하기 위하여, 도4에 도시하는 바와 같이 판 두께 2500 mm × 2500 mm의 강판을 사용하여 그 시험편 표리면의 중앙부(8)에, 각각의 깊이를 판 두께의 1/2 정도, 시험편 표리면에서의 지름이 판 두께와 같은 정도의 치수가 되는“오목부"를 기계 가공하고, 그 내부를 표 1 내지 4에 나타내는 여러 가지 화학 성분의 용접 재료, 용접 조건을 변화시켜 용접 금속의 화학 성분과 용접 금속의 조직을 변화시킨 시험편을 제작하였다.

그리고, 그 시험편 단부로부터 200 mm의 위치에 쐐기(8)를 삽입하여 취성 균열을 발생시키기 위한 V자의 노치 가공을 맞대기 용접부(일렉트로 가스 용접에 의한 대입열 용접 이음부)의 퓨전 라인(용해선)에 일치하도록 실시하여, 시험편 단부를 -40℃ 정도의 저온으로 냉각하고, 시험편 중앙부를 -10℃로 조절하고, 소정의 응력을 부하한 후, V자 노치 부분에 쐐기를 박아, 취성 균열을 발생시키고, 맞대기 용접부의 퓨전 라인에 따라서, 취성 균열을 전파시켰다.

전파된 취성 균열이, 보수 용접부에 도달한 후, 그 취성 균열이 전파되는지 여부를 평가하였다.

그 시험 결과를 표 1에 나타낸다.

또한, 맞대기 용접부 및 보수 용접부의 각각의 용접 금속의 인성의 측정은 시험편의 길이 방향이 맞대기 용접부의 길이 방향과 직각인 방향이 되도록 각각의 시험편을 채취하고, 각각의 시험편에 대하여 V 넛치 샤르피 충격 시험을 실시하고, 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs를 구하였다. 표 1에 나타내는 보수 용접부와 맞대기 용접부의 vTrs(℃)의 차이는 이와 같이 하여 측정한 각 vTrs(℃)의 차이를 나타낸다.

또한, 보수 용접부 주변의 잔류 응력의 측정은 보수 용접부와 맞대기 용접부의 각각의 외연부가 접하는 위치(도 3의 샤르피 시험편 채취 위치11: ●표시)로부터 피용접 부재측에 2 mm 떨어진 위치에서 X선법에 의하여 잔류 변형을 측정하였다.

측정한 잔류 응력의 응력 방향은 맞대기 용접부의 길이 방향에 직각인 방향이며, 취성 균열이 맞대기 용접부 또는 강판의 열 영향부를 따라서 전파될 때의 주응력 방향이다.

표 1의 보수 용접부의 잔류 응력(MPa)은 이와 같이 측정한 잔류 응력을 나타내고, 부호는 마이너스(-)는 압축 응력이며, 플러스(+)는 인장 응력인 것을 나타낸 다.

표 1에 나타내는 내균열 전파성에 있어서의 전파 위치는 시험편 단부에서 발생시킨 균열이 보수 용접부에 전파될 때의 균열 전파 위치를 의미하고, FL(Fusion Line)은 균열이 보수 용접부 용해선(FL)을 따라서 전파되고, WM는 보수 용접부의 용접 금속 중에서 전파된 것을 나타낸다.

또한, 표 1에 나타내는 내 균열 전파성에 있어서의 결과에서,「모재로 벗어나서 정지」라 함은, 균열이 보수 용접 영역의 외측으로 벗어나 피용접 모재에서 정지하고, 파단하지 않았던 것을 나타낸다.

「WM에 돌입 후 전파되고, 다시 맞대기 용접부를 따라 전파」라 함은, 균열이 보수 용접 영역 내에 돌입한 후, 보수 용접 영역 내부를 관통 전파되고, 또한 맞대기 용접부를 계속하여 전파되어 파단한 결과를 나타낸다.

「보수 용접부 주변을 따라서 전파된 후, 다시 맞대기 용접부를 따라서 전파」라 함은, 보수 용접부 주변에 균열을 유도할 수 있었지만 모재로 벗어나게 하지 못하고, 보수 용접부 영역을 전파된 후, 다시 맞대기 용접부를 따라서 전파된 결과를 나타낸다.

「(다만, 보수 용접부에도 일부 균열 분기하여 정지)」라 함은, 주균열은 모재로 빗나가 정지하였지만, 보수 용접부와 맞대기 용접부의 교차 영역의 잔류 응력이 충분히 압축된 것이 아니었기 때문에, 전파중의 균열이 분기하여 보수 용접부에도 돌입한 것이다. 그러나, 주균열은 모재로 벗어나 있었으므로 보수 용접부도 일부 손상되었지만 파단에는 이르지 않은 것이다.

No.1 내지 No.13은 본 발명에 따라서, 맞대기 용접 이음부의 일부를 제거하여 보수 용접을 실시한 본 발명예이며, 모든 실시예에서 내균열 전파성이 양호하였다.

No. 11, 12, 13은 상기 각도θ의 값이 너무 컸기 때문에 잔류 응력이 소정의 값에는 도달하지 않았다. 그 때문에, 균열의 일부가 보수 용접부에도 분기하였지만, 주균열은 모재로 옮아갔으므로 정지시킬 수 있었다.

한편, No.14 내지 No.21는 비교예이며, No. 14 내지 No. 17은 맞대기 용접 이음부의 일부를 제거하여 보수 용접을 실시하였지만, 보수 용접부와 맞대기 용접부의 인성 차이가 불충분하고, 보수 용접부의 인성이 낮았기 때문에, 균열이 보수 용접부에 돌입하고, 그 후 그 영역에서 정지하지 않고 보수 용접부를 관통하고, 다시 맞대기 용접부를 따라서 전파되어 파단하였다.

No. 18은 보수 용접부의 인성은 충분하였지만 , φ의 값이 너무 작았기 때문에, 균열은 보수 용접부 주변을 따라서 전파된 후, 다시 맞대기 용접부를 따라서 전파된 후 파단하였다.

또한, No. 19 내지 No. 21은 맞대기 용접 이음부의 일부를 제거하여 보수 용접을 실시하지 않았기 때문에, 맞대기 용접 이음부에서 발생시킨 취성 균열이 그 용접 이음부를 따라서 전파되고, 시험편이 두 동강으로 파단되었다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 맞대기 용접 이음부의 일부에 특정한 보수 용접을 실시함으로써, 용접 이음부에 취성 균열이 발생한 경우에도 용접부에서 취성 균열의 전파를 방지할 수 있다.

따라서 본 발명은 용접 구조체의 치명적인 파단을 방지할 수 있는 용접 구조체의 용접 방법을 제공할 수 있어, 산업상 유용한 현저한 효과를 제공하는 것이다.

Claims (12)

1. 용접 이음부에 발생한 취성 균열의 전파를 방지하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체의 용접 방법으로서, 취성 균열이 전파될 가능성이 있는 맞대기 용접 이음부에 있어서, 취성 균열을 정지시키는 영역에 있어서, 해당 영역의 맞대기 용접 이음부의 일부를 가우징, 또는 기계 가공에 의하여 제거한 후, 해당 부분을 보수 용접함으로써 맞대기 용접부에 비하여 높은 인성을 가지고, 또한 맞대기 용접부의 길이 방향에 대한 외연 방향의 각도φ가 10도 이상, 60도 이하인 보수 용접부를 형성하는 것을 특징으로 하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체의 용접 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 보수 용접부의 인성이 맞대기 용접부의 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs에 비하여 적어도 20℃ 이상 낮은 것을 특징으로 하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체의 용접 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보수 용접은 맞대기 용접 이음부의 표면 및 이면 중 어느 하나, 또는 양쪽 모두에 있어서 판 두께의 1/2 이상의 범위를 가우징, 또는 기계 가공에 의하여 제거한 후, 상기 부분에 보수 용접을 실시하는 것을 특징으로 하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체의 용접 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 보수 용접부와 맞대기 용접 이음부가 접하는 영역에 있어서, 맞대기 용접부의 길이 방향에 대하여 수직인 방향으로 피용접 부재의 항복 응력 YP의 1/2 이상의 압축 잔류 응력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체의 용접 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 보수 용접부에 있어서의 적어도 최종층의 보수 용접 비드에 있어서, 맞대기 용접부의 길이 방향에 대한 보수 용접 비드의 길이 방향의 각도θ를 80도 이하가 되도록 제어하여 보수 용접을 실시하는 것을 특징으로 하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체의 용접 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 맞대기 용접부의 길이 방향에 대한 보수 용접부의 외연 방향의 각도φ를, 10도 이상, 45도 이하가 되도록 제어하여 보수 용접을 실시하는 것을 특징으로 하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체의 용접 방법.
7. 용접 이음부에 발생한 취성 균열의 전파를 방지하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체로서,

   취성 균열이 전파될 가능성이 있는 맞대기 용접 이음부에 있어서 취성 균열을 정지시키는 영역에 맞대기 용접부에 비하여 높은 인성을 가지고, 또한 맞대기 용접부의 길이 방향에 대한 외연 방향의 각도φ가 10도 이상, 60도 이하인 보수 용접부를 가지는 것을 특징으로 하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.
8. 제7항에 있어서, 상기 보수 용접부의 인성이 맞대기 용접부의 취성-연성 파면 천이 온도 vTrs에 비하여 적어도 20℃ 이상 낮은 것을 특징으로 하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 보수 용접부는 맞대기 용접 이음부의 표면 및 이면 중 어느 하나, 또는 양쪽 모두에 대하여 판 두께의 1/2 이상의 범위에 가지는 것을 특징으로 하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.
10. 제7항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 보수 용접부와 맞대기 용접 이음부가 접하는 영역에 있어서, 맞대기 용접부의 길이 방향에 대하여 수직 방향으로 피용접 부재의 항복 응력 YP의 1/2이상의 압축 잔류 응력을 가지는 것을 특징으로 하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.
11. 제7항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 보수 용접부에 있어서 적어도 최종층의 보수 용접 비드에 있어서, 맞대기 용접부의 길이 방향에 대한 보수 용접 비드의 길이 방향의 각도θ가 80도 이하인 것을 특징으로 하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.
12. 제7항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 맞대기 용접부의 길이 방향에 대한 보수 용접부의 외연 방향의 각도φ가 10도 이상, 45도 이하인 것을 특징으로 하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.

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