KR20130072936A - 강구조물의 용접 조인트 및 이의 형성 방법 - Google Patents

Abstract

강구조물의 용접 조인트가 개시된다. 본 발명의 일 측면에에 따른 강구조물의 용접 조인트는 제1 모재와 제1 모재에 용접으로 접합되는 제2 모재를 포함하는 강구조물의 용접 조인트에 있어서, 상기 제1 모재는 상기 제2 모재에 고정되는 제1 접합면을 갖고, 상기 제1 접합면에는 상기 제2 모재에 형성된 제2 접합면에 대하여 경사지게 형성된 경사접합부와 상기 경사접합부보다 더 두껍게 형성된 지지부를 포함하고, 상기 경사접합부와 상기 제2 접합면 사이에는 제1 용접부가 형성되고, 상기 지지부와 상기 제2 접합면 사이에는 제2 용접부가 형성되며, 상기 제1 용접부의 두께는 상기 제2 용접부의 두께보다 더 크게 형성된다.

Description

강구조물의 용접 조인트 및 이의 형성 방법{WELDING JOINT OF STEEL STRUCTURE AND FABLCATING METHOD THEREOF}

본 발명은 강구조물의 용접 조인트 및 이의 형성 방법에 관한 것이다.

일반적으로 강구조물의 용접은 모재를 맞댄 상태에서 용접을 실시하며, 용접이 실시 된 후, 용접부가 응고하면서 수축이 발생한다. 용접 후 수축은 설계 오차를 야기하는 문제가 발생한다. 특히, 길이방향으로 모재가 접합되는 경우 모재의 하중으로 인하여 더 심하게 수축된다.

이러한 문제를 해결하기 위해서 용접 마진을 적용하여 설계하고, 용접 후에 기계 가공을 수행한다. 그러나 이러한 방법은 작업 공정이 복잡해지는 원인이 될 뿐만 아니라, 시공 일정이 지연되고 원가가 상승하는 원인이 된다.

일본공개특허 제2010-149160호는 원자력발전 플랜트용 노심 슈랴우드 제조 방법에 관한 것으로서 용접부의 응고 수축에 수반하는 소성변형 영역 및 잔류 응력을 감소시키는 방법을 제공한다. 일본공개특허 제2010-149160호는 모재의 두께 방향 중앙부에 모재 표면이 맞닿는 루트 페이스를 형성하고, 루트 페이스를 용접하여 용해를 형성한 후, 홈부에 레이저로 와이어를 용융하여 용해를 형성한다. 그러나 이러한 방법은 루트 페이스가 모재의 두께 방향 중앙에 형성되고 용융된 상태에서 홈이 메워지므로 길이방향 하중에 의한 수축을 감소시키기 어려운 문제가 있다.

일본공개특허 제2000-318636호는 스터드 용접에 의한 모재 접합 방법에 관한 것으로서 모재의 접합부에 열 영향에 의한 유해한 열변형을 감소시키는 방법을 제공한다. 일본공개특허 제2000-318636호는 접합면의 접합부위에 원주상의 볼록한 부분을 일체로 형성하고, 스터드재의 돌기부와 모재의 볼록한 부분 사이에 아크를 형성하여 스터드재와 판상의 모재를 용접으로 접합한다. 그러나 이러한 방법은 볼록한 부분이 용융된 후에 지지하는 부분이 존재하지 아니하므로 수축을 방지하기 어려운 문제가 있다.

선행문헌 1 : 일본 공개 특허 제2010-149160호 선행문헌 2 : 일본 공개 특허 제2000-318636호

본 발명의 실시예들은 강구조물의 용접 조인트에 있어서 수축을 최소화할 수 있는 용접 조인트 및 이의 형성 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따는 강구조물의 용접 조인트는 제1 모재와 제1 모재에 용접으로 접합되는 제2 모재를 포함하는 강구조물이 용접 조인트에 있어서, 상기 제1 모재는 상기 제2 모재에 고정되는 제1 접합면을 갖고, 상기 제1 접합면에는 상기 제2 모재에 형성된 제2 접합면에 대하여 경사지게 형성된 경사접합부와 상기 경사접합부보다 더 두껍게 형성된 지지부를 포함하고, 상기 경사접합부와 상기 제2 접합면 사이에는 제1 용접부가 형성되고, 상기 지지부와 상기 제2 접합면 사이에는 제2 용접부가 형성되며, 상기 제1 용접부의 두께는 상기 제2 용접부의 두께보다 더 크게 형성된다.

이 때, 상기 경사접합부는 종단면이 쐐기 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 지지부는 사각형상의 종단면을 갖도록 형성될 수 있다.

이 때, 상기 제1 접합면에는 복수 개의 지지부가 형성되고 상기 지지부는 상기 제1 용접부의 길이 방향으로 이격 배치될 수 있다

이 때, 상기 지지부는 상기 경사접합부보다 하방으로 더 돌출되며, 상기 제2 접합면에는 상기 지지부가 삽입되는 홈이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 강구조물의 용접 조인트 형성 방법은 용접으로 접합되는 접합면에 대하여 경사지게 형성된 경사접합부와 상기 경사접합부보다 더 두껍게 형성된 지지부를 포함하는 제1 모재와 상기 제1 모재에 용접으로 접합되는 제2 모재를 맞대는 준비 단계와, 상기 경사접합부와 상기 제2 모재를 용접하여 제1 용접부를 형성하는 제1 용접 단계, 및 상기 경사접합부의 용접이 완료된 후, 상기 지지부를 상기 제2 모재에 용접하여 제2 용접부를 형성하는 제2 용접 단계를 포함한다.

이 때, 상기 제1 용접 단계는 상기 경사접합부와 상기 제2 모재의 접합면 사이에 형성된 틈을 용접비드로 채워서 제1 용접부를 형성한다.

본 발명의 일 실시예들은 지지부를 형성함으로써 지지부가 용접된 경사접합부를 지지하여 용접 후 수축의 발생을 최소화할 수 있다.

또한, 경사접합부를 용접한 후에 지지부를 용접하므로 용접 조인트의 강도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 용접 조인트의 용접 전 상태를 나타낸 사시도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 용접 조인트 형성 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 용접 조인트의 용접 전 상태를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 용접 조인트의 용접 후 상태를 나타낸 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 용접 조인트의 용접 전 상태를 나타낸 사시도이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 강 구조물(100)은 제1 모재(10)와 제1 모재(10)에 접합된 제2 모재(20)를 포함하며, 제1 모재(10)와 제2 모재(20) 사이에 용접 조인트가 형성된다.

제1 모재(10)는 대향하는 2개의 접합판(12)과 접합판들(12)을 지지하는 지지판(18)을 포함할 수 있다. 다만 이는 예시적인 것이며, 제1 모재(10)는 선박, 강교의 주탑, 건물의 철골 구조물, 해양 구조물 등 다양한 구조물에 적용될 수 있다.

제1 모재(10)는 제2 모재(20)에 접합되는 제1 접합면(13)을 갖고, 제2 모재(20)는 제1 모재(10)에 접합되는 제2 접합면(21)을 갖는다. 제1 모재(10)와 제2 모재(20)는 중력방향으로 이어져 접합된다.

제1 접합면(13)에는 용접이 진행되는 방향으로 이어져 형성된 경사접합부(14)와 경사접합부(14)보다 더 큰 두께를 갖는 지지부(15)가 형성된다.

경사접합부(14)는 용접라인 방향을 따라 이어져 형성되며 지지부(15)는 용접라인 방향을 따라 경사접합부(14) 사이에 형성된다. 경사접합부(14)는 제2 접합면(21)에 대하여 경사지게 형성된다. 경사접합부(14)는 교차하도록 배치된 2개의 경사면으로 이루어지며, 2개의 경사면이 만나는 부분에 모서리가 형성된다. 경사면들은 서로 반대방향으로 경사지게 형성될 수 있으며 이에 따라 경사접합부(14)는 종단면이 쐐기 형상으로 이루어진다.

지지부(15)는 경사접합부(14)에서 두께방향으로 돌출되며 지지부(15)는 경사접합부(14) 보다 더 큰 두께를 갖는다. 지지부(15)는 대략 사각형의 종단면을 갖도록 형성되어 쐐기형의 종단면을 갖는 경사접합부(14)의 외측으로 돌출될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 지지부(15)의 종단면은 원형, 다각형 등 다양한 형상을 가질 수 있다.

제1 접합면(13)에는 복수 개의 지지부(15)가 형성되며, 지지부(15)는 용접라인의 길이방향을 따라 이격 배치된다. 지지부(15)의 선단면은 제2 접합면(21)과 대향하여 맞닿아 제1 모재(10)를 지지한다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 용접 조인트 형성 방법을 설명하기 위한 사시도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 용접 조인트 형성 방법은 제2 접합면(21)에 대하여 경사지게 형성된 경사접합부(14)와 경사접합부(14)보다 더 두껍게 형성된 지지부(15)를 포함하는 제1 모재(10)와 제1 모재(10)에 용접으로 접합되는 제2 모재(20)를 맞대는 준비 단계와, 경사접합부(14)와 제2 모재(20)를 용접하여 제1 용접부(16)를 형성하는 제1 용접 단계, 및 경사접합부(14)의 용접이 완료된 후, 지지부(15)를 제2 모재(20)에 용접하여 제2 용접부(17)를 형성하는 제2 용접 단계를 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이 준비 단계에서는 지지부(15)의 선단이 제2 모재(20)의 제2 접합면(21)에 맞닿아 지지되도록 제1 모재(10)를 제2 모재(20)에 대하여 중력방향으로 세워서 맞댄다.

도 3에 도시된 바와 같이 제1 용접 단계에서는 경사접합부(14)와 제2 접합면(21)을 용접하되, 제2 접합면(21)과 경사접합부(14) 사이에 형성된 공간을 용접비드로 채워서 제1 용접부(16)를 형성한다.

제1 용접 단계에서는 지지부(15)에 대한 용접이 이루어지지 아니하므로 지지부(15)가 제1 모재(10)를 지지하여 용접된 부분이 변형되는 것을 최소화할 수 있다. 이에 따라 용접 수축 및 자중으로 인하여 변형되는 것을 최소화할 수 있으며, 용접 변형으로 인한 기계가공을 생략할 수 있다. 또한 용접 시에 변형이 발생하지 아니하므로 치수 오차가 발생하는 것을 최소화할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제2 용접 단계는 경사접합부(14)에 대한 용접이 완료된 후, 지지부(15)와 제2 접합면(21)을 용접하여 제2 용접부(17)를 형성한다.

제2 접합면(21)과 지지부(15) 사이에는 모재들로 인하여 간격이 채워진 상태이므로 제2 용접부(17)의 폭은 제1 용접부(16)의 폭보다 더 작게 형성된다. 또한, 제2 용접부(17)는 제1 용접부(16)보다 제2 모재(20)에 더 가깝게 형성된다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 용접 조인트의 용접 전 상태를 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 용접 조인트의 용접 후 상태를 나타낸 사시도이다.

도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 제1 모재(30)는 제2 모재(40)에 접합되는 제1 접합면(33)을 갖고, 제2 모재(40)는 제1 모재(30)에 접합되는 제2 접합면(41)을 갖는다. 제1 모재(30)와 제2 모재(40)는 중력방향으로 세워져 접합된다.

제1 접합면(33)에는 용접이 진행되는 방향으로 이어져 형성된 경사접합부(34)와 경사접합부(34)보다 더 큰 두께를 갖는 지지부(35)가 형성된다.

경사접합부(34)는 용접라인 방향을 따라 이어져 형성되며 지지부(35)는 용접라인 방향을 따라 경사접합부(34) 사이에 형성된다. 경사접합부(34)는 제2 접합면(41)에 대하여 경사지게 형성된다. 경사접합부(34)는 교차하도록 배치된 2개의 경사면으로 이루어지며, 2개의 경사면이 만나는 부분에 모서리가 형성된다. 경사면들은 서로 반대방향으로 경사지게 형성될 수 있으며 이에 따라 경사접합부(34)는 종단면이 쐐기 형상으로 이루어진다.

지지부(35)는 경사접합부(34)에서 두께방향으로 돌출되며 지지부(35)는 경사접합부(34) 보다 더 큰 두께를 갖는다. 지지부(35)는 대략 사각형의 종단면을 갖도록 형성되어 쐐기형의 종단면을 갖는 경사접합부(34)의 외측으로 돌출될 수 있다.

제1 접합면(33)에는 복수 개의 지지부(35)가 형성되며, 지지부(35)는 용접라인의 길이방향을 따라 이격 배치된다. 지지부(35)의 선단면은 제2 접합면(41)과 대향하여 맞닿아 제1 모재(30)를 지지한다. 지지부(35)는 경사접합부(34)보다 더 아래로 돌출되도록 형성되며, 제2 접합면(41)에는 지지부(35)가 삽입되는 홈(42)이 형성된다.

본 실시예와 같이 지지부(35)가 경사접합부(34)보다 중력방향으로 더 돌출되도록 형성되면 지지부(35)가 제1 모재(30)를 더욱 안정적으로 지지할 수 있다. 또한 홈(42)에 지지부(35)를 삽입하여 제1 모재(30)와 제2 모재(40)를 더욱 용이하게 위치시켜서 용접을 실시할 수 있다.

먼저, 지지부(35)의 선단이 제2 접합면(41)에 맞닿아 지지되도록 제1 모재(30)를 제2 모재(40)에 세워서 맞댄 상태에서 용접을 실시한다. 경사접합부(34)와 제2 접합면(41)을 용접하되, 제2 접합면(41)과 경사접합부(34) 사이에 형성된 공간을 용접비드로 채워서 제1 용접부(36)를 형성한다. 이 때, 지지부(35)에 대한 용접이 이루어지지 아니하므로 지지부(35)가 제1 모재(30)를 지지하여 용접된 부분이 변형되는 것을 최소화할 수 있다. 경사접합부(34)에 대한 용접이 완료된 후, 지지부(35)와 제2 접합면(41)을 용접하여 제2 용접부(37)를 형성한다.

제2 접합면(41)과 지지부(35) 사이에는 모재들로 인하여 간격이 채워진 상태이므로 제2 용접부(37)의 폭은 제1 용접부(36)의 폭보다 더 작게 형성된다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

100: 강 구조물 10, 30: 제1 모재
12: 접합판 13, 33: 제1 접합면
14. 34: 경사접합부 15, 35: 지지부
16, 36: 제1 용접부 17, 37: 제2 용접부
18: 지지판 20, 40: 제2 모재
21, 41: 제2 접합면 42: 홈

Claims (7)

1. 제1 모재와 제1 모재에 용접으로 접합되는 제2 모재를 포함하는 강구조물의 용접 조인트에 있어서,
   상기 제1 모재는 상기 제2 모재에 고정되는 제1 접합면을 갖고, 상기 제1 접합면에는 상기 제2 모재에 형성된 제2 접합면에 대하여 경사지게 형성된 경사접합부와 상기 경사접합부보다 더 두껍게 형성된 지지부를 포함하고,
   상기 경사접합부와 상기 제2 접합면 사이에는 제1 용접부가 형성되고,
   상기 지지부와 상기 제2 접합면 사이에는 제2 용접부가 형성되며,
   상기 제1 용접부의 두께는 상기 제2 용접부의 두께보다 더 크게 형성된 것을 특징으로 하는 강구조물의 용접 조인트.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 경사접합부는 종단면이 쐐기 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 강구조물의 용접 조인트.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 지지부는 사각형상의 종단면을 갖는 것을 특징으로 하는 강구조물의 용접 조인트.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 접합면에는 복수 개의 지지부가 형성되고 상기 지지부들은 상기 제1 용접부의 길이 방향으로 이격 배치된 것을 특징으로 하는 강구조물의 용접 조인트.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 지지부는 상기 경사접합부보다 하방으로 더 돌출되며, 상기 제2 접합면에는 상기 지지부가 삽입되는 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 강구조물의 용접 조인트.
6. 용접으로 접합되는 접합면에 대하여 경사지게 형성된 경사접합부와 상기 경사접합부보다 더 두껍게 형성된 지지부를 포함하는 제1 모재와 상기 제1 모재에 용접으로 접합되는 제2 모재를 맞대는 준비 단계;
   상기 경사접합부와 상기 제2 모재를 용접하여 제1 용접부를 형성하는 제1 용접 단계; 및
   상기 경사접합부의 용접이 완료된 후, 상기 지지부를 상기 제2 모재에 용접하여 제2 용접부를 형성하는 제2 용접 단계;
   를 포함하는 강구조물의 용접 조인트 형성 방법.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 제1 용접 단계는 상기 경사접합부와 상기 제2 모재의 접합면 사이에 형성된 틈을 용접비드로 채워서 상기 제1 용접부를 형성하는 것을 특징으로 하는 강구조물의 용접 조인트 형성 방법.

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