KR20130097534A - Vessel and method of manufacturing the same by welding dissimilar materials - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 선박 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 이종 재료를 접합하여 제작된 선박 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a ship and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a ship manufactured by joining different kinds of materials and a manufacturing method thereof.
선박은 사람이나 재화를 싣고 물 위를 운행하는 수상교통수단을 총칭하며, 필요에 따라 다양하게 구분될 수 있고, 사용목적에 따라서는 상선, 군함, 어선, 레저선박, 특수 목적선 등으로 구분할 수 있고, 크기에 따라서는 대형선(90m이상), 소형선(90m이하) 등으로 구분할 수 있으며, 속도에 따라서는 초 쾌속선(40knot), 쾌속선, 고속선(25knot이상), 일반선 등으로 구분할 수 있다.A ship is collectively referred to as a water transportation means that carries a person or a goods on the water. It can be divided into various kinds according to the necessity, and it can be classified into a commercial vessel, a warship, a fishing vessel, a leisure vessel, Depending on the size, it can be classified into a large line (over 90m) and a small line (less than 90m). Depending on the speed, it can be divided into a super rapid line (40knot), a rapid line, a high speed line (more than 25knot) and a general line.
이러한 선박은 대형선박의 경우 대부분 스틸소재로 형성되며, 소형선박의 경우 FRP(Fiber Glass Reinforced Plastic)소재로 주로 제작되고 있다.Most of these vessels are made of steel material for large vessels and are made mainly of FRP (Fiber Glass Reinforced Plastic) materials for small vessels.
그런데, FRP는 그 재질의 특성상 충돌 및 충격에 대한 진동이 크고 탄성율이 낮으며 균열 등의 파손발생 시 금속보다 파손부위가 크고, 화재에 취약하고, 물을 흡수하여 적층이 떨어지고 변형될 수 있는 단점이 있다.However, due to the nature of the material, the FRP is susceptible to collision and shock, has low elasticity, and has a larger breakage site than metal in the event of breakage such as cracking, is vulnerable to fire, has a disadvantage .
또한, 스틸 소재로 형성되는 선박의 경우 중량이 매우 무거워 추진을 위해 요구되는 엔진 동력이 커져야 하는 단점이 있다.In addition, in the case of a ship formed of a steel material, the weight of the ship is very heavy, so that the engine power required for propulsion has to be increased.
한편, 부식에 강하고 경량인 알루미늄소재로 소형 선박이 일부 제조되고 있으나, 스틸소재에 비해 탄성계수가 낮아 충돌 및 충격에 약한 단점이 있다.On the other hand, small vessels are manufactured of aluminum material, which is strong in corrosion and lightweight, but has a low elastic modulus compared to steel material, which is weak in collision and impact.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 충돌 및 충격에 강하면서도 경량화가 가능하도록 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금과 스틸을 혼용하여 접합한 선체를 갖는 선박 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Disclosure of the Invention The present invention has been devised to overcome the above problems, and it is an object of the present invention to provide a ship having a hull which is made by joining an aluminum alloy or a magnesium alloy and steel in combination so as to be strong against impacts and impacts, .
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 선박은 스틸소재로 형성된 선수부분과; 스틸소재로 형성된 선미부분과; 상기 선수부분과 상기 선미부분 사이에 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금소재로 형성된 중간부분과; 상기 중간부분과 동종의 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금소재로 형성된 제1부분과, 상기 제1부분에 스틸소재로 접합된 제2부분을 갖으며 상기 중간부분과 상기 선수부분 사이 및 상기 중간부분과 상기 선미부분 사이에 동종 재료부분끼리 접합되게 접합하여 선체를 형성하는 복합 접합판;을 구비한다.To achieve the above object, according to the present invention, there is provided a ship comprising: a bow portion formed of a steel material; A stern portion formed of a steel material; An intermediate portion formed between the bow portion and the stern portion and formed of an aluminum alloy or a magnesium alloy material; A first portion formed of an aluminum alloy or magnesium alloy material of the same kind as the middle portion, and a second portion joined to the first portion by a steel material, between the middle portion and the bow portion, and between the middle portion and the stern And a composite bonding plate joined together so that parts of the same material are joined to each other to form a hull.
상기 복합 접합판의 상기 제1부분과 상기 제2부분 상호간의 접합은 상기 제1부분과 상기 제2부분이 수평상으로 상호 서로 맞닿아 접합부를 형성하도록 배치된 상태에서 상기 접합부에 접촉 회전하면서 마찰열을 발생시키는 마찰 교반 접합용 공구에 의한 마찰교반접합 또는 상기 마찰 교반 접합용 공구와 함께 상기 마찰 교반 접합용 공구 보다 선행하면서 아크열에 의해 상기 제2부분에 예열을 수행하는 티그 토치를 이용하는 마찰교반 하이브리드접합에 의해 접합되어 있고, 폭은 50 내지 1000mm로 적용한다.Wherein the first portion and the second portion of the composite joint plate are joined to each other so that the first portion and the second portion are in contact with each other to form a joint portion, A friction stir welding using a friction stir welding tool or a friction stir welding tool that uses a tug torch to preheat the second portion by an arc heat preceding the friction stir welding tool together with the friction stir welding tool, Bonded by bonding, and a width of 50 to 1000 mm.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 선박의 제조방법은 가. 선수부분을 스틸소재로 형성하는 단계와; 나. 선미부분을 스틸소재로 형성하는 단계와; 다. 상기 선수부분과 상기 선미부분 사이에 해당하는 중간부분을 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금소재로 형성하는 단계와; 라. 상기 중간부분과 동종의 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금소재로 형성된 제1부분과, 상기 제1부분에 스틸소재로 접합된 제2부분을 갖는 복합 접합판을 상기 중간부분과 상기 선수부분 사이 및 상기 중간부분과 상기 선미부분 사이에 동종 재료부분끼리 접합되게 접합하여 선체를 형성하는 단계;를 포함한다.In order to accomplish the above object, the present invention also provides a method of manufacturing a ship, Forming a bow portion from a steel material; I. Forming a stern portion of a steel material; All. Forming an intermediate portion between the bow portion and the stern portion from an aluminum alloy or a magnesium alloy material; la. A composite joining plate having a first portion formed of an aluminum alloy or a magnesium alloy material of the same kind as the intermediate portion and a second portion joined to the first portion by a steel material is interposed between the intermediate portion and the bow portion, And forming the hull by joining together the same kind of material parts between the stern parts.
상기 선수부분과 상기 중간부분 사이에 접합되는 상기 복합 접합판의 폭은 50 내지 1000mm이고, 상기 제2부분의 두께를 기준으로 상기 제1부분의 두께는 1.0 내지 1.5배로 형성하는 것이 바람직하다.The width of the composite joining plate joined between the bow portion and the intermediate portion is 50 to 1000 mm, and the thickness of the first portion is preferably 1.0 to 1.5 times the thickness of the second portion.
또한, 상기 복합접합판의 두께는 3mm 내지 10mm로 적용한다.The thickness of the composite joint plate is 3 mm to 10 mm.
본 발명에 따른 선박 및 그 제조방법에 의하면, 성형성이 좋고 충격에 강한 스틸소재로 선수부분과 선미부분을 형성하고 중간부분은 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금소재로 형성하여 상호 접합함으로써 중량을 저감할 수 있고, 내구성도 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.According to the present invention, it is possible to reduce the weight by forming the fore and aft portions of a steel material having good moldability and impact resistance and forming an intermediate portion of an aluminum alloy or a magnesium alloy material, And provides an advantage of improving durability.
도 1은 본 발명에 따른 선박을 나타내 보인 측면도이고,
도 2는 도 1의 A부분에 대한 단면도이고,
도 3은 도 1의 선박 제조과정을 나타내 보인 공정도이다.1 is a side view showing a ship according to the present invention,
Fig. 2 is a sectional view taken along the line A in Fig. 1,
3 is a process diagram showing the ship manufacturing process of FIG.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박 및 그 제조방법을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 선박을 나타내 보인 측면도이고, 도 2는 도 1의 A부분에 대한 단면도이다.FIG. 1 is a side view showing a ship according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line A of FIG.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 선박(100)은 선수부분(110), 선미부분(120), 중간부분(130) 및 제1 및 제2 복합접합판(150)(160)으로 되어 있다.1 and 2, a
선수부분(110)은 선박(100)의 전진방향을 기준으로 앞부분에 해당하는 부분으로서, 파랑의 충격 및 접안시 충돌을 가장 많이 받는 부분이며 제조시 굴곡 성형이 많이 요구되는 것을 고려하여 스틸소재로 형성된다.The
여기서 선수부분(110)은 선박(100)의 전체길이를 기준으로 1/20 내지 1/5 정도의 길이 정도에 대해 적용하는 것이 바람직하다.Here, the
선미부분(120)은 선박(100)의 전진방향을 기준으로 뒷부분에 해당하며 스크류와 같은 추진기구가 장착되는 부분으로서, 굴곡 성형이 많이 요구되는 것을 고려하여 스틸소재로 형성된다.The
선미부분(120)은 선박(100)의 전체길이를 기준으로 1/20 내지 1/5 정도의 길이 정도에 대해 적용하는 것이 바람직하다.The
여기서 선수부분(110)과 선미부분(120)에 적용되는 스틸소재는 일반 구조용 압연강 또는 고장력강을 적용하면 된다.The steel material used for the
중간부분(130)은 선수부분(110)과 선미부분(120) 사이에 해당하는 부분으로 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금소재로 형성된 부분이며 후술되는 제1 및 제2 복합접합판(150)(160)이 적용되는 부분 만큼 선수부분(110)과 선미부분(120)과의 사이 간격이 유지되게 형성하면 된다.The
여기서, 알루미늄 합금소재는 Si 0.2 내지 0.8중량%, Fe 0.35 내지 0.7중량%, Cu 0.1 내지 0.4중량%, Mn 0.1 내지 0.4중량%, Mg0.45 내지 5.0중량%, Zn 0.1 내지 0.25중량%, Cr 0.04 내지 0.35중량%, Ti 0.01 내지 0.15중량%, 나머지는 알루미늄으로 조성되는 것이 바람직하고, 아래의 표 1에 기재된 조성비로 조성된 것이 각각 적용될 수 있다.Here, the aluminum alloy material is Si 0.2 to 0.8% by weight, Fe 0.35 to 0.7% by weight, Cu 0.1 to 0.4% by weight, Mn 0.1 to 0.4% by weight, Mg 0.45 to 5.0% by weight, Zn 0.1 to 0.25% by weight, Cr 0.04 to 0.35% by weight, 0.01 to 0.15% by weight of Ti, the remainder is preferably composed of aluminum, and those composed of the composition ratio shown in Table 1 below can be applied respectively.
명칭
designation
또한, 마그네슘합금을 적용하는 경우 Al 2.5 내지 9.7중량%, Zn 0.35 내지 1.5중량%, Mn 0.15 내지 0.5중량%, Si 0.01 내지 0.1 중량%, Fe0.001 내지 0.005중량%, Cu 0.01 내지 0.05중량%, Ni 0.001 내지 0.005중량%, 나머지는 마그네슘으로 조성된 마그네슘 합금이 적용될 수 있다. 여기서, 마그네슘 합금은 기타 첨가물이 최대 0.3중량%가 추가될 수 있고, 아래의 표 2에 기재된 조성비로 조성된 것이 각각 적용될 수 있다.In the case of applying the magnesium alloy, it is preferable that the alloy contains 2.5 to 9.7% by weight of Al, 0.35 to 1.5% by weight of Zn, 0.15 to 0.5% by weight of Mn, 0.01 to 0.1% by weight of Si, 0.001 to 0.005% , 0.001 to 0.005% by weight of Ni, and the balance being magnesium. Here, the magnesium alloy may be added to the other additives up to 0.3% by weight, the composition of the composition ratio shown in Table 2 below may be applied to each.
명칭
designation
중간부분(130)은 파랑의 충격을 크게 받지 않고 선수부분(110)과 선미부분(120)에 비해 상대적으로 굴곡도가 완만하여 성형 복잡도가 낮기 때문에 경량화를 위해 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금소재로 형성된다. The
선수부분(110)과, 선미부분(120) 및 중간부분(130)은 각각 독립적인 블록체로 제작된 후 후술되는 제1 및 제2 복합접합판(150)(160)을 통해 접합되면 된다.The
제1 및 제2 복합접합판(150)(160)은 선수부분(110)과 중간부분(130) 사이 및 선미부분(120)과 중간부분(130) 사이에 삽입되어 선수부분(110)과 중간부분(130) 및 선미부분(120)과 중간부분(130)을 상호 일체로 연결하는 판이다.The first and second composite joining
제1 및 제2 복합접합판(150)(160)은 중간부분(130)과 동종의 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금소재로 형성된 제1부분(151)(161)과, 제1부분(151)(161)에 스틸소재로 접합된 제2부분(153)(163)을 갖으며 중간부분(130)과 선수부분(110) 사이 및 중간부분(130)과 선미부분(120) 사이에 동종 재료부분끼리 접합되게 접합하여 선체를 형성한다.The first and second composite joining
즉, 제1부분(151)(161)은 중간부분(130)에 접합되고, 제2부분(153)(163)은 선수부분(110) 및 선미부분(130)에 각각 접합된다.That is, the
여기서, 제1 및 제2복합접합판(150)(160)의 제1부분(151)과 제2부분(153) 상호간의 이종 재료에 대한 접합은 마찰교반 공구에 의한 마찰교반접합에 의해 접합되어 있고, 폭(D)은 50 내지 1000mm로 적용된다.Here, the joining of the
또한, 제1 및 제2복합접합판(150)(160)의 두께는 3mm 내지 10mm가 적용된다.The thickness of the first and second
바람직하게는 선수부분(110)과 중간부분(130) 사이에 접합되는 제1복합 접합판(150)은 선수부분(110)의 파랑충격 및 접안시 충돌이 상대적으로 많은 점과 스틸의 탄성계수가 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금보다 높은 점을 감안하여 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금의 두께가 스틸의 두께보다 더 두껍게 되도록 도 2에 도시된 바와 같이 제2부분(153)의 두께를 기준으로 제1부분(151)의 두께는 1.0 내지 1.5배 더 두껍게 형성된다.Preferably, the first
여기서, 제1부분(151)과 제2부분(153)의 접합면(152)인 경계면으로부터 제1부분(151)의 연장방향으로 두께가 점진적으로 증가하여 목표 두께에 이르도록 경사지게 형성하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the thickness is gradually increased in the extending direction of the
한편, 선미부분(110)과 중간부분(130) 사이에 접합되는 제2복합 접합판(160)은 선수부분(110) 보다 파랑충격 및 접안시 충돌이 상대적으로 적기 때문에 제1부분(161)과 제2부분(163)의 두께를 동일한 두께로 형성하여도 된다.The second
또한, 제1복합 접합판(150)의 제1부분(151)과 제2부분(153) 사이와, 제2복합 접합판(160)의 제1부분(161)과 제2부분(163) 사이는 마찰교반 접합 또는 마찰교반 하이브리드 접합에 의해 접합하는 것이 바람직하다.Between the
이러한 선박의 제조방법을 도 3을 함께 참조하면서 설명한다.A method of manufacturing such a vessel will be described with reference to FIG.
먼저, 선수부분(110)과 선미부분(120)을 스틸소재로 형성하고(단계 210), 선수부분(110)과 선미부분(120) 사이에 해당하는 중간부분(130)을 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금소재로 형성하며(단계 220), 선수부분(110)과 중간부분(130) 사이 및 선미부분(120)과 중간부분(130) 사이 접합용 제1 및 제2 복합 접합판(150)(160)을 형성한다(단계 230).First, the
여기서, 선수부분(110), 선미부분(120), 중간부분(130) 및 제1 및 제2 복합 접합판(150)(160)은 독립적으로 제작되며 제작순서는 상관없다.Here, the
또한, 제1 및 제2 복합 접합판(150)(160)은 마찰교반접합 또는 마찰교반 하이브리드 접합에 의해 접합하는 것이 바람직하다.Further, it is preferable that the first and second
마찰교반접합은 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금소재로 된 제1부분(151)(161)과 스틸소재로 된 제2부분(153)(163)을 상호 나란하게 맞닿게 한 상태에서 접합면(152)에 맞닿아 회전하면서 마찰열을 발생시키는 마찰 교반 접합용 공구를 회전시키면서 길이방향을 따라 전진시키면서 접합하는 방식이다.The friction stir welding is carried out in such a manner that the
또한, 마찰교반 하이브리드 접합은 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금소재로 된 제1부분(151)(161)과 스틸소재로 된 제2부분(153)(163)을 상호 나란하게 맞닿게 한 상태에서 접합면(152)에 맞닿아 회전하면서 마찰열을 발생시키는 마찰 교반 접합용 공구를 회전시키면서 길이방향을 따라 전진시키고, 스틸소재로 된 제2부분(153)(163)에 아크를 발생시키는 티그 토치를 마찰교반 접합용 공구보다 선행되게 진행시키면서 접합하는 방식이다.Further, the friction stir hybrid bonding is carried out in such a manner that
여기서, 티그 토치를 대기로부터 보호하기 위해 아르곤, 헬륨 또는 아르곤과 헬륨의 혼합된 가스 중 어느 하나인 보호가스를 분출시키면서 마찰 교반 접합용 공구의 핀은 대부분 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금 측인 제1부분(151)(161)에 위치하되 마찰교반 접합용 공구의 핀의 접합면(152)에 대한 접촉면 중 알루미늄 합금 또는 마그네슘합금으로 된 제1부분(151)(161)과 접촉하는 제1면적과 스틸모재로 된 제2부분(153)(163)에 접촉하는 제2면적의 비율이 7:3 내지 9:1이 되게 배치하고, 티그토치는 접합면(152)에 인접한 제2부분(153)(163) 측에 위치하여 마찰 교반 접합용 공구 보다 선행되게 위치시켜 전진하면서 접합하면 된다.Here, in order to protect the teg torch from the atmosphere, the fins of the friction stir welding tool are sprayed with argon, helium, or a mixed gas of argon and helium while the fins of the tool are mostly aluminum alloy or magnesium alloy side first portion 151 ) 161 and is in contact with the
이러한 과정에서 마찰 교반 접합용공구를 전진방향에 대해 역방향으로 회전시켜 제1부분(151)(161)과 제2부분(153)(163)의 접합면(152)을 가압하면서 마찰열을 발생시켜 접합할 때 티그 토치로부터 아크를 발생시켜 접합면 중 제2부분(153)(163)을 예열하여 연질화를 유도하고 대등한 온도분포를 형성하면서, 금속간 화합물 발생을 억제하여 제2부분(153)(163)으로부터 비산물질이 탈락되지 않게 하는 것에 의해 접합면(152)을 형성한다.In this process, the friction stir welding tool is rotated in a reverse direction with respect to the advancing direction to generate frictional heat while pressing the
다음은 제작된 중간부분(130)과 선수부분(110) 사이 및 중간부분(130)과 선미부분(120) 사이에 제1 및 제2 복합접합판(150)(160)으로 동종 재료부분끼리 접합되게 접합하여 선체를 형성한다(단계 240).Next, the first and second
여기서, 스틸소재로 된 부분인 제2부분(153)(163)과 선수부분(110) 및 선미부분(120) 및 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금소재로 된 제1부분(151)(161)과 중간부분(130) 사이는 앞서 설명된 마찰교반 접합, 마찰교반 하이브리드 접합 또는 그 밖의 다양한 접합방법에 의해 접합해도 된다.The
이러한 선박의 제조방법에 의하면, 이종재료인 스틸소재와 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금소재를 앞서 설명된 마찰교반 접합 또는 마찰교반 하이브리드 접합에 의해 접합시킨 복합 접합판(150)(160)을 이용하여 스틸소재로 형성된 선수부분(110), 선미부분(120)과 알루미늄합금 또는 마그네슘 합금 소재로 형성된 중간부분(130) 상호간을 동종 재료끼리 접합하여 선체를 형성할 수 있다.According to the method of manufacturing such a ship, the
110: 선수부분 120: 선미부분
130: 중간부분 150: 제1복합접합판
160: 제2복합접합판110: bow part 120: stern part
130: intermediate portion 150: first composite joining plate
160: second composite joining plate
Claims (7)
스틸소재로 형성된 선수부분과;
스틸소재로 형성된 선미부분과;
상기 선수부분과 상기 선미부분 사이에 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금소재로 형성된 중간부분과;
상기 중간부분과 동종의 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금소재로 형성된 제1부분과, 상기 제1부분에 스틸소재로 접합된 제2부분을 갖으며 상기 중간부분과 상기 선수부분 사이 및 상기 중간부분과 상기 선미부분 사이에 동종 재료부분끼리 접합되게 접합하여 선체를 형성하는 복합 접합판;을 구비하는 것을 특징으로 하는 선박.In the ship,
A bow portion formed of a steel material;
A stern portion formed of a steel material;
An intermediate portion formed between the bow portion and the stern portion and formed of an aluminum alloy or a magnesium alloy material;
A first portion formed of an aluminum alloy or magnesium alloy material of the same kind as the middle portion, and a second portion joined to the first portion by a steel material, between the middle portion and the bow portion, and between the middle portion and the stern And a composite joining plate for joining the same material parts to be joined between the parts to form a hull.
가. 선수부분을 스틸소재로 형성하는 단계와;
나. 선미부분을 스틸소재로 형성하는 단계와;
다. 상기 선수부분과 상기 선미부분 사이에 해당하는 중간부분을 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금소재로 형성하는 단계와;
라. 상기 중간부분과 동종 소재의 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금소재로 형성된 제1부분과, 상기 제1부분에 스틸소재로 접합된 제2부분을 갖는 복합 접합판을 상기 중간부분과 상기 선수부분 사이 및 상기 중간부분과 상기 선미부분 사이에 동종 재료부분끼리 접합되게 접합하여 선체를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 제조방법.In a method of manufacturing a ship,
end. Forming a bow portion from a steel material;
I. Forming a stern portion of a steel material;
All. Forming an intermediate portion between the bow portion and the stern portion from an aluminum alloy or a magnesium alloy material;
la. A composite laminate plate having a first portion formed of an aluminum alloy or magnesium alloy material of the same type as the middle portion, and a second portion bonded to the first portion of a steel material, between the middle portion and the bow portion, and the middle portion. And forming a hull by joining parts of the same material to be joined between the portion and the stern portion.
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