KR20130098487A - 맞대기 용접부 저온 균열 감수성 평가방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 맞대기 용접부의 그루브 각이 30ㅀ 이상이고, 루트부의 갭이 1~2mm, 상기 루트부의 두께가 1~5mm 가 되도록 시편을 가공하는 시편 마련 단계와; 상기 루트부의 하부에 위치되도록 상기 시편의 저면에 연결 부재를 구속용접하는 구속 용접 단계와; 상기 구속 용접 단계를 실시하고 12~16시간 경과후 루트부에 시험 용접을 실시하는 시험 용접 단계; 및 48~52시간 경과후 상기 시험 용접된 부분의 표면 균열과 루트 균열을 검사하는 용접부 평가 단계;를 포함하는 맞대기 용접부 저온 균열 감수성 평가방법을 제공한다.

Description

맞대기 용접부 저온 균열 감수성 평가방법{COLD CRACK TESTING METHOD FOR THICK PLATE WELDING ZONE}

본 발명은 맞대기 용접부 저온 균열 감수성 평가방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 극후물재 맞대기 용접부 저온 균열 감수성 평가방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고장력강에서는 강도가 높을수록, 두께가 두꺼울수록 합금원소의 함유량이 많게 된다. 이러한 함유량이 많을수록 용접 열영향부의 경도가 높게되게 전반적인 용접성 열화가 이루어져 결국 저온 균열 발생이 쉬워진다.

저온 균열은 온도 300℃ 이하에서 발생하거나 용접 금속 응고 후 48시간 이내에 발생하는 것을 말하며, 특히 응고 후 48시간 이내에 발생하는 균열을 지연 균이라고 한다.

저온 균열은 수축응력이나 열 변형에 의한 응력 집중 등의 원인으로 인하여 발생하며 균열이 입계 내부를 관통하고 있다.

초층 균열에서 가장 주의하지 않으면 안되는 것은 맞대기 용접의 가접이나 초층 용접의 루트(Root) 근방 열영향부에서 발생하는 루트 크랙(Root crack)이다.

이는 세로 방향 균열의 형태로써 표면에 나타나지 않는 경우가 많지만, 열 영향부에서 발생하여 점차 용접 비드 속으로 성장해 들어와 몇일간에 걸쳐서 서서히 진행하는 수가 많다.

관련선행기술로는 대한민국 공개특허 제1999-0050922호(공개일자 1999년 7월 5일)가 있다.

본 발명의 목적은, 실제 맞대기 용접 시공 조건과 유사한 조건에서 후판재에 대한 저온 균열 감수성 평가를 실시하여, 용접 예열 온도를 선정하도록 할 수 있는 맞대기 용접부 저온 균열 감수성 평가방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 현장 적정 용접 조건 선정에 대해 신속하고 정확한 평가방법을 제공함에 있다.

본 발명은 맞대기 용접부의 그루브 각이 30ㅀ 이상이고, 루트부의 갭이 1~2mm, 상기 루트부의 두께가 1~5mm 가 되도록 시편을 가공하는 시편 마련 단계와; 상기 시편을 예열하는 예열 단계와; 상기 루트부의 하부에 위치되도록 상기 시편의 저면에 연결 부재를 구속용접하는 구속 용접 단계와; 상기 구속 용접 단계를 실시하고 12~16시간 경과후 루트부에 시험 용접을 실시하는 시험 용접 단계; 및 48~52시간 경과후 상기 시험 용접된 부분의 표면 균열과 루트 균열을 검사하는 용접부 평가 단계;를 포함하는 맞대기 용접부 저온 균열 감수성 평가방법을 제공한다.

상기 예열은 6kJ/cm 이상을 형성하도록 하고, 섭씨 0도 이하일 경우, 20도씨로 일정 시간 예열하는 것이 바람직하다.

상기 용접부 평가 단계는 상기 표면 균열이 발생되지 않는 경우, 상기 시편의 단면을 등간격으로 다수로 절단하여 상기 루트 균열을 발생여부를 측정하는 것이 바람직하다.

상기 용접부 평가 단계는 상기 시험 용접된 부분의 표면을 세척하고, 세척된 상기 시험 용접된 부분의 표면에 유색의 침투액을 도포하고, 도포된 상기 유색의 침투액을 제거한 후, 백색의 현상액을 도포한 후 침투액이 스며올라오는 것을 관찰하고, 상기 균열이 발생된 경우, 상기 표면 균열의 발생 빈도 및 발생 길이를 측정하는 것이 바람직하다.

상기 용접부 평가 단계는, 상기 시험 용접된 부분을 절단하여 절단된 단면의 비커스 경도를 측정하는 것이 바람직하다.

상기 비커스 경도 측정은 모재부에서 3 포인트, 용접열영향부 중에서 결정립 조립역에서 10 포인트 이상 실시하는 것이 바람직하다.

상기 연결부재는, 세라믹 재질로 형성되고, 일정 두께를 형성하고, 상기 시편의 저면에 밀착되는 면의 폭이 상기 루트 갭을 포함하도록 일정의 폭을 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명은 실제 맞대기 용접 시공 조건과 유사한 조건에서 후판재에 대한 저온 균열 감수성 평가를 실시하여, 용접 예열 온도를 선정하도록 할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 조선소에서 사용되는 후판재의 맞대기 용접부에서 발생할 수 있는 저온균열을 평가할 수 있는 방법을 제공함으로써, 사전에 후판재의 맞대기 용접부 균열 발생 여부를 판단할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 실부재에서 발생하는 용접 균열여부를 미리 확인할 수 있어 실제 선박 제작시에 용접부 균열 발상을 방지할 수 있으므로, 용접부 균열 발생시에 추가적으로 소요되는 용접 리페어(Repait) 공정을 감소시킬 수 있어 작업 시간을 단축하고 생산성을 향상시키는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 저온 균열 감수성 평가방법을 위한 시편을 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 본 발명에 따른 저온 균열 감수성 평가방법을 위한 시편을 보여주는 단면도이다.
도 3은 침투액과 현상액을 이용한 균열발생 평가방법을 보여주는 개념도이다.
도 4는 시험용접부의 단면 중 비커스 경도 측정지점을 예시적으로 보여주는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 맞대기 용접부 저온 균열 감수성 평가방법에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 장점 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 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

본 발명은 조선소에서 실제로 사용되는 후판재를 이용하여 시편을 절단하고, 이 시편에 실부재와 유사한 맞대기 용접 조건을 부여하여 용접부 저온 균열 발생여부를 평가함으로써 선박의 제조전에 용접부에서 발생할 수 있는 문제점을 사전에 발견할 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 저온 균열 감수성 평가방법은 맞대기 용접부의 그루브 각이 25~35ㅀ이고, 루트부의 두께가 1~2mm 가 되도록 시편을 가공하는 시편 마련 단계와, 시편의 루트부를 맞댄 후 ㄷ자 형상의 연결부재를 저면에 구속용접을 실시하는 구속 용접 단계와, 상기 구속 용접 단계를 실시하고 12~16시간 경과후 루트부에 시험용접을 실시하는 시험 용접 단계와, 상기 시험 용접 단계를 실시하고 48~52시간 경과후 시험용접부의 표면 균열과 루트 균열을 검사하는 용접부 평가 단계;를 포함한다.

도 1은 본 발명의 저온 균열 감수성 평가방법을 위한 시편을 보여주는 사시도이다. 도 2는 본 발명의 본 발명에 따른 저온 균열 감수성 평가방법을 위한 시편을 보여주는 단면도이다.

본 발명의 맞대기 용접부 저온 균열 감수성 평가방법은 맞대기 용접에 사용될 후판재를 사용하여 도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같은 형상의 시편을 마련한다.

도 1을 참조하면, 시편(110,120) 두 개를 준비하고, 준비된 상기 두 개의 시편(110,120)을 서로 대칭을 이루는 형상으로 가공하여, 서로 맞대어질 수 있도록 한다.

도 2를 참조하면, 맞대기부(130)의 상측으로 V자 또는 U자 형상의 그루브(10)를 가공하여 형성한다. 상기 그루브(10)의 하단은 하방을 따라 라운드 처리 가공한다.

맞대기부(130)의 높이 해당되는 루트부의 두께(t)는 1 내지 5mm로 설정하는 것이 좋다. 또한, 상기 루트부의 갭(G)을 1 내지 5mm로 설정하는 것이 좋다. 이는 실제 맞대기 용접 조건과 유사한 조건을 부여하기 위한 것이다.

여기서, 상기 시편(110,120)의 두께를 50 내지 60mm로 가공하는 것이 좋다.

상기 시편(110, 120)의 맞대기부(130)를 따라 시험 용접이 이루어지게 되므로, 시편(110, 120)의 폭(W)이 상기 범위보다 좁으면 용접작업이 수월하지 않고 후술하는 연결부재(200) 구속용접이 용이하지 않으며, 또한 올바른 용접부 평가가 이루어질 수 없다.

또한, 시편(110, 120)의 폭이 상기 범위보다 넓으면 불필요한 재료의 낭비가 발생될 수 있다.

시편(110, 120)의 길이(L)는 900~1100mm 인 것이 바람직하다. 시편(110, 120)의 길이(L)는 시험용접구간의 용접 길이에 대응할 수 있다.

상기 길이가 상기 범위 미만이면 용접부의 길이가 짧아 적절한 평가가 이루어질 수 없으며, 상기 범위를 초과하면 시편이 지나치게 커져 재료의 낭비가 발생하며 용접시간이 길어질 수 있다.

용접이 진행될 부분인 상기 그루브(10)의 각(θ)은 30도 이상으로 형성되는 것이 좋다. 바람직하게, 상기 그루브(10)의 각(θ)은 30 내지 40도의 범위에 포함되는 것이 좋다.

이는 실부재의 용접조건과 유사한 조건을 부여하기 위한 것이다.

이어, 상기 시편(110,120)을 예열한다. 상기 예열은 6kJ/cm 이상을 형성하도록 하고, 섭씨 0도 이하일 경우, 20도씨로 일정 시간 예열하는 것이 바람직하다.

이는, 예열 온도에 따라 저온 균열 감수성 평가를 실시하기 위함이다.

상술한 바와 같은 규격의 시편(110,120)을 마련한 후, 이들을 맞댄 상태에서 도 2에 도시된 바와 같이 시편의 저면에 연결 부재(200)를 사용하여 구속 용접을 실시한다.

상기 연결 부재(200)의 상면은 루트부의 갭(G)을 포함할 수 있도록 일정 폭을 형성한다. 상기 연결 부재(200)는 세라믹 재질로 형성되며, 일정 두께를 형성한다.

상기 연결 부재(200)의 상면이 루트부의 갭(G)을 포함할 수 있도록 시편(110,120)의 저면에 밀착 고정한다.

여기서, 상기 연결 부재(200)의 중심이 맞대기부(130)의 중앙에 위치하도록 하는 것이 좋다.

이어, 상기 연결 부재(200)의 상단을 각 시편(110, 120)과 구속용접하여 두개의 시편(110, 120)이 맞대어진 상태로 고정한다.

상기와 같이 구속용접을 수행하게 되면, 이로 인하여 시편(110,120)이 가열되므로 연결부재(200)를 시편(110,120)의 저면에 구속 용접한 후 12~16시간 경과후 시험 용접을 수행하는 것이 바람직하다. 시험 용접이 구속 용접 12시간 경과 이전에 수행될 경우 구속용접의 영향이 시편에 남아 있을 수 있으며, 16시간 초과후 시험 용접을 수행하는 것은 지나친 평가시간 지체를 가져온다.

상기 시편(110,120)을 구속용접한 후, 도 1에 도시된 바와 같이 용접부의 양단에 앤드탭(210, 220)을 부착한다.

도명에 도시되지는 않았지만, 상기 앤드탭(210, 220)에는 용접부의 그루브(10)에 대응하는 용접 안내홈이 더 형성될 수도 있다. 이는, 앤드탭(210, 220)의 용접의 시작점과 끝점이 시편 내부에 생성되지 않도록 함으로써 시편의 유효구간을 확보할 수 있다.

상기와 같이 앤드탭(210, 220)을 설치한 후 용접 그루브(10)에 맞대기부(130)을 따라 시험 용접을 1패스 수행한다.

시험 용접을 수행한 후, 시험용접부의 표면 균열(또는 횡균열)과 루트 균열을 검사하게 되는데, 저온 균열은 용접후 48시간 이후에 발생하는 것을 의미한다. 저온균열은 수축응력이나 열변형에 의한 응력집중 등의 원인으로 인하여 발생하며 균열이 입계 내부를 관통하는 특성을 가진다.

상기 표면 균열이 발생되지 않은 경우에, 시편을 일정 간격을 이루도록 다수로 절단한다. 바람직하게는 5단면을 형성하도록 절단한다.

그리고, 상기와 같이 절단된 단면을 광학 현미경을 사용하여 최소 50배율로 확대하여 용착금속 및 열영향부의 루트 균열 방생 유무를 조사하고, 균열 발생율을 측정한다.

또한, 시험 용접된 부분의 표면 균열 발생 유무를 육안 및 PT테스트를 통하여 관찰한다.

즉, 균열의 발생여부 확인을 보다 용이하게 하기 위하여 침투액과 현상액을 사용할 수도 있다. 육안식별에서 균열이 관찰되지 않은 경우, 침투액과 현상액을 사용하여 추가로 균열 발생을 검사한다.

상기 PT테스트를 설명한다.

도 3은 침투액과 현상액을 이용한 균열발생 평가방법을 나타낸 것이다.

먼저, 시험용접부의 비드를 세척하여 표면을 매끄럽게 한다.

이어, 세척된 시험용접부 비드의 표면에 유색의 침투액(71)을 분사하여 침투액이 미세 균열(73)에 침투할 수 있도록 한다. 도 3의 '가'는 시험용접부에 침투액(71)이 도포되어 결함 내부에 침투액이 침투된 상태를 나타낸 것이다.

그리고, 시험용접부 표면을 닦아낸다. 도 3의 '나'는 시험용접부 표면의 침투액이 닦여져 나간 상태를 나타낸 것으로, 결함의 내부에는 침투액이 잔류한 상태를 나타낸 것이다.

시험용접부의 표면에 백색의 현상액(72)을 균일하게 도포하고, 관찰한다. 도 3의 '다'는 시험용접부 표면에 백색의 현상액(72)이 도포된 상태를 나타낸 것이며, 도 3의 '라'는 현상액이 결함 내부 침투액을 침투시킨 상태를 나타낸 것이다. 현상액을 도포하고 관찰하게 되면, 결함이 발생된 부위에서는 침투액(71)이 백색의 현상액(72)에 의하여 시험용접부 표면위로 스며 올라오게 되므로, 결함이 발생된 부분을 쉽게 식별할 수 있게 된다.

균열 발생시, 표면 균열의 발생 빈도와, 발생 길이를 측정한다.

상기와 같은, 방법으로도 균열이 관찰되지 않은 경우 시험용접부를 관찰하여 경도를 측정함으로써 용접에 의한 열영향부의 비커스 경도를 평가한다.

도 4는 시험용접부의 단면중 비커스 경도 측정지점을 예시적으로 나타낸 도면이다.

비커스 경도는 10kg의 하중을 부여하여 측정하되, 모재 영역에서 최소 3포인트, 열영향부(Heat Affect Zone) 중 결정립 조립역에서 최소 10포인트를 측정하는 것이 바람직하다.

여기서, 측정지점이 너무 낮으면 평가의 신뢰성이 낮아지며, 측정지점이 너무 많으면 소요되는 시간이 증가하게 된다. 'x'로 표시한 150은 비커스 경도 측정 지점을 나타낸 것이다.

측정된 비커스 경도가 모두 300Hv 이하이면, 용접부의 저온 균열성이 우수한 것으로 평가할 수 있으며, 이를 만족하지 못하면 용접 경화성의 증가에 의한 초층 용접 균열 발생 가능성이 민감한 것으로 예측할 수 있다.

상기 300Hv 는 용접 열영향부의 수소 취화에 따fms 언더컷 발생의 밍계 경도값이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

110, 120 : 시편
130 : 맞대기부
200 : 연결부재

Claims (6)

1. 맞대기 용접부의 그루브 각이 30ㅀ 이상이고, 루트부의 갭이 1~2mm, 상기 루트부의 두께가 1~5mm 가 되도록 시편을 가공하는 시편 마련 단계;
   상기 시편을 예열하는 예열 단계;
   상기 루트부의 하부에 위치되도록 상기 시편의 저면에 연결 부재를 구속 용접하는 구속 용접 단계;
   상기 구속 용접 단계를 실시하고 12~16시간 경과후 루트부에 시험 용접을 실시하는 시험 용접 단계; 및
   48~52시간 경과후 상기 시험 용접된 부분의 표면 균열과 루트 균열을 검사하는 용접부 평가 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 맞대기 용접부 저온 균열 감수성 평가방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 예열은 6kJ/cm 이상을 형성하도록 하고, 섭씨 0도 이하일 경우, 20도씨로 일정 시간 예열 하고,
   상기 용접부 평가 단계는
   상기 표면 균열이 발생되지 않는 경우,
   상기 시편의 단면을 등간격으로 다수로 절단하여 상기 루트 균열을 발생여부를 측정하는 것을 특징으로 하는 맞대기 용접부 저온 균열 감수성 평가방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 용접부 평가 단계는
   상기 시험 용접된 부분의 표면을 세척하고,
   세척된 상기 시험 용접된 부분의 표면에 유색의 침투액을 도포하고,
   도포된 상기 유색의 침투액을 제거한 후, 백색의 현상액을 도포한 후 침투액이 스며올라오는 것을 관찰하고,
   상기 균열이 발생된 경우, 상기 표면 균열의 발생 빈도 및 발생 길이를 측정하는 것을 특징으로 하는 맞대기 용접부 저온 균열 감수성 평가방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 용접부 평가 단계는
   상기 시험 용접된 부분을 절단하여 절단된 단면의 비커스 경도를 측정하는 것을 특징으로 하는 맞대기 용접부 저온 균열 감수성 평가방법.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 비커스 경도 측정은 모재부에서 3 포인트, 용접열영향부 중에서 결정립 조립역에서 10 포인트 이상 실시하는 것을 특징으로 하는 맞대기 용접부 저온 균열 감수성 평가방법.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 연결부재는, 세라믹 재질로 형성되고,
   일정 두께를 형성하고, 상기 시편의 저면에 밀착되는 면의 폭이 상기 루트 갭을 포함하도록 일정의 폭을 형성하는 것을 특징으로 하는 맞대기 용접부 저온 균열 감수성 평가방법.

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