KR20150031617A - 용접 이면부 tsa 도막의 건전성 판단방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용접 이면부에 시공되어 있는 TSA 도막에 대한 건전성 판단결과에 대한 신뢰도를 높여 불필요한 코팅 작업을 줄여 작업 생산성을 높이고 발주처의 만족도를 높인 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단방법에 관한 것이다.
이를 위해, TSA 코팅된 모재에 철판부재를 용접한 후, 용접 이면부의 TSA 코팅 도막에 대한 건전성을 판단하는 방법에 있어서, 상기 TSA 코팅된 모재의 두께가 8mm 이상이면, 용접 이면부의 TSA 도막은 건전한 것으로 평가하는 것을 특징으로 하는 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단방법을 제공한다.

Description

용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단방법{Qulity judgement method of welding reverse side TSA}
본 발명은 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용접 작업시 용접 이면부에 시공된 TSA 도막에 대한 건전성 판단의 신뢰도를 높일 수 있도록 객관적인 기준을 마련한 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단방법에 관한 것이다.
해양구조물(fixed platform, FPSO)은 육지에서 수백, 수천 km 떨어진 심해 해상에 설치 후 수명이 다하기까지 20-40년 장기간 극심한 해양 부식환경에 노출되게 된다.
이러한 외부 부식환경으로부터 해양구조물을 보호하기 위해 상기 해양구조물의 외부에 도료 (금속 coating 포함)를 입히는 도장작업이 이루어진다.
상기와 같은 도장작업은 선체 블록 제작 단계 및 선체 블록 조립 단계에서 각각 이루어지는데, 선체 블록 제작 단계에서는 상기 선체 블록의 표면에 도료가 도포되고, 상기와 같이 표면에 도료가 도포된 선체 블록의 조립 단계에서는 선체 블록간 결합을 위해 행해진 용접부위에 도료가 도포된다.
그러나, 상기와 같은 도장작업은 매끈한 선체 블록의 표면, 또는 블록간 용접부위에 바로 행해지는 것이 아니라 표면 전처리 단계를 거친 후 행해진다.
표면 전처리는 상기와 같이 매끈한 선체 블록의 표면 또는 블록간 용접부위에 거칠기 만들기는 물론 녹, 각종 오염물을 제거하는 것을 의미하며, 도장작업 전 표면 전처리 단계를 거치는 것은 도료가 도포되는 강재의 표면적을 최대한 넓게 하여 도료의 부착력을 높여 도장수명을 연장시키기 위함이다.
이때, 상기한 바와 같이 해양구조물의 표면에 입혀진 도장의 수명은 약 10~15년으로 해양구조물의 수명(20~40년)에 비해 상대적으로 짧아 해양구조물에 대한 operation 중에 보수도장(maintenance)이 필요하게 된다.
이때, 해상 조건에서의 보수 도장은 제약 조건이 많고, 많은 비용이 증가되는 문제가 있다.
이에 따라, 최근에는 도장(painting) 대신, 수명이 긴 TSA(Thermal Spray Aluminum) 코팅에 대한 실시가 점점 증가되고 있는 추세이다.
상기 TSA 코팅은 도장에 비해 초기 투자 비용이 다소 높은 단점은 있으나, 수명이 20~40년으로 보수도장이 필요 없어 해양구조물에 대한 operation 기간 동안의 비용을 고려한다면 오히려 도장에 비해 경제성이 높다고 할 수 있다.
TSA 코팅은 주로 보수하기 힘든 고소부위 등에 시공되었으나, 최근에는 TSA 코팅 범위가 점차 늘어나고 있는 실정이다.
특히, 해양구조물의 경우 해양대기 노출부, 비말부, 해수 침지부의 플랫폼 상부, 자켓 구조물, 해저파이프, 라이저 등에 다양한 범위에 TSA 코팅이 이루어지고 있다.
한편 해양공사에서 TSA 시공이 완료된 후, 전계장 및 배관 서포트 부착을 위해 후행용접을 하는 경우가 많은데, 이때 용접열에 의해 도 1에 도시된 바와 같이 용접 이면부에 시공되어 있는 TSA 도막이 변색되는 경우가 종종 발생한다.
이러한 경우, TSA 코팅을 다시 해야하는데, 현재 용접열에 의해 TSA 도막의 성능(방식성능, 내구성, 부착성 등)이 열화 되었는지에 대한 근거가 미비하여 단순히 육안으로 변색 정도만으로 도막의 손상 여부를 판단하고 있다.
이때, 육안으로 확연히 TSA 도막의 손상이 확인되는 경우에는 논란의 소지가 없으나, TSA 도막의 손상이 육안으로 확인되기 어려운 경우, 발주처는 후행 용접이 실시됐다는 이유만으로 무조건 TSA 완전 제거 및 재 TSA 코팅을 요구하는 경우가 종종 있으며, 이로 인하여 전체 공정에 큰 임팩트(Impact)와 블라스팅 및 알루미늄 재용사에 따른 재료비 및 공수소모가 매우 큰 실정이다.
따라서, 용접에 따른 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단 기준 마련이 요구되고 있다.
대한민국 공개번호 10-2013-0047339
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 용접조건(모재두께 및 용접부재 종류)에 따른 용접 이면부 TSA 도막의 열화 정도를 판단하여 TSA 도막의 보수 기준에 대한 정확도를 높이고자 한 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단방법을 제공하고자 한 것이다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, TSA 코팅된 모재에 철판부재를 용접한 후, 용접 이면부의 TSA 코팅 도막에 대한 건전성을 판단하는 방법에 있어서, 상기 TSA 코팅된 모재의 두께가 8mm 이상이면, 용접 이면부의 TSA 도막은 건전한 것으로 평가하는 것을 특징으로 하는 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단방법을 제공한다.
이때, 상기 모재의 두께는 8mm 이상이고 철판부재의 형태는 원형으로 제공될 때, 용접 이면부의 온도는 최대 491℃ 이하이면 용접 이면부의 TSA 도막은 건전한 것으로 평가하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 모재의 두께는 8mm 이상이고 철판부재의 형태는 직사각형으로 제공될 때, 용접 이면부의 온도는 최대 438℃ 이하이면 용접 이면부의 TSA 도막은 건전한 것으로 평가하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 모재의 두께는 8mm 이상이고 철판부재의 형태는 삼각각형으로 제공될 때, 용접 이면부의 온도는 최대 432℃ 이하이면 용접 이면부의 TSA 도막은 건전한 것으로 평가하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 TSA 도막의 부착 강도는 9 메가 파스칼(MPa) 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 해양공사 후행 스테이지에서 예상되는 용접 화기작업에 대한 철판 두께별 열전달 온도와 온도별 TSA 도막 하자 발생 여부를 데이터화 하여 TSA 확인 및 검사시에 표준으로 활용할 수 있는 효과가 있다.
둘째, TSA 도막의 건전성에 대한 판단을 재래식(육안)으로 하지 않고 실험에 의한 데이터를 통해 건전성을 판단함으로써, 판단에 대한 신뢰도를 높여 발주처의 만족도를 높일 수 있는 효과가 있다.
셋째, TSA 도막의 건전성 판단을 객관화할 수 있으므로, 발주처와의 논쟁을 줄일 수 있으며, 불필요한 TSA 도막 보수 작업이 소요되지 않음으로써 작업 공수 및 추가 자재 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 용접 이면부에 시공되어 있는 TSA도막이 변색된 상태를 나타낸 사진
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단을 시험하기 위한 개략도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단을 시험하기 위한 용접 조건을 나타낸 표
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단을 시험하기 위하여, 직사각 서포트 부재와의 용접이 이루어지고 난 후 모재의 용접 이면부에 코팅된 TSA 도막 상태를 나타낸 사진
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단을 시험하기 위하여, 직사각 서포트 부재와의 용접이 이루어지고 난 후, 용접 이면부의 TSA 도막 온도를 나타낸 그래프
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단을 시험하기 위하여, 삼각 서포트 부재와의 용접이 이루어지고 난 후 모재의 용접 이면부에 코팅된 TSA 도막 상태를 나타낸 사진
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단을 시험하기 위하여, 삼각 서포트 부재와의 용접이 이루어지고 난 후, 용접 이면부의 TSA 도막 온도를 나타낸 그래프
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단을 시험하기 위하여, 원형 서포트 부재와의 용접이 이루어지고 난 후 모재의 용접 이면부에 코팅된 TSA 도막 상태를 나타낸 사진
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단을 시험하기 위하여, 원형 서포트 부재와의 용접이 이루어지고 난 후, 용접 이면부의 TSA 도막 온도를 나타낸 그래프
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단을 시험하기 위하여, 직사각 서포트 부재와의 용접이 이루어지고 난 후, 용접 이면부의 TSA 도막 부착성 평가를 나타낸 사진
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단을 시험하기 위하여, 삼각 서포트 부재와의 용접이 이루어지고 난 후, 용접 이면부의 TSA 도막 부착성 평가를 나타낸 사진
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단을 시험하기 위하여, 원형 서포트 부재와의 용접이 이루어지고 난 후, 용접 이면부의 TSA 도막 부착성 평가를 나타낸 사진.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 도 2 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단방법에 대하여 설명하도록 한다.
용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단방법은 용접 이면부에 시공된 TSA 도막에 대한 온도를 측정하여 상기 TSA 도막에 대한 건전성을 객관적으로 판단할 수 있도록 한 기술적 특징이 있다.
이때, 용접 이면부 TSA 도막의 시공상태가 양호한지를 판단하기 위한 최적의 조건은 상기 철판부재가 용접되는 모재의 두께가 8mm 이상일 때 TSA 도막의 시공상태는 양호한 것으로 판단한다.
이때, 고려되어야할 조건으로, 용접 작업시 입열량은 12.7 ~ 13.7kJ/cm이다.
즉, 상기한 조건을 고려하여 TSA 코팅된 모재와 철판부재를 용접하였을 때, 용접 이면부의 TSA 도막의 건전성은 양호한 것으로 판단하는 기준을 마련한 것이다.
이때, 용접 이면부의 온도를 측정하기 위한 수단은 서모커플(thermocouple)로 제공됨이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다.
상기한 조건 및 온도값은 실험을 통해 도출해낸 것으로서, 도 2 내지 도 9를 참조하여 제1실시예에 따른 실험 조건 및 결과값에 대하여 상세하게 살펴보도록 한다.
<제1실시예>
- 시험방법
용접열에 의해 TSA 코팅 성능이 열화되는지 조사하기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 두께 8 ~ 30mm 범위의 탄소강 모재(EN10225 S460 type-2A)(10)에 10mm 두께의 철판부재(20)를 공사의 용접 표준서대로 용접하여 시편을 준비하였다.
탄소강 모재(10)는 Sa3 블라스팅 처리 하여 TSA를 200~300μm 두께로 용사하였고 (Wire spec.: W-AL-1350), Aluminum silicone sealer (IPK Intertherm 179)를 약 15μm 두께로 시공 후 용접을 진행하였다.
이후, 용접 시 용접선 바로 아래에 열전대(Thermocouple)(30)를 부착 후 용접 이면부 온도 프로파일을 측정하여, 도막이 건전성을 유지하는 온도범위를 도출하고자 하였다.
이때, 용접 조건은 아래 표 1과 같다.
Figure pat00001
용접 후 용접 이면부 TSA 도막의 변색 여부를 관찰하였으며, TSA 도막의 부착성을 평가하였다.
부착력은 ASTM D4541 (Standard Test Method for Pull-Off Strength of Coatings Using Portable Adhesion Testers)에 따라 측정되었다.
또한, 비교재로 용접하지 않은 TSA도막(실러처리 된것/안된것 2종류)에 대해서도 동일한 시험을 수행하였다.
-시험결과
도 4는 10mm 두께의 직사각 형태의 철판부재(20)를 세워 8, 12, 15, 20, 25, 30mm 두께의 탄소강 모재(10)에 필렛 용접한 시편의 TSA 도막 상태를 나타낸 사진이다.
실러 처리를 한 경우와 하지 않은 경우 둘다 모든 두께에서 이면부 TSA 도막의 변색이 발생하지 않았다.
이때, 도 5는 용접 이면부에서 용접선 바로 아래의 온도를 측정한 그래프로서, 두께가 얇아질수록 최고 온도가 높아지며, 최고온도가 지난 후에는 온도가 더 급격히 감소함을 알 수 있다.
이때, 25, 30mm 두께 판재는 약 50℃로 예열 후 용접을 했기 때문에 약 50℃부터 온도가 올라가기 시작하며, 두께가 두꺼워 최고온도는 낮지만 온도는 더 서서히 감소하는 것으로 나타났다.
이때, 8mm 두께에서 최고 온도가 438℃로 나타나, 최소 10mm의 두께를 갖는 직사각 형태의 철판부재(20)와 최소 8mm의 두께를 갖는 탄소강 모재(10)가 서로 용접될 경우 TSA 도막은 438℃의 온도에서도 변색이 일어나지 않는 것으로 확인되었다.
도 6 및 도 8은 삼각 서포트 부재, 원형 서포트 부재를 8, 12, 15, 20mm 두께의 탄소강 모재(10)에 용접한 수 용접 이면부의 TSA 도막 상태를 나타낸 사진이다.
이를 통해 알 수 있덧이, 실러 처리를 한 경우와 하지 않은 경우 둘다 모든 두께에서 이면부 TSA 도막의 변색이 발생하지 않았다.
도 7, 도 9는 용접 이면부에서 용접선 바로 아래의 온도를 측정한 그래프이며, 상기한 직사각 형태의 철판 부재(20) 용접에서와 마찬가지로 두께가 감소할수록 최고 온도가 증가하였다.
삼각 서포트 부재의 경우 이면부 최고온도가 432℃, 원형 서포트 부재의 경우 491℃로 측정되었다.
이때, 시험 결과 나타난 용접 이면부의 TSA 도막 최고온도를 탄소강 모재 두께 및 서포트 부재 별로 나타내면 아래 표 2와 같다.
Figure pat00002
<제2실시예>
-TSA 도막의 부착성 평가
도 10 내지 도 12는 10mm 두께의 철판, 삼각 서포트 부재, 원형 서포트 부재를 8~30mm 두께의 탄소강 모재에 용접한 후, 용접선 이면의 TSA 도막에 대해 부착력을 측정한 결과이다.
모재두께 및 부재 종류에 관계없이 모든 경우에 대해 부착력이 9MPa 이상으로 나타나, 8mm 두께 이상의 모재에 대해서는 부착력이 공사 스펙을 만족하는 것으로 나타났다 (NORSOK standard M-501 요구 - CPT : min. 9 MPa, - production : min. 7 MPa).
<결 론>
용접 이면부 TSA 도막의 용접 열손상 한계조건을 정립하기 위해 모재 두께 및 용접부재 종류에 따라 TSA 도막의 변색여부, 부착성을 평가한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 10mm 두께의 철판부재(서포트 부재)를 TSA 코팅된 8~30mm 탄소강 모재에
12.7~13.7 kJ/cm의 입열량으로 용접한 결과, 모든 조건에서 TSA 도막의 변색이 발생하지 않았으며, 부착강도는 12.03~20.98MPa로 공사 기준강도인 12MPa를 상회하는 것으로 나타났다.
2) 대부분의 해양공사 발주처에서 용접 이면부 TSA 도막의 손상도를 변색여부로 판단하는데, 본 연구에서 공사에 사용되는 주요 모재 두께 범위(8mm 이상)에서 용접 시 도막의 변색 및 부착성 저하가 발생하지 않았다.
따라서, 용접 후 이면부 TSA 도막의 보수를 하지 않아도 발주처와의 논쟁대상이 되지 않을 것으로 판단된다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단방법은, 해양공사 수행시 후행 용접작업이 실시되는 과정에서, 용접 이면부에 시공되어 있는 TSA 도막에 대한 건전성 판단에 대하여 객관적인 기준이 마련될 수 있도록 한 기술적 특징이 있다.
이에 따라, TSA 도막 건전성 판단에 대한 정확도를 높여 발주처의 신뢰도를 높일 수 있으므로, TSA 도막의 보수 작업 판단에 대한 논쟁을 줄일 수 있게 된다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10 : 모재 20 : 철판부재
30 : 서모커플

Claims (5)

  1. TSA 코팅된 모재에 철판부재를 용접한 후, 용접 이면부의 TSA 코팅 도막에 대한 건전성을 판단하는 방법에 있어서,
    상기 TSA 코팅된 모재의 두께가 8mm 이상이면, 용접 이면부의 TSA 도막은 건전한 것으로 평가하는 것을 특징으로 하는 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 모재의 두께는 8mm 이상이고 철판부재의 형태는 원형으로 제공될 때, 용접 이면부의 온도는 최대 491℃ 이하이면 용접 이면부의 TSA 도막은 건전한 것으로 평가하는 것을 특징으로 하는 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 모재의 두께는 8mm 이상이고 철판부재의 형태는 직사각형으로 제공될 때, 용접 이면부의 온도는 최대 438℃ 이하이면 용접 이면부의 TSA 도막은 건전한 것으로 평가하는 것을 특징으로 하는 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 모재의 두께는 8mm 이상이고 철판부재의 형태는 삼각각형으로 제공될 때, 용접 이면부의 온도는 최대 432℃ 이하이면 용접 이면부의 TSA 도막은 건전한 것으로 평가하는 것을 특징으로 하는 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 TSA 도막의 부착 강도는 9 메가 파스칼(MPa) 이상인 것을 특징으로 하는 용접 이면부 TSA 도막의 건전성 판단방법.



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