KR20170008794A - 구조 부재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 두 개의 금속 커버 층 및 상기 커버 층들 사이에 배열된 비금속 코어 층으로 이루어진 구조 부재에 관한 것이다. 용융 용접 및/또는 가열 납땜에 적합한 구조 부재를 제안하는 본 발명의 과제는 청구 범위의 특징을 갖는 구조 부재에 의해 해결된다.

Description

구조 부재{CONSTRUCTION ELEMENT}
본 발명은 두 개의 금속 커버 층 및 상기 커버 층들 사이에 배열된 비금속 코어 층으로 이루어진 구조 부재에 관한 것이다.
동종 유형의 구조 부재는 종래 기술에 공지되어 있다. 상품명 Bondal®로 출원인에 의해 유통된 구조 전달음 차폐 복합재는 두 개의 강(steel) 커버 시트와 이들 사이에 배열된 점탄성 플라스틱 코어 층으로 이루어지며, 코어 층은 아크릴레이트 또는 폴리에스테르 재료로 이루어진다. 예를 들어 용접, 특히 저항 용접을 통한 구조 전달음 차폐 복합재와 다른 구성 부품의 연결은 통상적으로 문제를 나타내지 않는다. 구조 전달음 차폐 복합재의 저항 용접 적합성을 증가시키기 위해, 특허 명세서 DE 38 34 829 C2에 개시된 바와 같이, 플라스틱 층의 두께의 70 내지 130%의 입자 크기의 페로실리콘 분말 형태의 용접 첨가제가 플라스틱 코어 층에 첨가될 수 있다. 이러한 구조 부재의 경우 용융 용접 또는 심지어 가열 납땜을 적용할 수 없는데, 그 이유는 250℃ 이상의 온도에서 접합 시임의 전체 영역 및 열 영향 구역의 일부에서도 열분해 반응이 발생하기 때문이다. 열 작용으로 인해, 용융 용접 시에 많은 연소 찌꺼기 이외에, 많은 가스, 주로 이산화탄소가 형성되는데, 이는 용융 유동 상의 기공 없는 응고를 방해한다.
따라서, 본 발명의 과제는 용융 용접 및/또는 가열 납땜에 적합한 구조 부재를 제안하는 것이다.
동종 유형의 구조 부재에 대한 상기 과제는 비금속 코어 층이 실리콘 함유 재료로 이루어지고, 실리콘 함유 코어 층이, 코어 층에 대해 0.1 중량% 내지 최대 5 중량%의 양으로 실리콘 함유 코어 층 내에 분산되는 탈산 원소 및/또는 탈산 합금을 포함함으로써 달성된다.
실험 결과, 실리콘 함유 재료는 단시간 800℃까지의 온도를 견딜 수 있는 것으로 나타났다. 고온에서, MIG- 및 MAG 용접에서 통상적인 것과 같이, 실리콘 함유 물질 내의 실리콘은 높은 산소 친화성으로 인해 산소 함유 분위기에서 이산화규소로 분해된다. 실리콘과 산소의 반응에 의해, 용융 금속의 탈기(outgassing) 및 접합 시임의 영역 내의 기공 형성이 명확히 감소된다. 형성된 이산화규소는 접합 시임의 표면(용접 시임의 표면) 상에 규산염의 형태로 침착되고, 필요할 경우 기계적으로 제거될 수 있다. 놀랍게도, 실리콘 함유 코어 층에 탈산 원소 및/또는 탈산 합금을 첨가한 후, 전체 접합 공정(용융 용접 공정) 중에 산소가 결합되고, 용접 용융물을 통해 슬래그 내로 이동하거나, 소위 침전 산화 과정 중에, 미세하게 분배된 비금속 흡장물(non-metallic inclusion) 형태로 용융물 내에 침착됨으로써, 기공 없는 응고가 가능하다는 것이 확인되었다. 금속 커버 층과 조합으로, 본 발명에 따른 구조 부재는 구조 전달음 차폐 특성을 가지므로, 바람직하게는, 예를 들어 조선과 같은 해상 산업 또는 철도 운송, 차량 및 항공기 제조, 군수 산업, 발전소 건설, 철강 구조 산업, 그리고 가열 납땜 및/또는 용융 용접에 의해 접합이 이루어지는 모든 분야의 구조물을 위해 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 탈산 원소 및/또는 탈산 합금은 코어 층에 대해 0.1 내지 5 중량%의 양으로 실리콘 함유 코어 층에 분산된다. 금속 커버 층들 간의 충분한 접착을 보장하기 위해, 탈산 원소 및/또는 합금의 양은 최대 5 중량%, 특히 최대 3 중량%, 바람직하게는 최대 1.5 중량%로 제한된다. 접합 과정 중에 산소 결합을 촉진시키기 위해, 탈산 원소 및/또는 탈산 합금의 양은 적어도 0.1 중량%, 특히 적어도 0.2 중량%, 바람직하게는 적어도 0.25 중량%이다. 탈산 원소로서, 분말 및/또는 플레이크의 형태로, 예를 들어 Ca, Mg, Al, Ti, Si, Mn, Cr, Ce, La, Nb, Ta, V 및/또는 Zn이 적합하다. 상기 언급된 원소들은 개별적으로 또는 조합되어, 특히 예를 들어 페로실리콘(FeSi), 페로칼슘 실리콘(Fe-Ca-Si), 페로망간(FeMn)과 같은 다른 탈산 원소 및/또는 탈산 합금과 함께 실리콘 함유 코어 층에 첨가될 수 있다.
본 발명의 다른 구성예에서, 금속 커버 층은 강재로 형성된다. 금속 코팅된 또는 코팅되지 않은 강재, 예를 들어 구조 철강은 비교적 저렴하기 때문에, 바람직하게는 조선 또는 기계 제조 분야의 구조를 위해 탁월하게 적합하다. 또한, 알루미늄재 및 마그네슘재와 같은 경금속 재료는, 구조 부재의 중량을 추가로 낮춰야 할 경우, 금속 커버 층으로서 사용될뿐만 아니라, 강재와 조합되어서도 사용될 수 있다. 금속 커버 층은 0.2 내지 30mm, 특히 0.5 내지 10mm, 바람직하게는 1 내지 10mm, 특히 바람직하게는 1.5 내지 5mm의 두께를 갖는다.
0.01 내지 0.2㎜, 특히 0.02 내지 0.1㎜, 바람직하게는 0.025 내지 0.05㎜의 두께를 갖는 실리콘 함유 코어 층과 조합으로, 저렴한 구조 부재가 제공될 수 있다. 실리콘 함유 코어 층은 박막 형태로, 바람직하게는 접착 박막으로서 금속 커버 층들 사이에 제공될 수 있다.
제1 실시예에서, 각각 3.5mm 두께의 (EN 10025-2:2004-10에 따른) S235JR+AR 등급의 코팅되지 않은 강 커버 층들과, 상기 강 커버 층들 사이에 배열되고 0.05mm의 두께의 실리콘 함유 접착층(FT 3102, Avery Dennison 사)과, 0.75 중량%의 분산된 알루미늄 플레이크(RO 500, Eckart 사)로 이루어진 본 발명에 따른 구조 부재가 모놀리식 강재로 형성된 캐리어에 T-조인트에서 MAG 용융 용접을 이용하여 용접된다. 용융 용접 시임은 기공이나 공동을 나타내지 않는다. 이러한 용융 용접 구조물은 조선 및 기계 제조 분야에서 볼 수 있다.
제2 실시예에서, 제1 실시예와 동일한 조성을 갖는 본 발명에 따른 구조 부재가 선택되었지만, 구조 부재의 치수가 1,000 x 600mm이고, 구멍/보어가 강 커버 층에서 예를 들어 구조 부재의 중간 및 모서리 영역 내에 도입되는 차이점이 있다. 코어 층이 상기 개별 영역들 내에서 노출된다. 구멍은 MAG 용융 용접으로 채워진다. 두 개의 강 커버 시트들 사이의 점 용융 용접 접합부는 기공 및 공동이 없다. 따라서, 예를 들어 특히 자석 크레인을 통한 운송 및 적재 중에, 박리(delamination) 위험이 억제된다. 그러나, 결과적으로, 장착 상태에서도, 예를 들어 화재 시에 조기 박리가 방지될 수 있다.

Claims (5)

  1. 두 개의 금속 커버 층 및 상기 커버 층들 사이에 배열된 비금속 코어 층으로 이루어진 구조 부재에 있어서,
    비금속 코어 층은 실리콘 함유 재료로 이루어지고, 실리콘 함유 코어 층은, 코어 층에 대해 0.1 중량% 내지 최대 5중량 %의 양으로 실리콘 함유 코어 층 내에 분산되는 탈산 원소 및/또는 탈산 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 부재.
  2. 제1항에 있어서, 금속 커버 층은 금속으로 코팅되거나 코팅되지 않은 강재, 알루미늄재 및/또는 마그네슘재로 형성되는 것을 특징으로 하는 구조 부재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 금속 커버 층은 0.2 내지 30mm, 특히 0.5 내지 15mm, 바람직하게는 1 내지 10mm, 특히 바람직하게는 1.5 내지 5mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 구조 부재.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 실리콘 함유 코어 층은 0.01 내지 0.2㎜, 특히 0.02 내지 0.1㎜, 바람직하게는 0.025 내지 0.05㎜의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 구조 부재.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 구조 부재를 갖는, 특히 해상 산업, 철도 운송, 차량 및 항공기 제조, 군수 산업, 발전소 건설, 철강 구조 산업에서의 용융 용접된 구조물.
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