KR20190077503A - Ctod 시험편의 제작 방법 및 소성 변형 조정용 지그 - Google Patents

Ctod 시험편의 제작 방법 및 소성 변형 조정용 지그 Download PDF

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유스케 시마다
다케히로 이노우에
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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

이음매 강재로부터, 제1 모재, 용접부 및 제2 모재가 길이 방향으로 늘어서도록 배치된 직육면체의 부재를 얻은 후, 그 부재에 있어서, 용접부의 일부를 절삭하여 슬릿형의 절결부를 설치한다. 상기 길이 방향에 있어서의 절결부의 한쪽측의 가장자리부를 포함하는 부재의 표면의 상방에 제1 도전성 부재를 배치하고, 상기 길이 방향에 있어서의 절결부의 다른쪽측의 가장자리부를 포함하는 부재의 표면의 상방에 제2 도전성 부재를 배치하고, 그들을 상기 부재에 고정한다. 상기 길이 방향에 있어서의 제1 도전성 부재와 제2 도전성 부재의 극간은 소정의 간격으로 설정된다. 제1 도전성 부재 및 제2 도전성 부재를 각각 외부 전원에 전기적으로 접속하고, 상기 부재에 대해 절결부가 닫히는 방향으로 굽힘 하중을 부여한다. 제1 도전성 부재 및 제2 도전성 부재의 접촉이 전기적으로 확인된 시점에서 상기 굽힘 하중을 제하하고, 그 후, 절결부의 선단에 피로 예균열을 형성하여, CTOD 시험편을 얻는다.

Description

CTOD 시험편의 제작 방법 및 소성 변형 조정용 지그
본 발명은, CTOD 시험편의 제작 방법 및 소성 변형 조정용 지그에 관한 것이다.
선박, 해양 구조물 및 액화 가스 저장 탱크 등(이하, 선박 등으로 약기한다.)에서는, 일반적으로 복수의 용접 이음매가 이용되고 있다. 이 때문에, 선박 등을 설계할 때에는, 파괴 역학적인 관점에서, 용접 이음매의 신뢰성을 충분히 검토할 필요가 있다.
용접부의 신뢰성을 평가하기 위해, 균열 선단 개구 변위(CTOD(Crack Tip Opening Displacement)) 시험이 이용되고 있다(비특허 문헌 1 참조). CTOD 시험에 의해 용접 이음매의 신뢰성을 평가하는 경우에는, 일반적으로, 시험편의 용접부에 절결부 및 피로 예균열(precrack)이 형성된다. 그리고, 절결부 및 피로 예균열이 형성된 시험편에 대해 3점 굽힘 시험을 행하여, 한계 CTOD를 구한다. 한계 CTOD란, 3점 굽힘 시험에 있어서, 하중의 증가를 수반하지 않고 불안정 파괴를 개시하는 한계의 균열 선단 개구 변위를 의미한다.
그런데, 시험편의 용접부에는 용접 잔류 응력(이하, 간단히 잔류 응력이라고도 한다.)이 발생하므로, 적절한 피로 예균열을 형성하는 것이 어려운 경우가 있다. 구체적으로는, 직선형의 피로 예균열을 형성할 수 없는 경우가 있다. 그래서, 종래, 시험편에 발생한 잔류 응력을 제거하기 위한 방법이 제안되어 있다.
예를 들어, 특허 문헌 1에는, 용접 잔류 응력을 제거하는 처리 방법의 하나로서, 플래턴(local compression) 처리가 기재되어 있다.
한편, 특허 문헌 2에는, 용접 잔류 응력을 제거하는 처리 방법의 하나로서, 절결부가 개구하는 방향으로 압축 예하중(preload)을 부여, 제하(除荷)하는, 역굽힘 처리가 기재되어 있다.
일본국 실용신안 평2-45800호 공보 일본국 특허공개 2011-169745호 공보
「일본 용접 협회 규격 WES1108 균열 선단 개구 변위(CTOD) 시험 방법」, 사단법인 일본 용접 협회, 1995년
도 1은, CTOD 시험에서 사용하는 3점 굽힘 시험편의 일례를 나타내는 측면도이다.
도 1을 참조하여, 3점 굽힘 시험편(1)(이하, 시험편(1)으로 약기한다.)은, 대략 직육면체 형상을 가진다. 시험편(1)은, 모재(1a), 모재(1b) 및 용접부(용접 금속)(1c)를 가지는 이음매 시험편이다. 시험편(1)은, 용접부(1c)가 시험편(1)의 길이 방향에 있어서의 대략 중앙부에 위치하도록, 이음매 강재(도시하지 않음)로부터 채취된다. 시험편(1)의 길이 방향에 있어서의 중앙부 또한 하면측에는, 절결부(2)가 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 절결부(2)는, 용접부(1c)에 형성되어 있다. 절결부(2)는, V자형의 선단부(2a)를 가진다. 절결부(2)의 선단(2b)은, 예를 들어, 소정의 곡율을 가지는 대략 반원 형상으로 형성된다. 절결부(2)의 선단(2b)으로부터 상방(시험편(1)의 폭 방향)으로 연장되도록 피로 예균열(3)이 형성되어 있다. 피로 예균열(3)은, 절결부(2)의 선단(2b)의 근방의 잔류 응력을 제거한 후에 형성된다. 또한, 상세한 설명은 생략하지만, 시험편(1)의 치수는, 예를 들어, 상기 비특허 문헌 1에 기재된 표준 3점 굽힘 시험편의 치수와 동일하게 규정된다.
CTOD 시험을 행할 때에는, 절결부(2)에 클립 게이지(도시하지 않음)를 부착한다. 그리고, 시험편(1)의 하면의 양단부를 지지 부재(4a, 4b)로 지지한 상태로, 시험편(1)의 상면의 중앙부를 하방을 향해 밀어넣음으로써, 시험편(1)의 3점 굽힘을 행한다. 또한, 클립 게이지를 이용하여 측정한 절결부(2)의 개구 변위에 의거하여, 한계 CTOD의 값을 구한다. 또한, 도 1에 있어서는, 시험편(1)의 폭(W) 및 시험편(1)의 길이 방향에 있어서의 지지 부재(4a, 4b)의 거리(S)가 나타나 있다.
특허 문헌 1 및 2에 기재된 처리 방법에서는, 시험편 중 피로 예균열이 형성되는 부분에 미리 압축 방향의 하중이 부여된다. 이것에 의해, 피로 예균열이 형성되는 부분에 소성 변형이 부여되어, 잔류 응력을 제거할 수 있다.
그러나, 플래턴 처리에서는, 시험편의 판두께는, 평가 대상이 되는 용접 이음매의 실제의 판두께가 된다. 또한, 시험편에 가하는 하중 및 그 하중을 가하기 위한 펀치의 직경은, 시험편의 강도 및 판두께에 따라서 커진다. 따라서, 예를 들어, 극후(極厚)이며 고강도의 강판으로 이루어지는 용접 이음매의 평가를 행하는 경우에는, 하중 및 펀치의 직경을 크게 해야 한다. 이 경우, 고용량의 시험 장치가 필요하게 되어, 신뢰성 평가를 위한 시험 비용이 증가한다.
한편, 역굽힘 처리는, 절결부를 형성한 후의 시험편을, CTOD 시험에 있어서의 시험편의 굽힘(이하, 순(順)굽힘이라고도 한다.) 방향과는 역방향으로 3점 굽힘하여, 절결부의 선단의 근방 부분에 압축 소성 변형(이하, 간단히 소성 변형이라고 한다.)을 부여하는 것이다. 그리고, 역굽힘 처리에 의해 잔류 응력을 제거할 때에 필요한 하중은, CTOD 시험을 행할 때의 하중과 동일한 정도이다. 이 때문에, 고강도의 시험편의 잔류 응력을 제거하는 경우여도, 플래턴 처리에 비해 큰 하중을 가할 필요가 없기 때문에, 잔류 응력을 제거하기 위해 고용량의 시험 장치를 이용하지 않아도 된다. 이 때문에, 역굽힘 처리를 이용한 경우에는, 플래턴 처리를 이용한 경우에 비해, 시험 비용의 저감도 가능하게 된다.
여기서, 역굽힘 시의 소성 변형량이 변동되면, 한계 CTOD의 값도 변동되기 때문에, 소성 변형량의 제어는 역굽힘 처리를 이용한 CTOD 시험의 측정 정밀도를 높이는데 특히 중요하다. 소성 변형량의 제어 방법으로서는, 예를 들면, 절결부에 소정 두께의 게이지판을 끼우고, 그 상태로, 게이지판이 절결부 내벽 사이에서 슬라이드 이동할 수 없게 될 때까지 역굽힘을 행하는 방법, 절결부에 소정 두께의 게이지판을 끼운 상태로 역굽힘을 행하여, 하중계에 의해 검출되는 역굽힘 하중을 모니터하는 방법 등을 생각할 수 있다. 그러나, 모두 제어 정밀도가 낮아, 소정의 소성 변형량이 되도록 역굽힘을 정밀도 있게 행하는 것은 곤란하다.
구체적으로는, 상기의 2개의 방법 중, 1번째의 방법에서는, 게이지판이 슬라이드 이동할 수 있는지 어떤지의 판단은, 작업자의 감각에 맡겨진다. 이 때문에, 소정의 소성 변형량이 되도록 역굽힘을 정밀도 있게 행하는 것은 곤란하다.
한편, 2번째의 방법에서는, 게이지판과 절결부 내벽이 접촉함으로써 역굽힘 하중이 증가하는 시점을 정확하게 검출할 수 있으면, 소정의 역굽힘량으로 역굽힘 처리를 정지시킬 수 있다고 생각된다. 그러나, 게이지판과 절결부 내벽이 접촉한 순간에 있어서의 역굽힘 하중의 증가량(게이지판과 절결부 내벽이 접촉하기 직전의 역굽힘 하중과 접촉 직후의 역굽힘 하중의 변화량)은, 게이지판과 절결부 내벽이 접촉하기 전의 역굽힘 하중의 크기에 비해 상당히 작다. 이 때문에, 작업자가 하중계의 검출값을 보고, 게이지판과 절결부 내벽이 접촉한 것에 의해 발생하는 하중의 증가와, 하중의 불균일(노이즈 등에 의한 하중계의 검출값의 불균일)을 구별하는 것은 곤란하다. 그러므로, 게이지판과 절결부 내벽이 접촉한 시점을 정확하게 검출하는 것은 곤란하다. 따라서, 하중의 변화(하중계의 검출값의 변화)로부터 소정의 소성 변형량이 되도록 역굽힘을 정밀도 있게 행하는 것은 곤란하다.
또, 이러한 방법에서는, 작업자는, 절결부에 게이지판을 끼우면서 역굽힘 처리를 진행하여, 소정의 역굽힘량에 이르렀는지 어떤지를 판단하지 않으면 안 된다. 그 때문에, 그 작업이 매우 번잡하다.
본 발명은, 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, CTOD 시험 방법에 제공하는 용접 이음매의 시험편(이하, 「CTOD 시험편」이라고 한다)을 고정밀도이며 저비용으로 제작하는 방법 및 CTOD 시험편의 소성 변형 조정용 지그를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상술한 문제를 해결하기 위해, 고정밀도이며 저비용으로 CTOD 시험편을 제작하기 위해, 다양한 검토를 행하여, 본 발명을 완성시켰다.
본 발명은, 하기의 CTOD 시험편의 제작 방법 및 소성 변형 조정용 지그를 요지로 한다.
〔1〕 제1 모재, 용접부 및 제2 모재를 가지는 이음매 강재로부터 CTOD 시험 방법에 제공하는 시험편을 제작하는 방법으로서,
(1) 상기 이음매 강재를 절삭하여, 상기 제1 모재, 상기 용접부 및 상기 제2 모재가 길이 방향으로 늘어서도록 배치된 직육면체의 부재를 얻는 공정,
(2) 상기 부재의 상기 길이 방향의 중앙부에, 상기 용접부의 일부를 절삭하여, 슬릿형의 절결부를 설치하는 공정,
(3) 상기 길이 방향에 있어서의 상기 절결부의 한쪽측의 가장자리부를 포함하는 상기 부재의 표면의 상방에 제1 도전성 부재를 배치하고, 상기 길이 방향에 있어서의 상기 절결부의 다른쪽측의 가장자리부를 포함하는 상기 부재의 표면의 상방에 제2 도전성 부재를 배치하고, 상기 길이 방향에 있어서의 상기 제1 도전성 부재와 상기 제2 도전성 부재의 간격이 소정의 간격이 되도록 상기 제1 도전성 부재 및 제2 도전성 부재를 상기 부재에 절연한 상태로 고정하는 공정,
(4) 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재를 각각 외부 전원에 전기적으로 접속하는 공정,
(5) 상기 부재에 상기 절결부가 닫히는 방향으로 굽힘 하중을 부여하는 공정,
(6) 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재의 접촉이 전기적으로 확인된 시점에서 상기 하중을 제하하는 공정, 및,
(7) 상기 절결부의 선단에 피로 예균열을 형성하는 공정을 구비하는,
CTOD 시험편의 제작 방법.
〔2〕 상기 (3)의 공정에 있어서,
상기 부재와의 사이에 절연 시트를 개재시킨 상태로, 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재를 상기 부재에 고정하는,
상기〔1〕의 CTOD 시험편의 제작 방법.
〔3〕 상기 (3) 및 (4)의 공정에 있어서,
상기 절연 시트와, 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재에, 외부 전극에 전기적으로 접속된 도전 케이블을 접촉시킨 상태로, 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재를 상기 부재에 고정하는,
상기〔2〕의 CTOD 시험편의 제작 방법.
〔4〕 상기 (3)의 공정에 있어서,
절연 나사에 의해, 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재를 상기 부재에 고정하는,
상기〔2〕 또는 〔3〕의 CTOD 시험편의 제작 방법.
〔5〕 상기 (3)의 공정에 있어서,
상기 부재에 형성된 나이프 엣지 고정용 나사의 나사 구멍을 상기 절연 나사의 나사 구멍으로서 이용하는,
상기〔4〕의 CTOD 시험편의 제작 방법.
〔6〕 절결부를 가지는 직육면체의 부재에 피로 예균열을 형성하여 CTOD 시험편을 제작할 때에, 상기 피로 예균열의 형성 전에, 상기 부재에 대해 상기 절결부가 닫히는 방향으로 굽힘 하중을 부여하고, 그 후, 그 굽힘 하중을 제하함으로써 용접 잔류 응력을 제거하는 공정에 있어서, 상기 부재에 부착되어 이용되는, 소성 변형 조정용 지그로서,
도전성 재료로 이루어지는 한 쌍의 본체부와,
상기 한 쌍의 본체부를 외부 전극에 전기적으로 접속하기 위한 도전 케이블을 구비하고,
상기 한 쌍의 본체부는 각각, 그 중앙부에, 상기 본체부를 상기 부재에 고정하기 위한 나사가 삽입 통과되는 관통 구멍을 가지는,
소성 변형 조정용 지그.
본 발명에 의하면, 용접 이음매의 CTOD 시험편을 고정밀도이며 저비용으로 제작할 수 있다.
도 1은, CTOD 시험에서 사용하는 3점 굽힘 시험편의 일례를 나타내는 측면도이다.
도 2는, 이음매 강재로부터 잘라낸 직육면체의 부재(CTOD 시험편의 제작 도중의 부재)의 사시도이다.
도 3은, 도 2의 부재에 절결부를 형성한 부재(CTOD 시험편의 제작 도중의 부재)의 사시도이다.
도 4는, 역굽힘 처리 시의 소성 변형 조정용 지그의 설치 상태를 나타내는 측면도이다.
도 5는, 역굽힘 처리 시의 소성 변형 조정용 지그의 설치 상태를 나타내는 상면도이다.
도 6은, CTOD 시험 시의 나이프 엣지의 설치 상태를 나타내는 측면도이다.
도 7은, 역굽힘 처리 시의 소성 변형 조정용 지그의 설치 상태의 다른 예를 나타내는 측면도이다.
도 8은, 역굽힘 처리의 상태를 나타내는 측면도이다.
도 9는, CTOD 시험편의 측면도이다.
1. CTOD 시험편의 제작 방법
본 실시 형태에 따른 CTOD 시험편의 제작 방법은, 제1 모재, 용접부 및 제2 모재를 가지는 이음매 강재로부터 CTOD 시험 방법에 제공하는 시험편을 제작하는 방법이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 CTOD 시험편의 제작 방법에 있어서는, 우선 이음매 강재(용접 이음매)를 절삭하여, 제1 모재(1a), 용접부(1c) 및 제2 모재(1b)가 길이 방향으로 늘어서도록 배치된 직육면체의 부재(10)를 얻는다. 이 부재(10)의 외형 형상(두께, 폭, 및 길이)은, 그대로 CTOD 시험편의 외형 형상이 된다. CTOD 시험편의 외형 형상은, 목적에 따라 적당히 설정하면 되지만, 전형적으로는, 두께(도면의 안쪽 방향) B=25mm, 폭(도면의 상하 방향) W=50mm(=2B), 길이(도면의 좌우 방향) L=240mm(≥9B)이다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 부재(10)의 폭 방향(폭(W)의 화살표가 나타내는 방향)을 상하 방향으로 한다. 보다 구체적으로는, 부재(10)의 중심을 기준으로 하여, 후술하는 절결부(20c)(도 3 참조)가 형성되는 측을 상방으로 하고, 그 반대측을 하방으로 한다. 또, 부재(10)에 있어서, 상하 방향으로 직교하는 2개의 측면(20, 21) 중, 후술하는 절결부(20c)가 형성되는 측면(20)을 상면으로 하고, 다른쪽의 측면(21)을 하면으로 한다. 이하에 있어서는, 측면(20)을 상면(20)으로 기재한다.
다음에, 도 3에 나타내는 바와 같이, 부재(10)의 상기 길이 방향의 중앙부에, 용접부(1c)의 적어도 일부를 절삭하여, 슬릿형의 절결부(20c)를 설치한다. 도 3에 나타내는 예에서는, 용융선(Fusion Line)을 포함하는 위치에 절결부(20c)를 설치하고 있지만, 목적에 따라, 용접부(1c)의 상기 길이 방향에 있어서의 중앙부, 또는 용접 HAZ(Heat Affected Zone)를 포함하는 위치에 절결부(20c)를 설치해도 된다. 또한, 도 3에 나타내는 예에서는, 부재(10)의 상면(20)은, 절결부(20c)에 의해 2개의 표면(20a, 20b)으로 분할되어 있다. 표면(20a)은, 절결부(20c)의 상기 길이 방향에 있어서의 한쪽측의 가장자리부를 포함하고, 표면(20b)은, 절결부(20c)의 상기 길이 방향에 있어서의 다른쪽측의 가장자리부를 포함한다.
그리고, 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 절결부(20c)를 설치한 부재(10)에 있어서, 표면(20a)의 상방에 제1 도전성 부재(50a)를 배치하고, 표면(20b)의 상방에 제2 도전성 부재(50b)를 배치하고, 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)를 부재(10)에 고정한다. 본 실시 형태에서는, 부재(10)의 길이 방향에 있어서의 제1 도전성 부재(50a)와 제2 도전성 부재(50b)의 극간이 소정의 간격으로 설정된다. 제1 도전성 부재(50a)와 제2 도전성 부재(50b)의 극간은, 예를 들면, 소정 두께의 게이지판을 이용함으로써 조정할 수 있다. 또, 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)는 각각, 부재(10)와는 전기적으로 절연된 상태로 부재(10)에 고정된다. 이 때, 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)와 부재(10)의 절연은, 예를 들면, 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)와 부재(10) 사이에 절연 재료를 개재시킴으로써 확보할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)와 부재(10) 사이에 절연 시트(60a, 60b)를 개재시키고 있다. 또, 미리, 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)의 이면(부재(10)측을 향하는 면)에 절연 재료를 도장하여, 절연막을 형성해도 된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 부재(10)의 역굽힘량을 적절히 검출하기 위해서는, 제1 도전성 부재(50a)와 제2 도전성 부재(50b)는 상기 극간을 정밀도 있게 조정할 필요가 있다. 이 점에 관해서, 본 실시 형태에서는, 소정의 두께의 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)를, 역굽힘 처리를 행하는 기기(3점 굽힘 시험기)로부터 떼어내진 상태의 부재(10)에 부착할 수 있다. 이 경우, 작업자는, 역굽힘 처리 중의 부재(10)에 대해서가 아니라, 정지 상태의 부재(10)에 대해 작업을 할 수 있기 때문에, 상기 극간을 용이하고 정밀도 있게 조정할 수 있다.
여기서, 도 6에 나타내는 바와 같이, CTOD 시험을 행할 때에는, 예를 들면, CTOD 시험편(30) 상에 나이프 엣지(100a, 100b)가 나이프 엣지 고정용 나사(110a, 110b)에 의해 고정되고, 또한, 클립 게이지(도시 생략)가 나이프 엣지(100a, 100b)에 걸린다. 이 상태에서, CTOD 시험편(30)에 굽힘 하중이 부여되어 절결부(20c)의 개구가 넓어져 가고, 그 때의 나이프 엣지 간격의 변화가 클립 게이지로 확인된다. 이 때문에, 도 6에 나타내는 타입의 CTOD 시험편에는, 나이프 엣지 고정용 나사(110a, 110b)를 위한 나사 구멍이 설치된다. 따라서, 이 나사 구멍을, 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)를 부재(10)에 고정하기 위한 볼트(절연 나사)(70a, 70b)의 나사 구멍으로서 이용할 수 있다.
또한, 도 4 및 도 5에 나타내는 예에서는, 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)를 볼트(절연 나사)(70a, 70b)를 이용하여, 부재(10)에 고정하는 예를 나타내고 있지만, 예를 들면, 도 7에 나타내는 바와 같이, 접착제(90a, 90b)를 이용하여, 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)를 부재(10)에 고정해도 된다. 이 때, 미리, 소정의 간격을 유지한 상태로, 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)의 상면(도면의 상측의 면)을 시트형상물에 붙인 것을 준비해 둠으로써, 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)의 부재(10)로의 고정 작업이 용이하게 된다. 또, 접착제(90a, 90b)로서 절연성 접착제를 이용하면, 절연 시트(60a, 60b)를 생략할 수 있다. 예를 들면, 미리 나이프 엣지를 절결부 내에 설치한 시험편인 경우에는, 도 6에 나타내는 바와 같은 나이프 엣지 고정용 나사(110a, 110b)를 위한 나사 구멍이 설치되지 않는다. 이 때문에, 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)를 볼트(절연 나사)(70a, 70b)에 의해 고정하는 것을 전제로 하면, 볼트(70a, 70b)를 위한 나사 구멍을 별도 설치할 필요가 있다. 이 점, 접착제(90a, 90b)에 의해 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)를 고정하는 구성이면, 나사 구멍을 별도 설치할 필요가 없기 때문에, 저비용으로 CTOD 시험편을 제작할 수 있다.
도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)는, 각각 도전 케이블(80a, 80b)을 통하여 외부 전원에 전기적으로 접속된다. 도전 케이블(80a, 80b)에는, 전류계가 접속되어 있어, 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)의 통전 상태(전류값)를 상시 검지하는 상태가 되어 있다. 도 4 및 도 5에 나타내는 상태에서는, 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)가 접촉하고 있지 않기 때문에, 전류계에 의해 검출되는 전류값은 제로이다.
또한, 도전 케이블(80a, 80b)은, 예를 들면, 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)에 땜납 등에 의해 접속하는 것이 가능하다. 또, 예를 들면, 절연 시트(60a, 60b)와, 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b) 사이에, 외부 전극에 전기적으로 접속된 도전 케이블(80a, 80b)을, 절연 시트(60a, 60b)와, 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)에 접촉하도록 삽입해도 된다. 이 상태로, 볼트(절연 나사)(70a, 70b)를 체결하여, 도전 케이블(80a, 80b)을 사이에 끼우도록 하고 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)를 부재(10)에 고정함으로써, 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)와 도전 케이블(80a, 80b)의 도통을 확보해도 된다. 이 방법에 의하면, 납땜의 수고를 줄일 수 있다.
이 상태로, 도 8에 나타내는 바와 같이, 역굽힘 처리에서는, 상기 길이 방향에 있어서의 부재(10)의 중심부에 대해, 상기 길이 방향에 있어서의 부재(10)의 양단부(즉, 제1 모재(1a) 및 제2 모재(1b) 각각의 단부)가 상방향(도면의 상방향)으로 이동하도록, 부재(10)에 대해 굽힘 하중을 부여한다. 바꾸어 말하면, 부재(10)의 절결부(20c)가 닫히는 방향(즉, CTOD 시험에 있어서의 시험편의 굽힘 방향과는 역의 방향)으로, 부재(10)에 대해 굽힘 하중을 부여한다. 이것에 의해, 피로 예균열을 형성하는 개소(절결부(20c)의 선단보다 아래의 부분)에 압축의 소성 변형을 부여할 수 있다. 그리고, 절결부(20c)가 닫히는 방향으로 부재(10)가 굽혀질수록, 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)의 간격이 좁아진다. 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)가 접촉하면, 제1 도전성 부재(50a), 제2 도전성 부재(50b) 및 도전 케이블(80a, 80b)을 포함하는 회로가 통전되기 때문에, 검지기(전류계)가 전류를 검지한다. 즉, 본 실시 형태에서는, 제1 도전성 부재(50a)와 제2 도전성 부재(50b) 사이에서 전류가 흐르는 것을, 검지기에 의해 검지할 수 있다. 따라서, 작업자는, 검지기에 의한 상기 전류의 검지에 의거하여, 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)가 접촉한 것을 파악하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 작업자는, 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)의 접촉이 검지기에 의해 전기적으로 확인된 시점에서, 부재(10)에 부여되어 있는 역굽힘 하중을 제하하면 된다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 제1 도전성 부재(50a)와 제2 도전성 부재(50b)가 접촉했는지 아닌지의 판단이, 작업자의 감각에 맡겨지는 일은 없다. 이것에 의해, 작업자는, 소정의 역굽힘량(역굽힘 전의 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)의 간격에 대응하는 굽힘량)이 부재(10)에 부여된 시점을 정밀도 있게 파악할 수 있으며, 또한 적절한 타이밍에 역굽힘 처리를 멈출 수 있다. 그 결과, 부재(10)에 소정의 소성 변형을 부여하여, 용접에 의한 잔류 응력을 적절히 제거할 수 있다.
그리고, 도 9에 나타내는 바와 같이, 상기의 역굽힘 처리를 실시한 후에, 절결부(20c)의 선단에, 피로 예균열(20d)을 형성하고, CTOD 시험편(30)을 얻는다. 이 때문에, 본 실시 형태에 따른 CTOD 시험편의 제작 방법에 의해 얻어진 CTOD 시험편은, 용접에 의한 잔류 응력이 적절히 제거되어 있다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 제작 방법에 의해 얻어진 CTOD 시험편을 이용함으로써, 고정밀의 CTOD 시험을 행하는 것이 가능해진다.
2. 소성 변형 조정용 지그
본 실시 형태에 따른 CTOD 시험편의 제작 방법에 있어서는, 절결부를 가지는 직육면체의 부재에 피로 예균열을 형성하여 CTOD 시험편을 제작할 때에, 상기 피로 예균열의 형성 전에, 상기 부재에 대해 상기 절결부가 닫히는 방향으로 굽힘 하중을 부여하고, 그 후, 그 굽힘 하중을 제하함으로써 용접 잔류 응력을 제거하는 공정이 실시된다. 즉, 역굽힘 처리 공정이 실시된다. 이 역굽힘 처리 공정에 있어서, 도 4 및 도 5에 나타내는, 소성 변형 조정용 지그(200)가 이용된다. 소성 변형 조정용 지그(200)는, 도전성 재료로 이루어지는 본체부(제1 도전성 부재, 제2 도전성 부재)(50a, 50b)와, 본체부(50a, 50b)를 외부 전극에 전기적으로 접속하기 위한 도전 케이블(80a, 80b)과, 본체부(50a, 50b)를 부재(10)에 고정하는 볼트(절연 나사)(70a, 70b)를 구비한다. 본체부(50a, 50b)의 중앙부에는, 볼트(절연 나사)(70a, 70b)를 삽입 통과하기 위한 관통 구멍(51a, 51b)이 형성되어 있다. 상기 본체부(50a)는, 부재(10)의 절결부(20c)의 상기 한쪽측의 가장자리부를 포함하는 표면(20a)의 상방에 배치된 상태로 부재(10)에 고정되고, 본체부(50b)는, 부재(10)의 절결부(20c)의 상기 다른쪽측의 가장자리부를 포함하는 표면(20b)의 상방에 배치된 상태로 부재(10)에 고정된다.
그리고, 도 5에 나타내는 바와 같이, 관통 구멍(51a, 51b)은, 대략 직사각형 상태를 나타내고 있다. 관통 구멍(51a, 51b) 각각의 단변의 길이(부재(10)의 두께 방향(도 3에 있어서 두께(B)의 화살표가 나타내는 방향)의 길이)는, 볼트(절연 나사)(70a, 70b)의 머리부의 외측 가장자리에 내접하는 원의 직경보다 작고, 나사부의 외경보다 크다. 이와 같은 구성에 의해, 본체부(50a, 50b)에 있어서의 볼트(절연 나사)(70a, 70b)의 고정 위치를 변경할 수 있다. 이 때문에, 제1 도전성 부재(50a) 및 제2 도전성 부재(50b)의 간격을 용이하게 조정할 수 있다.
본 발명에 의하면, 용접 이음매의 CTOD 시험편을 고정밀도이며 저비용으로 제작할 수 있다.
1: 시험편 1a: 모재(제1 모재)
1b: 모재(제2 모재) 1c: 용접부
2: 절결부 2a: 선단부
2b: 선단 3: 피로 예균열
4a, 4b: 지지 부재 10: 부재(직육면체의 부재)
20a: 절결부의 한쪽의 가장자리부를 포함하는 부재의 표면
20c: 절결부
20b: 절결부의 다른쪽의 가장자리부를 포함하는 부재의 표면
20d: 피로 예균열 30: CTOD 시험편
50a: 제1 도전성 부재 50b: 제2 도전성 부재
51a, 51b: 관통 구멍 60a, 60b: 절연 시트
70a, 70b: 볼트(절연 나사) 80a, 80b: 도전 케이블
90a, 90b: 접착제 100a, 100b: 나이프 엣지
110a, 110b: 나이프 엣지 고정용 나사 200: 소성 변형 조정용 지그

Claims (6)

  1. 제1 모재, 용접부 및 제2 모재를 가지는 이음매 강재로부터 CTOD 시험 방법에 제공하는 시험편을 제작하는 방법으로서,
    (1) 상기 이음매 강재를 절삭하여, 상기 제1 모재, 상기 용접부 및 상기 제2 모재가 길이 방향으로 늘어서도록 배치된 직육면체의 부재를 얻는 공정,
    (2) 상기 부재의 상기 길이 방향의 중앙부에, 상기 용접부의 일부를 절삭하여, 슬릿형의 절결부를 설치하는 공정,
    (3) 상기 길이 방향에 있어서의 상기 절결부의 한쪽측의 가장자리부를 포함하는 상기 부재의 표면의 상방에 제1 도전성 부재를 배치하고, 상기 길이 방향에 있어서의 상기 절결부의 다른쪽측의 가장자리부를 포함하는 상기 부재의 표면의 상방에 제2 도전성 부재를 배치하고, 상기 길이 방향에 있어서의 상기 제1 도전성 부재와 상기 제2 도전성 부재의 간격이 소정의 간격이 되도록 상기 제1 도전성 부재 및 제2 도전성 부재를 상기 부재에 절연한 상태로 고정하는 공정,
    (4) 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재를 각각 외부 전원에 전기적으로 접속하는 공정,
    (5) 상기 부재에 상기 절결부가 닫히는 방향으로 굽힘 하중을 부여하는 공정,
    (6) 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재의 접촉이 전기적으로 확인된 시점에서 상기 하중을 제하(除荷)하는 공정, 및,
    (7) 상기 절결부의 선단에 피로 예균열(fatigue precrack)을 형성하는 공정을 구비하는, CTOD 시험편의 제작 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 (3)의 공정에 있어서,
    상기 부재와의 사이에 절연 시트를 개재시킨 상태로, 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재를 상기 부재에 고정하는, CTOD 시험편의 제작 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 (3) 및 (4)의 공정에 있어서,
    상기 절연 시트와, 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재에, 외부 전극에 전기적으로 접속된 도전 케이블을 접촉시킨 상태로, 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재를 상기 부재에 고정하는, CTOD 시험편의 제작 방법.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 (3)의 공정에 있어서,
    절연 나사에 의해, 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재를 상기 부재에 고정하는, CTOD 시험편의 제작 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 (3)의 공정에 있어서,
    상기 부재에 형성된 나이프 엣지 고정용 나사의 나사 구멍을 상기 절연 나사의 나사 구멍으로서 이용하는, CTOD 시험편의 제작 방법.
  6. 절결부를 가지는 직육면체의 부재에 피로 예균열을 형성하여 CTOD 시험편을 제작할 때에, 상기 피로 예균열의 형성 전에, 상기 부재에 대해 상기 절결부가 닫히는 방향으로 굽힘 하중을 부여하고, 그 후, 그 굽힘 하중을 제하함으로써 용접 잔류 응력을 제거하는 공정에 있어서, 상기 부재에 부착되어 이용되는, 소성 변형 조정용 지그로서,
    도전성 재료로 이루어지는 한 쌍의 본체부와,
    상기 한 쌍의 본체부를 외부 전극에 전기적으로 접속하기 위한 도전 케이블을 구비하고,
    상기 한 쌍의 본체부는 각각, 그 중앙부에, 상기 본체부를 상기 부재에 고정하기 위한 나사가 삽입 통과되는 관통 구멍을 가지는, 소성 변형 조정용 지그.
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