KR20190087625A - 응력 보호된 홈 용접을 갖는 구조물 및 이를 형성하는 구조 부재 - Google Patents

응력 보호된 홈 용접을 갖는 구조물 및 이를 형성하는 구조 부재 Download PDF

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Abstract

구조 부재(10)가 개시된다. 구조 부재(10)는, 제1 표면(16), 제2 표면(18), 및 구조 부재(10)의 단부(20)에서의 단면(42)을 갖는 몸체(40)를 포함한다. 구조 부재(10)의 단부(20)는 루트 돌출부(22)를 포함하고, 루트 돌출부(22)는 루트 돌출부 반경을 따라 구조 부재(10)의 제2 표면(18)으로부터 반경방향의 외측으로 루트 돌출부(22)의 외단(82)까지 연장되어 구조 부재(10)의 제2 표면(18)으로부터 루트 돌출부(22)의 외단(82)까지 연장되는 루트 돌출부 높이를 획정한다. 루트 돌출부(22)는 루트 돌출부(22)의 외단(82)의 내측 에지(184)와 외측 에지(80) 사이에서 연장되는 루트 돌출부 폭을 더 포함한다. 루트 돌출부 반경, 루트 돌출부 높이, 및 루트 돌출부 폭은 구조 부재(10)의 몸체(40)를 통해 전파되는 루트 응력 흐름 경로(200)를 넘어서 그로부터 멀어지게 격리된 응력 보호된 용접 루트 영역(160)을 획정하도록 구성된다.

Description

응력 보호된 홈 용접을 갖는 구조물 및 이를 형성하는 구조 부재
본 개시는 일반적으로 응력 보호된 홈 용접에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 응력 보호된 홈 용접을 갖는 구조물을 형성하는 구조 부재에 관한 것이다.
홈 용접은 구조 부재를 결합하여 다양한 다수의 상이한 유형의 구조물의 하나 이상의 용접물(weldment)을 형성하는 데 사용될 수 있다. 특히, 홈 용접은, 2개의 구조 부재 또는 다른 금속 구성요소가 가열된 충전재에 의해 적어도 부분적으로 제공될 수 있는 상호 열 접합 변형의 결과로서 인접 및/또는 합치하는 에지 또는 표면의 첨부에 의해 함께 결합되는 수단일 수 있다. 홈 용접의 내부의 적어도 일부는, 홈 용접 및 구조 부재의 최상부 또는 "토(toe)" 및 최하부 또는 "루트(root)"에서 포함하는, 구조 부재 또는 다른 금속 구성요소의 기존의 모재의 인접하는 표면 및 에지와 계합하여 열 접합할 수 있는 충전재로 구성될 수 있다.
홈 용접은 구조 부재가 결합되어 다양한 다수의 상이한 유형의 구조물을 형성하는 효과적인 수단으로서 광범위하게 사용될 수 있지만, 전형적인 종래의 홈 용접은 나중에 피로 또는 파괴에 민감할 수 있다. 예를 들어, 용접된 구조물은 용접 및 구조 부재 상에 응력을 생성하는 장력 또는 굽힘력(bending force)을 부분적으로 포함할 수 있는 반복 하중, 힘 및/또는 응력을 받을 수 있다. 하중, 힘, 및/또는 응력이 구조물 및 홈 용접에 인가되면, 홈 용접의 일부분, 예를 들어 그의 루트 및/또는 토는 그에 인가된 하중, 힘, 및/또는 응력을 흡수하고 견디는 것이 불가능할 수 있고, 따라서 피로 또는 파괴에 특히 민감할 수 있다.
발명의 명칭이 "용접부 구조 및 용접 방법(Welding Portion Constitution and Welding Method)"인 미국 특허 제7,374,823호는 용접 비드에 의해 결합되는 경사부를 갖는 제1 및 제2 부재를 포함하는 용접 조립체를 개시하고 있다. 그러나, 용접 루트 및/또는 용접 토가 여전히 높은 응력을 받기 때문에 홈 용접 조인트의 파괴는 당해 분야에서 계속해서 문제가 되고 있다.
본 개시는 전술한 결점 및 단점 중 하나 이상을 해결하는 것에 관한 것이다.
본 개시의 일 양태에서는, 구조 부재가 개시된다. 구조 부재는, 제1 표면, 제2 표면, 및 구조 부재의 단부(end portion)에서의 단면(end surface)을 갖는 몸체를 포함한다. 구조 부재의 단부는 루트 돌출부를 포함하고, 루트 돌출부는 루트 돌출부 반경을 따라 구조 부재의 제2 표면으로부터 반경방향의 외측으로 루트 돌출부의 외단(outer end)까지 연장되어 구조 부재의 제2 표면으로부터 루트 돌출부의 외단까지 연장되는 루트 돌출부 높이를 획정한다. 루트 돌출부는 루트 돌출부의 외단의 내측 에지와 외측 에지 사이에서 연장되는 루트 돌출부 폭을 더 포함한다. 루트 돌출부 반경, 루트 돌출부 높이, 루트 돌출부 폭은 구조 부재의 몸체를 통해 전파되는 루트 응력 흐름 경로를 넘어서 그로부터 멀어지게 격리된 응력 보호된 용접 루트 영역을 획정하도록 구성된다.
본 개시의 다른 양태에서는, 구조물이 개시된다. 구조물은 적어도 하나의 홈 용접에 의해 결합된 적어도 2개의 구조 부재를 포함한다. 적어도 2개의 개별 구조 부재는 제1 구조 부재 및 제2 구조 부재를 포함한다. 제1 구조 부재 및 제2 구조 부재 각각은, 제1 표면, 제2 표면, 및 단부에서의 단면을 갖는 몸체를 포함한다. 단부는 루트 돌출부를 포함하고, 루트 돌출부는 루트 돌출부 반경을 따라 제2 표면으로부터 반경방향의 외측으로 루트 돌출부의 외단까지 연장되어 제2 표면으로부터 루트 돌출부의 외단까지 연장되는 루트 돌출부 높이를 획정한다. 루트 돌출부는 루트 돌출부의 외단의 내측 에지와 외측 에지 사이에서 연장되는 루트 돌출부 폭을 포함한다. 제1 구조 부재의 루트 돌출부 및 제2 구조 부재의 루트 돌출부의 루트 돌출부 반경, 루트 돌출부 높이, 및 루트 돌출부 폭은, 피로 파괴가 용접 루트에서 발생하지 않도록 제1 구조 부재의 본체 및 제2 구조 부재의 몸체를 통해 전파되는 루트 응력 흐름 경로를 넘어서 그로부터 멀어지게 격리된 무시 가능한 루트 응력 집중 구역에 대응하는 응력 보호된 용접 루트 영역 내에 용접 루트를 배치하도록 구성된다.
본 개시의 또 다른 양태에서는, 구조물이 개시된다. 구조물은 적어도 하나의 홈 용접에 의해 결합된 적어도 2개의 구조 부재를 포함한다. 적어도 2개의 개별 구조 부재는 제1 구조 부재 및 제2 구조 부재를 포함한다. 제1 구조 부재 및 제2 구조 부재 각각은, 제1 표면, 제2 표면, 및 단부에서의 단면을 갖는 몸체를 포함한다. 단부는 토 돌출부를 포함하고, 토 돌출부는 토 돌출부 반경을 따라 제1 표면으로부터 반경방향의 외측으로 토 돌출부의 외단까지 연장되어 제2 표면으로부터 토 돌출부의 외단까지 연장되는 토 돌출부 높이를 획정한다. 토 돌출부는 토 돌출부의 외단의 내측 에지와 외측 에지 사이에서 연장되는 토 돌출부 폭을 포함한다. 제1 구조 부재의 토 돌출부 및 제2 구조 부재의 토 돌출부의 토 돌출부 반경, 토 돌출부 높이, 및 토 돌출부 폭은, 피로 파괴가 용접 토에서 발생하지 않도록 제1 구조 부재의 몸체 및 제2 구조 부재의 몸체를 통해 전파되는 토 응력 흐름 경로를 넘어서 그로부터 멀어지게 격리된 무시 가능한 토 응력 집중 구역에 대응하는 응력 보호된 용접 토 영역 내에 용접 토를 배치하도록 구성된다.
도 1은 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 구조 부재의 측면도이다.
도 2는 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 홈 용접에 의해 결합된 구조 부재에 의해 형성된 구조물의 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 홈 용접에 의해 결합된 구조 부재에 의해 형성된 구조물의 확대 측면도이다.
도 4는 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 홈 용접에 의해 결합된 구조 부재에 의해 형성된 구조물의 측면도이다.
도 5는 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 홈 용접에 의해 결합된 구조 부재에 의해 형성된 구조물의 측면도이다.
도 6은 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 홈 용접에 의해 결합된 구조 부재에 의해 형성된 구조물의 측면도이다.
도 7은 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 홈 용접에 의해 결합된 구조 부재에 의해 형성된 구조물의 측면도이다.
도 8은 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 홈 용접에 의해 결합된 구조 부재에 의해 형성된 구조물의 측면도이다.
도 9는 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 홈 용접에 의해 결합된 구조 부재에 의해 형성된 구조물의 측면도이다.
도 10은 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 홈 용접에 의해 결합된 구조 부재에 의해 형성된 구조물의 측면도이다.
도 11은 도 10에 도시된 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 구조 부재를 제조하는 방법을 도시하는 측면도이다.
도 12는 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 홈 용접에 의해 결합된 구조 부재에 의해 형성된 구조물의 측면도이다.
도 13은 본 개시에 따른 구조물에 인가된 인장 응력의 결과로서 홈 용접에 의해 결합된 구조 부재에 의해 형성된 구조물 내에 형성된 응력 영역을 도시하는 응력 시뮬레이션 분석의 개략도이다.
도 14는 본 개시에 따른 구조물에 인가된 굽힘 응력(bending stress)의 결과로서 홈 용접에 의해 결합된 구조 부재에 의해 형성된 구조물 내에 형성된 응력 영역을 도시하는 응력 시뮬레이션 분석의 개략도이다.
도 15는 본 개시에 따른 루트 응력, 돌출부 높이, 돌출부 폭, 및 돌출부 반경 간의 관계를 도시하는 4차원 그래픽 표현이다.
도 16은 본 개시에 따른 구조물에 인가된 인장 응력의 결과로서 홈 용접에 의해 결합된 구조 부재에 의해 형성된 구조물 내에 형성된 응력 영역을 도시하는 응력 시뮬레이션 분석의 개략도이다.
도 17은 본 개시에 따른 제1 방향으로 구조물에 인가된 굽힘 응력의 결과로서 홈 용접에 의해 결합된 구조 부재에 의해 형성된 구조물 내에 형성된 응력 영역을 도시하는 응력 시뮬레이션 분석의 개략도이다.
도 18은 본 개시에 따른 제2 방향으로 구조물에 인가된 굽힘 응력의 결과로서 홈 용접에 의해 결합된 구조 부재에 의해 형성된 구조물 내에 형성된 응력 영역을 도시하는 응력 시뮬레이션 분석의 개략도이다.
도 19는 본 개시에 따라 구조물이 합체될 수 있는 다양한 구조물의 개략도이다.
도 20은 본 개시에 따른 적어도 하나의 홈 용접에 의해 결합된 2개 이상의 구조 부재를 포함하는 구조물을 포함하는 붐 구조물(boom structure)로서 도시된 적어도 하나의 홈 용접을 갖는 예시적인 전체 구조물의 사시도이다.
도 21은 본 개시에 따른 적어도 하나의 홈 용접에 의해 결합된 2개 이상의 구조 부재를 포함하는 구조물을 포함하는 유압 실린더로서 도시된 적어도 하나의 홈 용접을 갖는 예시적인 전체 구조물의 단면도이다.
이하의 상세한 설명은 특정의 예시적인 구현예에 대하여 제공되지만, 이러한 구현예는 한정하는 것으로 해석되는 것이 아니라, 오히려 본 개시는 모든 구현예, 수정, 대체 구성, 및 이들의 등가물과 동일한 보호의 범위를 가질 것임을 이해해야 한다.
본 개시는 본 명세서에 개시된 구현예 중 임의의 하나 이상에 따른 적어도 하나의 홈 용접에 의해 결합된 적어도 2개의 구조 부재(5)로 구성된 임의의 구조물(1)에 관한 것이다. 특정 구현예에서 구조물(1)은 개시된 구현예 각각의 구조 부재(10, 12) 및 홈 용접의 특징의 예시적인 설명을 제공할 목적으로 제1 구조 부재(10) 및 제2 구조 부재(12)를 포함하는 것으로서 설명되고 도시될 수 있지만, 구조물(1)은 다수의 홈 용접에 의해 결합되고 본 명세서에 개시된 바와 같은 구현예 중 임의의 하나 이상에 따른 보호된 기하학적 구조 및 특징 중 임의의 하나 이상을 포함하는 다수의 구조 부재(5)(예를 들어, 제3, 제4, 제5 구조 부재 등)를 포함할 수 있음이 이해될 것이다. 이제 특정 구현예 또는 특징에 대하여 상세하게 참조될 것이고, 이들 예는 첨부 도면에 도시되어 있다. 일반적으로, 대응하는 또는 유사한 참조 번호가 가능하다면, 도면에 걸쳐서 동일 또는 대응 부분을 지칭하기 위해 사용될 것이다. 도면에 포함되고 본 명세서에서 설명되는 개략도 내의 요소는 치수에 따라 또는 축척대로 도시되지 않을 수 있고, 오히려 본 개시의 다른 양태를 예시하기 위해 도시될 수 있다.
이제 도면을 참조하면, 구조 부재(5) 또는 제1 구조 부재(10)가 도시되어 있다. 제1 구조 부재(10)는, 본 명세서에 더욱 개시된 바와 같이, 용접물 및 결과적인 구조물(1), 또는 그의 임의의 부분을 형성하기 위해 홈 용접(14)에 의해 다른 구조 부재(5) 또는 제2 구조 부재(12)에 결합되도록 구성되는 임의의 구조 부재(5)일 수 있다. 이와 같이, 제1 및 제2 구조 부재(10 및 12)(및 본 명세서에 더욱 개시된 바와 같이, 이들의 각각의 본체(40, 240))를 부분적으로 포함하는, 본 명세서에 개시된 구조 부재(5) 각각은 본 명세서에 개시된 바와 같이 홈 용접(14)을 통해 결합될 수 있는 철, 강, 알루미늄, 또는 임의의 금속 또는 이들의 임의의 합금을 포함하지만 이에 한정되지 않는 금속으로 구성된다. 본 개시의 목적을 위해, 용어 "용접(welding)(또는 "용접(weld)")은, 2개의 구조 부재(10, 12) 또는 다른 금속 구성요소가 이들 간의 상호 열, 마찰, 또는 임의의 다른 유형의 접합 변형의 결과로서 인접 및/또는 합치하는 에지 또는 표면의 첨부에 의해 함께 결합되는 임의의 공정 또는 그의 결과를 포함한다. 홈 용접(14)은, 차폐 금속 아크 용접, 가스 텅스텐 아크 용접 또는 텅스텐 불활성 가스 용접, 가스 금속 아크 용접 또는 금속 불활성 가스 용접, 플럭스-코어드 아크 용접(flux-cored arc welding), 서브머지드 아크 용접(submerged arc welding), 일렉트로슬래그 용접(electroslag welding) 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않으며, 또한 클래딩, 브레이징, 납땜, 마찰 교반 용접(friction stir welding), 레이저 용접, 및 하이브리드 레이저 아크 용접을 포함할 수 있다. 구조 부재(5, 10, 12)(및 본 명세서에 더욱 개시된 바와 같이, 그의 본체(41, 241))는, 본 명세서에 개시된 바와 같은 구조물(1) 및/또는 전체 구조물(1000) 중 하나 이상을 포함하지만 이에 한정되지 않는 임의의 적합한 또는 원하는 구조물을 형성하기 위해 필요에 따라 다양한 형상, 윤곽, 프로파일, 본체, 물체, 구조물, 또는 이들의 임의의 조합 또는 조합들 중 어느 것을 구현하거나 포함하도록 형성될 수 있다. 특히, 구조 부재(5, 10, 12)(및 본 명세서에 더욱 개시된 바와 같이, 이들의 본체(41, 241))는 플레이트를 획정하기 위해 평면형일 수 있다. 대안적으로, 구조 부재(5, 10, 12)(및 본 명세서에 더욱 개시된 바와 같이, 이들의 본체(41, 241))는 윤곽 형상 또는 프로파일을 포함할 수 있고, 구조 부재(5, 10, 12)(및 이들의 본체(41, 241))의 윤곽 형상 또는 프로파일의 전부 또는 일부는 윤곽 구조 부재, 패널, 및/또는 플레이트(예를 들어, 도 20에 나타낸 바와 같은 구조 패널 또는 플레이트 부재(3110 및 3112) 등)를 형성하기 위해 평면형, 아치형, 원통형, 오목형, 볼록형, 및 만곡형 형상(및 이들의 다양한 조합 중 임의의 것) 중 임의의 하나 이상일 수 있고 및/또는 이를 포함할 수 있다. 또 다른 비한정적인 예에서, 구조 부재(5, 10, 12)(및 이들의 본체(41, 241))는 튜브형일 수 있고, 원통형이거나 만곡되어 원통형 튜브를 형성할 수 있거나, 또는 비원통형 튜브를 형성할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 홈 용접(14)에 의해 결합된, 제1 구조 부재(10) 및 제2 구조 부재(12)로서 도시된, 2개 이상의 구조 부재(5)에 의해 형성된 구조물(1)의 구현예를 도시한다. 도 2 및 도 3에 나타낸 예시적인 구현예에서, 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)는 대응하여 등가의 대향 정렬된 배향, 기하학적 구조 및 특징을 포함한다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 제1 구조 부재(10) 및/또는 제2 구조 부재(12)로서 도시된 구조 부재(5)는 도 4 내지 도 11에 도시된 구현예에서 설명되는 것을 포함한, 상이한 및/또는 추가 배향, 기하학적 구조 및 특징을 가질 수 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 구조 부재(10)는, 제1 표면(16), 제2 표면(18), 및 루트 돌출부(22)를 포함하는 적어도 하나의 단부(20)를 포함하고, 마찬가지로 제2 구조 부재(12)는, 제1 표면(76), 제2 표면(78), 및 루트 돌출부(32)를 포함하는 적어도 하나의 단부(30)를 포함한다. 단부(20, 30) 및 루트 돌출부(22, 32)는, 구조물(1)을 형성하기 위해서 대향하는 제2 또는 제1 구조 부재(12, 10)(또는 본 개시에 따른 임의의 루트 돌출부를 부분적으로 포함하는 임의의 다른 구조 부재(5))의 인접하고, 대응하며, 대향하는 단부(30, 20) 및 루트 돌출부(32, 22)에 홈 용접(14)을 통해 결합되도록 구성되는 제1 구조 부재(10) 및 제2 구조 부재(12)의 임의의 하나 이상의 외측 에지, 측면, 연장부, 또는 경계 각각에서 포함된다. 제1 표면(16, 76)은 제1 구조 부재(10) 및 제2 구조 부재(12) 및 결과적인 구조물(1)의 외면 또는 상면을 획정할 수 있다. 제2 표면(18, 78)은 제1 구조 부재(10) 및 제2 구조 부재(12) 및 결과적인 구조물(1)의 내면 또는 하면을 획정할 수 있다. 대안으로, 제1 표면(16, 76)은 제1 구조 부재(10) 및 제2 구조 부재(12) 및 결과적인 구조물(1)의 내면 또는 하면을 획정할 수 있고, 제2 표면(18, 78)은 구조물(1)의 형성물을 포함하지만 이에 한정되지 않는, 구조물(1)에 수반되는 유형, 사용, 용도, 제약, 또는 다른 고려 사항에 따라 제1 구조 부재(10) 및 제2 구조 부재(12) 및 결과적인 구조물(1)의 외면 또는 상면을 획정할 수 있다. 이와 같이, 상대적인 용어 "위", "외부", "상부", "상승된", "아래", "하부", "하강된", 또는 "내부"가 사용될 수 있지만, 이러한 용어는 도시된 도면의 배향에 관하여 본 명세서에서의 개시의 다양한 특징을 식별하고 개시할 목적으로 배타적으로 사용되지만, 도시된 도면과 다를 수 있는 배향을 배제하는 것으로 본 개시의 범위를 한정하는 것으로 해석되지 않아야 하지만, 모든 다른 측면에서는 동등하다.
제1 구조 부재(10) 및 제2 구조 부재(12)는 각각 몸체(40, 240)를 포함하며, 몸체(40, 240)는 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 조성 및 특징을 형성 및 획정할 수 있다. 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 본체(40, 240)는, 본 개시의 목적을 위해, 결과적인 홈 용접(14), 및 충전재(52)를 부분적으로 포함하는, 홈 용접(14)을 형성하는 재료 또는 재료들보다 더 강하고, 더 내구성이 있거나, 그렇지 않으면 응력, 피로, 및/또는 파괴에 더 내성이 있을 수 있는 "모재"로서 획정될 수 있는 (상기에서 개시된 바와 같이) 홈 용접(14)을 통해 결합될 수 있는 임의의 금속 또는 그의 임의의 합금으로 구성 및 형성될 수 있다. 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 각각의 본체(40, 240)는 루트 돌출부(22, 32)(뿐만 아니라 토 돌출부(23, 33))를 포함할 수 있는 이들의 전체 본체로서 획정될 수 있어, 루트 돌출부(22, 32)(뿐만 아니라 토 돌출부(23, 33))는 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 각각의 전체 본체(40, 240)의 구성요소일 수 있고 이들과 일체형인 것으로서 포함될 수 있고, 본 명세서에서 더욱 설명되는 바와 같이, 동일한 모재에 의해 형성될 수 있거나 그렇지 않으면 그의 동일한 단일체의 일체형 부분으로서 형성 또는 포함될 수 있다. 제1 구조 부재(10)의 몸체(40) 및 제2 구조 부재(12)의 몸체(240)는 또한, 모재로 전체적으로 형성되고 그의 특징의 전부를 포함하는 제1 구조 부재(10)의 전체 몸체(40) 및 제2 구조 부재(12)의 전체 몸체(240)의 주요부로서 획정될 수 있는 본체(41) 및 본체(241)를 각각 포함할 수 있고, 루트 돌출부(22, 32)(뿐만 아니라 토 돌출부(23, 33))를 포함하지 않는다. 제1 구조 부재(10)의 본체(41), 및 일 구현예에서는, 그의 단부(20)는 제1 표면(16)으로부터 제2 표면(18)까지 연장되는 두께(T1)를 포함한다. 제2 구조 부재(12)의 본체(241), 및 일 구현예에서는, 그의 단부(30)는 제1 표면(76)으로부터 제2 표면(78)까지 연장되는 두께(T2)를 포함한다. 제1 구조 부재(10)의 단부(20)는, 제1 구조 부재(10(및 그의 본체(41))의 외측 에지, 측면, 연장부, 또는 경계를 획정하는 제1 표면(16) 및 제2 표면(18)의 종단 또는 단부 또는 세그먼트에 의해 부분적으로 획정되고 이를 포함하며, 제2 구조 부재(12)의 단부(30)(마찬가지로, 제2 구조 부재(12)(및 그의 본체(241))의 외측 에지, 측면, 연장부, 또는 경계를 획정하는 제1 표면(76) 및 제2 표면(78)의 종단 또는 단부에 의해 획정되고 이를 포함함)에 인접하게 배치되고 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 홈 용접(14)을 통해 결합되도록 구성된다. 특히, 단부(20)는 제1 및 제2 표면(16, 18)의 일단 또는 종단부뿐만 아니라, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같은 홈 용접(14)을 통해 제2 구조 부재(12)에 결합될 제1 구조 부재(10)의 일단, 외측 에지, 연장부, 또는 경계를 획정하는 적어도 하나의 단면(42)을 포함한다. 마찬가지로, 제2 구조 부재(12)의 단부(30)는 제1 및 제2 표면(76, 78)의 일단 또는 종단부뿐만 아니라, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같은 홈 용접(14)을 통해 제1 구조 부재(10)에 결합될 제2 구조 부재(12)의 일단, 외측 에지, 연장부, 또는 경계를 획정하는 적어도 하나의 단면(112)을 포함한다. 이와 같이, 단면(42 및 112)은, 제1 구조 부재(10)가 홈 용접(14)을 통해 제2 구조 부재(12)에 결합 또는 첨부되도록, 충전재(52)를 포함하지만 이에 한정되지 않는 홈 용접(14)의 열 및 에너지를 통해 열 접합되고 변형되는 표면에 포함된다. 단면(42)은, 홈 용접(14)(도 2에 나타냄)에 근접하게 배향되고 제1 구조 부재(10)의 단부(20) 내에 위치되는 제1 구조 부재(10)(및 그의 본체(41))의 제1 표면(16)의 종단을 획정하는 제1 단(54)으로부터, 제2 표면(18)을 향하여 제2 표면(18) 아래에 또는 그를 넘어서 위치되는 제2 단(56)까지 연장된다. 마찬가지로, 제2 구조 부재(12)의 단면(112)은, 홈 용접(14)(도 2에 나타냄)에 근접하게 배향되고 제2 구조 부재(12)의 단부(30) 내에 위치되는 제2 구조 부재(12)(및 그의 본체(241))의 제1 표면(76)의 종단을 획정하는 제1 단(154)으로부터, 제2 표면(78)을 향하여 제2 구조 부재(12)의 제2 표면(78) 아래에 또는 그를 넘어서 위치되는 제2 단(106)까지 연장된다. 제1 구조 부재(10)의 단면(42) 및 제2 구조 부재(12)의 단면(112)은 일정한 각도로 선형으로 연장되는 단일 표면으로서 도 1 내지 도 3(뿐만아니라 추가 도면)에 각각 도시되어 있지만, 제1 구조 부재(10)의 단면(42) 및 제2 구조 부재(12)의 단면(112)은 추가로 만곡형, 아치형, 및/또는 부분적으로 오목형 및/또는 볼록형일 수 있거나, 또는 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 각각의 제1 단(54, 154)으로부터 각각의 제2 단(56, 106)까지 연장되는 다양한 만곡형, 아치형, 및/또는 부분적으로 오목형, 볼록형, 및/또는 선형 기하학적 구조 및/또는 각도의 다수의 세그먼트를 포함하고 이들에 의해 형성될 수 있다(또는 홈 용접(14)에 의해 결합되고 그의 충전재(52)를 수용하기에 충분한 임의의 다른 기하학적 구조 및/또는 추가 표면을 포함할 수 있다). 추가적으로, 도 1 내지 도 3(뿐만 아니라, 부분적으로 도 4 내지 도 12)의 구현예에 나타낸 바와 같은 표면(42, 112)의 각도는, 표면(42, 112) 중 하나 이상의 각도가, 예를 들어 용접 루트(72)의 중앙 수직 축(70)에 대하여 5도 이내(또는 그 미만) 정도로 좁은 비한정적인 예를 제공하기 위해 수직에 더 가까울 수 있거나, 또는 대안적으로 표면(42, 112) 중 하나 이상의 각도가 도시된 구현예 중 임의의 것에 나타낸 것보다 더 넓을 수 있거나, 또는 그의 임의의 다른 각도, 형상, 및/또는 배향이 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 본 명세서에 규정된 바와 같은 임의의 용접을 통해 제1 구조 부재(10)를 제2 구조 부재(12)에 결합하기 위해 적용되는 임의의 공정을 적용할 수 있으므로, 본 개시의 범위를 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
제1 구조 부재(10)의 단부(20)는 또한 제1 구조 부재(10)의 단부(20)에서의 제2 표면(18)을 넘어서 연장되고 그로부터 외측으로 돌출하는 루트 돌출부(22)를 포함한다. 루트 돌출부(22)는 제2 표면(18)을 넘어서 연장되는 단면(42)의 제2 단(56)에 근접하고 그를 포함하는 단면(42)의 일부분을 포함할 수 있고, 외측으로 연장되는 외부 루트 연장부 표면(62)을 추가로 포함하며, 홈 용접(14)에 근접하고 제1 구조 부재(10)의 단부(20) 내에 있는 제2 표면(18)(및 제1 구조 부재(10)의 본체(41))의 종단의 외부 선형 경계 아래에 또는 그를 넘어서 전체적으로 연장되는 것으로 위치되어, 루트 돌출부(22)는 본 명세서에서 더욱 설명되는 바와 같은 응력 보호된 용접 루트 영역(160)을 획정하고 그 안에 위치된다. 마찬가지로, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 제2 구조 부재(12)의 단부(30)는 또한 제2 구조 부재(12)의 단부(30)에서의 제2 표면(78)을 넘어서 연장되고 그로부터 외측으로 돌출하는 루트 돌출부(32)를 포함한다. 제2 구조 부재(12)의 루트 돌출부(32)는 제2 표면(78)을 넘어서 연장되는 단면(112)의 제2 단(106)에 근접하고 그를 포함하는 단면(112)의 일부분을 포함할 수 있고, 외측으로 연장되는 외부 루트 연장부 표면(68)을 추가로 포함하며, 홈 용접(14)에 근접하고 제2 구조 부재(12)의 단부(30) 내에 있는 제2 표면(78)(및 제2 구조 부재(12)의 본체(241))의 종단의 외부 선형 경계 아래에 또는 그를 넘어서 전체적으로 연장되는 것으로 위치되어, 루트 돌출부(32)는 본 명세서에서 더욱 설명되는 바와 같은 응력 보호된 용접 루트 영역(160)을 획정하고 그 내부에 위치된다.
제1 구조 부재(10)의 루트 연장부 표면(62)은 제1 구조 부재(10)의 본체(41)로부터 외측으로 멀어지게 대향하는 것으로 배향되고, 루트 연장부 표면(68)은 제2 구조 부재(12)의 본체(241)로부터 외측으로 멀어지게 대향하는 것으로 배향된다. 제1 구조 부재(10)의 루트 연장부 표면(62)은 루트 돌출부(22)의 외단(82)의 외측 에지(80)에서 종단하기 위해 제2 표면(18)에 의해 획정된 제1 구조 부재(10)의 본체(41)의 외부 또는 하부 경계로부터 더욱 외측으로, 그를 넘어서, 그로부터 멀어지게 단면(42)의 제2 단(56)으로부터 외측으로 연장될 수 있다. 마찬가지로, 제2 구조 부재(12)의 루트 연장부 표면(68)은 제2 구조 부재(12)의 루트 돌출부(32)의 외단(122)의 외측 에지(120)에서 종단하기 위해 제2 표면(78)에 의해 획정된 제2 구조 부재(12)의 본체(241)의 외부 또는 하부 경계로부터 더욱 외측으로, 그를 넘어서, 그로부터 멀어지게 단면(112)의 제2 단(106)으로부터 외측으로 연장될 수 있다. 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 루트 돌출부(22, 32)의 기하학적 구조 및 치수는, 제1 구조 부재(10)의 루트 연장부 표면(62)의 길이의 적어도 일부분이 제2 구조 부재(12)의 제2 루트 연장부 표면(68)의 적어도 일부분과 대향하게 배향되도록 구성되며, 도 2 및 도 3(뿐만 아니라 도 4 내지 도 12)에 나타낸 예시적인 구현예에서는, 용접 갭(230)에 의해, 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 단부(20, 30)가 서로 인접하게 배치되어 홈 용접(14)을 형성할 때, 용접 루트(72)가 제1 구조 부재(10)의 제2 표면(18) 및 제2 구조 부재(12)의 제2 표면(78)(또는 본 명세서에서 더욱 설명되는 바와 같이, 하부 또는 최외측(또는 용접 루트에 가장 근접한) 제2 표면(18 또는 78))(및 그들의 본체(41, 241))아래에 또는 그를 넘어서, 그로부터 외측으로 멀어지는 위치에 위치되는 제1 구조 부재(10)의 루트 연장부 표면(62) 및 제2 구조 부재(12)의 루트 연장부 표면(68)의 인접하게 대향하는 세그먼트들 사이에 배치되어(또는 그들로부터 외측으로 돌출하는 것으로 연장되어) 용접 루트(72)가 도 4 내지 도 10에 나타내고 도 13 내지 도 15를 참조하여 본 명세서에서 더욱 설명되는 바와 같이 응력 보호된 용접 루트 영역(160) 내에 위치되고 루트 응력 흐름 경로(200)를 넘어서 그로부터 멀어지게 격리되도록 구성된다. 도 1 내지 도 3에 나타낸 예시적인 구현예에서, 제1 구조 부재(10)의 루트 연장부 표면(62)(뿐만 아니라 제2 구조 부재(12)의 루트 연장부 표면(68))은 용접 루트(72)의 중앙 수직 축(70)에 대체로 평행할 수 있다. 도 1 내지 도 3에 나타낸 예시적인 구현예에 더욱 나타낸 바와 같이, 제1 구조 부재(10)(뿐만 아니라 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이 제2 구조 부재(12))의 루트 연장부 표면(62, 68)은 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이 제2 구조 부재(12)의 대응하는 제2 루트 연장부 표면(68)과 동일 평면 상에 있을 수 있다. 도 1 내지 도 3의 구현예에 나타낸 루트 연장부 표면(62, 68)은 또한 제1 구조 부재(10)의 몸체(40)의 단부(20)의 단면 프로파일(cross sectional profile)의 중앙 중간 축(60)에 수직인 것으로 나타나 있다. 루트 연장부 표면(62, 68)은 추가적으로 제1 구조 부재(10)의 제1 및 제2 표면(16, 18) 및 제2 구조 부재(12)의 제1 및 제2 표면(76, 78) 중 하나 이상에 수직일 수 있다. 그러나, 본 명세서에서 설명되는 것을 포함하는 다른 구현예에서, 루트 연장부 표면(62, 68) 중 하나 이상은 약간 각지거나 약간 만곡될 수 있고, 루트 연장부 표면(62, 68)이 단면(42, 112)의 제2 단(56, 106)으로부터 루트 돌출부(22, 32)의 외단면(82, 122)의 외측 에지(80, 120)까지 연장되므로 중앙 수직 축(70) 및 대향하는 루트 연장부 표면(62, 68)을 향하여 내측으로 각각 각도를 두고 또는 곡선을 따라 연장될 수 있다. 상기에서 언급된 것을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 다른 형상, 윤곽, 배향 등 중 임의의 것을 갖는 하나 이상의 개별 표면을 부분적으로 포함하는 도 1 내지 도 3에 나타낸 구현예들 사이에는 차이가 존재할 수 있지만, 본 명세서에서 더욱 설명되는 바와 같이, 루트 응력 흐름 경로(200)로부터 외측으로, 그를 넘어서, 그 아래에, 그로부터 멀어지게 응력 보호된 용접 루트 영역(160) 내에 용접 루트(72)를 획정, 형성, 배치, 및 격리하도록 구성된 반경(RPR), 루트 돌출부 높이(RPH), 및 폭(RPW)을 포함한 기하학적 구조 및 상대 치수를 갖는 것으로 돌출부(22, 32)를 획정 및/또는 형성하는 것도 여전히 본 개시의 범위 내에 속할 수 있음을 이해해야 한다.
루트 돌출부(22)의 외단(82)은 제2 표면(18)에 대하여 그로부터 멀어지게 연장되는 제1 구조 부재(10)의 루트 돌출부(22)의 최외측 경계를 획정할 수 있고, 루트 돌출부(32)의 외단(122)은 제2 표면(78)에 대하여 그로부터 멀어지게 연장되는 제2 구조 부재(12)의 루트 돌출부(32)의 최외측 경계를 획정할 수 있다. 외단(82, 122)은 또한 응력 보호된 용접 루트 영역(160) 내에 도 2 및 도 3뿐만 아니라 도 4 내지 도 10, 도 19 및 도 20에 더욱 나타낸 바와 같이(그리고 도 13 내지 도 15를 참조하여 본 명세서에서 더욱 설명되는 바와 같이) 용접 루트(72) 및 구조 부재(10, 12)의 단부를 따라 그들에 걸쳐서 연장되는 외측으로 연장되는 리브 또는 이음매(outwardly extending rib or a seam)를 획정할 수 있다.
본 명세서에서 더욱 설명되는 바와 같이, 루트 돌출부(22, 32)의 크기, 형상, 및/또는 치수 중 하나 이상은 각각의 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 루트 연장부 표면(62, 68) 반대편의 루트 돌출부(22, 32)의 측면 상에 배향된 루트 돌출부(22, 32)의 아치형 내면(178, 188)의 치수(및 일 구현예에서는, 그의 반경(RPR))에 의해 적어도 부분적으로 획정될 수 있다. 아치형 내면(178)은 제1 구조 부재(10)의 단부(20) 내에 위치되고, 루트 돌출부(22)가 제2 표면(18)으로부터 외측으로 루트 응력 흐름 경로(200)로부터 멀어지게 연장되는 전이 표면(transition surface)으로서 획정될 수 있다. 특히, 제1 구조 부재(10)의 루트 돌출부(22)의 아치형 내면(178)은, 반경(PR)을 따라, (도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이) 홈 용접(14)에 근접하게 배향되는 제2 표면(18)의 종단(뿐만 아니라 제1 구조 부재(10)의 본체(41)의 종단 및 외부 경계)를 획정하는 초기 반경방향 단부(180)로부터 반경방향의 외측으로, 루트 돌출부(22)의 외단(82)의 내측 에지(184)에 있거나, 그에 근접하고, 일 구현예에서는 그와 수직으로 정렬될 수 있는 아치형 내면(178)의 종단 반경방향 단부(182)까지 연장된다.
아치형 내면(178)이 연장되는 반경(RPR)은 아치형 내면(178)의 치수를 획정할 수 있고, 또한 루트 돌출부(22) 및 그의 외단(82)의 단면 폭(cross sectional width)(RPW)을 부분적으로 획정할 수 있다. 제2 구조 부재(12)의 아치형 내면(188)은 제2 구조 부재(12)의 단부(30) 내에 위치되고, 루트 돌출부(32)가 제2 표면(78)으로부터 외측으로 루트 응력 흐름 경로(200)로부터 멀어지게 연장되는 전이 표면으로서 획정될 수 있다. 특히, 제2 구조 부재(12)의 루트 돌출부(32)의 아치형 내면(188)은, 반경(RPR)을 따라, (도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이) 홈 용접(14)에 근접하게 배향되는 제2 표면(78)의 종단(뿐만 아니라 제1 구조 부재(10)의 본체(41)의 종단 및 외부 경계)을 획정하는 초기 반경방향 단부(196)로부터 반경방향의 외측으로, 제2 구조 부재(12)의 루트 돌출부(32)의 외단(122)의 내측 에지(194)에 있거나, 그에 근접하고, 일 구현예에서는 그와 수직으로 정렬될 수 있는 아치형 내면(188)의 종단 반경방향 단부(192)까지 연장된다. 단면 폭(RPW)은, 각각 외단(82, 122)의 루트 연장부 표면(62, 68) 및/또는 외단(82, 122)의 외측 에지(80, 120) 중 하나 이상과; 아치형 내면(178, 188)의 종단 반경방향 단부(182, 192) 및/또는 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 각각의 돌출부(22, 32)의 외단(82, 122)의 내측 에지(184, 194) 사이의 수평 선형 거리로서 획정될 수 있다. 일 구현예에서, 제1 구조 부재(10)의 루트 돌출부(22)의 아치형 내면(178)의 반경(RPR) 및 제2 구조 부재(12)의 루트 돌출부(32)의 아치형 내면(188)의 반경(RPR)은 실질적으로 일정할 수 있거나, 또는 대안적으로는 가변적일 수 있다. 제1 구조 부재(10)의 루트 돌출부(22)의 아치형 내면(178)의 치수(및 일 실시 형태에서는, 그의 반경(RPR))는 또한, 루트 돌출부(22)가 제2 표면(18)에 의해 획정된 제1 구조 부재(10)(및 그의 본체(41))의 외부 경계로부터 외측으로 그를 넘어서 연장되는 선형 거리인 루트 돌출부 높이(RPH)를 부분적으로 획정할 수 있다. 이것은 아치형 내면(178)의 초기 반경방향 단부(180)(및/또는 제2 표면(18)의 종단)로부터 외측으로 루트 돌출부(22)의 외단(82)까지 선형 및 수직으로 연장되는 거리로서 획정된다. 제2 구조 부재(12)의 루트 돌출부(32)의 아치형 내면(188)의 치수(및 일 실시 형태에서는, 그의 반경(RPR))는 또한, 루트 돌출부(32)가 제2 표면(78)에 의해 획정된 제2 구조 부재(12)(및 그의 본체(241))의 외부 경계로부터 외측으로 그를 넘어서 연장되는 선형 거리인 제2 구조 부재(12)의 루트 돌출부 높이(RPH)를 부분적으로 획정할 수 있다. 이것은 아치형 내면(188)의 초기 반경방향 단부(196)(및/또는 제2 표면(78)의 종단)로부터 외측으로 제2 구조 부재(12)의 루트 돌출부(32)의 외단(122)까지 선형 및 수직으로 연장되는 거리로서 획정된다.
제1 구조 부재(10) 및 제2 구조 부재(12)를 통해 전파되는 루트 응력 흐름 경로(200)의 축방향 인장 및 굽힘 하중 경로 및 응력 집중이 도 3 내지 도 10에 도시되어 있다. 본 명세서에서 더욱 설명되고, 도 13 내지 도 18에 도시되는 바와 같이, 각각 아치형 내면(178, 188)의 반경(RPR), 루트 돌출부 높이(RPH), 및 제1 구조 부재(10)의 루트 돌출부(22) 및 제2 구조 부재(12)의 루트 돌출부(32)의 RPW의 폭뿐만 아니라, 결과적인 총 용접 루트 돌출부 폭(WRPW)의 기하학적 구조 및 상대 치수는, 루트 응력 흐름 경로(200)로부터 외측으로, 그를 넘어서, 그 아래에, 그로부터 멀어지게 응력 보호된 용접 루트 영역(160) 내에 용접 루트(72)를 획정, 형성, 배치, 및 격리하고, 응력 보호된 용접 루트 영역(160)뿐만 아니라 그 안에 배치된 용접 루트(72)로부터 멀어지게 제1 구조 부재(10)의 본체(41) 및 제2 구조 부재(12)의 본체(241), 및 이들의 모재 내에 루트 응력 흐름 경로(200)를 편향, 변경, 방향 전환 및 격리하도록 선택되고 구성된다. 루트 응력 흐름 경로(200)가 도 3 내지 도 10에 도시되어 있다. 루트 응력 흐름 경로(200)는 용접 루트(72)로부터 멀어지게 그리고 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 본체(41) 및 본체(241)의 더 강한 모재까지 구조물 및 용접물에 적용되며, 그들을 통해 전달되고, 및/또는 그들을 통해 전파된다. 따라서, 용접 루트(72)는 루트 연장부 표면(62, 68)에 의해 응력 보호된 용접 루트 영역(160) 내에서 외측으로 그리고 루트 응력 흐름 경로(200) 아래에 그를 넘어서 그로부터 멀어지게 배치, 보유 및 고정된다. 충전재(52)와 제1 및 제2 구조 부재(10, 12) 사이에 형성되고 용접 루트(72)에 근접하게 형성된 접합부(bond)는 이러한 하중 경로 및 응력 집중으로부터 격리되고 무시 가능한 응력 집중 구역에 위치되어, 피로 파괴가 용접 루트(72) 및 응력 보호된 용접 루트 영역(160) 중 하나 이상에서 발생하지 않는다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 제1 구조 부재(10)의 단부(20) 및 루트 돌출부(22)(뿐만 아니라 제2 구조 부재(12)의 단부(30) 및 루트 돌출부(32))뿐만 아니라, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 이들의 기하학적 구조 및 치수는, 결과적인 구조물에 수반되는 유형, 사용, 용도, 제약, 또는 다른 고려 사항에 의존할 수 있는 임의의 적합한 금속 제작 공정 또는 공정들을 사용하여 형성될 수 있다. 일 구현예에서, 제1 구조 부재(10)의 몸체(40)(뿐만 아니라 제2 구조 부재(12)의 본체(240))의 전부는, 제1 구조 부재(10)의 하나 이상의 단부, 외측 에지, 연장부, 또는 경계가 단부(20) 및 루트 돌출부(22)뿐만 아니라, 이들의 기하학적 구조 및 치수를 포함하며 단일의 주조 공정의 결과로서 상호 형성되고 포함되도록 주조 공정을 통해 형성될 수 있다. 대안적으로, 제1 구조 부재(10)의 단부(20) 및 루트 돌출부(22)는 하나 이상의 롤링, 단조, 압출, 굽힘, 기계 가공, 및/또는 부가 제조 공정, 예를 들어 금속 3D 프린팅 제작 공정을 통해 형성될 수 있다. 또한, 제1 구조 부재(10)의 단부(20) 및 루트 돌출부(22)는 주조, 롤링, 단조, 신장, 굽힘, 기계 가공 및/또는 부가 제조 공정, 예를 들어 금속 3D 프린팅 제작 공정과 같은 2개 이상의 제작 공정의 조합에 의해 형성될 수 있음이 고려된다. 전술한 개시 및 구현예는, 제1 구조 부재(10)에 대하여 설명되었지만, 제2 구조 부재(12)에 대하여 동일하게 적용된다.
도 2 및 도 3은 적어도 2개의 개별 구조체 부재, 즉 적어도 하나의 홈 용접(14)에 의해 결합되어 용접물 및 결과적인 구조물(1)을 형성하는 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같은 제1 구조 부재(10) 및 제2 구조 부재(12)로 구성된 구조물을 도시한다. 본 개시의 목적을 위해, 도 2 및 도 3에 도시되고, 도 4 내지 도 10, 도 19, 도 20 및 도 21에 더욱 도시되고 본 명세서에서 더욱 설명되는 바와 같이, 구조물(1)은 2개의 구조 부재(10, 12)를 결합하는 적어도 하나의 홈 용접(14)을 포함하는 전술한 것 중 임의의 하나 이상의 임의의 구조물, 부품, 구성요소, 물품, 또는 임의의 부분일 수 있다. 도 2 및 도 3에서, 단부(20)를 갖는 제1 구조 부재(10)는 제2 구조 부재(12)의 단부(30)에 인접하게 대향하여 배치되어 이들 사이에 개방 공간 또는 홈을 획정하고, 개방 공간 또는 홈은 루트 연장부 표면(62, 68)이 각각 서로 실질적으로 정렬되고 대향하는 홈 용접(14)(및 그의 충전재(52))을 수용한다. 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 루트 돌출부(22, 32) 및 루트 돌출부(22, 32)의 외단(82, 122)의 단면 폭(RPW) 및 이들 사이에 형성된 용접 갭(230)은 구조물의 용접 루트(72)의 총 용접 루트 돌출부 폭(WRPW)을 획정한다. 인접하는 대향 단면(42, 112)뿐만 아니라, 인접하는 대향 루트 연장부 표면(62, 68)의 적어도 일부분 또는 전부 사이의 개방 공간 또는 홈은 용접 공정 중에 홈 용접(14)의 충전재(52)를 수용하여, 가열된 충전재(52)가 단면(42, 112)(뿐만 아니라 인접하는 대향 루트 연장부 표면(62, 68)의 적어도 일부분 또는 전부)과 열 접합한다. 제1 구조 부재(10)는 홈 용접(14)을 통해 제2 구조 부재(12)에 결합 또는 첨부된다. 또한, 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 루트 연장부 표면(62, 68)은 서로 대향하고 있어(그리고, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같은 특정 구현예에서는, 용접 루트(72)의 중앙 수직 축(70)을 따라 대체로 평행하게 정렬되어) 그들 사이에 가열된 충전재(52)를 수용하도록 구성된 용접 갭(230)을 획정한다. 또한, 일 구현예에서, 용접 갭(230)은 또한 용접 공정 중에 가열된 충전재(52)를 보유하도록 구성된다.
여전히 도 2 및 도 3을 참조하면, 용접 공정 중에 가열된 충전재(52)는 용접 갭(230)을 관통하여 유입될 수 있다. 가열된 충전재(52)는, 단면(42, 112)의 제2 단(56, 106)으로부터 루트 돌출부(22, 32)의 외단(82, 122)의 외측 에지(80, 120)까지 연장되는 루트 연장부 표면(62, 68)의 루트 연장부 높이(RH)의 적어도 일부분 또는 전부를 따라 그에 걸쳐서 루트 돌출부(22, 32)의 루트 연장부 표면(62, 68)과 계합하고 열 접합한다. 일 구현예에서, 충전재(152)는 용접 갭(230)을 관통하여 유입되어 단면(42, 112)의 제2 단(56, 106)으로부터 선형 거리를 따라 루트 돌출부(22, 32)의 외단면(82, 122)의 외측 에지(80, 120)를 향하여 루트 연장부 표면(62, 68)과 계합 또는 열 접합할 수 있다. 선형 거리는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 충전재(52) 및 용접 루트(72)가 도 3에 도시된 바와 같은 응력 보호된 용접 루트 영역(160) 내의 용접 갭(230) 내에 전체적으로 보유될 수 있도록 루트 연장부 표면(62, 68)의 루트 연장부 높이(RH) 미만일 수 있거나, 또는 대안적으로 선형 거리는 루트 연장부 높이(RH) 이상일 수 있고, 여기서 용접 루트는 용접 갭(230)을 넘어서 또는 그로부터 루트 돌출부(22, 32)의 외단(82, 122)의 외측 에지(80, 120) 중 하나 이상을 지나서 응력 보호된 용접 루트 영역(160) 내로 연장 또는 돌출한다.
도 1 내지 도 3에 도시되고 전술한 바와 같은 구현예는, 동일한, 또는 거의 동일한 두께(여기서, 제1 구조 부재(10)의 두께(T1) = 제2 구조 부재(12)의 두께(T2))를 갖는 제1 및 제2 구조 부재(10, 12); 정렬된, 또는 거의 정렬된 제1 표면(16, 76) 및 제2 표면(18, 78)뿐만 아니라, 동등한 루트 돌출부 높이 및 폭(RPH, RPW)을 갖는 루트 돌출부(22, 32) 및 동등한 루트 연장부 높이(RH)를 갖는 정렬되고 평행하며 동일 평면 상에 있는 루트 연장부 표면(62, 68)을 갖는 것으로서 나타낸 본 개시의 일례를 나타내고 있다. 그러나, 본 개시는 도 4 내지 도 10의 예시적인 구현예에 도시되고 설명된 것을 포함하지만 이에 한정되지 않는 상이한 두께(T1, T2), 하나 이상의 각진 또는 비정렬된 제1 표면(16, 76) 및 제2 표면(18, 78), 상이한 루트 돌출부 높이 및 폭(RPH, RPW), 및 오프셋, 각짐, 상이, 및/또는 만곡 또는 아치형 루트 연장부 표면(62, 68) 중 하나 이상을 갖는 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)를 동일하게 포함하는 것을 의미하므로, 전술한 개시는 본 개시의 범위를 한정하는 것으로 동작하지 않아야 한다.
본 명세서에서 설명되고 식별된 바와 같이 도 4 내지 도 10의 구현예에 나타낸 바와 같은 상이한 및/또는 추가 배향, 기하학적 구조 및/또는 특징을 제외하고는, 도 4 내지 10의 구현예 각각은 다른 방식으로 상기 도 1 내지 도 3의 구현예의 개시의 요소, 특징 및 속성을 포함 및 통합한다. 상기에서 제공된 바와 같이, 도 4 내지 도 10은 각각 상기 도 1 내지 도 3에 관하여 설명된 바와 같은 결과적인 구조물(1)을 형성하기 위해 홈 용접(14)에 의해 결합되는, 제1 구조 부재(10) 및 제2 구조 부재(12)로서 도시된 2개 이상의 구조 부재(5), 및 이들의 루트 돌출부(22, 32)에 의해 형성된 구조물(1)의 추가 구현예를 개시한다. 도 1 내지 도 3과 동일하게, 도 4 내지 도 10의 구현예 각각의 제1 및 제2 구조 부재(10, 20)는, 응력 경로가 용접 루트 영역(160) 내에서 용접 루트(72)에 근접하게 제2 표면(18, 78)을 넘어서 그로부터 외측으로 연장되는 깊이를 한정하고, 본체(41, 241)로부터 외측으로 루트 연장부 표면(62, 68)을 통해 응력 보호된 용접 루트 영역(160) 내에서 루트 응력 흐름 경로(200) 아래에 그를 넘어서 그로부터 멀어지게 용접 루트(72)를 보유 또는 배치 및 고정하도록 구성되는 기하학적 구조 및 상대 치수를 갖는 것으로서 형성된 루트 돌출부(22, 32)를 포함한다. 특히, 도 1 내지 도 3의 구현예와 동일하게, 도 4 내지 도 10의 구현예의 제1 및 제2 구조 부재(10, 20)는 각각 루트 돌출부(22, 32)를 포함하며, 루트 돌출부(22, 32)는, 제1 구조 부재(10)의 제2 표면(16)의 종단에 의해 획정된 본체(41)의 외부 경계 및 제2 구조 부재(12)의 제2 표면(76)의 종단에 의해 획정된 본체(241)의 외부 경계로부터 외측으로 그로부터 멀어지게, 그를 넘어서 또는 그 아래에, 그리고 이에 따라 루트 응력 흐름 경로(200)로부터 외측으로, 그를 넘어서, 그 아래에, 그로부터 멀어지게 응력 보호된 용접 루트 영역(160) 내에 용접 루트(72)를 획정, 형성, 배치, 및 격리하여 그의 응력 집중을 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 본체(41, 241)의 모재 내에 배치시키기 위해 아치형 내면(178, 188)의 반경(RPR), 루트 돌출부 높이(RPH), 및 제1 구조 부재(10)의 루트 돌출부(22) 및 제2 구조 부재(12)의 루트 돌출부(32)의 RPW의 폭의 기하학적 구조 및 상대 치수를 갖는다.
도 4의 구현예를 참조하면, 구조물(1)은 도 1 내지 도 3의 구현예와 동일한 방식으로 홈 용접(14)를 통해 함께 결합된 제1 및 제2 구조 부재(10, 12) 및 이들의 루트 돌출부(22, 32)를 포함하는 구조 부재(5)를 포함한다. 그러나, 도 4의 구현예는, 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 제2 표면(18, 78)이 정렬(또는 거의 정렬)되지만, 제2 구조 부재(12)의 제1 표면(76)이 제1 구조 부재(10)의 제1 표면(16) 위로 연장되어 제1 구조 부재(10)의 본체(41)의 두께(T1)를 초과하는, 제1 표면(76)으로부터 제2 표면(78)까지 연장되는 두께(T2)를 갖는 본체(241)를 제2 구조 부재(12)에 제공하는 구현예를 도시한다. 도 4는, 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)가 상이한 두께(T1, T2) 및 비정렬 표면을 가질 수 있지만, 제1 구조 부재(10)의 루트 돌출부(22) 및 제2 구조 부재(12)의 루트 돌출부(32)가 여전히 제1 구조 부재(10)의 제2 표면(16)의 종단에 의해 획정된 본체(41)의 외부 경계 및 제2 구조 부재(12)의 제2 표면(76)의 종단에 의해 획정된 본체(241)의 외부 경계로부터 외측으로 멀어지게, 그를 넘어서 또는 그 아래에, 그리고 이에 따라 도 1 내지 도 3의 구현예와 동일한 루트 응력 흐름 경로(200)로부터 외측으로, 그를 넘어서, 그 아래에, 그로부터 멀어지게 응력 보호된 용접 루트 영역(160) 내에 용접 루트(72)를 획정, 형성, 배치, 및 격리하도록 구성되고 위치되는 구현예를 도시한다.
도 5는, 상기 도 1 내지 도 3의 개시와 동일한 하나의 구조 부재(제2 구조 부재(12)로서 도시됨), 및 제2 구조 부재(12)의 제1 표면(76)과 정렬(또는 거의 정렬)되는 제1 표면(16)을 갖지만, 제2 구조 부재(12)의 본체(241)의 두께(T2) 미만인, 제1 구조 부재(10)의 제1 표면(16)으로부터 제2 표면(18)까지 연장되는 두께(T1)를 갖는 본체(41)를 갖는 다른 구조 부재(제1 구조 부재(10)로서 도시됨)를 포함하는 구조물(1)의 구현예를 도시한다. 제1 구조 부재(10)의 루트 돌출부(22)는, 아치형 내면(188) 및 제2 구조 부재(12)의 돌출부(32)의 아치형 내면(188) 및 아치형 내면(188)의 종단 반경방향 단부(192) 중 하나 이상으로부터 내측으로 또는 그 위에 위치될 수 있는 아치형 내면(278)을 포함하는 세장형 반경방향 루트 돌출부(222)이다. 아치형 내면(278)은 반경(RPR1)을 따라 초기 반경방향 단부(180)로부터 반경방향의 외측으로, 제1 구조 부재(10)의 외단(82)의 내측 에지(184)에서 종단하는 종단 반경방향 단부까지 연장될 수 있다. 이와 같이, 본 구현예에서, 반경(RPR1)은 일정하지 않을 수 있고, 그의 적어도 일부분은 제2 구조 부재(12)의 아치형 내면(188)의 반경(RPR)을 초과한다. 대안적으로, 아치형 내면(278)은, 아치형 내면(278)의 종단 반경방향 단부(282)로부터 제1 구조 부재(10)의 외단(82)의 내측 에지(184)까지 연장될 수 있는, 그의 세그먼트로서의 추가 세장형 내면(278a)을 포함할 수 있다. 세장형 내면(278a)은 아치형 내면(278)의 종단 반경방향 단부(282)로부터 제1 구조 부재(10)의 외단(82)의 내측 에지(184)까지 선형으로 또는 제2 구조 부재(12)의 아치형 내면(188)의 반경(RPR)을 초과할 수 있는 반경으로 반경방향으로 연장될 수 있다. 대안적으로, 아치형 내면(278) 및/또는 그의 세그먼트인 세장형 내면(278a)은 세장형 내면(278a)은 일련의 다수의 선형 및/또는 곡선/아치형 세그먼트에 의해 형성될 수 있다. 추가적으로, 전술한 구현예 중 임의의 하나 이상의 아치형 내면(278) 및/또는 그의 세그먼트인 세장형 내면(278a)은, 세장형 내면(278a)이 아치형 내면(278)의 종단 반경방향 단부(282)로부터 제1 구조 부재(10)의 외단(82)의 내측 에지(184)까지 연장되므로 루트 연장부 표면(62)을 향하여 아치형, 각형, 또는 그렇지 않으면 테이퍼형으로 될 수 있다. 또한, 제1 구조 부재(10)의 세장형 반경방향 루트 돌출부(222)는, 제2 구조 부재(12)의 루트 돌출부(32)의 루트 돌출부 높이(RPH)를 초과하는, 아치형 내면(278)의 초기 반경방향 단부(180)(및/또는 제2 표면(18)의 종단)로부터 외측으로 세장형 반경방향 루트 돌출부(222)의 외단(82)까지 선형 및 수직으로 연장되는 세장형 루트 돌출부 높이(RPH1)를 포함한다.
도 1 내지 도 3의 구현예와 실질적으로 동일한 본 구현예에서, 각각의 아치형 내면(278, 188) 각각의 반경(RPR1, RPR), 각각의 돌출부(222, 32) 각각의 루트 돌출부 높이(RPH1, RPH), 및 제1 구조 부재(10) 및 제2 구조 부재(12)의 각각의 돌출부(222, 32) 각각의 폭(RPW)은 각각 응력 경로(200)가 제2 표면(18, 78)을 넘어서 그로부터 외측으로 연장되는 깊이를 변경 및 한정하도록 구성되어, 루트 연장부 표면(62, 68)이 제2 구조 부재(12)의 하부 또는 최외측(또는 용접 루트(72)에 가장 근접한) 제2 표면(78) 아래에 또는 그를 넘어서, 그로부터 외측으로 멀어지는 위치에서 루트 응력 흐름 경로(200)의 외측으로, 그를 넘어서, 그 아래에, 그로부터 멀어지는 위치에서 응력 보호된 용접 루트 영역(160) 내에 용접 루트(72)를 격리시켜 용접 루트(72)가 루트 응력 흐름 경로(200)를 넘어서 그로부터 멀어지게 격리된다.
도 6은, 구조 부재(5) 중 하나의 루트 돌출부(22, 32)(예시적인 개시를 제공할 목적으로, 제1 구조 부재(10)의 것으로서 나타냄)가 제2 구조 부재(12)의 루트 돌출부(32)의 루트 돌출부 높이(RPH)를 초과하는, 아치형 내면(178)의 초기 반경방향 단부(180)(및/또는 제2 표면(18)의 종단)로부터 외측으로 세장형 루트 돌출부(322)의 외단(82)까지 선형 및 수직으로 연장되는 루트 돌출부 높이(RPH1)를 포함하는 세장형 루트 돌출부(322)로서 구현되는 본 개시의 또 다른 구현예를 개시한다. 도 6에 나타낸 바와 같은 구현예에서, 세장형 루트 돌출부(322)는 또한, 제2 구조 부재(12)의 루트 연장부 표면(68)의 루트 연장부 높이(RH)를 초과하는, 단면(42)의 제2 단(56)으로부터 세장형 루트 돌출부(322)의 외단(82)의 외측 에지(80, 120)까지 연장되는 루트 연장부 높이(RH1)를 갖는 루트 연장부 표면(362)을 포함한다. 또한, 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 단면(42, 112)의 제2 단(56, 106)은 오프셋되고 정렬되지 않는다. 이 구현예에서, 제1 구조 부재(10)의 세장형 루트 돌출부(322)뿐만 아니라 제2 구조 부재(12)의 루트 돌출부(32)의 기하학적 구조 및 치수는, 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 단부(20, 30)가 서로 인접하게 배치되어 홈 용접(14)을 형성할 때에 세장형 루트 돌출부(322)의 루트 연장부 표면(362)의 루트 연장부 높이(RH1)의 적어도 일부분이 제2 구조 부재(12)의 루트 연장부 표면(68)의 루트 연장부 높이(RH)의 적어도 일부분과 인접하여 대향하게 배향되도록 구성된다. 또한, 전술한 도 1 내지 도 3의 구현예와 실질적으로 동일하고 이를 참조(및 포함)하면, 도 6의 구현예에서, 각각의 아치형 내면(178, 188) 각각의 반경(RPR), 각각의 돌출부(322, 32) 각각의 루트 돌출부 높이(RPH1, RPH), 및 제1 구조 부재(10) 및 제2 구조 부재(12)의 각각의 돌출부(322, 32) 각각의 폭(RPW)은 각각, 용접 루트(72)가 제1 구조 부재(10)의 제2 표면(18) 및 제2 구조 부재(12)의 제2 표면(78) 아래에 또는 그를 넘어서, 그로부터 외측으로 멀어지는 위치에서 제1 구조 부재(10)의 세장형 루트 돌출부(322)의 루트 연장부 표면(362) 및 제2 구조 부재(12)의 루트 돌출부(32)의 루트 연장부 표면(68)의 인접하게 대향하는 세그먼트에 의해 형성된 응력 보호된 용접 루트 영역(160) 내에 위치되어 용접 루트(72)가 루트 응력 흐름 경로(200)를 넘어서 그로부터 멀어지게 격리되도록 구성된다.
도 7의 구현예는 루트 돌출부(22, 32)를 각각 포함하는 제1 및 제2 구조 부재(10, 20)를 도시하며, 루트 돌출부(22, 32)는 도 1 내지 도 3의 것을 포함한, 전술한 구현예 중 임의의 하나 이상과 동일한 루트 응력 흐름 경로(200)로부터 멀어지게 응력 보호된 용접 루트 영역(160) 내에 용접 루트(72)를 획정, 형성, 배치, 및 격리하여 그의 응력 집중을 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 본체(41, 241)의 모재 내에 배치시키는 기하학적 구조 및 상대 치수(RPR, RPH, RPW)를 갖고, 여기서 구조 부재(5) 중 하나의 루트 돌출부(22, 32) (예시적인 개시를 제공할 목적으로, 제1 구조 부재(10)의 것으로서 나타냄)는 루트 돌출부 단면 연장부(482)를 포함하는 루트 연장부 돌출부(422)로서 구현된다. 특히, 제1 구조 부재(10)의 루트 연장부 돌출부(422)의 단면(82)은 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같은 루트 돌출부(22)의 단면(82)의 연장부로서 형성된 루트 돌출부 단면 연장부(482) 또는 립(lip)을 포함하며, 루트 돌출부 단면 연장부(482) 또는 립은 제2 구조 부재(12)의 돌출부(32)의 단면(122)으로부터 외측으로, 그를 넘어서, 또는 그 아래로 연장되고, 일 구현예에서는, 루트 돌출부 단면 연장부(482)의 내측 에지(484)로부터의 총 용접 루트 돌출부 폭(WRPW)을 따라 그에 걸쳐서 돌출부(32)의 단면(122)으로부터 외측으로, 그를 넘어서, 또는 그 아래로 연장될 수 있고, 인접하는 제1 및 제2 구조 부재(10, 12) 사이의 용접 루트(72) 아래에 평활하고 연속적인 인터페이스 표면을 가능하게 할 수 있는 제2 구조 부재(12)의 돌출부(32)의 단면(122)의 내측 에지(194)와 정렬될 수 있는 외측 에지(480)에서 종단한다.
도 8 및 도 9는 홈 용접(14)을 통해 결합된 돌출부(22, 32)를 각각 포함하는 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 구현예를 도시하며, 여기서 제1 및 제2 구조 부재(10, 12) 중 하나 이상은 각질 수 있다. 특히, 도 8은 제1 구조 부재(10)가 제2 구조 부재(12), 및 그의 제2 표면(78)에 대하여 상측 또는 외측으로 각지는 구현예를 도시한다. 상측 또는 외측으로 각진 제1 구조 부재(10)는, 도 5에 도시되고 전술한 바와 같은 세장형 반경방향 루트 돌출부(222)와 동일할 수 있거나 또는 대안적으로 도 6에 도시되고 전술한 바와 같은 세장형 루트 돌출부(322)와 동일할 수 있는 세장형 루트 돌출부(522)를 포함할 수 있고, 반경(RPR1)을 따라 제1 구조 부재(10)의 상측 또는 외측으로 각진 제2 표면(518)의 종단에서의 초기 반경방향 단부(580)로부터 반경방향의 외측으로 종단 반경방향 단부(582)까지 연장될 수 있는 아치형 내면(578)을 더 포함할 수 있으며, 여기서 반경(RPR1)은 일정하지 않을 수 있고, 그의 적어도 일부분이 제2 구조 부재(12)의 아치형 내면(188)의 반경(RPR)을 초과한다. 또한, 제1 구조 부재(10)의 세장형 반경방향 루트 돌출부(522)는, 제2 구조 부재(12)의 루트 돌출부(32)의 루트 돌출부 높이(RPH)를 초과하는, 아치형 내면(578)의 초기 반경방향 단부(580)(및/또는 상측 또는 외측으로 각진 제2 표면(518)의 종단)로부터 외측으로 세장형 루트 돌출부(522)의 외단(82)까지 선형 및 수직으로 연장되는 세장형 루트 돌출부 높이(RPH1)를 포함한다.
도 9는 제1 구조 부재(10)가 제2 구조 부재(12), 및 그의 제2 표면(78)에 대하여 하측 또는 내측으로 각지는 구현예를 도시한다. 하측 또는 내측으로 각진 제1 구조 부재(10)의 각진 루트 돌출부(622)는, 반경(RPR1)을 따라 제1 구조 부재(10)의 하측 또는 내측으로 각진 제2 표면(618)의 종단에서의 초기 반경방향 단부(680)로부터 반경방향의 외측으로, 제1 구조 부재(10)의 외단(82)의 내측 에지(184)에서 종단하는 종단 반경방향 단부(682)까지 연장될 수 있는 아치형 내면(678)을 포함할 수 있다. 아치형 내면(678)의 반경(RPR1)은 일정하지 않을 수 있고, 그의 적어도 일부분은 각진 루트 돌출부(632)로서 구현될 수 있는 제2 구조 부재(12)의 돌출부(32)의 아치형 내면(788)의 반경(RPR2)을 초과할 수 있으며, 제1 구조 부재(10)의 각진 루트 돌출부(622) 및 제2 구조 부재(12)의 각진 루트 돌출부(632)의 일반적인 배향은 제1 구조 부재(10)의 각도에 대체로 수직으로 배향될 수 있다. 본 개시의 목적을 위해, "대체로 수직으로"란, 제1 구조 부재(10)의 각진 루트 돌출부(622) 및 제2 구조 부재(12)의 각진 루트 돌출부(632)의 특정 표면이 다양한 각도로 배향될 수 있고, 만곡될 수 있으며, 및/또는 제1 구조 부재(10)의 각도에 수직이지 않을 수 있는 배향을 포함할 수 있지만, 다양한 개별 표면이 전체적으로 제1 구조 부재(10)의 각도에 수직인, 각진 루트 돌출부(622) 및 각진 루트 돌출부(632)의 전체 배향을 형성하도록 조합될 수 있음을 의미한다.
도 10은 아치형 루트 돌출부(722)로서 구현되는 구조 부재의 돌출부(제1 구조 부재(10)의 돌출부(22)로서 도시됨)의 본 개시의 또 다른 구현예를 도시한다. 아치형 루트 돌출부(722)는 아치형 내면(878)을 포함하며, 아치형 내면(878)은 반경(RPR1)을 따라, (도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이) 홈 용접(14)에 근접하게 배향되는 제2 표면(18)의 종단(뿐만 아니라 제1 구조 부재(10)의 본체(41)의 종단 및 외부 경계)을 획정하는 초기 반경방향 단부(880)로부터 반경방향의 외측으로, 아치형 루트 돌출부(722)의 외단(82)의 내측 에지(184)에 있을 수 있는 아치형 내면(878)의 종단 반경방향 단부(882)까지 연장된다. 아치형 내면(878)은 하나 이상, 또는 일련의 다수의 선형 및/또는 곡선/아치형 세그먼트에 의해 형성될 수 있고, 아치형 내면(878)이 연장되는 반경(RPR1)은 일정하지 않을 수 있다. 아치형 루트 돌출부(722)는 또한, 아치형 루트 돌출부(722)의 외단(82)의 외측 에지(80)에서 종단하기 위해 제2 표면(18)에 의해 획정된 제1 구조 부재(10)의 본체(41)의 외부 또는 하부 경계로부터 더욱 외측으로, 그를 넘어서, 그로부터 멀어지게 단면(42)의 제2 단(56)으로부터 외측으로 연장되는 아치형 루트 연장부 표면(862)을 포함한다. 본 구현예에서, 아치형 루트 연장부 표면(862)은 곡선 또는 아치형 표면일 수 있고, 단면(42)의 제2 단(56)으로부터 외단(82)의 외측 에지(80)까지 연장되므로 아치형 내면(878)의 반경(RPR1)보다 전체적으로, 또는 대안적으로는 부분적으로 더 크지만 그와 동심원일 수 있는 반경을 따라 연장될 수 있다. 대안적으로, 아치형 루트 연장부 표면(862)은 일련의 다수의 선형 및/또는 곡선/아치형 세그먼트에 의해 형성될 수 있다. 추가적으로, 아치형 루트 연장부 표면(862)은, 아치형 루트 연장부 표면(862)이 단면(42)의 제2 단(56)으로부터 하측으로, 제2 표면(18)에 의해 획정된 제1 구조 부재(10)의 본체(41)의 외부 또는 하부 경계 외측으로, 그를 넘어서, 그로부터 멀어지게 연장되므로 단면(42)의 제2 단(56) 및 제1 구조 부재(10)의 본체(41)로부터 제2 구조 부재(12)의 루트 연장부 표면(68)을 향하여 선형, 곡선형, 각형, 또는 다른 방식으로 외측으로 연장될 수 있는 하나 이상, 또는 일련의 다수의 선형 및/또는 곡선/아치형 세그먼트에 의해 형성될 수 있는 단면(42)의 제2 단(56)에 근접한 상반부 또는 부분을 포함할 수 있다. 아치형 루트 돌출부(722)는 또한, 제2 구조 부재(12)의 루트 돌출부(32)의 루트 돌출부 높이(RPH)를 초과할 수 있는, 아치형 내면(878)의 초기 반경방향 단부(880)(및/또는 제2 표면(18)의 종단)로부터 외측으로 아치형 루트 돌출부(722)의 외단(82)까지 선형 및 수직으로 연장되는 루트 돌출부 높이(RPH1)를 포함할 수 있다.
마지막으로, 도 8의 세장형 루트 돌출부(522), 도 9의 루트 돌출부(622) 및 각진 루트 돌출부(632)뿐만 아니라, 도 10의 아치형 루트 돌출부(722) 각각은, 루트 응력 흐름 경로(200)로부터 멀어지게 응력 보호된 용접 루트 영역(160) 내에 용접 루트(72)를 획정, 형성, 배치, 및 격리시켜 그의 응력 집중을 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 본체(41, 241)의 모재 내에 배치시키는 기하학적 구조 및 상대 치수를 갖는 루트 돌출부(22, 32)를 구현한다.
도 11은 아치형 루트 돌출부(722)로서 구현되는 구조 부재의 돌출부(제1 구조 부재(10)의 돌출부(22)로서 도시됨)를 제조 또는 제작하는 예시적인 방법을 도시한다. 특정 용도의 경우, 제조 제약 및/또는 요구 사항(또는, 예를 들어 특히 재료 특성, 비용, 마감 요구 사항과 같은 그에 수반될 수 있는 다른 상황)이 상당한 추가 비용 또는 어려움을 초래하지 않으면서 특정 제조, 처리, 또는 제작 방법에 적합하지 않을 수 있거나 그와 호환 가능하지 않을 수 있는 기하학적 구조 또는 특징을 포함하는 데 어려움을 초래할 수 있다. 특히, 도 11은 도 10에 나타낸 바와 같은 아치형 루트 돌출부(722)의 구현예의 형성 전에 미리 형성된 또는 초기 상태에서의 아치형 루트 돌출부(722)를 포함하는 제1 구조 부재(10)를 나타내며, 미리 형성된 아치형 루트 돌출부(722)는 제1 구조 부재(10)의 본체(41) 및 그의 단부(20)로부터 외측으로 실질적으로 선형으로 연장되며, 아치형 루트 돌출부(722)의 아치형 내면(878)은 제1 구조 부재(10)의 제2 표면(18)과 정렬된다. 제1 구조 부재(10)의 몸체(40)는 임의의 적합한 제조 또는 제작 공정 중 하나 이상을 통해 도 10에 나타낸 바와 같은 미리 형성된 아치형 루트 돌출부(722)를 포함하도록 형성될 수 있고, 비한정적인 예는 주조 공정을 통해 미리 형성된 아치형 루트 돌출부(722)를 포함하는 제1 구조 부재(10)의 몸체(40)를 형성하는 것을 포함하거나, 또는 대안적으로 미리 형성된 아치형 루트 돌출부(722)는 임의의 적합한 재료 제거 공정을 통해 도 10에 나타낸 바와 같은 미리 형성된 아치형 루트 돌출부(722)의 기하학적 구조를 남기기 위해 제1 구조 부재(10)의 몸체(40)의 단부로부터 재료를 제거함으로써 형성된다. 형성되면, 도 11에 나타낸 바와 같은 화살표(899)의 방향으로 미리 형성된 아치형 루트 돌출부(722)에 힘이 인가되어, 미리 형성된 아치형 루트 돌출부(722)가, 예를 들어 프레스와 같은 임의의 적합한 공지된 공정에 의해 하측으로 굴곡, 변형, 또는 가압되어 도 10에 나타낸 바와 같은 아치형 루트 돌출부(722)를 형성한다.
도 12는, 본 명세서에서 설명된 구현예 중 임의의 하나 이상에 따른 응력 보호된 용접 루트 영역(160)을 형성하는 루트 돌출부(22, 32)를 포함할 수 있고, 응력 보호된 용접 토 영역(161a 및 161b)을 형성하는 토 돌출부(23, 33)를 더 포함하는, 홈 용접(14)에 의해 결합되는 제1 구조 부재(10) 및 제2 구조 부재(12)로서 도시된 2개 이상의 구조 부재(5)에 의해 형성된 구조물(1)의 추가 구현예를 도시한다. 특히, 본 명세서에서 설명되고 식별되는 바와 같이 응력 보호된 용접 토 영역(161a 및 161b)을 형성하는 토 돌출부(23, 33)에 대하여 도 12의 구현예에 나타낸 바와 같은 상이한 및/또는 추가 배향, 기하학적 구조 및/또는 특징을 제외하고는, 도 12의 구현예는 다른 방식으로 상기 도 1 내지 도 3의 구현예의 개시의 요소, 특징 및 속성을 포함 및 통합한다. 도 1 내지 도 3의 구현예와 동등하게, 제1 구조 부재(10)의 단부(20)는 제2 구조 부재(12)의 단부(30)와 인접하게 배치되도록 구성된 제1 구조 부재(10)(및 그의 본체(41))의 외측 에지, 측면, 연장부, 또는 경계를 획정하는 제1 표면(16) 및 제2 표면(18)의 종단 또는 단부 또는 세그먼트에 의해 부분적으로 획정되고 이들을 포함하며, 제2 구조 부재(20)의 단부(30)는 제1 구조 부재(10)의 단부(20)에 인접하게 배치되도록 구성되고 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이 홈 용접(14)을 통해 결합되는 제2 구조 부재(12)(및 그의 본체(241))의 외측 에지, 측면, 연장부, 또는 경계를 획정하는 제1 표면(76) 및 제2 표면(78)의 종단 또는 단부 또는 세그먼트에 의해 부분적으로 획정되고 이들을 포함한다. 도 12에 나타낸 구현예에서, 제1 구조 부재(10)의 단부(20)는 토 돌출부(23)를 포함하며, 토 돌출부(23)는 제1 표면(16)을 넘어서 연장되고 그로부터 외측(및 상측)으로 돌출하며, 홈 용접(14)에 근접하고 제1 구조 부재(10)의 몸체(40)의 단부(20) 내에 있는 제1 표면(16)(및 제1 구조 부재(10)의 본체(41))의 종단의 외부 선형 경계 위에 또는 그를 넘어서 전체적으로 연장되는 것으로 위치되어, 토 돌출부(23)가 본 명세서에서 더욱 설명되는 바와 같이 응력 보호된 용접 토 영역(161a)을 획정하고 그 안에 위치된다. 마찬가지로, 제2 구조 부재(12)의 단부(30)는 토 돌출부(33)를 포함하며, 토 돌출부(33)는 제1 표면(76)을 넘어서 연장되고 그로부터 외측(및 상측)으로 돌출하며, 홈 용접(14)에 근접하고 제2 구조 부재(12)의 몸체(240)의 단부(30) 내에 있는 제1 표면(76)(및 제2 구조 부재(12)의 본체(241))의 종단의 외부 선형 경계 위에 또는 그를 넘어서 전체적으로 연장되는 것으로 위치되어, 토 돌출부(33)가 응력 보호된 용접 토 영역(161b)을 획정하고 그 안에 위치된다.
본 명세서에서 더욱 설명되는 바와 같이, 토 돌출부(23, 33)의 크기, 형상, 및/또는 치수 중 하나 이상은 각각의 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 단면(42, 112)의 제1 단(55, 155) 반대편의 토 돌출부(23, 33)의 측면 상에 배향된 토 돌출부(23, 33)의 아치형 내면(179, 189)의 치수(및 일 구현예에서는, 그의 반경(TPR))에 의해 적어도 부분적으로 획정될 수 있다. 제1 구조 부재(10)의 토 돌출부(23)의 아치형 내면(179)은, 토 돌출부(23)가 제1 구조 부재(10)의 제1 표면(16) 및 본체(41)로부터 외측으로, 그를 넘어서, 그 위로, 토 응력 흐름 경로(201)로부터 멀어지게 연장되고, 토 돌출부(23)의 외단(83)까지 외측으로 연장되는 전이 표면으로서 획정될 수 있다. 특히, 제1 구조 부재(10)의 토 돌출부(23)의 아치형 내면(179)은, 반경(TPR)을 따라, (도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이) 홈 용접(14)에 근접하게 배향되는 제1 표면(16)의 종단(뿐만 아니라 제1 구조 부재(10)의 본체(41)의 종단 및 외부, 상부 경계)를 획정하는 초기 반경방향 단부(181)로부터 반경방향의 외측으로, 토 돌출부(23)의 외단(83)의 내측 에지(185)에 있거나, 그에 근접하고, 일 구현예에서는 그와 수직으로 정렬될 수 있는 아치형 내면(179)의 종단 반경방향 단부(183)까지 연장된다. 아치형 내면(179)이 연장되는 반경(TPR)은 아치형 내면(179)의 치수를 획정할 수 있고, 또한 토 돌출부(23) 및 그의 외단(83)의 단면 폭(TPW)을 부분적으로 획정할 수 있다. 토 돌출부(23)의 외단(83)은 제1 구조 부재(10)의 제1 표면(16) 및 본체(41)에 대하여 그로부터 멀어지게 연장되는 제1 구조 부재(10)의 토 돌출부(23)의 최외측 경계를 획정할 수 있고, 토 돌출부(23)의 내측 에지(185)와 외측 에지(81) 사이에서 연장된다. 상기와 같이, 제1 구조 부재(10)의 토 돌출부(23)의 외단(83)의 내측 에지(185)는 아치형 내면(179)의 외측으로 연장되는 종단 반경방향 단부(183) 위에 위치될 수 있거나, 그것에 의해 획정될 수 있거나, 그와 정렬될 수 있거나, 또는 그에 근접할 수 있고, 외측 에지(81)는 단면(42)의 상부(또는 제1) 단(55)과 대응하고, 홈 용접(14)에서 토 돌출부(23)(및 그의 외단(83))의 최외측 경계를 형성하며, 충전재(52)와 계합하고, 충전재(52)가 응력 보호된 용접 토 영역(161a) 내에서 제1 구조 부재(10), 및 그의 단면(42)과 계합하는 홈 용접(14)의 상단에서의 용접 토(73a)의 적어도 일부분을 획정한다.
제2 구조 부재(12)의 토 돌출부(33)의 아치형 내면(189)은, 토 돌출부(33)가 제2 구조 부재(12)의 제1 표면(76) 및 본체(241)로부터 외측으로, 그를 넘어서, 그 위에, 토 응력 흐름 경로(201)로부터 멀어지게 연장되고, 제2 구조 부재(12)의 제1 표면(76) 및 본체(241)에 대하여 그로부터 멀어지게 연장되는 제2 구조 부재(12)의 토 돌출부(33)의 최외측 경계를 획정할 수 있는 토 돌출부(33)의 외단(123)까지 외측으로 연장되는 전이 표면으로서 획정될 수 있다. 특히, 제2 구조 부재(12)의 토 돌출부(33)의 아치형 내면(189)은, 반경(TPR)을 따라, (도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이) 홈 용접(14)에 근접하게 배향되는 제1 표면(76)의 종단(뿐만 아니라 제2 구조 부재(12)의 본체(241)의 종단 및 외부, 상부 경계)를 획정하는 초기 반경방향 단부(197)로부터 반경방향의 외측으로, 토 돌출부(33)의 외단(123)의 내측 에지(195)에 있거나, 그에 근접하고, 일 구현예에서는 그와 수직으로 정렬될 수 있는 아치형 내면(189)의 종단 반경방향 단부(193)까지 연장된다. 아치형 내면(189)이 연장되는 반경(TPR)은 아치형 내면(189)의 치수를 획정할 수 있고, 또한 토 돌출부(33) 및 그의 외단(123)의 단면 폭(TPW)을 부분적으로 획정할 수 있다. 토 돌출부(33)의 외단(123)은 제2 구조 부재(12)의 제1 표면(76) 및 본체(241)에 대하여 그로부터 멀어지게 연장되는 제2 구조 부재(12)의 토 돌출부(33)의 최외즉 경계를 획정할 수 있고, 토 돌출부(33)의 내측 에지(195)와 외측 에지(121) 사이에서 연장된다. 상기와 같이, 제2 구조 부재(12)의 토 돌출부(33)의 외단(123)의 내측 에지(195)는 아치형 내면(189)의 외측으로 연장되는 종단 반경방향 단부(193) 위에 위치될 수 있거나, 그것에 의해 획정될 수 있거나, 그와 정렬될 수 있거나, 또는 그에 근접할 수 있고, 제2 구조 부재(12)의 토 돌출부(33)의 외측 에지(121)는 단면(112)의 상부(또는 제1) 단(155)과 대응하고, 홈 용접(14)에서 토 돌출부(33)(및 그의 외단(123))의 최외측 경계를 형성하며, 충전재(52)와 계합하고, 충전재(52)가 응력 보호된 용접 토 영역(161b) 내에서 제2 구조 부재(12), 및 그의 단면(112)과 계합하는 홈 용접(14)의 상단에서의 용접 토(73b)의 적어도 일부분을 획정한다.
제1 구조 부재(10)의 토 돌출부(23)는 토 돌출부(23)의 외단(83)(및/또는 아치형 내면(179)의 종단 반경방향 단부(183))의 내측 에지(185)와 토 돌출부(23)의 외측 에지(81) 사이의 수평 선형 거리로서 획정될 수 있는 단면 폭(TPW)을 포함하며, 외측 에지(81)는 단면(42)의 상부(또는 제1) 단(55)을 형성하고, 충전재(52)와 계합하며, 홈 용접(14)에 근접한 제1 표면(16)(및 제1 구조 부재(10)의 본체(41))의 종단에 의해 획정된 제1 구조 부재(10)의 본체(41)의 외부, 상부 선형 경계를 넘어서, 그로부터 외측으로, 그 위에 있는 위치에서 홈 용접(14)의 상단, 또는 토 부분에서의 용접 토(73a)의 적어도 일부분을 획정하여, 용접 토(73a)가 응력 보호된 용접 토 영역(161a) 내에 위치되고 토 응력 흐름 경로(201)로부터 외측으로 그 위에 격리된다.
마찬가지로, 제2 구조 부재(12)의 토 돌출부(33)는 토 돌출부(33)의 외단(122)(및/또는 아치형 내면(189)의 종단 반경방향 단부(193))의 내측 에지(195)와 토 돌출부(33)의 외측 에지(121) 사이의 수평 선형 거리로서 획정될 수 있는 단면 폭(TPW)을 포함하며, 외측 에지(121)는 단면(112)의 상부(또는 제1) 단(155)을 형성하고, 홈 용접(14)에 근접한 제1 표면(76)(및 제2 구조 부재(12)의 본체(241))의 종단에 의해 획정된 제2 구조 부재(12)의 본체(241)의 외부, 상부 선형 경계를 넘어서, 그로부터 외측으로, 그 위에 있는 위치에서 홈 용접(14)의 상단, 또는 토 부분에서의 충전재(52) 및 용접 토(73b)와 계합하여, 용접 토(73b)가 응력 보호된 용접 토 영역(161b) 내에 위치되고 토 응력 흐름 경로(201)로부터 외측으로 그 위에 격리된다.
일 구현예에서, 제1 구조 부재(10)의 토 돌출부(23)의 아치형 내면(179)의 반경(TPR) 및 제2 구조 부재(12)의 토 돌출부(33)의 아치형 내면(189)의 반경(TPR)은 실질적으로 일정할 수 있거나, 또는 대안적으로 가변적일 수 있다. 제1 구조 부재(10)의 토 돌출부(23)의 아치형 내면(179)의 치수(및 일 실시 형태에서는, 그의 반경(TPR))는 또한, 토 돌출부(23)가 제1 표면(16)에 의해 획정된 제1 구조 부재(10)(및 그의 본체(41))의 외부 경계로부터 외측 및 상측으로, 그 위에, 그를 넘어서 연장되는 선형 거리인 토 돌출부 높이(TPH)를 부분적으로 획정할 수 있다. 이것은 아치형 내면(179)의 초기 반경방향 단부(181)(및/또는 제1 표면(16)의 종단)로부터 외측 및 상측으로, 그를 넘어서 토 돌출부(23)의 외단(83)까지 선형 및 수직으로 연장되는 거리로서 획정된다. 제2 구조 부재(12)의 토 돌출부(33)의 아치형 내면(189)의 치수(및 일 실시 형태에서는, 그의 반경(TPR))는 또한, 토 돌출부(33)가 제1 표면(76)에 의해 획정된 제2 구조 부재(12)(및 그의 본체(241))의 외부 경계로부터 외측 및 상측으로, 그 위에, 그를 넘어서 연장되는 선형 거리인 토 돌출부 높이(TPH)를 부분적으로 획정할 수 있다. 이것은 아치형 내면(189)의 초기 반경방향 단부(197)(및/또는 제1 표면(76)의 종단)로부터 토 돌출부(33)의 외단(123)까지 외측 및 상측으로, 그를 넘어서 선형 및 수직으로 연장되는 거리로서 획정된다.
제1 구조 부재(10) 및 제2 구조 부재(12)를 통해 전파되는 토 응력 흐름 경로(201)의 축방향 인장 및 굽힘 하중 경로 및 응력 집중이 도 12에 도시되어 있다. 도 16 내지 도 18을 참조하여 본 명세서에서 더욱 설명되는 바와 같이, 아치형 내면(179, 189)의 반경(TPR), 토 돌출부 높이(TPH), 및 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 토 돌출부(23, 33)의 TPW의 폭의 기하학적 구조 및 상대 치수는, 홈 용접(14)의 충전재(52)와 계합하여 토 응력 흐름 경로(201) 외측으로, 그를 넘어서, 상측으로, 그로부터 멀어지게 응력 보호된 용접 토 영역(161a, 161b) 내에 각각의 용접 토(73a, 73b)를 획정, 형성, 배치, 및 격리하고, 제1 구조 부재(10)의 본체(41) 및 제2 구조 부재(12)의 본체(241), 및 이들의 모재 내에, 응력 보호된 용접 토 영역(161a, 161b)뿐만 아니라 그 안에 배치된 각각의 용접 토(73a, 73b)로부터 멀어지게 토 응력 흐름 경로(201)를 편향, 변경, 방향 전환 및 격리하도록 선택되고 구성된다. 아치형 내면(179, 189)의 반경(TPR), 토 돌출부 높이(TPH), 및 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 토 돌출부(23, 33)의 TPW의 폭의 기하학적 구조 및 상대 치수의 결과로서, 토 응력 흐름 경로(201)는, 응력 보호된 용접 토 영역(161a, 161b) 내의 각각의 용접 토(73a, 73b)에 대하여 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 본체(41) 및 본체(241)를 향하고 그 안에 있는 응력 보호된 용접 토 영역(161a, 161b) 내의 각각의 용접 토(73a, 73b) 및 그의 위치로부터 멀어지게, 그 아래에, 또는 그에 대하여 내측으로, 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 본체(41) 및 본체(241)의 더 강한 모재까지 구조물 및 용접물에 적용되고, 그를 통해 전달되며, 및/또는 그를 통해 전파된다. 따라서, 각각의 용접 토(73a, 73b)는 상측 및 외측으로 연장되는 토 돌출부(23, 33)에 의해 응력 보호된 용접 루트 영역(160) 내에 그리고 토 응력 흐름 경로(201)를 넘어서 그로부터 멀어지는 위치에서 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 본체(41) 및 본체(241) 위에 배치, 보유 및 고정된다. 충전재(52)와 제1 및 제2 구조 부재(10, 12) 사이에 형성되고 응력 보호된 용접 토 영역(161a, 161b) 내의 각각의 용접 토(73a, 73b)에 근접한 접합부는 이러한 하중 경로 및 응력 집중으로부터 격리되고 무시 가능한 응력 집중 구역 내에 위치되어, 피로 파괴가 각각의 용접 토(73a, 73b) 및 응력 보호된 용접 토 영역(161a, 161b) 중 하나 이상에서 발생하지 않는다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 제1 구조 부재(10)의 단부(20) 및 토 돌출부(23)(뿐만 아니라 제2 구조 부재(12)의 단부(30) 및 토 돌출부(33))뿐만 아니라, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 이들의 기하학적 구조 및 치수는, 결과적인 구조물에 수반되는 유형, 사용, 용도, 제약, 또는 다른 고려 사항에 의존할 수 있는 임의의 적합한 금속 제작 공정 또는 공정들을 사용하여 형성될 수 있다. 일 구현예에서, 제1 구조 부재(10)의 몸체(40)(뿐만 아니라 제2 구조 부재(12)의 본체(240))의 전부는, 제1 구조 부재(10)의 하나 이상의 단부, 외측 에지, 연장부, 또는 경계가 단부(20) 및 토 돌출부(23)뿐만 아니라, 이들의 기하학적 구조 및 치수를 포함하고 단일의 주조 공정의 결과로서 상호 형성되고 포함되도록 주조 공정을 통해 형성될 수 있다. 대안적으로, 제1 구조 부재(10)의 단부(20) 및 토 돌출부(23)는 하나 이상의 롤링, 단조, 압출, 굽힘, 기계 가공, 및/또는 부가 제조 공정, 예를 들어 금속 3D 프린팅 제작 공정을 통해 형성될 수 있다. 또한, 제1 구조 부재(10)의 단부(20) 및 토 돌출부(23)는 주조, 롤링, 단조, 신장, 굽힘, 기계 가공, 및/또는 부가 제조 공정, 예를 들어 금속 3D 프린팅 제작 공정과 같은 2개 이상의 제작 공정의 조합에 의해 형성될 수 있음이 고려된다. 전술한 개시 및 구현예는, 제1 구조 부재(10)에 대하여 설명되었지만, 제2 구조 부재(20)에 대하여 동일하게 적용된다.
본 개시는 적어도 하나의 홈 용접에 의해 결합된 적어도 2개의 구조 부재(5)로 구성된 임의의 구조물(1)에 적용 가능할 수 있고, 더욱 특히 본 개시는 용접물 및 결합된 구조 부재를 포함하는 결과적인 구조물을 형성하기 위해, 홈 용접을 통해 임의의 다른 구조 부재, 구성요소, 부품, 구조물, 및/또는 몸체에 결합될 수 있는 임의의 유형의 구조 부재, 구성요소, 부품, 구조물, 및/또는 본체에 적용 가능할 수 있다. 구조물을 형성하는 응력 보호된 홈 용접 및 구조 부재를 갖는 개시된 구조물의 양태는, 용접 상에 응력을 생성하는 장력 또는 굽힘력을 부분적으로 포함할 수 있는 반복 하중, 힘 및/또는 응력에 의해 초래될 수 있는 홈 용접(홈 용접과 계합되고 열적으로 근접한 구조 부재의 인접 및/또는 합치하는 에지 또는 표면, 및 홈 용접의 에너지를 통해 상호 열 접합되고 변형되는 그의 충전재를 부분적으로 포함함) 내의 손상, 피로, 또는 파괴를 현저하게 감소 또는 제거할 수 있다.
홈 용접은 구조 부재가 결합되어 다양한 다수의 상이한 유형의 구조물을 형성하는 효과적인 수단으로서 광범위하게 사용될 수 있다. 상기에서 제공된 바와 같이, 본 개시의 목적을 위해, 용어 "용접(welding(또는 용접"weld")"은, 2개의 구조 부재 또는 다른 금속 구성요소가 이들 간의 상호 열 접합 변형의 결과로서 인접 및/또는 합치하는 에지 또는 표면의 첨부에 의해 함께 결합되는 임의의 공정 또는 그의 결과를 포함한다. 2개 이상의 구조 부재, 구성요소, 부품, 구조물, 및/또는 본체(또는 "용접물")에 의해 형성된 구조물은 일반적으로 구조 부재의 기존 재료, 또는 "모재" 및 재료(충전재 등) 및/또는 홈 용접을 형성하고 이것에 의해 접합되는 구조 부재의 상호 열 접합된 표면을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 형성된 구조물은, 결과적인 구조물에 수반하는 유형, 사용, 용도, 환경, 또는 다양한 다른 고려 사항에 따라 용접 및 구조 부재 상에 응력을 생성하는 장력 또는 굽힘력을 부분적으로 포함할 수 있는 다양한 힘 및/또는 응력(예를 들어, 동적, 정적, 및/또는 반복 하중 등) 중 임의의 것을 경험할 수 있거나 받을 수 있다.
구조 부재의 기존 재료, 또는 "모재"는 (구조 부재의 기존 재료, 또는 "모재"의 재료 조성을 부분적으로 포함할 수 있는, 다양한 고려 사항 또는 요인에 따라) 임의의 이러한 힘 및/또는 응력에 의해 초래된 손상 또는 파괴에 민감할 수 있지만, 이러한 기존 재료, 또는 "모재"는 홈 용접보다 피로 또는 파괴를 경험하지 않으면서 비교적 큰 양의 힘 및/또는 응력보다 강할 수 있고, 그를 흡수하거나 견딜 수 있다. 이와 같이, 하중, 힘, 및/또는 응력이 구조 부재의 모재 및 홈 용접을 포함하는 구조물에 인가될 때, 홈 용접은 응력, 피로, 손상, 및/또는 파괴를 경험할 가능성이 가장 높을 수 있거나, 이들에 가장 민감할 수 있는 결합된 구조물의 부분 또는 구역을 나타낼 수 있고, 따라서 이러한 응력, 피로, 손상, 및/또는 파괴는 결합된 구조물의 전체 내구성, 강도, 및/또는 무결성을 손상시킬 수 있다. 특히, 홈 용접의 특정 부분 또는 구역, 예를 들어 그의 루트 및/또는 토는, 피로 또는 파괴에 특히 민감할 수 있고 그에 인가된 하중, 힘, 및/또는 응력을 흡수하고 견디는 것이 불가능할 수 있는 홈 용접의 해당 부분 또는 구역을 나타낼 수 있다. 전술한 것 및 본 명세서에 더욱 개시된 바와 같이, 본 개시의 구현예 중 임의의 하나 이상에 따른 보호된 기하학적 구조 및 특징 중 임의의 하나 이상을 포함하는 구조 부재는, 하중, 힘, 응력, 피로, 및/또는 파괴와 관련된 단점을 현저하게 개선하고, 아니면 극복함으로써 종래의 공지된 홈 용접보다 현저한 이점을 나타낼 수 있는 홈 용접뿐만 아니라, 이것에 의해 적어도 부분적으로 형성된 결과적인 구조물을 형성할 수 있다.
도 13 및 도 14는 본 명세서에 개시된 바와 같은 구현예 중 임의의 하나 이상에 따른, 루트 돌출부(22, 32)를 포함하고 홈 용접(14)에 의해 결합된 구조 부재(5)에 의해 형성된 구조물(1) 내에 형성된 응력 영역을 도시하는 응력 시뮬레이션 분석의 개략도이다. 특히, 도 13은 본 명세서에 개시된 바와 같은 구현예 중 임의의 하나 이상에 따른, 루트 돌출부(22, 32)를 포함하고 홈 용접(14)에 의해 결합된 구조 부재(5)에 의해 형성된 구조물(1)에 인가된 인장 응력의 결과로서 구조물(1) 내에 형성된 응력 영역을 도시한다. 구조물(1)에 인가된 인장 응력(F T )은 도 13에 나타낸 바와 같이 그와 관련된 화살표의 방향으로 구조물(1)에 인가된 힘(FT)으로서 도시되어 있다. 도 13(뿐만 아니라 도 14, 도 16, 도 17, 및 도 18)은 또한 인장 응력(FT)(뿐만 아니라 각각 굽힘 모멘트 응력(FM B )(도 14), 인장 응력(FT)(도 16), 굽힘 모멘트 응력(FM B1 )(도 17) 및 굽힘 모멘트 응력(FM B2 )(도 18) 각각)을 경험하고 있을 때에 구조물(1) 내에 생성되고 그것에 의해 경험될 수 있는 다양한 응력 영역을 도시하며, 보다 구체적으로 도 13은 구조물(1)로의 인장 응력(FT)의 인가의 결과로서 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 본체(40, 240)뿐만 아니라 홈 용접(14) 내에 형성될 수 있는 응력의 유형, 특정 유형의 응력의 위치, 및 특정 위치에서의 특정 유형의 응력의 크기를 나타내기 위해 획정되고 도시되는 다양한 응력 영역을 도시한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 구조물(1)로의 인장 응력(F T )의 인가는 S T 로 표기된 구역으로서 도시된 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 본체(40, 240)뿐만 아니라 홈 용접(14)의 구역 내에 인장 응력 영역(S T )의 생성을 초래한다. 도 13은 또한, 구조물(1)로의 인장 응력(F T )의 인가가 제2 표면(18)의 종단에 근접한 제1 구조 부재(10)의 본체(41) 내에 형성 및 배치되고 초기 반경방향 단부(180)에 근접한 돌출부(22)의 아치형 내면(178)의 일부분 내로 그를 따라 연장될 수 있는 HS T 로 표기된 구역으로서 도시된 제1 고 인장 응력 영역(HS T1 )의 생성(여기서, 인장 응력 영역(HS T ) 내의 인장 응력은 인장 응력 영역(S T ) 내의 인장 응력보다 클 수 있거나, 또는 그보다 현저하게 클 수 있음(HS T >>S T ))뿐만 아니라, 제2 표면(78)의 종단에 근접한 제2 구조 부재(12)의 본체(241) 내에 형성 및 배치되고 초기 반경방향 단부(196)에 근접한 돌출부(32)의 아치형 내면(188)의 일부분 내로 그를 따라 연장될 수 있는 제2 고 인장 응력 영역(HS T2 )의 생성도 초래할 수 있음을 도시한다. 마지막으로, 도 13은, 인장 응력(F T )이 구조물(1)에 인가되는 동안(또는 그럼에도 불구하고) N SR 로 표기된 구역으로서 도시된 영 또는 무시 가능한 응력의 구역, 또는 영 또는 무시 가능한 루트 응력 영역(N SR )이 구조물(1) 내에 생성되거나 존재할 수 있음을 도시한다. 본 개시의 목적을 위해 "영 또는 무시 가능한 루트 응력 영역" 및 "영 또는 무시 가능한 토 응력 영역"은 응력(들)(stress or stress force(s))을 포함하는 주목할 만한 피로가 전체 구조물(1)에 인가되는 특정 유형의 응력으로부터 거의 또는 전혀 인가, 전달, 전파, 또는 경험되지 않는 구조물(1) 내의 영역으로서 규정된다. 도 13의 개략도에 나타낸(그리고 도 1 내지 도 3(뿐만 아니라 도 3 내지 도 10)에 나타내고 전술한 참조 번호를 참조로 포함하는) 바와 같이, 구조물(1)로의 인장 응력(FT)의 인가 중에, 영 또는 무시 가능한 루트 응력 영역(N SR )은 각각의 돌출부(22, 32)의 외단(82, 122)을 향하여, 그를 넘어서, 그리고 제1 구조 부재(10)의 루트 돌출부(22)의 폭(RPW) 및 제2 구조 부재(12)의 루트 돌출부(32)의 폭(RPW)를 포함한 결과적인 총 용접 루트 돌출부 폭(WRPW)에 걸쳐서 아치형 내면(178, 188)의 종단 반경방향 단부(182, 192)에서 또는 그 근처에서부터 하측 또는 외측으로 연장되는 돌출부(22, 32)의 구역 내에 형성 및 배치된다. 이와 같이, 영 또는 무시 가능한 루트 응력 영역(N SR )은 용접 루트(72)가 배치되는 응력 보호된 용접 루트 영역(160)에 대응하는 것으로서 본 개시의 구현예에서 획정되고 도시된 구역 내에 형성 및 배치된다. 또한, 전술한 바와 같이, 각각 아치형 내면(178, 188)의 반경(RPR), 루트 돌출부 높이(RPH), 및 제1 구조 부재(10)의 루트 돌출부(22) 및 제2 구조 부재(12)의 루트 돌출부(32)의 폭(RPW)뿐만 아니라, (도 1 내지 도 3(뿐만 아니라 도 3 내지 도 10)에 나타내고 전술한 참조 번호와 동일하고, 그를 참조로 포함하는 것으로 도시된 바와 같이) 본 명세서에 개시된 바와 같은 임의의 구현예의 결과적인 총 용접 루트 돌출부 폭(WRPW)의 기하학적 구조 및 상대 치수는, 인장 응력(FT)을 포함하는 주목할 만한 피로가 거의 또는 전혀 인가, 전파, 경험, 또는 전달되지 않는 무시 가능한 루트 응력 영역(N SR )과 대응하고 그것으로서 획정될 수 있는 응력 보호된 용접 루트 영역(160) 내에 용접 루트(72)를 루트 응력 흐름 경로(200)로부터 외측으로, 그를 넘어서, 그 아래에, 그로부터 멀어지게 획정, 형성, 배치, 및 격리하도록 선택되고 구성된다. 따라서, 도 13은 본 명세서에 개시된 바와 같은 구조물(1) 내의 돌출부(22, 32)의 기하학적 구조의 유효성을 도시한다. 구조물(1)에 인장 응력(F T )이 인가되면, 구조 부재(5)의 본체(41, 241)의 모재는 응력을 받는다. 이 인장 응력이 돌출부(22, 32)의 반경 근처에서 증가되는 반면에, 응력 보호된 용접 루트 영역(160)에 대응하는 무시 가능한 루트 응력 영역(N SR )이 생성된다. 용접의 루트가 응력 보호된 용접 루트 영역(160)에 대응하는 이 무시 가능한 루트 응력 영역(N SR )에 배치될 때, 피로가 용접 루트(72)로부터 시작하지 않을 것이다. 반경 내의 모재가 높은 응력을 경험하지만, 용접된 구조물의 전체 피로 수명은 보다 현저하게 증가된다.
도 14를 참조하면, 본 명세서에 개시된 바와 같은 구현예 중 임의의 하나 이상에 따른, 루트 돌출부(22, 32)를 포함하고 홈 용접(14)에 의해 결합된 구조 부재(5)에 의해 형성된 구조물(1)에 인가된 굽힘 모멘트 응력의 결과로서 구조물(1) 내에 응력 영역이 형성된다. 구조물(1)에 인가된 굽힘 모멘트 응력(FM B )은, 구조물(1)의 (제2 표면(18, 78)에 근접한) 최하부가 일반적으로 인장 상태로 배치될 수 있도록 도 14에 나타낸 바와 같이 구조물(1)과 관련된 화살표의 방향으로 구조물(1)에 인가된 힘(FM B )으로서 도시되어 있고, 도 14는 구조물(1)로의 굽힘 모멘트 응력(FM B )의 인가의 결과로서 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 본체(40, 240)뿐만 아니라 홈 용접(14) 내에 형성될 수 있는 응력의 유형, 특정 유형의 응력의 위치, 및 특정 위치에서의 특정 유형의 응력의 크기를 나타내기 위해 획정되고 도시되는 다양한 응력 영역을 도시한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 구조물(1)로의 굽힘 모멘트 응력(FM B )의 인가는, 중앙 중간 축(60, 160)으로부터 제1 표면(16, 76)까지 대체로 연장되는 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 본체(41, 241)의 상부 내에 형성 및 배치될 수 있는 SC로 표기된 구역으로서 도시된, 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 본체(40, 240)뿐만 아니라 홈 용접(14)의 구역 내에 압축 응력 영역(SC)의 생성을 초래한다. 도 14는 또한, 구조물(1)로의 굽힘 모멘트 응력(FM B )의 인가가 중앙 중간 축(60, 160)으로부터 제1 표면(18, 78)까지 대체로 연장되는 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 본체(41, 241)의 하부 내에 형성 및 배치될 수 있는 ST로 표기된 구역으로서 도시된, 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 본체(40, 240)뿐만 아니라 홈 용접(14)의 구역 내에 인장 응력 영역(ST)의 생성을 초래함을 도시한다. 도 14는 또한, 구조물(1)로의 굽힘 모멘트 응력(FM B )의 인가가, 제2 표면(18)의 종단에 근접한 제1 구조 부재(10)의 본체(41) 내에 형성 및 배치되고 초기 반경방향 단부(180)에 근접한 돌출부(22)의 아치형 내면(178)의 일부분 내로 그를 따라 연장될 수 있는 HS T1 로 표기된 구역으로서 도시된, 제1 고 인장 응력 영역(HS T1 )의 생성뿐만 아니라, 제2 표면(78)의 종단에 근접한 제2 구조 부재(12)의 본체(241) 내에 형성 및 배치되고 초기 반경방향 단부(196)에 근접한 돌출부(32)의 아치형 내면(188)의 일부분 내로 그를 따라 연장될 수 있는 제2 고 인장 응력 영역(HS T2 )의 생성도 초래할 수 있음을 도시한다. 마지막으로, 도 13에 나타내고 전술한(그리고 도 1 내지 도 3(뿐만 아니라 도 3 내지 도 10)에 나타내고 전술한 참조 번호를 참조로 포함하는) 바와 같은 구조물(1)로의 인장 응력(F T )의 인가와 유사하고 실질적으로 동일하게, 구조물(1)로의 굽힘 모멘트 응력(FM B )의 인가 중에, 영 또는 무시 가능한 루트 응력 영역(N SR )은 각각의 돌출부(22, 32)의 외단(82, 122)을 향하여, 그를 넘어서, 그리고 제1 구조 부재(10)의 루트 돌출부(22)의 RPW의 폭 및 제2 구조 부재(12)의 루트 돌출부(32)의 RPW의 폭을 포함하는 결과적인 총 용접 루트 돌출부 폭(WRPW)에 걸쳐서 아치형 내면(178, 188)의 종단 반경방향 단부(182, 192)에서 또는 그 근처에서부터 하측 또는 외측으로 연장되는 돌출부(22, 32)의 구역 내에 형성 및 배치된다. 이와 같이, 각각 아치형 내면(178, 188)의 반경(RPR), 루트 돌출부 높이(RPH), 및 제1 구조 부재(10)의 루트 돌출부(22) 및 제2 구조 부재(12)의 루트 돌출부(32)의 폭(RPW)뿐만 아니라, (도 1 내지 도 10에 부분적으로 나타내고 이들과 동일한 바와 같이) 본 명세서에 개시된 바와 같은 임의의 구현예의 결과적인 총 용접 루트 돌출부 폭(WRPW)의 기하학적 구조 및 상대 치수는, 굽힘 모멘트 응력(FM B )을 포함하는 주목할 만한 피로가 거의 또는 전혀 인가, 전파, 경험, 또는 전달되지 않는 무시 가능한 루트 응력 영역(N SR )과 대응하고 그것으로서 획정될 수 있는 응력 보호된 용접 루트 영역(160) 내에 용접 루트(72)를 루트 응력 흐름 경로(200)로부터 외측으로, 그를 넘어서, 그 아래에, 그로부터 멀어지게 획정, 형성, 배치, 및 격리하도록 선택되고 구성된다. 따라서, 인장 응력이 돌출부(22, 32)의 반경 근처에서 증가되는 반면에, 굽힘 모멘트가 인가될 때에 응력 보호된 용접 루트 영역(160)에 대응하는 무시 가능한 루트 응력 영역(N SR )이 여전히 생성된다. 따라서, 장력 인가와 마찬가지로, 용접 루트(72)가 응력 보호된 용접 루트 영역(160)에 대응하는 무시 가능한 루트 응력 영역(N SR )에 배치될 때, 피로가 용접 루트(72)로부터 시작하지 않을 것이다. 또한 마찬가지로, 모재(구조물의 몸체)가 반경 구역에서 높은 응력을 경험하지만, 용접된 구조물의 전체 피로 수명은 보다 현저하게 증가된다. 마찬가지로, 도 14의 굽힘 모멘트가 역전되어, 구조물(1)의 최하부가 압축 상태에 있는 경우, 영 또는 무시 가능한 루트 응력 영역(N SR )(응력 보호된 용접 루트 영역(160))이 여전히 생성되고, 용접된 구조물의 전체 피로 수명이 (도 18에 나타낸 바와 같이) 현저하게 증가된다. 마찬가지로, 돌출부 기하학적 구조를 포함하는 튜브형 구조물이 비틀림 하중을 받을 때, 영 또는 무시 가능한 루트 응력 영역(N SR )(응력 보호된 용접 루트 영역(160))이 여전히 생성되고, 용접된 구조물의 전체 피로 수명이 현저하게 증가된다. 도 13 및 도 14에 도시된 영 또는 무시 가능한 루트 응력 영역(N SR )(응력 보호된 용접 루트 영역(160))은 주조물, 단조물, 플레이트, 섹션, 및 튜브를 포함하는 다양한 본체를 갖는 용접된 구조물에서, 용접된 구조물에 포함된 돌출부 기하학적 구조에 따라 다양한 하중 유형 하에서 발생될 수 있다.
도 15를 참조하면, 4차원 플롯은 루트 돌출부 폭(RPW), 루트 돌출부 높이(RPH), 및 루트 돌출부 반경(RPR)에 대한 루트 응력을 도시한다. 예시적인 루트 돌출부 폭(RPW) 및 루트 돌출부 높이(RPH) 치수는 수평 축을 따라 배치된다. 루트 돌출부 폭(RPW) 및 루트 돌출부 높이(RPH)의 각 조합에 대해, 5개의 구별된 돌출부 반경 치수에 대응하는 (약간의 수직 분리(vertical separation)를 갖는 5개의 구별된 도트로서 나타낸) 5개의 계산된 용접 루트 굽힘 응력 값이 있다. 전체 윤곽 플롯은 5개의 계산된 굽힘 응력 값의 중간점을 연결하여, 영 또는 무시 가능한 루트 응력 영역(N SR )(응력 보호된 용접 루트 영역(160)) 내의 용접 루트(72)에서 영(또는 무시 가능한) 응력을 효과적으로 생성하는 루트 돌출부 폭(RPW), 루트 돌출부 높이(RPH), 및 루트 돌출부 반경(RPR)의 조합을 도시한다. 도시된 바와 같이, 윤곽 플롯의 좌측 영역은 대체로 평평한데, 이는 루트 돌출부 폭(RPW), 루트 돌출부 높이(RPH), 및 루트 돌출부 반경(RPR)의 다양한 조합에 대해 루트 응력이 영인(또는 무시 가능한) 것을 의미한다. 돌출부 폭, 돌출부 높이, 및 돌출부 반경(RPW, RPH, 및 RPR)의 이러한 조합에 의해, 용접 루트로부터 피로가 시작되지 않을 것이고, 용접된 구조물의 전체 피로 수명이 현저하게 증가할 것이다.
도 16 내지 도 18은 본 명세서에 개시된 바와 같은 구현예 중 임의의 하나 이상에 따른, 홈 용접(14)에 의해 결합된, 루트 돌출부(22, 32)를 포함하고 토 돌출부(23, 33)를 더 포함하는 구조 부재(5)에 의해 형성된 구조물(1) 내에 형성된 응력 영역을 도시하는 응력 시뮬레이션 분석의 개략도이다. 특히, 도 16 내지 도 18은 본 명세서에 개시된 바와 같은 구현예 중 임의의 하나 이상에 따른, 홈 용접(14)에 의해 결합된, 루트 돌출부(22, 32)를 포함하고 토 돌출부(23, 33)를 더 포함하는 구조 부재(5)에 의해 형성된 구조물(1)에 인가된 인장 응력(F T ), 굽힘 모멘트 응력(FM B1 ), 및 굽힘 모멘트 응력(FM B2 )의 결과로서 구조물(1) 내에 형성된 응력 영역을 각각 도시한다. 구조물(1) 내에서 경험되는 도 16 내지 도 18에 나타낸 바와 같은 응력 영역, 및 특히 응력 보호된 용접 루트 영역(160)에 대응하는 루트 돌출부(22, 32)의 구역에 생성된 무시 가능한 루트 응력 영역(N SR )은, 도 13 및 도 14에 도시된(및/또는 이들을 참조하여 전술한) 바와 같은 각각의 인장 응력(F T ), 굽힘 모멘트 응력(FM B )의 결과로서 생성된 것과 실질적으로 동일하다. 그러나, 도 16 내지 도 18은 또한 토 돌출부(22, 32)를 포함하는 구조물(1)의 상부와 관련되고 그것에 의해 경험되고 그 안에 형성된 응력 영역을 도시한다.
특히, 도 16 내지 도 18은, 구조물(1)로의 인장 응력(F T ), 굽힘 모멘트 응력(제1 방향)(FM B1 ), 및 굽힘 모멘트 응력(제2 방향)(FM B2 )의 인가가, 제1 및 제2 표면(16, 76)의 종단에 근접한 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 본체(41, 241) 내에 형성 및 배치될 수 있고 초기 반경방향 단부(181, 197)에 근접한 토 돌출부(23, 33)의 아치형 내면(179, 189)의 일부분 내로 그를 따라 각각 연장될 수 있는, HS T1 , HS T2 로 표기된 구역으로서 도시된 제1 및 제2 고 인장 응력 영역(HS T1 , HS T2 ), HS C1 , HS C2 로 표기된 구역으로서 도시된 제1 및 제2 고 압축 응력 영역(HS C1 , HS C2 ), 및 HS T1 , HS T2 로 표기된 구역으로서 도시된 제1 및 제2 고 인장 응력 영역(HS T1 , HS T2 )의 생성을 각각 초래할 수 있음을 도시한다.
도 16 내지 도 18은 또한, 인장 응력(F T ), 굽힘 모멘트 응력(제1 방향)(FM B1 ), 및 굽힘 모멘트 응력(제2 방향)(FM B2 )이 구조물(1)에 인가되는 동안 N ST 로 표기된 구역으로서 도시된 영 또는 무시 가능한 응력의 구역, 또는 영 또는 무시 가능한 토 응력 영역(N ST )이 구조물(1) 내에 생성되거나 존재할 수 있음을 도시한다. 도 16 내지 도 18의 각각의 개략도(도 12에 나타내고 전술한 참조 번호를 참조로 포함함)에 나타낸 바와 같이, 인장 응력(F T ), 굽힘 모멘트 응력(제1 방향)(FM B1 ), 및 굽힘 모멘트 응력(제2 방향)(FM B2 )의 인가 중에, 영 또는 무시가능한 토 응력 영역(N ST )은, 토 돌출부(23, 33)의 외측 에지(81, 121)에 근접한(및 둘러싸는) 충전재(52)의 일부분을 포함하고 근접한 내부 홈 용접(14)(그 폭은 토 돌출부(23, 33)의 폭(RPw)과 적어도 같을 수 있음)을 향하여 내측으로 연장되는 홈 용접(14)의 상부를 포함하는 용접 토(73a, 73b)를 획정하는 영역 이외에, 각각의 토 돌출부(23, 33)의 외단(83, 123)을 향하여, 그를 넘어서, 토 돌출부(23, 33)의 폭(RPW)에 걸쳐서 각 아치형 내면(179, 189)의 중간점 사이에 있을 수 있지만 종단 반경방향 단부(183, 193)를 넘지 않는 아치형 내면(179, 189)의 상부 또는 외부로부터 상측 또는 외측으로 연장되는 토 돌출부(23, 33)의 구역 내에 형성 및 배치된다. 이와 같이, 영 또는 무시 가능한 토 응력 영역(N ST )은 토(73a, 73b)가 배치되는 응력 보호된 용접 토 영역(161a, 161b)에 대응하는 것으로서 본 개시의 구현예에서 획정되고 도시된 구역 내에 형성 및 배치된다. 또한, 전술한 바와 같이, 아치형 내면(179, 189)의 반경(TPR), 토 돌출부 높이(TPH), 및 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 토 돌출부(23, 33)의 TPW의 폭은 홈 용접(14)의 충전재(52)와 계합하여 (도 12에 도시되고 그의 상기 설명과 동일하며, 이를 포함하는 바와 같은) 토 응력 흐름 경로(201)로부터 외측으로, 그를 넘어서, 그로부터 상측으로, 그로부터 멀어지게 위치되는 응력 보호된 용접 토 영역(161a, 161b) 내에 각각의 용접 토(73a, 73b)를 획정, 형성, 배치, 및 격리하도록 선택되고 구성되며, 응력 보호된 용접 토 영역(161a, 161b) 각각은 인장 응력(F T ), 굽힘 모멘트 응력(제1 방향)(FM B1 ), 또는 굽힘 모멘트 응력(제2 방향)(FM B2 )을 포함하는 주목할 만한 피로가 거의 또는 전혀 인가, 전파, 경험, 또는 전달되지 않는 영 또는 무시 가능한 토 응력 영역(N ST )과 대응하고 그것으로서 획정될 수 있다.
전술한 바와 같이, 그리고 도 13 내지 도 18의 개략도 및 그래픽도에 더욱 도시되고 개시된 바와 같이, 아치형 내면(178, 188)의 반경(RPR)(뿐만 아니라 도 4 내지 도 10의 적용 가능한 구현예 중 임의의 것의 반경(RPR1) 및 반경(RPR2)), 루트 돌출부 높이(RPH)(뿐만 아니라 도 4 내지 도 10의 적용 가능한 대체 구현예 중 임의의 것의 루트 돌출부 높이(RPH1)), 및 본 명세서에 개시되고 도시된 바와 같은 임의의 구현예의 제1 구조 부재(10)의 루트 돌출부(22) 및 제2 구조 부재의 루트 돌출부(32)의 폭(RPW)의 기하학적 구조 및 상대 치수는, 응력을 포함한 주목할 만한 피로가 거의 또는 전혀 인가, 전파, 경험, 또는 전달되지 않는 무시 가능한 루트 응력 영역(N SR )과 대응하고 그것으로서 획정될 수 있는 응력 보호된 용접 루트 영역(160) 내에 용접 루트(72)를 루트 응력 흐름 경로(200)로부터 외측으로, 그를 넘어서, 그 아래에, 그로부터 멀어지게 획정, 형성, 배치, 및 격리하도록 선택되고 구성된다. 아치형 내면의 반경(RPR, RPR1 및 RPR2), 루트 돌출부 높이(RPH, RPH1), 및 제1 및/또는 제2 구조 부재(10, 12)의 루트 돌출부(22) 및/또는 루트 돌출부(32)의 폭(RPW) 중 임의의 하나 이상을 포함하는, 본 명세서에 개시된 바와 같은 루트 돌출부(22, 32) 중 임의의 것의 기하학적 구조 및/또는 상대 치수는, 제1 및 제2 구조 부재(10, 12) 중 하나 이상의 두께를 부분적으로 포함할 수 있는 다양한 고려 사항, 특성, 또는 변수 중 임의의 하나 이상에 기초하여 다수의 방식으로 루트 응력 흐름 경로(200)로부터 외측으로, 그를 넘어서, 그 아래에, 그로부터 멀어지게 배치된 무시 가능한 루트 응력 영역(N SR )과 대응하고 그것으로서 획정될 수 있는 응력 보호된 용접 루트 영역(160) 내에 용접 루트(72)를 획정, 형성, 배치, 및 격리하도록 선택되고 구성될 수 있다. 하나의 비한정적인 예에서, 도 1 내지 도 10의 구현예 중 임의의 하나 이상에 나타낸 것을 포함하는, 본 명세서에 개시된 바와 같은 구조 부재(5, 10, 12)의 루트 돌출부(22, 32) 중 임의의 하나 이상의 기하학적 구조 및 상대 치수는, 대응하는 각각의 구조 부재(10, 12)의 두께(T1, T2) 이하일 수 있는 루트 돌출부 폭 RPW((RPW ≤ (T1 또는 T2)); 대응하는 루트 돌출부(22, 32)의 루트 돌출부 폭(RPW)과 1.1의 인수를 곱한 값 이상일 수 있는 루트 돌출부 높이 RPH(RPH ≥ 1.1 * RPW); 및 대응하는 루트 돌출부(22, 32)의 루트 돌출부 높이(RPH)와 2의 인수를 곱한 값 이하일 수 있는 루트 돌출부 반경 RPR(RPR ≤ 2 * RPH)을 포함할 수 있다.
다른 비한정적인 대체예에서, 도 1 내지 도 10의 구현예 중 임의의 하나 이상에 나타낸 것을 포함하는, 본 명세서에 개시된 바와 같은 구조 부재(5, 10, 12)의 루트 돌출부(22, 32) 중 임의의 하나 이상의 기하학적 구조 및 상대 치수는, 대응하는 각각의 구조 부재(10, 12)의 두께(T1, T2) 이하일 수 있는 루트 돌출부 폭 RPW((RPW ≤ (T1 또는 T2)); 대응하는 루트 돌출부(22, 32)의 루트 돌출부 폭(RPW)과 1.2의 인수를 곱한 값 이상일 수 있는 루트 돌출부 높이 RPH(RPH ≥ 1.2 * RPW); 및 대응하는 루트 돌출부(22, 32)의 루트 돌출부 높이(RPH)와 3의 인수를 곱한 값 이하일 수 있는 루트 돌출부 반경 RPR(RPR ≤ 3 * RPH)을 포함할 수 있다.
또 다른 비한정적인 대체예에서, 도 1 내지 도 10의 구현예 중 임의의 하나 이상에 나타낸 것을 포함하는, 본 명세서에 개시된 바와 같은 구조 부재(5, 10, 12)의 루트 돌출부(22, 32) 중 임의의 하나 이상의 기하학적 구조 및 상대 치수는, 대응하는 각각의 구조 부재(10, 12)의 두께(T1, T2) 이하일 수 있는 루트 돌출부 폭 RPW((RPW ≤ (T1 또는 T2)); 대응하는 루트 돌출부(22, 32)의 루트 돌출부 폭(RPW) 이상일 수 있는 루트 돌출부 높이 RPH(RPH ≥ RPW); 및 대응하는 루트 돌출부(22, 32)의 루트 돌출부 높이(RPH) 이하일 수 있는 루트 돌출부 반경 RPR(RPR ≤ RPH)을 포함할 수 있다.
다른 비한정적인 대체예에서, 도 1 내지 도 10의 구현예 중 임의의 하나 이상에 나타낸 것을 포함하는, 본 명세서에 개시된 바와 같은 구조 부재(5, 10, 12)의 루트 돌출부(22, 32) 중 임의의 하나 이상의 기하학적 구조 및 상대 치수는, 5mm 미만의 두께(T1, T2)를 갖는 구조 부재(10, 12)에 대하여 대응하는 각각의 구조 부재(10, 12)의 두께(T1, T2) 이하일 수 있는 루트 돌출부 폭 RPW을 포함할 수 있고, 5mm 이상인 두께를 갖는 구조 부재(10, 12)에 대하여 각각의 대응하는 구조 부재(10, 12)의 두께(T1, T2)의 2/3 이하일 수 있는 루트 돌출부 폭 RPW((T1, T2 < 5mm의 경우: (RPW ≤ (T1 또는 T2))) 및 (T1, T2 ≥ 5mm의 경우: (RPW ≤ (2/3) * (T1 또는 T2)))); 5mm 미만의 두께(T1, T2)를 갖는 구조 부재(10, 12)에 대하여 대응하는 루트 돌출부(22, 32)의 루트 돌출부 폭(RPW)과 1.5의 인수를 곱한 값 이상일 수 있는 루트 돌출부 높이 RPH, 및 5mm 이상인 두께(T1, T2)를 갖는 구조 부재(10, 12)에 대하여 대응하는 루트 돌출부(22, 32)의 루트 돌출부 폭(RPW) 이상일 수 있는 루트 돌출부 높이 RPH((T1, T2 < 5mm의 경우: (RPH ≥ 1.5 * RPW)) 및 (T1, T2 ≥ 5mm의 경우: (RPH ≥ RPW))); 및 5mm 미만의 두께(T1, T2)를 갖는 구조 부재(10, 12)에 대하여 대응하는 루트 돌출부(22, 32)의 루트 돌출부 높이(RPH)와 3의 인수를 곱한 값 이하일 수 있는 루트 돌출부 반경 RPR, 및 5mm 이상인 두께(T1, T2)를 갖는 구조 부재(10, 12)에 대하여 대응하는 루트 돌출부(22, 32)의 루트 돌출부 높이(RPH)와 2의 인수를 곱한 값 이하일 수 있는 루트 돌출부 반경 RPR((T1, T2 < 5mm의 경우: (RPR ≤ 3 * RPH)) 및 (T1, T2 ≥ 5mm의 경우: RPR ≤ 2 * RPH)))을 포함할 수 있다.
또 다른 비한정적인 대체예에서, 도 1 내지 도 10의 구현예 중 임의의 하나 이상에 나타낸 것을 포함하는, 본 명세서에 개시된 바와 같은 구조 부재(5, 10, 12)의 루트 돌출부(22, 32) 중 임의의 하나 이상의 기하학적 구조 및 상대 치수는, 대응하는 각각의 구조 부재(10, 12)의 두께(T1, T2)의 1/2 이하일 수 있는 루트 돌출부 폭 RPW((RPW ≤ 0.5 * (T1 또는 T2)); 대응하는 루트 돌출부(22, 32)의 루트 돌출부 폭(RPW)과 1.2의 인수를 곱한 값 이상일 수 있는 루트 돌출부 높이 RPH(RPH ≥ 1.2 * RPW); 및 대응하는 루트 돌출부(22, 32)의 루트 돌출부 높이(RPH) 이하일 수 있는 루트 돌출부 반경 RPR(RPR ≤ RPH)을 포함할 수 있다.
상기에서 제공된 바와 같이, 전술한 비한정적 예의 각각은 도 1 내지 도 10의 구현예 중 임의의 하나 이상에 나타낸 것을 포함하는, 본 명세서에 개시된 바와 같은 구조 부재(5, 10, 12)의 루트 돌출부(22, 32) 중 임의의 하나 이상의 기하학적 구조 및 상대 치수에 적용할 수 있고, 이와 같이 기하학적 구조 및 상대 치수가 루트 돌출부 폭(RPW), 루트 돌출부 높이(RPH), 및 루트 돌출부 반경(RPR)에 대하여 설명되었지만, 전술한 예는, 도 4 내지 도 10의 구현예 중 임의의 하나 이상의 돌출부(22, 32)뿐만 아니라, 다음과 같이 도 4 내지 도 10의 구현예의 루트 돌출부(222(RPH1, RPR1), 322(RPH1), 422, 522(RPH1, RPR1), 622(RPR1), 632(RPR2), 및/또는 722(RPH1, RPR1)) 중 임의의 하나 이상의 각각의 루트 돌출부 폭(RPW), 루트 돌출부 높이(RPH, RPH1), 및 루트 돌출부 반경(RPR, RPR1, RPR2)에 동일하게 적용될 수 있고, 이들을 포함할 수 있으며, 이들을 사용할 수 있다(또는 이들로 대체될 수 있다): 제1 비한정적인 예: ((RPW ≤ (T1 또는 T2)); (RPH(또는 RPH1) ≥ 1.1 * RPW); (RPR(또는 RPR1 또는 RPR2) ≤ 2 * RPH(또는 RPH1)); 제2 비한정적인 예: ((RPW ≤ (T1 또는 T2)); (RPH(또는 RPH1) ≥ 1.2 * RPW); (RPR(또는 RPR1 또는 RPR2) ≤ 3 * RPH(또는 RPH1)); 제3 비한정적인 예: ((RPW ≤ (T1 또는 T2)); (RPH(또는 RPH1) ≥ RPW); (RPR(또는 RPR1 또는 RPR2) ≤ RPH(또는 RPH1)); 제4 비한정적인 예: ((T1, T2 < 5mm의 경우: (RPW ≤ (T1 또는 T2))) 및 (T1, T2 ≥ 5mm의 경우: (RPW ≤ (2/3) * (T1 또는 T2)))); ((T1, T2 < 5mm의 경우: (RPH(또는 RPH1) ≥ 1.5 * RPW)) 및 (T1, T2 ≥ 5mm의 경우: (RPH(또는 RPH1) ≥ RPW))); ((T1, T2 < 5mm의 경우: (RPR(또는 RPR1 또는 RPR2) ≤ 3 * RPH(또는 RPH1))) 및 (T1, T2 ≥ 5mm의 경우: RPR(또는 RPR1 또는 RPR2) ≤ 2 * RPH(또는 RPH1)))); 제5 비한적인정적인 예: ((RPW ≤ (0.5) * (T1 또는 T2)); (RPH(또는 RPH1) ≥ 1.2 * RPW); (RPR(또는 RPR1 또는 RPR2) ≤ RPH(또는 RPH1));
또 다른 비한정적인 예에서, 루트 돌출부(22,32)의 기하학적 구조는, 루트 돌출부(22,32)가 각각의 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 본체(41, 241)의 배향에 대체로 수직으로, 예를 들어 각각의 단부(20, 30) 내에서 각각의 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 제2 표면(18, 78)의 중앙 중간 축(60, 160) 및/또는 종단에 대체로 수직으로 배향되도록 하는 기하학적 구조 및 배향을 포함하도록 구성될 수 있다. 본 개시의 목적을 위해, "대체로 수직으로"란, 루트 돌출부(22, 32)의 특정 표면이 다양한 각도로 배향될 수 있고, 만곡될 수 있으며, 및/또는 각각의 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 전술한 축 또는 표면에 수직이지 않을 수 있는 배향을 포함할 수 있지만, 다양한 개별 표면이 전체적으로 전술한 축 또는 표면 중 임의의 하나 이상에 관하여 수직인, 루트 돌출부(22, 32)의 전체 배향을 형성하도록 조합될 수 있음을 의미하고 포함한다. 전술한 비한정적인 예는 또한, 루트 돌출부(22, 32)의 대체로 수직인 배향이 예각 반경(acute radius)일 수 있는 아치형 내면(188(및/또는 278, 278a, 578, 678, 878 중 임의의 하나 이상), 188(및/또는 788))의 반경(RPR, RPR1 및 RPR2)을 포함하는 것으로서 규정될 수 있음을 포함할 수 있다. 본 예의 목적을 위해, "예각 반경"은 전술한 개시와 동일한 "대체로 수직"인 것으로서 돌출부(22, 32)를 획정 및/또는 배향하는 임의의 반경(RPR, RPR1 또는 RPR2)을 의미하고 포함한다.
전술한 것은 비한정적인 예를 나타내며, 상기 비한정적인 예 중 하나 이상이 동일하게 적용될 수 있거나 또는 다른 고려 사항, 특성, 또는 변수에 적용 가능할 수 있는 다른 구성, 기하학적 구조, 또는 특징을 포함할 수 있는 다른 상이한 구현예 또는 예를 한정하거나 그의 배제에 필요한 구현예로서 해석되지 않아야 함을 이해해야 한다.
전술한 바와 같이, 본 개시는 본 명세서에 개시된 구현예 중 임의의 하나 이상에 따른 적어도 하나의 홈 용접에 의해 결합된 적어도 2개의 구조 부재(5)로 구성된 임의의 구조물(1)에 관한 것이다. 도 19를 참조하면, 본 명세서에 개시된 구현예 중 임의의 하나 이상에 따른 적어도 하나의 홈 용접(14)에 의해 결합된, 제1 구조 부재(10) 및 제2 구조 부재(12)로서 도시된 적어도 2개의 구조 부재(5), 및 이들의 루트 돌출부(22, 32)(뿐만 아니라 토 돌출부(23, 33))로 구성된 구조물(1)은 적어도 하나의 홈 용접을 포함하는 다양한 구조물 또는 그의 부분 중 임의의 것을 형성하고 그 안에 합체되도록 사용될 수 있다. 도 19는, 제1 및 제2 구조 부재(10, 12) 및 이들의 루트 돌출부(22, 32) 및/또는 토 돌출부(23, 33)를 포함하고 적어도 하나의 홈 용접(14)에 의해 결합되는 구조물(1)에 의해 형성될 수 있고, 및/또는 구조물(1)이 본 명세서에 개시된 구현예 중 임의의 하나 이상에 따라 합체될 수 있는 다양한 전체 구조물(적어도 하나의 홈 용접을 가짐)(1000)의 비한정적인 예를 도시한다. 구조물(1)에 의해 형성될 수 있고 및/또는 구조물(1)이 합체될 수 있는 구조물(적어도 하나의 홈 용접을 가짐)(1000)은 빌딩 구조물(1100) 및 브릿지 트러스 구조물(1200) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 구조물(1)을 포함할 수 있는 전체 구조물(적어도 하나의 홈 용접을 가짐)(1000)은 또한, 예를 들어 선박(2100), 기관차(2200), 및 임의의 건설 기계(2300) 중 임의의 하나 이상을 포함하는 임의의 이동 기계(2000)를 포함할 수 있고, 건설 기계(2300)는 예를 들어 오프 하이웨이 트럭(2301), 트랙형 트랙터(2302) 및 휠 로더(2303), 및 굴삭기(2304) 중 임의의 하나 이상을 포함한다. 적어도 하나의 홈 용접(14)에 의해 결합된 제1 및 제2 구조 부재(10, 12) 및 이들의 루트 돌출부(22, 32)를 포함하는 구조물(1)은 또한 기계 구조물(3000)(그의 일례가 도 20에 설명되고 도시됨)뿐만 아니라, 작업 공구(4100)(버킷(4101) 등)뿐만 아니라 유압 실린더(4200)(도 21에 설명되고 도시된 것 등)를 포함할 수 있는 교체 가능한 부품 또는 구성요소(4000)를 포함할 수 있는 전체 구조물(적어도 하나의 홈 용접을 가짐)(1000)을 형성하는 데 사용될 수 있다.
도 20은, 도 19에 나타낸 바와 같은 기계 구조물(3000) 내에 합체되어 그를 형성하는, 본 명세서에 개시된 바와 같은 구현예 중 임의의 하나 이상에 따른 보호된 기하학적 구조 및 특징 중 임의의 하나 이상을 포함하는 적어도 하나의 홈 용접(14)에 의해 결합된 2개 이상의 구조 부재(5)를 포함하는 구조물(1)을 포함하는 전체 구조물(적어도 하나의 홈 용접을 가짐)(1000)의 또 다른 예를 도시한다. 특히, 전체 구조물(적어도 하나의 홈 용접을 가짐)(1000)은, 본 예에서 굴삭기(2304)의 붐 구조물(3001)로서 나타낸 건설 기계(2300)의 기계 구조물(3000)로서 구현되는, 적어도 하나의 홈 용접(14)에 의해 결합된 2개 이상의 구조 부재(5)를 포함하는 구조물(1)에 의해 적어도 부분적으로 형성된 기계 구조물(3000)이다. 붐 구조물(3001)의 구조 부재(5)는 홈 용접(3014a)에 의해 결합된 2개 이상의 측면, 측방향, 또는 외부 구조 패널 또는 플레이트 부재(3010a 및 3012a)뿐만 아니라, 홈 용접(3014b)에 의해 결합된 측면, 측방향, 또는 외부 구조 패널 또는 플레이트 부재(3010b 및 3012b)를 포함할 수 있다. 붐 구조물(3001)의 구조 부재(5)는 또한 홈 용접(3114)에 의해 결합된 2개 이상의 내부 구조 패널 또는 플레이트 부재(3110 및 3112)를 포함할 수 있고, 2개 이상의 내부 구조 패널 또는 플레이트 부재(3110 및 3112)는 외부 구조 플레이트 부재(3010a, 3012a 및 3010b 및 3012b)의 내부 또는 내측으로 대향하는 제1 표면(3016a, 3076a 및 3016b 및 3076b)에 결합되고 이들 사이에서 연장된다. 도 20에 나타낸 바와 같이, (그리고 도 1 내지 도 3을 참조하면) 홈 용접(3014a 3014b)은 외부 구조 플레이트 부재(3010a, 3012a 및 3010b 및 3012b)의 외부 또는 외측으로 대향하는 제2 표면(3018a, 3078a 및 3018b 및 3078b)으로부터 외측으로 연장되는 루트 돌출부(3022a, 3032a 및 3022b 및 3032b)를 갖는 외부 구조 플레이트 부재(3010a, 3012a 및 3010b 및 3012b)로서 구현된 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 단부(20, 30)를 결합하여, 붐 구조물(3001)의 외부 또는 외측 표면을 형성하는 외측으로 대향하는 제2 표면(3018a, 3078a 및 3018b 및 3078b) 사이의 인터페이스로부터 외측으로 돌출하는 외부 리브 또는 이음매(3015a, 3015b)를 획정한다. 도 20에 나타낸 바와 같이, (그리고 도 1 내지 도 3뿐만 아니라 도 12를 참조하면) 홈 용접(3114)은 내부 구조 패널 또는 플레이트 부재(3110 및 3112)의 외부 또는 상측으로 대향하는 제1 표면(3116, 3176)으로부터 외측으로 연장되는 토 돌출부(3123, 3133)뿐만 아니라 내부 또는 하측으로 대향하는 제2 표면(3118, 3178)으로부터 외측으로 연장되는 루트 돌출부(3122, 3132) 둘 모두를 갖는 내부 구조 패널 또는 플레이트 부재(3110 및 3112)로서 구현된 제1 및 제2 구조 부재(10, 12)의 단부(20, 30)를 결합한다.
도 21은 적어도 하나의 홈 용접(14)에 의해 결합된 2개 이상의 구조 부재(5)를 포함하는 구조물(1)을 포함하는 전체 구조물(적어도 하나의 홈 용접을 가짐)(1000)의 일례를 도시하며, 구조물(1)은 본 명세서에 개시된 바와 같은 구현예 중 임의의 하나 이상에 따른 보호된 기하학적 구조 및 특징 중 임의의 하나 이상을 포함하는 적어도 하나의 홈 용접(14)에 의해 결합된 2개 이상의 튜브형 또는 원통형 구조 부재(5)로서 구현된다. 본 예에서, 적어도 하나의 홈 용접(14)에 의해 결합된 2개 이상의 구조 부재(5)를 포함하는 구조물(1)에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 전체 구조물(적어도 하나의 홈 용접을 가짐)(1000)은 도 19에 나타낸 바와 같은 유압 실린더(4200)로서 구현된다. 유압 실린더(4200)의 구조 부재(5)는 실린더 하우징(4215)을 형성하기 위해 실린더(4205), 실린더 아이(4211)를 포함하는 실린더 하우징 단부 캡(4210), 및 로드 단부 캡(4212)을 포함하고, 실린더(4205)는 제1 홈 용접(4214a)을 통해 실린더 하우징 단부 캡(4210)에 결합되고, 로드 단부 캡(4212)은 제2 홈 용접(4214b)을 통해 실린더(4205)에 결합되어, 선형 병진 운동을 위해 구성된 피스톤 및 로드 조립체(4219)를 수용하는 중공형 내부(4217)를 획정한다. 피스톤 및 로드 조립체(4219)는 실린더 하우징(4215)의 중공형 내부(4217) 내에 보유된 피스톤 헤드(4221), 피스톤 로드(4223)를 포함하며, 피스톤 로드(4223)는 중공형 내부(4217) 내에서 피스톤 헤드(4221)에 접속되고, 로드 단부 캡(4212)을 통해 배치된 개구를 통해 실린더 하우징(4215)의 중공형 내부(4217)로부터 외측으로 피스톤 헤드(4221) 반대편의 피스톤 및 로드 조립체(4219)의 단부 상의 피스톤 로드(4223)에 접속된 피스톤 아이(4225)까지 선형으로 연장된다. 상기에서 제공된 바와 같이, 실린더 하우징(4215)으로 예시로서 나타낸 튜브형 또는 원통형 구조물은, 본 명세서에 개시된 바와 같은 구현예 중 임의의 하나 이상에 따른 보호된 기하학적 구조 및 특징 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있는, 하나의 홈 용접(14), 또는 도시의 목적을 위해 제1 및 제2 홈 용접(4214a, 4214b)으로서 나타낸 다수의 홈 용접(14)에 의해 결합된 튜브형 또는 원통형 구조 부재(5)를 포함할 수 있다. 본 예시적인 구현예에서, 제1 홈 용접(4214a)을 통해 실린더(4205)를 실린더 하우징 단부 캡(4210)에 결합하는 제1 홈 용접(4214a)은 본 명세서에서 도 10 및 도 11에 나타내고 설명된 바와 같은 예와 동일하게 구현될 수 있고, 실린더(4205) 및 실린더 하우징 단부 캡(4210)으로서 구현된 구조 부재(5)의 단부(20, 30) 중 하나 이상은 아치형 루트 돌출부(722)를 포함할 수 있다. 도 20의 예시적인 구현예에 도시된 바와 같은 로드 단부 캡(4212) 및 실린더(4205)를 결합하는 제2 홈 용접(4214b)은 본 명세서에서 도 10 및 도 11에 나타내고 설명된 바와 같은 예와 동일하게 구현될 수 있고, 로드 단부 캡(4212) 및 실린더(4205)로서 구현된 구조 부재(5)의 단부(20, 30) 중 하나는 도 7의 구현예에 나타낸 루트 연장부 돌출부(422)를 포함할 수 있으며, 루트 연장부 돌출부(422)는, 제2 홈 용접(4214b)이 용접 루트(72)가 응력 보호된 용접 루트 영역(160) 내에 위치되고 본 개시에 따른 루트 응력 흐름 경로(200)를 넘어서 그로부터 멀어지게 격리되도록 루트 돌출부(422, 32)의 기하학적 구조 및 특징을 포함하지만, 인접한 구조 부재(5) 사이에서 평활하고 연속적인 인터페이스를 가능하게 하기 위해 추가 구조로서 루트 돌출부 단면 연장부(482)를 포함하는 것을 고려하면, 원통형 구조물 및 다른 용도에 특히 적합할 수 있다.
본 개시의 범위에서 벗어남이 없이 본 개시의 시스템에 대하여 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음이 당업자에게는 명백할 것이다. 다른 실시형태가 본 명세서 및 본원에 개시된 시스템의 실시를 고려하는 것으로부터 당업자에게 명백해질 것이다. 명세서 및 실시예는 예시적인 것으로만 간주되어야 하며, 진정한 본 개시의 범위는 다음의 청구범위 및 그 등가물에 의해 나타나는 것으로 의도된다.

Claims (10)

  1. 구조 부재(10)로서,
    제1 표면(16), 제2 표면(18), 및 상기 구조 부재(10)의 단부(20)에서의 단면(end surface)(42)을 포함하는 몸체(40);
    루트 돌출부(22)를 포함하는 상기 구조 부재(10)의 상기 단부(20)로서, 상기 루트 돌출부(22)가 루트 돌출부 반경을 따라 상기 구조 부재(10)의 상기 제2 표면(18)으로부터 반경방향의 외측으로 상기 루트 돌출부(22)의 외단(82)까지 연장되어 상기 구조 부재(10)의 상기 제2 표면(18)으로부터 상기 루트 돌출부(22)의 상기 외단(82)까지 연장되는 루트 돌출부 높이를 획정하는, 상기 단부(20); 및
    상기 루트 돌출부(22)의 상기 외단(82)의 내측 에지(184)와 외측 에지(80) 사이에서 연장되는 루트 돌출부 폭;을 포함하며,
    상기 루트 돌출부 반경, 상기 루트 돌출부 높이, 상기 루트 돌출부 폭은 상기 구조 부재(10)의 상기 몸체(40)를 통해 전파되는 루트 응력 흐름 경로(200)를 넘어서 그로부터 멀어지게 격리된 응력 보호된 용접 루트 영역(160)을 획정하도록 구성되는, 구조 부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구조 부재(10)의 상기 몸체(40)는 적어도 하나의 홈 용접(14)을 통해 적어도 하나의 다른 구조 부재(12)에 결합될 수 있는 임의의 금속으로 구성되는, 구조 부재(10).
  3. 제2항에 있어서, 상기 구조 부재(10)의 상기 몸체(40)는 상기 루트 돌출부(22) 및 상기 구조 부재(10)의 본체(41)를 포함하는, 구조 부재.
  4. 제3항에 있어서, 상기 구조 부재(10)의 상기 본체(41)는 평면형, 아치형, 원통형, 오목형, 볼록형, 및 만곡형 형상 중 임의의 하나 이상을 포함하는, 구조 부재.
  5. 제3항에 있어서, 상기 구조 부재(10)의 상기 본체(41)는 튜브형인, 구조 부재.
  6. 구조물(1)로서:
    적어도 하나의 홈 용접(14)에 의해 결합된 적어도 2개의 구조 부재(5)를 포함하고, 상기 적어도 2개의 개별 구조 부재(5)는 제1 구조 부재(10) 및 제2 구조 부재(12)를 포함하며;
    상기 제1 구조 부재(10) 및 상기 제2 구조 부재(12) 각각은,
    제1 표면(16, 76), 제2 표면(18, 78), 및 단부(20, 30)에서의 단면(42, 112)을 포함하는 몸체(40, 240);
    루트 돌출부(22, 32)를 포함하는 상기 단부(20, 30)로서, 상기 루트 돌출부(22, 32)가 루트 돌출부 반경을 따라 상기 제2 표면(18, 78)으로부터 반경방향의 외측으로 상기 루트 돌출부(22, 32)의 외단(82, 122)까지 연장되어 상기 제2 표면(18, 78)으로부터 상기 루트 돌출부(22, 32)의 상기 외단(82, 122)까지 연장되는 루트 돌출부 높이를 획정하는, 상기 단부(20, 30); 및
    상기 루트 돌출부(22, 32)의 상기 외단(82, 122)의 내측 에지(184, 194)와 외측 에지(80, 120) 사이에서 연장되는 루트 돌출부 폭;을 포함하고,
    상기 제1 구조 부재(10)의 상기 루트 돌출부(22) 및 상기 제2 구조 부재(12)의 루트 돌출부(32)의 상기 루트 돌출부 반경, 상기 루트 돌출부 높이, 및 상기 루트 돌출부 폭은, 피로 파괴가 용접 루트(72)에서 발생하지 않도록 상기 제1 구조 부재(10)의 상기 몸체(40) 및 상기 제2 구조 부재(12)의 상기 본체(240)를 통해 전파되는 루트 응력 흐름 경로(200)를 넘어서 그로부터 멀어지게 격리된 무시 가능한 루트 응력 집중 구역에 대응하는 응력 보호된 용접 루트 영역(160) 내에 상기 용접 루트(72)를 배치하도록 구성되는, 구조물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 구조 부재(10) 및 상기 제2 구조 부재(12) 각각의 상기 단부(20, 30)는 토 돌출부(23, 33)를 더 포함하고, 상기 토 돌출부(23, 33)는 토 돌출부 반경을 따라 상기 제1 표면(16, 76)으로부터 반경방향의 외측으로 상기 토 돌출부(23, 33)의 외단(83, 123)까지 연장되어 상기 제2 표면(18, 78)으로부터 상기 토 돌출부(23, 33)의 상기 외단(83, 123)까지 연장되는 토 돌출부 높이를 획정하며, 상기 토 돌출부(23, 33)의 상기 외단(83, 123)의 내측 에지(185, 195)와 외측 에지(81, 121) 사이에서 연장되는 토 돌출부 폭을 포함하는, 구조물.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 구조 부재(10)의 상기 토 돌출부(23) 및 상기 제2 구조 부재(12)의 상기 토 돌출부(33)의 토 돌출부 반경, 토 돌출부 높이, 및 토 돌출부 폭은, 피로 파괴가 용접 토(73a, 73b)에서 발생하지 않도록 상기 제1 구조 부재(10)의 상기 몸체(40) 및 상기 제2 구조 부재의 상기 본체(240)를 통해 전파되는 토 응력 흐름 경로(201)를 넘어서 그로부터 멀어지게 격리된 무시 가능한 토 응력 집중 구역에 대응하는 응력 보호된 용접 토 영역(161a, 161b) 내에 상기 용접 토(73a, 73b)를 배치하도록 구성되는, 구조물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 구조 부재(10)의 몸체(40)는 상기 루트 돌출부(22), 상기 토 돌출부(23), 및 상기 제1 구조 부재(10)의 본체(41)를 포함하고, 상기 제2 구조 부재(12)의 본체(240)는 상기 루트 돌출부(32), 상기 토 돌출부(33), 및 상기 제2 구조 부재(12)의 본체(241)를 포함하며, 상기 제1 구조 부재(10)의 상기 몸체(40)는 상기 제1 구조 부재(10)의 상기 제1 표면(16)으로부터 상기 제2 표면(18)까지 연장되는 두께를 포함하고, 상기 제2 구조 부재(12)의 상기 본체(241)는 상기 제2 구조 부재(12)의 상기 제1 표면(76)으로부터 상기 제2 표면(78)까지 연장되는 두께를 포함하는, 구조물.
  10. 제11항에 있어서, 상기 제1 구조 부재(10)의 상기 본체(40)의 두께는 상기 제2 구조 부재(12)의 상기 본체(240)의 두께와 동등한, 구조물.
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