KR20210100424A - 겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그 - Google Patents

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KR20210100424A
KR20210100424A KR1020200014397A KR20200014397A KR20210100424A KR 20210100424 A KR20210100424 A KR 20210100424A KR 1020200014397 A KR1020200014397 A KR 1020200014397A KR 20200014397 A KR20200014397 A KR 20200014397A KR 20210100424 A KR20210100424 A KR 20210100424A
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jig
welding
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lap joint
pair
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KR1020200014397A
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곽묘정
박성우
권승민
박세윤
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대우조선해양 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그는 겹이음 용접된 한 쌍의 시편들의 일단부의 용접부(1)를 고정하는 용접부 지그(100), 상기 용접부 지그(100)와 연결되며 상기 한쌍의 시편들의 타단부를 고정하는 시편 지그(200), 그리고 상기 용접부 지그(100)와 상기 시편 지그(200)를 결합하는 결합 부재를 포함한다.

Description

겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그{JIG FOR FATIGUE TESTING OF LAP JOINT WELDING}
본 발명은 겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정확한 피로 강도 테스트 결과를 도출할 수 있는 겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그에 관한 것이다.
겹이음 용접(Lap Joint Welding)의 피로 강도 테스트 시, 어느 하나의 시편은 용접부를 기준으로 상부에 위치하고, 나머지 시편은 용접부를 기준으로 하부에 위치하게 된다.
따라서, 피로 강도 테스트 시, 힘의 작용점이 서로 달라서 겹이음 용접된 시편들에 굽힘 모멘트가 발생하게 된다. 이 경우, 시편들에 부정확한 하중이 작용하게 되어 피로 강도 테스트의 실험 결과를 신뢰하기 어렵게 되며, 정확한 설계를 진행하기 어렵게 된다.
본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 정확한 실험 결과를 도출할 수 있는 겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그는 겹이음 용접된 한 쌍의 시편들의 일단부의 용접부(1)를 고정하는 용접부 지그(100), 상기 용접부 지그(100)와 연결되며 상기 한쌍의 시편들의 타단부를 고정하는 시편 지그(200), 그리고 상기 용접부 지그(100)와 상기 시편 지그(200)를 결합하는 결합 부재를 포함한다.
여기서, 상기 한 쌍의 시편들은 상기 용접부(1)를 기준으로 상부에 위치하는 제1 시편(11), 그리고 상기 용접부(1)를 기준으로 하부에 위치하는 제2 시편(12)을 포함하고, 상기 용접부 지그(100)는 상기 제1 시편(11)의 일단부가 안착되는 제1 안착홈을 가지는 상부 용접부 지그(110), 그리고 상기 제2 시편(12)의 일단부가 안착되는 제2 안착홈을 가지는 하부 용접부 지그(120)를 포함하며, 상기 상부 용접부 지그(110)와 상기 하부 용접부 지그(120)가 서로 중첩하여 상기 제1 시편(11) 및 상기 제2 시편(12)의 용접부(1)를 고정할 수 있다.
이때, 상기 시편 지그(200)는 상기 제1 시편(11)의 타단부를 고정하는 제1 시편 지그(210), 상기 제2 시편(12)의 타단부를 고정하는 제2 시편 지그(220), 상기 제1 시편 지그(210)에서 연장되어 상기 용접부 지그(100)의 하면과 접촉하는 제1 연장부(230), 그리고 상기 제2 시편 지그(220)에서 연장되어 상기 용접부 지그(100)의 하면과 접촉하는 제2 연장부(240)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 연장부(230)는 상기 제1 시편 지그(210)에서 연장되는 제1 경사부, 그리고 상기 제1 경사부와 연결되는 제1 평면부를 포함하고, 상기 제2 연장부(240)는 상기 제2 시편 지그(220)에서 연장되는 제2 경사부, 그리고 상기 제2 경사부와 연결되는 제2 평면부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 결합 부재는 상기 상부 용접부 지그(110)와 상기 하부 용접부 지그(120)를 관통하여 결합하는 한 쌍의 제1 결합 부재(310), 그리고 상기 상부 용접부 지그(110), 상기 하부 용접부 지그(120) 및 상기 제2 연장부(240)를 관통하여 결합하는 한 쌍의 제2 결합 부재(320)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 결합 부재(310) 및 상기 제2 결합 부재(320)는 볼트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 연장부(240)의 폭은 상기 제1 연장부(230)의 폭보다 클 수 있다.
이때, 상기 제1 연장부(230)는 한 쌍의 제1 결합 부재(310)와 평면상 중첩하지 않고, 상기 제2 연장부(240)는 한 쌍의 제2 결합 부재(320)와 평면상 중첩할 수 있다.
또한, 상기 제1 안착홈에 설치되는 계측 센서(400)를 더 포함할 수 있다.
여기서,　상기 계측 센서(400)와 연결되며 상기 상부 용접부 지그(110)의 하면에 형성되는 배선 홈(53)에 설치되는 센서 연결선(500)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그는 겹이음 용접된 한 쌍의 시편들의 일단부의 용접부를 고정하는 용접부 지그를 이용하여 용접부를 고정하고, 테스트 장치와 연결되며 한 쌍의 시편들의 타단부를 고정하는 시편 지그를 이용하여 시편들의 떨림을 방지함으로써, 신뢰성 있는 정확한 실험 결과를 도출할 수 있다.
또한, 용접부 지그의 내부에 계측 센서를 설치함으로써, 용접부 지그 내부에 위치하는 용접부의 파단 상태를 실시간으로 체크할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그의 저면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그의 상부 용접부 지그의 평면도이다.
도 5는 도 4의 V-V'선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 6은 도 4의 VI-VI'선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그의 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그의 개략적인 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그의 저면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그는 용접부 지그(100), 시편 지그(200), 결합 부재(300), 계측 센서(400), 그리고 센서 연결선(500)을 포함한다.
용접부 지그(100)는 겹이음 용접된 한 쌍의 시편들(10)의 일단부(11a, 12a)의 용접부(1)를 고정할 수 있다.
한 쌍의 시편들(10)은 용접부(1)를 기준으로 제3 방향(Z)으로 상부에 위치하는 제1 시편(11), 그리고 용접부(1)를 기준으로 제3 방향(Z)으로 하부에 위치하는 제2 시편(12)을 포함할 수 있다. 제1 시편(11)의 일단부(11a)와 제2 시편(12)의 일단부(12a) 사이에 용접부(1)가 형성되어 제1 시편(11)과 제2 시편(12)을 서로 고정할 수 있다.
용접부 지그(100)는 제1 시편(11) 및 제2 시편(12)의 상부에 위치하는 상부 용접부 지그(110), 그리고 상부 용접부 지그(110)와 중첩하며 제1 시편(11) 및 제2 시편(12)의 하부에 위치하는 하부 용접부 지그(120)를 포함한다. 상부 용접부 지그(110)와 하부 용접부 지그(120) 사이에 제1 시편(11)의 일단부(11a) 및 제2 시편(12)의 일단부(12a)가 위치할 수 있다.
상부 용접부 지그(110)는 제1 시편(11)의 일단부(11a)가 안착되는 제1 안착홈(110a)을 가질 수 있으며, 하부 용접부 지그(120)는 제2 시편(12)의 일단부(12a)가 안착되는 제2 안착홈(120a)을 가질 수 있다.
따라서, 상부 용접부 지그(110)와 하부 용접부 지그(120)가 서로 중첩하여 제1 시편(11) 및 제2 시편(12)의 용접부(1)를 고정할 수 있다. 이와 같이, 용접부 지그(100)는 제1 시편(11) 및 제2 시편(12)의 용접부(1)를 직접 누르고 있으므로, 용접부(1)의 굽힘 변형을 방지할 수 있다.
이러한 용접부 지그(100)는 우드(Wood)로 형성할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 한 쌍의 시편들(10)의 용접부(1)를 고정할 수 있는 다양한 재질이 가능하다.
시편 지그(200)는 용접부 지그(100)와 연결되며 한 쌍의 시편들의 타단부(11b, 12b)를 고정할 수 있다.
시편 지그(200)는 제1 시편 지그(210), 제2 시편 지그(220), 제1 연장부(230), 그리고 제2 연장부(240)를 포함할 수 있다.
제1 시편 지그(210)는 제1 시편(11)의 타단부(11b)를 고정할 수 있다. 제1 시편 지그(210)는 제1 시편(11)의 타단부(11b)의 상부에 위치하는 상부 제1 시편 지그(211), 그리고 제1 시편(11)의 타단부(11b)의 하부에 위치하는 하부 제1 시편 지그(212)를 포함할 수 있다. 상부 제1 시편 지그(211)와 하부 제1 시편 지그(212)는 서로 중첩하며 그 사이에 제1 시편(11)의 타단부(11b)가 위치할 수 있다.
제2 시편 지그(220)는 제2 시편(12)의 타단부(12b)를 고정할 수 있다. 제2 시편 지그(220)는 제2 시편(12)의 타단부(12b)의 상부에 위치하는 상부 제2 시편 지그(221), 그리고 제2 시편(12)의 타단부(12b)의 하부에 위치하는 하부 제2 시편 지그(222)를 포함할 수 있다. 상부 제2 시편 지그(221)와 하부 제2 시편 지그(222)는 서로 중첩하며 그 사이에 제2 시편(12)의 타단부(12b)가 위치할 수 있다.
제1 시편 지그(210)와 제2 시편 지그(220)는 용접부 지그(100)를 기준으로 서로 마주보며 위치할 수 있다.
제1 연장부(230)는 제1 시편 지그(210)에서 연장되어 용접부 지그(100)의 하면과 접촉할 수 있다. 제1 연장부(230)는 하부 제1 시편 지그(212)에서 연장되는 제1 경사부(231), 그리고 제1 경사부(231)와 연결되어 용접부 지그(100)의 하면과 접촉하는 제1 평면부(232)를 포함할 수 있다.
제2 연장부(240)는 제2 시편 지그(220)에서 연장되어 용접부 지그(100)의 하면과 접촉할 수 있다. 제2 연장부(240)는 하부 제2 시편 지그(222)에서 연장되는 제2 경사부(241), 그리고 제2 경사부(241)와 연결되여 용접부 지그(100)의 하면과 접촉하는 제2 평면부(242)를 포함할 수 있다.
시편 지그(200)에는 테스트기의 제1 홀딩부(HL1) 및 제2 홀딩부(HL2)가 결합하며, 제1 홀딩부(HL1)는 제1 시편 지그(210)를 인장하고 풀어주는 동작을 반복함으로써, 제1 시편(11) 및 제2 시편(12)의 용접부(1)에 반복적인 인장 하중이 작용하도록 한다. 이러한 동작을 통해 겹이음 용접된 제1 시편(11) 및 제2 시편(12)의 용접부(1)의 피로 강도를 테스트할 수 있다. 이 때, 용접부 지그(100)는 제1 시편(11) 및 제2 시편(12)의 용접부(1)를 직접 누르고 있으므로, 용접부(1)의 굽힘 변형을 방지할 수 있다.
한편, 제1 시편 지그(210)의 상부면과 제2 시편 지그(220)의 상부면은 동일한 높이에 위치할 수 있다. 구체적으로, 상부 제1 시편 지그(211)의 상부면과 상부 제2 시편 지그(221)의 상부면은 동일한 선상(H)에 위치할 수 있다. 이를 위해 상부 제1 시편 지그(211)의 두께(t1)와 상부 제2 시편 지그(221)의 두께(t2)는 조절 가능하다. 본 실시예에서는 상부 제2 시편 지그(221)의 두께(t2)가 상부 제1 시편 지그(211)의 두께(t1)보다 두꺼울 수 있다.
이와 같이, 제1 시편 지그(210)의 상부면과 제2 시편 지그(220)의 상부면이 동일한 높이에 위치하므로, 테스트기의 제1 홀딩부(HL1)와 제2 홀딩부(HL2)의 높이가 동일하게 위치하게 되어, 피로 강도 테스트를 정확하게 진행할 수 있다.
시편 지그(200)는 스틸(Steel)로 형성할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 한 쌍의 시편들(10)의 타단부를 고정할 수 있는 다양한 재질이 가능하다.
결합 부재(300)는 용접부 지그(100)와 시편 지그(200)를 결합할 수 있다.
결합 부재(300)는 제2 방향(Y)으로 서로 이격되어 위치하는 한 쌍의 제1 결합 부재(310) 및 한 쌍의 제2 결합 부재(320)를 포함할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제1 연장부(230)는 한 쌍의 제1 결합 부재(310)와 평면상 중첩하지 않으므로, 한 쌍의 제1 결합 부재(310)는 상부 용접부 지그(110)와 하부 용접부 지그(120)를 관통하여 이들을 서로 결합할 수 있다. 또한, 제2 연장부(240)는 한 쌍의 제2 결합 부재(320)와 평면상 중첩하므로, 한 쌍의 제2 결합 부재(320)는 상부 용접부 지그(110), 하부 용접부 지그(120) 및 제2 연장부(240)를 관통하여 이들을 서로 결합할 수 있다. 이 때, 제2 연장부(240)의 폭(D2)은 제1 연장부(230)의 폭(D1)보다 클 수 있다.
한 쌍의 제1 결합 부재(310) 및 한 쌍의 제2 결합 부재(320)에 의해 용접부 지그(100)는 보다 강하게 제1 시편(11) 및 제2 시편(12)을 고정할 수 있으므로, 용접부(1)의 굽힘 변형을 방지할 수 있다.
이와 같이, 한 쌍의 제1 결합 부재(310)는 상부 용접부 지그(110)와 하부 용접부 지그(120)만을 관통하여 이들을 서로 결합하고, 한 쌍의 제2 결합 부재(320)는 상부 용접부 지그(110), 하부 용접부 지그(120) 및 제2 연장부(240)를 관통하여 이들을 서로 결합함으로써, 겹이음 용접의 피로 강도 테스트 시, 용접부 지그(100)에는 반복적인 인장 하중이 작용하지 않고, 한 쌍의 시편(10)에만 제1 시편 방향(X1)으로 반복적인 인장 하중이 안정적으로 작용하게 할 수 있다.
또한, 시편 지그(200)는 용접부 지그(100)의 하면을 지지하는 제1 연장부(230) 및 제2 연장부(240)를 포함함으로써, 겹이음 용접의 피로 강도 테스트 시, 제1 시편(11) 및 제2 시편(12)의 흔들림을 방지할 수 있다.
제1 결합 부재(310) 및 상기 제2 결합 부재(320)는 볼트를 포함할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 결합을 위한 구조라면 다양한 구성이 가능하다.
한편, 계측 센서(400)는 용접부(1)에 인접하여 제1 안착홈(110a)에 설치될 수 있다. 따라서, 용접부 지그(100)의 내부에 설치되는 계측 센서(400)는 용접부 지그(100) 내부에 위치하는 용접부(1)의 파단을 실시간으로 체크할 수 있다.
용접부 지그(100) 내부에 위치하는 계측 센서(400)와 용접부 지그(100) 외부에 위치하는 계측기(600)를 연결하는 센서 연결선(500)은 상부 용접부 지그(110)의 하면에 형성되는 배선 홈(53)에 설치될 수 있다(도 4 참조).
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그의 상부 용접부 지그의 평면도이고, 도 5는 도 4의 V-V'선을 따라 잘라 도시한 단면도이며, 도 6은 도 4의 VI-VI'선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 상부 용접부 지그(110)는 한 쌍의 제1 결합 홀(51)과 한 쌍의 제2 결합 홀(52)이 형성될 수 있다. 한 쌍의 제1 결합 홀(51)에는 한 쌍의 제1 결합 부재(310)가 체결되며, 한 쌍의 제2 결합 홀(52)에는 한 쌍의 제2 결합 부재(320)가 체결될 수 있다.
한 쌍의 제1 결합 홀(51) 사이와 한 쌍의 제2 결합 홀(52) 사이로 제1 방향(X)을 따라 배선 홈(53)이 형성될 수 있다. 이러한 배선 홈(53)에 센서 연결선(500)이 배치되어 외부의 계측기(600)와 연결될 수 있다. 따라서, 용접부 지그(100)의 내부에 계측 센서(400)를 설치하고 계측 센서(400)를 센서 연결선(500)을 이용하여 계측기(600)와 연결함으로써, 용접부 지그(100) 내부에 위치하는 용접부(1)의 파단 상태를 실시간으로 체크할 수 있다.
이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 용접부 지그 110: 상부 용접부 지그
120: 하부 용접부 지그 200: 시편 지그
210: 제1 시편 지그 220: 제2 시편 지그
230: 제1 연장부 240: 제2 연장부
300: 결합 부재 310: 제1 결합 부재
320: 제2 결합 부재 400: 계측 센서
500: 센서 연결선 600: 계측기

Claims (10)

  1. 겹이음 용접된 한 쌍의 시편들의 일단부의 용접부(1)를 고정하는 용접부 지그(100),
    상기 용접부 지그(100)와 연결되며 상기 한 쌍의 시편들의 타단부를 고정하는 시편 지그(200), 그리고
    상기 용접부 지그(100)와 상기 시편 지그(200)를 결합하는 결합 부재
    를 포함하는, 겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 시편들은 상기 용접부(1)를 기준으로 상부에 위치하는 제1 시편(11), 그리고 상기 용접부(1)를 기준으로 하부에 위치하는 제2 시편(12)을 포함하고,
    상기 용접부 지그(100)는 상기 제1 시편(11)의 일단부가 안착되는 제1 안착홈을 가지는 상부 용접부 지그(110), 그리고 상기 제2 시편(12)의 일단부가 안착되는 제2 안착홈을 가지는 하부 용접부 지그(120)를 포함하며,
    상기 상부 용접부 지그(110)와 상기 하부 용접부 지그(120)가 서로 중첩하여 상기 제1 시편(11) 및 상기 제2 시편(12)의 용접부(1)를 고정하는,　겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 시편 지그(200)는
    상기 제1 시편(11)의 타단부를 고정하는 제1 시편 지그(210),
    상기 제2 시편(12)의 타단부를 고정하는 제2 시편 지그(220),
    상기 제1 시편 지그(210)에서 연장되어 상기 용접부 지그(100)의 하면과 접촉하는 제1 연장부(230), 그리고
    상기 제2 시편 지그(220)에서 연장되어 상기 용접부 지그(100)의 하면과 접촉하는 제2 연장부(240)
    를 포함하는,　겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 연장부(230)는 상기 제1 시편 지그(210)에서 연장되는 제1 경사부, 그리고 상기 제1 경사부와 연결되는 제1 평면부를 포함하고,
    상기 제2 연장부(240)는 상기 제2 시편 지그(220)에서 연장되는 제2 경사부, 그리고 상기 제2 경사부와 연결되는 제2 평면부를 포함하는,　겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 결합 부재는
    상기 상부 용접부 지그(110)와 상기 하부 용접부 지그(120)를 관통하여 결합하는 한 쌍의 제1 결합 부재(310), 그리고
    상기 상부 용접부 지그(110), 상기 하부 용접부 지그(120) 및 상기 제2 연장부(240)를 관통하여 결합하는 한 쌍의 제2 결합 부재(320)
    를 포함하는, 겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 결합 부재(310) 및 상기 제2 결합 부재(320)는 볼트를 포함하는, 겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 연장부(240)의 폭은 상기 제1 연장부(230)의 폭보다 큰, 겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 연장부(230)는 한 쌍의 제1 결합 부재(310)와 평면상 중첩하지 않고, 상기 제2 연장부(240)는 한 쌍의 제2 결합 부재(320)와 평면상 중첩하는, 겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 안착홈에 설치되는 계측 센서(400)를 더 포함하는,　겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 계측 센서(400)와 연결되며 상기 상부 용접부 지그(110)의 하면에 형성되는 배선 홈(53)에 설치되는 센서 연결선(500)
    을 더 포함하는,　겹이음 용접의 피로 강도 테스트용 지그.
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