KR20230162021A - 용접 구조체, 그리고 그 설계 방법 및 시공 방법 - Google Patents

용접 구조체, 그리고 그 설계 방법 및 시공 방법 Download PDF

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KR20230162021A
KR20230162021A KR1020237036299A KR20237036299A KR20230162021A KR 20230162021 A KR20230162021 A KR 20230162021A KR 1020237036299 A KR1020237036299 A KR 1020237036299A KR 20237036299 A KR20237036299 A KR 20237036299A KR 20230162021 A KR20230162021 A KR 20230162021A
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데페이 오카와
나오키 오다
히로시 시마누키
다카유키 요네자와
다케히로 이노우에
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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

접합 부재(11)의 단면(11c)이 피접합 부재(12)의 피접합면(12a)에 맞닿은 상태로 접합 부재(11)가 피접합 부재(12)에 양측 부분 용입 용접된 T 이음부를 갖고, 접합 부재(11)는 제1 표면(11a) 및 제2 표면(11b)을 갖고, 접합 부재(11)의 판 두께 t(mm)가 50.0mm 이상이고, 접합 부재(11)의, 제1 표면(11a) 및 제2 표면(11b)의 1mm 깊이 위치의 무연성 천이 온도가 -80℃ 이하이고, 제1 용접 금속(13a)의 이음의 부분 용입 d1(mm), 및 제2 용접 금속(13b)의 이음의 부분 용입 d2(mm)가 16mm 이상이고, 접합 부재(11)의, 제1 표면(11a)으로부터 d1(mm)의 깊이 위치 및 제2 표면(11b)으로부터 d2(mm)의 깊이 위치의 무연성 천이 온도가 -60℃ 이하인, 용접 구조체(10)이다.

Description

용접 구조체, 그리고 그 설계 방법 및 시공 방법
본 발명은, 컨테이너선 등에 있어서 이용되는 용접 구조체, 그리고 그 설계 방법 및 시공 방법에 관한 것이다.
대량의 화물을 탑재하는 대형의 컨테이너선에 있어서는, 어퍼 덱(상갑판)에, 화물의 하역을 행하기 위한 큰 개구부(해치)가 형성되어 있다. 또, 어퍼 덱 상에는, 해수의 유입 방지 등을 위하여, 해치를 둘러싸도록 해치 사이드 코밍이 설치되어 있다. 어퍼 덱 및 해치 사이드 코밍은 각각, 복수의 강판을 용접하여 구성되어 있다. 또, 해치 사이드 코밍은, 어퍼 덱 상에 용접되어 있다.
상기와 같은 대형의 컨테이너선이 해상을 항행할 때에는, 파랑에 의하여, 선체 전체를 구부리는 하중(세로 굽힘 하중)이 선체에 부하된다. 이와 같은 하중에 대하여, 선체의 강도(세로 굽힘 강도)를 충분히 확보하기 위하여, 어퍼 덱 및 해치 사이드 코밍에는, 고강도의 후육 강판이 이용되고 있다.
또, 상술한 바와 같이, 해치 사이드 코밍 및 어퍼 덱은 각각, 복수의 강판을 용접한 구성을 갖고 있다. 바꾸어 말하면, 해치 사이드 코밍 및 어퍼 덱에는, 강판끼리를 용접한 것에 의한 복수의 용접부가 형성되어 있다. 용접부에서 발생한 균열은, 용접부를 따라 전파되기 쉽다. 이 때문에, 예를 들면, 해치 사이드 코밍의 용접부에 있어서 균열이 발생한 경우, 그 균열이 용접부를 따라 어퍼 덱 측을 향하여 전파되고, 전파된 균열이 어퍼 덱으로 진전하는 경우가 있다. 따라서, 선체의 강도를 충분히 향상시키기 위해서는, 해치 사이드 코밍 및 어퍼 덱이, 상기와 같은 균열의 진전을 정지시킬 수 있는 특성(취성 균열 전파 정지 특성)을 가질 필요가 있다.
예를 들면, 특허문헌 1 및 2에는, 취성 균열 전파 정지 특성에 관한 용접 구조체가 개시되어 있다.
그런데, 해치 사이드 코밍에서 발생하여, 어퍼 덱 측을 향하여 전파된 균열의 진전을 정지시키기 위해서는, 예를 들면, 취성 균열 전파 정지 특성의 지표인 「-10℃에 있어서의 Kca값」이 6000N/mm1.5 이상인 후육 강판을 이용할 필요가 있는 것이 알려져 있다.
또, 상술한 예뿐만 아니라, 균열이 어퍼 덱으로부터 발생하여 해치 사이드 코밍 측을 향하여 전파될 가능성도 있다. 그리고, 일본 해사 협회와 일본 용접 협회의 공동 연구에서 실시된 실증 시험 결과에 의하면, 어퍼 덱에서 발생하여, 해치 사이드 코밍 측을 향하여 전파되는 균열의 진전을 정지시키기 위해서는, 8000N/mm1.5 이상이라고 하는 매우 높은 Kca값을 갖는 후육 강판을 이용할 필요가 있는 것을 알게 되었다.
그러나, 이와 같은 높은 취성 균열 전파 정지 특성을 갖는 후육 강판을 안정적으로 제조하는 것은, 기술적인 면에서도 비용적인 면에서도 곤란하다고 하는 문제가 있다. 그 때문에, 보다 합리적인 수법에 의하여 저비용이고 우수한 취성 균열 전파 정지 특성을 갖는 용접 구조체를 얻을 필요가 있다.
또, 강판의 Kca값을 평가하기 위해서는, ESSO 시험(취성 파괴 전파 정지 시험: 시험편에 취성 균열을 인위적으로 발생시키고, 취성 균열을 정지시키는 성능을 평가하는 시험) 등의 대형 시험을 실시할 필요가 있다.
그러나, 대형 시험을 실시하기 위해서는, 많은 시간과 비용을 필요로 하기 때문에, Kca값의 평가가 용이하지 않다고 하는 문제가 있다. 그 때문에, Kca값이 아니라, 보다 간편하게 평가할 수 있는 파라미터에 의하여 취성 균열 전파 정지 특성을 보증한 용접 구조체가 바람직하다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 특허문헌 3에서는, 해치 사이드 코밍이 되는 후육 강판의 표층부에 있어서의 취성 균열 전파 정지 특성을, 균열이 돌입하는 영역의 깊이에 따라 향상시킴으로써, 저비용이고 우수한 취성 균열 전파 정지 특성을 갖는 용접 구조체를 얻는 것을 실현하고 있다.
일본국 특허공개 2007-326147호 공보 일본국 특허 제5365761호 국제 공개 제2020/136777호
그러나, 특허문헌 3에 있어서는, 주로, 어퍼 덱으로부터 해치 사이드 코밍 측을 향하여 균열이 전파되는 경우에 있어서, 균열의 돌입 영역이 해치 사이드 코밍에 이용되는 후육 강판의 표층 영역에만 제한되는 구조로 하는 것을 상정하고 있다. 그 때문에, 균열이 돌입하는 영역의 깊이가 큰 경우에는, 해치 사이드 코밍에 이용되는 후육 강판의 표층부에 과대한 취성 균열 전파 정지 특성이 요구되게 된다.
어퍼 덱과 해치 사이드 코밍의 접합부의 이음 강도를 중시하는 경우에 있어서는, 용접 금속의 용입 깊이를 크게 설정할 필요가 있어, 균열의 돌입 영역이 표층 영역에 한정되지 않는 경우도 있다. 일반적으로, 후육 강판에 있어서는, 표층 영역과 내부 영역에서는, 금속 조직을 구분하여 만드는 것이 가능하고, 그러므로 취성 균열 전파 정지 특성도 크게 상이한 경우가 있다. 그것으로부터, 특히, 용접 금속의 용입 깊이가 큰 용접 구조체에 관해서는, 내부 영역의 특성에 대해서도 고려할 필요가 있어, 추가적인 개선의 여지가 남아 있다.
본 발명은, 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 이음 강도 및 취성 균열 전파 정지 특성이 우수한 용접 구조체, 그리고 그 설계 방법 및 시공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 하기의 용접 구조체를 요지로 한다.
(1) 판 형상의 접합 부재의 단면(端面)이 판 형상의 피접합 부재의 피접합면에 맞닿은 상태로, 상기 접합 부재가 상기 피접합 부재에 양측 부분 용입 용접된 T 이음부를 갖는 용접 구조체로서,
상기 접합 부재는, 상기 접합 부재의 판 두께 방향에 수직인 제1 표면 및 제2 표면을 갖고,
상기 접합 부재의 판 두께 t(mm)가, 하기 (i)식을 만족하고,
상기 접합 부재의, 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치로부터 각각 채취되고, 한쪽의 표면이 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -80℃ 이하이고,
상기 제1 표면 측에 형성된 제1 용접 금속에 있어서의, 상기 판 두께 방향에 있어서의 이음의 부분 용입을 d1(mm), 상기 제2 표면 측에 형성된 제2 용접 금속에 있어서의, 상기 판 두께 방향에 있어서의 이음의 부분 용입을 d2(mm)로 했을 때에,
d1 및 d2가 16mm 이상이고,
상기 접합 부재의, 상기 제1 표면으로부터 d1(mm)의 깊이 위치 및 상기 제2 표면으로부터 d2(mm)의 깊이 위치로부터 각각 채취되고, 두께 방향의 중심이, 상기 제1 표면으로부터 d1(mm)의 깊이 위치 및 상기 제2 표면으로부터 d2(mm)의 깊이 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -60℃ 이하인,
용접 구조체.
t≥50.0 ···(i)
(2) 상기 접합 부재의 판 두께 t(mm), 상기 부분 용입 d1(mm) 및 상기 부분 용입 d2(mm)가, 하기 (ii)식 및 (iii)식을 만족하는,
상기 (1)에 기재된 용접 구조체.
t/4≤d1<t/2 ···(ii)
t/4≤d2<t/2 ···(iii)
(3) 판 형상의 접합 부재의 단면이 판 형상의 피접합 부재의 피접합면에 맞닿은 상태로, 상기 접합 부재가 상기 피접합 부재에 완전 용입 용접된 T 이음부를 갖는 용접 구조체로서,
상기 접합 부재는, 상기 접합 부재의 판 두께 방향에 수직인 제1 표면 및 제2 표면을 갖고,
상기 접합 부재의 판 두께 t(mm)가, 하기 (i)식을 만족하고,
상기 접합 부재의, 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치로부터 각각 채취되고, 한쪽의 표면이 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -80℃ 이하이고,
상기 접합 부재의 판 두께 중심 위치로부터 채취되고, 두께 방향의 중심이 상기 판 두께 중심 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -60℃ 이하인,
용접 구조체.
t≥50.0 ···(i)
(4) 상기 접합 부재의 판 두께 t(mm)가 하기 (iv)식을 만족하는,
상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 용접 구조체.
t>80.0 ···(iv)
(5) 상기 접합 부재의 항복 응력이 400~580MPa이고, 인장 강도가 510~750MPa인,
상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 용접 구조체.
(6) 판 형상의 접합 부재의 단면이 판 형상의 피접합 부재의 피접합면에 맞닿은 상태로, 상기 접합 부재가 상기 피접합 부재에 양측 부분 용입 용접된 T 이음부를 갖는 용접 구조체의 설계 방법으로서,
제1 부재의 단면을 제2 부재의 피접합면에 맞닿게 한 상태로, 상기 제1 부재를 상기 제2 부재에 양측 부분 용입 용접할 때의, 상기 제1 부재의 판 두께 t(mm), 상기 제1 부재의 단면에 형성하는 개선(開先) 형상, 및 용접 조건을 설정하는, 설정 공정과,
상기 제1 부재가 갖는, 상기 제1 부재의 판 두께 방향에 수직인 한 쌍의 표면을, 각각 제1 표면 및 제2 표면으로 하고,
상기 설정 공정에서 설정된 상기 판 두께 및 상기 개선 형상을 갖는 상기 제1 부재를 상기 제2 부재에, 상기 설정 공정에서 설정된 상기 용접 조건으로 양측 부분 용입 용접한 경우의,
상기 제1 표면 측에 형성되는 제1 용접 금속에 있어서의, 상기 판 두께 방향에 있어서의 이음의 부분 용입 d1(mm), 및 상기 제2 표면 측에 형성되는 제2 용접 금속에 있어서의, 상기 판 두께 방향에 있어서의 이음의 부분 용입 d2(mm)를 추정하는, 추정 공정과,
상기 설정 공정에서 설정된 판 두께 t(mm)가, 하기 (i)식을 만족하고,
상기 추정 공정에서 추정된 d1 및 d2가 16mm 이상이고,
상기 제1 부재의, 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치로부터 각각 채취되고, 한쪽의 표면이 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -80℃ 이하이고,
상기 제1 부재의, 상기 제1 표면으로부터 d1(mm)의 깊이 위치 및 상기 제2 표면으로부터 d2(mm)의 깊이 위치로부터 각각 채취되고, 두께 방향의 중심이, 상기 제1 표면으로부터 d1(mm)의 깊이 위치 및 상기 제2 표면으로부터 d2(mm)의 깊이 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -60℃ 이하라고 하는 조건을 모두 만족하는 경우에,
상기 설정 공정에서 설정된 상기 판 두께 및 상기 개선 형상을 갖는 상기 제1 부재를, 상기 접합 부재의 소재로 선정하고, 또한, 상기 설정 공정에서 설정된 상기 용접 조건을, 상기 용접 구조체를 제조할 때의 용접 조건으로 선정하는, 선정 공정을 구비하는,
용접 구조체의 설계 방법.
t≥50.0 ···(i)
(7) 상기 선정 공정에 있어서, 상기 설정 공정에서 설정된 판 두께 t(mm), 상기 추정 공정에서 추정된 상기 부분 용입 d1(mm) 및 상기 부분 용입 d2(mm)가, 추가로 하기 (ii)식 및 (iii)식을 만족하는 경우에, 상기 제1 부재를, 상기 접합 부재의 소재로 선정하는,
상기 (6)에 기재된 용접 구조체의 설계 방법.
t/4≤d1<t/2 ···(ii)
t/4≤d2<t/2 ···(iii)
(8) 판 형상의 접합 부재의 단면이 판 형상의 피접합 부재의 피접합면에 맞닿은 상태로, 상기 접합 부재가 상기 피접합 부재에 완전 용입 용접된 T 이음부를 갖는 용접 구조체의 설계 방법으로서,
제1 부재의 단면을 제2 부재의 피접합면에 맞닿게 한 상태로, 상기 제1 부재를 상기 제2 부재에 완전 부분 용입 용접할 때의, 상기 제1 부재의 판 두께 t(mm)를 설정하는, 설정 공정과,
상기 설정 공정에서 설정된 판 두께 t(mm)가, 하기 (i)식을 만족하고,
상기 제1 부재가 갖는, 상기 제1 부재의 판 두께 방향에 수직인 한 쌍의 표면을, 각각 제1 표면 및 제2 표면으로 한 경우의,
상기 제1 부재의, 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치로부터 각각 채취되고, 한쪽의 표면이 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -80℃ 이하이고,
상기 제1 부재의 판 두께 중심 위치로부터 채취되고, 두께 방향의 중심이 상기 판 두께 중심 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -60℃ 이하라고 하는 조건을 모두 만족하는 경우에,
상기 설정 공정에서 설정된 상기 판 두께를 갖는 상기 제1 부재를, 상기 접합 부재의 소재로 선정하는, 선정 공정을 구비하는,
용접 구조체의 설계 방법.
t≥50.0 ···(i)
(9) 상기 선정 공정에 있어서, 상기 설정 공정에서 설정된 판 두께 t(mm)가, 추가로 하기 (iv)식을 만족하는 경우에, 상기 제1 부재를, 상기 접합 부재의 소재로 선정하는,
상기 (6) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 용접 구조체의 설계 방법.
t>80.0 ···(iv)
(10) 상기 선정 공정에 있어서, 상기 제1 부재의 항복 응력이 400~580MPa이고, 인장 강도가 510~750MPa이라고 하는 조건을 추가로 만족하는 경우에, 상기 제1 부재를, 상기 접합 부재의 소재로 선정하는,
상기 (6) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 용접 구조체의 설계 방법.
(11) 판 형상의 접합 부재의 단면이 판 형상의 피접합 부재의 피접합면에 맞닿은 상태로, 상기 접합 부재가 상기 피접합 부재에 양측 부분 용입 용접된 T 이음부를 갖는 용접 구조체의 시공 방법으로서,
제1 부재의 단면을 제2 부재의 피접합면에 맞닿게 한 상태로, 상기 제1 부재를 상기 제2 부재에 양측 부분 용입 용접할 때의, 상기 제1 부재의 판 두께 t(mm), 상기 제1 부재의 단면에 형성하는 개선 형상, 및 용접 조건을 설정하는, 설정 공정과,
상기 제1 부재가 갖는, 상기 제1 부재의 판 두께 방향에 수직인 한 쌍의 표면을, 각각 제1 표면 및 제2 표면으로 하고,
상기 설정 공정에서 설정된 상기 판 두께 및 상기 개선 형상을 갖는 상기 제1 부재를 상기 제2 부재에, 상기 설정 공정에서 설정된 상기 용접 조건으로 양측 부분 용입 용접한 경우의,
상기 제1 표면 측에 형성되는 제1 용접 금속에 있어서의, 상기 판 두께 방향에 있어서의 이음의 부분 용입 d1(mm), 및 상기 제2 표면 측에 형성되는 제2 용접 금속에 있어서의, 상기 판 두께 방향에 있어서의 이음의 부분 용입 d2(mm)를 추정하는, 추정 공정과,
상기 설정 공정에서 설정된 판 두께 t(mm)가, 하기 (i)식을 만족하고,
상기 추정 공정에서 추정된 d1 및 d2가 16mm 이상이고,
상기 제1 부재의, 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치로부터 각각 채취되고, 한쪽의 표면이 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -80℃ 이하이고,
상기 제1 부재의, 상기 제1 표면으로부터 d1(mm)의 깊이 위치 및 상기 제2 표면으로부터 d2(mm)의 깊이 위치로부터 각각 채취되고, 두께 방향의 중심이, 상기 제1 표면으로부터 d1(mm)의 깊이 위치 및 상기 제2 표면으로부터 d2(mm)의 깊이 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -60℃ 이하라고 하는 조건을 모두 만족하는 경우에,
상기 설정 공정에서 설정된 상기 판 두께 및 상기 개선 형상을 갖는 상기 제1 부재를, 상기 접합 부재의 소재로 하여, 상기 설정 공정에서 설정된 상기 용접 조건에 의하여, 상기 피접합 부재의 소재가 되는 부재에 양측 부분 용입 용접하는, 용접 공정을 구비하는,
용접 구조체의 시공 방법.
t≥50.0 ···(i)
(12) 상기 용접 공정에 있어서, 상기 설정 공정에서 설정된 판 두께 t(mm), 상기 추정 공정에서 추정된 상기 부분 용입 d1(mm) 및 상기 부분 용입 d2(mm)가, 추가로 하기 (ii)식 및 (iii)식을 만족하는 경우에, 상기 제1 부재를, 상기 접합 부재의 소재로 하는,
상기 (11)에 기재된 용접 구조체의 시공 방법.
t/4≤d1<t/2 ···(ii)
t/4≤d2<t/2 ···(iii)
(13) 판 형상의 접합 부재의 단면이 판 형상의 피접합 부재의 피접합면에 맞닿은 상태로, 상기 접합 부재가 상기 피접합 부재에 완전 용입 용접된 T 이음부를 갖는 용접 구조체의 설계 방법으로서,
제1 부재의 단면을 제2 부재의 피접합면에 맞닿게 한 상태로, 상기 제1 부재를 상기 제2 부재에 완전 부분 용입 용접할 때의, 상기 제1 부재의 판 두께 t(mm)를 설정하는, 설정 공정과,
상기 설정 공정에서 설정된 판 두께 t(mm)가, 하기 (i)식을 만족하고,
상기 제1 부재가 갖는, 상기 제1 부재의 판 두께 방향에 수직인 한 쌍의 표면을, 각각 제1 표면 및 제2 표면으로 한 경우의,
상기 제1 부재의, 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치로부터 각각 채취되고, 한쪽의 표면이 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -80℃ 이하이고,
상기 제1 부재의 판 두께 중심 위치로부터 채취되고, 두께 방향의 중심이 상기 판 두께 중심 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -60℃ 이하라고 하는 조건을 모두 만족하는 경우에,
상기 설정 공정에서 설정된 상기 판 두께를 갖는 상기 제1 부재를, 상기 접합 부재의 소재로 하여, 상기 피접합 부재의 소재가 되는 부재에 완전 용입 용접하는, 용접 공정을 구비하는,
용접 구조체의 시공 방법.
t≥50.0 ···(i)
(14) 상기 용접 공정에 있어서, 상기 설정 공정에서 설정된 판 두께 t(mm)가, 추가로 하기 (iv)식을 만족하는 경우에, 상기 제1 부재를, 상기 접합 부재의 소재로 하는,
상기 (11) 내지 (13) 중 어느 하나에 기재된 용접 구조체의 시공 방법.
t>80.0 ···(iv)
(15) 상기 용접 공정에 있어서, 상기 제1 부재의 항복 응력이 400~580MPa이고, 인장 강도가 510~750MPa이라고 하는 조건을 추가로 만족하는 경우에, 상기 제1 부재를, 상기 접합 부재의 소재로 하는,
상기 (11) 내지 (14) 중 어느 하나에 기재된 용접 구조체의 시공 방법.
본 발명에 의하면, 취성 균열 전파 정지 특성이 우수한 용접 구조체를 얻을 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 용접 구조체를 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 용접 구조체를 나타내는 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 용접 구조체를 나타내는 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 용접 구조체를 나타내는 사시도이다.
도 5는, 용접 구조체의 단면도이다.
도 6은, 용접 구조체의 단면도이다.
도 7은, 구조 모델 어레스트 시험체의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은, 구조 모델 어레스트 시험체의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 용접 구조체에 대하여 설명한다.
1. 용접 구조체의 구성
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 용접 구조체를 나타내는 사시도이다. 본 실시 형태에 따른 용접 구조체(10)는, 접합 부재(11) 및 피접합 부재(12)를 구비하고 있다. 접합 부재(11)는 판 형상이며, 판 두께 방향에 수직인 제1 표면(11a) 및 제2 표면(11b)을 갖는다. 또, 피접합 부재(12)는 판 형상이며, 접합 부재(11)의 단면(11c)이 맞닿는 피접합면(12a)을 갖는다.
그리고, 도 1에 나타내는 바와 같이, 용접 구조체(10)는, 단면(11c)이 피접합면(12a)에 맞닿은 상태로, 접합 부재(11)가 피접합 부재(12)에 용접된 T 이음부를 갖는다. 또, 접합 부재(11)에는 개선이 설치되어 있고, 개선 용접에 의하여 접합되어 있다.
또한, 상기의 T 이음부를 갖는 용접 구조체에는, 도 1에 나타내는 것과 같은 T자 형상의 구조체에 더하여, 예를 들면, 도 2 및 3에 나타내는 것과 같은, 복수의 T 이음부를 갖는 구조체도 포함된다. 즉, 피접합 부재(12)의 피접합면(12a)과는 반대 측의 면에 다른 접합 부재가 용접에 의하여 접합되어 있어도 된다. 이때, 도 2에 나타내는 바와 같이, 접합 부재(11)와 다른 접합 부재의 단면끼리가 마주보는 위치에 있는, 십자 형상을 나타내는 구조체여도 된다. 또, 도 3에 나타내는 바와 같이, 단면끼리는, 판 두께 방향에 직교하는 방향에 있어서, 어긋난 위치에 있어도 된다.
본 발명에 있어서는, 후육의 접합 부재를 대상으로 하고 있고, 구체적으로는, 접합 부재(11)의 판 두께를 t(mm)로 한 경우에, 하기 (i)식을 만족한다. 접합 부재(11)의 판 두께 t(mm)는, 하기 (iv)식을 만족하는 것이 바람직하다. t의 상한은 특별히 규정할 필요는 없지만, 예를 들면 200mm, 150mm, 또는 120mm로 할 수 있다.
t≥50.0 ···(i)
t>80.0 ···(iv)
또한, 피접합 부재의 판 두께에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 접합 부재와 동일하게, 50.0mm 이상인 것이 바람직하고, 80.0mm 초과인 것이 보다 바람직하다.
접합 부재(11)와 피접합 부재(12)는, 도 1~3에 나타내는 바와 같이, 양측 부분 용입 용접에 의하여 접합되어 있어도 되지만, 도 4에 나타내는 바와 같이, 완전 용입 용접에 의하여 접합되어 있어도 된다. 각각의 경우의 용접 구조체의 구성에 대하여 추가로 설명한다.
(1) 양측 부분 용입 용접
도 1~3에 나타내는 바와 같이, 접합 부재(11)와 피접합 부재(12)가 양측 부분 용입 용접에 의하여 접합되어 있는 경우에 있어서, 용접 구조체(10)는, 제1 표면(11a) 측에 형성된 제1 용접 금속(13a) 및 제2 표면(11b) 측에 형성된 제2 용접 금속(13b)을 갖는다.
접합 부재(11) 및 피접합 부재(12)의 접합 개소 부근에 대하여, 도 5를 이용하여 더욱 상세하게 설명한다. 도 5는, 양측 부분 용입 용접의 경우에 있어서의, 용접 구조체(10)의, 제1 표면(11a) 및 피접합면(12a)에 수직인 단면도이다. 도 5에 있어서는, 도면이 번잡해지는 것을 피하기 위하여, 해칭은 실시하고 있지 않다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 접합 부재(11) 및 피접합 부재(12)의 접합 개소의 제1 표면(11a) 측에는, 제1 용접 금속(13a)이 형성되어 있다. 마찬가지로, 제2 표면(11b) 측에는, 제2 용접 금속(13b)이 형성되어 있다.
즉, 접합 부재(11)와 피접합 부재(12)는, 제1 용접 금속(13a) 및 제2 용접 금속(13b)에 의하여 접합되어 있다. 그 때문에, 용접 구조체의 이음 강도를 확보하는 관점에서는, 제1 용접 금속(13a) 및 제2 용접 금속(13b)의 용입 깊이를 소정 값 이상으로 할 필요가 있다.
구체적으로는, 본 실시 형태에 따른 용접 구조체(10)에 있어서는, 제1 용접 금속(13a)에 있어서의, 접합 부재(11)의 판 두께 방향에 있어서의 이음의 부분 용입을 d1(mm), 제2 용접 금속(13b)에 있어서의, 접합 부재(11)의 판 두께 방향에 있어서의 이음의 부분 용입을 d2(mm)로 했을 때에, d1 및 d2를 모두 16mm 이상으로 한다.
이음 강도를 보다 높이기 위해서는, d1 및 d2는, 접합 부재(11)의 판 두께 t(mm)와의 관계에 있어서, t/4 이상인 것이 바람직하다. 한편, 용접 시공성의 관점에서, 양측 부분 용입 용접에 있어서는, d1 및 d2는, t/2 미만인 것이 바람직하다. 즉, 하기 (ii)식 및 (iii)식을 만족하는 것이 바람직하다.
t/4≤d1<t/2 ···(ii)
t/4≤d2<t/2 ···(iii)
또한, 부분 용입 d1은, 제1 표면(11a)과, 제1 표면(11a)과 평행이고 또한 접합 부재(11)의 판 두께 방향에 있어서의 제1 용접 금속(13a)의 판 두께 중심 측의 단부를 통과하는 가상적인 면(11f)의 거리이다. 또, 부분 용입 d2는, 제2 표면(11b)과, 제2 표면(11b)과 평행이고 또한 접합 부재(11)의 판 두께 방향에 있어서의 제2 용접 금속(13b)의 판 두께 중심 측의 단부를 통과하는 가상적인 면(11g)의 거리이다. 제1 용접 금속(13a) 및 제2 용접 금속(13b)과 접합 부재(11)의 경계는, 눈으로 보아 용이하게 판별하는 것이 가능하다.
또, 피접합 부재(12)로부터 발생하는 균열은, 제1 용접 금속(13a) 및 제2 용접 금속(13b)을 경유하여 접합 부재(11)에 전파된다. 그 때문에, 접합 부재(11)의 취성 균열 전파 정지 특성을 향상시키는 관점에서는, 접합 부재(11)의 표층부에 더하여, 접합 부재(11)의 제1 용접 금속(13a) 및 제2 용접 금속(13b)의 용입 깊이에 대응한 깊이 위치에 있어서의 무연성 천이 온도를 낮게 할 필요가 있다.
구체적으로는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 제1 표면(11a) 및 제2 표면(11b)의 1mm 깊이 위치로부터 각각 채취되는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편(14a, b)을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도(이하, 「NDTTS1」 및 「NDTTS2」라고도 한다.)를, -80℃ 이하로 함과 더불어, 제1 표면(11a)으로부터 d1(mm)의 깊이 위치 및 제2 표면(11b)으로부터 d2(mm)의 깊이 위치로부터 각각 채취되는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편(14c, d)을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도(이하, 「NDTTI1」 및 「NDTTI2」라고도 한다.)를, -60℃ 이하로 한다. NDTTS1 및 NDTTS2는 -90℃ 이하인 것이 바람직하다.
(2) 완전 용입 용접
도 6은, 완전 용입 용접의 경우에 있어서의, 용접 구조체(10)의, 제1 표면(11a) 및 피접합면(12a)에 수직인 단면도이다. 도 6에 있어서는, 도면이 번잡해지는 것을 피하기 위하여, 해칭은 실시하고 있지 않다. 도 4 및 6에 나타내는 바와 같이, 접합 부재(11)와 피접합 부재(12)가 완전 용입 용접에 의하여 접합되어 있는 경우에 있어서, 용접 구조체(10)는, 접합 부재(11)와 피접합 부재(12)의 사이에 용접 금속(13c)을 갖는다.
피접합 부재(12)로부터 발생하는 균열은, 용접 금속(13c)을 경유하여 접합 부재(11)에 전파된다. 그 때문에, 접합 부재(11)의 취성 균열 전파 정지 특성을 향상시키는 관점에서는, 접합 부재(11)의 표층부에 더하여, 접합 부재(11)의 판 두께 중심 위치에 있어서의 무연성 천이 온도를 낮게 할 필요가 있다.
구체적으로는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 제1 표면(11a) 및 제2 표면(11b)의 1mm 깊이 위치로부터 각각 채취되는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편(14a, b)을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도(이하, 「NDTTS1」 및 「NDTTS2」라고도 한다.)를, -80℃ 이하로 함과 더불어, 접합 부재(11)의 판 두께 중심 위치로부터 채취되는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편(14e)을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도(이하, 「NDTTC」라고도 한다.)를, -60℃ 이하로 한다. NDTTS1 및 NDTTS2는 -90℃ 이하인 것이 바람직하다.
(3) 무연성 천이 온도의 측정 방법
NDTTS1, NDTTS2, NDTTI1, NDTTI2 및 NDTTC의 측정 방법에 대하여, 상세하게 설명한다. 또한, 측정에 이용되는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편(이하, 간단하게 「타입 P3 시험편」이라고 한다.)이란, 길이 130mm, 폭 50mm, 두께 16mm의 시험편이다.
우선, 양측 부분 용입 용접 및 완전 용입 용접 중 어느 경우에 있어서도, 제1 표면(11a) 측 및 제2 표면(11b) 측 각각의 표층부로부터, 타입 P3 시험편(14a, b)을 채취한다. 이때, 도 5 및 6에 나타내는 바와 같이, 제1 표면(11a) 및 제2 표면(11b) 각각을 1mm씩 깎아낸 후, 시험편(14a, b) 각각의 한쪽의 표면이 제1 표면(11a) 및 제2 표면(11b)의 1mm 깊이 위치와 일치하고, 또한 시험편(14a, b)의 두께 방향이, 접합 부재(11)의 판 두께 방향과 일치하도록 채취한다. 즉, 제1 표면(11a) 및 제2 표면(11b)의 1mm 깊이 위치로부터 17mm 깊이 위치까지의 영역으로부터 시험편(14a, b)이 채취되게 된다.
계속해서, 양측 부분 용입 용접의 경우, 제1 용접 금속(13a) 및 제2 용접 금속(13b)의 용입 깊이 각각에 대응한 깊이 위치로부터, 타입 P3 시험편(14c, d)을 채취한다. 이때, 도 5에 나타내는 바와 같이, 시험편(14c, d)의 두께 방향의 중심이, 제1 표면으로부터 d1(mm)의 깊이 위치(가상적인 면(11f)) 및 상기 제2 표면으로부터 d2(mm)의 깊이 위치(가상적인 면(11g))와 일치하고, 또한 시험편(14c, d)의 두께 방향이, 접합 부재(11)의 판 두께 방향과 일치하도록 채취한다.
한편, 완전 용입 용접의 경우, 도 6에 나타내는 바와 같이, 접합 부재(11)의 판 두께 중심 위치로부터, 타입 P3 시험편(14e)을 채취한다. 이때, 시험편(14e)의 두께 방향의 중심이, 접합 부재의 판 두께 중심(가상적인 면(11h))과 일치하고, 또한 시험편(14e)의 두께 방향이, 접합 부재(11)의 판 두께 방향과 일치하도록 채취한다.
또, 후술하는 바와 같이, 시험편의 길이 방향과 수직인 면에 있어서 균열이 발생하도록 시험을 행한다. 용접 구조체에 있어서, 균열은 제1 용접부(13a) 및 제2 용접부(13b)의 연신 방향과 수직인 면에 있어서 발생한다. 그 때문에, 모든 시험편은, 그 길이 방향이 용접 구조체의 용접부의 연신 방향과 일치하도록 채취한다.
그 후, 상기 시험편을 이용하여, ASTM E208에 준거한 NRL 낙중 시험을 실시한다. 구체적으로는, 우선 상기 시험편의 두께 방향에 수직인 접합 부재의 표면 측의 면 상에, 시험편의 길이 방향에 평행한 방향으로 연장되는 용접 비드를 형성한다. 그때, 용접 재료는 ASTM E208에 규정되는 인성이 낮은 용접 재료를 사용한다. 용접 비드의 길이는 60~70mm, 폭은 12~16mm의 범위가 되도록 조정한다. 그리고, 용접 비드 상에 시험편의 폭 방향에 평행한 절결을 형성한다. 이때, 절결의 폭은 1.5mm 이하로 하고, 절결의 홈 바닥과 시험편의 거리가 1.8~2.0mm의 범위가 되도록 조정한다.
그리고, 상기 시험편의 용접 비드를 형성한 면을 하측을 향하여, 길이 방향의 양단부를 지지한 후, 용접 비드를 형성한 것과 반대 측의 면에 대하여, 낙중에 의한 충격 굽힘 하중을 가한다. 그 후, 절결로부터 발생한 취성 균열이 시험편에 전파되는 상태를 조사함으로써, Break(균열 전파 있음) 또는 No Break(균열 전파 없음)를 판정한다. 절결로부터 발생한 취성 균열이 시험편의 표면을 시험편 폭 방향으로 전파되어 그 단부까지 진행된 경우, 시험 결과는 Break(균열 전파 있음)로 판정된다. 폭 방향의 단부에 균열이 도달하지 않은 경우, 시험 결과는 No Break(균열 전파 없음)로 판정된다.
상기의 낙중 시험은, 2개씩의 시험편을 이용하여 예를 들면, -100℃의 조건으로부터 개시하고, 5℃ 간격으로 시험 온도를 변화시키면서(No Break의 경우는 5℃ 저하, Break의 경우는 5℃ 상승), 2개의 시험편 모두 No Break가 얻어진 가장 낮은 시험 온도로부터 5℃ 낮은 온도를 무연성 천이 온도로 한다.
또한, 무연성 천이 온도와 상관이 있는 파라미터로서, 예를 들면, V 노치 샤르피 충격 시험, 프레스 노치 샤르피 충격 시험, 또는 삼면 슬릿 노치 샤르피 시험에 의하여 측정되는, 파면 천이 온도 또는 에너지 천이 온도를 들 수 있다. 그러나, 본 발명에 있어서는, 직접적으로 무연성 천이 온도를 측정 가능한 NRL 낙중 시험을 채용하는 것으로 한다.
2. 접합 부재의 기계적 특성
본 발명의 용접 구조체에 이용되는 접합 부재의 기계적 특성에 대하여, 특별히 제한은 두지 않는다. 그러나, 용접 구조체를 컨테이너선 등에 있어서 이용하는 경우에 있어서는, 접합 부재의 항복 응력은 400~580MPa인 것이 바람직하고, 인장 강도는 510~750MPa인 것이 바람직하다. 또한, 접합 부재의 항복 응력은 410~570MPa인 것이 보다 바람직하고, 인장 강도는 520~740MPa인 것이 보다 바람직하다.
3. 용접 구조체의 설계 방법 및 시공 방법
용접 구조체의 설계 방법 및 시공 방법에 대하여, 특별히 제한은 두지 않는다. 용접 구조체가 양측 부분 용입 용접된 T 이음부를 갖는 것인 경우에는, 예를 들면, 이하에 나타내는 설계 공정, 추정 공정, 및 선정 공정 또는 용접 공정을 행함으로써, 설계 또는 시공할 수 있다. 또, 용접 구조체가 완전 용입 용접된 T 이음부를 갖는 것인 경우에는, 예를 들면, 이하에 나타내는 설계 공정, 및 선정 공정 또는 용접 공정을 행함으로써, 설계 또는 시공할 수 있다. 각 공정에 대하여, 이하를 상세하게 설명한다.
(1) 양측 부분 용입 용접
(a) 설정 공정
본 실시 형태에 따른 설계 방법 및 시공 방법에서는, 우선, 제1 부재의 단면을 제2 부재의 피접합면에 맞닿게 한 상태로, 제1 부재를 제2 부재에 양측 부분 용입 용접하는 것을 상정한다. 여기서, 제1 부재는, 접합 부재(11)의 소재의 후보가 되는 부재이고, 제2 부재는, 피접합 부재(12)의 소재의 후보가 되는 부재이다. 그리고, 설정 공정에 있어서는, 제1 부재의 판 두께 t(mm), 제1 부재의 단면에 형성하는 개선 형상, 및 제1 부재를 제2 부재에 양측 부분 용입 용접할 때의 용접 조건을 설정한다.
(b) 추정 공정
제1 부재가 갖는, 판 두께 방향에 수직인 한 쌍의 표면을, 각각 제1 표면 및 제2 표면으로 한다. 그리고, 추정 공정에 있어서는, 설정 공정에서 설정된 판 두께 및 개선 형상을 갖는 제1 부재를, 제2 부재에, 설정 공정에서 설정된 용접 조건으로 양측 부분 용입 용접한 경우의, 제1 표면 측에 형성되는 제1 용접 금속에 있어서의, 판 두께 방향에 있어서의 이음의 부분 용입 d1(mm), 및 제2 표면 측에 형성되는 제2 용접 금속에 있어서의, 판 두께 방향에 있어서의 이음의 부분 용입 d2(mm)를 추정한다.
또한, d1 및 d2를 추정하는 방법에 대해서는 특별히 제한은 없고, 실제로 용접 시험을 실시하여, 판 두께 방향에 있어서의 이음의 부분 용입을 측정함으로써 d1 및 d2를 추정해도 되고, 해석 모델을 이용하여, d1 및 d2를 추정해도 된다.
(c) 선정 공정/용접 공정
상기의 설정 공정 및 추정 공정을 실시한 후에, 본 실시 형태의 설계 방법에 있어서는 선정 공정을 행하고, 한편, 본 실시 형태의 시공 방법에 있어서는 용접 공정을 행한다.
선정 공정/용접 공정에서는, 우선, 이하의 <1>~<4>의 조건을 모두 만족하는지 여부를 판정한다.
<1> 설정 공정에서 설정된 판 두께 t(mm)가, 하기 (i)식을 만족하는지 여부.
t≥50.0 ···(i)
<2> 추정 공정에서 추정된 d1 및 d2가 16mm 이상인지 여부.
<3> 제1 부재의, 제1 표면 및 제2 표면의 1mm 깊이 위치로부터 각각 채취되고, 한쪽의 표면이 제1 표면 및 제2 표면의 1mm 깊이 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -80℃ 이하인지 여부.
<4> 제1 부재의, 제1 표면으로부터 d1(mm)의 깊이 위치 및 제2 표면으로부터 d2(mm)의 깊이 위치로부터 각각 채취되고, 두께 방향의 중심이, 제1 표면으로부터 d1(mm)의 깊이 위치 및 제2 표면으로부터 d2(mm)의 깊이 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -60℃ 이하인지 여부.
또한, <3> 및 <4>에 있어서의 무연성 천이 온도의 측정 방법은, 상술한 방법과 동일하기 때문에, 여기에서는 설명을 생략한다.
그리고, <1>~<4>의 조건을 모두 만족하는 경우에, 선정 공정에 있어서는, 설정 공정에서 설정된 판 두께 및 개선 형상을 갖는 제1 부재를 접합 부재(11)의 소재로 선정하고, 또한, 설정 공정에서 설정된 용접 조건을, 용접 구조체(10)를 제조할 때의 용접 조건으로 선정한다. 마찬가지로, 용접 공정에 있어서는, 설정 공정에서 설정된 판 두께 및 개선 형상을 갖는 제1 부재를 접합 부재(11)의 소재로 하여, 설정 공정에서 설정된 용접 조건에 의하여, 피접합 부재(12)의 소재가 되는 부재에 양측 부분 용입 용접한다. 이에 의하여, 용접 구조체(10)를 제조할 수 있다. 또한, 피접합 부재(12)의 소재가 되는 부재에 대해서는 특별히 제한은 없고, 상기의 제2 부재를 이용해도 되고, 다른 강판 등의 부재를 이용해도 된다.
(2) 완전 용입 용접
(d) 설정 공정
본 실시 형태에 따른 설계 방법 및 시공 방법에서는, 우선, 양측 부분 용입 용접의 경우와 동일하게, 제1 부재의 단면을 제2 부재의 피접합면에 맞닿게 한 상태로, 제1 부재를 제2 부재에 완전 용입 용접하는 것을 상정한다. 그리고, 설정 공정에 있어서는, 제1 부재의 판 두께 t(mm)를 설정한다.
(e) 선정 공정/용접 공정
상기의 설정 공정을 실시한 후에, 본 실시 형태의 설계 방법에 있어서는 선정 공정을 행하고, 한편, 본 실시 형태의 시공 방법에 있어서는 용접 공정을 행한다.
선정 공정/용접 공정에서는, 우선, 이하의 <5>~<7>의 조건을 모두 만족하는지 여부를 판정한다.
<5> 설정 공정에서 설정된 판 두께 t(mm)가, 하기 (i)식을 만족하는지 여부.
t≥50.0 ···(i)
<6> 제1 부재의, 제1 표면 및 제2 표면의 1mm 깊이 위치로부터 각각 채취되고, 한쪽의 표면이 제1 표면 및 제2 표면의 1mm 깊이 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -80℃ 이하인지 여부.
<7> 제1 부재의 판 두께 중심 위치로부터 채취되고, 두께 방향의 중심이 판 두께 중심 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -60℃ 이하인지 여부.
또한, <6> 및 <7>에 있어서의 무연성 천이 온도의 측정 방법은, 상술한 방법과 동일하기 때문에, 여기에서는 설명을 생략한다.
그리고, <5>~<7>의 조건을 모두 만족하는 경우에, 선정 공정에 있어서는, 설정 공정에서 설정된 판 두께를 갖는 제1 부재를 접합 부재(11)의 소재로 선정한다. 마찬가지로, 용접 공정에 있어서는, 설정 공정에서 설정된 판 두께를 갖는 제1 부재를 접합 부재(11)의 소재로 하여, 설정 공정에서 설정된 용접 조건에 의하여, 피접합 부재(12)의 소재가 되는 부재에 완전 용입 용접한다. 이에 의하여, 용접 구조체(10)를 제조할 수 있다. 또한, 피접합 부재(12)의 소재가 되는 부재에 대해서는 특별히 제한은 없고, 상기의 제2 부재를 이용해도 되고, 다른 강판 등의 부재를 이용해도 된다.
또한, 제1 부재의 단면에 형성하는 개선 형상을 조정함으로써, 양측 부분 용입 용접 및 완전 용입 용접 중 어느 하나를 선택할 수 있다. 개선 형상의 형성은, 제1 부재의 단면 전체에 걸쳐 실시해도 되지만, 피접합 부재의 소재가 되는 부재와의 접합 개소에만 실시해도 된다.
또, 용접 공정에 있어서의 용접 방법에 대해서도 특별히 제한은 없고, CO2 용접 또는 피복 아크 용접(SMAW) 등의 공지의 방법을 채용하면 된다. 이때, 열영향부의 폭을 작게 하기 위해서는, 입열량을 0.5~3.0kJ/mm로 하는 것이 바람직하다.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
표 1에 나타내는 판 두께를 갖는 각종 강판을 준비한 후, 각 강판의 판 두께의 1/4 위치로부터 압연 방향에 직각인 방향으로 JIS Z 2241:2011에 기재된 4호 인장 시험편을 채취하고, JIS Z 2241:2011에 준거하여 인장 시험을 행하여, 항복 응력(YS), 인장 강도(TS) 및 전체 신도(EL)를 측정했다. 그들의 결과를 표 1에 나타낸다.
다음으로, 상기의 각종 강판을 시험판(접합 부재(11))으로 하고, 도 7 또는 8에 나타내는 구조 모델 어레스트 시험체를 제작하여 시험을 실시했다. 판 두께 100mm의 강판을 CO2 용접에 의하여 접합한 용접 이음을 조주(助走) 용접 이음(피접합 부재(12))으로 하고, 후술하는 표 2에 나타내는 조건으로 CO2 용접 또는 피복 아크 용접(SMAW)을 이용하고, 양측 부분 용입 용접(도 7) 또는 완전 용입 용접(도 8)에 의하여 용접 금속(13)을 형성하고, 용접 구조체(10)를 제작했다.
또한, 용접 구조체(10)의 퓨전 라인부(16a)에 노치(16b)를 도입했다. 그리고, 용접 구조체(10)를 선박 설계 온도인 -10℃로 냉각하고, EH40의 설계 응력에 상당하는 257MPa의 시험 응력을 부하하고, 노치부 근방만을 -50℃ 정도로 급랭하고, 노치부에 쐐기를 통해 타격을 가하여 취성 균열을 발생, 전파시켰다.
양측 부분 용입 용접을 행한 경우에 대해서는, 시험 후의 구조 모델 어레스트 시험체를 사용하고, 시험체의 하중 방향의 중심 위치로부터 좌우로 250mm 떨어진 위치에 있어서, 접합 부재와 피접합 부재의 일방 측(제1 표면 측) 및 타방 측(제2 표면 측)의 용접 금속(제1 용접 금속 및 제2 용접 금속)의 단면(斷面)을 잘라냈다. 이들 2개소의 용접 이음 단면의 사진을 디지털 카메라에 의하여 각각 촬영하고, 사진 화상으로부터 용접 금속의 이음의 부분 용입을 측정하여, 2개소의 측정 결과의 평균값을 사용했다.
그 후, 각각의 강판에 대하여, 양측 부분 용입 용접 또는 완전 용입 용접 중 어느 것을 실시했는가에 따라 소정의 위치로부터 타입 P3 시험편을 채취하고, 상술한 방법에 의하여, NDTTS1 및 NDTTS2, 그리고 NDTTI1 및 NDTTI2, 또는 NDTTC의 측정을 행했다. 얻어진 데이터를 표 1에 나타낸다.
또, 측정된 용접 금속의 이음의 부분 용입, 및 상기의 구조 모델 어레스트 시험체를 이용한 시험의 결과를 표 2에 아울러 나타낸다. 취성 균열이 접합 부재에서 정지한 경우는 정지, 접합 부재를 파단한 경우는 파단으로 판정했다.
표 2로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 규정을 만족하는 접합 부재를 이용한 경우에는, 취성 균열이 접합 부재에서 정지한 것에 반하여, 본 발명의 규정을 만족하지 않는 비교예의 접합 부재를 이용한 경우에는, 취성 균열이 접합 부재에서 정지하지 않아, 접합 부재를 파단하는 결과가 되었다.
구체적으로는, 시험 No.10에서는, NDTTS1 및 NDTTS2가 -80℃를 초과하고 있고, 시험 No.11 및 12에서는, NDTTI1 및 NDTTI2가 -60℃를 초과하고 있고, 시험 No.13에서는, NDTTC가 -60℃를 초과했기 때문에, 취성 균열이 접합 부재를 파단하는 결과가 되었다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 취성 균열 전파 정지 특성이 우수한 용접 구조체를 얻을 수 있다.
10: 용접 구조체 11: 접합 부재
11a: 제1 표면 11b: 제2 표면
11c: 단면 11f, g, h: 가상적인 면
12: 피접합 부재 12a: 피접합면
13: 용접 금속 13a: 제1 용접 금속
13b: 제2 용접 금속 14a, b, c, d, e: 시험편
16a: 퓨전 라인부 16b: 노치

Claims (15)

  1. 판 형상의 접합 부재의 단면(端面)이 판 형상의 피접합 부재의 피접합면에 맞닿은 상태로, 상기 접합 부재가 상기 피접합 부재에 양측 부분 용입 용접된 T 이음부를 갖는 용접 구조체로서,
    상기 접합 부재는, 상기 접합 부재의 판 두께 방향에 수직인 제1 표면 및 제2 표면을 갖고,
    상기 접합 부재의 판 두께 t(mm)가, 하기 (i)식을 만족하고,
    상기 접합 부재의, 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치로부터 각각 채취되고, 한쪽의 표면이 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -80℃ 이하이고,
    상기 제1 표면 측에 형성된 제1 용접 금속에 있어서의, 상기 판 두께 방향에 있어서의 이음의 부분 용입을 d1(mm), 상기 제2 표면 측에 형성된 제2 용접 금속에 있어서의, 상기 판 두께 방향에 있어서의 이음의 부분 용입을 d2(mm)로 했을 때에,
    d1 및 d2가 16mm 이상이고,
    상기 접합 부재의, 상기 제1 표면으로부터 d1(mm)의 깊이 위치 및 상기 제2 표면으로부터 d2(mm)의 깊이 위치로부터 각각 채취되고, 두께 방향의 중심이, 상기 제1 표면으로부터 d1(mm)의 깊이 위치 및 상기 제2 표면으로부터 d2(mm)의 깊이 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -60℃ 이하인,
    용접 구조체.
    t≥50.0 ···(i)
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 접합 부재의 판 두께 t(mm), 상기 부분 용입 d1(mm) 및 상기 부분 용입 d2(mm)가, 하기 (ii)식 및 (iii)식을 만족하는, 용접 구조체.
    t/4≤d1<t/2 ···(ii)
    t/4≤d2<t/2 ···(iii)
  3. 판 형상의 접합 부재의 단면이 판 형상의 피접합 부재의 피접합면에 맞닿은 상태로, 상기 접합 부재가 상기 피접합 부재에 완전 용입 용접된 T 이음부를 갖는 용접 구조체로서,
    상기 접합 부재는, 상기 접합 부재의 판 두께 방향에 수직인 제1 표면 및 제2 표면을 갖고,
    상기 접합 부재의 판 두께 t(mm)가, 하기 (i)식을 만족하고,
    상기 접합 부재의, 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치로부터 각각 채취되고, 한쪽의 표면이 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -80℃ 이하이고,
    상기 접합 부재의 판 두께 중심 위치로부터 채취되고, 두께 방향의 중심이 상기 판 두께 중심 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -60℃ 이하인,
    용접 구조체.
    t≥50.0 ···(i)
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접합 부재의 판 두께 t(mm)가 하기 (iv)식을 만족하는, 용접 구조체.
    t>80.0 ···(iv)
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접합 부재의 항복 응력이 400~580MPa이고, 인장 강도가 510~750MPa인, 용접 구조체.
  6. 판 형상의 접합 부재의 단면이 판 형상의 피접합 부재의 피접합면에 맞닿은 상태로, 상기 접합 부재가 상기 피접합 부재에 양측 부분 용입 용접된 T 이음부를 갖는 용접 구조체의 설계 방법으로서,
    제1 부재의 단면을 제2 부재의 피접합면에 맞닿게 한 상태로, 상기 제1 부재를 상기 제2 부재에 양측 부분 용입 용접할 때의, 상기 제1 부재의 판 두께 t(mm), 상기 제1 부재의 단면에 형성하는 개선(開先) 형상, 및 용접 조건을 설정하는, 설정 공정과,
    상기 제1 부재가 갖는, 상기 제1 부재의 판 두께 방향에 수직인 한 쌍의 표면을, 각각 제1 표면 및 제2 표면으로 하고,
    상기 설정 공정에서 설정된 상기 판 두께 및 상기 개선 형상을 갖는 상기 제1 부재를 상기 제2 부재에, 상기 설정 공정에서 설정된 상기 용접 조건으로 양측 부분 용입 용접한 경우의,
    상기 제1 표면 측에 형성되는 제1 용접 금속에 있어서의, 상기 판 두께 방향에 있어서의 이음의 부분 용입 d1(mm), 및 상기 제2 표면 측에 형성되는 제2 용접 금속에 있어서의, 상기 판 두께 방향에 있어서의 이음의 부분 용입 d2(mm)를 추정하는, 추정 공정과,
    상기 설정 공정에서 설정된 판 두께 t(mm)가, 하기 (i)식을 만족하고,
    상기 추정 공정에서 추정된 d1 및 d2가 16mm 이상이고,
    상기 제1 부재의, 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치로부터 각각 채취되고, 한쪽의 표면이 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -80℃ 이하이고,
    상기 제1 부재의, 상기 제1 표면으로부터 d1(mm)의 깊이 위치 및 상기 제2 표면으로부터 d2(mm)의 깊이 위치로부터 각각 채취되고, 두께 방향의 중심이, 상기 제1 표면으로부터 d1(mm)의 깊이 위치 및 상기 제2 표면으로부터 d2(mm)의 깊이 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -60℃ 이하라고 하는 조건을 모두 만족하는 경우에,
    상기 설정 공정에서 설정된 상기 판 두께 및 상기 개선 형상을 갖는 상기 제1 부재를, 상기 접합 부재의 소재로 선정하고, 또한, 상기 설정 공정에서 설정된 상기 용접 조건을, 상기 용접 구조체를 제조할 때의 용접 조건으로 선정하는, 선정 공정을 구비하는,
    용접 구조체의 설계 방법.
    t≥50.0 ···(i)
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 선정 공정에 있어서, 상기 설정 공정에서 설정된 판 두께 t(mm), 상기 추정 공정에서 추정된 상기 부분 용입 d1(mm) 및 상기 부분 용입 d2(mm)가, 추가로 하기 (ii)식 및 (iii)식을 만족하는 경우에, 상기 제1 부재를, 상기 접합 부재의 소재로 선정하는, 용접 구조체의 설계 방법.
    t/4≤d1<t/2 ···(ii)
    t/4≤d2<t/2 ···(iii)
  8. 판 형상의 접합 부재의 단면이 판 형상의 피접합 부재의 피접합면에 맞닿은 상태로, 상기 접합 부재가 상기 피접합 부재에 완전 용입 용접된 T 이음부를 갖는 용접 구조체의 설계 방법으로서,
    제1 부재의 단면을 제2 부재의 피접합면에 맞닿게 한 상태로, 상기 제1 부재를 상기 제2 부재에 완전 부분 용입 용접할 때의, 상기 제1 부재의 판 두께 t(mm)를 설정하는, 설정 공정과,
    상기 설정 공정에서 설정된 판 두께 t(mm)가, 하기 (i)식을 만족하고,
    상기 제1 부재가 갖는, 상기 제1 부재의 판 두께 방향에 수직인 한 쌍의 표면을, 각각 제1 표면 및 제2 표면으로 한 경우의,
    상기 제1 부재의, 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치로부터 각각 채취되고, 한쪽의 표면이 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -80℃ 이하이고,
    상기 제1 부재의 판 두께 중심 위치로부터 채취되고, 두께 방향의 중심이 상기 판 두께 중심 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -60℃ 이하라고 하는 조건을 모두 만족하는 경우에,
    상기 설정 공정에서 설정된 상기 판 두께를 갖는 상기 제1 부재를, 상기 접합 부재의 소재로 선정하는, 선정 공정을 구비하는,
    용접 구조체의 설계 방법.
    t≥50.0 ···(i)
  9. 청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선정 공정에 있어서, 상기 설정 공정에서 설정된 판 두께 t(mm)가, 추가로 하기 (iv)식을 만족하는 경우에, 상기 제1 부재를, 상기 접합 부재의 소재로 선정하는, 용접 구조체의 설계 방법.
    t>80.0 ···(iv)
  10. 청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선정 공정에 있어서, 상기 제1 부재의 항복 응력이 400~580MPa이고, 인장 강도가 510~750MPa이라고 하는 조건을 추가로 만족하는 경우에, 상기 제1 부재를, 상기 접합 부재의 소재로 선정하는, 용접 구조체의 설계 방법.
  11. 판 형상의 접합 부재의 단면이 판 형상의 피접합 부재의 피접합면에 맞닿은 상태로, 상기 접합 부재가 상기 피접합 부재에 양측 부분 용입 용접된 T 이음부를 갖는 용접 구조체의 시공 방법으로서,
    제1 부재의 단면을 제2 부재의 피접합면에 맞닿게 한 상태로, 상기 제1 부재를 상기 제2 부재에 양측 부분 용입 용접할 때의, 상기 제1 부재의 판 두께 t(mm), 상기 제1 부재의 단면에 형성하는 개선 형상, 및 용접 조건을 설정하는, 설정 공정과,
    상기 제1 부재가 갖는, 상기 제1 부재의 판 두께 방향에 수직인 한 쌍의 표면을, 각각 제1 표면 및 제2 표면으로 하고,
    상기 설정 공정에서 설정된 상기 판 두께 및 상기 개선 형상을 갖는 상기 제1 부재를 상기 제2 부재에, 상기 설정 공정에서 설정된 상기 용접 조건으로 양측 부분 용입 용접한 경우의,
    상기 제1 표면 측에 형성되는 제1 용접 금속에 있어서의, 상기 판 두께 방향에 있어서의 이음의 부분 용입 d1(mm), 및 상기 제2 표면 측에 형성되는 제2 용접 금속에 있어서의, 상기 판 두께 방향에 있어서의 이음의 부분 용입 d2(mm)를 추정하는, 추정 공정과,
    상기 설정 공정에서 설정된 판 두께 t(mm)가, 하기 (i)식을 만족하고,
    상기 추정 공정에서 추정된 d1 및 d2가 16mm 이상이고,
    상기 제1 부재의, 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치로부터 각각 채취되고, 한쪽의 표면이 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -80℃ 이하이고,
    상기 제1 부재의, 상기 제1 표면으로부터 d1(mm)의 깊이 위치 및 상기 제2 표면으로부터 d2(mm)의 깊이 위치로부터 각각 채취되고, 두께 방향의 중심이, 상기 제1 표면으로부터 d1(mm)의 깊이 위치 및 상기 제2 표면으로부터 d2(mm)의 깊이 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -60℃ 이하라고 하는 조건을 모두 만족하는 경우에,
    상기 설정 공정에서 설정된 상기 판 두께 및 상기 개선 형상을 갖는 상기 제1 부재를, 상기 접합 부재의 소재로 하여, 상기 설정 공정에서 설정된 상기 용접 조건에 의하여, 상기 피접합 부재의 소재가 되는 부재에 양측 부분 용입 용접하는, 용접 공정을 구비하는,
    용접 구조체의 시공 방법.
    t≥50.0 ···(i)
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 용접 공정에 있어서, 상기 설정 공정에서 설정된 판 두께 t(mm), 상기 추정 공정에서 추정된 상기 부분 용입 d1(mm) 및 상기 부분 용입 d2(mm)가, 추가로 하기 (ii)식 및 (iii)식을 만족하는 경우에, 상기 제1 부재를, 상기 접합 부재의 소재로 하는, 용접 구조체의 시공 방법.
    t/4≤d1<t/2 ···(ii)
    t/4≤d2<t/2 ···(iii)
  13. 판 형상의 접합 부재의 단면이 판 형상의 피접합 부재의 피접합면에 맞닿은 상태로, 상기 접합 부재가 상기 피접합 부재에 완전 용입 용접된 T 이음부를 갖는 용접 구조체의 설계 방법으로서,
    제1 부재의 단면을 제2 부재의 피접합면에 맞닿게 한 상태로, 상기 제1 부재를 상기 제2 부재에 완전 부분 용입 용접할 때의, 상기 제1 부재의 판 두께 t(mm)를 설정하는, 설정 공정과,
    상기 설정 공정에서 설정된 판 두께 t(mm)가, 하기 (i)식을 만족하고,
    상기 제1 부재가 갖는, 상기 제1 부재의 판 두께 방향에 수직인 한 쌍의 표면을, 각각 제1 표면 및 제2 표면으로 한 경우의,
    상기 제1 부재의, 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치로부터 각각 채취되고, 한쪽의 표면이 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면의 1mm 깊이 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -80℃ 이하이고,
    상기 제1 부재의 판 두께 중심 위치로부터 채취되고, 두께 방향의 중심이 상기 판 두께 중심 위치와 일치함과 더불어, 두께 방향이 상기 판 두께 방향과 일치하는 ASTM E208에 규정되는 타입 P3 시험편을 이용한 NRL 낙중 시험에 의한 무연성 천이 온도가, -60℃ 이하라고 하는 조건을 모두 만족하는 경우에,
    상기 설정 공정에서 설정된 상기 판 두께를 갖는 상기 제1 부재를, 상기 접합 부재의 소재로 하여, 상기 피접합 부재의 소재가 되는 부재에 완전 용입 용접하는, 용접 공정을 구비하는,
    용접 구조체의 시공 방법.
    t≥50.0 ···(i)
  14. 청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용접 공정에 있어서, 상기 설정 공정에서 설정된 판 두께 t(mm)가, 추가로 하기 (iv)식을 만족하는 경우에, 상기 제1 부재를, 상기 접합 부재의 소재로 하는, 용접 구조체의 시공 방법.
    t>80.0 ···(iv)
  15. 청구항 11 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용접 공정에 있어서, 상기 제1 부재의 항복 응력이 400~580MPa이고, 인장 강도가 510~750MPa이라고 하는 조건을 추가로 만족하는 경우에, 상기 제1 부재를, 상기 접합 부재의 소재로 하는, 용접 구조체의 시공 방법.
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