KR20240068374A - 백킹스틸을 이용한 구조용 파이프 일면 용접방법 - Google Patents

백킹스틸을 이용한 구조용 파이프 일면 용접방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 백킹스틸을 이용하여 구조용 파이프의 일면을 용접하는 방법에 있어서: 스트립(20)을 재단하고 벤딩하여 환형의 백킹스틸(30)을 생성하는 제1단계; 상기 백킹스틸(30)에 와이어(40)를 연결하여 파이프에 삽입하고, 루트갭 상으로 백킹스틸(30)의 돌출을 최소로 유지하는 제2단계; 및 상기 백킹스틸(30)의 위치를 변동하여 루트갭을 차단한 상태에서 용접부(35)를 형성하는 제3단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 해양구조물의 구조용 파이프에 대한 초층 용접을 수행함에 소정의 백킹스틸을 기반으로 파이프의 외부에서 위치를 조절하여 작업하므로 이음부 피로강도를 보장하면서 작업 편의성을 향상하는 효과가 있다.

Description

백킹스틸을 이용한 구조용 파이프 일면 용접방법 {Method for one side welding on structural pipe using backing steel}
본 발명은 구조용 파이프 일면 용접에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 해양구조물의 구조용 파이프에 대한 초층 용접을 수행하기 위한 백킹스틸을 이용한 구조용 파이프 일면 용접방법에 관한 것이다.
상선 및 해양 구조물은 일반적으로 플레이트로 제작되므로 구조용 파이프 용접 기술의 영향이 크지 않다. 그러나 트러스형 구조물을 가지는 재킷(Jacket), 플레어 타워(Flare tower), 잭업 리그 레그(Jack-up rig leg) 등은 구조용 파이프를 주로 사용한다. 이 경우 구조용 파이프 용접을 위해서는 초층 백비드를 형성할 수 있는 고기량 용접사가 GTAW(가스 텅스텐 아크 용접) 또는 SMAW(쉴드메탈 아크 용접)을 적용하여 작업한다.
현실적으로 구조용 파이프의 초층 용접 수행 가능한 고기량 용접사가 부족할뿐더러 고기량 용접사의 경우에도 취부 상태가 좋지 않을 경우(루트 갭 2~5mm 유지) 용접 불량 발생 확률 높다. 루트갭을 2~5mm 상태로 유지하기 힘든 탑재 작업의 경우, 정규갭 범위를 벗어났을 경우 해당 파이프 교체가 필요하다. 백킹스틸을 사용하지 않고 초층 용접을 수행할 경우 피로강도 저하가 유발된다.
이와 관련하여 하기의 한국 공개특허공보 제2018-0023553호, 한국 공개특허공보 제2021-0144379호 등을 참조할 수 있다.
전자는 구조용 파이프 내에 백킹스틸 설치시 흘러내리지 않도록 스토퍼 역할을 하는 L형 부재의 부착과 더불어 마그네틱 사용으로 인해 부가적인 작업이 많이 필요하다. 스토퍼 역할의 부재를 파이프 내에 고정하기 위해 부가적으로 용접작업이 필요하지만 추가 용접이 허용되지 않는 경우 많은 제약이 따른다.
후자는 가 용접된 각 파이프의 이음부의 내면에 유리섬유 백킹재를 부착하여, 저기량의 용접공도 용이하게 용접하고 특히 백 퍼징(back purging)이 필요 없을 뿐만 아니라 우수한 품질의 달성을 기대한다. 다만 백킹스틸보다 높은 피로강도를 보장하기 어렵고 내부에서 알루미늄 테이프를 고정하기 용이하지 않다.
한국 공개특허공보 제2018-0023553호 "파이프 용접 방법" (공개일자 : 2018.03.07.) 한국 공개특허공보 제2021-0144379호 "유리섬유 백킹재를 이용한 파이프의 이음매 용접방법" (공개일자 : 2021.11.30.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 해양구조물의 구조용 파이프에 대한 초층 용접을 수행함에 소정의 백킹스틸을 기반으로 파이프의 외부에서 위치를 조절하여 작업할 수 있는 백킹스틸을 이용한 구조용 파이프 일면 용접방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 백킹스틸을 이용하여 구조용 파이프의 일면을 용접하는 방법에 있어서: 스트립을 재단하고 벤딩하여 환형의 백킹스틸을 생성하는 제1단계; 상기 백킹스틸에 와이어를 연결하여 파이프에 삽입하고, 루트갭 상으로 백킹스틸의 돌출을 최소로 유지하는 제2단계; 및 상기 백킹스틸의 위치를 변동하여 루트갭을 차단한 상태에서 용접부를 형성하는 제3단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제1단계는 스트립에 일정한 간격으로 4개의 관통공을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제2단계는 2개의 와이어를 십자형으로 교차시켜 백킹스틸을 지지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제2단계는 와이어의 각 단부에 고정체를 부가하여 백킹스틸의 위치변동을 단속하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 백킹스틸의 위치변동은 파이프의 자세에 따라 중력을 이용하거나 인력을 부가하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 해양구조물의 구조용 파이프에 대한 초층 용접을 수행함에 소정의 백킹스틸을 기반으로 파이프의 외부에서 위치를 조절하여 작업하므로 이음부 피로강도를 보장하면서 작업 편의성을 향상하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 구조용 파이프 용접예를 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 방법의 제1단계를 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 방법의 제2단계를 나타내는 모식도
도 4는 본 발명에 따른 방법의 제3단계를 나타내는 모식도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 백킹스틸을 이용하여 구조용 파이프의 일면을 용접하는 방법에 관하여 제안한다. 해양구조물의 구조용 파이프에 대한 초층 용접을 수행하는 방법을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 일측 및 타측 파이프(10)의 사이에 스터브(15)가 연결되는 상태를 나타낸다. 파이프(10)의 단부(루트갭)에 백킹재를 미리 설치하는 경우 스터브(15)가 간섭되므로 삽입이 불가능하다. 본 발명은 구조용 파이프의 스터브(15)에 대한 일면 용접에 유용하지만 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 제1단계는 스트립(20)을 재단하고 벤딩하여 환형의 백킹스틸(30)을 생성하는 과정으로 진행한다.
도 2를 참조하면, 스트립(20)을 이용하여 백킹스틸(30)을 생성하는 상태를 나타낸다. 스트립(20)은 스틸 판재를 소정의 폭과 길이로 절단한 중간부재이다. 스트립(20)의 폭은 초층 용접 백킹에 충분한 정도로 설정하고 길이는 벤딩후 스트립(20)의 내부에 헐겁게 삽입되는 정도로 설정한다. 스트립(20)을 환형으로 벤딩하고 단부를 용접하면 백킹스틸(30)이 생성된다. 백킹스틸(30)의 외경은 파이프(10)의 내경보다 1~2㎜ 작은 정도로 유지한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제1단계는 스트립(20)에 일정한 간격으로 4개의 관통공(25)을 형성하는 것을 특징으로 한다.
도 2(a)에서 스트립(20)의 4개의 관통공(25)은 도 2(b)에서 백킹스틸(30)에 대략 90˚ 간격으로 배치된다. 관통공(25)은 후술하는 와이어(40)가 통과되는 크기로 형성한다. 모든 관통공(25)은 일직선 상에 배치되지만 스트립(20)의 폭방향으로 중간에 위치하거나 일측으로 다소 편재될 수 있다.
본 발명에 따른 제2단계는 상기 백킹스틸(30)에 와이어(40)를 연결하여 파이프에 삽입하고, 루트갭 상으로 백킹스틸(30)의 돌출을 최소로 유지하는 과정을 거치게 된다.
도 3을 참조하면, 와이어(40)에 지지된 백킹스틸(30)이 파이프(10)의 단부에 삽입되는 상태를 나타낸다. 이 과정에서 파이프(10)는 중심축을 도시처럼 수직이 아닌 수평으로 유지할 수도 있다. 수평으로 지지된 파이프(10)에 백킹스틸(30)을 삽입한 후에 수직으로 세울 수도 있다. 파이프(10)에 삽입된 백킹스틸(30)이 루트갭으로 돌출되는 길이가 대략 2~3㎜ 정도라면 양단의 파이프(10) 사이에 스터브(15)를 간섭없이 삽입할 수 있다. 백킹스틸(30)의 최소 돌출 길이는 루트갭 설계에 따라 다르게 설정할 수 있다.
참고로, 선급 및 국제 규정/코드(International rule & code)에 따라 백킹 스틸 적용시 루트갭 범위가 G≤10mm(미적용시 G≤5mm)로 증가한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제2단계는 2개의 와이어(40)를 십자형으로 교차시켜 백킹스틸(30)을 지지하는 것을 특징으로 한다.
도 2 및 도 3에서, 2개의 와이어(40)를 교차시켜 백킹스틸(30)을 지지하는 상태를 나타낸다. 일측 와이어(40)는 대향하는 2개의 일측 관통공(25)으로 통과시켜 지지하고 타측 와이어(40)는 대향하는 2개의 타측 관통공(25)으로 통과시켜 지지한다. 2개의 와이어(40)가 십자형으로 교차되면 백킹스틸(30)을 파이프(10)에 단부에 삽입하는 작업을 신속하고 안전하게 수행할 수 있다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제2단계는 와이어(40)의 각 단부에 고정체(45)를 부가하여 백킹스틸(30)의 위치변동을 단속하는 것을 특징으로 한다.
도 3에서, 백킹스틸(30)에 연결된 2개의 와이어(40)가 각각의 단부에서 고정체(45)를 개재하여 파이프(10)에 고정된다. 고정체(45)는 자력을 단속할 수 있는 매그스위치가 선호되지만 이에 한정되지 않고 가 용접으로 처리할 수도 있다. 도 3(a)처럼 관통공(25)이 파이프(10)의 단부에 최대로 근접한 상태에서 고정체(45)를 이용하여 백킹스틸(30)을 고정한다. 파이프(10)의 단부에 스터브(15)를 통과시켜 일렬로 정렬한 상태에서 도 3(b)처럼 백킹스틸(30)을 이동시켜 관통공(25)이 최대한 스터브(15)에 근접한 상태가 되면 백킹이 완료된다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 백킹스틸(30)의 위치변동은 파이프(10)의 자세에 따라 중력을 이용하거나 인력을 부가하는 것을 특징으로 한다.
도 3처럼 수직으로 지지된 파이프(10)의 하단에 백킹스틸(30)을 삽입하는 경우 고정체(45)의 자력을 오프하면 백킹스틸(30)은 중력에 의해 스터브(15)로 진입한다. 수직으로 지지된 파이프(10)의 상단에 백킹스틸(30)을 삽입하거나 수평으로 지지된 파이프(10)에 백킹스틸(30)을 삽입하는 경우 중력으로 작업되지 않으므로 별도의 인력을 부가한다. 파이프(10)의 지지된 자세와 무관하게 일단 백킹스틸(30)이 정위치로 이동한 후에 초층 용접이 가능하다.
본 발명에 따른 제3단계는 상기 백킹스틸(30)의 위치를 변동하여 루트갭을 차단한 상태에서 용접부(35)를 형성하는 과정을 거친다.
도 4를 참조하면, 정위치의 백킹스틸(30)을 이용하여 용접부(35)를 형성하는 상태를 나타낸다. 도 4(a)처럼 루트갭의 초층 부위를 백킹스틸(30)이 받치고 있어 용용금속이 과도하게 형성될 위험이 없으며, 규칙적인 비드 형성이 가능해 불량율 이 현저히 감소한다. 도 4(b)(c)는 루트갭에 따른 용접예를 나타낸다. 구조용 파이프(10)의 용접에서 백킹스틸(30)이 적용됨에 따라 숙련된 GTAW 및 SMAW 고기량 작업자에만 의존했던 작업을 일반 FCAW 용접사도 수행할 수 있다.
구조용 파이프(10)의 연결에 있어서 백킹스틸(30)을 사용하므로 용접성이 향상되고 이음부의 피로강도를 증가시킨다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 파이프 15: 스터브
20: 스트립 25: 관통공
30: 백킹스틸 35: 용접부
40: 와이어 45: 고정체

Claims (5)

  1. 백킹스틸을 이용하여 구조용 파이프의 일면을 용접하는 방법에 있어서:
    스트립(20)을 재단하고 벤딩하여 환형의 백킹스틸(30)을 생성하는 제1단계;
    상기 백킹스틸(30)에 와이어(40)를 연결하여 파이프에 삽입하고, 루트갭 상으로 백킹스틸(30)의 돌출을 최소로 유지하는 제2단계; 및
    상기 백킹스틸(30)의 위치를 변동하여 루트갭을 차단한 상태에서 용접부(35)를 형성하는 제3단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 백킹스틸을 이용한 구조용 파이프 일면 용접방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1단계는 스트립(20)에 일정한 간격으로 4개의 관통공(25)을 형성하는 것을 특징으로 하는 백킹스틸을 이용한 구조용 파이프 일면 용접방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2단계는 2개의 와이어(40)를 십자형으로 교차시켜 백킹스틸(30)을 지지하는 것을 특징으로 하는 백킹스틸을 이용한 구조용 파이프 일면 용접방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2단계는 와이어(40)의 각 단부에 고정체(45)를 부가하여 백킹스틸(30)의 위치변동을 단속하는 것을 특징으로 하는 백킹스틸을 이용한 구조용 파이프 일면 용접방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 백킹스틸(30)의 위치변동은 파이프(10)의 자세에 따라 중력을 이용하거나 인력을 부가하는 것을 특징으로 하는 백킹스틸을 이용한 구조용 파이프 일면 용접방법.
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