KR20120009900A

KR20120009900A - 용접 구조물 및 그 제작방법

Info

Publication number: KR20120009900A
Application number: KR1020100070943A
Authority: KR
Inventors: 류강묵; 안규백
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2012-02-02
Anticipated expiration: 2030-07-22
Also published as: KR101187972B1

Abstract

취성균열의 전파정지성이 우수한 용접 구조물 및 그 제작방법이 제공된다.
상기 본 발명의 용접 구조물은 그 구성일예로서, 단위 판재가 맞대기 용접되어 제공되는 판재 또는, 사이에 중간 판재가 접합되는 제1,2 판재 및, 상기 판재들의 맞대기 용접부에 제공되는 취성균열 전파차단홀을 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 판재 특히, 극후물재의 용접을 통하여 제작된 용접이음부에 제공된 취성균열 전파차단홀을 통하여 취성균열 직진전파에 의한 구조물 파괴(파손)를 방지 가능하게 하며, 특히 기존 별도 용접이나 보강 작업이 필요 없어, 궁극적으로 취성균열 전파정지 성능은 우수하면서 구조물 제작은 용이하고 구조물 수명은 연장하는 개선된 효과를 얻을 수 있다.

Description

용접 구조물 및 그 제작방법{Weld Structure and Method for Manufacturing The Same}

본 발명은 용접 구조물 및 그 제작방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 판재 특히, 극후물재의 용접을 통하여 제작된 용접이음부에 제공된 취성균열 전파차단홀(arrester hole)을 통하여 취성균열 직진전파에 의한 구조물 파괴(파손)를 방지 가능하게 하며, 특히 기존의 보류부 용접이나 보강작업이 필요 없어, 궁극적으로 취성균열 전파정지 성능은 우수하면서 구조물 제작은 용이하게 한 용접 구조물 및 그 제작방법에 관한 것이다.

최근 들어, 강 구조물(구조체)이 대형화되고, 구조물의 제작(건조,제조)에 있어서 용접 시공을 종래에 비해 효율적으로 수행하기 위하여 용접 입열을 증가시킬 수 있는 대입열 용접을 실시하고 있지만, 이에 따라 용접 열영향부(HAZ)의 인성이 저하되는 문제가 빈번히 발생하고 있다.

한편, 이와 같은 용접 열영향부(HAZ)의 인성이 저하되는 문제를 해결하기 위한 강재를 개발하는 관련 기술이 일본 특허공개공보 평06-088161호 또는 일본 특허공개공보 소60-245768호 등에서 알려져 있다.

그러나, 상기 공개공보에서 개시되는 기술(발명)에서는, 취성균열의 발생에 대한 저항성이 향상되어 통상의 사용환경에서는 취성 파단이 발생할 가능성이 매우 낮지만, 피로환경에 노출되거나 지진, 구조물(구조체)간의 충돌 등 비상시의 상황에서는 취성균열이 쉽게 발생할 가능성이 있고, 이와 같은 경우에 취성균열이 용접부(용접선)를 따라 전파하면서 심한 경우 구조물의 파단이 발생되는 문제를 포함하고 있는 것이었다.

그런데, 두께가 25 mm 정도인 강판 예를 들어, TMCP(Thermo Mechanical Control Process) 강판의 경우에는 용접부를 따라 취성균열이 전파되더라도 용접부의 잔류 응력에 의하여 취성균열이 용접부에서 모재측으로 전파되기 때문에, 모재의 취성균열 정지 특성만 어느 정도 확보된다면 용접부에서 취성균열이 발생하여도 모재에서 취성균열을 정지시킬 수 있다고 알려져 왔다.

그러나, 강구조물(구조체)가 대형화됨에 따라 두께가 두꺼운 판재(강판) 즉, 두께가 50mm 이상의 극후물재인 경우에는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2005-296986호에 의하면, 용접부의 취성균열이 모재로 전파되지 않고 용접부 특히 맞대기 용접부(용접선)를 따라 쉽게 전파되어 최종적으로 대형 구조물(구조체)의 파단이나 구조물의 파괴를 발생할 수 있는 관련 사항을 개시하고 있다.

즉, 극후물재를 이용하여 제작되는 용접 구조물(구조체)의 경우, 용접 이음부(예컨대 맞대기 용접부)의 파괴 인성의 정도에 따라서, 설계 하중하에서 일단 취성균열이 발생하게 되면 취성균열을 정지시키는 것이 어렵게 되는데, 예를 들어 도 1에서와 같이, 단위판재(100a)들이 맞대기 용접(버트(butt)용접)된 판재(100)(모재)의 경우, 앞에서 설명한 취성균열은 판재(100)로 전파되지 않고, 맞대기 용접부(110)(용접선)를 따라 직진 전파하여, 용접부의 완전 파단이 발생하게 된다.

한편, 이와 같은 극후물재의 용접 구조물에서의 취성균열 전파 차단의 불확실성에 따른 문제를 해소하기 위한 알려진 종래의 관련 기술이, 예를 들어 일본 공개특허공보 2005-296986호와 대한한국 공개특허공보 제2006-0085641호 등에서 개시되고 있는데, 용접부와 강판(골재)가 교차하는 영역의 일부를 가우징(gouging)에 의해 제거한 후, 파괴인성이 우수한 용접재료로 보수 용접을 실시하거나, 용접부 중간을 끊어서 임의의 홈가공을 수행한 후 고인성의 용접재료로 보수 용접을 실시하는 것에 관련된 것이다.

그러나, 이와 같은 경우 실질적으로 Ni계 용접재료를 많이 사용하기 때문에, 비용의 상승을 초래하는 문제가 있고, 실제 취성균열의 전파 차단성이 완전하게 확보되는 보장도 없었다.

특히, 상기 공개특허공보들에 개시된 구조물은 사실상 맞대기 용접된 단일 판에 적용되는 것으로 한정되는 것이다. 그리고, 별도 용접이나 보강 작업이 수반되는 것이다.

한편, 일본 특허공개공보 2005-111501호에서는 취성균열이 용접부를 따라 전파하는 것을 방지하기 위해 용접부와 직각방향으로 단순 보강재를 부착하는 방법을 개시하고 있기는 하나, 이 경우 역시 생산성의 저하와 추가 비용의 상승을 초래하기 때문에 바람직하지 않은 것이었다.

즉, 위의 특허들의 경우 용접 보수부 또는 별도의 보강재 용접을 매개로 취성균열의 전파를 차단하기 때문에, 사실상 구조물 제작이 번거롭고 어려운 문제가 있었다.

이에 따라서, 본 발명의 출원인은 용접 구조물의 간단한 가공을 통하여도, 취성균열의 구조물 전파를 차단하여, 구조물 파괴를 방지시킨 본 발명을 제안하게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서 그 목적 측면은, 판재(극후물재)의 용접을 통하여 제작된 용접이음부(맞대기 용접부)에 제공된 취성균열 전파차단홀을 통하여 취성균열 직진전파에 의한 구조물 파괴(파손)를 방지 가능하게 하여 구조물의 수명을 연장 가능하게 한 용접 구조물 및 그 제작방법을 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 일 측면의 일 실시예로서 본 발명은, 단위 판재가 맞대기 용접되어 제공되는 판재; 및,

상기 판재의 맞대기 용접부에 제공되는 취성균열 전파차단홀;

을 포함하여 구성된 용접 구조물을 제공한다.

또한, 기술적인 일 측면의 다른 실시예로서 본 발명은, 단위 판재가 맞대기 용접되어 제공되는 제 1,2 판재;

상기 제1,2 판재 사이에 접합되는 중간 판재; 및,

상기 제1,2 판재 중 적어도 하나의 맞대기 용접부에 제공되는 취성균열 전파차단홀;

을 포함하여 구성된 용접 구조물을 제공한다.

다음, 기술적인 다른 측면으로서 본 발명은, 맞대기 용접을 통하여 제작된 판재 또는, 맞대기 용접을 통하여 제작된 제1,2 판재 사이에 접합된 중간판재를 포함하는 용접 구조물을 제공하는 단계; 및,

상기 판재의 맞대기 용접부에 취성균열 전파차단홀을 형성시키는 단계;

를 포함하여 구성된 용접 구조물 제작방법을 제공한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 판재 특히, 극후물재로 제작된 용접 구조물의 판재 용접이음부(맞대기 용접부)에 제공된 취성균열 전파차단홀을 통하여 취성균열 직진전파에 의한 구조물 파괴(파손)를 효과적으로 방지 가능하게 하는 것이다.

특히, 본 발명은 기존 복잡한 별도의 추가적인 용접작업이나 보강 작업을 하지않고 간단하게 적정 규격의 홀을 관통 형성시키기 때문에 용접 구조물의 제작을 용이하게 하는 것이다.

결국, 본 발명은 이를 통하여 취성균열 전파정지 성능은 우수하게 하면서 용접 구조물의 수명은 연장시키는 등의 효과를 제공할 수 있는 것이다.

도 1은 통상적인 맞대기 용접된 판재(극후물재)의 용접 구조물의 취성균열 전파를 설명하기 위하여 도시한 개략도이고,
도 2는 본 발명에 따른 취성균열 전파차단홀을 구비하는 용접 구조물을 도시한 정면도이며,
도 3은 도 2의 취성균열 전파차단홀을 도시한 상세도이고,
도 4는 본 발명에 따른 취성균열 전파차단홀을 구비하는 다른 구조의 용접 구조물을 도시한 사시도이며,
도 5는 도 4의 정면도이고
도 6은 도 5에서 취성균열 전파차단홀을 도시한 상세도
도 7은 도 4의 용접 구조물의 다른 변형예를 도시한 사시도이다.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 도 2와 도 3 및 도 4 내지 도 7에서는 각각 다른 형태의 본 발명에 따른 용접 구조물들을 도시하고 있다. 다만, 이하에서 본 발명에 따른 용접 구조물은 일괄적으로 도면부호(1)로 설명한다.

또한, 도 2 내지 도 7의 본 발명의 용접 구조물은 일 실예일 뿐 반드시 그 형태가 한정되는 것은 아님은 물론이다.

예컨대, 도 2 및 도 3에서 도시한 본 발명의 용접 구조물(1)은, 기본적으로 단위 판재(10a)가 맞대기 용접(예컨대 버트(butt)용접이라고도 함)되어 제공되는 판재(10)를 포함한다. 따라서, 판재(10)는 맞대기 용접부(20)(버트용접의 비드부위)를 포함한다.

또는, 도 4 내지 도 7에서 도시한 본 발명의 용접 구조물(1)은, 기본적으로 단위 판재(40a)(50a)가 맞대기 용접된 맞대기 용접부(20)를 포함하는 제 1,2 판재(40)(50) 예컨대, 도 4 및 도 7과 같이, 상,하부 판재 및, 상기 제1,2 판재(40)(60)들 사이에서 용접 접합되고 단위 판재(60a)가 맞대기 용접되어 맞대기 용접부(20)를 포함하는 중간 판재(60)로 구성될 수 있다.

이때, 도 4 내지 도 7에서는 제1,2 판재(40)(50)가 상,하부 판재로 이루어 지고, 이들 사이에 수평하게 중간 판재(60)가 양측 접면에서 용접(22)(필렛 용접)되어 일체로 접합되는 것으로 도시하였지만, 상기 제1,2 판재의 수직하게 중간판재(60)가 접합되는 용접 구조물로 제공 가능함은 물론이다.

즉, 상기 중간 판재는 제1,2 판재가 상,하부 판재 또는 좌,우측 판재로 제공되는 경우 그 사이에 폭방향 또는 길이방향으로 사이에 접합되는 것도 가능하다.

한편, 도 2 내지 도 7에서 도시한 본 발명의 판재들을 구성하기 위한 단위 판재들의 맞대기 용접부(20)의 폭(도 3,5의 b)는 동일한 것은 아니고, 판재의 두께나 강성 등의 조건에 따라 다르게 형성됨은 물론이다.

다만, 도 2 내지 도 7에서 맞대기 용접부는 편의상 도면부호 20으로 일괄적으로 표기하였다.

또한, 도 4 내지 도 7의 중간판재(60)가 접합되는 용접 구조물에서 제1,2 판재(40)(50)와 중간판재(60)의 맞대기 용접부의 폭 등이 판재 조건에 따라 다르게 형성됨은 물론이다.

다만, 도면에서는 제 1,2 판재와 중간 판재를 동일 두께(도 4의 t)로 도시하였음을 인식하여야 한다.

한편, 본 발명의 용접 구조물(1)에서 판재들은 구성하는 단위 판재들의 두께는 맞대기 용접후 용접부의 폭이나 깊이를 감안하여 견고한 강성을 유지하여야 하는 것은 감안할 때, 두께 50mm 이상의 극 후물재가 바람직하나, 물론 이에 반드시 한정되는 것은 아님은 물론이다.

다음, 도 4 및 도 7에서 도시한 바와 같이, 중간 판재(60)는 제1,2 판재(40)(50) 즉, 상,하부 판재의 하면과 상면에서 접면을 이루고, 한쪽으로 돌출되면서 그 접면에 용접(22)이 이루어지는 'T' 자 형상일 수 있다.

다음, 앞에서 설명한 도 2 내지 도 7에서 도시하는 본 발명의 단일 판재(10)의 용접 구조물 또는, 제1,2 판재(40)(50)와 중간판재(60)로 이루어진 용접 구조물들은 공통적으로 앞에서 설명한 구조물의 파괴를 수반하는 취성균열의 전파(도 1 참조)를 차단시키기 위한 취성균열 전파차단홀(30)들이 구비됨은 특징으로 한다.

바람직하게는, 도 2, 도 4 및 도 7에서 도시한 바와 같이, 이와 같은 본 발명에 따른 취성균열 전파차단홀(30)은, 판재(10)의 중앙부위 또는, 제1,2 판재 (40)(50)중 적어도 하나와 중간판재(60)의 경계부(P)에 제공되되, 기본적으로 취성균열이 전파되는 맞대기 용접부(20)에 제공되되, 판재 두께를 완전하게 관통하여 제공되는 것이 바람직하다.

더 바람직하게는, 이와 같은 본 발명의 취성균열 전파차단홀(30)은, 판재 두께를 관통하여 형성되되, 맞대기 용접부(20)와 적어도 모재(판재) 일부분을 포함하는 크기로 형성되는 것이다.

따라서, 맞대기 용접된 판재(10)(40)(50)에서, 단위 판재를 당기는 힘이 용접 구조물에 가해지는 경우, 맞대기 용접부(20)를 따라 취성균열이 전파되는 경우, 본 발명의 취성균열 전파차단홀(30)은 전파되는 취성균열의 용접부 전파를 모재측으로 유도하여 더 이상의 취성균열이 전파되지 않게 하는 것이다.

한편, 도 7에서 도시한 바와 같이, 중간판재(60)가 사이에 수평 또는 수직하게 접합되는 용접 구조물의 경우 단위판재(40a)(50a)들이 3개 이상 맞대기 용접되어 하나의 판재로 형성되는 것도 가능하다.

다음, 도 2,3 및 도 5,6에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 취성균열 전파차단홀(30)이 형성된 판재(모재)위로 판재 강성을 증대토록 소정 두께의 덧판(70)이 추가로 접합되는 것도 바람직할 것이다.

이와 같은 덧판(70)은, 모재와 같은 재질이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 따라서 덧판(70)은, 맞대기 용접부(20)와 모재(판재) 일부분을 포함하여 두께방향으로 관통 형성되기 때문에, 취성균열의 전파를 차단하지만, 홀이 형성된 부분에 접합되므로 그 부분의 국부적인 강성 유지를 가능하게 할 것이다.

또한, 이와 같은 덧판(70)은, 취성균열의 전파를 추가로 더 차단(판재로의 유도)하는 것도 가능하게 할 것이다.

다음, 이와 같은 본 발명의 취성균열 전파차단홀(30)은, 도 2 및 도 3과 같이 2개의 단위 판재(10a)들이 맞대기 용접된 (단일의) 판재(10)인 경우에는, 맞대기 용접부(20)의 중앙 부분에 형성시키는 것이 바람직할 것이다.

즉, 취성균열의 전파는 판재(10)의 상부 또는 하부에서 먼저 시작될 수 있고, 따라서 취성균열 전파차단홀(30)이 판재 상부 또는 하부로 치우쳐 형성되는 경우, 반대측에서 취성균열이 시작 전파되면, 취성균열이 맞대기 용접부(20)의 거의 모든 부분에서 발생된 후 그 전파를 차단하기 때문에, 바람직하지 않다.

다름, 앞에서 설명한 바와 같이, 도 4 및 도 7의 제1,2 판재(40)(50)사이에 중간판재(60)가 접합되는 용접 구조물의 경우, 도 2,3의 용접 구조물과는 다르게 중간판재가 사이에 접합되기 때문에, 중간판재(60)와 제 1 판재(40)(상부 판재) 또는 제2 판재(50)(하부판재)가 접촉하는 경계부(도 6의 P)에 위치되도록 하는 것이 바람직 할 것이다.

즉, 혹 취성균열 전파차단홀에도 불구하고 취성균열이 전파되어도, 제1,2 판재와는 수직하게 직각으로 접합되는 인접 중간판재가 취성균열의 전파를 차단하게 할 것이다.

다음, 도 3 및 도 6에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 용접 구조물(1)에서, 기본적으로 맞대기 용접부(20)에 형성되면서 취성균열의 전파를 차단하기 위하여 적어도 모재(판재) 일부분을 포함하여 형성되는 본 발명의 취성균열 전파차단홀(30)은 구체적으로, 그 높이(H)와 폭(W)은, 적어도 모재(판재)의 두께(t)와 용접부(20)의 폭(b)에 대응하여 조정되는 것이 바람직하다.

예를 들어, 도 3 및 도 6과 같이, 본 발명의 취성균열 전파차단홀(30)의 높이 H는 H ≥ 0.2t (여기서, t는 취성균열 전파차단홀(30)이 형성되는 판재두께이다), 취성균열 전파차단홀(30)의 폭 W는 W ≥ 2b (b는 해당 판재의 맞대기 용접부(20)의 폭이다)중 적어도 하나, 더 바람직하게는 이들 모두의 조건을 만족하도록 하는 것이다.

예를 들어, 도 3 및 도 6에서와 같이, 취성균열 전파차단홀(30)의 높이 H가 0.2t 보다 적은 경우에는, 판재의 두께와 판재의 맞대기 용접부(20)의 폭을 감안 할 때, 높이가 너무 작아 취성균열의 전파를 효과적으로 차단할 수 없게 될 것이다.

그리고, 취성균열 전파차단홀(30)의 폭 W가 2b 보다 작은 경우에는, 실질적으로 취성균열 전파차단홀(30)은 맞대기 용접부(20)를 통하여 전파되는 취성균열을 홀에 의한 공간형성으로 전파를 차단하는 것인데, 만약 취성균열 전파차단홀(30)의 폭 W가 맞대기 용접부(30)의 폭 2b의 범위를 벗어나지 않는 경우, 모재부분을 포함하는 면적이 너무 작아 취성균열의 전파를 전파차단홀에서 효과적으로 차단하면서 판재(모재)측으로 취성균열을 유도하여 전파가 더 이상 이루어지지 않도록 하는 것을 어렵게 할 것이다.

더 바람직하게는, 이와 같은 본 발명의 취성균열 전파차단홀(30)은, 도 3 및 도 5에서 도시한 바와 같이, 단위 판재들이 맞대기 용접된 판재의 맞대기 용접부(20)의 중심선(C)을 기준으로 서로 대칭되도록 홀을 형성하는 것이다.

즉, 홀이 한쪽으로 치우지는 경우, 반대쪽의 모재 포함부분이 적기 때문에, 취성균열 전파의 차단이 그 부분에 집중적으로 발생되므로, 취성균열 전파차단홀(30)은 맞대기 용접부(30)의 중심선을 기준으로 좌우(또는 상하)로 대칭 구조가 바람직함은 물론이다.

더하여, 본 실시예에서, 도 3 및 도 6에서 도시한 바와 같이, 취성균열 전파차단홀(30)의 모재측 폭 W'는, 0.5b(여기서 b는 맞대기 용접부의 폭이다)에 적어도 근접하는 조건(범위)을 만족하도록 하는 것이 바람직할 수 있다.

예를 들어, 취성균열 전파차단홀(30)의 모재측 폭 W' 즉, 홀의 모재 포함공간이 0.5b 보다 과도하게 작은 경우에는 취성균열 전파차단홀(30)의 공간이 너무 작아 취성균열의 전파를 효과적으로 차단할 수 없고, 반대로 0.5b 보다 과도하게 크면, 취성균열 전파차단홀(30)의 모재 포함 영역이 너무 커서, 취성균열의 전파 차단성을 높아지나, 반대로 판재 자체 또는 용접 구조물의 강성을 취약하게 하는 문제를 발생시킬 수 있다.

한편, 도 3 및 도 6에서 도시한 바와 같이, 이와 같은 본 발명의 취성균열 전파차단홀(30)은, 도 2 내지 도 7에서는 직사각형 형상으로 도시하였지만, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 삼각형, 사각형, 원형의 다양한 형태로 형성하는 것도 가능할 것이다.

더하여, 더 바람직하게는 도 3 및 도 6과 같이, 본 발명의 취성균열 전파차단홀(30)이 직사각형 형태로 모서리를 갖는 경우, 도 3과 같이 단일 판재(10)에 홀을 형성시키는 경우에는 각 모서리에 피로성능의 저하를 방지하기 위하여 필렛(32)을 갖추도록 하는 것이고, 도 6과 같이 중간판재(60)가 사이에 접합되는 경우, 중간판재(60)의 반대측에만 홀의 모서리에 상기 필렛(32)을 형성시키는 것이다. 이와 같은 필렛(32)은 곡율(R)을 가지도록 하는 것이다.

다음, 구체적인 실시예를 설명하기 전에, 지금까지 설명한 본 발명의 용접 구조물(1)의 제작단계를 정리하면, 먼저 실시예적으로 두께가 50mm 정도인 극후물재의 단위 판재(10a)(40a)(50a)(60a)들을 맞대기 용접하여, 맞대기 용접부(20)를 포함하는 단일 판재(10) 또는, 제1,2 판재(40)(50)와 중간판재(60)들을 제작한다.

물론, 도 7과 같이, 단위 판재들은 2개 이상의 복수로 다중의 맞대기 용접을 통하여 하나의 판재로 제작하는 것도 가능함은 물론이다.

다름, 도 4 및 도 7과 같이, 중간판재(60)를 제1,2 판재(40)(50)사이로 하면과 상면이 접면이되도록 개재시킨 상태에서 빌렛용접(22)을 통하여 제1,2 판재와 중간판재를 T자 형상으로 견고하게 접합하여 용접 구조물을 제작한다.

그리고, 도 2,3과 같이, 단일 판재(10)인 경우, 그 중앙부분에 맞대기 용접부(20)를 기본으로 적어도 모재 일부분을 포함하는 앞에서 설명한 적정 규격의 본 발명의 취성균열 전파차단홀(30)을 관통 형성시킨다.

또는, 도 4 내지 도 7과 같이, 3개의 판재 즉, 제1,2 판재(1,2)와 그 사이에 수평한(또는 수직한) 중간판재(60)가 접합된 용접 구조물의 경우, 본 발명의 취성균열 전파차단홀(30)은 제1 판재 또는 제2 판재와 중간판재(60)의 접합면 경계부(P)에 위치되도록 하는 것이다.

다음, 이와 같은 취성균열 전파차단홀(30)을 형성한 모재 부위에 적정하게 제작된, 바람직하게는 모재와 동일 재질의 덧판(70)을 도 2,3 밍 도 5,6과 같이 접합시킨다. 물론, 모재 두께방향으로 관통하여 취성균열 전파차단홀(30)을 형성시키므로, 판재 양측에 덧판(70)을 접합하는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 적어도 한쪽에 덧판을 접합시키는 것도 가능할 것이다.

또한, 이와 같은 덧판은 판재(모재)의 강성 유지는 물론, 이물의 홀 유입 고착도 차단하게 할 것이다.

이때, 바람직하게는 본 발명의 취성균열 전파차단홀(30)의 형성단계에서는, 잎에서 설명한 바와 같이, 그 높이(H)와 폭(W) 또는 모재측 폭(W')은, 판재의 두께 t와, 맞대기 용접부의 폭 b를 감안하여 크기를 조정하는 것이다.

즉, 앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 취성균열 전파차단홀(30)의 높이(H)와 폭(W) 및 모재측 폭(W')은 각각 H ≥ 0.2t,W ≥ 2b의 조건 중 적어도 하나의 조건을 만족하도록 하는 것이다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다.

(실시예)

먼저, 본 실시예에서, 수직방향의 맞대기 용접(Butt 용접)시 맞대기 용접부(20)(용접이음부)에서 발생하는 도 1과 같은 취성균열의 전파를 차단하기 위한 취성균열 전파차단홀에 포함하는 용접구조물에 대한 구체적인 실험(실시예)을 통하여 취성균열 전파의 정지(차단) 효과를 확인하였다.

이때, 본 실시예에서, 다음의 표 1에 기재된 강종 1 내지 3을 기반으로 하되, 판재 규격을 50mm 또는 80mm의 두께×1200mm(폭)×1200mm(길이)의 판재 즉, 극후물재들을 사용하였으며, 본 실시예에서는 도 4 내지 도 6의 제 1,2 판재(상,하부 판재)(40)(50)와 이들 사이에 접합되는 중간판재(60)를 포함하는 용접 구조물을 기반으로 하여, 특히 제1 판재(상부 판재)(40)측으로 중간판재(60)의 접합 경계부(P)에 본 발명의 취성균열 전파차단홀(30)을 관통 형성하였다.

구분	C	Si	Mn	P	S	Ni	Ti
강종 1	0.05	0.14	1.54	0.008	0.003	0.2	0.016
강종 2	0.086	0.308	1.54	0.008	0.0016	0.01	0.015
강종 3	0.06	0.15	1.6	0.008	0.003	0.35	0.015

그리고, 본 실시예의 시험편으로 제공되는 용접 구조물(시험편)의 단부에서 부터 150mm 위치에 V자 노치를 맞대기 용접부(20)(FCAW 또는 EGW+FCAW)의 용융선(fusion line)에 일치하도록 가공하고, 충격하중(단위 판재를 양쪽으로 벌리는 힘)을 가하기 위한 쐐기를 삽입하였다.

이때, 시험 용접구조물의 노치선단은 -80℃의 저온으로 냉각하고 그 외의 구간은 -10℃로 균일하게 유지하였다. 설계 응력을 하에서 삽입된 쐐기의 충격하중에 의해 노치선단에서 취성균열을 발생시키었다. 따라서 발생된 취성균열은 용접부의 용융선(fusion line)을 따라 전파되어 갔다.

한편, 다음의 도 표 2에서는 본 발명의 단위 판재들을 맞대기 용접하는 용접부(20)를 형성하는 사용한 용접법 및 용접재료의 성분을 나타내고 있다. 그리고 다음의 표 3에서는 도 4 내지 도 6에서 도시한 바와 같이, 제작된 용접 구조물(시험편)에 형성한 취성균열 전파차단홀(30)(arrester hole)에서의 취성균열 전파정지 여부를 판단하는 결과를 나타내었다. (다만, 표 2,3에서 EGW는 전자 가스 용접(Electro gas welding)을 나타내고, FCAW는 플럭스 코어 아크 용접(Flux core arc welding)을 나타낸다)

용접법	용접재료	C	Si	Mn	P	S	Ni	Ti
EGW	DWS-43G	0.08	0.35	1.63	0.014	0.010	0.02	0.02
EGW	DSW-LSR	0.05	0.25	1.60	0.009	0.007	1.40	0.05
EGW	DWS-60G	0.08	0.32	1.67	0.010	0.008	0.81	0.03
EGW	DWS-50GTF	0.04	0.42	1.77	0.010	0.009	1.62	0.02
EGW	DWS-50GTR	0.06	0.51	1.71	0.010	0.008	1.71	0.02
EGW	K-EG2	0.04	0.33	1.69	0.013	0.012	-	0.02
EGW	K-EG3	0.04	0.34	1.72	0.013	0.012	1.6	0.02
EGW	EG-3	0.08	0.29	1.852	0.011	0.008	0.76	0.02
FCAW	DSⅡ81K2LH	0.025	0.31	1.25	0.011	0.008	1.55	0.05
FCAW	K-81TSR	0.028	0.3	1.18	0.010	0.010	1.59	0.04
FCAW	SF-36E	0.04	0.37	1.33	0.014	0.006	1.53	0.03
FCAW	DW-55LSR	0.05	0.33	1.32	0.009	0.008	0.90	0.03
FCAW	DW-62L	0.06	0.29	1.23	0.007	0.008	2.5	0.03

구분	판재의 맞대기 용접부(20)					전파차단홀 규격		균열정지 여부
구분	강종	두께(t)	용접법	용접재료	폭(b)	높이(H)	폭(W)	균열정지 여부
발명예1	강종1	50	EGW	DWS-43G	34	10	68	정지
발명예2	강종1	50	FCAW	DW-55LSR	45	10	90	정지
발명예3	강종1	50	EGW+FCAW	DWS-43G+DW-55L	45	10	90	정지
발명예4	강종1	80	EGW	DWS-43G	45	16	90	정지
발명예5	강종1	80	FCAW	DW-55LSR	65	16	130	정지
발명예6	강종1	80	EGW+FCAW	DWS-43G+DW-55L	65	16	130	정지
발명예7	강종1	50	EGW	DWS-43G	34	10	68	정지
발명예8	강종1	50	FCAW	DW-55LSR	45	10	90	정지
발명예9	강종1	50	EGW+FCAW	DWS-43G+DW-55L	45	10	90	정지
발명예10	강종1	80	EGW	DWS-43G	45	16	90	정지
발명예11	강종1	80	FCAW	DW-55LSR	65	16	130	정지
발명예12	강종1	80	EGW+FCAW	DWS-43G+DW-55L	65	16	130	정지
발명예13	강종2	50	EGW	DWS-43G	34	10	68	정지
발명예14	강종2	50	FCAW	DW-55LSR	45	10	90	정지
발명예15	강종2	50	EGW+FCAW	DWS-43G+DW-55L	45	10	90	정지
발명예16	강종2	80	EGW	DWS-43G	45	16	90	정지
발명예17	강종2	80	FCAW	DW-55LSR	65	16	130	정지
발명예18	강종2	80	EGW+FCAW	DWS-43G+DW-55L	65	16	130	정지
발명예19	강종3	50	EGW	DWS-43G	34	10	68	정지
발명예20	강종3	50	FCAW	DW-55LSR	45	10	90	정지
발명예21	강종3	50	EGW+FCAW	DWS-43G+DW-55L	45	10	90	정지
발명예22	강종3	80	EGW	DWS-43G	45	16	90	정지
발명예23	강종3	80	FCAW	DW-55LSR	65	16	130	정지
발명예24	강종3	80	EGW+FCAW	DWS-43G+DW-55L	65	16	130	정지
비교예1	강종1	50	EGW	DWS-43G	34	10	61	전파
비교예2	강종1	50	FCAW	DW-55LSR	45	10	81	전파
비교예3	강종1	80	EGW	DWS-43G	45	16	81	전파
비교예4	강종1	80	FCAW	DW-55LSR	65	16	130	전파
비교예5	강종2	80	EGW	DWS-43G	45	16	90	전파
비교예6	강종2	80	FCAW	DW-55LSR	65	8	130	전파
비교예7	강종3	80	EGW	DWS-43G	45	8	90	전파
비교예8	강종3	80	FCAW	DW-55LSR	65	8	130	전파

즉, 상기 표 3에서, 일 수 있듯이, 본 발명의 취성균열 전파차단홀(30)은 발명예 1 내지 24에서 취성균열의 전파를 정지(차단)시킴을 알 수 있고, 특히 비교예 1 내지 8에서는, 취성균열 전파차단홀이 구비되나 앞에서 설명한 본 발명의 취성균열 전파차단홀(30)의 높이와 폭 등의 조건에 부합되지 않는 경우, 취성균열의 전파가 진행됨을 알 수 있었다.

예를 들어, 앞에서 설명하고 도 3 및 도 6에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 취성균열 전파차단홀(30)의 높이와 폭은 각각 H ≥ 0.2t, 폭 W ≥ 2b의 조건을 만족하는 것이 바람직한데, 상기 표 3의 발명예 1에서 취성균열 전파차단홀(30)의 높이 H 10mm ≥ 10mm(0.2*50mm), 폭 W 68mm ≥ 68mm (= 2*34mm) 의 조건을 만족하고, 발명예 24에서 취성균열 전파차단홀(30)의 높이 H 16mm ≥ 16mm(0.2*80mm), 폭 W 130mm ≥ 130mm (= 2*65mm)의 조건을 만족함을 알 수있고, 이때 시험시 취성균열의 전파가 정지(차단) 되었다.

이때, 도 3 및 도 6에서와 같이, 취성균열 전파차단홀(30)의 모재측 폭 W'은 0.5b에 근접하는 것이 바람직하므로, 상기 표 3의 발명예 1 및 24의 경우 각각, 17mm (0.5*34mm), 32.5mm (0.5*65mm)에 근접하는 범위일 수 있다.

반대로, 상기 표 3에서 비교예 1의 경우 취성균열 전파차단홀(30)의 높이 H 10mm ≥ 10mm(0.2*50mm)이나 폭 W 61mm ≥ 68mm (= 2*34mm)로서 앞에서 설명한 홀의 규격 조건에서 폭이 벗어나고, 비교예 8의 경우 높이 H가 8mm ≥ 16mm(0.2*80mm)이고, 폭 W는 130mm ≥ 130mm (=2*65mm)로서 앞에서 설명한 홀의 규격 조건에서 높이가 벗어남을 알 수 있다. 따라서, 비교예 1,8(1 내지 8)의 경우 실시예의 시험시 취성균열이 정지(차단)되지 못함을 알 수 있었다.

본 발명은 지금까지 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한 도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

1.... 용접 구조물 10,40,50,60.... 판재
20.... 맞대기 용접부 30.... 취성균열 전파차단홀
70.... 덧판 b.... 맞대기 용접부 폭
H.... 취성균열 전파차단홀 높이 t.... 모재 두께
W.... 취성균열 전파차단홀의 폭
W'.... 취성균열 전파차단홀의 모재측 폭

Claims

단위 판재가 맞대기 용접되어 제공되는 판재; 및,
상기 판재의 맞대기 용접부에 제공되는 취성균열 전파차단홀;
을 포함하여 구성된 용접 구조물.
단위 판재가 맞대기 용접되어 제공되는 제 1,2 판재;
상기 제1,2 판재 사이에 접합되는 중간 판재; 및,
상기 제1,2 판재 중 적어도 하나의 맞대기 용접부에 제공되는 취성균열 전파차단홀;
을 포함하여 구성된 용접 구조물.
제2항에 있어서,
상기 취성균열 전파차단홀은 상기 제1,2 판재 중 적어도 하나와 상기 중간판재의 접합 경계부로 맞대기 용접부에 하나 이상 제공되는 것을 특징으로 하는 용접 구조물.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 취성균열 전파차단홀은, 맞대기 용접부와 적어도 판재 일부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 구조물.
제4항에 있어서,
상기 취성균열 전파차단홀의 높이 및 폭은, 각각 판재의 두께 및 맞대기 용접부의 폭에 대응하여 크기가 형성된 것을 특징으로 하는 용접 구조물.
제4항에 있어서,
상기 취성균열 전파차단홀의 모서리 부분은 필렛으로 형성되고,
상기 취성균열 전파차단홀에 접합되는 덧판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 구조물.
맞대기 용접을 통하여 제작된 판재 또는, 맞대기 용접을 통하여 제작된 제1,2 판재 사이에 접합된 중간판재를 포함하는, 용접 구조물을 제공하는 단계; 및,
상기 판재의 맞대기 용접부에 취성균열 전파차단홀을 형성시키는 단계;
를 포함하여 구성된 용접 구조물 제작방법.
제7항에 있어서,
상기 취성균열 전파차단홀의 형성단계에서, 상기 취성균열 전파차단홀은 판재들의 맞대기 용접부와 모재의 적어도 일부분을 포함하는 크기로 형성하고,
중간판재를 포함하는 경우, 제1,2 판재 중 적어도 하나와 중간판재의 접합 경계부에 상기 취성균열 전차차단홀을 배치하는 것을 특징으로 하는 용접 구조물 제작방법.
제7항에 있어서,
용접 구조물 제작단계에서, 판재들을 두께 50 mm 이상의 극후물재로 제작하고, 상기 취성균열 전파차단홀에 덧판을 추가로 접합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 구조물 제작방법.
제7항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 취성균열 전파차단홀은, H ≥ 0.2t 와 W ≥ 2b 중 적어도 하나의 조건을 만족하고, 여기서 H는 취성균열 전파차단홀의 높이이고, W는 취성균열 전파차단홀의 폭이며, t는 판재 두께이고 b는 맞대기 용접부의 폭인 것을 특징으로 하는 용접 구조물 제작방법.