KR101185979B1 - 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 이음부 및 용접 구조체 - Google Patents

내취성 균열 전파성이 우수한 용접 이음부 및 용접 구조체 Download PDF

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Abstract

모재의 적어도 일부의 취성 균열 전파 정지 특성 Kca가 4000 N/㎜1.5 이상인 강판을 맞대기 용접함으로써 형성된 강판 용접 이음부 및 그 용접 이음부를 포함한 용접 구조체에 있어서, 상기 강판 용접 이음부(1)의 적어도 한 부분에, 상기 강판 용접 이음부(1)의 용접선 L 상으로부터 뻗어있는 동시에, 강판 용접 이음부(1)의 길이 방향에 대해서 15˚이상 50˚이하의 범위의 각도로 경사하는 경사 비드(31)를 구비하는 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)를 형성하고, 용접 이음부에 취성 균열이 발생한 경우에도, 취성 균열이 용접 이음부나 모재를 따라 전파하는 것을 억제할 수 있도록 한다.

Description

내취성 균열 전파성이 우수한 용접 이음부 및 용접 구조체 {WELD STRUCTURE AND WELDED JOINT HAVING EXCELLENT BRITTLE CRACK PROPAGATION RESISTANCE}
본 발명은 용접 이음부에 취성 균열이 발생한 경우에, 취성 균열의 전파를 제어, 억제하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 이음부 및 그 용접 이음부를 가진 용접 구조체에 관한 것이다.
특히, 후강판을 사용하여 용접한 용접 구조물의 용접 이음부에 있어서 취성 균열이 발생한 경우에도 그 균열의 전파를 제어, 억제하여 안전성을 향상시킬 수 있는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체에 관한 것이다.
최근, 대형 컨테이너선이나 벌크 캐리어 등의 선박용 용접 구조체, 건축 구조물, 토목 강 구조물로 대표되는 용접 구조체에 있어서는 취성 균열 등의 파괴에 대한 높은 안전성이 요구되고 있다. 특히, 컨테이너선은 대형화가 현저한데, 예를 들면, 6000 TEU 이상의 대형 컨테이너선이 제조됨에 따라 선각 외판의 강판이 후육화 및 고강도화하여 판 두께 70 ㎜ 이상, 항복 강도 390 N/㎟ 이상의 강판이 사용되고 있다.
여기서, TEU(Twenty feet Equivalent Unit)는 길이 20 피트의 컨테이너로 환산한 개수를 나타내며, 컨테이너선의 적재 능력의 지표를 나타낸다.
이와 같은 대형 컨테이너선은 적재 능력이나 하역 효율의 향상을 위하여, 칸막이 벽을 없애고 상부 개구부(開口部)를 크게 확보한 구조로 되어 있다. 특히, 선각 외판이나 내판의 강도를 확보할 필요가 있기 때문에, 상기와 같은 고강도 강판이 사용되고 있다.
전술한 바와 같은 용접 구조물을 건조할 때, 건조 비용의 저감이나 건조 효율 향상을 목적으로 하여 대입열 용접(예를 들면, 일렉트로 가스 아크 용접)이 널리 적용되고 있다. 입열량이 작은 다층 돋움 용접에서는 특히, 강판의 판 두께가 증가할수록 용접 공정 수가 현저하게 증가하기 때문에, 극한까지 대입열로 용접할 것이 요구된다. 그러나, 강판의 용접에 대입열(大入熱) 용접을 적용한 경우에는, 용접 열 영향부(HAZ: Heat Affected Zone)의 인성이 저하하고, 용접 열 영향부의 폭도 증대되기 때문에, 취성 파괴에 대한 파괴 인성값이 저하하는 경향이 있다.
이 때문에, 용접 이음부에 있어서 취성 균열이 발생하는 것을 억제하는 동시에, 취성 균열의 전파 정지(어레스트)를 달성하는 것을 목적으로 하여, 내취성 파괴 특성이 우수한 TMCP 강판(Thermo Mechanical Control Process: 열 가공 제어)이 제안되어 있다. 상기 TMCP 강판을 사용함으로써, 취성 파괴 발생에 대한 저항값인 파괴 인성 값이 향상되기 때문에, 통상의 사용 환경에서는 구조물이 취성 파괴될 가능성은 극히 낮아진다. 그러나, 지진이나 구조물끼리의 충돌 사고나 재해 시에 취성 파괴가 발생하면, 취성 균열이 용접 열 영향부를 따라 전파하여 큰 파괴가 발생할 우려가 있다.
예를 들면, 컨테이너선 등으로 대표되는 용접 구조체에서는 판 두께 50 ㎜ 정도의 TMCP 강판 등이 사용되며, 만일 용접 이음부에서 취성 균열이 발생하더라도, 용접 잔류 응력에 의하여 취성 균열이 용접부로부터 모재 측으로 벗어나므로, 모재의 어레스트 성능을 확보하면 취성 균열을 모재에서 정지시킬 수 있다고 생각하였다. 또한, 6000 TEU를 초과하는 대형 컨테이너선 등 더 대형인 용접 구조체에 있어서는 판 두께가 더 큰 강판이 필요하고, 또한 구조를 간소화하는데 강판의 후육화가 유효하기 때문에, 설계 응력이 높은 고장력 강의 후강판을 사용하는 것이 요구되었다. 그러나, 이와 같은 후강판을 사용하였을 경우, 용접 열 영향부의 파괴 인성의 정도에 따라서는 취성 균열이 모재로 벗어나지 않고 용접 열 영향부를 따라서 계속 전파하여 용접 구조물에 큰 파괴를 가져올 우려가 있다.
상기 문제를 해결하기 위하여, 맞대기 용접 이음부의 일부에 보수 용접(이음부의 일부분에 대하여 홈을 형성하고, 그 부분에 홈 메우기 용접을 한다)을 실시하여, 용접 열 영향부를 따라서 전파하는 취성 균열을 모재 측으로 벗어나게 하는 구성으로 된 용접 구조체가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1).
그러나, 특허문헌 1의 용접 구조체에서는 모재의 파괴 인성이 매우 우수한 경우에는 유효하지만, 모재의 파괴 인성이 불충분한 경우에는 모재 측으로 벗어난 취성 균열이 길게 전파하여, 구조물로서의 강도가 현저하게 저하될 우려가 있다. 또한, 홈 메우기 용접부의 볼륨이 커져서 공정 시간이 길어지고, 제조 비용도 증대된다고 하는 문제가 있다.
또한, 용접 이음부에 발생하는 취성 균열의 전파를 정지시키고 싶은 영역에, 취성 균열의 전파를 제어할 목적으로, 판 모양의 어레스트재가 용접선과 교차하도록 관통하여 용접되며, 어레스트재로서 표면이나 이면의 판 두께비 2% 이상의 두께의 표층 영역에 있어서의 집합 조직이 적정화된 것을 사용하는 용접 구조체가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 2)
그러나, 특허문헌 2에 기재된 용접 구조체를 대형 건조물에 적용하는 경우, 예를 들면, 용접 이음부를 따라 전파한 취성 균열이 어레스트재를 강판에 용접하는 용접 이음부를 따라 전파하여 어레스트재에 돌입하고, 그대로 어레스트재의 내부를 따라 전파 한 후, 다시 용접 이음부를 따라 전파할 우려가 있다. 한편, 용접 이음부를 따라 전파한 취성 균열이 어레스트재 및 이 어레스트재를 강판에 용접하는 용접 이음부의 위치에서 모재 측으로 벗어난 경우에는, 상기와 마찬가지로 모재의 파괴 인성이 불충분하면 취성 균열이 길게 전파하여, 용접 구조물로서의 강도가 현저하게 저하되는 문제도 염려된다.
일본 공개 특허 공보 2005-131708호 일본 공개 특허 공보 2007-098441호
본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 예를 들어 용접 이음부에 취성 균열이 발생한 경우에도, 취성 균열이 용접 이음부나 모재를 따라 전파하는 것을 억제할 수 있고, 용접 구조체의 파단을 방지할 수 있는, 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 용접 구조체의 용접 이음부에 발생한 취성 균열이 용접 이음부나 모재를 따라서 전파하는 것을 방지하기 위하여, 용접 이음부의 도중에, 특허문헌 2와 같은 취성 균열의 전파를 제어하는 이음부 구조를 설치하는 경우에 대하여 예의 연구하였다.
그 결과, 취성 균열의 전파를 제어하는 이음부 구조의 형상 및 강재 특성을 적정화함으로써, 용접 이음부 및 모재에 있어서의 취성 균열의 전파를 억제하고, 용접 구조체에 대규모 파괴가 발생하는 것을 방지할 수 있는 것을 밝혀내고, 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명의 요지는 청구의 범위에 기재한 이하의 내용에 관한 것이다.
[1] 적어도 일부 영역의 취성 균열 전파 정지 특성 Kca가 4000 N/㎜1.5 이상인 강판을 서로 맞대기 용접함으로써 형성되는 강판 용접 이음부에 있어서,
상기 강판 용접 이음부의 적어도 한 부분에, 강판 용접 이음부에 발생한 취성 균열의 전파를 제어하는 내취성 균열 전파 방향 제어부가 설치되어 있고,
이 내취성 균열 전파 방향 제어부는 한쪽 강판에 형성된 돌기부와, 이에 대향하는 다른 쪽 강판과의 사이에서 맞대기 용접되어 형성된 경사 비드를 가지고 있으며,
이 경사 비드는 상기 강판 용접 이음부의 용접선으로부터 연속하여 형성되며, 상기 다른 쪽의 강판 내부를 향하여 강판 용접 이음부의 길이 방향에 대하여 15˚이상 50˚이하의 범위의 각도로 경사져 연신되어 있으며, 또한, 경사 비드의 상기 강판 내부로 연신된 후단부는 적어도 상기 강판의 Kca가 4000 N/㎜1.5 이상인 영역을 향하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내취성 균열 전파성이 우수한 강판 용접 이음부.
[2] 상기 내취성 균열 전파 방향 제어부에 구비된 상기 경사 비드는 상기 강판 용접 이음부의 길이 방향에 따른 높이 H(㎜), 강판 용접 이음부의 길이 방향과 교차하는 방향에 있어서의 가로 폭 W(㎜)의 각각의 치수가 아래 (1), (2) 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 상기 [1]에 기재된 내취성 균열 전파성이 우수한 강판 용접 이음부.
2T ≤ H????? (1)
d+50 ≤ W???? (2)
단, 상기 (1), (2) 식 중에서, T는 상기 강판의 판 두께(㎜)를 나타내고, d는 상기 강판 용접 이음부에 있어서의 용접 금속부의 폭(㎜)을 나타낸다.
[3] 상기 강판의 판 두께가 25 ㎜ 이상 150 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 내취성 균열 전파성이 우수한 강판 용접 이음부.
[4] 상기 강판은 적어도 일부 영역의 취성 균열 전파 정지 특성 Kca가 6000 N/㎜1.5 이상이며, 상기 경사 비드의 후단부는 적어도, 상기 강판의 Kca가 6000 N/㎜1.5 이상인 영역을 향하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 내취성 균열 전파성이 우수한 강판 용접 이음부.
[5] 상기 강판은 상기 강판 용접 이음부의 길이 방향으로 배열되는 적어도 2 이상의 강판으로 이루어지는 동시에, 상기 강판 용접 이음부의 길이 방향으로 배열된 강판을 서로 맞대기 용접함으로써 길이방향 배열 강판 용접 이음부가 형성되어 있고, 상기 길이방향 배열 강판 용접 이음부는 상기 강판 용접 이음부의 용접선으로부터 연신하는 상기 내취성 균열 전파 방향 제어부의, 상기 경사 비드의 후단부와 강판 용접 이음부의 용접선 사이에 형성되는 가로방향 비드를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 내취성 균열 전파성이 우수한 강판 용접 이음부.
[6] 모재의 적어도 일부의 취성 균열 전파 정지 특성 Kca가 4000 N/㎜1.5 이상인 강판끼리를 맞대기 용접함으로써 강판 용접 이음부가 형성되어 있는 용접 구조체로서, 이 강판 용접 이음부의 적어도 한 부분에, 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 내취성 균열 전파 방향 제어부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.
또한, 본 발명에서는 용접 금속부와 용접 열 영향부를 포함하는 부분을 용접 이음부라고 정의한다. 또한, 취성 균열 전파 정지 특성 Kca는 이 용접 구조체가 사용되는 온도 또는 설계 온도에 있어서의 수치이다.
본 발명의 용접 구조체에 의하면, 강판을 맞대기 용접하여 형성한 용접 이음부의 적어도 한 부분에, 한쪽 강판에 형성된 돌기부와, 이에 대향하는 다른 쪽의 강판과의 사이에 맞대기 용접되어 형성된 경사 비드로 이루어지는 내취성 균열 전파 방향 제어부가 설치되어 있으므로, 용접 이음부에 취성 균열이 발생한 경우에도, 용접 이음부를 따라 전파하는 취성 균열을 내취성 균열 전파 방향 제어부에 의하여 강판 모재의 어레스트 성능이 높은 부위로 벗어나게 하거나, 또는 이 내취성 균열 전파 방향 제어부에서 저지할 수 있어, 취성 균열이 용접 이음부나 모재를 따라 전파하는 것을 억제할 수 있다.
따라서, 대규모 파괴가 발생하는 것을 미연에 방지하는 것이 가능한 용접 구조체를, 높은 생산 효율 및 저비용으로 얻을 수 있다.
본 발명에 관한 용접 구조체가 대형 선박을 비롯하여 건축 구조물이나 토목 강 구조물 등의 각종 용접 구조물에 사용됨으로써, 용접 구조물의 대형화, 파괴에 대한 높은 안전성, 건조에 있어서의 용접의 고능률화, 강재의 경제성 등이 동시에 만족되므로 그 산업상의 효과는 상당히 많다.
도 1은 본 발명을 설명하는 도면으로, 강판끼리 용접되어 형성된 강판 용접 이음부의 일부에, 경사 비드를 가진 내취성 균열 전파 방향 제어부가 설치된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 2는 강판 용접 이음부의 일부에, 도 1에 나타나는 내취성 균열 전파 방향 제어부가 설치된 경우의 취성 균열 진전 상황을 설명하는 모식도이다.
도 3은 본 발명에 관한 강판 용접 이음부 및 용접 구조체의 균열 전파 특성을 설명하는 모식도이며, 도 1에 나타내는 강판 용접 이음부 및 용접 구조체의 요부 확대도이다.
도 4는 본 발명에 관한 강판 용접 이음부 및 용접 구조체를 선박용 용접 구조체에 적용한 경우에 대하여 설명하는 개략도이다.
도 5는 본 발명에 관한 강판 용접 이음부 및 용접 구조체의 다른 예를 설명하는 도 3과 동일한 도면이다.
도 6은 본 발명에 관한 강판 용접 이음부 및 용접 구조체의 다른 예를 설명하는 도 3과 동일한 도면이다.
도 7은 본 발명에 관한 강판 용접 이음부 및 용접 구조체의 다른 예를 설명하는 도 3과 동일한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에서 사용하는 용접 이음부 시험체에 대하여 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 있어서의 내취성 균열 전파성을 평가하기 위한 인장 시험 방법에 대하여 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명의 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시 형태는 발명의 취지를 더 좋게 이해시키기 위하여 상세하게 설명하는 것이기 때문에, 특별히 지정하지 않는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
종래, 강판 용접 이음부에 있어서 발생한 취성 균열은 주로 강판 용접 이음부를 따라서 길이 방향을 따라 전파한다. 이 때문에, 강판 용접 이음부에 생긴 취성 균열이 기점이 되어, 용접 구조체 전체에 큰 파괴가 일어날 우려가 있다고 하는 문제가 있었다.
본 발명자들은 전술한 바와 같은 취성 균열의 전파 방향을 효과적으로 제어하고, 용접 구조체에 있어서 균열이 전파하는 것을 억제하려면, 상기 종래 기술에 있어서, 한층 더 취성 균열의 전파를 제어하는 부재의 형상 및 강재 특성을 적정화하는 것이 중요한 것을 밝혀내었다.
도 1 및 도 2를 사용하여 본 발명의 기본 원리에 대하여 설명한다.
본 발명에서는 강판(2)과 강판(2)을 맞대기 용접하여 형성된 강판 용접 이음부(1)의 도중에, 강판 용접 이음부에 발생한 취성 균열의 전파를 제어하는 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)를 형성한다.
이 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)는 맞대기 용접된 한쪽의 강판에 돌기부 (4)를 형성하고, 다른 한쪽 강판에는 그 돌기부(4)에 대응하는 형상의 절결부(5)를 설치하여 양자를 맞대기 용접함으로써 형성된다.
돌기부(4)는 강판 단부로부터 경사지며 돌출되어 있고, 돌기부(4)와 절결부(5) 사이의 용접부에는 강판 내부를 향하여 경사지며 연신하는 경사 비드(31)가 상기 강판 용접 이음부(1)로부터 연속하여 형성된다.
강판 용접 이음부가 큰 파괴 에너지를 받아 강판 용접 이음부(1)에 취성 균열이 발생한 경우에도, 이 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)를 형성함으로써, 균열의 전파를 다음과 같이 하여 제어한다.
강판 용접 이음부(1)의 길이 방향의 한쪽(도 2의 (a) 내지 도 2의 (e) 상부)에서 발생한 취성 균열 CR은 강판(2)과, 강판 용접 이음부(1)의 경계를 따라서 전파한다. 균열 CR이 경사 비드(31)에 이르렀을 때, 균열 CR은 돌기부(4)에 돌입하지 않고, 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 강판(2)과 경사 비드(31)의 경계를 따라서 전파하여, 강판(2)의 모재부에 도달하게 된다. 이때, 모재부에 진입하여도 강판(2)의 취성 균열 전파 정지 특성 Kca가 높으면, 거기서 균열 CR의 진전이 정지될 수 있다.
또한, 파괴 에너지의 정도에 따라서는 균열이 경사 비드로부터 돌기부(4)에 돌입하는 경우도 있다. 그 경우에도, 돌기의 높이가 충분히 있는 경우나, 돌기를 형성하는 모재의 취성 균열 전파 정지 특성 Kca가 충분히 높은 경우에는, 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 돌기부(4)의 영역의 내부에서 취성 균열의 전파를 정지시킬 수 있다.
또한, 강판 용접 이음부(1)의 길이 방향의 다른 방향(하측)으로부터 취성 균열 CR이 전파되어 온 경우에도, 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)의 Kca를 높게 하고, 또한 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)의 용접 이음부에 따른 방향의 높이를 충분한 것으로 해 두면, 도 2의 (f)에 나타내는 바와 같이, 내취성 균열 전파 방향 제어부(3) 내부에서 균열 CR의 진전을 정지할 수 있다.
역으로, 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)의 Kca가 낮은 경우나, 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)의 형상이 충분하지 않은 경우 등에는, 도 2의 (c)와 같이, 취성 균열 CR이 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)를 관통하거나, 도 2의 (d)와 같이 경사 비드로부터 강판 용접 이음부로 돌아와, 다시 강판 용접 이음부(1)를 따라 전파하는 것이 상정된다. 또한, 강판의 Kca가 낮은 경우에는 경사 비드로부터 강판으로 벗어난 취성 균열이 도 2의 (e)와 같이 강판을 따라 전파하는 경우도 상정된다.
본 발명은 이와 같은 기본 원리 하에서, 취성 균열의 진전을 저지하는 모재 강판의 조건, 취성 균열의 진전을 제어하는 내취성 균열 전파 방향 제어부의 조건 등에 대하여 더 검토하여 이루어진 것으로, 이하에서, 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다.
[제1 실시 형태]
<전체의 구성>
제1 실시 형태는, 도 3에 나타내는 바와 같이 모재의 취성 균열 전파 정지 특성 Kca가 4000 N/㎜1.5 이상인 강판(2)과 강판(2)을 맞대기 용접함으로써 강판 용접 이음부(1)가 형성되어 있는 경우의 예이며, 이하, 이 이음부에 적용한 형태를 용접 구조체 A라고 부르고 설명한다.
용접 구조체 A에 있어서는 강판 용접 이음부(1)의 적어도 한 부분에, 강판 용접 이음부에 발생한 취성 균열의 전파를 강판 모재 측으로 벗어나게 하기 위하여 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)가 형성된다. 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)가 형성되는 위치는 충돌이나 지진 등에 의한 큰 파괴 에너지에 노출되었을 때에, 균열의 발생?전파가 예측되는 강판 용접 이음부의 도중이 좋다.
이 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)는 맞대기 용접된 한쪽 강판에 돌기부(4)를 형성하고, 다른 쪽 강판에 돌기부(4)에 대응하는 형상의 절결부(5)를 형성하며, 양자를 맞대기 용접함으로써 강판 이음부(11)와 강판 이음부(12)의 사이에 형성된다.
돌기부(4)는 강판 단부로부터 경사지며 돌출되어 있고, 돌기부(4)와 절결부(5) 사이의 용접부에는 강판 내부를 향하여 경사지며 연신하는 경사 비드(31)가 상기 강판 용접 이음부(1)로부터 연속하여 형성된다.
경사 비드(31)는 강판 용접 이음부(1)의 길이 방향에 대해서 15˚ 이상, 50˚ 이하의 범위의 각도로 경사지도록 형성되어 있고, 경사 비드(31)의 후단(31b)에 가로방향 비드(32)의 일단(32a)이 접속되고, 가로방향 비드(32)의 타단(32b)이 강판 이음부(12)에 접속되어 있다.
<강판>
강판(2)은 취성 균열 전파 정지 특성 Kca가 4000 N/㎜1.5 이상이 되는 강재로 이루어진다. 내취성 균열 전파성이 더 향상된다는 점에서는 6000 N/㎜1.5 이상인 것이 좋다.
강판(2)은 상기 Kca를 만족하고 있으면, 화학 성분 조성이나 금속 조직 등에 대하여는 특정의 것에 제한되지 않고, 선박용 용접 구조체, 건축 구조물 및 토목강 구조물 등의 분야에 있어서, 종래 공지의 강판 특성을 가진 것을 사용할 수 있다.
예를 들면, 질량%로, C: 0.01 내지 0.18%, Si: 0.01 내지 0.5%, Mn: 0.3 내지 2.5%, P: 0.01% 이하, S: 0.001 내지 0.02%를 함유하는 조성을 기본으로 하고, 이 조성에, 요구되는 성능에 따라, 추가적으로 N: 0.001 내지 0.008%, B: 0.0001 내지 0.005%, Mo: 0.01 내지 1.0%, Al: 0.002 내지 0.1%, Ti: 0.003 내지 0.05%, Ca: 0.0001 내지 0.003%, Mg: 0.001 내지 0.005%, V: 0.001 내지 0.18%, Ni: 0.01 내지 5.5%, Nb: 0.005 내지 0.05%, Cu: 0.01 내지 3.0%, Cr: 0.01 내지 1.0%, REM: 0.0005 내지 0.005%의 1종 또는 2종 이상을 함유시키고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물로 구성되는 강을 들 수 있다.
특히, 취성 균열 전파 정지 특성 Kca가 6000 N/㎜1.5 이상인 강판으로서는, 일본 공개 특허 공보 2007-302993호나 일본 공개 특허 공보 2008-248382호 등에 개시된 조성의 후강판을 매우 적합하게 사용할 수 있다.
강판(2)의 판 두께는 25 ㎜ 이상, 150 ㎜ 이하의 범위로 하는 것이 좋다. 강판(2)의 판 두께가 이 범위이면, 용접 구조체로서의 강판 강도를 확보할 수 있고, 우수한 내취성 균열 전파성을 얻는 것이 가능해진다. 특히, 4O ㎜ 이상의 강판을 사용한 용접 구조체에서는 취성 균열의 전파를 멈추기 위한 유효한 수단이 없어서, 판 두께 40 ㎜ 이상, 더 좋기로는, 50 ㎜ 이상이고, 100 ㎜ 이하의 강판을 사용한 용접 구조체에 있어서, 본 발명은 더 효과적으로 실시된다.
<내취성 균열 전파 방향 제어부>
내취성 균열 전파 방향 제어부(3)는 강판 용접 이음부(1)의 적어도 일부에 형성되는 용접 이음부로 이루어지는 것이고, 도 3에 나타내는 예에서는 강판 용접 이음부(1)를 이루는 2 부분의 강판 이음부(11, 12) 사이에 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)가 형성되어 있다.
내취성 균열 전파 방향 제어부(3)는 강판 용접 이음부(1)(도시 예에서는 강판 이음부(11))의 용접선 L 상에서 연신하는 동시에 강판 용접 이음부(1)의 길이 방향에 대하여 15˚이상 50˚이하의 범위의 경사각 θ로 경사하는 경사 비드(31)를 구비하여 이루어진다. 또한, 도시 예의 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)는 경사 비드(31)의 후단(31b)에 가로방향 비드(32)의 일단(32a)이 접속되고, 가로방향 비드(32)의 타단(32b)이 강판 이음부(12)에 접속되어 있다.
본 발명에 관한 강판 용접 이음부 및 그것이 사용되는 용접 구조체는 전술한 바와 같은 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)를 구비한 것으로, 만일 강판 용접 이음부(1)에 취성 균열이 발생한 경우에도, 이 취성 균열의 전파 방향을 제어하고, 강판 용접 이음부(1)를 관통하도록 균열이 전파하여 서로 용접된 강판(2)끼리가 분단하는 것을 방지하는 것이다.
내취성 균열 전파 방향 제어부(3)는 전술한 바와 같이, 강판 용접 이음부(11)의 용접선 L 상에 배치된 정수리부(31a)로부터 뻗어있는 경사 비드(31)가 강판 용접 이음부(1) (11, 12)의 길이 방향에 대하여 15˚이상, 50˚이하의 범위의 각도 θ로 경사지고 있는 것이 좋다.
경사 비드(31)의 경사 각도를 상기 범위로 함으로써, 강판 용접 이음부(11)를 따라 전파하는 취성 균열이 발생한 경우에도, 이 균열을 강판 용접 이음부로부터 경사 비드(31)를 따라서 진전하도록 안내하여, 강판(2)의 모재 측으로 안정적으로 벗어나게 하는 것이 가능하게 된다.
내취성 균열 전파 방향 제어부의 경사 비드의 각도 θ가 15˚미만이면, 경사 비드를 따라서 균열을 전파시켜도, 이 경사 비드를 통과한 균열의 위치가 원래의 균열 전파 경로인 강판 용접 이음부의 위치와 가까워지기 때문에, 균열이 다시 강판 용접 이음부로 돌입하여 전파할 우려가 있다.
또한, 경사 비드의 각도 θ가 50˚를 넘으면, 강판 용접 이음부를 따라 전파한 취성 균열이 경사 비드(31)를 따라서 전파한 후에, 강판의 모재 측으로 벗어나지 않고, 그대로 돌기부(4) 내에 돌입할 가능성이 커진다. 이 경우, 내취성 균열 전파 방향 제어부에 대하여 직접적으로 취성 균열이 돌입하기 때문에, 돌기부(4)의 취성 균열 전파 정지 특성 Kca가 충분하지 않은 경우에는, 균열의 전파가 정지하지 않고 내취성 균열 전파 방향 제어부를 통과하여, 다시 강판 용접 이음부에 돌입하여 전파할 우려가 있다.
또한, 취성 균열 전파 방향 제어부의 높이 H를, 이하에 설명하는 범위에서 확보하면서, 강판 용접 이음부의 길이 방향에 대한 내취성 균열 전파 방향 제어부의 경사 비드의 각도 θ가 50˚를 넘으면, 취성 균열 전파 방향 제어부의 폭 W가 너무 커지게 되어 현실적이지 않다.
취성 균열이 경사 비드(31)를 따라서 전파하도록 안내하기 위한 경사 각도 θ의 더 좋은 범위는 20˚ 이상, 45˚ 이하이며, 더 좋은 범위는 25˚ 이상, 40˚ 이하이다.
또한, 경사 비드(31)와 강판 이음부(12)를 잇는 가로방향 비드(32)는 가로방향 비드(32)와 강판 이음부(12) 사이의 각도 θ2(도 1의 (b) 참조)가 80˚(좋기로는, 90˚) 이상, 110˚이하의 범위가 되도록 형성되어 있으면 좋다. 이 범위를 벗어나면, 취성 균열이 경사 비드의 도중부터 돌기부(4)에 돌입하거나 도 2의 (d)와 같이 강판 이음부로 되돌아올 위험성이 있다.
본 실시 형태의 강판 용접 이음부(1)(용접 구조체 A)에 사용되는 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)에 형성되는 돌기부(4)는 상기 강판 용접 이음부의 길이 방향에 따른 높이 H(㎜), 상기 강판 용접 이음부(1)로부터 돌출되는 가로 폭 W(㎜)가, 아래의 (1), (2) 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 좋다.
2T ≤ H????? (1)
d+50 ≤ W???? (2)
단, 상기 (1), (2) 식 중에 있어서, T(㎜)는 상기 강판의 판 두께를 나타내고, d(㎜)는 상기 강판 용접 이음부에 있어서의 용접 금속부의 폭을 나타낸다.
내취성 균열 전파 방향 제어부(3)에 설치되는 경사 비드(31)의 각 치수값을 상기 관계로 함으로써, 취성 균열이 강판 용접 이음부(1)를 따라 전파한 경우에도, 균열의 전파 방향을 경사 비드에 의하여 강판(2)의 모재 측으로 효과적으로 벗어나게 하는 것이 가능해진다. 또한, 균열이 돌기부(4) 내에 돌입한 경우에도, 돌기부 내부에서 균열의 진전을 정지시키는 것이 가능해진다.
내취성 균열 전파 방향 제어부의 각 치수값의 관계가 상기 (1), (2) 식으로 나타내는 관계를 만족하지 않는 경우, 강판 용접 이음부에 발생한 균열 상태에 따라서는 이 균열이 내취성 균열 전파 방향 제어부에 진입하여, 강판의 모재 측으로 벗어나지 않고 강판 용접 이음부에서 전파할 가능성이 있다.
취성 균열의 전파를 더 확실하게 정지시키려면 상기 높이 H는 200 ㎜ 이상, 또는 250 ㎜ 이상, 300 ㎜ 이상이 더 좋고, 상기 (1) 식에 있어서, H/T는 2.0 이상이 좋고, 3.0 이상이 더 좋다.
<취성 균열의 전파 방향의 제어>
상기 구성으로 이루어진 용접 구조체 A에 있어서, 강판 용접 이음부(1)에 취성 균열이 발생한 경우의, 균열 전파 방향의 제어 동작에 대하여 아래에 설명한다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 강판 용접 이음부(1)의 길이 방향의 한쪽(도 3에 있어서의 세로 방향의 위쪽)에서 발생한 취성 균열은 강판 용접 이음부(1)에 있어서의 길이 방향의 다른 한쪽(도 3에 있어서의 세로 방향의 아래쪽)을 향하여 전파를 개시한다(도 3의 이점 쇄선 화살표를 참조). 이때, 본 실시 형태의 강판 용접 이음부(1)(용접 구조체 A)에서는 강판 용접 이음부(1), 도시 예에서는 강판 이음부(11)를 길이 방향으로 전파한 취성 균열이 경사 비드(31)를 따라서 전파하고, 그 후, 도 3의 부호 F와 같이, 균열의 전파 방향이 경사 비드(31)의 후단(31b) 부근에서 강판(2)의 모재 측으로 벗어난다. 그리고, 강판(2)의 모재 측으로 벗어나 전파하는 균열은 취성 균열 전파 정지 특성 Kca가 4000 N/㎜1.5 이상의 모재 영역에서 정지된다.
또한, 도 3에 나타낸 취성 균열과는 역방향의 가로방향 비드(32) 측으로부터 취성 균열이 진전되어 온 경우에도, 도 2의 (f)와 같이, 돌기부(4)의 도중에서 취성 균열의 전파를 정지시킬 수 있다.
상기 작용에 의하여, 본 실시 형태의 강판 용접 이음부(1) 및 용접 구조체 A는, 예컨대 강판 용접 이음부(1)에 대하여 취성 균열이 발생한 경우에도, 취성 균열이 용접 이음부나 모재에서 광범위하게 전파하는 것을 억제할 수 있으므로, 대규모 파괴가 발생하는 것을 사전에 방지할 수 있다.
이와 같은 본 실시 형태의 강판 용접 이음부(1)가 사용된 용접 구조체 A를, 예를 들면, 대형 선박이나 건축 구조물, 토목 강 구조물 등의 각종 용접 구조물에 적용함으로써, 용접 구조물의 대형화, 파괴에 대한 높은 안전성, 건조에 있어서의 용접의 고능률화, 강재의 경제성 등을 동시에 만족하는 것이 가능해진다.
<내균열 전파 방향 제어부의 제작 방법>
이하에, 전술한 용접 구조체 A에 있어서, 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)를 제작하는 방법의 일례에 대하여 설명한다.
강판을 서로 맞대기 용접하여 형성한 강판 용접 이음부를 가진 용접 구조체에 있어서, 내취성 균열 전파 방향 제어부는 충돌이나 지진 등에 의한 큰 파괴 에너지에 노출되었을 때에, 균열의 발생?전파가 예상되는 강판 용접 이음부이며, 취성 균열 전파 정지 특성 Kca가 4000 N/㎜1.5 이상인 강판에 의하여 형성되어 있는 강판 용접 이음부의 도중에 적어도 1개가 설치된다.
이 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)는 맞대기 용접된 한 쪽 강판에 돌기부(4)를 형성하고, 다른 쪽 강판에 돌기부(4)에 대응하는 형상의 절결부(5)를 형성하며, 이 둘을 맞대기 용접함으로써 형성된다. 이때, 용접 순서에 대하여는 특히 한정하지 않지만, 강판 용접 이음부(11) 및 강판 용접 이음부(12)를 먼저 용접하여 형성한 후에, 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)를 용접하여 형성하는 것이 일반적이다.
상기 용접 이음부를 형성할 때에 사용하는 용접 방법으로서는, 강판 용접 이음부(11, 12)를 형성하는 용접에는 용접 효율의 관점에서, 일렉트로 가스 아크 용접법(EG 용접법 또는 2 전극 VEGA 용접법(2 VEGA) 등), 서브 머지 아크 용접법 (SAW)과 같은 대입열 용접을 적용하고, 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)를 형성하는 용접에는 반자동 탄산 가스 용접이나 손 용접을 적용하는 것이 좋다. 또한, 용접 시공 지그를 적당히 적성화함으로써, 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)를 형성할 때에, 2 전극 VEGA 용접 등의 용접 방법을 그대로 사용하여도 본 발명의 효과를 발휘하는 것이 가능하다.
본 실시 형태에 있어서는, 전술한 바와 같이, 강판(2)끼리를 맞대기 용접하여 강판 용접 이음부(1)를 형성할 때의 용접 방법 및 용접 재료에 대하여는 특히 한정하지 않는다. 또한, 취성 균열 전파를 가능한 한 억제하고, 또한 강판 용접 이음부(1)를 이루는 강판 이음부(11, 12) 및 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)에 있어서 새로운 피로 균열이나 취성 균열의 기점이 생기는 것을 방지하기 위하여, 각 용접 이음부를 용접 결함 없이 용접 금속으로 완전하게 충전하는 것이 좋다.
상기 순서에 의하여, 도 3에 나타내는 본 실시 형태의 내취성 균열 전파성이 우수한 강판 용접 이음부(1) 및 용접 구조체 A를 제조할 수 있다.
<용접 구조체를 적용한 선박 구조체의 일례>
전술한 용접 구조체 A를 적용한 선박 구조체의 일례를 도 4의 개략도에 나타낸다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 선박 구조체(70)는 골재(보강재)(71), 데크 플레이트(수평 부재)(72), 선각 내판(수직 부재)(73), 선각 외판(74)를 구비하여 개략 구성된다. 또한, 도시 예의 선박 구조체(70)는 선각 내판(73)을 이루는 복수의 강판(2)끼리를 맞대기 용접함으로써 형성되는 강판 용접 이음부(1)(도 4 중에서는 도시 생략)의 길이 방향의 일부에 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)가 설치됨으로써, 본 실시 형태의 용접 구조체 A를 구비한 구조로 되어 있다.
상기 구성의 선박 구조체(70)에 의하면, 본 실시 형태의 용접 구조체 A의 구성을 적용함으로써, 예컨대, 강판 용접 이음부를 따라 전파하는 취성 균열이 발생한 경우에도, 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)에 의하여, 균열의 전파 방향을 효과적으로 제어할 수 있다. 이에 의하여, 강판 용접 이음부에 생긴 취성 균열을 안정적으로 정지시킬 수 있고, 선각 내판(73) 나아가 선박 구조체(70)에 대규모 파괴가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
[제2 실시 형태]
이하, 본 발명의 제2 실시 형태인 용접 구조체 B에 대하여, 주로 도 5를 참조하면서 상세히 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 전술한 제1 실시 형태의 용접 구조체 A와 공통되는 구성에서는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다.
본 실시 형태의 용접 구조체 B에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)를 모재의 일부의 영역(20a, 20a)의 취성 균열 전파 정지 특성 Kca가 4000 N/㎜1.5 이상인 강판(20, 20)을 맞대기 용접함으로써 강판 용접 이음부(10)가 형성되어 있는 경우의 예이며, 이 점에서, 강판(2)의 모재 전체가 취성 균열 전파 정지 특성 Kca가 4000 N/㎜1.5 이상으로 되어 있는 제1 실시 형태의 용접 구조체 A와는 다르다.
용접 구조체 B에서는 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)를 취성 균열 전파 정지 특성 Kca가 4000 N/㎜1.5 이상인 영역(20a)에 인접하여 설치할 필요가 있다. 도 5에서는 내취성 균열 전파 방향 제어부의 가로방향 비드(32)가 영역(20a)에 접하고 있는 예를 나타내고 있다.
용접 구조체 B에 의하면, 강판 용접 이음부(10)에 취성 균열이 발생하였을 경우, 강판 용접 이음부(10)를 따라 전파하여 온 균열을, 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)에 구비된 경사 비드(31)의 정점(31a) 또는 후단(31b)의 위치에서 강판(20)의 모재 측으로 벗어나게 할 수 있다(도 5 중의 이점 쇄선 화살표를 참조). 또한, 제1 실시 형태의 강판 용접 이음부(1) 및 용접 구조체 A와 같이, 강판(20)의 모재 측으로 벗어난 균열은 강판(20)의 상기 영역(20a)에서 즉시 정지하므로, 강판 용접 이음부(10)가 파단하지 않고, 또한, 용접 구조체 B에 대규모 파괴가 발생하는 것을 방지하는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시 형태의 강판 용접 이음부(10) 및 용접 구조체 B는 상기 영역(20a)의 취성 균열 전파 정지 특성 Kca가 6000 N/㎜1.5 이상으로 되어 있는 것이 더 좋다.
[제3 실시 형태]
이하, 본 발명의 제3 실시 형태인 용접 구조체 C에 대하여, 주로 도 6을 참조하면서, 앞의 실시 형태와 공통되는 부분은 생략하여 설명한다.
용접 구조체 C는 맞대기 용접되는 강판이 복수의 길이방향 배열 강판을 맞대기 용접되어 형성되어 있는 경우의 예이다.
본 실시 형태의 강판 용접 이음부(10A) 및 용접 구조체 C에서는 도 6에 나타내는 바와 같이, 맞대기 용접되는 강판(20A, 20A)이 강판 용접 이음부(10A)의 길이 방향으로 배열되는 적어도 2 이상의 길이방향 배열 강판(도 6에서의 도면부호 21, 22의 조와 23, 24의 조. 간단하게, 강판이라고 함)으로 이루어지는 동시에, 이 길이방향 배열 강판끼리를 맞대기 용접함으로써 길이방향 배열 강판 용접 이음부(25, 26)가 형성되어 있다. 또한, 내취성 균열 전파 방향 제어부(30)의 경사 비드(31)의 후단(31b) 측에 형성되는 가로방향 비드는 이 길이방향 배열 강판 용접 이음부(25, 26)를 포함한 구성으로 되어 있고, 강판 용접 이음부(10A) 및 용접 구조체 C는 이 점에서 전술한 제1 및 제2 실시 형태의 강판 용접 이음부(1, 10) 및 용접 구조체 A, B와는 다르다.
또한, 도 6에 나타내는 예에 있어서는 도시의 편의상, 길이방향 배열 강판으로서 4장의 강판(21 내지 24)을 나타내고, 강판(21)과 강판(22)이 길이방향 배열 강판 용접 이음부 (25)에서 접합되고, 강판(23)과 강판(24)이 길이방향 배열 강판 용접 이음부(26)에서 접합되어 있다. 또한, 도시한 예의 용접 구조체 C는 길이방향 배열 강판 용접 이음부(25, 26)가 늘어서 직선 상태로 형성되어 있다.
또한, 본 실시 형태의 강판 용접 이음부(10A) 및 용접 구조체 C는 강판(22) 및 강판(24)을 이루는 모재의 취성 균열 전파 정지 특성 Kca가 4000 N/㎜1.5 이상으로 되어 있는 한편, 강판(21) 및 강판(23)의 취성 균열 전파 정지 특성 Kca는 특히 규정하지 않는 구성으로 되어 있다.
본 실시 형태의 강판 용접 이음부(10A) 및 용접 구조체 C에 의하면, 전술한 용접 구조체 A, B와 마찬가지로, 강판 용접 이음부(10A)에 취성 균열이 발생한 경우에도, 이 취성 균열을 경사 비드(31)를 따라 전파시켜, 경사 비드(31)의 후단(31b)의 위치에서 강판(20A)의 모재 측으로 벗어날 수 있다(도 6에서의 이점 쇄선 화살표 참조). 도 6에 나타내는 예에서는 강판 용접 이음부(10A)에 발생한 취성 균열이 강판(20A)을 구성하는 길이방향 배열 강판(22) 측으로 벗어나 있다.
또한, 강판(20A)의 모재 측으로 벗어난 균열은 취성 균열 전파 정지 특성 Kca가 높은 길이방향 배열 강판(22)에 있어서 즉시 정지하므로, 강판 용접 이음부(10A)가 파단하지 않고, 또한, 용접 구조체 C에 대규모 파괴가 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 강판 용접 이음부(10A) 및 용접 구조체 C는 강판(20A)을 이루는 길이방향 배열 강판(22, 24)의 모재가 취성 균열 전파 정지 특성 Kca=6000 N/㎜1.5 이상인 것이 더 좋다.
[제4의 실시 형태]
이하, 본 발명의 제4의 실시 형태인 강판 용접 이음부(10B) 및 용접 구조체 D에 대하여, 주로 도 7을 참조하면서 설명한다.
본 실시 형태의 강판 용접 이음부(10B) 및 용접 구조체 D는 도 7에 나타내는 바와 같이, 강판(20B)이 강판 용접 이음부(10B)의 길이 방향으로 배열되는 적어도 2 이상의 길이방향 배열 강판(도 7에서의 도면부호 41, 42의 조와 43, 44의 조)으로 이루어지는 동시에, 이 길이방향 배열 강판끼리를 맞대기 용접함으로써 길이방향 배열 강판 용접 이음부(35, 36)가 형성되어 있는 점에서, 제3 실시 형태의 강판 용접 이음부(10A) 및 용접 구조체 C와 구성이 일부 공통된다.
또한, 본 실시 형태의 강판 용접 이음부(10B) 및 용접 구조체 D는 강판(20B)을 이루는 모든 길이방향 배열 강판(41 내지 44)의 모재의 취성 균열 전파 정지 특성 Kca가 4000 N/㎜1.5 이상으로 되어 있다.
용접 구조체 D에 의하면, 상술의 강판 용접 이음부(1, 10, 10A) 및 용접 구조체 A 내지 C와 같이, 강판 용접 이음부(10B)에 취성 균열이 발생하였을 경우에도, 이 취성 균열을 경사 비드(31)의 정점(31a)의 위치에서 강판(20B)의 모재 측으로 벗어나게 할 수 있다(도 7에서의 이점 쇄선 화살표 참조). 또한, 길이방향 배열 강판(41, 43)의 Kca도 높기 때문에 경사 비드(31)를 따르는 방향으로 취성 균열의 전파 방향이 변하지 않는 경우에도, 길이방향 배열 강판(41)의 모재 또는 돌기부(4)에 돌입한 균열을, 길이방향 배열 강판(41, 43)의 어레스트 성능에 의하여 정지시킬 수 있다. 또한, 강판 이음부(12)측으로부터 취성 균열이 진전되어 왔을 경우에도, 도 2의 (f)와 같이, 돌기부(4)의 도중에서 취성 균열의 전파를 정지시킬 수 있다.
그 결과, 강판 용접 이음부(10B) 및 용접 구조체 D에 대규모 파괴가 생기는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 강판 용접 이음부(10B) 및 용접 구조체 D는 강판(20B)을 이루는 모든 길이방향 배열 강판(41 내지 44)의 모재가 취성 균열 전파 정지 특성 Kca=6000 N/㎜1.5 이상인 것이 더 좋다.
이하, 본 발명에 관한 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체의 실시예를 들어 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 원래 아래와 같은 실시예에 한정되는 것이 아니며, 전, 후의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당하게 변경을 가하여 실시하는 것도 가능하고, 그것들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이다.
실시예
[용접 구조체의 제조]
먼저, 제강 공정에 있어서 용강의 탈산?탈황과 화학 성분을 제어하고, 연속 주조에 의하여 아래와 같이 표 1에 나타내는 화학 성분의 주괴를 제작하였다. 또한, 일본해사협회(NK) 규격 선체용 압연 강재 KA32, KA36, KA40의 기술 규격에 준한 제조 조건으로, 상기 주괴를 재가열하여 열간 압연함으로써, 판 두께가 약 52 ㎜인 강판을 제조하였다. 또한, 이 강판에 대해서 각종 열처리를 하는 동시에, 열처리 조건을 제어하여, 모재의 취성 균열 전파 정지 특성 Kca (N/㎜1.5)가 여러 값이 되도록 적당히 조정하였다.
제조한 강판으로부터, 시험편의 사이즈가 500㎜×500㎜×판 두께의 ESSO 시험(취성 균열 전파 정지 시험) 편을 적당히 채취하고, -10℃에 있어서의 Kca 특성을 평가?확인하는 동시에, 취성-연성 파면 천이 온도 vTrS1(℃)을 측정하였다. 표 1에 Kca 특성 및 vTrS1를 함께 나타내었다.
다음으로, 도 3에 나타내는 바와 같이, 강판(2)의 용접 단(2a, 2b)에 표 2, 표 4에 나타내는 치수의 경사 비드가 형성되도록, 서로 맞물리게 할 수 있는 돌기부(4)와 절결부(5)를 형성하고, 또한 적용하여야 할 용접 방법에 따른 개선(開先) 가공을 하였다.
다음으로, 표 2, 표 4에 나타내는 용접 방법 및 조건을 적용하고, 먼저, 강판(2)의 용접 단(2a, 2b) 사이의 일부를 용접함으로써, 강판 이음부(11)를 형성하였다. 또한, 표 2 내지 표 5에 나타내는 용접 방법 및 조건을 적용하여 강판(2)의 용접 단(2a, 2b) 사이를 용접함으로써, 내취성 균열 전파 방향 제어부(3) 및 강판 이음부(12)를 형성함으로써, 강판 용접 이음부(1)를 형성하고, 강판(2, 2)을 서로 접합하였다. 이때, 도 8에 나타내는 바와 같이, 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)의 후단(31b)의 위치가 강판(2)의 하단으로부터 1500 ㎜가 되도록 조정하였다.
또한, 용접 방법으로서는, EG: 일반적인 일렉트로 가스 아크 용접법, VEGA: 전극의 요동 기구를 구비한 단전극 일렉트로 가스 아크 용접법, 2VEGA: 전극의 요동 기구를 구비한 2 전극 일렉트로 가스 아크 용접법, SEG: 전극의 요동 기구를 구비한 단 전극 일렉트로 가스 아크 용접법, SAW: 서브 머지 아크 용접법, CO2: 탄산 가스 아크 용접법, SMAW: 피복 아크 용접법을 사용하였다.
또한, 강판 이음부(11, 12), 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)의 형성 부분에 있어서는 새로운 균열의 기점이 생기는 것을 방지하기 위하여, 각 용접 이음부를 용접 금속으로 완전하게 충전하도록 용접 처리를 하였다. 그 후, 각 이음부를 냉각함으로써, 도 3에 나타내는 강판 용접 이음부 및 용접 구조체(본발명예, 비교예)를 제조하였다. 또한, 상기와 같이 아래 표 2 내지 표 5에 나타내는 조건으로 각 강판을 접합함으로써, 도 5 내지 도 7에 나타내는 강판 용접 이음부 및 용접 구조체(본발명예, 비교예)를 제조하였다.
Figure 112010087785572-pct00001
Figure 112012011074640-pct00015
Figure 112012011074640-pct00016
Figure 112012011074640-pct00017
Figure 112012011074640-pct00018
[평가 시험]
상기 순서에 의하여 제조한 강판 용접 이음부 및 용접 구조체에 대하여, 이하와 같은 평가 시험을 실시하였다.
먼저, 도 9에 나타내는 시험 장치(90)를 준비하는 동시에, 상기 순서로 제작한 용접 구조체의 샘플 각각을 적당히 조정하여 시험 장치(90)에 달았다. 이때, 도 8 중에 나타내는 강판 용접 이음부(1)에 설치한 균열 발생부인 창틀(81)은 쐐기를 대고 소정의 응력을 인가함으로써 강제적으로 취성 균열을 발생시키기 위한 것이며, 절결 형태의 선단부는 0.2 ㎜ 폭의 슬릿 가공을 한 것이다.
이어서, 강판 용접 이음부(1)의 용접선 L과 수직 방향으로 262 N/㎜2 및 300 N/㎜2의 인장 응력을 부여함으로써, 강판 용접 이음부(1)에 취성 균열을 발생시켰다. 또한, 이 취성 균열을 강판 용접 이음부(1)(강판 이음부(11))의 용접선 L 상에서 전파시킴으로써, 용접 구조체의 내취성 균열 전파성을 평가하였다. 이때, 취성 균열 발생부는 -60℃ 이하로 냉각하였지만, 취성 균열 전파부인 강판 용접 이음부(1)의 온도는 선박의 일반적인 설계 온도인 -10℃로 하였다.
또한, 창틀(81)을 강판 이음부(12)에 형성하고 취성 균열을 아래쪽으로부터 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)에 돌입시키는 시험도 하였다.
또한, 강판 용접 이음부(1)를 따라 전파한 취성 균열이 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)에 도달한 후, 그 취성 균열이 전파하는 방향 및 정지 위치를 확인하고, 균열의 전파, 정지의 형태를, 도 2의 (a) 내지 (f)에 대응하는 아래의 5 단계([a] 내지 [f])로 평가하고, 아래 표 2에 나타내었다.
[a] 취성 균열이 내취성 균열 전파 방향 제어부에 도달한 후, 이 제어부를 따라 균열이 전파하고, 그 후, 그 후단에 있어 강판의 모재 측에 돌입하고, 강판에서 바로 정지하였다(도 2의 (a)의 형태).
[b] 취성 균열이 내취성 균열 전파 방향 제어부에 도달한 후, 이 제어부를 따르지 않고 강판의 돌기부에 진입하여, 이 돌기부에서 즉시 정지하였다(도 2의 (b)의 형태).
[c] 취성 균열이 내취성 균열 전파 방향 제어부에 도달한 후, 이 제어부를 따르지 않고 강판의 돌기부에 진입?전파하여, 그대로 강판 용접 이음부로 돌아와, 다시 강판 용접 이음부를 따라 전파하였다(도 2의 (c)의 형태).
[d] 취성 균열이 내취성 균열 전파 방향 제어부에 도달한 후, 이 제어부를 따라서 균열이 전파하고, 그대로 강판 용접 이음부를 따라 돌아와서, 다시 강판 용접 이음부를 따라 전파하였다(도 2의 (d)의 형태).
[e] 취성 균열이 내취성 균열 전파 방향 제어부 내 또는 이 제어부를 따라서 전파한 후, 그 후단에 있어서 강판의 모재 측에 돌입하여, 강판을 따라 전파하였다(도 2의 (e)의 형태).
[f] 아래쪽으로부터 진전한 취성 균열이 내취성 균열 전파 방향 제어부에 도달한 후, 이 돌기부에서 즉시 정지하였다(도 2의 (f)의 형태).
본 실시예에서 사용한 강판의 화학 성분 조성, 강판 제조 조건 및 모재의 취성 균열 전파 정지 특성 Kca (N/㎜1.5)의 일람을 표 1에 나타내는 동시에, 강판 용접 이음부(1)를 형성할 때의 용접 조건, 취성 균열 전파 방향 제어부(3)의 형상, 취성 균열 전파 방향 제어부(3)에 인접하는 길이방향 배열 강판 용접 이음부를 형성할 때의 용접 조건 및 취성 균열 전파의 평가 결과의 일람을 표 2 내지 표 5에 나타낸다.
[평가 결과]
표 2 내지 표 5에 나타내는 본발명예 1 내지 19는 도 3에 나타내는 제1 실시 형태의 강판 용접 이음부(1) 및 용접 구조체 A에 관한 예이며, 본발명예 20 내지 25는 도 6에 나타내는 제3 실시 형태의 강판 용접 이음부(10A) 및 용접 구조체 C에, 본발명예 26 내지 30은 도 7에 나타내는 제4의 실시 형태의 강판 용접 이음부(10B) 및 용접 구조체 D에, 본발명예 31 내지 33은 도 5에 나타내는 제2 실시 형태의 강판 용접 이음부(10) 및 용접 구조체 B에 각각 관한 예이다. 또한, 발명예 14, 22, 28은 균열이 아래쪽으로부터 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)에 돌입한 예이다.
또한, 표 2에 나타내는 비교예 1, 2는 용접 구조체 A와 같은 구조를 가진 예이며, 비교예 3, 4는 용접 구조체 B와 같은 구조를, 비교예 5, 6은 용접 구조체 C와 같은 구조를, 비교예 7 내지 9는 용접 구조체 D와 같은 구조를 각각 가진 예이다. 또한, 비교예 6은 아래쪽으로부터 균열이 돌입한 예이다.
표 2 내지 표 5에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 관한 강판 용접 이음부 및 용접 구조체(본발명예 1 내지 33)는 취성 균열의 전파의 형태가 모두 [a], [b] 또는 [f]가 되어 균열의 진전을 정지시킬 수 있었다. 이에 의하여, 본 발명의 용접 구조체가 용접 이음부에 취성 균열이 발생한 경우에도, 균열이 용접 이음부나 모재를 따라 전파하는 것을 억제할 수 있고, 용접 구조체의 파단을 방지할 수 있으며, 내취성 균열 전파성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
이때, 본발명예 1, 2, 12 내지 14, 16, 26은 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)의 경사 비드(31)의 각도 θ가 강판 용접 이음부(1)의 길이 방향에 대하여 30˚이하, 또는 45˚이상이었기 때문에, 균열이 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)로부터 강판(2)의 모재(돌기부 4)에 돌입하여, 강판(2)에서 정지한 예이다.
또한, 그 이외의 본발명예에 있어서는 내취성 균열 전파 방향 제어부(3)에 도달한 취성 균열이 상기 제어부를 따라서 전파한 후, 강판의 모재에 돌입하여 즉시 정지한 예이다.
이와 같이, 상기 본발명예 1 내지 33의 강판 용접 이음부 및 용접 구조체는 모두 소정의 내취성 균열 전파성이 있음을 확인할 수 있었다.
이에 대하여, 비교예 1 내지 9의 용접 구조체는 강판의 모재 특성, 내취성 균열 전파 방향 제어부의 형상 중 어느 하나가 본 발명의 규정을 만족하지 않기 때문에, 내취성 균열의 전파의 형태가 [c] 내지 [e]의 형태가 되어, 취성 균열의 전파를 정지할 수 없었던 예이다.
비교예 1, 7 내지 9의 용접 구조체는 내취성 균열 전파 방향 제어부 근방에서 강판 모재 측에 돌입한 취성 균열이 모재부에서 정지하지 못하고, 다시 용접 이음부에 돌입하여 전파하여, 평가가 약간 낮은 [c]가 된 예이며, 비교예 1은 경사 비드(31)의 각도 θ가 50˚를 넘었기 때문에, 비교예 7은 내취성 균열 전파 방향 제어부의 높이 H가 불충분하고, 또한, 가로 폭 W가 상기 (2) 식을 만족하지 않기 때문에, 비교예 8, 9는 길이방향 배열 강판 용접 이음부를 이루는 용접 금속부가 강판 용접 이음부와 이루는 각도 θ2가 80˚미만 또는 110˚을 넘었기 때문에, 그러한 결과가 나왔다.
또한, 비교예 2는 경사 비드의 각도가 부족하고, 또한, 가로 폭 W가 상기 (2) 식을 만족하지 않기 때문에, 또한 비교예 6은 강판의 모재의 어레스트 성능이 불충분하였기 때문에, 내취성 균열 전파 방향 제어부를 따라서 전파 방향을 변경한 취성 균열이 다시 강판 용접 이음부를 따라 전파하여, [d]가 된 예이다.
또한, 비교예 3 내지 5는 강판의 모재의 어레스트 성능이 불충분하였기 때문에, 내취성 균열 전파 방향 제어부에서 취성 균열의 전파 방향을 제어할 수 있었음에도 불구하고, 강판의 모재에 돌입한 취성 균열이 그대로 전파하여, [e]가 된 예이다.
이상의 결과에 의하여, 본 발명의 강판 용접 이음부 및 용접 구조체가 용접 이음부에 취성 균열이 발생한 경우에도, 균열이 용접 이음부나 모재를 따라 전파하는 것을 억제하여, 용접 구조체의 파단을 방지하는 것이 가능하며, 내취성 균열 전파성이 우수한 것이 분명하다.
1, 10, 10A, 10B 강판 용접 이음부
A, B, C, D 용접 구조체
2, 20, 20A, 20B 강판
20a 영역(강판 용접 이음부의 길이 방향에 대하여, 이 강판 용 접 이음부의 용접선상으로부터 뻗어있는 내취성 균열 전파 방향 제어부의 경사 비드의 후단 측보다 외측의 부위)
3, 30 내취성 균열 전파 방향 제어부
31 경사 비드
32 가로방향 비드
31b 후단(경사 비드)
4 강판의 돌기부
5 강판의 절결부
25, 26, 35, 36 길이방향 배열 강판 용접 이음부
21, 22, 23, 24, 41, 42, 43, 44 길이방향 배열 강판
70 선박 구조체
L 용접선
H 경사 비드의 강판 용접 이음부의 길이 방향에 따른 높이
W 경사 비드의 강판 용접 이음부의 길이 방향과 교차하는
방향에 있어서의 가로 폭

Claims (6)

  1. 적어도 일부 영역의 취성 균열 전파 정지 특성 Kca가 4000 N/㎜1.5 이상인 강판을 서로 맞대기 용접함으로써 강판 용접 이음부가 형성되는 용접 구조체에 있어서,
    상기 강판 용접 이음부의 적어도 한 부분에, 강판 용접 이음부에 발생한 취성 균열의 전파를 제어하는 내취성 균열 전파 방향 제어부가 설치되어 있고,
    상기 내취성 균열 전파 방향 제어부는 한쪽 강판에 형성된 돌기부와, 이에 대향하는 다른 쪽 강판과의 사이에서 맞대기 용접되어 형성된 경사 비드를 구비하며,
    상기 경사 비드는 상기 강판 용접 이음부의 용접선으로부터 연속하여 형성되며, 상기 다른 쪽의 강판 내부를 향하여 강판 용접 이음부의 길이 방향에 대하여 15˚이상, 50˚이하의 범위의 각도로 경사져 연신되어 있으며, 또한, 경사 비드의 상기 강판 내부로 연신된 후단부는 적어도 상기 강판의 Kca가 4000 N/㎜1.5 이상인 영역을 향하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내취성 균열 전파성이 우수한 강판 용접 이음부.
  2. 제1항에 있어서, 상기 내취성 균열 전파 방향 제어부에 구비된 상기 경사 비드는 상기 강판 용접 이음부의 길이 방향에 따른 높이 H(㎜), 강판 용접 이음부의 길이 방향과 교차하는 방향에 있어서의 가로 폭 W(㎜)의 각각의 치수가 아래 (1), (2) 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는, 내취성 균열 전파성이 우수한 강판 용접 이음부.
    2T ≤ H????? (1)
    d+50 ≤ W???? (2)
    다만, 상기 (1), (2) 식 중에서, T는 상기 강판의 판 두께(㎜)를 나타내고, d는 상기 강판 용접 이음부에 있어서의 용접 금속 부의 폭(㎜)을 나타낸다.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강판의 판 두께가 25 ㎜ 이상, 150 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는, 내취성 균열 전파성이 우수한 강판 용접 이음부.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강판은 적어도 일부 영역의 취성 균열 전파 정지 특성 Kca가 6000 N/㎜1.5 이상이며, 상기 경사 비드의 후단부는 적어도 상기 강판의 Kca가 6000 N/㎜1.5 이상인 영역을 향하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내취성 균열 전파성이 우수한 강판 용접 이음부.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강판은 상기 강판 용접 이음부의 길이 방향으로 배열되는 적어도 2 이상의 강판으로 이루어지는 동시에, 상기 강판 용접 이음부의 길이 방향으로 배열된 강판을 서로 맞대기 용접함으로써 길이방향 배열 강판 용접 이음부가 형성되어 있고, 상기 길이방향 배열 강판 용접 이음부는 상기 강판 용접 이음부의 용접선으로부터 연신하는 상기 내취성 균열 전파 방향 제어부의, 상기 경사 비드의 후단부와 강판 용접 이음부의 용접선 사이에 형성되는 가로방향 비드를 포함하는 것을 특징으로 하는 내취성 균열 전파성이 우수한 강판 용접 이음부.
  6. 모재의 적어도 일부의 취성 균열 전파 정지 특성 Kca가 4000 N/㎜1.5 이상인 강판끼리를 맞대기 용접함으로써 강판 용접 이음부가 형성되어 있는 용접 구조체로서, 상기 강판 용접 이음부의 적어도 한 부분에, 제1항 또는 제2항에 기재된 내취성 균열 전파 방향 제어부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 내취성 균열 전파성이 우수한 용접 구조체.
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