본 논문은 조선해양 구조물 주판의 맞대기용접 수축에 대한 특성을 연구하였다. 주판의 맞대기 용접은 입 열과 냉각과정에서 수축 변형이 일어나 최종 완성된 모재의 치수와 설계 치수가 다르게 된다. 이는 선박의 블록 생산 품질 불량으로서 교정 작업이 필요하며 생산성 향상의 저해요인이다. 이에 대형 구조물 주판의 맞대기용접 수축 변형에 관한 실험을 통하여 I, Y, V 형상의 용접잔류응력 수축 변형 데이터를 확보하고 두께 11 t ~ 21.5 t 범위에서는 1 ~ 2 mm의 한정된 범위의 수축 량이 균일하게 나타나는 특징과 용접부의 열전달 영향이 Seam Line 한쪽을 기준으로 최대 약 1000 mm 이내에 국한되어 모재의 자중이 수축 량에 미치는 영향은 크지 않았고 또한 수축 변형을 최소화하기 위해 설계단계에서 Groove 형상에 따라 수축마진을 다르게 적용해야 함을 알 수 있었다.
본 논문은 조선해양 구조물 주판의 맞대기용접 수축에 대한 특성을 연구하였다. 주판의 맞대기 용접은 입 열과 냉각과정에서 수축 변형이 일어나 최종 완성된 모재의 치수와 설계 치수가 다르게 된다. 이는 선박의 블록 생산 품질 불량으로서 교정 작업이 필요하며 생산성 향상의 저해요인이다. 이에 대형 구조물 주판의 맞대기용접 수축 변형에 관한 실험을 통하여 I, Y, V 형상의 용접잔류응력 수축 변형 데이터를 확보하고 두께 11 t ~ 21.5 t 범위에서는 1 ~ 2 mm의 한정된 범위의 수축 량이 균일하게 나타나는 특징과 용접부의 열전달 영향이 Seam Line 한쪽을 기준으로 최대 약 1000 mm 이내에 국한되어 모재의 자중이 수축 량에 미치는 영향은 크지 않았고 또한 수축 변형을 최소화하기 위해 설계단계에서 Groove 형상에 따라 수축마진을 다르게 적용해야 함을 알 수 있었다.
This paper examines the characteristics of butt welding joint shrinkage for shipbuilding and marine structures main plate. The shrinkage strain of butt welding joint which is caused by the process of heat input and cooling, results in the difference between dimensions of the actual parent metal and ...
This paper examines the characteristics of butt welding joint shrinkage for shipbuilding and marine structures main plate. The shrinkage strain of butt welding joint which is caused by the process of heat input and cooling, results in the difference between dimensions of the actual parent metal and the dimensions of design. This, in turn, leads to poor quality in the production of ship blocks and reworking through period of correction brings about impediment on improvement of productivity. Through experiments on butt welding joint's shrinkage strain on large structures main plate, the deformation of welding residual stress in the form of I, Y, V was obtained. In addition, the results of experiments indicate that there is limited range of shrinkage in the range of 1 ~ 2 mm in 11t ~ 21.5t thickness and the effect of heat transfer of weld appears to be limited within 1000mm based on one side of seam line so there was limited impact of weight of parent metal on the shrinkage. Finally, it has been learned that Shrinkage margin needs to be applied differently based on groove phenomenon in the design phase in order to minimize shrinkage.
This paper examines the characteristics of butt welding joint shrinkage for shipbuilding and marine structures main plate. The shrinkage strain of butt welding joint which is caused by the process of heat input and cooling, results in the difference between dimensions of the actual parent metal and the dimensions of design. This, in turn, leads to poor quality in the production of ship blocks and reworking through period of correction brings about impediment on improvement of productivity. Through experiments on butt welding joint's shrinkage strain on large structures main plate, the deformation of welding residual stress in the form of I, Y, V was obtained. In addition, the results of experiments indicate that there is limited range of shrinkage in the range of 1 ~ 2 mm in 11t ~ 21.5t thickness and the effect of heat transfer of weld appears to be limited within 1000mm based on one side of seam line so there was limited impact of weight of parent metal on the shrinkage. Finally, it has been learned that Shrinkage margin needs to be applied differently based on groove phenomenon in the design phase in order to minimize shrinkage.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
여기서 뜻하는 4주 사상과 2주 사상이란 주판의 4 방향 Limit 또는 2방향에 약 10 ~ 20 mm의 여유 치수를 주어 설계를 하고 주판 맞대기 이음 완료 후 정도 계측을 통하여 설계 치수를 벗어나는 치수만큼 다시 절단해 내는 조선소 정도 관리 방법 중의 하나이다. 본 연구에서는 조선소에서 실제 건조 중에 있는 주판의 Butt welding joint에 발생하는 수축 량에 대한 실험 측정을 실시하여 수축 변형 량 결과 값을 도출하고 이의 결과를 토대로 사전 설계단계에서 용접 수축 잔류응력에 대응하는 보상 마진을 고려하여 용접 부의 잔류응력 수축 변형을 제어하는 방법에 대하여 연구하였다.
제안 방법
2) 실험에서 주판 가접 작업 완료 후 1차 전면 부를 용접 절차 서에 따라 실시하고 약 2.5 ~3시간의 냉각시간을 거쳐 Turn over후 이면 용접을 실시하였다. 이때 1차 전면 용접 시 입 열과 냉각 과정을 거치며 냉각 사이클이 일어났고 다시 2차로 이면 용접을 실시하면서 2차 냉각 사이클이 일어났다.
3) 시험편 B1, B2 부재에 전문 제작기관에 의뢰하여 특수 제작한 150 mm 측정위치 마킹 치 공구를 이용하여 Seam line 끝단에서 양쪽으로 각 150 mm 위치에 마킹 하였으며 계측은 디지털 버니어 캘리퍼스로 Figure 3과 같이 측정 및 마킹 하였다.
4) 가접 상태에서의 용접 전 B1=150 mm + B2=150 mm를 합하여 300 mm 유지 여부의 정도 체크를 실시하고 자유로운 수축을 위하여 시험편을 구속하지 않고 자유단 상태에서 용접을 실시하였다.
5) 1차 전면 용접 및 Turn over를 실시하여 용접 시작 후 Block 당 평균 약 2.5∼3시간의 냉각시간이 경과되었고 2차 이면용접 완료 후 다시 약 3 시간의 냉각 시간을 거쳐 Figure 4와 같이 측정자를 이용하여 Seam line 별로 수축 량을 각각 측정하였다.
대상 데이터
1) Table 3의 프로젝트를 대상으로 선정하고 두께의 범위는 11 mm ~ 21.5 mm 범위로 하여 시험편의 강재는 A, AH32, AH36으로 하였고 재질 특성에 따른 수축 량 차이는 고려하지 않았으며 실험 측정한 Block의 개수는 12개, Butt welding Seam line의 개수는 41개로 실험 측정을 실시하였다.
실험 및 측정은 D조선소에서 건조중인 실제 프로젝트를 대상으로 Table 1의 용접 절차서(WPS-Welding Procedure Specification)의 규정 및 Table 2의 실험 조건에 맞추어 실시하였다.
성능/효과
1) I형상 대비 Y 형상의 용접 입 열량 증가로 수축 량이 늘어나는 것과 설계 단계에서 Groove형상에 따라 수축 변형 제어를 위한 보상마진을 다르게 적용해야 함을 확인하였다.
1) 부재 절단 중 열 변형과 절단 장비의 미세한 오차 등으로 절단된 부재의 용접 Seam line 직진도 오차가 간헐적으로 발생하고 있었는데 이러한 현상이 발생되는 요인에는 여러 가지가 있겠으나 절단 장비의 정기적 점검과 교정 여부에 따라 절단 장비의 성능을 향상 시켜 절단면 품질을 향상시키고 용접 부 Gap 발생을 줄일 수 있을 것으로 사료된다.
2) 11 ~20 t 범위 I Groove의 경우 같은 두께 범위내에서도 수축 량이 1 ~ 1.5 mm로 불특정하게 나타났 으며 이러한 결과는 용접부의 절단면 편차가 발생하여 가접 작업 시 용접부가 Zero에 가깝게 밀착되지 못하고 Gap이 존재하여 국부적으로 용착 량이 많아지고 이로 인해 입 열량이 상대적으로 커지게 되면서 수축 량이 변화하는 것을 알 수 있었다.
2) 시험편의 규격은 실제 건조중인 프로젝트의 구조에 따라 길이 15 M ~21.6M, 강재 1매의 폭 2.5 M~3.5 M 범위 내를 기준으로 하였다.
3) I, Y, V 형상별 11 t ~21.5 t 범위에서는 수축 량이 1 ~ 2 mm의 한정된 범위에서 비교적 균일하게 나타났고 이는 용접부의 열전달 영향이 Seam line 한쪽을 기준으로 약 1000 mm 이내에 국한되고 용접의 특성상 빠른 냉각 속도와 함께 응력이 발생되어 철판의자중이 수축 량에 미치는 영향이 적음을 알 수 있었다.
4) 실험 결과 두께별로 수축 량 차이가 각각 크게 다르게 나타날 것으로 예측하였으나 Table 3의 실험 결과는 두께의 차이에 크게 상관없이 평균 약 1~1.5 mm 분포의 범위로 나타났고 Seam line당 I형 Groove의 경우 평균 1.2 mm, Y형 Groove의 경우 1.5 ~ 2 mm 분포의 수축 량이 측정되었고 평균 1.6 mm, V Groove의 경우 평균 1.3 mm의 수축이 발생되었다.
4) 용접부의 Groove 형상별 입 열량 차이에 따라 수축 량 또한 차이가 있고 부재 절단 시 Seam line 부의 가공 정확도를 유지하여 용접부에 Gap이 발생되지 않도록 하는 것이 균일한 수축 량에 영향이 크게 작용하는 것으로 나타났다.
5) 부재의 절단 작업 시 절단장비 레일의 직진도 오차에 의한 절단 치수 편차 발생과 열 변형 발생이 같은 조건의 용접 절차서를 준수해도 수축 량의 차이가 다르게 나타나는 원인에 중요하게 작용하고 있다는 것을알 수 있었다.
5) 실험 과정에서 시험편의 두께에 따라 자중이 수축 량에 미치는 영향이 있겠으나 본 실험에서는 이를 고려하지 않았으며 용접 입 열 시 발생한 열전도 범위는 용접 Seam line 위치를 기준으로 11 t ~21.5 t 범위에서는 양 방향 각 최대 약 1000 mm 이내에 국한되는 것으로 관측되었다. 측정은 Figure 5와 같이 용접 Seam line 위치에서 각 100 mm∼1000 mm 구간을 100 mm 구간으로 마킹 후 디지털 적외선 온도 측정기를 이용하여 용접 직후부터 구간별로 순차적으로 측정 하였는데 측정 시 마다 다소 차이는 있었지만 1000 mm 구간에서는 Table 2에 나타낸 작업장 대기 중의 온도보다 강판의 온도가 낮게 측정되었다.
판 두께 13 mm, 전류(A)800, 전압(V)33, 속도(S)45(Cm/min), 조건에서 용접 시작 후 30초 경과된 상태에서 디지털 적외선 온도 측정기를 이용하여 측정한 결과이다. 측정 결과에서 용접 시작 후 0~ 5분 사이에 급속한 냉각이 이루어지는 것으로 나타났고 시간이 지나면서 그 기울기가 완만하게 서서히 냉각이 진행되는 것을 알 수 있었으며 용접직후 초기 온도는 약 1300 ~ 1500℃ 이상일 것으로 추측된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
선박 및 해양 구조물의 갑판 및 격벽구조 주판에 용접을 하는 과정에서 어떠한 문제가 발생하는가
선박 및 해양 구조물의 갑판 및 격벽구조 주판은 많은 Butt Welding joint의 용접 접합을 통하여 조립하게 되며 1차 전면 용접 완료 후 Turn over하여 2차로 이면 용접을 실시하게 된다. 이러한 과정에서 용접 입 열과 급랭의 1차 2차 냉각 사이클이 반복하여 일어나게 되고 이는 용접부에 잔류응력을 발생시켜 수축 현상을 발생 시키며 이러한 문제로 조선소의 대형 강판 작업시 생산된 제품이 설계 치수와 일치하지 않고 길이 과부족 현상이 발생하며 많은 선행연구에서도 이를 주지하고 있다[1]-[3].
선박 및 해양 구조물의 갑판 및 격벽구조 주판엔 어떠한 용접이 실시되는가
선박 및 해양 구조물의 갑판 및 격벽구조 주판은 많은 Butt Welding joint의 용접 접합을 통하여 조립하게 되며 1차 전면 용접 완료 후 Turn over하여 2차로 이면 용접을 실시하게 된다. 이러한 과정에서 용접 입 열과 급랭의 1차 2차 냉각 사이클이 반복하여 일어나게 되고 이는 용접부에 잔류응력을 발생시켜 수축 현상을 발생 시키며 이러한 문제로 조선소의 대형 강판 작업시 생산된 제품이 설계 치수와 일치하지 않고 길이 과부족 현상이 발생하며 많은 선행연구에서도 이를 주지하고 있다[1]-[3].
등방성재료가 서서히 고르게 가열되면 어떠한 현상이 발생하는가
또한 등방성재료가 서서히 고르게 가열되면, 재료는 어떠한 잔류응력도 일으키지 않으며 균일하게 팽창한다. 그러나 재료를 팽창하지 못하도록 억제하면, 치수변화가 일어날 수 없는 대신에 응력이 생긴다.
참고문헌 (8)
I. S. Kim, H. H Kim, H. K. Jang, and H. J Kim, "A study about analysis of weld distortion using genetic algorithm" Journal of the Korean Welding and Joining Society, vol. 27, no. 4, pp. 398-403, 2009
J. O. Yun and C. I. Oh, "Trends of welding deformation analysis for ship structure" Journal of the Korean Welding and Joining Society, vol. 30, no. 2, pp. 147-150, 2012.
S. K. Kang and J. S. Yang, "Overview of research works regarding welding distortion" Journal of the Korean Welding and Joining Society, vol. 30, no. 2, pp. 141-146, 2012.
D-J. Yun, H-C. Lee, and M-H. Lee, Material Properties, Seoul, Korea: Publishing Gold Book, pp. 179-184, 2004 (in korean).
N-J. Kim, Matal Engineering Dictionary, Seoul, Korea: Sungandang Book, p. 557, 1998 (in korean).
Y. S. Kim, Welding Engineering, Seoul, Korea: Publishing Gold Book, p. 146, 2006 (in korean).
Machine phraseology compilation Group, Illustrations Machine Engineering Dictionary, Seoul, Korea: lljinsa Book, p. 260, 1990 (in korean).
S. B. Shin, D. J. Lee, and D. H. Park, "A study on the evaluation of transverse residual stress at the multi-pass FCA butt weldment using FEA" Journal of the Korean Welding and Joining Society, vol. 28, no. 4, pp. 380-386, 2010.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.