KR102599227B1 - X개선 fgb용접방법 - Google Patents

Abstract

대칭포인트에서 일측 및 타측을 향하여 설정된 기울기를 가지도록 형성된 복수개의 모재를 상기 대칭포인트에서 설정된 간격을 두고 이격되되 상호 대향하도록 배치하는 모재정렬단계;
상기 대칭포인트를 기준으로 구획되는 제1용접공간과 제2용접공간 중 적어도 어느 하나를 폐쇄하는 백킹재를 배치하는 백킹재배치단계;
상기 백킹재에 의하여 폐쇄된 용접공간 이외에 다른 용접공간에 Cut wire를 이용한 대입열 FGB(Flexible Glass fiber Backing)용접을 수행하는 제1용접단계;
상기 백킹재를 제거하는 백킹재제거단계; 및
상기 제1용접단계에서 용접이 수행되지 않은 용접공간에 FCAW(Flux Cored Arc Welding)을 수행하는 제2용접단계
를 포함하는 X개선 FGB용접방법이 개시된다.

Description

X개선 FGB용접방법{Flexible Glass fiber Backing Method of welding X groove}

본 기술은 X개선 FGB용접방법에 관한 것이다.

특히 X개선을 용접할 때 백킹재를 활용하여 FGB 용접이 가능한 X개선 FGB용접방법에 관한 것이다.

선박은 해양을 이동하는 운송수단으로, 해양에서 운송될 때 다양한 충격 등에도 선박 그 자체 및 선원들을 보호하여야 하므로, 큰 강성이 요구된다.

특히나, 빙해에서 운행되는 선박의 경우에는 일반 선박에 대비 높은 항복강도와 높은 인장강도 등을 가지는 YP500강과 같은 강재가 활용된다.

이러한 강재는 선박의 외측면부터 내측면까지 다양한 두께 및 다양한 크기로 용접을 통하여 활용된다.

도 1a는 종래의 YP500강을 용접하는 것을 도시한 것이다.

여기서, 설명의 편의를 위하여 이하 YP500강 및 기타 용접의 대상이 되는 대상물을 모재라 명명하겠다.

위와 같이 YP500강과 같은 모재는 일반 선박과 대비하여 더욱 높은 요구조건을 충족해야 되는 선박에 사용되는 두껍고 무거운(대략 30톤 이상) 강재로 V개선을 갖도록 형성한 후 이 V개선을 단순히 일반 선박과 같이 대입열 용접 Process로 연결하면, 대입열 용접 특유의 높은 입열로 인하여 물성 요구조건(예를 들면 항복강도, 인장강도 등)을 만족하지 못하는 문제점이 발생하였다.

따라서 종래의 위와 같은 모재는 V개선을 가지고 있으며 FCAW(Flux Cored Arc Welding)를 이용하여 초층용접을 하고 그 후 다층 SAW(Submerged Arc Welding)을 활용하여 용접을 수행하였다.

FCAW(Flux Cored Arc Welding)는 흔히 이산화탄소(CO₂)용접이라 불리며 야드에서 가장 많이 쓰이는 용접이며, 토치 입구에서 나오는 와이어가 접지한 모재에 닫는 순간 불꽃과 고열을 내는 아크(Arc)를 발생시켜 용접봉(와이어)과 떨어져 있는 두개의 모재를 함께 녹여 하나로 붙이는 용접방법이다.

SAW(Submerged Arc Welding)는 자동용접의 일종으로, '잠호(潛弧)용접'이라고도 불리는데, 아크를 안정시켜주는 플럭스 가루를 미리 용접 부위에 뿌려놓고 그 내부에서 아크를 발생시켜서 모재를 붙이는 용접방법이다.

위와 같은 종래의 모재를 용접하는 방법은 용착량이 많아서 도 1a에서 확인될 수 있는 것과 같이, 모재가 변형이 매우 심한 문제점과 용접에 걸리는 시간이 오래 걸려서 정해진 스케줄에 맞춰서 작업이 진행될 수 없는 문제점이 발생되었다.

도 1b는 종래의 YP500강을 용접에 따라 발생되는 문제점인 50V시공을 도시한 것이다.

위와 같이 용접시간이 오래 걸리는 문제는 용접을 모두 진행되지 못하고, 용접 보류 구간을 둔 채로, 기존의 설정된 스케줄대로 진행한 후 추후에 모재에 토치 등을 통하여 홀을 형성하여 보류 구간의 용접을 마무리 한 다음 홀을 채우는 50V시공으로 이어지게 되었다.

그러나 YP500강은 매우 강한 강성을 가지는 모재이므로, 50V시공을 수행 시 시간이 매우 많이 소모되는 문제점과, 균일한 품질을 유지하기 힘든 문제점이 존재하였다.

도 2a는 YP500강의 X개선을 용접을 도시한 것이고, 도 2b는 YP500강의 V개선을 용접하는 것과 X개선을 용접하는 것의 용접물량 및 용접시간을 일예시로 비교한 것이다.

모재는 X개선을 가지도록 배치되면 제1용접공간과 제2용접공간으로 구분된다.

종래에는 X개선을 용접하기 위하여 본 용접 전에 모재의 조립 및 가접(FIT UP)을 수행하고, 그 후 가용접(Tack welding)을 수행한다. 그리고 제1용접공간에 FCAW을 통하여 2층을 용접하고, 그 후 SAW를 수행하여 제1용접공간의 모재를 연결한다.

그 후 모재가 더욱 잘 연결되도록 가우징을 수행하여 FCAW를 수행하여 연결한 2층을 커팅하고, 최종적으로 가우징으로 빈 공간 및 제2용접공간에 FCAW를 통하여 모재를 연결한다.

위와 같은 방법은 전술한 V개선을 가지는 모재를 용접방법에서 발생되는 문제점을 해결할 수는 있으나 도 2b에서 확인할 수 있듯이 용접물량이 증가되고 용접기간이 증대되는 문제점이 있다. 이는 곧 작업자의 노동량 증대 및 사업자의 손실의 증대 등으로 귀결되었다.

대한민국 공개특허 출원번호 "10-2015-0037666" "용접용 세라믹 백킹재(Ceramic backing material for welding)

본 발명은 전술하여 언급한 문제점들을 해결하기 위하여 모재를 용접하되 생산성이 증대되는 X개선 FGB용접방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 X개선 FGB용접방법은 대칭포인트에서 일측 및 타측을 향하여 설정된 기울기를 가지도록 형성된 복수개의 모재를 상기 대칭포인트에서 설정된 간격을 두고 이격되되 상호 대향하도록 배치하는 모재정렬단계; 상기 대칭포인트를 기준으로 구획되는 제1용접공간과 제2용접공간 중 적어도 어느 하나를 폐쇄하는 백킹재를 배치하는 백킹재배치단계; 상기 백킹재에 의하여 폐쇄된 용접공간 이외에 다른 용접공간에 Cut wire를 이용한 대입열 FGB(Flexible Glass fiber Backing)용접을 수행하는 제1용접단계; 상기 백킹재를 제거하는 백킹재제거단계; 및 상기 제1용접단계에서 용접이 수행되지 않은 용접공간에 FCAW(Flux Cored Arc Welding)을 수행하는 제2용접단계를 포함한다.

여기서, 모재정렬단계 이후, 상기 배치된 모재의 일부를 고정하는 가용접(tack welding)단계를 포함한다.

여기서, 백킹재는 적어도 상기 FGB(Flexible Glass fiber Backing)용접이 수행되는 경우, 상기 용착물이 적어도 용접이 수행되는 용접공간 이외의 다른 용접공간으로 흘러나오지 않도록 용접이 수행되는 용접공간과 다른 공간을 차단하는 것을 특징으로 포함한다.

여기서, 백킹재는, 상기 백킹재가 상기 제1용접공간 또는 제2용접공간 중 어느 하나에 배치되는 경우, 상기 대칭포인트에서 이격된 모재 사이의 공간을 폐쇄하는 폐쇄부 및 상기 폐쇄부를 기준으로 일방향으로 갈수록 연속되어 길이가 길어지도록 설정된 경사를 가지는 경사부를 포함하도록 형성된 것을 특징으로 포함한다.

여기서, 백킹재에는 유리섬유(Glass fiber)가 외측면을 따라 도포되어 있는 것을 특징으로 포함한다.

여기서, 백킹재제거단계 이후, 상기 모재 및 상기 용착물을 설정된 형상으로 커팅하는 가우징(gouging)단계를 포함하는 것을 특징으로 포함한다.

전술한 방법을 통하여 구성되는 본 발명의 X개선 FGB용접방법은 종래와 대비하여 적어도 70%이상의 생산성 향상을 도모할 수 있어서 작업의 효율성 및 사업자의 비용 손실 등을 감소시킬 수 있다.

또한, 전술한 방법을 통하여 구성되는 본 발명의 X개선 FGB용접방법은 가우징 작업량을 감소시킬 수 있어서 종래의 용접방법과 대비 작업의 효율성 및 사업자의 비용 손실 등을 감소시킬 수 있다.

도 1a는 종래의 YP500강을 용접하는 것을 도시한 것이고, 도 1b는 종래의 YP500강을 용접에 따라 발생되는 문제점인 50V시공을 도시한 것이다.
도 2a는 YP500강의 X개선을 용접을 도시한 것이고, 도 2b는 YP500강의 V개선을 용접하는 것과 X개선을 용접하는 것의 용접물량 및 용접시간을 일예시로 비교한 것이다.
도 3은 본 발명의 X개선 FGB용접방법의 블럭도를 도시한 것이다.
도 4a, 4b는 본 발명의 백킹재를 도시한 것이다.
도 5a는 본 발명의 모재가 정렬된 것을, 도 5b는 본 발명의 모재에 백킹재가 부착된 것을, 도 5c는 본 발명의 제1용접단계를, 도 5d는 본 발명의 백킹재 제거 및 가우징단계를, 도 5e는 본 발명의 제2용접단계를 도시한 것이다.
도 6a는 본 발명의 X개선 FGB용접방법에서 도 4a의 백킹재를 적용한 일예시이고, 도 6b는 본 발명의 X개선 FGB용접방법에서 도 4b의 백킹재를 적용한 일예시이다.

이하, 본 발명의 일실시예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 그러나 이는 본 발명의 범위를 한정하려고 의도된 것은 아니다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

도 3은 본 발명의 X개선 FGB용접방법의 블럭도를 도시한 것이다.

도 5a는 본 발명의 모재가 정렬된 것을, 도 5b는 본 발명의 모재에 백킹재가 부착된 것을, 도 5c는 본 발명의 제1용접단계를, 도 5d는 본 발명의 백킹재 제거 및 가우징단계를, 도 5e는 본 발명의 제2용접단계를 도시한 것이다.

본 발명에서 용접의 대상이 되는 모재는 YP500강, 즉, E500의 강종(Steel grade)로 일반 선박에 사용되는 강재와 대비하면 500Mpa의 항복강도를, 대략 610 ~ 770Mpa의 인장강도를 가져야 한다.

또한, 본 발명에서 모재의 두께는 25mm 이상이다.

즉, 아래의 그림에서 E500에 해당되는 조건을 만족하여야 한다.

여기서, 본 발명의 모재는 또한, 일예시적으로 아래와 같은 성분으로 형성된다.

또한, 위와 같은 모재의 무게는 대략 30t의 무게를 가진다. 또한, 모재는 용접이 수행되는 경우, 접지의 역할을 수행한다.

이와 같은 모재를 용접하기 위한 본 발명의 X개선 FGB용접방법은 모재정렬단계, 가용접단계, 백킹재배치단계, 제1용접단계, 백킹재제거단계, 가우징단계, 제2용접단계를 포함한다.

모재는 대칭포인트 및 제1기울기부 및 제2기울기부를 가진다.

복수개의 모재는 대칭포인트가 이격된 간격을 두고 대향되도록 배치된다.

여기서, 어느 하나의 모재의 제1기울기부와 다른 모재의 제1기울기부가 대향되도록 배치하며, 제2기울기부도 마찬가지이다.

대칭포인트는 모재의 길이(L)을 기준으로 도 5(a)에서 확인할 수 있듯이, 모재의 상부에서 대칭포인트까지 직선으로는 2/3L의 길이를, 하부에서 대칭포인트까지 직선으로는 1/3L의 길이를 가진다.

위와 같은 대칭되어 배치되는 모재는 그 사이에 개선(groove)의 형상이 X와 같이 형성된다.

모재는 대칭포인트가 대향되며 맞닿게 배치되면 용착물이 용착되어 모재를 연결하는 공간인 제1용접공간 및 제2용접공간을 가진다.

여기서, 제1용접공간과 제2용접공간은 대칭포인트의 이격된 사이를 통하여 연통되어 있다.

이하 설명의 편의를 위하여 제1용접공간과 제2용접공간 중 제1용접공간이 먼저 용접이 진행되는 공간으로 하여 설명하도록 하겠다.

가용접(tack welding)단계는 모재의 휨이나 비틀림을 방지하기 의해 모재의 양단 또는 뒷면에 가접(假接)하는 용접방법을 말하며, 본 용접을 하기 전에 용접부위를 일시적으로 고정시키기 위해서 용접하는 것이다.

백킹재배치단계는 상기 모재의 제2용접공간을 폐쇄하도록 상기 제2용접공간에 백킹재를 배치하는 단계이다.

여기서, 백킹재는 제1용접공간에 FGB(Flexible Glass fiber Backing)용접이행하는 경우, 발생되는 용락을 방지하기 위하여 형성된다.

즉, 백킹재는 제1용접공간에 배치된 용착물이 적어도 용접이 수행되는 제1용접공간 이외에 제2용접공간으로 흘러나오지 않도록 제1용접공간과 제2용접공간을 차단한다.

도 4a, 4b는 본 발명의 백킹재를 도시한 것이다.

위와 같은 역할을 하는 백킹재는 폐쇄부 및 경사부를 가지며, 외측면에는 유리섬유(Glass fiber)가 도포되어 있다.

폐쇄부는 백킹재가 제2용접공간에 배치되면 대칭포인트가 대향되도록 배치된 모재의 이격된 공간을 폐쇄하는 역할을 한다.

폐쇄부는 도 4a에서 확인될 수 있듯이, 상부를 향하여 라운딩하게 돌출되어 형성될 수도 있으며, 도 4b에서 확인될 수 있듯이, 하부를 향하여 라운딩하게 함몰되어 형성될 수 있다.

경사부는 폐쇄부에서 연장되어 연속되어 길이가 길어지도록 설정된 경사를 가지도록 형성될 수 있다.

따라서 폐쇄부 및 경사부로 형성된 백킹재의 단면은 삼각형으로 관찰될 수 있다.

도 5에서 경사부는 제2기울기부와 맞닿지 않게 도시되어 있지만 실시예에 따라서는 경사부는 제2기울기부와 맞닿는 형태일 수 있다. 따라서, 백킹재는 폐쇄부가 모재의 대칭포인트가 이격된 거리를 폐쇄하면서 경사부와 제2기울기부와 맞닿으며 배치될 수 있다.

위와 같은 백킹재는 일예시적으로 고정을 위하여 테이프 등을 통하여 모재에 부착되어 고정될 수 있다. 그러나 백킹재의 고정은 테이프 등에 한정되는 것은 아니고 기타 다른 수단에 의하여 고정될 수 있다.

백킹재의 외측면에는 유리섬유(Glass fiber)가 도포되어 있다. 유리섬유(Glass fiber)은 실험을 통하여 확인한 물질로 백킹재에 도포되는 경우, 대입열을 낮춰주어 모재가 열화로 인하여 변형되어서 강도 등 여러 물성이 변경되는 것을 방지하는 역할을 한다.

제1용접단계는 백킹재를 부착한 모재의 제1용접공간에 Cut wire를 이용한 대입열 FGB(Flexible Glass fiber Backing)용접을 수행하는 것이다.

여기서, 본 발명에서 활용되는 Cut wire는 wire보다 한 단계 낮은 강도 등급을 갖는다.

FGB(Flexible Glass fiber Backing)는 SAW(Submerged Arc Welding)와 동일한 동작을 통하여 모재를 용접한다.

즉, 제1용접공간 및 백킹재 상에 미세한 입상 플럭스를 뿌려놓고 그 내부에서 전극 와이어를 통하여 아크를 발생시키면서 용접을 수행한다.

위와 같은 용접은 자동으로 수행될 수 있으며, 종래의 방식에서 FCAW를 통하여 모재를 2층으로 용접하고 그 후 다시 SAW를 통하여 각 층을 복수번에 걸쳐서 용접하는 방법(총 7pass) 대비 매우 간편하여(1pass) 생산성이 향상될 수 있다.

백킹재제거단계는 제2용접공간에 배치된 백킹재를 제거하는 단계이다.

가우징(gouging)단계는 백킹재를 제거한 후 모재가 더욱 잘 부착되도록 모재 및 용착물을 커팅하는 단계이다.

여기서, 가우징은 토치 등을 활용하여 할 수 있다. 종래에는 가이징을 수행하기 위하여 FCAW(Flux Cored Arc Welding)한 층을 가우징하여서 대략 6mm를 커팅하였지만 본 발명은 1 내지 2mm만을 가우징 하면된다.

제2용접단계는 백킹재가 제거된 제2용접공간에 FCAW(Flux Cored Arc Welding)를 수행하는 것이다.

즉, 제2용접공간에 모재를 접지로하여 다는 순간 불꽃과 고열을 내는 아크를 발생시키는 용접봉을 통하여 두개의 모재를 용접한다.

여기서, 용접봉 안의 플럭스가 아크를 안정시키고 용접비드를 깨끗하게 만들음은 당연하다.

도 6a는 본 발명의 X개선 FGB용접방법에서 도 4a의 백킹재를 적용한 일예시이고, 도 6b는 본 발명의 X개선 FGB용접방법에서 도 4b의 백킹재를 적용한 일예시이다.

전술한 본 발명의 X개선 FGB용접방법을 도 4a의 백킹재, 도 4b의 백킹재를 활용하여 일예시로 수행한 것이다.

이를 통하여 500Mpa의 인장력을 가하였으나, 이러한 시험에서 용접된 모재가 파손되지 않은 결과를 얻었다.

본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 모재 110 : 대칭포인트
120 : 제1기울기부 130 : 제2기울기부
200 : 백킹재 210 : 폐쇄부
220 : 경사부

Claims (6)

1. 대칭포인트에서 일측 및 타측을 향하여 설정된 기울기를 가지도록 형성된 복수개의 모재를 상기 대칭포인트에서 설정된 간격을 두고 이격되되 상호 대향하도록 배치하는 모재정렬단계;
   상기 대칭포인트를 기준으로 구획되는 제1용접공간과 제2용접공간 중 적어도 어느 하나를 폐쇄하는 백킹재를 배치하는 백킹재배치단계;
   상기 백킹재에 의하여 폐쇄된 용접공간 이외에 다른 용접공간에 Cut wire를 이용한 대입열 FGB(Flexible Glass fiber Backing)용접을 수행하는 제1용접단계;
   상기 백킹재를 제거하는 백킹재제거단계; 및
   상기 제1용접단계에서 용접이 수행되지 않은 용접공간에 FCAW(Flux Cored Arc Welding)을 수행하는 제2용접단계;를 포함하고,
   상기 백킹재는,
   적어도 상기 FGB용접이 수행되는 경우, 용착물이 적어도 용접이 수행되는 용접공간 이외의 다른 용접공간으로 흘러나오지 않도록 용접이 수행되는 용접공간과 다른 공간을 차단하며,
   제1용접공간 또는 제2용접공간 중 어느 하나에 배치되는 경우, 상기 대칭포인트에서 이격된 모재 사이의 공간을 폐쇄하는 폐쇄부 및 상기 폐쇄부를 기준으로 일방향으로 갈수록 연속되어 길이가 길어지도록 설정된 경사를 가지는 경사부를 포함하도록 형성되며,
   유리섬유(Glass fiber)가 외측면을 따라 도포되어 있는 것을 특징으로 포함하는 X개선 FGB용접방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 모재정렬단계 이후,
   상기 배치된 모재의 일부를 고정하는 가용접(tack welding)단계를 포함하는 X개선 FGB용접방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 백킹재제거단계 이후,
   상기 모재 및 상기 용착물을 설정된 형상으로 커팅하는 가우징(gouging)단계를 포함하는 것
   을 특징으로 포함하는 X개선 FGB용접방법.

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