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조선 분야에서 후판 용접 이음매의 품질은 선박 구조물의 안전성, 내구성, 내피로성에 직접적인 영향을 미칩니다. 양면 용접 루트 청소 및 성형 기술은 후판 용접(선박 단면, 견고한 데크, 주요 부품의 측면 격벽 등의 대규모 조립)의 핵심 공정으로 양면 용접을 수행하고 루트 결함을 철저히 제거하여 용접 이음매의 완전한 침투 및 내부 결함 없음을 보장합니다. 이는 중국선급협회(CCS)가 정한 선박 용접 품질에 대한 필수 요구사항 중 하나입니다. 이 기사에서는 '강철 상선 분류 규칙'(2021), '선박용 용접 테스트' 및 '강철 용접 대기압 용기'(NB/T 47015)와 같은 표준과 함께 양면 용접 루트 청소 및 성형 기술의 사양 요구 사항, 프로세스 핵심 사항 및 엔지니어링 적용을 체계적으로 분석합니다.
양면 용접 이음매 성형기술이란 전면 용접심 용접이 완료된 후 양면 용접공법(서브머지드 아크 용접, CO2 가스 차폐 용접 등)을 이용하여 기계적 또는 열적 방법으로 용접 이음매 뿌리 부분의 비용융, 슬래그, 가스 다공성 결함을 제거한 후 뒷면 이음 용접을 실시하는 전 과정을 말합니다. 핵심 목표는 CCS에서 요구하는 용접 품질 등급(예: A 등급, B 등급)을 충족하여 용접 이음매가 완전히 관통되고 내부 결함이 없는지 확인하는 것입니다. CCS'강선분류기준' 제3부 제2장 2.2.4조에 따르면, 정적 또는 동적 하중을 받는 중요구조물(선체보, 견고한 프레임, 측면외부판 등)의 맞대기용접에 대하여 판두께가 표준에 규정된 단면용접의 유효두께를 초과하는 경우에는 양면용접 또는 양면용접에 상당하는 완전용입용접을 채택하여야 한다.' 그 중, '뿌리 제거 성형'은 '완전한 침투'를 달성하기 위한 핵심 단계이며, 그 품질은 용접 이음매의 지지력과 균열 전파 저항에 직접적인 영향을 미칩니다.
CCS는 재료 선택, 베벨 설계, 세척 공정, 검사 표준 및 재작업 제어와 같은 측면을 다루는 양면 용접 루트 클리어런스 형성 기술에 대한 체계적인 사양을 제안했습니다. 핵심 사항은 다음과 같습니다. 1. 재료 및 용접 재료 요구 사항: 양면 용접 루트 클리어런스는 선박 구조용 CCS 규정에 지정된 구조용 강재(예: AH32, DH36, EH36 등 고강도 강재)에 적용되며 '선박용 구조용 강재'의 요구 사항을 충족해야 합니다. 두께가 30mm를 초과하는 강판의 경우 박리, 개재물 또는 기타 결함이 없는지 확인하기 위해 초음파 검사(UT) 재검사가 필요합니다('선급 철강 규칙' 3.2.1조).
1. 용접 재료 인증: 용접 재료(용접봉, 용접 와이어, 용접 플럭스)는 CCS 제품(예: '선박 용접 재료 인정 시험 규칙')에 의해 승인되어야 하며 강도는 모재의 강도와 일치해야 합니다. 예를 들어, EH36 강철을 용접할 때 저수소 알칼리 용접봉(예: J507RH) 또는 고인성 수중 아크 용접 와이어(예: ER50-6)를 선택하여 용접 금속의 강도, 인성 및 균열 저항성이 모재보다 낮지 않도록 해야 합니다.
2. 홈 설계 및 전처리 홈 형태: 플레이트 두께와 구조적 위치를 기준으로 CCS는 X자형 또는 이중 V자형 홈 사용을 권장합니다(그림 1). 양면 용접의 경우 루트 불완전 융합 위험을 줄일 수 있습니다. 홈 각도 α는 일반적으로 60° ~ 70°이고, 필렛 반경 p ≤ 2mm(플레이트 두께 ≤ 25mm의 경우) 또는 p ≤ 3mm(플레이트 두께 > 25mm의 경우), 루트 간격 b ≤ 2mm('선박 구조용 용접 그루브' 기준)입니다.
전처리 요구 사항: 용접 전 홈과 양쪽 20mm 영역을 청소하여 오일, 녹, 산화물 스케일 등의 불순물을 제거해야 합니다('선박 용접 공정 승인 테스트' 5.2.1조). 고장력강(예: EH36)의 경우 용접 이음매의 냉각 속도를 줄이고 저온 균열을 방지하기 위해 화염 예열(예열 온도 ≥ 100℃)이 필요합니다.
3. 뿌리 청소 공정 및 작동 사양 뿌리 청소 방법: CCS에서 허용하는 뿌리 청소 방법에는 CJP(탄소 아크 가우징), 밀링 또는 플라즈마 절단이 포함됩니다. 탄소 아크 가우징은 (저비용 및 고효율로 인해) 선호되는 방법이지만 침탄층이나 구리 점(후속 용접 품질에 영향을 미침)이 형성되는 것을 방지하려면 가스 절단 매개변수를 엄격하게 제어해야 합니다(현재 180-250A, 압축 공기 압력 0.5-0.6MPa).
루트 클리어런스 깊이 및 형상: 루트 클리어런스 후 금속 표면이 금속 광택으로 노출되어야 하며 루트에 불완전 융착이나 슬래그 혼입 등의 결함이 없어야 합니다. 베벨의 루트 반경 r ≥ 2mm(X자형 베벨의 경우) 또는 r ≥ 1.5mm(V자형 베벨의 경우) 및 필렛 가장자리 p ≤ 1mm(GB/T 19868-2005에 따름) 판 두께가 30mm를 초과하는 용접의 경우 후면 용접이 원활하게 형성되도록 루트 클리어런스를 두 단계로 수행하는 것이 좋습니다(첫 번째 단계에서는 뒷면에서 2~3mm까지 클리어, 두 번째 단계에서는 완전히 클리어).
4. 용접 중 뒷면 용접 및 후가열 처리: 루트 청소 후 앞면과 동일한 용접 재료 및 공정을 사용하여 뒷면 용접을 즉시 수행해야 합니다(예: 서브머지드 아크 용접의 경우 전류는 180-220A, 전압은 28-32V, 속도는 35-45cm/min). 양면 용접 이음매의 두께가 균일하고 언더컷이 없는지 확인하십시오(언더컷 깊이는 0.5mm 이하, 길이는 용접 이음매 전체 길이의 10% 이하여야 합니다).
후가열 및 절연 : 고강도강(EH36 등) 또는 주위온도가 5℃ 미만인 경우 용접완료 후 용접잔류응력을 제거하고 수소에 의한 균열을 방지하기 위해 후가열처리(온도 200~300℃, 절연시간 1~2시간)가 필요하다(CCS '강선분류기준' 3.3.4에 따름).
5. 품질 검사 및 승인 표준 - 비파괴 검사(NDT): 양면 용접의 용접 이음매에 대해 100% 방사선 검사(RT)를 수행해야 합니다. RT는 GB/T 3323-2005 '금속 융착 용접의 용접 접합 방사선 촬영 테스트'에 따라 수행되어야 하며 B 레벨(결함 등급이 레벨 II를 초과하지 않음)에 자격이 있는 것으로 간주됩니다. (UT도 할 수 있는데, 제가 지식이 별로 없어서 시간이 나면 UT가 어떻게 검사를 하는지 좀 더 공부해 보도록 하겠습니다.)
외관 검사: 용접 이음매의 표면은 균열, 기공 또는 슬래그 함유물이 없이 매끄럽고 이음새가 없어야 합니다. 초과 높이는 0~3mm(X자형 홈의 경우) 또는 0~4mm(V자형 홈의 경우)여야 합니다. 폭은 홈과 비교하여 각 측면에서 2mm 이상 증가할 수 없습니다('강선 분류 코드'의 부록 1).
6. 품질 관리를 위한 핵심 사항 및 피해야 할 일반적인 문제: 불충분한 치근 청소: 이로 인해 치근에서 불완전한 융합이 발생할 수 있습니다. UT 재검사(판 두께의 ≥ 80%)를 통해 세척 깊이를 확인하고 특수 게이지(홈 게이지 등)를 사용하여 형상을 확인해야 합니다.
수소 유발 균열: 고강도강을 용접할 때 저온 균열을 방지하려면 예열 온도(≥100℃)와 층간 온도(≤250℃)를 엄격하게 제어해야 합니다.
재작업 관리: 검사 중 결함이 발견되면 CCS '선박용 용접 공정 자격 테스트' 요구 사항에 따라 재작업을 수행해야 합니다(동일 영역에 대한 재작업 횟수는 2회를 초과할 수 없음). 재작업 후에는 UT/RT 테스트를 다시 수행해야 합니다.
결론
양면 용접 뿌리 제거 성형 공정에 대해 중국 선급 협회에서 정한 기술 사양은 선박 건조 품질에 대한 '엄격한 제약'입니다. 재료 매칭, 홈 최적화, 루트 제거 프로세스 제어 및 엄격한 검사를 통해 용접 이음새의 전체 침투를 효과적으로 보장하여 선박 구조의 안전성과 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.
