KR100269098B1 - Welding material and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 용접재료의 성분을 특정하여 γ3변태점 온도를 620℃ 미만으로 하고, 그 용착 금속의 항복 응력으로서, 실온 - 600℃ 에 걸쳐서, 그 금속의 온도 TO에서의 항복 응력 σyoTo와 실온에서의 항복 응력 σyo의 비를 아래 식의 범위 내로 한다.The present invention specifies the components of the welding material, the γ 3 transformation temperature is less than 620 ℃, the yield stress of the weld metal, the room temperature-600 ℃, yield stress σ yoTo and room temperature at the temperature T O of the metal The ratio of yield stress σ yo at is within the range below.
1.00 - 1.083 × 10-3To< σyoTo/σyo< 1.16 - 5.101 × 10-4TO 1.00-1.083 × 10 -3 T o <σ yoTo / σ yo < 1.16-5.101 × 10 -4 T O
상기 용접재료에 의하여 용접하고, 용접 변형이 적은 피 용접 강판을 제공한다.It welds by the said welding material, and provides the to-be-welded steel plate with little welding deformation.
Description
본 발명은 조선, 해양구조물, 건축물, 교량, 토목 등에 이용되는 강판의 용접 작업에 사용되는 용접재료 및 그 용접방법에 관한 것이다.The present invention relates to a welding material used for welding steel sheets used in shipbuilding, offshore structures, buildings, bridges, civil engineering and the like and a welding method thereof.
각종 강 구조물에 있어서, 강재의 용접시에는 용융 금속의 응고 수축 및 그 후의 냉각과 상변태에 의한 수축, 팽창에 의하여 예를 들면 필렛 용접 (fillet welding)의 접합 형상의 경우에는 '각 변형 (angular distortion)'이라 불리우는 면외 변형(out-of-plane distortion)이 발생한다. 이와 같은 잔류 변형은 예컨대 압축 하중이 부하되는 경우에는 버클링 (buckling) 강도의 저하를 발생시키는 구조 강도 저하의 원인이 된다. 또, 이 변형을 용접 지그로 강제적으로 방지하고자 하는 경우, 과대한 잔류 응력이 발생하게 된다. 또 치수 정밀도가 불충분해지고 제작상의 불편이 생겨 미관도 해치는 것이 된다. 그래서, 예를 들면, 용접학회지 1983년 제52권 제 4 - 9호에 게재되어 있는 「용접 변형의 발생과 그 방지 (0ccurrence of Distortion in Welding and Its Prevention)」 에서 볼 수 있는 바와 같이, 용접시에 발생한 잔류 변형을 국소적인 가열에 의하여 교정하는 수단이 경험적으로 다수 제안되고 있다. 그러나, 용접부의 재가열에 의하여 재질이 열화하는 것을 피할 수 없는 것에 부가하여, 교정 작업에 요하는 시간과 비용은 사실상 중대한 장애이며, 이것을 경감 혹은 생략하는 것이 가능한 용접방법이 요망되고 있었다.In various steel structures, angular distortion in the case of the joining shape of, for example, fillet welding due to solidification shrinkage of molten metal and subsequent shrinkage and expansion due to cooling and phase transformation during welding of steel materials. Out-of-plane distortion, called '', occurs. Such residual deformation causes, for example, a decrease in structural strength, which causes a decrease in buckling strength when a compressive load is applied. In addition, when this deformation is to be forcibly prevented by the welding jig, excessive residual stress is generated. In addition, the dimensional accuracy is insufficient, and manufacturing inconveniences are also aggravated. So, for example, as shown in `` 0ccurrence of Distortion in Welding and Its Prevention '' published in Journal of Welding Society 1983, Vol. 52, No. 4-9, Many means have been empirically proposed for correcting residual strain generated by local heating. However, in addition to unavoidable deterioration of the material due to reheating of the welded portion, the time and cost required for the calibration work are in fact significant obstacles, and a welding method capable of reducing or omitting this has been desired.
또, 선박의 상부 구조 등에 사용되는 강재에 대하여는 경량화의 관점에서 최대한 판 두께를 얇게 하는 것이 요구된다. 그 외의 구조물에서도 마찬가지로 경량화를 목적으로 하여 비교적 박강판의 사용이 지향되고 있다. 그러나 판 두께를 얇게 함으로써 용접에 수반하는 변형이 보다 현저해지기 때문에, 용접전의 변형 발생 방지를 위한 작업이나 용접 변형의 보수(비뚤어짐 제거 작업)에 많은 노동력이 소비된다.In addition, for steel materials used in the upper structure of ships, it is required to make the plate thickness as thin as possible in view of weight reduction. Similarly, in other structures, the use of a relatively thin steel sheet is aimed at reducing the weight. However, since the deformation accompanying welding becomes more remarkable by making the plate thickness thinner, a lot of labor is consumed for the work for preventing the occurrence of deformation before welding and for repairing the welding deformation (skew removal work).
지금까지 행하여 온 대책으로서는 용접학회지 1988년 제52권 제 4 - 9호에 게재된「용접 변형의 발생과 그 방지」등의 보고에서 볼 수 있는 바와 같이, 주로 용접법, 보수법의 개량이 시도되어 왔다. 그러나, 이와 같은 기술은 부가적인 작업, 장치를 필요로 하며 제조 코스트의 상승을 피할 수 없으므로, 통상적으로 용접 비뚤어짐을 저감시킬 수 있는 강재의 개발이 요망되고 있다. 그러나 지금까지 강재의 면에서 용접 변형을 저감시키는 유효한 기술은 보고되어 있지 않다.As measures to be taken so far, as shown in the report of "Occurrence and Prevention of Welding Deformation" published in Journal of Welding Society 1988, Vol. 52, No. 4-9, mainly improvement of welding method and repair method was attempted. come. However, such a technique requires additional work, an apparatus, and an increase in manufacturing cost is inevitable, and therefore, development of steel materials that can reduce welding skew is usually desired. However, until now, no effective technique for reducing welding deformation in the aspect of steel has been reported.
용접부에서의 잔류 응력이나 변형의 발생기구에 관하여서는 1988년 구로끼(Kuroki) 출판사가 발행한 사또 (Sato)의 「용접구조요람」 이나, 1980년 PERGAMON PRESS가 발행한 K. Masubuchi의 「Analysis of Welded Structures」에 자세하게 기술되어 있다. 그러나, 상기 간행물들에서는 용접 변형이 주로 용접시의 입열(入熱)에 대한 부재의 기하학적 정상에 의하여 결정된다고 기술하고 있어, 사용되는 용접재료의 상세한 특성에 주목한 것은 아니다. 강 구조물 용접부의 상변태 온도가 잔류 응력이나 변형에 영향을 주는 인자라는 것은 상술한 간행물에도 명기되고는 있으나, 강 구조물을 대상으로 한 용접재료에서 구체적인 영향도의 정량화나 성분에 관한 검토는 되어있지 않다.Regarding the mechanism for generating residual stresses and deformations in welded parts, Sato's `` Welding Structure Manual '' published by Kuroki Publishing Co., Ltd. in 1988 or K. Masubuchi's `` Analysis of Welded Structures. " However, the above publications describe that the welding deformation is mainly determined by the geometrical normal of the member to the heat input at the time of welding, and therefore, attention is not paid to the detailed characteristics of the welding material used. The fact that the phase transformation temperature of welded steel structures affects the residual stress and deformation is specified in the above-mentioned publications, but there are no studies on the quantification or composition of specific influences in welding materials for steel structures. .
사또는 용접학회지 1976년 제45권 제7호에 있어서, 판 두께를 h, 용접 입열을 Q라 했을 때 Q/h2가 동등한 경우라도 강재가 다르면 용접 변형을 저감할 수 있는 것을 표시하고 있으나, 이것은 인장 강도가 800 MPa 수준의 강이든가, 9% Ni 강에 관한, 식견이며, 통상 저합금강에 적용할 수 있는 지식은 아니다.In the Journal of the Korean Welding Society, Vol. 45, No. 7, 1976, when the plate thickness is h and the welding heat input Q is indicated that even if Q / h 2 is equal, the weld deformation can be reduced if the steel materials are different. This is a knowledge of steels with a tensile strength of 800 MPa or about 9% Ni steels, and is not usually knowledgeable in low alloy steels.
또, 상기 상변태의 초소성(superplastic) 현상에 착안하여 잔류 응력의 완화나 변형 경감을 검토한 보고도 있다 (용접학회 전국대회 강연개요, 제39집, p. 338 - 339, p. 340 - 341). 이들은 모두 저합금강 및 스테인리스강의 마르텐사이트 변태에 착안한 것이며, 보통 강재의 성분 및 조직에 대하여 그대로 적용할 수 있는 지식은 아니다. 또한, 이와 같이 높은 값의 Ni를 함유하고 있는 경우에는 용접 재료의 비용이 높아져서, 비뚤어짐 처리 작업이 생략 가능하더라도 경제적 견지에서 실용적이 아니다. 또한, 이것을 조선 및 해양구조물의 보통 강 및 저합금 강에 적용하는 경우에는 용접 금속 부분이 전기적으로 과도하게 값이 비싸져서 용접 열영향부 (heat affected zone)에서의 선택적인 부식 현상이 발생하여 불편함이 생긴다. 용접 변형에 미치는 최대의 영향 인자는 강재 판 두께에 대한 용접 입열량이며, 이어서 용접 금속의 상변태 온도가 있다. 이들에 더하여 변형이 발생하는 온도에 있어서, 그 변형에 저항하도록 강재의 강도를 높힐 수 있다. 상변태 온도는 대략 400- 700℃의 범위에 있으며, 이 온도 영역에서의 강도를 Cr, Mo, V. Nb 등의 원소 첨가에 의하여 증대시키므로서 변형량을 저감시킬 수 있는 것이, 에컨대 Cr-Mo 강의 고온 강도의 식견으로부터 추측할 수 있다. 그러나 용접 금속부의 변태점 온도에서의 고온 강도를 확보하는 검토는 종래에는 실시되지 않았고, 또한, 이들의 첨가원소는 상술한 변태점 온도를 상승하여 용접 변형을 증대시키는 경향의 것이기 때문에, 적정 첨가량은 용이하게 결정할 수 있는 것은 아니었다.In addition, there have been reports of relieving residual stress and reducing strain by focusing on the superplastic phenomena of the above-mentioned phase transformation (Abstracts of the National Welding Society, Vol. 39, p. 338-339, p. 340-341). ). These are all focused on the martensitic transformation of low alloy steels and stainless steels, and are not knowledge that can be applied to components and structures of ordinary steels as they are. Moreover, when it contains such a high value Ni, the cost of a welding material becomes high and it is not practical from an economic standpoint, even if a skewing process can be omitted. In addition, when applied to ordinary steel and low-alloy steel of shipbuilding and offshore structures, the weld metal part is excessively expensive, resulting in selective corrosion in the weld heat affected zone. There is a ham. The largest influencing factor on the weld deformation is the weld heat input to the steel plate thickness, followed by the phase transformation temperature of the weld metal. In addition to these, at a temperature at which deformation occurs, the strength of the steel can be increased to resist the deformation. The phase transformation temperature is in the range of approximately 400-700 ° C., and the amount of deformation can be reduced by increasing the strength in this temperature range by adding elements such as Cr, Mo, V. Nb, and the like. It can be estimated from the knowledge of high temperature strength. However, studies to secure high-temperature strength at the transformation point temperature of the weld metal part have not been conducted in the past, and these additive elements tend to increase the transformation point temperature described above to increase welding deformation, so that an appropriate amount of addition is easily It wasn't possible to decide.
본 발명자들은 이미 일본국 특개평 4-22596호 및 특개평 4-22597호 공보로서 가스 쉴드 아크 (gas shield arc) 용접방법을 제안한 바 있으나, 동 공보는 용접 재료로서 강 와이어가 사용되며, 강재도 종래부터 있던 것으로서 400 - 700℃ 의 항복강도를 상승시킨 것은 아니었다. 일반적으로 강 와이어로 용접한 경우에는 용접시의 융합이 깊기 때문에, 용접 변형을 감소하는데 반드시 만족스러운 것은 아니었다.The present inventors have already proposed a gas shield arc welding method as Japanese Patent Laid-Open Nos. 4-22596 and 4-22597, but the wire uses steel wire as a welding material. As it has been conventionally, the yield strength of 400-700 ° C. has not been increased. In general, in the case of welding with steel wire, since the fusion during welding is deep, it is not necessarily satisfactory to reduce the welding deformation.
한편, 선체 외판 등의 복잡한 곡면에 두꺼운 강판을 가공하는 기술로서는 벤딩 롤러 (bending roller) 가공이나 프레스 가공으로 대표되는 냉간 가공이나, 가스 버너로 선상 가열하여 열소성 가공을 생기게 하는 기술이 있다. 이중, 가장 빈번하게 사용되고 있는 것이 선상 가열 가공법이다. 지금까지 선상 가열에 관해서는 일본조선학회 논문집 제103호 및 제106호에 게재된 스하라 (Suhara) 등에 의한 「강재의 열소성 가공에 관한 연구 1, 2」 나 일본조선학회 논문집 제126호에 게재된 사또(Sato) 등의 「선상 가열판 구부림 가공에서의 수냉의 효과」 및 일본조선학회 논문집 제133호에 게재된 아라끼 (Araki) 등의 「선상 가열 공법에 의한 강판의 각변형량에 관하여」 등의 여러 가지의 연구가 이루어지고 있으나, 이들의 연구는 선상 가열의 가열 냉각 수단에 관한 연구이다. 재료면에서 선상 가열에 적합한 재료에 관한 연구는 지금까지 보고되어 있지 않으며, 선상 가열에 의한 각 변형량이 큰강판의 개발이 요망되고 있다.On the other hand, as a technique of processing a thick steel plate on a complex curved surface such as a hull shell plate, there is a technique of cold working, which is represented by bending roller processing or press working, or a technique of producing a hot firing by linear heating with a gas burner. Of these, the most frequently used is the linear heating processing method. So far, on ship heating, see "Study on Thermoplasticity of Steels 1 and 2" by Suhara et al. Published in Japanese Society of Naval Architects Nos. 103 and 106, and Japanese Society of Naval Architects No. 126. `` Effect of Water Cooling in Linear Heating Plate Bending Process '' by Sato et al. And Araki et al., Published in Japanese Society of Naval Architects No. 133, on angular deformation of steel sheet by linear heating method. Although various researches, etc., are made, these studies are the study of the heating cooling means of linear heating. In terms of materials, studies on materials suitable for linear heating have not been reported so far, and development of steel sheets having a large amount of deformation due to linear heating is desired.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해소하고, 용접 변형이 적고 또한 선상 가열에 의한 구부림 가공성이 좋은 강판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.이에 부가하여, 본 발명은 용접 변형을 저감하는 용접재료 및 용접방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve such a problem and to provide a steel sheet having a low welding deformation and good bending workability by linear heating and a method for manufacturing the same. In addition, the present invention provides a welding material for reducing welding deformation. And a welding method.
제 1 도는 강판의 온도와 각 온도에서의 강판의 항복 응력의 실온에서의 강판의 항복 응력에 대한 비의 관계를 표시하는 도표이다.1 is a chart showing the relationship between the temperature of the steel sheet and the ratio of the yield stress of the steel sheet at each temperature to the yield stress of the steel sheet at room temperature.
제 2 도는 용접 금속의 온도와 각 온도에서의 용접 금속의 항복 응력의 실온에서의 용접 금속에 대한 항복 응력에 대한 비의 관계를 표시하는 도표이다.2 is a chart showing the relationship between the temperature of the weld metal and the ratio of the yield stress of the weld metal at each temperature to the yield stress with respect to the weld metal at room temperature.
제 3 도는 필렛 용접 접합부의 사시도이다.3 is a perspective view of a fillet weld joint.
제 4 도는 각(角) 변형량(δ)의 산출 방법의 설명도이다.4 is an explanatory view of a calculation method of the angular deformation amount δ.
제 5 도는 용접 입열량 (Q/h2)과 용접 각 변형량의 관계를 표시하는 도표이다.5 is a chart showing the relationship between the welding heat input amount Q / h 2 and the welding angle deformation amount.
제 6 도는 버너 이동 속도와 선상 가열 변형량의 관계를 표시하는 도표이다6 is a chart showing the relationship between burner travel speed and linear heating deformation amount.
제 7 도는 변태점 온도와 각 변형량의 관계를 표시하는 도표이다.7 is a chart showing the relationship between the transformation point temperature and the amount of deformation.
제 8 도는 본 실시예의 용접 입열량 (Q/h2)과 용접 각 변형량의 관계를 표시하는 도표이다.8 is a chart showing the relationship between the welding heat input amount Q / h 2 and the welding angle deformation amount in this embodiment.
제 9 도는 본 실시예의 버너 이동 속도와 선상 가열 각 변형량과의 관계를 표시하는 도표이다.9 is a chart showing the relationship between the burner movement speed and the linear heating angular deformation amount in this embodiment.
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위하여 강판에 복합 첨가한 석출물 형성 원소를 용접 열 이력 (welding heat history) 중에 석출시키고, 강판의 항복 응력을 용접중의 온도 변화에 따라서 소정의 범위에 둠으로써 동일한 용접 입열량에 대한 용접 각 변형을 억제하고, 또 용착 금속의 용접 열 이력중의 항복 응력의 변화를 특정하는 것으로서 용접 각 변형을 한층 더 작게 억제하는 것을 특징으로 한다.이에 부가하여, 본 발명은 ① 강판의 성분을 한정하므로써 700 - 400℃의 항복 강도를 상승시키는 것과, ② 솔리드 와이어(solid wire), 플럭스 코어드 와이어(flud cored wire), 메탈 코어드 와이어(metal cored wire) 등의 와이어에 관하여도 성분을 한정시키므로서, 용착 금속의 700 - 400℃의 항복강도를 상승시키든가, 혹은 용접재료의 Ar3변태 온도를 낮추어 변형 팽창을 크게 하는 것과, ③ 용접 조건에 관하여서는 Q/h2를 3 (Kcal/cm3)이하로 하는 것에 의한 세 가지의 상호 작용으로 용접 변형을 저감하는 것을 특징으로 한다.즉, 본 발명의 요지는 다음과 같다. 먼저, 강재를 중량%로 C: 0.02 - 0.25%, Si: 0.01 - 2.0%, Mn: 0.30 - 1.5%, Al: 0.003 - 0.10%, Nb: 0.005 - 0.10%, Mo: 0.05 - 1.00%, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 된 성분에 특정하여 판 두께 3 - 100mm(특히 판 두께가 3 - 25mm 의 경우에는 Nb 및 Mo 의 상한을 각각 0.025%로 한다)의 강판으로 제조하여, 그 강판의 항복 응력을 실온 이상 600℃ 이하의 온도 범위에 걸쳐서, 강판의 온도 T에서의 항복 응력 σyT와 실온에서의 항복 응력 σy의 비가 (1)식을 충족시키는 범위로 한다.1.00 - 1.083 × 10-3T < (σyT/σy) < 1.16-5.101 × 10-4T····(1)단, T: 강판의 온도(℃) (단 실온이상 600℃ 이하의 범위로 한다)σyT: 강판의 온도가 T 일 때의 항복 응력 (MPa)σy: 실온에서의 항복 응력 (MPa)또한, 판 두께가 3 - 25mm 의 경우에는 하기 (2)식의 범위의 항복 응력으로 하는것이 바람직하다.1.00 - 1.083 × 10-3T < (σyT/σy) < 1.16-7.333 × 10-4T····(2)다음에 용접재료의 성분을 용접 금속 전 중량에 대하여, C: 0.03 - 0.15%, Si: 0.2 - 1.0%, Mn: 0.3 - 3.0% 를 함유하고, 또, Cu: 0.1 - 1.5%, Cr:0.1 - 3.0%, Mo: 0.1 - 2.0%, V: 0.1 - 0.7%, Nb: 0.01 - 0.50% 중의 적어도 일종을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 된 성분에 특정하고, 또한, 용접 금속 중에 차지하는 각원소의 중량% 에 의하여 (3) 식으로 정하는 α - γ 변태온도 T 가 620℃ 미만이 되도록 한다.T(。C) = 630 - 476.5C + 56Si - 19.7Mn - 16.3Cu - 26.6Ni - 4.9Cr + 38.1Mo + 124.8V + 136.3Ti - 19.lNb + 19.8.4Al + 3315B ····(3)이러한 용접 재료를 용접하는 것으로서, 용착 금속의 항복 응력을 판 두께 방향의 온도 분포에 응하여 하기 (4)식, 바람직하기는 (5)식으로 규정하는 범위로 할 수 있다.1.00 - 1.083 × 10-3To< (σyoto/σyo) < 1.16 - 5.101 × 10-4To····(4)l.00 - 1.083 × 10-3To< (σyoto/σyo) < 1.16 - 7.333 × 10-4To····(5)단, To: 용착 금속의 온도 (℃)(단, 실온 이상 600℃ 이하의 범위로 한다)σyoto: 용착 금속의 온도가 T일 때의 항복 응력 (MPa)σyo: 실온에서의 항복 응력 (MPa)본 발명에 있어서, 상기 강판과 상기 용접 재료를 따로 따로 사용하여 용접하여도 종래의 방법으로 용접한 경우에 비하여 대폭으로 용접 각 변형량을 감소시킬 수 있으나 양자를 병용하므로써 더욱, 용접 각 변형량을 감소시킬 수 있다.또, 본 발명의 어떤 경우에서도 용접 각 변형량이 작기 때문에 용접 입열량을 크게(Q/h2를 3 Kcal/cm3에 가까이 한다)하는 것이 가능하며, 용이하게 용접할 수 있다.[실시예]먼저, 본 발명의 기술 사상에 관하여 언급한다.강판의 용접 변형을 방지하기 위하여 용접 열 이력에 수반하는 각 변형과 용접 잔류 응력형성 후의 버클링 변형을 방지할 필요가 있다. 그 때문에, 예를 들면 용접입열량을 용접되는 판 두께에 대하여 작게 하든가 또는 용접 전에 인장 응력을 부여하는 등의 용접법 및 용접 장치의 개발은 여러 번 행하여 왔다. 그러나, 강재면으로부터 용접 변형을 저감하는 시도는 성공하지 못하고 있다.일반적으로, 용접시에는 강판의 판 두께 방향에 온도 분포가 생기고, 용접 비드(bead)에 가까운 위치는 고온에 노출되기 때문에, 열응력이 강판의 항복 응력을 즉시 넘어서 소성변형이 진행한다. 소성변형의 진행에 의하여 소성변형이 증가하고, 용접 종료 후에 온도가 실온까지 내려간 시점에서 그 소성 변형에 기인하는 잔류응력이 형성되고, 일반적으로 상기 부분의 잔류 응력은 인장 응력으로 되어 수축변형을 하려고 한다. 이 잔류 응력의 크기는 실온에서의 항복 응력이기 때문에 실온에서의 항복 응력이 높을수록 잔류 응력도 크며, 수축 변형의 구동력도 큰 것으로 된다.용접 비드로부터 떨어진 위치에서는, 강판 온도가 그다지 상승하지 않기 때문에 용접 비드에 가까운 위치에 비해 꽤 늦게서야 항복 응력을 넘는다. 여기서 용접 비드로부터 떨어진 위치에 항복 응력이 온도의 상승에 의하여도 그다지 저하하지 않으면 용접 비드에 가까운 위치가 수축하여 각 변형을 일으키고자 하여도 그 변형의 큰 저항으로 된다.따라서, 용접 열 이력에 수반하는 온도의 상승에 응하여 항복 응력의 저하가 Nb, Mo의 복합 첨가에 의한 석출 강화로 억제되면 용접 각 변형을 억제하는 것이 가능하다. 한쪽에서 용접 종료 온도가 실온까지 저하된 시점에서의 용접 잔류 응력은 실온에서의 항복 응력으로 되어 있기 때문에, 실온에서의 항복 응력이 너무 크면 잔류 응력에 의하여 열 버클링을 일으켜서 용접 각 변형과는 별도의 용접 변형이 생겨 버린다. 따라서, 최종적인 용접 변형을 억제하기 위해서는 실온에서의 항복 응력이 과대해지는 것을 피하는 것과, 용접 열 이력중의 고온 영역에서의 항복 응력의 저하량을 감소시키는 것을 잘 조정할 필요가 있다. 실온에서의 항복 응력의상한은 고온 영역에서의 항복 응력과 조정하여 결정하기 때문에 무조건적으로 규정할 수 없으나, 기준으로서 36 Kgf/mm2이하가 바람직하다. 금속조직은 페라이트이어야 하고 베이나이트, 마르텐사이트 등과 같은 저온 변태 조직은 면적율로 30% 미만으로 억제되어야 한다.이와 같이, 용접 각 변형을 억제하기 위하여서는 상온에서의 항복 응력이 작고, 용접 열 이력 중의 고온에서의 항복 응력이 높은 것이 필수이다. 통상의 강은 온도의 상승과 함께 연속적으로 또한 똑같이 항복 강도가 저하하기 때문에, 상기와 같은 조건을 만족시키기 위하여서는 상온에서의 항복 응력(σy)과 용접 열 이력중의 고온에서의 항복 응력(σyT)의 비(比)(σyT/σy)를 크게 하는 (1에 가깝게 하는) 것이 필요하다. 즉, 용접 열 이력에 응하여 강판의 항복 응력을 소정의 범위로 제어함으로써 용접 각 변형을 억제하는 것이 가능하다.본 발명에서는 대상으로 하는 강판의 판 두께를 3mm 이상 100mm 이하로 한다. 판두께가 3mm 미만에서는 용접에 의하여 판 두께 방향 전면이 거의 동시에 항복해 버리고, 본 발명의 효과가 없어질 뿐만 아니라 용접 잔류 응력에 의하여 용이하게 열버클링을 이르키고 만다. 또 판 두께 25 mm를 넘으면 용접 변형은 급격히 감소하고, 100 mm를 넘으면 용접 각 변형 그 자체가 그다지 문제가 되지 않는다.본 발명의 강판은 용접에 수반한 판 두께 방향의 온도 분포에 응하여 항복 응력이 소정의 범위에 있는 것을 특징으로 하지만, 그 때의 항복 응력은 (1)식, 바람직하기는 (2)식을 충족할 필요가 있다.1.00 - 1.083 × 10-3T < (σyT/σy) < 1.16 - 5.101 × 10-4T····(1)1.00 - 1.083 × 10-3T < (σyT/σy) < 1.16 - 7.333 × 10-4T····(2)단, T: 강판의 온도(℃)(단 실온이상 600℃ 이하의 범위로 한다)σyT: 강판의 온도가 T 일때의 항복 응력(MPa)σy: 실온에서의 항복 응력(MPa)여기서, (σyT/σy)가 (1)식 및 (2)식의 좌변에서 표시되는 하한보다 작으면, 용접열 이력에 의하여 용접 비드로부터 떨어져 있는 위치도 용이하게 항복해 버리고 각변형을 억제할 수 없다. 또, (σyT/σy)가 (1)식, 바람직하기는 (2)식의 우변에서 표시되는 상한보다 크면, 용접 비드에 가까운 위치에서도 소성변형이 진행되지 않고 용접 금속 자체가 갈라져 버리는 경우가 있다. 또한 여러 가지의 실험에서 600℃초과에서의 항복 응력의 값은 용접 각 변형량에 미치는 영향이 작다는 것을 확인했으므로, (1)식 및(2)식의 효과는 실온으로부터 600℃ 의 범위에서의 항복 응력을 규정하면 충분하다.또, 용접 열 이력에 응하여 용착금속의 항복 응력이 변화하는 것을 이용하여 용접변형을 억제하는 것도 가능하다. 용착금속은 용융응고를 거쳐 온도가 내려가는 과정에서 수축변형을 한다. 그때의 용착금속의 항복 응력이 온도에 대하여 (4)식, 바람직하기는 (5)식을 충족시키는 범위에 있으면 용접 변형이 억제된다.1.00 - 1.083 × 10-3T < (σyT/σy) < 1.16 - 5.101 × 10-4To····(4)1.00 - 1.083 × 10-3T < (σyT/σy) < 1.16 - 7.333 × 10-4To····(5)단, To: 용착금속의 온도(℃)(단 실온이상 600℃이하의 범위로 한다)σyoto: 용착금속의 온도가 To일때의 항복 응력(MPa)σyo: 실온에서의 항복 응력(MPa)여기서, (σyT/σy)가 (4)식, 및(5)식의 좌변에서 표시되는 하한보다 작으면, 용접중에 용접비드의 소성변형이 너무켜져 버려서 각 변형량이 증가한다. 또(σyoTo/σyo)가 (4)식, 바람직하기는 (5)식의 우변에서 표시되는 상한보다 크면, 용접 열 이력중에 용착금속자체가 갈라져 버리고 마는 경우가 있기 때문이다.또, 본 발명의 강판을 본 발명의 용접재료를 사용하여 용접하므로서 상승효과로 용접 각 변형량을 더욱 저감시키는 것이 가능하다.본 발명은 용접방법에 의존하지 않고 종래의 보고와 같이 용접입열량을 작게하므로서 용접 변형을 작게 억제할 수 있다. 종래의 보고에서는 Q/h2= 3 - 5(Kcal/cm3)의 조건이 되도록 판두께 h(cm)단위 길이당의 용접입열량 Q(cal/cm)의 관계의 용접조건을 택할 경우에 용접 각 변형량이 최대로 된다고 하고 있다. 이때문에 Q/h2가 3 - 5(Kcal/cm3)보다 작든가, 또는 커질 수 있는 용접조건으로 용접하므로서 용접 변형은 보다 억제된다.그렇지만, 본 발명에서의 각 변형량은 전체적으로 작기 때문에, 상기의 용접입열량에 영향받지 않고, Q/h2가 3 - 5 Kcal/cm3이라하여도 용접 각 변형량을 1.55 ×1O-2rad 이하로 작게 억제할 수 있으므로, 용접조건으로서 매우 유리하다.여기서 본 발명의 특성을 실험 데이타에 의거하여 거듭 설명한다.먼저 제 1 도에 표시한 바와 같은 항복 응력의 온도 의존성을 보유하는 강판(A-G)을 제 2 도에 표시하는 바와 같은 항복 응력의 온도 의존성을 보유하는 용접재료(a-g)로 제 1 표에 표시한 용접조건으로 용접하였다.제 1 도는 용접시의 각 온도 (T)에서의 강판의 항복 응력 (σyT)과 실온에서의 항복응력 (σy)의 비 (σyT/σy)와, 강판의 온도 (T)와의 관계를 표시한 그래프로, 본 발명의 강판(A, B, C, F)은 (σyT/σy) = 1.16 - 5.1101 × 10-4T ∼ 1.0 - 1.083 ×10-3T의 범위에 있으며, 특히 바람직한 범위는 (σyT/σy) = 1.16 - 5.1101 × 10-4T ∼ 1.16 - 7.333 × 10-4T 의 범위에 있다.같은 방법으로 제 2 도는 용접시의 각 온도 (To)에서의 용착 금속의 항복 응력 (σyoTo)과 실온에서의 항복 응력 (σyo)의 비(σyoTo/σyo)와, 용착 금속의 온도 (To)와의 관계를 표시한 그래프로, 본 발명의 용접 재료 (a, b, c, f)는 (σyoTo/σyo) = 1.16 - 5.101 × 10-4To∼ 1.0 - 1.083 × 10-3To의 범위에 있으며, 특히 바람직하기는(σyoTo/σyo) = 1.16 - 5.101 × 10-4To∼ 1.16 - 7.333 × 10-4To의 범위에 있다.
강 구조물의 제작에 있어서 용접 접합 부분은 필수의 기술요소이지만 용접 변형의 방지와 그 교정기술은 경험적으로 얻어지는 것일 때가 많다. 작금, 강 구조물의 설계의 합리화나 미관 등의 관점에서 용접 변형 저감 기술이 요구되고 있음과 동시에 숙련 용접공의 부족이나 용접 공정의 자동화의 점에서도 발생하는 변형이 적은 용접 재료를 공급하는 것이 요망되고 있었다. 본 발명은 접합부의 제 특성을 손상하지 않고, 자동 및 반자동의 용접 공정에 있어서 용접 변형이 적은 용접 방법을 제공하는 것이며, 상술한 기술적 요구의 배경으로 보아 의의가 큰 발명인 것이다. 경제적으로 문제가 없는 범위에서 변형 교정을 위한 작업이 생략 가능한 외에 상술한 부가가치를 실현하는 것이 가능하다는 현저한 효과가 있다.Although the welded joint is an essential technical element in the fabrication of steel structures, the prevention of welding deformation and the correction technique are often obtained empirically. In recent years, in view of the rationalization and aesthetics of the design of steel structures, a technique for reducing welding strain has been required, and at the same time, it has been desired to supply a welding material having a low degree of deformation that occurs due to the lack of skilled welders and automation of welding processes. . The present invention is to provide a welding method with less welding deformation in the automatic and semi-automatic welding processes without impairing the properties of the joints, and is a significant invention in view of the above technical requirements. There is a remarkable effect that it is possible to realize the above-described added value in addition to the fact that the work for deformation correction can be omitted in an economically trouble-free range.
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