KR100325352B1

KR100325352B1 - 고강도강의 플래쉬 버트 용접방법

Info

Publication number: KR100325352B1
Application number: KR1019990029310A
Authority: KR
Inventors: 김영섭; 강문진
Original assignee: 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1999-07-20
Filing date: 1999-07-20
Publication date: 2002-03-04
Also published as: KR20010010426A

Abstract

본 발명은 고강도강의 플래쉬 버트 용접방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 고강도강의 플래쉬 버트 용접시 플래쉬과정과 업셋과정의 조건을 적절히 제어함으로서, 용접성이 향상되고 건전한 용접부가 형성되는 용접방법을 제공하고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고강도강으로 구성되는 소재를 맞대어 플래쉬 버트 용접하는 방법에 있어서, 용접에 의해 소멸되는 상기 소재의 전체 길이가 12-16mm이고, 1차 플래쉬 시간을 20-25초로 하고, 2차 플래쉬에 의한 이동거리가 5-8mm이고, 업셋에 의한 이동거리가 3-5mm인 것을 특징으로 하는 고강도강의 플래쉬 버트 용접방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

고강도강의 플래쉬 버트 용접방법{A Method of Flash Butt Welding for High Strength Steel}

본 발명은 냉연 고강도강 생산라인의 코일용접이나 자동차 휠림(wheel rim)용접 등의 분야에 적용할 수 있는 플래쉬 버트 용접방법에 관한 것이다.

일반적으로 플래쉬 버트(flash butt)용접은 저항용접에 있어서 대표적인 맞대기 압접방법이다. 서로 용접하기 위한 단면을 적절한 속도로 국부적인 접촉부를 발생시킴으로서, 이 접촉부가 높은 전류밀도의 단략전류로 인하여 저항발열하게 된다. 따라서, 접촉부는 용융파단되며 아크가 발생하여 그 부근이 가열된다. 이 아크에 의하여 용융된 금속은 비산하게 된다. 이것을 플래쉬라고 하는데, 이 플래쉬가 연속적으로 발생하여 용접단면을 가열하게 된다. 이 용접단면이 균일하게 가열된 상태에서 가압하여 접합하게 되는데, 이것은 업셋(upset)과정이라고 한다.

한편, 플래쉬 과정에서 형성된 산화물은 플래쉬와 함께 비산되거나, 업셋과정에서 용융금속과 함께 외부로 방출하게 된다. 그러나, 용접소재의 조성이나 용접조건에 따라서 산화물은 용접부에 잔존하게 되어 용접부를 취약하게 만든다.

특히, 고강도강은 제강과정에서 탈산과 강도향상을 목적으로 Si, Mn, Al 등을 첨가한다. 이러한 원소들이 플래쉬 버트 용접시 산화물을 형성하여 용접부에 결함을 발생시켜 고강도강 생산라인이나 고강도강을 이용한 용접시 장애로 작용하는 문제가 있다.

이에 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 고강도강의 플래쉬 버트 용접시 플래쉬과정과 업셋과정의 조건을 적절히 제어함으로서, 용접성이 향상되고 건전한 용접부가 형성되는 용접방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 플래쉬 버트 용접에 의한 용접부의 경도를 보이는 그래프

도 2는 여러 가지 용접조건에 따라 얻은 용접부의 변형한계 값을 보이는 그래프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고강도강으로 구성되는 소재를 맞대어 플래쉬 버트 용접하는 방법에 있어서, 용접에 의해 소멸되는 상기 소재의 전체 길이가12-16mm이고, 1차 플래쉬 시간을 20-25초로 하고, 2차 플래쉬에 의한 이동거리가 5-8mm이고, 업셋에 의한 이동거리가 3-5mm인 것을 특징으로 하는 고강도강의 플래쉬 버트 용접방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

철강소재의 고강도화 및 수요증대에 의해, 그 생산에 있어서도 많은 애로점이 발생되고 있다. 본 발명의 용접방법에서 용접 대상인 고강도강으로서는 일반적인 고강도강을 적용할 수 있는데, 그 중에서도 하기 표1과 같은 화학조성을 갖는 고강도강을 적용하는 경우 보다 우수한 효과를 얻을 수 있다.

성분	C	Si	Mn	P	S	Al	N₂	Nb
함량(wt%)	0.166-0.194	0.45-0.55	2.70-2.90	≤0.02	≤0.01	0.015-0.05	≤0.007	0.04-0.05

플래쉬 버트 용접에 있어서 산화물 형성을 억제하고 완전한 용접부를 얻기 위해서는 플래쉬 과정에서 용접단면의 가열정도가 균일하여야 하며, 업셋 압력 또는 거리도 적절하게 적용하여야 한다. 플래쉬와 업셋에 의하여 용접모재가 용융소멸되는 거리를 언클램프(unclamp)거리라고 한다. 플래쉬 과정은 1,2차로 구분하여 1차 플래쉬 과정에서 미세한 플래쉬를 발생시켜 용융층을 균일하게 할 필요가 있으며, 2차 플래쉬 과정은 가속도에 의한 업셋 이전단계가 된다.

한편, 업셋시 빠른 속도로 가압하여야 한다. 그렇지 않으면 용접단면에 산화물이 형성하여 문제가 된다. 플래쉬 직후 가압시 산화물 형성을 억제하기 위하여 초기 업셋은 2차 플래쉬과정과 같은 가속도로 실시하며, 최종적으로 높은 전류와 함께 가압하게 된다. 그리고, 맞댄 면이 서로 어긋나게 되는 경우도 있으므로 조심하여야 한다.

본 발명에서는 용접에 의해 소멸되는 소재의 전체 길이 즉 언클램프의 거리가 12-16mm인 것이 바람직하다.

상기 언클램프의 거리가 12mm미만인 경우는 가열되어 소멸되는 양이 적으므로 충분한 가압변형이 되지 못하고 냉접과 같은 결과를 초래하게 되는 문제가 있고, 그 거리가 16mm를 초과하는 경우는 많은 양이 소멸되어야 하지만 가압시 가열/용융된 부분이 완전히 배출되지 못하여 용접부에 용융금속이 잔존하여 결함을 유발할 가능성이 매우 높기 때문이다.

또한, 본 발명에서는 1차 플래쉬 시간을 20-25초로 하는 것이 바람직하다.

상기 1차 플래쉬는 용융층을 균일하게 행하는 것으로, 그 시간이 20초 미만인 경우는 충분히 가열되지 않고, 25초를 초과하는 경우는 가열영역이 너무 커서 가열되고 밀린 후 남는 부분이 용접부 결함으로 작용하기 때문에 20-25초로 한다.

또한, 본 발명에서는 2차 플래쉬에 의한 이동거리가 5-8mm인 것이 바람직하다.

상기 2차 플래쉬는 가속도에 의해 행해지는 과정으로서, 그 이동거리가 5mm미만이거나 8mm를 초과하는 경우는 가열된 영역에 알맞는 이동이 행해지지 않는 것이다.

또한, 본 발명에서는 업셋에 의한 이동거리가 3-5mm인 것이 바람직하다.

상기 업셋은 빠른 속도로 가압하는 것으로, 가압시 산화물 형성을 억제하기 위하여 초기 업셋은 가속도로 실시하며, 최종적으로 높은 전류와 함께 가압하게 된다. 이때, 업셋은 3-5mm의 이동거리로 행하는 것이 바람직하며, 초기 업셋은 1-2mm, 이후는 2-3mm가 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예

상기 표1과 같은 조성의 고강도강을 하기 표2와 같은 용접조건으로 플래쉬 버트용접을 행하였다.

	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	비교예5	발명예	비교예6	비교예7	비교예8
Jump(초)	10	10	10	10	20	10	10	10	10
예비플래쉬(초)	1	1	1	1	1	1	1	1	1
1차플래쉬(초)	25	27.5	37.5	40	50	25	15	30	30
2차플래쉬(mm)	8	9	10.5	10	6	6	4.5	4.5	4.5
1차업셋(mm)	2.0	1.5	1.5	1.5	1.0	1.0	1.0	1.0	0.5
2차업셋(mm)	3	2	2.5	2.5	2	2	1.5	1.5	2.0
언클램프(mm)	18	18	22	22	14	14	10	10	10

상기 표2의 조건에 의한 용접실시 결과에 따르면, 언클램프의 거리가 16mm를 초과하는 경우에 있어서는 가압시 가열(용융)된 부분이 완전히 배출되지 못하여 용접부에 용융금속이 잔존함으로 해서 결함이 유발되었다. 한편, 언클램프의 거리를 12mm미만으로 행한 경우에 있어서는 가열되어 소멸되는 양이 적어 충분한 가압변형이 되지 못하고 냉접과 같은 결과를 초래하였다.

본 실시예에서는 상기 표2와 같은 조건으로 용접된 용접부에 대한 평가를 행하였는데, 플래쉬 버트 용접부에 대한 경도분포는 도 1에서 보는 바와같이, 용접부가 모재에 비하여 높은 경도를 나타내고 있으며, 모든 용접조건에서 유사한 결과를 얻을 수가 있었다.

한편, 플래쉬 버트 용접부에 대한 평가에 있어서, 가장 간편하게 적용할 수 있는 방법은 성형성 평가의 방법으로 에릭센(Erichsen)시험이라고 하는 것이 있다. 이것은 소형 볼을 이용하여 용접부가 파단될 때까지 압출하여 나간 거리를 상호비교하는 방법이다. 따라서, 성형성이 우수한 경우에는 그 거리가 큰 것으로 그 만큼 용접부가 상대적으로 건전하다고 평가할 수 있다.

본 실시예에서는 상기 표2와 같은 용접조건에 의해 용접된 용접부에 대하여, 성형성 평가(에릭센 시험)를 하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명의 조건을 만족하는 발명예는 비교예 (1-8)에 비하여 우수한 값을 나타내었다.

상술한 바와같은 본 발명에 의하면, 고강도강의 플래쉬 버트 용접시 플래쉬과정과 업셋과정의 조건을 적절히 제어하여, 기존의 용접조건에 의해 얻어진 용접부에 비하여 성형성이 1.5-2.0배 정도 우수한 용접부가 형성되는 효과가 제공된다.

Claims

고강도강으로 구성되는 소재를 맞대어 플래쉬 버트 용접하는 방법에 있어서,

용접에 의해 소멸되는 상기 소재의 전체 길이가 12-16mm이고, 1차 플래쉬 시간을 20-25초로 하고, 2차 플래쉬에 의한 이동거리가 5-8mm이고, 업셋에 의한 이동거리가 3-5mm인 것을 포함하고, 상기 고강도강은 중량%로 C:0.166-0.194%, Si:0.45-0.55%, Mn:2.70-2.90%, P:0.02%이하, S:0.01%이하, Al:0.015-0.05%, N₂:0.007%이하, Nb:0.04-0.05%를 함유하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 버트 용접방법.
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