KR100482222B1 - 고탄소강의 플래쉬 버트 용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고탄소강의 플래쉬 버트 용접방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 고탄소강의 플래쉬 버트 용접시 플래쉬과정과 업셋과정의 조건을 적절히 제어하고, 용접후 적정조건의 전류에 의해 열처리를 행함으로서, 용접성이 향상되고 건전한 용접부가 형성되는 용접방법을 제공하고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 탄소함량이 0.45%이상인 고탄소강으로 구성되는 소재를 맞대어 플래쉬 버트 용접하는 방법에 있어서, 용접에 의해 소멸되는 상기 소재의 전체 길이를 15-20mm로 하고, 1차 플래쉬 시간을 20-25초로 하고, 2차 플래쉬에 의한 이동거리를 5-8mm로 하고, 업셋에 의한 이동거리를 3-5mm로 하여 용접을 행한 다음, 용접부에 2500-3000A의 전류를 6초이상 통전시키는 것을 특징으로 하는 고탄소강의 플래쉬 버트 용접방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

고탄소강의 플래쉬 버트 용접방법{A Method of Flash Butt Welding for High Carbon Steel}

본 발명은 열연 고탄소강 생산라인의 코일용접 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 단락전류로 인하여 저항발열하게 된다. 이에 따라, 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. 따라서, 플래쉬 과정에서 가열된 양쪽 부분이 건전한 용접부를 형성하게 된다. 그러나, 0.45%정도 이상의 탄소를 함유한 고탄소강은 열을 받은 부분 즉, 열영향부가 경도가 높은 취성의 조직으로 변태하여 용접부가 매우 취약하게 되는 문제가 있다. 이와 같은 고경도의 용접부는 파단의 주요 원인으로 작용한다.

이에, 본 발명자들은 상기 용접부가 취약해지는 문제점을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 고탄소강의 플래쉬 버트 용접시 플래쉬과정과 업셋과정의 조건을 적절히 제어하고, 용접후 적정조건의 전류에 의해 열처리를 행함으로서, 용접성이 향상되고 건전한 용접부가 형성되는 용접방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 탄소함량이 0.45%이상인 고탄소강으로 구성되는 소재를 맞대어 플래쉬 버트 용접하는 방법에 있어서, 용접에 의해 소멸되는 상기 소재의 전체 길이를 15-20mm로 하고, 1차 플래쉬 시간을 20-25초로 하고, 2차 플래쉬에 의한 이동거리를 5-8mm로 하고, 업셋에 의한 이동거리를 3-5mm로 하여 용접을 행한 다음, 용접부에 2500-3000A의 전류를 6초이상 통전시키는 것을 특징으로 하는 고탄소강의 플래쉬 버트 용접방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하는데, 먼저 플래쉬와 업셋에 의한 용접조건을 설명한 다음, 이어서 열처리 조건에 대하여 설명한다.

일반적으로, 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 순간적으로 가압하게 된다.

본 발명에서는 용접에 의해 소멸되는 소재의 전체 길이 즉 언클램프의 거리가 15-20mm인 것이 바람직하다.

상기 언클램프의 거리가 15mm미만인 경우는 가열되어 소멸되는 양이 적으므로 충분한 가압변형이 되지 못하고 냉접과 같은 결과를 초래하게 되는 문제가 있고, 그 거리가 20mm를 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.

일반적으로, 고탄소강의 경우는 열영향부의 취약성으로 인한 판파단으로, 조업에 많은 지장을 초래하고 있다. 예를 들면, 탄소함량이 0.45%이상인 고탄소강을 열간압연하고 표면의 산화물을 제거한 후 피막을 입히는 공정에서, 연속작업을 위하여 플래쉬 버트 용접을 실시하는데, 이 경우에도 열영향부가 취약하다는 문제가 있다. 이에, 본 발명에서는 용접후 열처리를 행하여 이같은 열영향부의 취약성을 저감시키는 것이다.

본 발명에서는 용접과정에서 업셋이 완료된후 언클램핑(unclamping)하고 다시 클램핑(clamping)하여 2500-3000A의 전류를 6초이상 통전시킨다.

상기 전류가 2500A미만이면 열처리온도에 달하지 못하는 문제가 있고, 3000A를 초과하면 너무 고온이 되어 열화되는 문제가 있기 때문에, 2500-3000A의 범위로 행하는 것이 바람직하다.

상기 전류는 6초이상 통전시키는 것이 바람직한데, 6초미만인 경우에는 열처리효과가 미미하여 연성이 충분히 회복되기 어렵기 때문이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예 1

탄소 함량이 0.46%인 고탄소강을 하기 표1과 같은 용접조건으로 각각 2개의 플래쉬 버트용접을 행하여, 용접조건별로 2개씩의 시험편을 준비하였다.

	비교예1	비교예2	발명예3	비교예4	비교예5
Jump(초)	10	10	10	10	10
예비플래쉬(초)	1	1	1	1	1
1차플래쉬(초)	25	15	25	20	15
2차플래쉬(mm)	6	8	8	12	12
1차업셋(mm)	1	1	2	1	1
2차업셋(mm)	2	2	3	3	3
언클램프(mm)	14	14	18	22	22

상기 표2의 조건에 의한 용접실시 후, 얻어진 시험편 중에서 1개씩은 2700A의 전류를 10초씩 통전하여 열처리를 행하고, 나머지 1개는 열처리를 행하지 않았다. 얻어진 시험편에 대한 용접부의 건전성 및 성형성 평가를 위하여 굽힘시험을 실시하였으며, 그 결과 용접부에 발생한 균열의 길이를 굽힘시험편 폭에 대한 비율을 측정하여 그 결과를 도 1에 나타내었다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 열처리를 행하지 않은 시험편들은 모두 용접부에 존재하는 산화물에 의한 파단 뿐만아니라 열영향부의 경화성으로 용접후 굽힘시험결과 100% 파단이 일어났으나, 열처리를 행한 경우에는 연성이 회복되어 그러한 파단은 없었으나, 다만 용접조건이 본 발명의 범위를 벗어난 경우(비교예 1,2,4,5)는 용접부의 산화물에 의한 균열을 일으키고 있었다.

실시예 2

상기 실시예 1에서 발명예(3)의 조건으로 용접한 후, 2700A의 전류를 하기 표2와 같은 통전시간으로 열처리를 행하여 용접하였다.

얻어진 용접부에 대한 인장강도 및 최고경도(Hv)를 측정하여 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.

	처리시간(초)	인장강도(kg/mm2)	최고경도(Hv)
비교재 1	2	63.2	595
비교재 2	4	63.7	534
발명재 3	6	58.6	447
발명재 4	8	52	381
발명재 5	10	52.5	323

상기 표2에서 알 수 있는 바와 같이, 통전시간을 6초이상 행한 발명재(3-5)의 경우는 최고경도가 500Hv이하의 값을 보였는데, 이는 회복이 일어나 충분히 연성이 회복되었음을 의미하는 것이다.

이에 반하여, 통전시간을 6초미만으로 행한 비교재(1-2)의 경우는 최고경도가 500Hv이상의 값을 보였다.

상기 발명재(5)에 의한 용접부와 열처리를 행하지 않은 용접부에 있어, 용접중심선으로 부터 거리에 따른 경도를 각각 측정하여 그 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 전류에 의한 열처리를 행함으로서, 용접부의 인성이 회복되는데 특히 용접중심부의 회복이 우수하였다.

한편, 열처리시 전류를 2500A미만으로 6초 행하고, 3000A를 초과하여 6초 행하는 실험을 하였는데, 2500A미만인 경우에는 열처리온도가 550℃미만을 보여 그 효과가 미미하였고, 3000A를 초과하는 경우에는 열화되는 문제가 있었다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 기존 조건에 의한 용접에 비하여 용접부 결함비율이 10배 이상 낮아졌으며, 열처리에 의해 성형성이 매우 우수한 용접부가 얻어진다는 효과 있다.

도 1은 열처리전후 굽힘시험결과 나타나는 용접부의 균열비율을 보이는 그래프

도 2는 플래쉬 버트 용접에 의한 용접부의 열처리 전후 경도를 보이는 그래프

Claims (1)

1. 탄소함량이 0.45%이상인 고탄소강으로 구성되는 소재를 맞대어 플래쉬 버트 용접하는 방법에 있어서,

   용접에 의해 소멸되는 상기 소재의 전체 길이를 15-20mm로 하고, 1차 플래쉬 시간을 20-25초로 하고, 2차 플래쉬에 의한 이동거리를 5-8mm로 하고, 업셋에 의한 이동거리를 3-5mm로 하여 용접을 행한 다음, 용접부에 2500-3000A의 전류를 6초이상 통전시키는 것을 특징으로 하는 고탄소강의 플래쉬 버트 용접방법