KR100492144B1

KR100492144B1 - 막대기 조인트 co2 용접용 세라믹 뒷댐재 및 이를 이용한 맞대기조인트 co2 용접 방법

Info

Publication number: KR100492144B1
Application number: KR1019970035080A
Authority: KR
Inventors: 윤형묵; 석한길; 장태원; 이윤수; 진호문
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1997-07-25
Publication date: 2005-08-31
Also published as: KR19990011829A

Abstract

본 발명은 강재를 루트 갭 없이 맞대기 조인트(butt joint) CO₂ 용접할 때 사용되는 세라믹 뒷댐재 및 이를 이용한 맞대기 조인트 CO₂ 용접 방법에 관한 것이며, 루트 갭 없는 맞대기 조인트 CO₂ 용접에서 이면 비드의 형성을 위해 용접 대상물 하부의 용접선에 부착되는 세라믹 뒷댐재에 있어서, 용접 대상물(51) 하부에 접하는 쪽의 상면이 평평하게 형성되어 있는 세라믹 재의 고형 플럭스(41), 상기 고형 플럭스(41)의 상면에 도포되는 파이버 글래스(43), 및 상기 플럭스(41)와 상기 파이버 글래스(43)를 상기 용접 대상물(51)의 이면에 부착시키는 접착제가 도포된 알루미늄 포일(45)을 포함하는 맞대기 조인트 CO₂ 용접용 세라믹 뒷댐재(35)와; 개선면이 형성된 두 용접 대상물(51)을 서로 맞대어 맞대어진 용접 대상물의 개선면내에 가용접하는 단계; 상기 세라믹 뒷댐재(35)를 상기 맞대어진 용접 대상물(51)의 이면 용접선에 부착시키는 단계; 및 도포재가 도포되어 있는 절단 와이어로 된 충진재(57)를 상기 개선면 내에 충전한 다음 용접 와이어(59)로 용접 대상물(51)을 CO₂ 용접하는 단계; 를 포함하는 맞대기 조인트 CO₂ 용접 방법이 제공되며, 이로써 이면 비드의 용락에 따른 불량을 방지할 수 있어서 양호한 이면 비드를 형성할 수 있는 효과가 있다.

Description

맞대기 조인트 CO2 용접용 세라믹 뒷댐재 및 이를 이용한 맞대기 조인트 CO2 용접 방법

(기술 분야)

본 발명은 강재를 루트 갭 없이 맞대기 조인트(butt joint) CO₂ 용접할 때 사용되는 세라믹 뒷댐재 및 이를 이용한 맞대기 조인트 CO₂ 용접 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 용접 대상물의 용접선 이면에 비드를 형성하기 위해 개선면 사이에 루트 갭을 두고 용접 대상물을 접합하는 맞대기 조인트 용접과는 달리, 루트 갭을 형성하지 않으면서도 이면 비드를 균일하게 형성할 수 있도록 한 루트 갭없는 맞대기 조인트 CO₂ 용접에 사용되는 세라믹 뒷댐재 및 이를 이용한 맞대기 조인트 CO₂ 용접 방법에 관한 것이다.

(종래 기술)

선박과 같은 대형의 강재 구조물을 건조함에 있어서 구조물을 형성하는 각종 강재 구성물은 상당 부분이 용접에 의해 접합되며, 일반적으로 강재 패널과 패널을 맞대어진 상태에서 접합하는 맞대기 조인트식 용접으로 접합함에 있어서는, 용접 대상물의 용접해야할 면을 따라 용착 금속이 메워지도록 개선(beveling)을 형성해주어야 하는 바, 이 때 용접선의 이면에 비드가 균일하게 형성되도록 하기 위해, 평면용접을 행하는 경우, 맞대어진 두 용접 대상물의 V자형 개선 사이에 루트 갭(root gap)을 두고 용접하는 것이 일반적이다.

도1은 용접 대상물을 맞대기 조인트 용접으로 접합함에 있어서 루트 갭이 있는 경우의 종래 용접 방법을 보여주는 용접부의 단면도이다. 도시된 바와 같이, CO₂ 용접에 의해 두 강재 패널의 용접 대상물(11)을 맞대기 조인트 용접함에 있어서는, 이면 비드를 균일하게 형성하기 위해 두 용접 대상물(11)의 개선면(13) 사이에 일정한 간격의 루트 갭(15)을 두고 있다.

이런 루트 갭(15)의 간격은 용접 대상물(11)의 전체에 걸쳐서 일정하게 유지되어야 균일한 이면 비드를 형성할 수 있으므로, 루트 갭(15)의 간격을 일정하게 유지시키기 위해 두 용접 대상물(11)은 취부용 피스(17)를 접합하여 고정하고 있다. 또한 상기 용접 대상물(11)의 용접선 이면에는 세라믹 등으로 된 뒷댐재(backing material; 19)를 부착한 후에 용접한다.

세라믹 뒷댐재(19)는, 도1에 도시된 바와 같이, 이면 비드를 형성시키는 세라믹으로 된 고형의 플럭스(flux; 21)와 이 플럭스(21)를 용접 대상물(11)의 이면에 부착시키는 알루미늄 포일(23)로 구성되며, 알루미늄 포일(23)에는 접착제가 도포되어 있어서 이를 용접 대상물(11)에 접합할 수 있도록 되어 있다. 그리고 고형 플럭스(21)의 상면에는 용접선을 따라 홈(25)이 형성되어 있어서 이면 비드가 형성될 수 있도록 되어 있다.

그러나, 상기한 종래의 맞대기 조인트 CO₂ 용접 방법에 있어서는 일정한 간격의 루트 갭(15)을 유지하기 위해 취부용 피스(17)를 용접 대상물(11)에 용접하여야 하고, 또한 용접이 종료된 후에는 다시 취부용 피스(17)를 제거해야 하는 등 작업이 매우 번거로울 뿐만 아니라, 루트 갭(15)이 너무 좁은 상태로 용접이 되는 경우, 이면 비드 형성이 불량하므로 용접 대상물을 절단하여 일정 루트 갭을 형성해야 하며, 취부용 피스(17) 제거시 용접 대상물(11)이 손상될 우려가 있다는 문제점이 있다.

또한, 상기한 문제점이 발생하지 않도록 하기 위해서는 용접을 위한 사전 준비 작업, 즉 용접 대상물(11)의 정확한 정렬에 의한 루트 갭(15)의 조정이나 취부용 피스(17)의 접합 등의 작업에 세심한 주의를 기우려야 하므로 용접 준비 시간이 상당히 많이 소요되어 작업 생산성이 저하되는 문제점도 있다.

따라서 본 발명의 제1 목적은, 루트 갭 없는 맞대기 조인트 CO₂ 용접에서 이면 비드의 형성을 위해 용접 대상물 하부의 용접선에 종래의 세라믹 뒷댐재를 사용할 때 야기되는 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 루트 갭 없는 맞대기 조인트 CO₂ 용접에 사용할 때 이면 비드의 용락에 따른 불량을 방지할 수 있어서 양호한 이면 비드를 형성할 수 있는 루트 갭 없는 맞대기 조인트 CO₂ 용접용 세라믹 뒷댐재를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은 종래의 용접 대상물의 개선면 사이에 루트 갭을 두고 용접 대상물을 접합하는 맞대기 조인트 용접 방법이 지니는 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 맞대기 조인트 CO₂ 용접에 상기 제1 목적의 세라믹 뒷댐재를 사용하므로써, 루트 갭을 형성하지 않거나 루트 갭을 형성하더라도 최소화하면서도 용접 대상물의 용접선 이면에 균일한 비드를 형성할 수 있는 맞대기 조인트 CO₂ 용접 방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기한 본 발명의 제1 목적은, 루트 갭 없는 맞대기 조인트 CO₂ 용접에서 이면 비드의 형성을 위해 용접 대상물 하부의 용접선에 부착되는 세라믹 뒷댐재에 있어서, 용접 대상물 하부에 접하는 쪽의 상면이 평평하게 형성되어 있는 세라믹 재의 고형 플럭스, 상기 고형 플럭스의 상면에 도포되는 파이버 글래스, 및 상기 플럭스와 상기 파이버 글래스를 상기 용접 대상물의 이면에 부착시키는 접착제가 도포된 알루미늄 포일을 포함하는 것을 특징으로 하는 루트 갭 없는 맞대기 조인트 CO₂ 용접용 세라믹 뒷댐재에 의해 달성된다.

본 발명의 제2 목적은, 개선면이 형성된 두 용접 대상물을 맞대기 조인트로 CO₂ 용접하는 방법에 있어서, 개선면이 형성된 두 용접 대상물을 서로 맞대어 맞대어진 용접 대상물의 개선면 내에 가용접하는 단계; 용접 대상물 하부에 접하는 쪽의 상면이 평평하게 형성되어 있는 세라믹 재의 고형 플럭스의 상면에 파이버 글래스(43)를 도포하여 상기 플럭스와 상기 파이버 글래스를 접착제가 도포된 알루미늄 포일에 의해 상기 맞대어진 용접 대상물의 이면 용접선에 부착시키는 단계; 및 도포재가 도포되어 있는 절단 와이어로 된 충진재를 상기 개선면 내에 충전한 다음 용접 와이어로 용접 대상물을 CO₂ 용접하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 맞대기 조인트 CO₂ 용접 방법에 의해 달성된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 루트 갭 없는 맞대기 조인트 CO₂ 용접용 세라믹 뒷댐재와 이를 이용한 맞대기 조인트 CO₂ 용접 방법에 대해 상세히 설명한다. 이하의 구체예는 본 발명을 예시적으로 설명하는 것일 뿐 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다.

도2는 본 발명에 따른 루트 갭 없는 맞대기 조인트 CO₂ 용접용 세라믹 뒷댐재의 개략도이고, 도3은 본 발명에 따른 세라믹 뒷댐재가 적용되는 맞대기 조인트 용접 방법을 보여주는 용접부의 단면도이다.

먼저, 도2를 참조하여 본 발명에 따른 루트 갭 없는 맞대기 조인트 CO₂ 용접용 세라믹 뒷댐재(35)에 대해 설명한다.

도2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 루트 갭 없는 맞대기 조인트 CO₂ 용접용 세라믹 뒷댐재(35)는, 세라믹 재의 고형 플럭스(41), 파이버 글래스(43) 및 알루미늄 포일(45)을 포함하는 구성으로 이루어져 있다.

고형 플럭스(41)는 용접 대상물(51)의 하부에 접하는 쪽의 상면이, 종래와는 달리 평평하게 형성되어 있다. 종래의 고형 플럭스는 그 상면에 용접선을 따라 홈이 형성되어 있어서 이면 비드의 형성을 돕고 있다. 그러나 루트 갭 없는 맞대기 조인트 CO₂ 용접에 사용되는 본 발명에 따른 세라믹 뒷댐재(35)의 고형 플럭스(41)에는 그 상부면에 이면 비드 형성용 홈이 없어야 한다. 홈이 있는 경우 이면 비드가 중첩되는 오버랩(overlap) 불량이 발생되기 쉽다. 고형 플럭스(41)는 그 길이가 40mm 정도, 높이는 9mm 정도이며, 기존의 제품보다 고온인 약 1380내지 1400℃에서 소성된 것을 사용한다.

상기 세라믹 재의 고형 플럭스(41)의 상면에는 파이버 글래스(43)가 도포되어 있다. 파이버 글래스(43)의 도포 두께는 적어도 1mm 이상인 것이 바람직하다. 상기 파이버 글래스(43)는 규소 분말을 1500℃ 이상의 고열로 용융한 후 노즐을 통과시켜 섬유 형태로 만든 다음, 250내지 300본 정도를 뭉쳐 롤러에 감아 접합시켜 하나의 가닥으로 형성하고, 이것을 일사기에서 집기한 후 가스온본기에서 대략 308 내지 400℃로 24시간 가열하고, 그리고 200℃에서 48시간 저온 가열로 열처리하여 제조한다.

파이버 글래스(43)는 용접 대상물의 정렬이 어긋나는 경우에 이면 비드의 결함 없이 양호한 이면 비드가 형성되도록 하는 작용을 한다. 용접 대상물(51)과 파이버 글래스(43) 사이의 접착력을 고려하여 유리 섬유의 표면에 접착용 테이프를 부착할 수도 있다.

상기 세라믹 재의 고형 플럭스(41)와 파이버 글래스(43)는 접착제가 도포된 알루미늄 포일(45)에 의해 용접 대상물(51)의 이면에 부착된다. 고형 플럭스(41)의 길이가 40mm 정도 일 때, 알루미늄 포일(45)은, 접착력을 고려할 때, 그 길이가 125mm 정도 되어야 한다. 또한, 알루미늄 포일(45)과 용접 대상물(51)의 접착력을 고려할 때, 상기 고형 플럭스(41)의 하부면에 홈(47)을 형성하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 세라믹 뒷댐재(35)는 루트 갭 없는 맞대기 조인트 CO₂ 용접에 적합한 구조를 지니고 있어서 균일한 이면 비드가 형성될 수 있도록 한다.

다음에 도3을 참조하여 상기 도2의 세라믹 뒷댐재(35)를 이용한 맞대기 조인트 CO₂ 용접 방법에 대해 설명한다. 맞대기 조인트 CO₂ 용접 방법의 첫 공정은 개선면(53)이 형성된 두 용접 대상물(51)을 나란히 맞대고, 맞대어진 두 용접 대상물(51)의 개선면(53) 내에 가용접을 하는 것이다.

본 가용접은 종래의 취부용 피스(17; 도1 참조)를 대체하는 것이다. 본 발명의 방법은 개선면(53) 사이에 형성되는 루트 갭의 존재 여부가 이면 비드의 형성에 큰 영향을 미치지 아니하므로, 일정한 루트 갭을 유지하기 위해 취부용 피스를 용접 부착할 필요가 없다. 따라서 두 용접 대상물을 가용접하는 것만으로 용접선의 정렬이 충분하다. 상기 개선면(53)이 이루는 객선 각도는 60°일 때 가장 이상적인 이면 비드가 형성된다.

가용접 후에는 용접 대상물(51) 하부의 용접선을 따라 상기 세라믹 뒷댐재(35)를 부착한다. 세라믹 뒷댐재로서 앞서 도1에 관련하여 설명한 종래의 세라믹재의 고형 플럭스와 알루미늄 포일로 구성된 구조를 사용하는 경우, 이면 비드의 용락에 따른 이면 비드의 불량이 발생할 우려가 있다. 따라서 본 발명의 맞대기 조인트 용접 방법에서는, 루트 갭 없는 용접의 경우, 앞서 설명한 본 발명의 세라믹 뒷댐재(35)를 사용한다. 이로써 이면 비드의 용락에 따른 불량을 방지하므로써 양호한 이면 비드를 형성할 수 있다.

상기 가용접된 두 용접 대상물(51)의 개선면(53)이 이루는 대략 V형 공간(개선면 내의 공간)에는 도포재가 도포되어 있는 절단 와이어(cut wire)로 된 충진재(57)가 충전된다. 본 충진재(57)는 용접 시작시 아크를 용이하게 발생시키기 위한 것이다. 즉, 대직경의 용접 와이어(59)는 용접 대상물(51)과 직접 통전될 때 발화되지 못하는 바, 상기 절단 와이어로 된 충진재(57)를 개선면(53) 내에 충전하므로써 아크 개시재로 사용하는 것이다. 충진재(57)의 절단 와이어는 통상 용접 와이어와 유사한 성분으로 이루어지며, 직경이 1.0mm 내지 1.4mm 정도의 와이어로서 높이는 후술하는 루트 갭의 존재 여부에 따라 대략 1mm 에서 9mm정도의 높이로 충전된다.

도포재는 절단 와이어의 통전성과 발화성을 향상시켜 아크 발생을 안정적으로 유지하기 위해 절단 와이어의 표면에 도포되는 성분이며, 흑연, 철분 등의 금속 분말, 산화철, 일메나이트(ilmenite), 이산화망간 등의 금속 산화물, 규산염 루틸 등의 절연성 물질과 기타 정결재, 물유리, 열경화성 수지 등의 고착제 등이 적절히 함유된 성분이다.

다음에 충진재(57)가 상기 개선면(53) 내에 충전된 상태에서, 용접 와이어(59)로 상기 용접 대상물(51)을 CO₂ 용접한다. 본 CO₂ 용접은 일반적인 CO₂ 용접법에 준하여 수행되며, 용접 전류 430-470A, 용접 전압 44-50V, 그리고 용접 속도 38-40cm/min인 것이 바람직하며, 용접 와이어는 솔리드 와이어(solid wire)를 사용하는 것이, 용접 개시부터 이면 비드를 형성할 수 있고, 이면 비드의 높이도 안정되게 할 수 있다는 점에서 바람직하다.

본 발명에 따른 맞대기 조인트 CO₂ 용접 방법은, 기본적으로 개선면 사이에 루트 갭을 두지 않고 용접 대상물을 접합하여도 이면 비드를 균일하게 형성할 수 있다는 것이지만, 경우에 따라 루트 갭이 6mm 까지 발생한 경우에도 상기 충진재(57)의 높이를 조정하므로써 용락 발생 없이 양호한 이면 비드를 형성할 수 있다. 예를 들어, 루트 갭이 없는 상태에서는 상기 충진재(57)의 높이를 5mm내지 6mm로 하고, 루트 갭이 6mm인 경우 충진재의 높이는 8mm내지 9mm로 유지한다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 루트 갭 없는 맞대기 조인트 CO₂ 용접용 세라믹 뒷댐재 및 이를 이용한 맞대기 조인트 CO₂ 용접 방법에 의하면, 루트 갭 없는 맞대기 조인트 CO₂ 용접시에, 용접 대상물 하부의 용접선에, 상면이 평평하게 형성되어 있는 세라믹 재의 고형 플럭스와 상기 고형 플럭스의 상면에 도포되는 파이버 글래스와 상기 플럭스를 상기 용접 대상물의 이면에 부착시키는 접착제가 도포된 알루미늄 포일로 이루어진 세라믹 뒷댐재를 부착하므로써, 이면 비드의 용락에 따른 불량을 방지할 수 있어서 양호한 이면 비드를 형성할 수 있는 효과가 있다.

도1은 용접 대상물을 맞대기 조인트 용접으로 접합함에 있어서 루트 갭이 있는 경우의 종래 용접 방법을 보여주는 용접부의 단면도.

도2는 본 발명에 따른 루트 갭 없는 맞대기 조인트 CO₂ 용접용 세라믹 뒷댐재의 개략도.

도3은 본 발명에 따른 세라믹 뒷댐재가 적용되는 맞대기 조인트 용접 방법을 보여주는 용접부의 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

35: 세라믹 뒷댐재 41: 고형 플럭스

43: 파이버 글래스 45: 알루미늄 포일

51: 용접 대상물 53: 개선면

57: 충진재 59: 용접 와이어

Claims

루트 갭 없는 맞대기 조인트 CO₂ 용접에서 이면 비드의 형성을 위해 용접 대상물 하부의 용접선에 부착되는 세라믹 뒷댐재에 있어서, 용접 대상물(51) 하부에 접하는 쪽의 상면이 평평하게 형성되어 있는 세라믹 재의 고형 플럭스(41), 상기 고형 플럭스(41)의 상면에 도포되는 파이버 글래스(43), 및 상기 플럭스(41)와 상기 파이버 글래스(43)를 상기 용접 대상물(51)의 이면에 부착시키는 접착제가 도포된 알루미늄 포일(45)을 포함하는 것을 특징으로 하는 루트 갭 없는 맞대기 조인트 CO₂ 용접용 세라믹 뒷댐재.
제1항에 있어서, 상기 고형 플럭스(41)의 하부면에 홈(47)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 루트 갭 없는 맞대기 조인트 CO₂ 용접용 세라믹 뒷댐재.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 파이버 글래스(43)의 도포 두께는 1mm 이상인 것을 특징으로 하는 루트 갭 없는 맞대기 조인트 CO₂ 용접용 세라믹 뒷댐재.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고형 플럭스(41)는 길이가 40mm 내외, 높이는 9mm 내외이며, 1380 내지 1400℃에서 소성된 것인 것을 특징으로 하는 루트 갭 없는 맞대기 조인트 CO₂ 용접용 세라믹 뒷댐재.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 파이버 글래스(43)는, 규소 분말을 1500℃ 이상의 고열로 용융한 후 노즐을 통과시켜 섬유 형태로 만든 다음, 250내지 300본내외를 뭉쳐 롤러에 감아 접합시켜 하나의 가닥으로 형성하고, 이것을 일사기에서 집기한 후 가스온본기에서 308 내지 400℃로 가열하고, 200℃에서 저온 가열로 열처리하여 제조된 것인 것을 특징으로 하는 루트 갭 없는 맞대기 조인트 CO₂ 용접용 세라믹 뒷댐재.
개선면이 형성된 두 용접 대상물을 맞대기 조인트로 CO₂ 용접하는 방법에 있어서, 개선면이 형성된 두 용접 대상물(51)을 서로 맞대어 맞대어진 용접 대상물의 개선면 내에 가용접하는 단계; 용접 대상물(51) 하부에 접하는 쪽의 상면이 평평하게 형성되어 있는 세라믹 재의 고형 플럭스(41)의 상면에 파이버 글래스(43)를 도포하여 상기 플럭스(41)와 상기 파이버 글래스(43)를 접착제가 도포된 알루미늄 포일(45)에 의해 상기 맞대어진 용접 대상물(51)의 이면 용접선에 부착시키는 단계; 및 도포재가 도포되어 있는 절단 와이어로 된 충진재(57)를 상기 개선면 내에 충전한 다음 용접 와이어(59)로 용접 대상물(51)을 CO₂ 용접하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 맞대기 조인트 CO₂ 용접 방법.
제6항에 있어서, 상기 충진재(57)의 절단 와이어는 용접 와이어와 유사한 성분으로 이루어지며, 직경이 1.0mm 내지 1.4mm이고, 높이가 1mm에서 9mm로 되게 충전되는 것을 특징으로 하는 맞대기 조인트 CO₂ 용접 방법.