KR100526489B1 - 2전극 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어,2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법 및 2전극 일렉트로가스 아크 용접 장치 - Google Patents

2전극 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어,2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법 및 2전극 일렉트로가스 아크 용접 장치 Download PDF

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Abstract

두꺼운 극의 피용접재의 표면측에 활주 동판을 꼭 대고, 이면측에 고정식 배킹재를 대고, 표면측이 이면측보다 광폭인 개선내에 2개의 용접 와이어를 판 두께 방향으로 분리하여 배치하며, 피용접재를 2전극 일렉트로 가스 아크 용접한다. 이 때, 표면측 용접 와이어만을 진동시키고, 이면측 용접 와이어는 진동시키지 않는다. 또한, 그 양쪽의 용접 와이어에는, 와이어 전체 질량당 Mn을 1.5 내지 2.5질량%, SiO2를 0.10 내지 1.00질량%, Ni를 0.5 내지 3.0질량%, Ti를 0.10 내지 0.50질량% 및 B를 0.004 내지 0.020질량% 함유하는 플럭스 충전 와이어를 사용한다. 이렇게 하여, 후강판의 입향 1패스 용접에 있어서, 우수한 용접 작업성 및 양호한 저온 인성을 얻을 수 있다.

Description

2전극 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어, 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법 및 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 장치{FLUX-CONTAINING WIRE FOR TWO-ELECTRODE ELECTRO GAS ARC WELDING, AND TWO-ELECTRODE ELECTRO GAS ARC WELDING METHOD AND APPARATUS}
본 발명은, 후강판의 입향(立向) 1패스 용접이 가능한 2전극 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어, 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법 및 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 장치에 관한 것이다.
일렉트로 가스 아크 용접은, 고능률 입향 용접 방법으로서, 선박, 석유 저장 탱크 및 교량 등의 폭넓은 분야에서 채용되어 있고, 용접의 합리화 및 커플링 품질의 안정화에 공헌하고 있다. 특히, 선박 분야에서는, 콘테이너 선박의 샤 스트레이크 및 해치 코밍(hatch coaming)부 등의 판 두께가 50㎜ 이상인 극후판(極厚板)의 용접에 적용되고 있다.
그러나, 이러한 극후판의 용접 방법에 있어서, 종래의 1전극 1패스 용접 방법으로는, 용접 속도가 대폭 저하하는 동시에, 융합 불량 등의 결함이 발생하기 용이해진다. 따라서, 이러한 문제점을 해소하고, 작업 효율을 향상시키기 위해서, 각종의 2전극 일렉트로 아크 가스 용접 방법 및 그 장치가 제안되고 있다.
일본 특허 공개 공보 제 96-187579호 공보에는, 두께 방향 버트 커플링에 대하여, 두꺼운 피용접판의 표면측이 이면측보다 광폭인 입향 버트 커플링 개선에, 판 두께 방향으로 정렬하여 2개의 용접 와이어를 공급하고, 양쪽 용접 와이어에 의한 아크의 열원 범위에 관하여, 표면측 열원 범위를 이면측 열원 범위보다 크게 하는 동시에, 양쪽 용접 와이어를 판 두께에 따른 방향으로 진동(oscillate)시켜 용접함으로써, 피용접판의 재질을 열화시키지 않고, 고품질 또한 고능률의 용접을 실현할 수 있는 일렉트로 가스 아크 용접 방법 및 그 장치가 제안되어 있다.
일본 특허 공개 공보 제 98-118771호 공보는, 수직 강판에 상하 방향으로 연장되는 개선에, 플럭스 충전 와이어를 공급하면서, 상측 방향으로 용접하는 입향 일렉트로 가스 용접 장치에 있어서, 개선의 깊이 방향으로 정렬한 개선의 안쪽과 개구측을 용접하는 제 1 전극 및 제 2 전극, 트럭, 제 1 전극 및 제 2 전극을 개선 깊이 방향으로 요동 구동하는 진동 수단 및 제 1 전극에 양극성 아크를, 제 2 전극에 음극성 아크를 발생시키는 용접 전원을 구비함으로써, 두꺼운 물체의 입향 일렉트로 가스 아크 용접을, 각부 양호한 용입으로 고속으로 실행하고, 용융 슬래그의 스퍼터의 발생을 억제하는 기술을 개시하고 있다.
일본 특허 공개 제 99-285826호 공보는, 후강판의 개선을 2전극 입향 일렉트로 가스 아크 용접할 때에, 판 두께 방향으로 용접 전극을 2개 배치하고, 활주 동판측 전극에 플럭스 충전 와이어를 사용하며, 배킹재측 전극에 솔리드 와이어 또는 플럭스 충전 와이어를 사용하여, 양쪽 전극을 요동시켜서 용접하는 것을 기본으로 하고, 활주 동판측 전극에 슬래그 생성률이 와이어 용융량에 대하여 2.7 내지 5.5%인 플럭스 함입 와이어를 사용하며, 배킹재측 전극에 슬래그 생성률이 와이어 용융량에 대하여 2.6% 이하인 솔리드 와이어 또는 플럭스 충전 와이어를 사용하고, 활주 동판측 전극과 배킹재측 전극의 와이어 극간 거리를 10 내지 38㎜, 또한 활주 동판측 전극의 와이어 공급 속도를 배킹재측 전극의 와이어 공급 속도의 1 내지 1.5배, 또한 양극의 평균 와이어 공급 속도를 14 내지 20m/분으로 함으로써, 35 내지 90㎜ 두께 강판을, 입향 1패스 용접으로, 우수한 용접 작업성과 양호한 용입 형상으로 용접하는 방법을 개시하고 있다.
일본 특허 공개 제 99-197884호 공보에는, 배킹재측 전극으로서, 슬래그 생성률이 용착 금속에 대한 질량%로 0.5 내지 2.6%인 강철 와이어 또는 플럭스 충전 와이어를 사용하고, 활주 동판측 전극으로서 슬래그 생성률이 용착 금속에 대한 질량%로 2.7 내지 5.5%인 플럭스 충전 와이어를 사용하며, 또한 배킹재측 전극 활주 동판측 전극 와이어 중의 C, Si, Mn, Ti, B의 조성을 규정한 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 의해, 양호한 용접 작업성과 우수한 용접 금속 성능이 얻어지는 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법이 제안되고 있다.
일본 특허 공개 제 2002-103041호 공보에는, 매우 두꺼운 피용접판의 한쪽 면에 활주 동당금을, 다른쪽 면에 고정식 배킹재를 각각 대고, 그 개선내에 2개의 용접 전극을 판 두께 방향으로 정렬하여 삽입하여 피용접판을 용접하는 극후강재의 2전극 입향 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서, 활주 동당금측의 용접 전극으로서 와이어 전량에 대하여, 금속 비화물 및 그 밖의 성분 조성을 규정한 플럭스 충전 와이어를 사용하고, 고정식 배킹재측의 용접 전극으로서 솔리드 와이어를 사용함으로써, 후강판을 용접할 때에, 양호한 저온 인성 및 양호한 용접 작업성이 얻어지는 2전극 입향 일렉트로 가스 아크 용접 방법이 제안되어 있다.
그러나, 일본 특허 공개 공보 제 96-187579호 공보, 일본 특허 공개 공보 제 98-118771호 공보 및 일본 특허 공개 제 99-285826호 공보에 기재된 종래의 용접 방법으로는, 2전극 모두 진동하고 있고, 용접 길이가 짧은 경우는 사용할 수 있지만, 용접 길이가 길어지면 이면측 와이어의 진동의 영향에 의해 이면측 와이어가 아크 불안정하게 되고, 속측 비드의 불량(보강 용접, 비드 폭), 스퍼터 발생량 과다의 현상이 발생하기 쉬워진다. 또한, 부착된 스퍼터에 의한 실드 불량 및 칩 용융 때문에, 용접의 중단 및 수정을 할 수 밖에 없어, 용접 능률을 저감시키고 있다.
또한, 일본 특허 공개 제 99-197884호 공보에 기재된 용접 방법은, 슬래그 생성률 및 성분을 규정함으로써 우수한 작업성을 얻을 수 있지만, 이것도 기본적으로 와이어 극간 거리를 일정하게 유지하여 판 두께 방향으로 요동시키는 것이 전제이다.
또한, 일본 특허 공개 제 2002-103041호 공보에 기재된 용접 방법은, 2개의 와이어 중 개선 개구부측은 조성을 상세히 한정한 플럭스 충전 와이어를 사용하고, 배킹재측은 솔리드 와이어를 사용하는 조합에 의해, 양호한 작업성 및 저온 인성을 얻고 있으며, 와이어의 요동에 관해서는 언급되어 있지 않다.
또한, 상술한 일본 특허 공개 공보 제 98-118771호 공보에 기재되어 있는 종래의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 장치는, 표면측 및 이면측에 배치된 2개의 전극이 모두 진동하고 있기 때문에, 양쪽 전극에 진동 장치를 내장하거나, 또는 양쪽 전극을 일체화하여 1개의 장치로 동기시켜서 진동시키지 않으면 안된다. 그 때문에, 종래의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 장치는 대형으로 복잡하다는 문제점이 있다. 또한, 2개의 전극이 일체화되어 있는 경우는, 한쪽 전극만을 사용할 수 없다는 문제점도 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 성립된 것으로, 후강판의 입향 1패스 용접에 있어서, 우수한 용접 작업성 및 양호한 저온 인성이 얻어지는 2전극 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어, 2전극 일렉트로 아크 용접 방법 및 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원 제 1 발명에 따른 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법은, 피용접판의 표면측이 이면측보다 광폭으로 상하로 연장되는 개선에 대하여, 표면측에 상방으로 활주하는 활주 동판을 대고, 이면측에 고정된 배킹재를 대는 동시에, 상기 개선내에 2개의 용접 와이어를 상기 표면측과 이면측에 격리시켜서 배치하고, 상기 개선을 입향 버트 용접하는 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서, 상기 용접 와이어는 플럭스 충전 와이어이고, 표면측의 용접 와이어만을 판 두께 방향으로 진동시켜서, 양쪽 와이어의 극성을 역으로 하여 용접하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서는, 이면측 와이어의 아크 안정성을 확보하기 위해서, 이면측 와이어를 진동시키지 않고, 판 두께 방향의 위치를 고정한다. 또한, 스퍼터 발생량을 저감하기 위해서, 표면측 와이어, 이면측 와이어 모두 플럭스 충전 와이어를 사용하고, 또한 쌍방의 극성을 역으로 함으로써, 아크 간섭을 방지하여, 양호한 아크 안정성을 확보한다.
이 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서, 상기 표면측 와이어의 극성을 음극성, 상기 이면측 와이어의 극성을 양극성으로 하는 것이 바람직하다. 이로써, 양극간의 아크 간섭을 방지할 수 있기 때문에, 양호한 용접 작업성을 확보할 수 있다. 또한, 상기 이면측 와이어와 상기 피용접판의 이면의 거리를 3 내지 50㎜로 할 수도 있다. 이로써, 용락, 보강 용접 과대, 외관 불량 및 융합 불량 등을 방지할 수 있기 때문에, 우수한 안쪽 비드 외관 및 형상을 얻을 수 있다. 또한, 상기 플럭스 충전 와이어는, 예컨대 와이어 전체 질량당, Mn : 1.5 내지 2.5질량%, SiO2 : 0.10 내지 1.00질량%, Ni : 0.5 내지 3.0질량%, Ti : 0.10 내지 0.50질량%, B : 0.004 내지 0.020질량%를 함유한다. 이 플럭스 충전 와이어를 사용함으로써, 입열량이 많아도 충격 성능이 저하하지 않고, 인성이 우수한 용접 금속이 얻어진다.
본원 제 2 발명에 따른 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 장치는, 피용접판의 표면측이 이면측보다 광폭으로 상하로 연장되는 개선에 대하여, 표면측에 상방으로 활주하는 활주 동판을 대고, 이면측에 고정된 배킹재를 대는 동시에, 상기 개선내에 제 1 및 제 2의 2개의 용접 와이어를 상기 표면측과 이면측으로 격리시켜 배치하고, 상기 개선을 입향 버트 용접하는 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 장치에 있어서, 상기 제 1 용접 와이어를 상기 개선내로 공급하는 동시에 상기 개선을 따라 이동하는 용접 대차와, 상기 용접 대차에 탈착 가능하게 장착되고 상기 제 2 용접 와이어를 상기 개선내의 상기 제 1 용접 와이어보다도 상기 배킹재측의 위치로 공급하는 공급 부재와, 상기 용접 대차에 설치되어 상기 제 1 용접 와이어를 상기 피용접판의 판 두께 방향으로 진동시키는 진동 장치와, 상기 제 1 및 제 2 용접 와이어에 극성이 서로 반대인 전압을 인가하는 전원을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서는, 이면측 와이어를 진동시키지 않고, 표면측 와이어만 진동시키기 위해, 이면측 와이어에는 진동 장치가 필요하다. 또한, 표면측 와이어만으로 용접이 가능한 경우는, 이면측 와이어를 분리할 수 있다. 그 결과, 장치가 간략화 및 경량화된다.
이 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 장치는, 상기 용접 대차에 삽입부가 설치되어 있고, 상기 공급 부재에 상기 삽입부를 감합하는 장착부가 설치되어 있으며, 상기 장착부를 상기 삽입부에 감합시킨 상태에서, 상기 장착부를 상기 삽입부에 나사 고정함으로써, 상기 공급 부재를 상기 용접 대차에 고정할 수 있다. 또는, 상기 용접 대차에 U자형의 장착부가 설치되어 있고, 상기 공급 부재에 상기 장착부에 삽입되는 삽입부가 설치되어 있으며, 이 삽입부를 상기 장착부에 감입한 상태에서, 상기 삽입부를 상기 장착부에 나사 고정함으로써, 상기 공급 부재를 상기 용접 대차에 고정할 수 있다.
본원 제 3 발명에 따른 2전극 일렉트로 아크 용접용 플럭스 충전 와이어는, 피용접판의 표면측이 이면측보다 광폭으로 상하로 연장되는 개선에 대하여, 표면측에 상기 피용접판에 상대적으로 상방으로 활주하는 활주 동판을 대고, 이면측에 상기 피용접판에 대하여 고정된 배킹재를 대는 동시에, 상기 개선내에 2개의 용접 와이어를 상기 표면측과 이면측으로 격리시켜서 배치하며, 상기 개선을 입향 버트 용접하는 2전극 일렉트로 가스 아크 용접에 사용하는 2전극 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 있어서, 와이어 전체 질량당, Mn : 1.5 내지 2.5질량%, SiO2 : 0.10 내지 1.00질량%, Ni : 0.5 내지 3.0질량%, Ti : 0.10 내지 0.50질량%, B : 0.004 내지 0.020질량%를 함유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서는, Mn, Ni, Ti 및 B 함유량을 상술한 범위내로 함으로써, 판 두께 및 갭의 증가에 의해 입열량이 증가된 경우에 있어서도, 용접 금속의 충격 성능이 저하하는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 2전극 일렉트로 가스 아크 용접과 같은 입열 용접에 있어서도, 인성이 우수한 용접 금속을 얻을 수 있다. 또한, SiO2 함유량을 O.10 내지 1.00질량%로 함으로써, 아크가 안정되어, 양호한 용접 작업성을 확보할 수 있다.
본 발명에 의하면, 표면측 와이어 및 이면측 와이어에 플럭스 충전 와이어를 사용하고, 이면측의 용접 와이어는 진동시키지 않고, 표면측의 용접 와이어만을 판 두께 방향으로 진동시켜서, 양쪽 와이어의 극성을 역으로 하여 용접함으로써, 후강판의 입향 1패스 용접에 있어서, 우수한 용접 작업성 및 양호한 저온 인성을 얻을 수 있다.
발명의 실시 형태
이하, 본 발명의 실시 형태에 따른 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 장치에 대하여, 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. 도 1은 본 실시 형태의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 장치를 나타내는 측면도이고, 도 2a는 표면측 용접 와이어를 공급하는 용접 대차를 나타내는 평면도이며, 도 2b는 이면측 용접 와이어를 공급하는 공급 부재를 평면도이다. 또한, 도 3은 용접 와이어의 공급부를 나타내는 측면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 2전극 일렉트로 가스 아크 장치에는, 개선내에 표면측 용접 와이어(4)를 공급하는 동시에 개선을 따라 이동하는 용접 대차(26)와, 개선내의 표면측 용접 와이어(4)보다도 배킹재측의 위치에 이면측 용접 와이어(5)를 공급하는 공급 부재(29)가 설치되어 있다. 이 공급 부재(29)는, 용접 대차(26)에 탈착 가능하게 장착되어 있다. 또한, 본 실시 형태의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 장치에는, 표면측 용접 와이어(4) 및 이면측 용접 와이어(5)에, 극성이 서로 반대인 전압을 인가하는 전원이 설치되어 있다. 또한, 도 3에 도시하는 바와 같이, 표면측 용접 와이어(4) 및 이면측 용접 와이어(5)는 각각 관 형상의 토치(16) 및 토치(17)에 삽입되고, 그 내부를 통해 선단부로부터 개선 내로 공급된다.
도 2a에 도시하는 바와 같이, 용접 대차(26)에는, 표면측 용접 와이어(4)를 개선내로 안내하는 토치(16)를 지지하는 아암(21)이 설치되어 있다. 이 아암(21)에는 클램프(23)가 장착되어 있고, 클램프(23)로 토치(16)를 삽입함으로써, 토치(16)의 위치를 유지하고 있다. 또한, 아암(21)은 그 위치를 전후 좌우로 이동시킬 수 있어, 이로써 토치(16)의 위치, 즉 표면측 용접 와이어(4)의 공급 위치를 조정할 수 있다. 또한, 용접 대차(26)에는 진동 장치(25)가 내장되어 있고, 이 진동 장치(25)에 의해 표면측 용접 와이어(4)가 피용접판의 판 두께 방향으로 진동된다. 또한, 용접 대차(26)에는 좌우 2개씩 상하 2단에 합계 8개의 차륜(27)이 설치되어 있다. 그리고, 이 차륜(27)을 피용접판상에 개선을 따라 설치된 레일(28)에 접하여 회전시키고, 차륜(27)을 모터 등에 의해 회전시킴으로써, 용접 대차(26)를 개선을 따라 이동시킨다.
또한, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 공급 부재(29)에는, 이면측 용접 와이어(5)를 개선내로 안재하는 토치(17)를 지지하는 아암(22)이 설치되어 있다. 이 아암(22)에도 클램프(24)가 장착되어 있고, 이 클램프(24)로 토치(17)를 삽입함으로써, 토치(17)의 위치를 유지하고 있다. 또한, 아암(22)은, 상술한 아암(21)과 같이, 그 위치를 전후 좌우로 이동시킬 수 있어, 이로써 토치(17)의 위치, 즉 이면측 용접 와이어(5)의 공급 위치를 조정할 수 있다.
또한, 공급 부재(29)는 용접 대차(26)에 탈착 가능하게 장착되어 있다. 도 4a는 용접 대차에 공급 부재를 장착하는 방법을 나타내는 분해 측면도이고, 도 4b는 도 4a에 도시하는 A-A선에 의한 분해 단면도이다. 그 장착 방법으로는, 예컨대 도 4a 및 도 4b에 도시하는 바와 같이, 공급 부재(29)에 U자형의 장착부(30)를 설치하고, 용접 대차(26)에는 장착부(30)에 결합되는 삽입부(31)를 설치한다. 그리고, 장착부(30)와 삽입부(31)를 결합시킨 상태, 즉 장착부(30)로 삽입부(31)를 삽입한 상태에서, 장착부(30)를 삽입부(31)에 나사 고정하는 방법이 있다. 이와 같이, 공급 부재(29)에 장착부(30)를 설치함으로써, 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 장치의 용접 대차(30)로서, 종래의 1전극용 용접 대차를 사용할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 장치에 있어서는, 공급 부재(29)에 진동 장치는 내장되어 있지 않다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 장치는, 표면측 와이어(4)에만 진동 장치(25)를 내장하고, 이면측 와이어(5)는 클램프(24)에 의해 유지하고 있을 뿐이며, 진동 장치는 내장되어 있지 않은 간단한 장치이다. 이 때문에, 장치 전체를 간소화 및 경량화할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 장치는, 이면측 용접 와이어(5)를 용이하게 탈착할 수 있기 때문에, 2전극 용접이 필요하게 된 시점에서, 이면측 용접 와이어(5)를 추가할 수 있다. 이와 같이, 본 실시 형태의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 장치에 있어서는, 하방을 용접하는 경우는 표면측 용접 와이어(4)만 사용하여 1전극으로 용접하고, 2전극 용접이 필요하게 되었을 때에, 이면측 용접 와이어(5)를 추가할 수 있기 때문에, 예컨대 최근 대형화되어, 판 두께가 80 내지 100㎜에 이르는 콘테이너 선박의 샤 스트레이크 등과 같이, 판 두께가 상방으로 됨에 따라 두꺼운 판으로 되지만, 용접에도 적용할 수 있다.
다음에, 본 실시 형태의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 장치의 동작, 즉 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 대하여 설명한다. 도 5는 본 실시 형태의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법을 나타내는 평면도이고, 도 6은 그 측면 단면도이다. 도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 우선, 1쌍의 후강판으로 이루어지는 피용접판(1)을, 수직 방향으로 연장되는 개선(11)을 갖고, 수평 방향으로 대향시켜 배치하며, 이 개선(11)내를 용접 금속(10)으로 메워서, 입향 버트 커플링을 형성한다. 이 개선(11)은, 예컨대 V자형이고, 표면측의 개선 폭이 이면측의 개선 폭보다 넓은 것이다.
다음에, 개선(11)의 이면측(피용접판의 이면측)에, 배킹재(3)를 고정적으로 배치한다. 본 실시 형태의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서는, 용접 작업 중에 배킹재(3)는 이동하지 않는다. 한편, 개선(11)의 표면측(피용접판의 표면측)에, 상방을 향해 이동하는 활주 동판(2)을 배치한다. 이 활주 동판(2)에는 대기가 용접부에 침입하지 않도록 실드하는 실드 가스(예컨대, CO2 가스)를 분출하는 가스 분출구(8)가 활주 동판(2)의 상부에 설치되어 있다. 또한, 활주 동판(2)에는, 활주 동판(2)을 냉각하는 냉각수 통로(6)가 내설되어 있고, 이 냉각수 통로(6)에 냉각수를 공급하는 공급구(7)가 활주 동판(2)의 하부에 설치되어 있다.
다음에, 이면측 용접 와이어(5)를 피용접판의 이면으로부터 3 내지 50㎜의 위치에 배치한다. 또한, 본 실시 형태의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서는, 이면측 용접 와이어(5)는 진동하지 않는다. 즉, 판 두께 방향으로는 이동하지 않는다. 한편, 표면측 용접 와이어(4)는 피용접판의 판 두께 방향에서 적절한 폭으로 진동한다.
그리고, 이러한 표면측 용접 와이어(4) 및 이면측 용접 와이어(5)와, 활주 동판(2)을, 적절한 용접대상에 설치하고, 이 용접대를 피용접판(1)의 표면에 평행하게 상방으로 이동시킴으로써, 표면측 용접 와이어(4) 및 이면측 용접 와이어(5)와, 활주 동판(2)을 일체적으로 동일 속도로 상방으로 이동시켜, 입향 버트 용접을 실시한다.
또한, 본 실시 형태의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서는, 표면측 와이어(4) 및 이면측 와이어(5)에는 모두 플럭스 충전 와이어를 사용하고, 또한 표면측 와이어(4) 및 이면측 와이어(5)의 극성을 서로 역으로 하여 용접한다. 이로써, 양호한 용접 작업성을 얻을 수 있다.
본 발명자 등의 실험 연구 결과, 종래의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에서는 2전극 모두 진동하고 있고, 용접 길이가 짧은 경우는 사용 가능하지만, 용접 길이가 길고, 갭 변동 등의 개선의 편차가 큰 실제 용접 시공에서는, 이면측 와이어의 진동의 영향에 의해, 이면측 와이어가 아크 불안정하게 되어, 안쪽 비드의 불량(보강 용접, 비드 폭), 스퍼터 발생량 과다 현상이 발생하기 용이해진다. 부착된 스퍼터에 의한 실드 불량 및 칩 융착 때문에, 용접의 중단 및 수정을 할 수 밖에 없어, 용접 능률을 저감시키는 원인으로 된다.
이 때문에, 본 실시 형태에 있어서는, 이면측 와이어(5)는 진동하지 않고, 표면측 와이어(4)만을 진동시킴으로써, 아크 안정성을 향상시켜, 스퍼터 발생량을 저감하고 있다. 이로써, 장척이고 개선의 편차가 큰 실제 용접 시공에 대해서도, 양호한 용접 작업성을 확보할 수 있는 용접 방법을 확립할 수 있다. 본 실시 형태의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서의 추장 용접 조건을 하기 표 1에, 판 두께마다의 추장 용접 조건의 일례를 하기 표 2에 나타낸다. 또한, 판 두께마다의 진동 조건의 일례를 하기 표 3에 나타낸다. 또한, 도 7a는 피용접판의 판 두께가 80㎜인 경우의 용접 방법을 나타내는 평면도이고, 도 7b는 피용접판의 판 두께가 35㎜인 경우의 용접 방법을 나타내는 평면도이다. 또한, 도 8은 피용접판의 판 두께가 80㎜인 경우의 용접 방법을 나타내는 측면 단면도이다. 도 7a 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 피용접판의 판 두께가 80㎜인 경우는, 예컨대 개선 각도(α)를 20°, 이면측 개선 폭을 10㎜로 하고, 진동 행정(A)을 15㎜, 표면측 와이어(4)와 이면측 와이어(5)의 극간 거리(L)를 25㎜, 이면측 와이어의 목적 위치(m)를 35㎜로 하여 용접한다. 또한, 피용접판(1)의 판두께가 80㎜인 경우는, 도 7b에 도시하는 바와 같이, 예컨대 극간 거리(L)를 10㎜으로 하여, 상술한 피용접판의 판 두께가 80㎜인 경우와 같이 용접한다. 또한, 진동 속도는, 1.5 내지 7.5㎝/초로 하는 것이 바람직하다.
용접 방법 입향 자동 2전극 1패스 용접
용접장치 2전극 SEGARC
용접 전원 및 전원 극성 이면측 : 사이리스터 600A 전원, DC-EN표면측 : 사이리스터 600A 전원, DC-EP
진동 장치 최대 30mm 행정
개선 각도 α 20°
갭 8~10mm
돌출 길이 35mm
실드 가스 100% CO2, 유량 : 40 리터/분
공급 롤 회전수 140회전/분
후판(mm) 와이어 용접 전류(A) 아크 전압(V) 용접 속도(cm/분) 입열량(kj/cm)
80 이면측 400 41 3.2 622
표면측 390 43
65 이면측 430 43 4.0 529
표면측 390 43
50 이면측 430 43 6.5 325
표면측 390 43
35 이면측 380 36 8.3 197
표면측 360 38
진동 방식 판두께t(mm) 극간 거리(mm) 행정 A(mm) 느린 정지 빠른 정지 이면측 와이어 겨냥 위치(mm)
표면측:접동이면측:고정 80 20~30 10~20 1.0~5.0 1.0~5.0 25~40
65 15~25 5~15 20~35
50 10~20 2~10 15~30
35 5~15 2~10 10!20
또한, 면측 와이어 및 이면측 와이어의 극성의 조합을, 한쪽을 양극 다른쪽을 음극으로 함으로써, 양쪽 극간의 아크 간섭을 방지하여, 양호한 용접 작업성을 확보할 수 있다. 또한, 바람직하게는 표면측 와이어를 음극, 이면측 와이어를 양극으로 하는 것으로, 이로써 이면측 와이어의 아크의 확장 범위가 증가하고, 이면까지 충분히 아크가 도달하여, 양호한 안쪽 비드를 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명자 등의 실험 결과에 의하면, 이면측 와이어의 판 두께 방향 위치(이면으로부터의 거리)가 안쪽 비드의 외관, 형상에 큰 영향을 주는 것이 확인되었다. 이면측 와이어의 판 두께 방향 위치가 이면으로부터 3㎜ 이상 50㎜ 이하에서는, 양호한 안쪽 비드 외관 및 형상이 얻어지지만, 이면으로부터 3㎜ 미만에서는 용락 및 보강 용접 과대가 생기고, 이면으로부터 50㎜를 초과한 경우, 보강 용접 부족 등의 외관 불량 및 융합 불량 등이 확인되었다. 따라서, 양호한 안쪽 비드 외관, 형상을 얻기 위해서는, 이면측 와이어의 판 두께 방향 위치는, 이면으로부터 3 내지 50㎜로 하는 것이 필요하다. 또한, 용접 대상재의 판 두께는 80㎜ 정도를 상정하고 있다.
또한, 종래의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에서는, 사용하는 와이어로서, 솔리드 와이어와 플럭스 충전 와이어의 조합이 있지만, 솔리드 와이어를 사용한 경우, 아크가 안정되지 않고, 스퍼터 발생량이 증가하는 경향이 있다. 이 때문에, 토치 또는 활주 동판 주변에 스퍼터가 부착되고, 칩 융착 및 실드 불량 등을 야기하여, 용접의 중단 원인으로 된다. 따라서, 본 발명에서는 표면측 와이어 및 이면측 와이어에 아크 안정성이 좋은 플럭스 충전 와이어를 사용함으로써, 스퍼터 발생량을 저감하고, 양호한 용접 작업성 및 건전한 커플링 품질을 얻을 수 있다.
다음에, 본 실시 형태의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에서 사용하는 플럭스 충전 와이어에 대하여 보다 상세히 설명한다. 본 실시 형태의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어는, 와이어 전체 질량당, Mn을 1.5 내지 2.5질량%, SiO2를 0.10 내지 1.00질량%, Ni를 0.5 내지 3.0질량%, Ti를 0.10 내지 0.50질량%및 B를 0.004 내지 0.020질량%를 함유한다.
이하, 본 실시 형태의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 있어서의 각 성분의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다.
Mn : 1.5내지 2.5질량%
Mn은 탈산제로서 작용하고, 용접 금속의 인성으로의 영향이 크다. Mn 함유량이 1.5질량% 미만이면 용접 금속의 인성이 부족하다. 한편, Mn 함유량이 2.5질량%를 초과하면 용접 금속의 강도가 지나치게 높아서 인성이 열화한다. 따라서, Mn 함유량은 1.5 내지 2.5질량%로 한다. 또한, 보다 바람직하게는, Mn 함유량이 1.6 내지 2.3질량%이다. 이로써, 인성이 보다 향상된다.
SiO2 : 0.10 내지 1.00 질량%
일반적으로, 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 있어서의 슬래그 발생 성분으로는, CaF2이 사용되고 있고, 본 발명의 플럭스 충전 와이어에 있어서도, 이 CaF2를 사용한다. 이 때, SiO2는 필수적인 성분으로, 슬래그 조재제로서 작용한다. 단, SiO2 함유량이 0.10질량% 미만이면 슬래그량이 과소로 되어, 바깥쪽 비드 외관이 불량하게 된다. 한편, SiO2 함유량이 1.00질량%를 초과하면, 용융지상의 슬래그가 과잉으로 되어 매립되어 아크 상태로 된다. 그 결과, 아크가 불안정하게 되어, 스퍼터가 증가한다. 따라서, SiO2 함유량은, 0.10 내지 1.00질량%로 하는 것이 바람직하다.
상술한 일본 특허 공개 제 99-197884호 공보에 기재된 종래의 플럭스 충전 와이어에 있어서는, 용융 금속 중의 슬래그 함유량을 2.7질량%이상으로 하는 것을 추장하고 있지만, 용융 금속 중의 슬래그 함유량이 2.7질량% 이상이면, 용융지상의 슬래그량이 과잉으로 되어 매립되어 아크로 되고, 아크가 불안정하게 된다는 문제가 있다. 이 때문에, 용융 금속량에 대한 슬래그량의 비율은, 2.7질량% 미만으로 하는 것이 바람직하다. 이로써, 아크 안정성이 양호하게 된다. 또한, 보다 바람직하게는, 용융 금속량에 대한 슬래그량의 비율은 0.5 내지 2.5질량%이다. 이로써, 아크 안정성 및 비드 외관이 한층 더 양호하게 된다.
Ni : 0.5 내지 3.0질량%
Ni는 용접 금속의 인성을 향상시키는 효과가 있다. 단, Ni 함유량이 0.5질량% 미만이면 그 효과가 적고, Ni 함유량이 3.0질량%를 초과하면, 용접 금속의 강도가 높아져, 인성이 열화한다. 또한, 보다 바람직하게는, Ni 함유량이 0.9 내지 2.7질량%이다. 이로써, 인성이 보다 향상한다.
Ti : 0.10 내지 0.50질량%
Ti는 상술한 Ni와 같이, 용접 금속의 인성을 향상시키는 효과가 있다. 단, Ti 함유량이 0.10질량% 미만이면 그 효과가 적고, 또한 슬래그 박리성이 열화한다. 한편, Ti 함유량이 0.50질량%를 초과하면, 용접금속의 강도가 높아져, 인성이 열화한다. 또한, 보다 바람직하게는, Ti 함유량이 0.15 내지 0.30질량%이다. 이로써, 인성이 보다 향상한다.
B : 0.004 내지 0.020질량%
B는 상술한 Ni 및 Ti와 같이, 용접 금속의 인성을 향상시키는 효과가 있다. 단, B 함유량이 0.004질량% 미만이면 그 효과가 적다. 한편, B 함유량이 0.020질량%를 초과하면, 용접 금속의 강도가 높아져, 인성이 열화하는 동시에, 고온 균열의 위험성이 높아진다. 또한, B 함유량을 0.004 내지 0.015질량%로 하는 것이 보다 바람직하다. 이로써, 인성이 보다 향상한다.
또한, 본 실시 형태의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 있어서는, Mn, Ni, Ti 및 B의 함유량의 밸런스가 중요하다. 이러한 성분을 상술한 범위로 함으로써, 2전극 일렉트론 아크 용접법에 의한 후강판의 입향 1패스 용접에 있어서, 양호한 용접 작업성 및 양호한 저온 인성을 얻을 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서는, 이면측 용접 와이어 및 표면측 용접 와이어에 동일 조성의 와이어를 사용할 수도 있지만, 이면측과 표면측에서 용접 와이어의 조성을 변경하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시 형태의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서는, 이면측 용접 와이어를 진동시키지 않고 용접함으로써, 용접 길이가 짧을 때에는 문제가 되지 않은 이면측 용접 와이어의 아크 불안정에 의한 스퍼터의 다발을 방지하고 있지만, 이면측의 와이어 조성을 적성화함으로써, 그 효과를 보다 향상시킬 수 있다. 그 와이어 성분 중에서도 특히, SiO2는 스퍼터 발생량에 관련이 깊고, 이면측 용접 와이어에 있어서는, SiO2 함유량을 높게 하면 무방하다. 구체적으로는, 이면측 용접 와이어의 SiO2 함유량은 O.3 내지 1.0질량%인 것이 바람직하다. 또한, 이 때, 표면측 용접 와이어의 SiO2 함유량은 O.1 내지 O.5질량%인 것이 바람직하다. 용접 와이어에 있어서의 SiO2 함유량이 상술한 범위를 초과하면, 용융지상의 슬래그량이 과잉으로 되어 매립되어 아크 상태로 되고, 아크 불안정 및 스퍼터의 증가가 우려된다. 또한, 이면측 용접 와이어는 개선의 안쪽에 있고, 표면측에 비교하여 부착된 스퍼터를 제거하기 어렵기 때문에, 이면측 용접 와이어의 스퍼터 발생은 특히 억제하는 것이 바람직하다.
[실시예 1]
이하, 본 발명의 실시예에 대하여, 본 발명의 범위에서 벗어나는 비교예와 비교하여 설명한다. 하기 표 4는 실시예 및 비교예의 와이어의 종류, 극성, 진동 조건을 나타낸다. 또한, 하기 표 5는 각 실시예 및 비교예의 용접 작업성을 나타낸다. 단, 표 4에 있어서의 FCW는 플럭스 충전 와이어(Flux Cored Wire)이고, 표 5의 ○는 실시예 1-8과 동등한 성능의 경우, ◎는 이 실시예 1-8보다 우수한 경우, △는 실시예 1-8보다 약간 떨어지는 경우, ×는 떨어지는 경우이다. 또한, 시험 조건은, 피용접판(1)의 형상이, 두께가 80㎜, 폭이 500㎜, 길이가 3000㎜, 개선 각도가 20°, 개선 형상이 V자형이고, 개선 갭은 용접 스타트측이 4㎜, 용접 엔드측이 8㎜이다. 즉, 실제 구조물에서의 갭 변동을 고려하여, 용접 스타트측의 하단부에서 개선 갭을 4㎜로 하고, 용접 엔드측의 상단부에서 개선 갭을 8㎜으로 한 테이퍼 갭을 설치했다.
구분 번호 와이어 극성 진동
표면측 이면측 표면측 이면측 표면측 이면측
비교예 1-1 솔리드 솔리드 역극 역극 유 유
비교예 1-2 FCW 솔리드 역극 역극 유 유
비교예 1-3 솔리드 FCW 역극 역극 유 유
비교예 1-4 FCW FCW 역극 역극 유 유
비교예 1-5 FCW FCW 정극 역극 유 유
비교예 1-6 FCW FCW 역극 정극 유 유
비교예 1-7 FCW FCW 정극 정극 유 유
실시예 1-8 FCW FCW 정극 역극 유 무
실시예 1-9 FCW FCW 역극 정극 유 무
비교예 1-10 FCW FCW 정극 역극 무 유
비교예 1-11 FCW FCW 역극 정극 무 유
비교예 1-12 FCW FCW 정극 역극 무 무
비교예 1-13 FCW FCW 역극 정극 무 무
비교예 1-14 FCW FCW 역극 정극 유 유
비교예 1-15 FCW 솔리드 역극 정극 유 유
구분 번호 용접 작업성
아크안정성 스파크발생량 슬래그박리성 표면 비드 외관 이면 비드 외관 판정
비교예 1-1 X X X X X X
비교예 1-2 △ △ △ Ｏ~△ △ △
비교예 1-3 △ △ △ Ｏ~△ △ △
비교예 1-4 Ｏ~△ Ｏ~△ Ｏ Ｏ △ Ｏ~△
비교예 1-5 Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ △ Ｏ~△
비교예 1-6 Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ △ Ｏ~△
비교예 1-7 Ｏ~△ Ｏ~△ Ｏ Ｏ △ Ｏ~△
비교예 1-8 Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ
비교예 1-9 ◎ ◎ Ｏ Ｏ Ｏ ◎
비교예 1-10 Ｏ Ｏ Ｏ △ △ Ｏ~△
비교예 1-11 ◎ ◎ Ｏ △ △ Ｏ~△
비교예 1-12 ◎~Ｏ ◎~Ｏ Ｏ X X X
비교예 1-13 ◎ ◎ Ｏ X X X
비교예 1-14 ◎~△ Ｏ Ｏ Ｏ~△ Ｏ~△ Ｏ
비교예 1-15 △ △ Ｏ~△ Ｏ~△ △ △
비교예 1-1 내지 1-4는 표면측 와이어, 이면측 와이어의 종류에 의한 용접 작업성으로의 영향을 나타낸 것이다. 솔리드 와이어와 솔리드 와이어의 조합(비교예 1-1)에서는, 아크가 불안정하게 되어, 스퍼터가 대량으로 발생하기 때문에, 실드 불량 및 칩 융착 등을 야기하여, 용접의 계속이 불능하게 되었다. 또한, 솔리드 와이어와 플럭스 충전 와이어의 조합(비교예 1-2, 1-3)에서는, 솔리드 와이어의 아크 안정성이 낮고, 스퍼터 발생량이 많아지는 경향이 있다. 특히, 표면측 와이어를 플럭스 충전 와이어, 이면측 와이어를 솔리드 와이어로 한 경우(비교예 1-2)는, 판 두께가 커질수록, 이면측 토치에 부착된 스퍼터를 제거하는 것이 현저히 어려워져서, 칩 융착이 일어나기 쉬워진다.
그것에 대하여, 플럭스 충전 와이어와 플럭스 충전 와이어의 조합(비교예 1-4)에서는, 아크 안정성이 양호하고, 양호한 비드 외관 및 비드 형상을 확보할 수 있었다. 또한, 스퍼터 발생량이 적기 때문에, 토치 및 활주 동판의 가스 분출구로의 스퍼터 부착량이 적고, 안정된 용접을 실행할 수 있었다.
다음에, 비교예 1-4 내지 1-7은, 표면측 와이어, 이면측 와이어의 극성의 영향을 나타낸 것이다. 양극의 극성이 동일한 경우(비교예 1-4, 1-7)는, 양쪽 극간에서 아크 간섭이 발생하고, 아크 안정성이 손상되는 결과로 되었다. 한편, 양쪽의 극성을 역으로 한 경우(비교예 1-5, 1-6), 양쪽 극간에서의 아크 간섭은 발생하지 않고, 양호한 아크 안정성을 확보할 수 있었다. 특히, 표면측 와이어를 음극, 이면측 와이어를 양극으로 한 경우(비교예 1-6)는, 이면측 와이어의 아크는 확장 범위가 있고, 용입이 확대되기 때문에, 이면까지 충분히 아크가 도달하여, 양호한 안쪽 비드를 형성하는 것이 가능하다.
다음에, 비교예 1-6 내지 1-13은, 표면측 와이어 및 이면측 와이어의 진동에 의한 용접 작업성으로의 영향을 나타낸 것이다. 표면측 와이어 및 이면측 와이어는 모두 진동된 경우(비교예 1-6, 비교예 1-7, 비교예 1-14, 비교예 1-15)는, 진동에 의해 아크 안정성이 저하하여, 스퍼터 발생량이 증가한다. 이 방법으로는, 용접 길이가 짧은 경우는 사용 가능하지만, 용접 길이가 길고, 갭 변동 등의 개선의 편차가 많은 실제 용접 시공에서는, 이면측 와이어의 진동의 영향에 의해, 이면측 와이어가 아크 불안정하게 되고, 안쪽 비드의 불량(보강 용접, 비드 폭), 스퍼터 발생량 과다 등의 현상이 발생하기 쉬워진다. 부착된 스퍼터에 의한 실드 불량 및 칩 융착을 위해, 용접의 중단 및 수정을 할 수 밖에 없어, 용접 능률을 저감시키는 원인으로 된다.
이에 대하여, 본 발명의 실시예 1-8 및 실시예 1-9에서는, 표면측 와이어만을 진동시키고, 표면측 와이어를 고정함으로써, 갭 변동 등의 개선 형상의 편차가 많은 장척의 실시 공정에 대해서도, 양호한 아크 안정성을 확보하는 것이 가능해졌다.
또한, 표면측 와이어를 고정, 이면측을 진동 또는 고정한 경우(비교예 1-10 내지 1-13)는, 표면측의 용입을 충분히 할 수 없어, 융합 불량 등의 용접 결함이 발생했다. 따라서 진동에 관해서는, 표면측 와이어를 진동, 이면측 와이어를 고정함으로써, 실시 공정에 적절한 양호한 용접 작업성을 얻을 수 있다.
하기 표 6은, 이면측 와이어의 고정 위치가 안쪽 비드 외관, 형상에 미치는 영향을 나타낸 것이다. 실시예 2-3 내지 2-2-10의 경우는, 이면측 와이어의 고정 위치가 이면으로부터 3㎜ 이상 50㎜ 이하이기 때문에, 양호한 안쪽 비드 외관 및 비드 형상을 얻을 수 있지만, 이면으로부터 3㎜ 미만인 경우(비교예 2-1 및 2-2)에서는, 용낙 및 보강 용접 과대로 되고, 이면으로부터 50㎜을 초과한 경우(비교예 2-11 및 2-12)는, 개선 이면측이 충분히 용융하지 않고, 보강 용접 부족 등의 외관 불량 및 융합 불량 등이 확인되었다. 따라서, 양호한 안쪽 비드 외관, 형상을 얻기 위해서는, 이면측 와이어의 고정 위치는, 이면으로부터 3 내지 50㎜로 할 것이 필요하다.
구분 번호 이면측 와이어의 고정 위치(이면측으로부터의 거리) 이면 비드 외관 판정
비교예 2-1 0 용락 X
비교예 2-2 1 여성과대 Ｏ~△
실시예 2-3 3 양호 Ｏ
실시예 2-4 5 양호 Ｏ
실시예 2-5 10 양호 Ｏ
실시예 2-6 20 양호 Ｏ
실시예 2-7 30 양호 Ｏ
실시예 2-8 40 양호 Ｏ
실시예 2-10 50 양호 Ｏ
비교예 2-11 55 용접 불량 X
비교예 2-12 60 용접 불량 X
[실시예 2]
다음에, 본 발명의 실시예 2에 대하여 설명한다. 실시예 2에 있어서는, 우선 하기 표 7에 나타내는 조성의 플럭스 충전 와이어를 제작했다. 또한, 하기 표 4에 나타내는 와이어 성분에 있어서, 잔부는 Fe, Si 및 C 등이다. 또한, 비교예 No. 3-21은, 종래의 플럭스 충전 와이어이다.
구분 번호 와이어 성분(질량%)
Mn Ni Ti B SiO2
비교예 3-1 2.6 0.8 .021 0.008 0.12
비교예 3-2 1.1 1.1 0.21 0.009 0.11
비교예 3-3 1.8 0.1 0.44 0.010 0.09
비교예 3-4 2.1 3.5 0.41 0.010 0.15
비교예 3-5 1.9 1.4 0.05 0.015 0.15
비교예 3-6 2.0 1.9 0.61 0.015 0.17
비교예 3-7 1.5 0.9 0.09 0.002 0.19
비교예 3-8 2.1 1.5 0.10 0.025 0.11
비교예 3-9 2.0 1.5 0.15 0.015 0.04
비교예 3-10 1.6 1.5 0.15 0.011 1.35
실시예 3-11 1.5 1.9 0.19 0.010 0.21
실시예 3-12 2.5 1.8 0.21 0.010 0.20
실시예 3-13 1.8 0.5 0.40 0.011 0.18
실시예 3-14 1.8 3.0 0.41 0.018 0.15
실시예 3-15 1.8 2.4 0.10 0.019 0.51
실시예 3-16 1.9 2.6 0.50 0.011 0.12
실시예 3-17 2.0 2.0 0.19 0.004 0.11
실시예 3-18 1.6 1.2 0.30 0.020 0.15
실시예 3-19 2.2 1.9 0.33 0.009 0.10
실시예 3-20 2.3 1.5 0.18 0.010 0.85
비교예 3-21 2.6 0.2 0.09 0 0.49
실시예 3-22(이면측) 1.5 2.0 0.20 0.004 0.50
3-22(표면측) 2.0 2.0 0.19 0.004 0.11
실시예 3-23(이면측) 1.7 2.0 0.30 0.015 0.70
3-23(표면측) 1.6 1.2 0.30 0.015 0.15
실시예 3-24(이면측) 2.2 2.1 0.30 0.009 0.60
3-24(표면측) 2.2 1.9 0.25 0.009 0.10
다음에, 실시예 및 비교예의 각 와이어를 사용하여, 두께 80㎜, 폭 500㎜, 길이 1500㎜의 피용접판을, 2전극 일렉트로 가스 아크 용접법에 의해 입향 1패스 용접을 실행하여, 그 용접 작업성 및 용접 금속의 충격 성능에 대하여 평가를 실행했다. 이 때의 용접 조건은, 개선 형상을 V자형, 개선 갭을 8㎜로 하고, 입열량은 모두 약 600kJ/㎝로 했다. 또한, 충격 시험은 JISZ3128에 규정되어 있는 용접 커플링의 충격 시험 방법에 의해, -20℃에서의 충격치 vE를 측정하여, 그 값이 41J인 것을 ○, 41J 미만인 것을 ×로 했다. 또한, 용접 작업성의 평가는, 실시예인 No. 3-11의 플럭스 충전 와이어를 기준으로 하여, No.3-11보다 우수한 것을 ◎, 동등한 것을 ○, 약간 떨어지는 것을 △, 떨어지는 것을 ×로 했다. 이상의 결과를 하기 표 8에 나타낸다.
구분 번호 충격 성능 용접 작업성 종합 평가
충격치vE(J) 판정
비교예 3-1 27 X O X
비교예 3-2 15 X O X
비교예 3-3 28 X X X
비교예 3-4 19 X O X
비교예 3-5 21 X △ X
비교예 3-6 27 X O X
비교예 3-7 19 X O X
비교예 3-8 101 O X X
비교예 3-9 81 O X X
실시예 3-10 47 O X X
실시예 3-11 95 O O O
실시예 3-12 88 O O O
실시예 3-13 85 O O O
실시예 3-14 80 O O O
실시예 3-15 85 O O O
실시예 3-16 95 O O O
실시예 3-17 110 O O O
실시예 3-18 90 O O O
실시예 3-19 100 O O O
실시예 3-20 115 O O O
비교예 3-21 21 X Ｏ X
실시예 3-22 110 O ◎ ◎
실시예 3-23 115 O ◎ ◎
실시예 3-24 100 O ◎ ◎
상기 표 8에 도시하는 바와 같이, Mn 함유량이 1.5질량% 미만인 비교예 3-2의 와이어, Ni 함유량이 0.5질량% 미만인 비교예 3-3의 와이어, Ti 함유량이 0.1질량% 미만인 비교예 3-5의 와이어 및 B 함유량이 0.004질량% 미만인 비교예 3-7의 와이어는, 바깥쪽 비드 외관 불량도 발생했다. 또한, Mn 함유량이 2.5질량%를 초과하고 있는 비교예 3-1의 와이어, Ni 함유량이 3.0질량%를 초과하고 있는 비교예 3-4의 와이어 및 Ti 함유량이 0.50질량%를 초과하고 있는 비교예 3-6의 와이어는, 용접 금속의 강도가 지나치게 높아져, 충격 성능이 저하했다. 또한, B 함유량이 0.020질량%를 초과하고 있는 비교예 3-8의 와이어는, B 함유량이 많기 때문에, 내고온 균열성이 열화하여, 고온 균열이 발생했다. 또한, SiO2 함유량이 0.10질량% 미만인 비교예 3-9의 와이어에서는, 슬래그량이 과소로 되어 바깥쪽 비드 외관 불량이 발생했다. 또한, SiO2 함유량이 0.25질량%를 초과하고 있는 비교예 3-10의 와이어에서는, 용융지상의 슬래그량이 과다하게 되어, 매립되어 아크 상태가 되었다. 그 결과, 아크가 불안정하게 되어, 스퍼터 발생량이 증가했다. 또한, 종래품인 비교예 3-21은, Mn함유량, Ni함유량, Ti함유량, B 함유량이 본 발명의 범위 밖이기 때문에, 충격치가 낮고, 또한 용접 작업성에 있어서도, Ti가 0.10질량% 미만이기 때문에 슬래그 박리성이 떨어져 있었다.
한편, 본 발명의 범위내인 실시예 3-11 내지 3-20 및 실시예 3-22내지 3-24의 와이어에서는, 충격 성능 및 용접 작업 성능이 모두 양호했다.
본 발명에 의하면, 후강판의 입향 1패스 용접에 있어서, 우수한 용접 작업성 및 양호한 저온 인성을 얻을 수 있다.
도 1은 본 실시 형태의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 장치를 나타내는 측면도,
도 2a는 표면측 용접 와이어를 공급하는 용접 대차(Welding Room)를 나타내는 평면도,
도 2b는 이면측 용접 와이어를 공급하는 공급 부재를 나타내는 평면도,
도 3은 용접 와이어의 공급부를 나타내는 측면도,
도 4a는 용접 대차에 공급 부재를 장착시키는 방법을 나타내는 분해 측면도,
도 4b는 도 4a에 도시하는 A-A선에 의한 분해 단면도,
도 5는 본 발명의 실시 형태의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법을 나타내는 평면도,
도 6은 본 발명의 실시 형태의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법을 나타내는 측면 단면도,
도 7a는 피용접판의 판 두께가 80㎜인 경우의 용접 방법을 나타내는 평면도,
도 7b는 피용접판의 판 두께가 35㎜인 경우의 용접 방법을 나타내는 평면도,
도 8은 피용접판의 판 두께가 80㎜인 경우의 용접 방법을 나타내는 측면 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 피 용접판 2 : 활주 동판
4 : 표면측 용접 와이어 5 : 이면측 용접 와이어
6 : 냉각수 통로 7 : 공급구
8 : 가스 분출구 10, 12 : 용접 금속
11 : 개선 16, 17 : 토치
26 : 용접 대차 27 : 차륜
28 : 레일 29 : 공급 부재
30 : 장착부 31 : 삽입부

Claims (8)

  1. 피용접판의 표면측이 이면측보다 광폭으로 상하로 연장되는 개선(beveling)에 대하여, 표면측에 상방으로 활주하는 활주 동판을 대어, 이면측에 고정된 배킹재(backing)를 대는 동시에, 상기 개선내에 2개의 용접 와이어를 상기 표면측과 이면측으로 격리시켜서 배치하고, 상기 개선을 입향(立向) 버트(butt) 용접하는 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서,
    상기 용접 와이어는 플럭스 충전 와이어로서, 표면측의 용접 와이어만을 판 두께 방향으로 진동시키고, 양쪽 와이어의 극성을 역으로 하여 용접하는 것을 특징으로 하는
    2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면측 와이어의 극성을 음극성, 상기 이면측 와이어의 극성을 양극성으로 한 것을 특징으로 하는
    2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이면측 와이어와 상기 피용접판의 이면의 거리가 3 내지 50 ㎜인 것을 특징으로 하는
    2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 플럭스 충전 와이어는, 와이어 전체 질량당, Mn: 1.5 내지 2.5질량%, SiO2 : 0.10 내지 1.00질량%, Ni : 0.5 내지 3.0질량%, Ti : 0.10 내지 0.50질량%, B : 0.004 내지 0.020질량%를 함유하는 것을 특징으로 하는
    2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법.
  5. 피용접판의 표면측이 이면측보다 광폭으로 상하로 연장되는 개선에 대하여, 표면측에 상방으로 활주하는 활주 동판을 대고, 이면측에 고정된 배킹재를 대는 동시에, 상기 개선내에 제 1 및 제 2의 2개의 용접 와이어를 상기 표면측과 이면측으로 격리시켜서 배치하고, 상기 개선을 입향 버트 용접하는 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 장치에 있어서,
    상기 제 1 용접 와이어를 상기 개선내로 공급하는 동시에 상기 개선을 따라 이동하는 용접 대차와, 상기 용접 대차에 탈착 가능하게 장착되어 상기 제 2 용접 와이어를 상기 개선내의 상기 제 1 용접 와이어보다도 상기 배킹재측의 위치로 공급하는 공급 부재와, 상기 용접 대차에 설치되어 상기 제 1 용접 와이어를 상기 피용접판의 판 두께 방향으로 진동시키는 진동 장치와, 상기 제 1 및 제 2 용접 와이어에 극성이 서로 반대인 전압을 인가하는 전원을 갖는 것을 특징으로 하는 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 용접 대차에는 삽입부가 설치되어 있고, 상기 공급 부재에는 상기 삽입부를 감합하는 장착부가 설치되어 있으며, 이 장착부를 상기 삽입부에 감합시킨 상태에서, 상기 장착부를 상기 삽입부에 나사 고정시킴으로써, 상기 공급 부재가 상기 용접 대차에 고정되는 것을 특징으로 하는
    2전극 일렉트로 가스 아크 용접 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 용접 대차에는 U자형의 장착부가 설치되어 있고, 상기 공급 부재에는 상기 장착부에 삽입되는 삽입부가 설치되어 있으며, 이 삽입부를 상기 장착부에 감입한 상태에서, 상기 삽입부를 상기 장착부에 나사 고정함으로써, 상기 공급 부재가 상기 용접 대차에 고정되는 것을 특징으로 하는
    2전극 일렉트로 가스 아크 용접 장치.
  8. 피용접판의 표면측이 이면측보다 광폭으로 상하로 연장되는 개선에 대하여, 표면측에 상기 피용접판에 상대적으로 상방으로 활주하는 활주 강판을 대고, 이면측에 상기 피용접판에 대하여 고정된 배킹재를 대는 동시에, 상기 개선내에 2개의 용접 와이어를 상기 표면측과 이면측으로 격리시켜서 배치하며, 상기 개선을 입향 버트 용접하는 2전극 일렉트로 가스 아크 용접에 사용하는 2전극 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 있어서,
    와이어 전체 질량당, Mn : 1.5 내지 2.5질량%, SiO2 : 0.10 내지 1.00질량%, Ni : 0.5 내지 3.0질량%, Ti : 0.10 내지 0.50질량%, B : 0.004 내지 0.020질량%를 함유하는 것을 특징으로 하는
    2전극 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어.
KR10-2003-0076505A 2002-10-31 2003-10-30 2전극 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어,2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법 및 2전극 일렉트로가스 아크 용접 장치 KR100526489B1 (ko)

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