KR100651784B1 - 탠덤 일렉트로 가스 용접 장치 및 그 용접 방법 - Google Patents

탠덤 일렉트로 가스 용접 장치 및 그 용접 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탠덤 일렉트로 가스 용접 장치 및 그 용접 방법에 관한 것으로서, 강재들이 맞대어진 용접부를 따라 수직 이송되는 루트측 전극 및 페이스측 전극과, 용접부의 루트측 이면에 배치되는 고정식 배킹제와, 고정식 배킹제와 대향하는 용접부의 페이스측 전면에서 위치하며, 전극들과 함께 수직 이송하는 이동식 수냉각판과, 이동식 수냉각판 위에서 페이스측 전극을 향해 수평하게 설치되는 제1 가스 노즐, 및 수냉각판 위에 고정되며 루트측 전극을 향해 경사지게 설치되는 제2 가스 노즐을 포함하며, 질소 함유량이 0.005wt% 내지 0.0150wt% 고질소형 극후물 강재를 500kJ 이상의 대입열을 이용해 상향 용접하며, 강재의 용접부를 이루는 용접금속이 Ti, Si, Al, 및 Mn을 기본 성분계로 하고, Zr, Mg, Ca, 또는 REM들 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 복합 산질화물을 함유하도록 성분 제어한다.
탠덤 일렉트로 가스 아크 용접, 용접금속, 충격인성, 질소

Description

탠덤 일렉트로 가스 용접 장치 및 그 용접 방법{DEVICE OF TANDEM ELECTRO GAS ARC WELDING AND WELDIG METHOD THEREOF}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접 장치를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
본 발명은 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접 장치 및 그 용접 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 극후물 강재를 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접으로 대입열 용접 시 대기로부터 유입되는 질소에 의한 충격인성의 저하, 및 대입열에 의해 조직의 조대화에 따른 충격인성 저하를 방지할 수 있는 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접 장치 및 그 용접 방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접은 두께가 60mm 이상인 극후물 강재의 용접 생산성을 높이기 위하여 개발되어 현재 적용되고 있는 용접 방법들 중의 하나이다.
일례로, 두께가 80mm인 극후물 강재를 통상의 용접 즉, 플럭스 코어드 아크 용접으로 용접하는 경우 80 패스 내지 90 패스의 다층 용접이 되어야 하며, 싱글 일렉트로 가스 아크 용접으로 용접하는 경우 적어도 2 패스 용접이 되어야 한다. 따라서, 높은 용접 생산성이 요구되는 조선소 등에서는 극후물 강재를 1패스로 용접할 수 있는 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접이 이용되고 있다.
종래 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접 장치는 60mm 이상의 극후물 강재들을 1패스 상향 용접하기 위해서는 맞대어진 극후물 강재의 용접부에 가스 노즐을 통해 보호가스를 분사하고, 이 보호가스로 용접부를 대기와 차폐시킨 상태로 페이스측 전극과 루트측 전극을 용접부의 두께 방향으로 일정한 진폭을 가지고 진동시켜가며 상기 전극들로부터 발생된 아크열로 극후물 강재들을 융착시키도록 한다.
이 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접 장치는 페이스측 전극과 루트측 전극에 동시에 진동이 가해지기 때문에 아크가 불안정해진다. 보호가스의 차폐효과는 아크의 안정성에 따라 차이가 날 수 있다. 따라서 아크가 불안정해지는 경우 보호가스의 차폐효과는 상대적으로 보호가스를 공급하는 가스 노즐과 거리가 떨어져 있는 루트측에서 저하될 수밖에 없어 대기로부터 용접금속 내로 질소가 유입되어 질소량은 증가하게 된다. 따라서 용접금속 내에 자유 질소가 증가하여 충격인성이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접은 두께 50mm 이상의 극후물 강재를 1패스 용접하기 위해서는 용접 입열량이 500kJ/cm 이상인 대입열 용접이 이루어져야 한다. 이처럼 대입열 용접이 이루어지게 되면 용접금속의 조직이 조대해저 필연적으로 충격인성은 작아지게 된다.
따라서 현재 조선 분야에서 그 적용이 급증되고 있는 탠덤 일렉트로 가스 아 크 용접을 고질소 극후물 강재의 용접에 적용하기 위해서는 대기로부터 유입되는 질소에 의한 충격인성의 저하 및 대입열에 의해 조직의 조대화에 따른 충격인성 저하를 방지할 수 있는 가스 아크 용접 장치 및 그 용접 방법의 개발이 절실이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 극후물 강재를 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접으로 대입열 용접 시 대기로부터 유입되는 질소에 의한 충격인성의 저하, 및 대입열에 의해 조직의 조대화에 따른 충격인성 저하를 방지할 수 있는 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접 장치 및 그 용접 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 탠덤 일렉트로 아크 용접 장치는 강재들이 맞대어진 용접부를 따라 수직 이송되는 루트측 전극 및 페이스측 전극과, 용접부의 루트측 이면에 배치되는 고정식 배킹제와, 고정식 배킹제와 대향하는 용접부의 페이스측 전면에서 위치하며, 전극들과 함께 수직 이송하는 이동식 수냉각판과, 이동식 수냉각판 위에서 페이스측 전극을 향해 수평하게 설치되는 제1 가스 노즐, 및 수냉각판 위에 고정되며 루트측 전극을 향해 경사지게 설치되는 제2 가스 노즐을 포함한다.
제2 가스 노즐은 상기 제1 가스 노즐의 상측에 일체로 설치될 수 있다. 제1 가스 노즐 및 상기 제2 가스 노즐은 하나의 단일 가스 공급 호스에 연결될 수 있 다.
또 다른 본 발명의 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접 방법은 질소 함유량이 0.005wt% 내지 0.0150wt% 고질소형 극후물 강재를 500kJ 이상의 대입열을 이용해 상향 용접하는 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서, 강재의 용접부를 이루는 용접금속이 Ti, Si, Al, 및 Mn을 기본 성분계로 하고, Zr, Mg, Ca, 또는 REM 원소들 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 복합 산질화물을 함유하도록 성분 제어한다.
용접금속은 Fe와, C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, V, Nb, TI, B이루어진 제1 첨가 원소, 및 Zr, Mg, Ca, REM로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 제2 첨가 원소를 포함하고,
상기 제1 첨가 원소는 C 함량이 0.03wt% 내지 0.14wt%, Si 함량이 0.10wt% 내지 0.50wt%, Mn 함량이 1.00wt% 내지 2.30wt%, Ni 함량이 0.5wt% 내지 4.00wt%, Cr 함량이 0.02wt% 내지 0.20wt%, Mo 함량이 0.05wt% 내지 0.50wt%, V 함량이 0wt% 내지 0.1wt%, Nb 함량이 0wt% 내지 0.10wt%, Ti 함량이 0.01wt% 내지 0.08wt%, B 함량이 0.0010wt% 내지 0.0080wt%을 포함하며,
상기 제2 첨가 원소는 Zr, Mg, Ca 및 REM들 중 적어도 하나의 함량이 0.0010wt% 내지 0.01wt%를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하 는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접 장치를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 실시예의 탠덤 일렉트로 아크 용접 장치는 고정식 배킹제(20), 이동식 수냉각판(30), 페이스측 전극(40), 루트측 전극(50), 제1 가스 노즐(60) 및 제2 가스 노즐(70)로 이루어진다.
고정식 배킹제(20)는 상향 용접을 위해 두께 60mm 이상의 극후물 강재(10)들이 맞대어진 용접부(11)의 루트측 이면에 배치된다. 이 고정식 배킹제(20)는 용접시 용융금속(15)의 이탈을 방지하여 이면 비드의 형성을 돕는다.
이동식 수냉각판(30)은 고정식 배킹제(20)에 대향하는 강재(10)의 용접부 전면측에 이송 가능하게 배치된다. 이 이동식 수냉각판(30)은 용접시 용융금속의 이탈을 방지함과 아울러 수배관(35)을 통해 공급되는 냉각수에 의해 용융금속(15)을 냉각하여 전면 비드의 형성을 돕는다.
페이스측 전극(40)과 루트측 전극(50)은 맞대어진 극후물 강재(10)들 사이에서 이들의 두께에 방향을 따라 기설정된 간격을 가지고 이격 배치된다. 도면에 도시하지 않았지만 페이스측 전극(40)과 루트측 전극(50)은 이동식 수냉각판(30)과 일체로 결합되어 강재(10)들의 용접부(11)를 따라 같이 상향 이송되며 연속적인 용접 작업이 이루어지도록 한다.
제1 가스 노즐(60)은 이동식 수냉각판(30)에 위에 설치되어, 용접중인 용접부(11)를 대기와 차폐시키는 보호가스를 페이스 측으로 분사한다.
그리고, 제2 가스 노즐(70)은 제1 가스 노즐(60)과 함께 이동식 수냉각판(30) 위에 설치되어, 루트측으로 보호가스를 분사한다. 이 제2 가스 노즐(70)은 보호가스가 루트측으로 보다 잘 분사될 수 있도록 루트측 전극(50)을 향해 경사지게 형성된다.
또한, 이 제2 가스 노즐(70)은 제1 가스 노즐(60)의 상측에 일체로 형성하는 것도 바람직하다. 따라서 제2 가스 노즐(70)을 연결하는 가스 공급 호스(80)를 통해 제1 가스 노즐(60)로 보호가스를 공급할 수도 있다. 그러나 제1 가스 노즐(60)과 제2 가스 노즐(70)은 보호가스의 분사가 개별 제어될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
따라서, 이 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접 장치를 이용한 극후물 강재(10)의 용접 과정은 제1 및 제2 가스 노즐(60, 70)을 통해 페이스측과 루트측으로 분사되는 보호가스로 용접부(11)를 좀더 완벽하게 차폐시킨 상태에서 두께 방향으로 진동하며 아크를 발생시키는 페이스측 전극(40)과 루트측 전극(50)이 강재(10)의 용접부(11)를 따라 상향 이동하면서 용접하게 된다. 즉, 페이스측 전극(40)과 루트측 전극(50)의 아크열에 의해 용융된 용융금속(15)이 고정식 배킹제(20)와 이동식 냉각판(30)에 의해 강판(10)의 용접부(11)에 차폐된 상태로 냉각되어 용접부(11) 하부의 용접금속(18)으로 쌓이며 두 강재를 용접 결합된다.
여기서, 제2 가스 노즐(70)은 용접부(11)의 루트측으로 보호가스를 공급함으 로써, 루트측에서 보호가스의 차폐효과가 저하되어 대기로부터의 용접금속으로 질소가 침입하는 것을 방지함으로써 용접금속 내의 자유 질소에 의한 충격인성이 저하되는 것을 막을 수 있다.
이하, 표 1은 서로 다른 두께의 극후물 강재를 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접 장치를 이용해 용접하여 얻은 제2 가스 노즐의 사용 여부에 따른 용접금속의 질소함유량을 나타낸다.
Figure 112005076456175-pat00001
적용한 극후물 강재(10)의 두께는 60, 80, 90mm 이며, 용접 입열량은 530kJ/cm 내지 710kJ/cm 이다. 본 발명에서 용접부(11)의 루트측을 보호하기 위한 제2 가스 노즐(70)을 사용하지 않은 경우에는 강재(10)의 두께가 두꺼워질수록 용접금속(18)의 질소 함량이 0.0087wt%, 0.0125wt%, 0.0164wt%로 크게 증가하였다.
이에 반하여, 본 발명의 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접 장치의 제2 가스 노즐(70)을 사용하는 경우 두께가 두꺼워질수록 질소 함유량이 0.0048wt%, 0.0053wt%, 0.0061%로 소량 증가하는 경향을 보이지만, 그 증가 정도는 미미한 수준임을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 탠덤 일렉트로 아크 용접 장치는 제2 가스 노즐(70)을 사용하여 용접부(11)의 루트측에 대한 보호가스의 차폐효과를 높여 대기로부터의 용접금속(18)으로 질소가 침입하는 것을 방지함을 확인할 수 있다.
이하, 표 3은 극후물 강재의 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접시 모재의 질소함유량에 따른 용접금속 질소함유량 및 충격인성 값을 나타낸다.
Figure 112005076456175-pat00002
표 2을 통해 알 수 있는 바와 같이, 용접금속(18)의 기본 성분계는 상기 용접금속 성분범위를 만족하는 성분계로서, 0.06C, 0.27Si, 1.61Mn, 1.15Ni, 0.03Cr, 0.14Mo, 0.03V, 0.041Ti, 0.0043B, 0.002REM이며, 모재의 질소함량은 0.0073wt% 내지 0.0200wt% 범위이다.
용접금속(18)의 질소함량은 모재 질소함량에 따라 증가하며, 저온 충격인성은 용접금속(18) 질소함량에 따라 저하하였다. 특히 용접금속(18)의 질소 함량이 0.0150% 이상인 경우는 충격인성이 50J 이하로 현저하게 저하하여, 본 발명에서 용접금속 저온충격인성을 확보할 수 있는 질소의 범위는 0.0150wt%이다.
이하, 극후물 강재(10)의 용접시 대기로부터 유입되는 질소 이외에도 강재로부터 용접금속(18)으로 희석되는 질소에 의한 충격인성이 저하 및 극후물 강재(10)의 용접시 용접 입열량 500kJ 이상의 대입열에 의해 용접금속(18) 조직이 조대해저 충격인성이 저하되는 것을 방지하기 위한 석출물의 활용과 용접금속 성분의 최적화는 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접 방법을 설명한다.
본 발명의 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접 방법은 용접시 강재(10)의 용접부(11)를 이루는 용접금속(18)이 티탄늄(Ti), 규소(Si), 알루미늄(Al), 및 망간(Mn)을 기본 성분계로 하고, 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 또는 회토류(REM) 원소들 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 복합 산질화물을 함유하도록 용접금속을 이루는 모재 및 용접 재료 등의 성분을 제어한다.
따라서, 용접금속은 철(Fe)과, 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 니오브(Nb), 티타늄(Ti), 붕소(B)이루어진 제1 첨가 원소, 및 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 회토류(REM) 원소들로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 제2 첨가 원소를 포함한다.
이 제1 첨가 원소는 탄소(C) 함량이 0.03wt% 내지 0.14wt%, 규소(Si) 함량이 0.10wt% 내지 0.50wt%, 망간(Mn) 함량이 1.00wt% 내지 2.30wt%, 니켈(Ni) 함량이 0.5wt% 내지 4.00wt%, 크롬(Cr) 함량이 0.02wt% 내지 0.20wt%, 몰리브덴(Mo) 함량이 0.05wt% 내지 0.50wt%, 바나듐(V) 함량이 0wt% 내지 0.1wt%, 니오브(Nb) 함량이 0wt% 내지 0.10wt%, 티탄늄(Ti) 함량이 0.01wt% 내지 0.08wt%, 붕소(B) 함량이 0.0010wt% 내지 0.0080wt%로 이루어진다.
그리고, 제2 첨가 원소는 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 및 회토류(REM) 원소 중 적어도 하나의 함량이 0.0010wt% 내지 0.01wt%로 이루어진다.
이와 같이 용접금속(18)의 성분 범위를 제어하는 이유는 설명하면 다음과 같다.
먼저, 탄소(C)는 용접금속(18)의 강도 확보를 위하여 필요하지만, 지나치면 인성의 저하는 물론 용접금속(18)의 균열을 발생시키기도 한다. 탄소(C)의 함량이 0.04wt% 이하이면 대입열 용접금속(18)의 소입성이 저하하여 충분한 강도 확보가 곤란하고, 탄소(C)함량이 0.14wt%를 넘어가면 경화도 증가에 따른 취화는 물론 용접금속(18)의 고온균열 발생 가능성이 있다. 따라서 탄소(C)함량 범위는 0.04wt% 내지 0.14wt%가 바람직하다.
규소(Si)은 용접금속(18)중에 강력한 탈산작용과 강도를 향상시킨다. 규소(Si) 함량이 0.10wt% 이하에서는 용접금속(18)의 탈산효과 저하에 따라 산소함량이 높아질 가능성이 있고, 특히 슬래그 유동성이 저하하여 용접 작업성이 나빠지며, 반면에 0.50wt% 이상이면 대입열 용접금속(18)의 고온균열을 발생시킬 위험성이 있다. 따라서 적정 규소(Si)함량 범위는 0.10wt% 내지0.50wt% 가 바람직하다.
망간(Mn)은 용접금속(18)의 소입성을 증가시켜 강도를 증가하고, 용접금속(18) 중에 탈산작용을 한다. 함량이 1.00wt% 이하이면 대입열 용접금속(18)에서 소입성이 부족하여 강도 부족 및 미세조직의 조대화가 발생하고, 함량이 2.30wt% 이상이면 소입성이 지나치게 증가하여 경화 조직의 생성에 따라 인성 저하가 발생하므로, 1.00wt% 내지 2.30wt% 범위가 바람직하다.
니켈(Ni)은 대입열 용접금속(18)의 강도 및 인성을 향상시킬 수 있다. 니켈(Ni) 함량이 0.50wt% 이하이면 대입열 용접금속(18)의 강도 및 인성에 미치는 영향이 미미하고, 4.0wt% 이상이면 용접금속(18)의 고온균열 발생 가능성이 있으며, 그 이상의 범위에서는 인성 및 강도 향상 효과가 미미하다. 따라서 0.50wt% 내지 4.00wt% 범위가 바람직하다.
크롬(Cr)은 용접금속(18)의 강도 및 저온인성을 향상시킬 수 있는 원소이다. 0.02wt%이하의 첨가는 그 효과가 미미하여 강도 및 인성의 개선이 이루어지지 않으며, 0.20wt% 이상의 첨가는 소입성이 지나치게 증가하여 경화조직의 형성으로 인성이 저하함에 따라 0.05wt% 내지 0.20wt% 범위의 첨가가 바람직하다.
몰리브덴(Mo)은 소입성 강화원소로서 대입열 용접금속(18)의 조직 미세화에 효과적이어서, 대입열 용접금속(18)의 강도 및 저온인성을 향상시킬 수 있는 원소이다. 0.05wt%이하의 첨가는 그 효과가 미미하여 강도 및 인성의 개선이 이루어지지 않으며, 0.50wt% 이상의 첨가는 소입성이 지나치게 증가하여 경화조직의 형성은 물론 도상 마르텐사이트 조직을 촉진하여 인성이 저하함에 따라 0.05wt% 내지 0.50wt% 범위의 첨가가 바람직하다.
바나듐(V)은 대입열 용접금속(18)의 조직 미세화에 기여함에 따라 강도 및 인성에 유익하지만, 0.1wt% 이상 첨가는 용접금속(18) 고온균열 발생을 촉진하게 됨에 따라 0.1wt% 이하의 첨가가 바람직하다.
니오브(Nb)는 대입열 용접금속(18)의 조직 미세화에 기여함에 따라 강도 및 인성에 유익하지만, 0.1wt% 이상 첨가는 용접금속(18) 고온균열 발생을 촉진하게 됨에 따라 0.1wt% 이하의 첨가가 바람직하다.
티탄늄(Ti)는 용접금속(18) 중의 복합 산질화물 생성의 주체가 되고, 형성된 산질화물을 기점으로 하여 미세한 페라이트가 생성됨에 따라, 용접금속(18)에 포함된 다량의 질소를 고정함은 물론 조직 미세화를 통하여 대입열 용접금속(18)의 저온인성을 향상시킨다. 0.01wt%이하의 첨가는 다량의 질소 고정 효과가 적어서 용접금속(18) 내에 자유질소가 증가하고, 아울러 핵 생성 기점인 산질화물이 부족하여 조직 미세화가 충분치 않아 대입열 용접금속(18) 인성 확보가 부족하고, 0.08wt% 이상 첨가하면 용접금속(18)의 경화를 초래하여 저온인성이 저하한다. 따라서 0.01wt% 내지 0.08wt% 범위의 첨가가 바람직하다.
붕소(B)은 대입열 용접금속(18)의 소입성 증가를 통한 강도 향상과 입계 페라이트 생성을 억제하여 조직 미세화에 매우 효과적이다. 0.0010wt% 이하의 첨가는 대입열 용접금속(18)의 소입성 부족 및 입계 페라이트 억제 효과 저감에 의하여 용접금속(18) 강도 저하는 물론 입계 페라이트 생성 및 성장에 의하여 저온인성 저하를 초래하고, 0.0080wt% 이상의 첨가는 소입성이 지나치게 증가하여 경화조직의 증가에 따른 저온인성 저하는 물론 용접금속(18) 고온균열을 초래한다. 따라서, 0.0010wt% 내지 0.0080wt% 범위의 첨가가 바람직하다.
그리고, 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 및 회토류(REM) 원소는 강력한 탈산 작용은 물론 질소와의 친화력이 강하여 티탄늄(Ti) 등과 함께 질소를 다량 함유한 용접금속(18) 내의 질소를 고정 효과가 있다. 0.0010wt% 이하의 첨가는 산질화물의 형성이 부족하여 충분한 질소 고정이 이루어지지 않아 용접금속(18) 내 자유질소가 증가하여 저온인성이 저하하고, 0.01wt% 이상의 첨가는 대입열 용접금속(18)이 경화하여 저온인성이 저하한다. 따라서 0.0010wt% 내지 0.01wt% 범위의 첨가가 바람직하다.
이하, 표 3은 서로 다른 성분비를 갖는 두께 80mm의 극후물 강재를 550kJ 이상의 대입열을 적용하여 탠덤 일렉트로 아크 가스 용법 방법으로 용접하여 얻은 용접금속(18)의 충격인성값을 나타낸 것이다. 표 3를 통해 알 수 있는 바와 같이, 용접금속(18)의 성분이 본 발명의 범위에 속하는 용접금속(18)(1 내지 6)은 저온 충격인성이 80J 이상의 양호한 값을 나타내었다.
그 외에 본 발명에서 제시한 각 성분의 범위를 벗어난 용접금속(18)(C1 내지 ZR2)은 약 50J 이항의 낮은 충격인성을 나타내었으며, 특히 용접균열이 발생한 C2, N2, V1, B2 계 용접금속(18)은 각각 탄소(C), 니켈(Ni), 바나듐(V), 붕소(B)등이 과다하게 첨가되었기 때문이다. 이와 같이 균열이 발생한 경우에는 충격시험편의 채취가 불가능하였다.
또한 T1 및 ZR1 과 같은 용접금속(18)에서는 티타늄(Ti) 이나 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 및 희토류(REB) 원소의 부족에 기인하여 함유된 다량의 질소를 고정할 수 있는 복합 산질화물의 부족에 의하여 용접금속(18) 내에 자유질소 함량이 증가함에 따라 저온인성이 저하하였다.
Figure 112005076456175-pat00003
여기서, *ZR은 지르코늄(Zr),마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 및 희토류(REB) 원소들 중 적어도 하나 이상이 함유된 것을 나타낸다.
따라서 본 발명에 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 의해 성분 제어되는 용접금속(18)의 성분계는 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접방법에 의한 다량의 질소를 함유한 대입열 용접금속(18)에서도 충분한 저온인성을 확보할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명에 따른 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접 장치 및 그 용접 방법은 고질소형 극후물 대입열 강재에 적용하는 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접에 의한 대입열 용접시 대기로부터의 질소 침입을 억제하기 위하여 루트측으로 보호가스를 분사하기 위한 가스 노즐을 추가 사용하고, 용접금속의 성분제어를 통해 강재로부터 유입되는 질소 및 과다한 용접 입열량에 따른 용접금속의 충격인성 저하를 방지하는 효과를 갖는다.

Claims (5)

  1. 강재들이 맞대어진 용접부를 따라 수직 이송되는 루트측 전극 및 페이스측 전극,
    상기 용접부의 루트측 이면에 배치되는 고정식 배킹제,
    상기 고정식 배킹제와 대향하는 상기 용접부의 페이스측 전면에서 위치하며, 상기 전극들과 함께 수직 이송하는 이동식 수냉각판,
    상기 이동식 수냉각판 위에서 상기 페이스측 전극을 향해 수평하게 설치되는 제1 가스 노즐, 및
    상기 수냉각판 위에 고정되며 상기 루트측 전극을 향해 경사지게 설치되는 제2 가스 노즐을 포함하는 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접 장지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 가스 노즐은 상기 제1 가스 노즐의 상측에 일체로 설치되는 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가스 노즐 및 상기 제2 가스 노즐은 하나의 단일 가스 공급 호스에 연결되는 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접 장치.
  4. 질소 함유량이 0.005wt% 내지 0.0150wt% 고질소형 극후물 강재를 500kJ 이상의 대입열을 이용해 상향 용접하며, 상기 강재의 용접부를 이루는 용접금속이 Ti, Si, Al, 및 Mn을 기본 성분계로 하고, Zr, Mg, Ca, 또는 REM들 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 복합 산질화물을 함유하도록 성분 제어하는 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 용접금속은 Fe와, C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, V, Nb, TI, B이루어진 제1 첨가 원소, 및 Zr, Mg, Ca, REM 원소들로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 제2 첨가 원소를 포함하고,
    상기 제1 첨가 원소는 C 함량이 0.03wt% 내지 0.14wt%, Si 함량이 0.10wt% 내지 0.50wt%, Mn 함량이 1.00wt% 내지 2.30wt%, Ni 함량이 0.5wt% 내지 4.00wt%, Cr 함량이 0.02wt% 내지 0.20wt%, Mo 함량이 0.05wt% 내지 0.50wt%, V 함량이 0wt% 내지 0.1wt%, Nb 함량이 0wt% 내지 0.10wt%, Ti 함량이 0.01wt% 내지 0.08wt%, B 함량이 0.0010wt% 내지 0.0080wt%을 포함하며,
    상기 제2 첨가 원소는 Zr, Mg, Ca 및 REM들 중 적어도 하나의 함량이 0.0010wt% 내지 0.01wt%를 포함하는 탠덤 일렉트로 가스 아크 용접 방법.
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