KR100666788B1 - 선박 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법에 관한 것이다.

본 발명은 두 모재를 일면 맞대기 이음 용접함에 있어서, 용접할 모재(21)를 0~3mm 간격을 두고 서로 맞대는 형태로 위치시키는 단계와; 맞대어진 모재(21)의 이면에 면접촉되어 모재(21)의 간극을 밀폐하도록 백킹재(22)를 부착하는 단계와; 상기 백킹제(22)에 의해 밀폐된 간극 상측인 모재(21)의 사이에 절선형 용접충진제(23)와 용접플럭스를 채워넣는 단계와; 상기와 같은 상태에서 용착량이 높고 고온균열에 대한 저항성이 높은 직경 3.2~4.8mm의 서브머지드 아크 용접용 콤포지트 와이어(11)를 이용하여 모재(21) 두께의 전체 또는 일부를 용착시킨 후 용접을 완료하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 스트립 튜브내에 메탈파우더 또는 플럭스 또는 상기 혼합물을 충진시킨 콤포지트 와이어를 용접와이어로 사용하여 균열에 대한 저항성을 향상시키고 용착량을 높였고 동시에 절선형태의 용접충진재를 용제로 사용함으로써 용착량을 더욱 향상시켜 적용 모재의 두께 증대는 물론 균열이 없는 용접품질을 얻어 생산성 증대를 이룰수 있는 장점이 있다.

Description

선박 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법{Welding method for butt welding of ship}

도 1은 종래 용접와이어의 단면도

도 2는 본 발명에 적용되는 용접와이어의 단면도

도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 공정도

도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 공정도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 : 콤포지트 와이어 12 : 스트립 튜브

13 : 메탈파우더 21 : 모재

22 : 백킹재 23 : 절선형 용접충진재

본 발명은 선박 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법에 관한 것이다.

본 발명은 용접시 송급속도가 빠른 고효율 용접와이어인 콤포지트 와이어와 절선형 용접충진재를 동시에 용융시켜 용착량을 극대화 함으로서 요구되는 용접시공 시수의 감소는 물론 선박의 맞대기 용접이음 부위의 접합시 작업이 용이할 뿐만 아니라 균열발생 등의 품질불량을 해소함과 동시에 높은 용착량에 의해 적용모재의 두께 증대와 아울러 용접입열의 감소에 따른 용접품질이 우수하여 생산성을 크게 증대시킬 수 있는 고효율 일면 자동 용접을 위한 용접방법에 관한 것이다.

일반적으로 모재의 용접은 양면에서 용접하는 양면용접과 일면에서만 용접하는 일면용접으로 나눠지며 양면용접은 양면용접중 처음 일면 용접의 최초 용접층에 용접품질이 불량하여 반드시 제거해야하는 단점이 있고 또한 모재 또는 구조물을 뒤집어야 하는 단점이 있으므로 일면용접이 널리 이용되고 있다.

이러한 일면 용접법은 모재의 배면에 용융금속의 용략을 막아주는 세라믹 백킹제를 부착시킨 후 통전되는 용접와이어를 하강시켜 모재와의 사이에서 아크를 형성시킴으로써 모재를 용접하게 된다.

주로 선박 건조에 사용되는 일면용접은 플럭스코어드 아크 용접법(FCAW, flux cored wire arc welding)과 서브머지드 아크 용접법(SAW, submerged arc welding)이 있으나 플럭스코어드 아크 용접법은 고온의 아크빛이 방출되어 작업자의 건강에 해롭고 전류의 통전 능력에 한계가 있고 용착량이 서브머지드 아크 용접법보다 낮고 용접완료후 용접변형이 심하게 일어나는 단점이 있다.

상기 서브머지드 아크 용접법은 모재의 접합부에 입상의 용제, 즉 플럭스를 도포하고 대경의 솔리드 용접와이어(1)를 연속 공급하면서 와이어와 모재 사이에 아크를 발생시켜 그 열로 모재를 용접하는 방법으로 아크빛이 외부로 노출되지 않고 높은 용착량 얻어 용접시간을 단축시키는 용접법이다.

그리고 상기 서브머지드 아크 용접법은 솔리드 용접와이어(1)가 대부분 사용 되나 솔리드 용접와이어(1)는 와이어의 종류가 제한되어 있어 다양한 용접품질을 얻을 수 없는 단점이 있다.

한편 상기와 같은 용접이음부의 용접을 위한 종래의 기술은 다음과 같다.

첫 번째로, 모재 이면에 세라믹 백킹재를 부착하고, 개선각 40~60°, 루트갭 4~10mm으로 하여 직경 1.4mm의 와이어를 사용하여 수차례에 걸쳐 플럭스코어드 아크 용접을 실시하여 완료하는 방법.

두 번째로, 모재 이면에 세라믹 백킹재를 부착하고, 개선각 40~60°, 루트갭 4~10mm으로 하여 직경 1.4mm의 와이어를 사용하여 2회 플럭스코어드 아크 용접을 실시한 후 이음부에 플럭스를 도포하고 서브머지드 아크용접을 수차례 실시하여 완료하는 방법.

세 번째로, 모재 이면에 세라믹 백킹재를 부착하고, 개선각 40~50°, 루트갭 4~10mm으로 하여 직경 1.4mm의 와이어를 사용하여 2회 플럭스코어드 아크 용접을 실시한 후 이음부에 절선형 용접충진재와 플럭스를 도포하고 솔리드 용접와이어(1)를 이용한 서브머지드 아크용접을 수차례 실시하여 완료하는 방법.

네 번째로, 모재 이면에 세라믹 백킹재를 부착하고, 개선각 40~60°, 루트갭 0~3mm으로 하여 직경 4.0~6.4mm의 와이어를 사용하여 이음부에 절선형 용접충진재와 플럭스를 도포하고 1차례의 솔리드 용접와이어(1)를 이용한 서브머지드 아크용접을 실시하여 완료하는 방법 등 다양한 방법을 통해 선박 용접 맞대기 이음의 일면 용접을 실시하고 있다.

그러나 상기와 같은 종래에는 첫 번째와, 두 번째와, 세 번째 용접방법에 의 해 용접이 수차례 이루어져야 하며 용접완료후 용접변형이 큰 문제가 있고, 세 번째 용접방법은 두 번째 용접방법 보다 용접시공회수가 1~2회 감소하지만 서브머지드 아크 용접시 균열이 발생하기 쉬워 균열 제거를 위한 작업이 추가되어야 하는 문제점이 있으며, 네 번째 용접방법의 경우에는 솔리드 용접와이어(1)의 용착량이 낮아 두께 27mm 이하만 적용되며 두께 27mm 이상 모재의 용접시에는 용접을 완료할 수 없을 뿐만 아니라 균열이 발생하게 되는 문제점이 있다.

따라서 상기와 같은 종래 기술은 모재의 두께가 작을 때 적용하여 용접생산성을 향상시킬 수 있으나 모재가 두꺼워질수록 용접횟수가 급격히 증가하거나 시행이 불가능한 용접방법 이므로 용접방법의 효율이 낮아져 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 두꺼운 모재의 용접 맞대기 이음의 이면에 백킹재를 부착하고 고효율 용접와이어인 콤포지트 와이어와 절선형 용접충진재를 병행하여 높은 균열저항성과 높은 용착량으로 모재 두께의 일부를 백비드가 형성되게 용접한 후 2~4회의 서브머지드 아크용접(SAW)으로 용접 이음의 용접을 완료하는 것, 또는 모재 두께 전체를 용착시킨 후 용접을 완료하는 것으로 용접시공 회수를 감소시켜 용접방법의 효율성이 향상되게 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 두 모재를 일면 맞대기 이음 용접함에 있어서,
용접할 모재(21)를 0~3mm 간격을 두고 서로 맞대는 형태로 위치시키는 단계와;
맞대어진 모재(21)의 이면에 면접촉되어 모재(21)의 간극을 밀폐하도록 백킹재(22)를 부착하는 단계와;
상기 백킹제(22)에 의해 밀폐된 간극 상측인 모재(21)의 사이에 절선형 용접충진제(23)와 용접플럭스를 채워넣는 단계와;
상기와 같은 상태에서 용착량이 높고 고온균열에 대한 저항성이 높은 직경 3.2~4.8mm의 서브머지드 아크 용접용 콤포지트 와이어(11)를 이용하여 모재(21) 두께의 전체 또는 일부를 용착시킨 후 용접을 완료하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

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상술한 용접방법의 바람직한 접합부의 조건은 모재(21)두께 25~40mm, 개선각 40~50°, 루트갭 0~3mm로 규정하고, 상기 절선형 용접충진재는 입자의 직경을 1.0~1.5mm 로 규정하며, 용착량이 높고 고온균열에 대한 저항성이 높은 콤포지트 와이어(11)는 직경을 3.2~4.8mm로 규정하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 용접방법으로 고효율 콤포지트 와이어(11)와 절선형 용접충진재(23)의 용융에 의해 균열저항성이 증가하고 용착량이 증가되므로 요구되는 용접시공 회수가 감소하고 이에 작업시수가 크게 감소하게 된다.

이하에서는 첨부도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 메탈파우더(13) 또는 플럭스 또는 상기 메탈파우더(13)와 플럭스의 혼합물로 이루어진 수용재가 원통형상의 모재로 된 스트립 튜브 (12)내부에 충진된 고효율 용접와이어 즉, 콤포지트 와이어(11)를 사용하고 있다.

콤포지트 와이어(11)는 스트립 튜브(12) 내부에 충진되는 메탈파우더(13) 또는 플럭스의 성분을 쉽게 조절할 수 있으므로 저온균열과 고온균열에 대한 저항성을 향상시키는 등 다양한 용접품질을 얻을 수 있으며 스트립 튜브(12)를 통해 통전 전류의 밀도를 높여 솔리드 용접와이어(1)보다 용착량이 매우 높은 특징을 갖고 있는 고효율 용접와이어이다.

부가적으로 용접이음 내에 절선형 용접충진재(CUT WIRE)를 사용하여 용접속도를 더욱 높일 수 있다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 공정도를 나타낸 것으로서, 먼저 용접대상인 모재(21)가 맞대기 형태로 구비되고, 상기 모재(21)의 맞대어진 간극 배면에 용융금속의 용락을 방지하기 위한 백킹재(22)가 부착된다(S110).

상기 백킹제(22)는 통상 동종금속이나 구리 혹은 내열성 용제 중 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진다.

상기 백킹제(22)에 의해 밀폐된 모재(21)의 맞대어진 공간상에는 용접용 절선형 용접충진제(23)와 플럭스가 채워진다.(S120)

그 속으로 고효율 용접와이어인 콤포지트 와이어(11)를 연속적으로 송급하면서 용접와이어의 선단과 모재 사이에 아크를 발생시켜 그 열로 두 모재를 용접하는 하게 된다.(S130)

이렇게 모재(21) 두께의 일부를 채운후 일반 SAW 용접으로 용접을 실시하게 된다.(140)

상기와 같은 단계에 의해 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법을 종료하게 된다.(S150)

한편, 도 4은 본 발명의 제2실시예에 의한 공정도를 나타낸 것으로서, 먼저 용접대상인 모재(21)가 맞대기 형태로 구비되고, 상기 모재의 맞대어진 간극 배면에 용융금속의 용락을 방지하기 위한 백킹재(22)가 부착된다(S210).

상기 백킹제에 의해 밀폐된 모재의 맞대어진 공간상에는 용접용 절선형 용접충진제(23)와 플럭스가 채워진다.(S220)

상기와 같은 상태에서 모재(21)두께 전체를 용착시킨 후 용접을 완료하는 단계로(S230)로 진행함으로서 용접 시공회수 감소로 인한 용접의 효율성을 향상시키도록 하고 있는 것이다.

이하, 본 발명을 아래에 첨부된 비교표를 참조로 상세히 설명하면 다음과 같다.

두께 27mm 이상 모재(21)의 맞대기 일면 용접법을 종래의 기술의 문제점과 실시예와 비교 검토하였다.

[비교표]

상기 비교표에서와 같이 종래 용접공법2는 용접회수가 많아 용접시 많은 시수가 투입되어야 하며 용접후 용접변형이 심하게 일어나 이의 수정을 위한 시수가 추가 투입되어야하는 문제점이 있다.

종래 용접공법3은 FCAW로 2층을 먼저 용접한 후 절선형 용접충진재(23)와 플럭스를 이음부에 도포한 후 실시하는 SAW의 용접부는 비교표의 사진에서와 같이 용접부 중앙부에 균열이 발생하여 사용이 불가능한 방법이다.

종래 용접공법4는 두께 27mm 이하의 용접에서는 1회의 용접으로 용접을 완료 하는 고효율 용접법이나 두께 27mm 이상에서는 표 1내에 있는 그림과 같이 용접부 중앙부를 따라 균열이 발생하여 사용이 불가능한 방법이다.

반면 본 발명의 실시예에서는 종래의 용접공법4와는 다르게 두께 27mm 이상의 모재(21)에 대해서도 균열에 대한 저항성이 높은 콤포지트 와이어(11)를 사용하므로써 균열 발생이 없고 용착량이 높아 1회의 용접으로도 모재(21)두께 40mm까지 용접될 뿐 아니라 용접부의 충격인성을 확보하기 위한 방법으로 콤포지트 와이어(11)와 절선형 용접충전재(23)를 용융시켜 모재(21)두께의 일부를 용접한 후 용접입열을 낮게하여 2~4회의 용접으로 마무리하게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 스트립 튜브내에 메탈파우더 또는 플럭스 또는 상기 혼합물을 충진시킨 콤포지트 와이어를 용접와이어로 사용하여 균열에 대한 저항성을 향상시키고 용착량을 높였고 동시에 절선형태의 용접충진재를 용제로 사용함으로써 용착량을 더욱 향상시켜 적용 모재의 두께 증대는 물론 균열이 없는 용접품질을 얻어 생산성 증대를 이룰수 있는 장점이 있다.

Claims (5)

1. 두 모재를 일면 맞대기 이음 용접함에 있어서,

   용접할 모재를 0~3mm 간격을 두고 서로 맞대는 형태로 위치시키는 단계와;

   맞대어진 모재의 이면에 면접촉되어 모재의 간극을 밀폐하도록 백킹재를 부착하는 단계와;

   상기 백킹제에 의해 밀폐된 간극 상측인 모재의 사이에 절선형 용접충진제와 용접플럭스를 채워넣는 단계와;

   상기와 같은 상태에서 용착량이 높고 고온균열에 대한 저항성이 높은 직경 3.2~4.8mm의 서브머지드 아크 용접용 콤포지트 와이어를 이용하여 모재두께의 전체 또는 일부를 용착시킨 후 용접을 완료하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법.
2. 두 모재를 일면 맞대기 이음 용접함에 있어서,

   용접할 모재를 0~3mm 간격을 두고 서로 맞대는 형태로 위치시키는 단계와;

   맞대어진 모재의 이면에 면접촉되어 모재의 간극을 밀폐하도록 백킹재를 부착하는 단계와;

   상기 백킹제에 의해 밀폐된 간극 상측인 모재의 사이에 절선형 용접충진제와 용접플럭스를 채워넣는 단계와;

   상기와 같은 상태에서 모재두께 전체를 용착시킨 후 용접을 완료하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법.
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