KR100811920B1

KR100811920B1 - 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법

Info

Publication number: KR100811920B1
Application number: KR1020070012528A
Authority: KR
Inventors: 윤광희; 김진용
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2008-03-10

Abstract

본 발명은 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법에 관한 것이다.

본 발명은 선박 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법에 있어서, 두 모재(21)를 일면 맞대기 이음 용접에 있어서 용접할 모재(21)를 4∼12mm 간격을 두고 서로 맞대는 형태로 위치시키는 단계와; 맞대어진 모재(21)의 이면에 면접촉되어 모재(21)의 간극을 밀폐하도록 백킹재(22)를 부착하는 단계와; 상기 백킹재(22)에 의해 밀폐된 간극 상측에 2∼3회의 플럭스코어드 아크용접 또는 플럭스코어드 아크 용접과 서브머지드 아크 용접의 조합을 시공하는 단계와; 상기 플럭스코어드 용접부 상측과 모재(21)의 사이에 절선형 용접충진제(23)와 용접플럭스를 채워넣는 단계과; 권취되어 있는 상기 고효율 용접와이어인 콤포지트 와이어(11)를 풀어 상기 절선형 용접충진제(23)와 용접플럭스측으로 근접 하강시키면서 설정된 전압과 전류를 인가하여 아크를 유발시키고 상기의 아크열로 용접와이어, 절선형 용접충진재(23)와 모재(21)를 서브머지드 아크 용접을 이용하여 두 모재(21)를 용접하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 스트립 튜브내에 메탈파우더 또는 플럭스 또는 상기 혼합물을 충진시킨 콤포지트 와이어를 용접와이어로 사용하여 용착량이 높고 용접될 모재의 측벽에 용입불량을 줄임과 아울러 균열에 대한 저항성을 향상시키고 동시에 절선형태의 용접충진재를 용제로 사용함으로써 용착량을 더욱 향상시켜 용접시공 회수를 크게 감소시켜 작업시수가 크게 감소되는 장점이 있다.

Description

용접 맞대기 이음의 일면 용접방법{One side welding method of butt-welded joints}

도 1은 종래 용접와이어의 단면도

도 2는 본 발명에 적용되는 용접와이어의 단면도

도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 공정도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 : 콤포지트 와이어 12 : 스트립 튜브

13 : 수용재 21 : 모재

22 : 백킹재 23 : 절선형 용접충진재

본 발명은 용접시 용접와이어의 송급속도가 빨라 용착량이 높고 용접부의 깊이는 얕고 폭이 넓은 특성을 가진 용접와이어인 콤포지트 와이어와 절선형 용접충진재를 동시에 용융시켜 용착량을 극대화 함으로서 요구되는 용접시공 시수를 크게 감소시켜 생산성을 크게 증대시킬 수 있는 고효율 일면 자동 용접을 위한 용접방법 에 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 용락을 막아주는 세라믹 백킹재를 부착시킨 후 통전되는 용접와이어를 송급하여 모재와의 사이에서 아크를 형성시킴으로써 모재를 용접하게 된다.

주로 선박 건조에 사용되는 일면용접은 플럭스코어드 아크 용접법(FCAW, flux cored arc welding)과 서브머지드 아크 용접법(SAW, submerged arc welding)이 이용되고 용접작업은 플럭스코어드 아크 용접과 서브머지드 아크용접의 단독 또는 조합으로 이루어진다. 플럭스코어드 아크 용접은 용접입열이 낮아 일면용접시 용락의 위험이 높은 최초 용접에 적용하여 용락을 방지하며 이후 플럭스코어드 아크 용접 또는 서브머지드 아크용접을 이용하여 용접을 완료한다.

용접할 모재의 간격이 4∼12mm인 경우 맞대어진 모재의 이면에 백킹재를 부착하고 용접입열이 낮은 플럭스코어드 아크 용접으로 2회 용접시공후 용착효율이 높은 서브머지드 아크용접을 이용하여 용접을 완료하는 방법이 보편화 되어 있다. 하지만 상기 용접방법의 서브머지드 아크 용접이 3회 이상의 용접시공이 이루어지므로 용접효율이 낮은 단점이 있다. 상기 서브머지드 아크 용접법은 모재의 접합부에 입상의 용제, 즉 플럭스를 도포하고 대경의 솔리드 용접와이어(1)를 연속 공 급하면서 와이어와 모재 사이에 아크를 발생시켜 그 열로 모재를 용접하는 방법으로 아크빛이 외부로 노출되지 않고 높은 용착량 얻어 용접시간을 단축시키는 용접법이다.

하지만 상기 서브머지드 아크 용접법은 솔리드 용접와이어(1)가 대부분 사용되나 솔리드 용접와이어(1)는 와이어의 종류가 제한되어 있어 다양한 용접품질을 얻을 수 없으며 아크의 힘이 매우 강하여 용락의 위험이 있어 낮은 용접전류에서만 사용해야 하는 단점이 있다.

한편 상기와 같은 용접이음부의 용접을 위한 종래의 기술은 다음과 같다.

첫 번째로, 모재 이면에 세라믹 백킹재를 부착하고, 개선각 35∼50⁰, 루트갭 4∼12mm으로 하여 수차례에 걸쳐 플럭스코어드 아크 용접을 실시하여 완료하는 방법. 두 번째로, 모재 이면에 세라믹 백킹재를 부착하고, 개선각 35∼50⁰, 루트갭 4∼12mm으로 하여 2회의 플럭스코어드 아크 용접을 실시한 후 이음부에 플럭스를 도포하고 솔리드와이어을 이용하여 서브머지드 아크용접을 수차례 실시하여 완료하는 방법.

세 번째로, 모재 이면에 세라믹 백킹재를 부착하고, 개선각 35∼50⁰, 루트갭 4∼12mm으로 하여 2회의 플럭스코어드 아크 용접을 실시한 후 이음부에 절선형 용접충진재와 플럭스를 용접될 부위에 일부 도포하면서 솔리드 용접와이어(1)를 이용하여 서브머지드 아크용접을 수차례 실시하여 완료하는 방법.

네 번째로, 공개특허 특2001-0003549에 제시된 방법으로 모재 이면에 세라믹 백킹재를 부착하고, 개선각 40∼50⁰, 루트갭 3∼15mm으로 하여 2회의 플럭스코어드 아크 용접을 실시한 후 이음부에 절선형 용접충진재와 플럭스를 도포하면서 솔리드 용접와이어(1)를 이용한 서브머지드 아크용접을 1회 실시하여 완료하는 방법.

그러나 상기와 같이 첫 번째, 두 번째, 세 번째 용접방법에 의한 종래기술에는 용접이 수차례 이루어져야 하며 용접완료 후 용접변형이 큰 문제가 있고, 세 번째 용접방법은 두 번째 용접방법 보다 용접시공회수가 1∼2회 감소하지만 절선형 용접충진재를 용접될 부위에 적정량과 적정 위치에 도포하기가 어려운 단점이 있다. 네 번째 용접방법의 경우에는 용착량이 낮은 솔리드 용접와이어(1)를 사용하며 모재 두께 17mm이하이고 루트갭이 6mm 이하일 경우에 1회의 서브머지드 아크용접이 가능하나 모재두께와 루트갭이 상기의 범위를 벗아나면 모재 측벽에 용입이 되지 않는 용접결함이 발생한다. 이는 공개특허 특2001-0003549에서 제시된 강재두께 20mm, 개선각 40∼500, 루트갭 6∼10mm인 조건에서 수행된 용접공정도 도3의 S150에서 용접측벽의 용입이 이루어지지 않아 용접결함이 발생하고 있다.

따라서 상기와 같은 종래 기술은 모재의 두께가 작고 루트갭이 작을 때 적용하여 용접생산성을 향상시킬 수 있으나 모재가 두꺼워지고 루트갭이 커질수록 용접횟수가 급격히 증가하여 용접방법의 효율이 낮아져 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 용 접 맞대기 이음의 이면에 백킹재를 부착하고 플럭스코어드 아크용접 또는 플럭스코어드 아크용접과 서브머지드 아크용접의 조합으로 2∼3회 용접시공후 용착량이 높은 고효율 용접와이어인 콤포지트 와이어를 사용함과 아울러 절선형 용접충진재를 병행하여 더욱 높은 용착량으로 1회의 서브머지드 아크용접(SAW)으로 용접 이음의 용접을 완료하는 것으로 용접시공 회수를 감소시켜 용접방법의 효율성이 향상되게 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 선박 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법에 있어서, 두 모재(21)를 일면 맞대기 이음 용접에 있어서 용접할 모재(21)를 4∼12mm 간격을 두고 서로 맞대는 형태로 위치시키는 단계와; 맞대어진 모재(21)의 이면에 면접촉되어 모재(21)의 간극을 밀폐하도록 백킹재(22)를 부착하는 단계와; 상기 백킹재(22)에 의해 밀폐된 간극 상측에 2∼3회의 플럭스코어드 아크용접 또는 플럭스코어드 아크 용접과 서브머지드 아크 용접의 조합을 시공하는 단계와; 상기 플럭스코어드 용접부 상측과 모재(21)의 사이에 절선형 용접충진제(23)와 용접플럭스를 채워넣는 단계과; 권취되어 있는 상기 고효율 용접와이어인 콤포지트 와이어(11)를 풀어 상기 절선형 용접충진제(23)와 용접플럭스측으로 근접 하강시키면서 설정된 전압과 전류를 인가하여 아크를 유발시키고 상기의 아크열로 용접와이어, 절선형 용접충진재(23)와 모재(21)를 서브머지드 아크 용접을 이용하여 두 모재(21)를 용접하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상술한 용접방법의 바람직한 접합부의 조건은 모재(21)두께 10∼25mm, 개선 각 35∼50⁰, 루트갭 4∼12mm로 규정하고, 상기 절선형 용접충진재(23)는 입자의 직경을 1.0∼1.5mm 로 규정하며, 용착량이 높은 고효율 용접와이어인 콤포지트 와이어(11)는 직경을 3.0∼5.0mm로 규정하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 용접방법으로 고효율 콤포지트 와이어(11)와 절선형 용접충진재(23)의 용융에 의해 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 또는 플럭스 또는 상기 메탈파우더와 플럭스의 혼합물로 이루어진 수용재(13)가 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 또는 플럭스의 성분을 쉽게 조절할 수 있으므로 용접부에 요구되는 기계적물성을 증대시킬 수 있고 균열에 대한 저항성을 향상시키는 등 다양한 용접품질을 얻을 수 있으며 스트립 튜브(12)를 통해 통전 전류의 밀도를 높여 솔리드 용접와이어(1)보다 용착량이 매우 높으며 용접아크의 힘이 솔리드와이어보다 약해 용접부의 폭이 넓고 깊이가 작아 높은 전류에서도 용락의 위험이 낮은 특징을 갖고 있는 고효율 용접와이어이다. 부가적으로 용접이음 내에 절선형 용접충진재(CUT WIRE)를 사용하여 용접속도를 더욱 높일 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 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 백킹재(22)는 통상 동종금속이나 구리 혹은 내열성 용제 중 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진다. 상기 백킹재(22)에 의해 밀폐된 모재(21)의 맞대어진 공간상에는 높은 용접입열의 서브머지드 아크 용접의 용락을 방지하기 위해 2∼3회의 플럭스코어드 아크용접 또는 플럭스코어드 아크 용접과 낮은 용접입열의 서브머지드 아크 용접의 조합의 용접시 실시된다.(S120) 상기 용접부의 상측과 모재의 맞대어진 공간상에 용접용 절선형 용접충진제(23)와 플럭스가 채워진다.(S130) 그 속으로 고효율 용접와이어인 콤포지트 와이어(11)를 연속적으로 송급하면서 용접와이어의 선단과 모재 사이에 아크를 발생시켜 그 열로 두 모재를 용접하는 하게 된다. 상기와 같은 단계에 의해 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법을 종료하게 된다.(S140)

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

[비교표 1]

두께 20mm 이상 모재(21)의 맞대기 일면 용접법을 종래의 기술의 문제점과 실시예를 비교 검토하였다. 상기 비교표 1에서와 같이 종래 용접공법1과 3은 용접회수가 많아 용접시 많은 시수가 투입되어야 하며 용접후 용접변형이 심하게 일어나 이의 수정을 위한 시수가 추가 투입되어야하는 문제점이 있다. 종래 용접공법4는 모재 두께 20mm, 루트갭 6mm에서 서브머지드 아크 용접시 아크의 위치가 중심에서 2mm 벗어나면 모재의 측벽에 용입불량의 용접결함이 발생하므로 솔리드와이어를 이용하여 1회의 서브머지드 아크 용접으로 용접을 완료하는 것은 불가능한 방법이다.

반면 본 발명의 실시예에서는 종래의 용접공법4와는 다르게 용착량이 높고 용접부의 형상이 넓고 얕은 콤포지트 와이어(11)를 사용하므로써 모재(21) 두께 22mm, 루트갭 12mm까지 결함이 없이 1회의 서브머지드 아크용접으로 용접을 완료할 수 있다. 이러한 콤포지트 와이어의 특성은 아래의 비교표 2에서 모재의 종류, 용접될 부위의 형상, 용접조건이 모두 똑 같을 때 용접부의 형상이 솔리드와이어는 용락 발생위험이 매우 높지만 콤포지트와이어는 솔리드와이어와 같은 용접부의 폭을 가지나 용입이 얕아 용접전류의 조절을 통해 용락의 발생 없이 모재 측벽에 발생하는 용입불량의 용접결함을 피할 수 있다.

[비교표 2]

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지 를 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 용착량을 높였고 동시에 절선형태의 용접충진재를 용제로 사용함으로써 용착량을 더욱 향상시켜 적용 모재의 두께 증대는 물론 결함의 발생이 없는 용접품질을 얻어 생산성 증대를 이룰수 있는 장점이 있다.

Claims

선박 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법에 있어서, 두 모재(21)를 일면 맞대기 이음 용접에 있어서 용접할 모재(21)를 4∼12mm 간격을 두고 서로 맞대는 형태로 위치시키는 단계와;

맞대어진 모재(21)의 이면에 면접촉되어 모재(21)의 간극을 밀폐하도록 백킹재(22)를 부착하는 단계와;

상기 백킹재(22)에 의해 밀폐된 간극 상측에 2∼3회의 플럭스코어드 아크용접 또는 플럭스코어드 아크 용접과 서브머지드 아크 용접의 조합을 시공하는 단계와;

상기 플럭스코어드 용접부 상측과 모재(21)의 사이에 절선형 용접충진제(23)와 용접플럭스를 채워넣는 단계과;

권취되어 있는 상기 고효율 용접와이어인 콤포지트 와이어(11)를 풀어 상기 절선형 용접충진제(23)와 용접플럭스측으로 근접 하강시키면서 설정된 전압과 전류를 인가하여 아크를 유발시키고 상기의 아크열로 용접와이어, 절선형 용접충진재(23)와 모재(21)를 서브머지드 아크 용접을 이용하여 두 모재(21)를 용접하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법.
제1항에 있어서, 상기 용접이음부의 조건은 모재(21)두께 10∼25mm, 개선각 35∼50⁰, 루트갭 4∼12mm로 규정하는 것을 특징으로 하는 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법.
제1항에 있어서, 상기 용착량이 높은 콤포지트 와이어(23)는 직경이 3.0∼5.0mm로 규정되는 것을 특징으로 하는 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법.
제1항에 있어서, 상기 절선형 용접충진재(23)는 입자의 직경이 0.5∼1.5mm로 규정되는 것을 특징으로 하는 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법.