KR100879163B1 - 플럭스를 이용한 가스텅스텐 아크 용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플럭스를 이용한 가스텅스텐 아크 용접방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 2 ~ 8mm 두께의 스테인리스강 용접 맞대기 이음에 있어서 모재의 표면에 용입을 증가시키는 플럭스를 도포한 후 용접방향을 기준으로 전극의 앞에서 용접 와이어를 송급함으로써 이면 용입불량과 표면 언더필 등의 용접결함이 없이 1회의 용접으로 용접을 완료할 수 있는 가스텅스텐 아크 용접방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 2 ~ 8mm 두께의 스테인리스강 모재를 용접이음으로 서로 맞붙인 후 가스텅스텐 아크를 이용하여 용접하는 방법에 있어서, 가공하지 않은 상기 모재를 서로 맞대는 단계; 상기 용접이음의 표면에 용입을 깊게 하는 플럭스를 도포하는 단계; 및 용접전원이 공급되는 텅스텐 용접토치의 전극봉 앞에서 용접와이어를 송급하면서 1회의 용접으로 용접을 완료하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 텅스텐 아크 용접방법을 제시한다.

스테인리스강, 가스텅스텐, 아크용접, 플럭스

Description

플럭스를 이용한 가스텅스텐 아크 용접방법{Method for welding arc of gas tungsten using flux}

도 1은 종래 가스텅스텐 아크 용접장치와 용접와이어 송급장치를 나타낸 구성도.

도 2는 종래 가스텅스텐 아크 용접법의 맞대기 이음 형상을 나타낸 단면도.

도 3은 종래 오비탈 가스텅스텐 아크 용접법의 맞대기 이음 형상을 나타낸 단면도.

도 4는 종래 플럭스를 이용한 가스텅스텐 아크 용접법의 맞대기 이음 형상을 나타낸 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 플럭스를 이용한 가스텅스텐 아크 용접장치를 나타낸 구성도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

12: 모재 13: 용접 토치

14: 텅스텐 전극봉 15: 용접 아크

17: 콘택트팁 18: 용접와이어

19: 플럭스 20: 응고금속

본 발명은 플럭스를 이용한 가스텅스텐 아크 용접방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 2 ~ 8mm 두께의 스테인리스강 용접 맞대기 이음에 있어서 모재의 표면에 용입을 증가시키는 플럭스를 도포한 후 용접방향을 기준으로 전극의 앞에서 용접 와이어를 송급함으로써 이면 용입불량과 표면 언더필 등의 용접결함이 없이 1회의 용접으로 용접을 완료할 수 있는 가스텅스텐 아크 용접방법에 관한 것이다.

도 1은 종래 가스텅스텐 아크 용접장치를 나타낸 구성도로서 용접와이어 자동 송급장치(6)를 포함한 가스텅스텐 아크 용접법에 대한 용접장치의 모식도이다.

도 1을 살펴보면, 가스텅스텐 아크 용접토치(3) 내부의 텅스텐 전극봉(4)과 모재(2)에 용접전원(1)을 접속하고 텅스텐 전극봉(4)과 모재(2) 사이에 용접아크(5)를 형성한다. 용접용 첨가와이어(8)는 용접와이어 자동송급장치(6)로부터 도관 및 이와 연결된 콘택트팁(7)을 통하여 아크 발생부에 유도되어 아크 열에 의해 녹아 용접이 일어난다.

도 2는 종래 가스텅스텐 아크 용접법의 맞대기 이음 형상을 나타낸 단면도로서 통상 2 ~ 8mm 두께의 스테인리스강 용접을 위해서 용접될 모재 끝단부의 개선형상을 나타낸 것이다.

도 2를 살펴보면, 각각의 모재 끝단부를 25 ~ 45°의 각도로 절단 및 가공하여 V자형 개선형상으로 하며, 상기 모재를 2 ~ 6mm 간격을 띄워 가접을 하고 스테인리스강의 이면 용접부 인근 부위는 용접시 고온으로 가열되어 대기중의 산소와 반응하여 스테인리스강의 내부식성을 감소시킴으로써 상기 산화 반응을 억제하기 위해 아르곤 또는 질소 가스를 공급하는 퍼징작업을 실시한다.

상기 퍼징작업에 의해 일정 함량 이하로 산소농도가 감소하면 용접품질이 우수하고 용접 외관이 미려한 가스텅스텐 아크 용접을 이용하여 수동으로 3 ~ 8회의 용접을 실시하여 용접을 완료한다. 하지만 수동 가스텅스텐 아크 용접은 입열이 낮아 용접속도가 늦고 용착량이 작으므로 용접생산성이 낮은 단점이 있으며, 양손을 동시에 이용하여야 하고 계속 토치 헤드를 좌우로 위빙해야 하는 등 용접자세가 불편하여 용접작업자의 손목, 어깨, 허리 등 근골격계 질환의 원인이 되고 있다.

상기한 문제점을 해소하기 위해 강관의 경우 자동 가스텅스텐 아크 용접장비인 오비탈 용접장비가 시판되고 있으나, 장비의 가격이 매우 고가이고 도 3과 같이 U자형의 맞대기 이음 형상이 요구되어 U자형 개선가공에 많은 시간이 소요될 뿐만아니라 용접횟수는 수동 가스텅스텐 아크 용접방법과 같고 용접자세와 용접 대상인 두 스텐인리스강관의 편심에 의한 모재의 높낮이 차이에 의해 용접조건을 계속 변화시켜야 하므로 일정한 용접품질의 확보가 어려운 등 많은 제약이 있어 오비탈 자동 가스텅스텐 아크 용접방법은 외경 50mm 이하의 소구경 강관에만 주로 적용되고 있다.

상기와 같은 문제점을 해소할 수 있는 아크 용접기술로서 용접 대상 모재의 표면에 티타늄 산화물, 크롬 산화물, 실리콘 산화물 등의 산화물과 각종 화합물로 이루어진 플럭스를 도포한 후 용접을 수행하면 용융풀 흐름 방향이 측면에서 중심부로 바뀌어 용접부의 용입을 깊게 하는 특징을 갖는 플럭스를 이용한 가스텅스텐 아크 용접방법이 있다.

즉, 상기 플럭스를 이용한 가스텅스텐 아크용접의 장점은 종래의 가스텅스텐 아크 용접에 비해 용접부의 용입 깊이를 1.5 ~ 3배까지 증가시켜 도 4와 같이 I자형의 개선형상과 용접준비를 위한 두 모재의 간격 유지가 용이하며 두께 8mm까지 1회의 용접으로 용접을 완료할 수 있다.

상기 플럭스를 이용한 가스텅스텐 아크 용접의 장점을 더욱 상세히 설명하면, 종래의 가스텅스텐 아크 용접은 용접부의 이음 개선형상을 V자형으로 하여야 함므로써 용접대상 모재를 절단한 후 25 ~ 45°의 각도로 가공하여야 하며, 두 모재를 V-자형으로 맞댄 상태에서 아크열에 의한 용융된 금속의 흐름을 원활히 하기 위해 두 모재의 간격을 2 ~ 6mm로 유지하여야 하고 두 모재 사이의 공간을 채우기 위해 두께 2 ~ 8mm의 스테인리스강의 경우 3 ~ 8회의 용접을 수행하여 용접을 완료한다.

반면, 용접부의 용입이 깊은 플럭스를 이용한 가스텅스텐 아크용접에서는 I자 형상의 개선형상을 갖고 있어 특정 각도의 가공 없이 절단만으로 용접개선 준비가 가능하며, 두 모재의 간격은 2 ~ 6mm로 유지하지 않고 맞붙인 상태로 하고 있어 간격 유지에 필요한 시간과 노력이 들지 않으며, 두께 8mm 까지 1회의 용접으로 용접을 완료할 수 있어 용접횟수가 감소하는 등 용접생산성이 매우 높을 뿐만 아니라 용접작업자의 근골격계 질환을 예방할 수 있다.

한편, [표 1]은 두께 15mm의 스테인리스강판 위에 플럭스를 도포하지 않았을 때와 플럭스를 도포하였을 때 가스텅스텐 아크 용접부의 일부 단면 사진으로써 용접전류는 150A이고 용접속도는 12.5cm/min이였다.

플럭스를 도포하지 않았을 때 표면 용접 비드폭과 용입깊이는 각각 6.9mm와 2.5mm이며, 플럭스를 도포하였을 때 표면용접 비드폭과 용입깊이는 각각 5.6mm와 4.2mm로 플럭스를 도포한 후 용접한 용접부의 형상은 표면 용접부의 폭이 1.3mm 감소하는 반면 용입깊이는 1.7mm 증가하였다.

[표 2]는 두께 4mm와 6mm의 스테인리스강판을 개선가공을 하지 않고 두 모재사이의 간격을 두지 않고 맞붙인 상태에서 플럭스를 도포한 후 용접속도 15cm/min에서 용접전류를 변화시키면서 가스텅스텐 아크 용접한 용접부 단면 사진으로써 두께 4mm의 경우 용접전류 80A와 100A에서는 낮은 용접전류에 의해 이면 용접비드가 형성되지 않는 이면 용입불량이 발생한 반면, 용접전류 120A에서는 이면 용접비드가 형성되어 이면 용입불량은 없으나 표면에서 언더필이 발생하여 추가 용접이 요구된다.

두께 6mm인 경우, 전류 140A에서는 낮은 용접전류에 의해 이면 용입불량이 발생한 반면, 용접전류 160A에서는 이면 용입불량은 없으나 용접부 표면에 언더필이 조금 있으며, 전류 180A에서는 표면에 심한 언더필이 관찰되므로 전류 160A와 전류 180A에서는 표면 언더필을 채우기 위한 추가 용접이 필요하다.

하지만 플럭스를 이용한 가스텅스텐 아크 용접은 외부에서 용접와이어를 추가하지 않는 제살 용접으로 이면 용접비드가 형성되면서 표면 용접비드가 모재보다 높은 상태인 1회 용접완료 방법을 위한 용접조건, 즉 용접전류와 용접속도의 범위는 매우 좁다.

또한 용접전압의 변동에 따른 용접전류의 변동이나 두 모재의 편심에 의한 높낮이 차와 두 모재의 다른 두께 등에 의해 제살용접방법에 의한 1회 용접조건이 변화하므로 실제 제살용접방법에 의한 1회의 용접으로 용접을 완료하기 매우 어려운 단점이 있다.

제살 용접방법에 의한 1회 용접조건 범위보다 용접전류가 낮고 용접속도가 빠르면 이면까지 용융이 되지 않아 이면 용입불량이 발생하여 불량을 제거하고 재용접을 수행하여야 하며, 상기 용접조건 범위보다 용접전류가 높고 용접속도가 느리게 되면 이면까지 용융이 되나 표면에서는 용접부가 모재보다 아래로 쳐지는 언더필이 발생하고 이를 채우기 위한 추가 용접이 요구된다.

이를 위해서는 플럭스가 용접시 용융금속과 반응하여 형성된 용접금속 표면에 붙은 슬래그를 그라인딩 작업 방법으로 완전 제거한 후 추가 용접을 수행해야 하므로 그라인딩 비산물에 의한 작업 환경의 오염과 추가 용접작업을 해야하는 단점이 있었다.

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명의 목적은 양호한 용접품질을 확보하면서 적정 용접조건 범위가 넓고 용접이음부의 형상 변화에도 둔감하고 추가 용접와이어를 송급함으로써 이면 용입불량과 표면 언더필이 없이 1회로 용접을 완료하는 플럭스를 이용한 가스텅스텐 아크 용접방법을 제공하는 데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명에 의하면, 2 ~ 8mm 두께의 모재를 용접이음으로 서로 맞붙인 후 가스텅스텐 아크를 이용하여 용접하는 방법에 있어서, 가공하지 않은 상기 모재를 서로 맞대는 단계; 상기 용접이음의 표면에 용입을 깊게 하는 플럭스를 도포하는 단계; 및 용접전원이 공급 되는 용접토치의 텅스텐 전극봉 앞에서 용접와이어를 송급하면서 1회의 용접으로 용접을 완료하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 텅스텐 아크 용접방법을 제시한다.

본 발명의 기술적 특징은 종래 플럭스를 이용한 가스텅스텐 아크 용접에 있어서 제살용접방법에 의한 1회로 용접을 완료하는 적정 용접조건보다 높은 용접전류와 낮은 용접속도를 적용하여 이면 용접비드의 형성을 보장하고 동시에 용접부의 표면에서 형성된 모재보다 낮은 언더필은 외부에서 자동 용접와이어 송급기를 통하여 용접와이어를 용접 아크의 앞면으로 공급하여 아크열로 용접와이어를 용융시켜 언더필을 채워 1회로 용접을 완료할 수 있도록 하는 데 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명에 따른 플럭스를 이용한 가스텅스텐 아크 용접장치를 나타낸 구성도이다.

도 5를 살펴보면, 본 발명은 가스텅스텐 아크 용접토치(13) 내부의 텅스텐 전극봉(14)과 모재(12)에 용접전원을 접속하고 텅스텐 전극봉(14)과 모재(12) 사이에 용접아크(15)를 형성한다. 용접와이어(18)는 용접와이어 자동송급장치로부터 도관 및 이와 연결된 콘택트팁(17)을 통하여 아크 발생부에 유도되어 아크 열에 의해 녹아 용접이 일어난다.

이때, 상기 모재(12)의 용접이음부 표면에는 적정량의 플럭스(19)가 도포되 며, 아크열에 녹아 용접이 일어남으로써 응고금속(20)이 형성된다.

즉, 스테인리스강의 모재(12)를 I형 용접이음으로 맞붙인 후 용접이음부의 표면에 적정량의 플럭스(19)를 도포하고 용접방향을 기준으로 용접아크(15)의 앞에 용접와이어(18)를 투입하여 용접 아크열을 이용하여 용접와이어(18)를 용융시켜 용접을 수행한다.

통상적으로 강관의 이면 용접부는 접근이 제한되고 재작업이 어려우므로 이면 용접비드는 반드시 형성되어야 한다. 이면 용입불량이 없도록 하기 위해 용접전류를 외부에서 용접와이어(18)의 송급이 없는 제살용접에 의한 1회 용접전류보다 10 ~ 30A 높게 설정하고, 용접속도를 0 ~ 5cm/min 낮게 하여 이면 용접비드를 확실히 형성되게 한다.

이때, 동반하는 용접표면부의 언더필을 채우기 위해 도 5와 같이 용접방향을 기준으로 텅스텐 전극봉(14)의 앞에 용접와이어(18)를 송급할 수 있도록 용접와이어 콘택트팁(17)을 설치하여 용접전류에 따라 송급속도를 변경시켜 언더필을 채움으로서 1회의 용접으로 이면 용접비드를 형성하고 표면 언더필을 형성되지 않게 함으로서 용접품질과 용접생산성을 향상시키게 된다.

[실시 예]

표 3은 본 발명에 따른 실시 예를 나타낸 것으로서 두께 3.5mm와 6mm의 스테인리스강 모재의 용접부 단면을 나타내었다.

실시예 1에서 두께 3.5mm의 스테인리스강 모재(12)에 대해 용접전류는 140A이며 용접속도는 15cpm이고 직경 0.9mm의 용접와이어(18)를 사용하여 모재(12) 표면에 대해 용접와이어(18)의 투입각도 20°이며, 송급속도 80cm/min로 하여 1회 용접으로 용접을 완료하였다. 그 결과 이면 용접비드가 잘 형성되어 있고 용접표면이 모재 표면보다 높은 언더필이 없이 1회로 용접이 완료되었다.

실시예 2에서 두께 6mm의 스테인리스강 모재(12)에 대해 용접전류는 160A 용접속도는 10cpm이며 용접와이어(18)의 직경 0.9mm이며 용접와이어(18)의 투입각도는 20°이고 용접와이어의 송급속도는 120cm/min으로 하여 용접을 완료하였다. 그 결과 이면 용접비드가 잘 형성되어 있고 용접표면이 모재표면보다 높은 언더필이 없이 1회로 용접이 완료되었다.

바람직하게, 상기 용접와이어(18)의 직경은 0.8 ~ 1.2mm 로 규정하며, 상기 용접와이어(18)의 투입각도는 15 ~ 30°로 규정한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 기술적 범위 내에 포함된다 할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 2 ~ 8mm 두께의 스테인리스강 용접이음부 표면에 플럭스를 도포한 가스텅스텐 아크 용접에 있어서 이면 용접비드가 형성되는 두께에 따른 적정 용접전류와 속도에서 용접와이어를 전극봉의 앞에서 송급하여 이면 용접비드 형성시에 발생하는 언더필을 채움으로서 이면 용입불량과 용접부 표면 언더필이 없어 1회의 용접으로 용접을 완료할 수 있다.

따라서 본 발명은 용접생산성을 향상시키고 더불어 가스 텅스텐 아크 용접법을 수동에서 자동으로 바꿈에 따라 용접작업자의 피로를 경감시키고 근골격계 질환을 예방할 수 있다.

Claims (4)

1. 2 ~ 8mm 두께의 모재(12)를 용접이음으로 서로 맞붙인 후, 가스텅스텐 아크를 이용하여 용접하는 방법에 있어서,

   가공하지 않은 상기 모재(12)를 서로 맞대는 단계;

   상기 용접이음의 표면에 용입을 깊게 하는 플럭스(19)를 도포하는 단계; 및

   용접전원이 공급되는 텅스텐 용접토치(15)의 전극봉(14) 앞에서 용접와이어(18)를 송급하면서 1회의 용접으로 용접을 완료하는 단계;를 포함하고,

   상기 용접와이어(18)를 용접 전류의 전류용량에 따라 송급속도를 조절하면서 용융시켜 언더필을 채우고,

   상기 용접와이어(18)의 직경은 0.8 ~ 1.2mm 이며,

   상기 용접와이어(18)의 투입각도는 15 ~ 30°인 것을 특징으로 하는 가스 텅스텐 아크 용접방법.
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