KR101191711B1 - 전기저항용접과 서브 머지드 아크용접을 행하는 복합 용접 방법 - Google Patents

전기저항용접과 서브 머지드 아크용접을 행하는 복합 용접 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 복합 용접 방법은 강관을 제조하기 위하여 롤성형된 강관의 맞댐부에 전기저항용접을 행하고, 상기 전기저항용접 후에 서브 머지드 아크용접을 행하는 복합 용접 방법에 있어서, 강판을 포밍롤을 이용하여 강관 형태로 성형하는 단계; 상기 포밍된 소재를 전기저항용접하는 단계; 상기 전기저항용접된 강관에 용접선 추적용 홈을 가공하는 단계; 상기 강관의 내면에 플럭스를 공급하면서 와이어를 연속 공급하여 아크를 발생시키면서 서브 머지드 아크용접하는 단계; 상기 강관의 외면 용접부 홈을 가공하는 단계; 상기 강관의 외면에 플럭스를 공급하면서 와이어를 연속 공급하여 아크를 발생시키면서 서브 머지드 아크용접하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상술한 본 발명의 전기저항용접과 서브 머지드 아크용접을 이용한 복합 용접 방법에 의하면, 종전의 단일한 서브 머지드 아크용접방식에 비하여 빠르게 강관을 제조할 수 있고, 종전의 전지저항용접방식에 비하여 기계적 성질이 우수한 강관을 제조할 수 있으며, 제조공정이 단축됨으로 인하여 공정설비가 감축되고, 제조공정이 단순화되어 원가 절감된다.

Description

전기저항용접과 서브 머지드 아크용접을 행하는 복합 용접 방법{COMPLEX METHOD OF WELDING IN COMBINATION OF ELECTRIC RESISTANCE WELDING WITH SUBMERGED ARC WELDING}
본 발명은 강관을 제조하는 방식에 있어서, 전기저항용접에 따른 빠른 강관용접시간과 서브 머지드 아크용접에 따른 용접부의 양호한 기계적 성질을 갖는 장점을 모두 살릴 수 있도록 전기저항용접 후에 서브 머지드 아크용접을 행하는 복합 용접 방법에 관한 것이다.
일반적으로 강관의 제조방식은 전기저항용접(ERW : Electrical Resistance Welding)과 서브 머지드 아크용접(SAW : Submerged Arc Welding), 무계목 강관방식(Seamless) 등이 사용되고 있다.
이중 전기저항용접은 용접하고자 하는 소재를 서로 맞댄 후, 전류를 흘려 저항 열을 발생시키고 이를 압착하여 용접하는 방식이다. 이러한 전기저항용접은 매우 빠른 속도로 용접이 이루어질 수 있으며, 이에 따라 생산성이 높은 장점이 있다. 따라서, 전기저항용접은 열연코일에 대한 파이프 조관시 주로 활용되고 있다. 그러나 전기저항용접에 의한 용접부에는 메탈 플로우(Metal Flow)가 발생하며, 소재 내부에 크랙이나 조대한 개재물이 존재하는 경우에 용접부에서 균열이 발생하며, 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 저온충격치가 매우 낮아 구조용 강관으로 사용하기에 부적합하다. 그러나 이를 무계목 강관방식으로 제조하기에는 그 가격이 전기저항용접에 비하여 2배에 달해 현장에 적용하기에는 가격측면에서 어려움이 있어 왔다.
: 용접방식에 따른 기계적 성질
항 목 전기저항용접(ERW) 서브 머지드 아크용접(SAW) 비고
기계적 성질 저온
충격치		 -40℃ 충격보증 불가
( 0일때27 Jule )		 48 Jule o. 기계적성질 우수도
: Seamless >SAW >ERW
-60℃ 27 Jule
인장강도 API 5L X-52기준
: 510MPa		 API 5L X-52기준
: 530 MPa
상기 서브 머지드 아크용접은 입상의 플럭스 밑에서 와이어와 모재 사이에 아크를 발생시켜 얻어지는 열로 두 개 이상의 피접합물을 용접하는 방법으로, 모재 위에 입상의 플럭스를 미리 쌓아 놓고 그 속에 전류가 흐르는 와이어를 연속공급하여 용접을 한다. 이때 아크는 플럭스에 의해 덮혀져 있어 외부로부터 보이지 않으며, 플럭스는 대기를 차단하여 용접금속의 정련작용시 보호를 하게 되고, 용접비드나 슬래그 형성에 기여하게 된다. 서브 머지드 아크용접은 사용 용접봉의 크기와 전류가 크기 때문에 용입이 깊고, 두꺼운 판 구조용강의 고능률 접합기법으로 많이 채용되는데 이와 같이 양호한 용접특성으로 인하여 표 1에서 수 있는 바와 같이 저온충격치가 우수하며, 인장강도 또한 무계목 강관과 별다른 차이가 없는 정도의 기계적 성질을 갖는 대표적인 고능률 용접법이다.
그러나 서브 머지드 아크용접은 용접전까지의 공정이, 용접품질 향상을 위해 강판의 양 끝단부를 밀링 가공하여야 하고, 강관 형태의 성형과정도 더 복잡하며, 성형부를 가접하여야 하는 등 그 공정마다 전용설비를 갖추어야 하는 등 전기저항용접에 비하여 공정이 복잡하게 많고, 그 과정도 연속적이지 않고 단속적이어서 시간이 많이 소요되며 공정마다 그 공정에 적합한 전용설비를 갖추어야 하는 등으로 인하여 원가를 상승시키는 단점이 있었다.
등록특허공보 제10-1149105호(2012.05.16) 공개특허공보 제10-2009-0130955호(2009.12.28)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 복합 용접 방법은 강관을 제조하기 위하여 롤성형된 강관의 맞댐부에 전기저항용접을 행하고, 상기 전기저항용접 후에 서브 머지드 아크용접을 행하는 복합 용접 방법에 있어서, 강판을 포밍롤을 이용하여 강관 형태로 성형하는 단계; 상기 포밍된 소재를 전기저항용접하는 단계; 상기 전기저항용접된 강관에 용접선 추적용 홈을 가공하는 단계; 상기 강관의 내면에 플럭스를 공급하면서 와이어를 연속 공급하여 아크를 발생시켜 서브 머지드 아크용접하는 단계; 상기 강관의 외면 용접부 홈을 가공하는 단계; 상기 강관의 외면에 플럭스를 공급하면서 와이어를 연속 공급하여 아크를 발생시켜 서브 머지드 아크용접하는 단계로 이루어져, 종전의 단일한 서브 머지드 아크용접방식에 비하여 빠르게 강관을 제조할 수 있고, 종전의 전기저항용접방식에 비하여 기계적 성질이 우수한 강관을 제조할 수 있으며, 제조공정이 단축됨으로 인하여 공정설비가 감축되고, 제조공정이 단순화되어 원가 절감된다.
본 발명의 복합 용접 방법은 강관을 제조하기 위하여 롤성형된 강관의 맞댐부에 전기저항용접을 행하고, 상기 전기저항용접 후에 서브 머지드 아크용접을 행하는 복합 용접 방법에 있어서, 강판을 포밍롤을 이용하여 강관 형태로 성형하는 단계; 상기 포밍된 소재를 전기저항용접하는 단계; 상기 전기저항용접된 강관에 용접선 추적용 홈을 가공하는 단계; 상기 강관의 내면에 플럭스를 공급하면서 와이어를 연속 공급하여 아크를 발생시키면서 서브 머지드 아크용접하는 단계; 상기 강관의 외면 용접부 홈을 가공하는 단계; 상기 강관의 외면에 플럭스를 공급하면서 와이어를 연속 공급하여 아크를 발생시키면서 서브 머지드 아크용접하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 강관 형태로 성형하는 단계이전에는, 원자재를 절단하는 단계; 상기 절단된 원자재 코일을 공급하는 단계, 상기 공급되는 원자재 코일을 평탄화시키는 단계; 가 부가된 것을 특징으로 한다.
상기 강관의 외면을 용접하는 단계 이후에는, 상기 외면용접된 강관을 열처리하는 단계; 상기 열처리된 강관을 교정하는 단계; 상기 교정된 강관을 면취 가공하는 단계; 상기 면취 가공된 강관을 비파괴검사하는 단계; 가 부가된 것을 특징으로 한다.
상기 복합용접방법에 적용되는 강관의 직경은 8인치 ~ 14인치인 것을 특징으로 한다.
상기 복합용접방법에 적용되는 강관의 두께는 5 ~ 16㎜이고, 강관의 길이는 15m 이하인 것을 특징으로 한다.
삭제
상술한 바와 같이, 본 발명의 전기저항용접과 서브 머지드 아크용접을 이용한 복합 용접 방법에 의하면, 종전의 단일한 서브 머지드 아크용접방식에 비하여 빠르게 강관을 제조할 수 있고, 종전의 전지저항용접방식에 비하여 기계적 성질이 우수한 강관을 제조할 수 있으며, 제조공정이 단축됨으로 인하여 공정설비가 감축되고, 제조공정이 단순화되어 원가 절감된다.
도 1은 서브 머지드 아크용접방식의 제조공정도
도 2는 전기저항용접방식의 제조공정도
도 3은 본 발명의 전기저항용접방식과 서브 머지드 아크용접방식의 복합용접방식의 제조공정도
도 4는 본 발명의 서브 머지드 아크용접용 내면용접설비 헤드 단면도
이하 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구체적인 기술내용을 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1에는 서브 머지드 아크용접방식의 제조공정도가 도시되어 있고, 도 2는 전기저항용접방식의 제조공정도이며, 도 3은 본 발명의 전기저항용접방식과 서브 머지드 아크용접방식을 복합용접방식의 제조공정도이고, 도 4는 본 발명의 서브 머지드 아크용접용 내면용접설비 헤드 단면도이다.
도 1에 제시되어 있는 서브 머지드 아크용접방식의 제조공정을 살펴보면, 첫째, 자재가 입고되고, 둘째, 입고된 자재의 양끝단을 밀링에 의하여 엣지 가공한다. 상기 엣지 가공을 하는 이유는 입고된 자재의 양끝단이 일정하지 않으면, 용접 홈이 일정하지 않게 되고 서브 머지드 아크용접에서 용접 홈이 일정하지 않을 경우 용락(burn through)이 발생되어 용접이 중단될 수 있기 때문이다.
셋째, 프레스 벤딩공정을 수행하는데, 자재를 강관 형태로 성형하는 공정으로 이 공정에서 시간이 많이 소요된다. 넷째, 포스트 벤딩공정으로, 이는 프레스 벤딩공정에서 성형된 강관의 양끝단이 미 성형되기 때문에 성형된 강관의 양끝단을 재성형하는 것이다.
다섯째, 성형된 강관의 성형부를 취부시키고, 강관의 외면을 가접시키는 공정이고, 여섯째, 서브 머지드 아크용접의 내면용접이다. 이 공정은 도 4에 도시된 바와 같이 강관의 가접된 용접 홈을 아래로 향하게 하여 위치시키고, 내면용접기의 헤드에 위치된 플럭스 공급부(헤드 호퍼)에서 입상의 플럭스를 공급하고, 플럭스 밑에서 와이어와 강관 모재 사이에 아크를 발생시켜 얻어지는 열로 강관의 양끝단을 용접하는 것으로, 강관 모재 위에 입상의 플럭스를 미리 쌓아 놓고 그 속에 전류가 흐르는 와이어를 연속공급하여 용접하므로, 아크는 플럭스에 의해 덮혀져 있어 외부로부터 보이지 않으며, 플럭스는 대기를 차단하여 용접금속의 정련작용시 보호를 하게 되고, 용접비드나 슬래그 형성에 기여하게 된다.
일곱째, 롱 심 밀링공정으로, 이는 강관의 용접부 외면에 용접 홈을 가공하는 것이다. 여덟째, 외면용접 공정이다, 이는 내면용접과 같이 앞 단계에서 롱 심 밀링공정에 의해 가공된 용접 홈에 플럭스를 공급하고 플럭스 밑에서 와이어와 강관 모재 사이에 아크를 발생시켜 얻어지는 열로 강관의 양끝단을 용접하는 것이다. 이후 열처리 → 교정 → 면취 → 비파과검사 순으로 공정이 진행된다.
: 전기저항용접과 서브 머지드 아크용접간의 공정속도 차이(12m 강관기준)
구분 전기저항용접(ERW) 서브 머지드 아크용접(SAW) 차이
생산속도
(교정공정 등 후 공정 제외)		 0.7분/본 15분/본 14.3분/본
이러한 서브 머지드 아크용접방식은 앞에서 살펴본 바와 같이 강관의 양끝단의 형상이 일정하여야 용접 홈의 간격이 일정해지므로, 내면용접 전에 엣지 가공을 필수적으로 하여야만 하고, 프레스 벤딩공정, 포스트 벤딩공정, 성형된 강관의 성형부를 취부시키고, 강관의 외면을 가접시키는 공정을 거처야 하는 단점을 갖는다.
상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이 서브 머지드 아크용접은 본 용접공정인 내면 용접전에 12m 강관을 기준으로 15분의 시간이 소요된다.
도 2에 제시되어 있는 전기저항용접방식의 제조공정을 살펴보면, 첫째, 원자재 코일이 공급되고, 둘째, 공급된 원자재 코일을 평탄화시키는 공정이다.
셋째, 평탄화된 원자재를 포밍롤을 이용하여 강관 형태로 성형한다. 넷째, 강관 형태로 성형된 양 끝단부를 서로 맞댄 후, 전류를 흘려 저항 열을 발생시키고 이를 압착하여 용접한다. 이후 과정은 상기 서브 머지드 아크용접방식과 동일한 열처리 → 교정 → 면취 → 비파과검사 순으로 공정이 진행된다.
상기의 전기저항용접은 매우 빠른 속도로 용접이 이루어질 수 있으며, 표2에서 알 수 있는 바와 같이 용접까지의 소요시간이 단 0.7분만에 이루어진다. 이는 서브 머지드 아크용접과 서로 대응되는 공정인 가접공정까지의 소요시간보다 14.3분이나 빠르게 진행되는 장점을 갖는다,
그러나 전기저항용접과 서브 머지드 아크용접은 상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 용접후의 기계적 성질은 정반대의 결과를 갖는다. 이에 출원인은 전기저항용접의 빠른 용접속도와 서브 머지드 아크용접의 높은 용접성능의 장점만을 취하는 전기저항용접과 서브 머지드 아크용접을 행하는 복합 용접 방법을 도 3과 같이 발명하게 되었다.
도 3에 제시되어 있는 전기저항용접과 서브 머지드 아크용접을 행하는 복합 용접 방식의 제조공정을 살펴보면, 첫째, 원자재 코일이 공급되고, 둘째, 공급된 원자재 코일을 평탄화시키는 공정이다.
셋째, 평탄화된 원자재를 포밍롤을 이용하여 강관 형태로 성형한다. 넷째, 강관 형태로 성형된 양 끝단부를 서로 맞댄 후, 전류를 흘려 저항 열을 발생시키고 이를 압착하여 용접한다.
이 공정까지 전기저항용접의 빠른 공정을 이용하고, 이후 공정은 서브 머지드 아크용접방식을 채용하여 용접한다.
다섯째, 전기저항용접된 강관을 취부시킨다. 여섯째, 내면용접공정, 일곱째, 롱 심 밀링공정, 여덟째, 외면용접 공정순의 공정을 진행한다.
상기의 전기저항용접과 서브 머지드 아크용접을 행하는 복합 용접 방법은 서브 머지드 아크용접에 필수적으로 필요한 공정인 엣지 가공을 위한 밀링 공작기, 프레스 벤딩공정의 프레스, 포스트 벤딩공정의 프레스, 성형된 강관의 성형부를 취부시키기 위한 치구와 이송설비, 강관의 외면을 가접시키는 공정에 필요한 설비를 전기저항용접전 공정인 포밍롤 하나의 설비로 대체할 수 있어, 공정에 필요한 설비의 수가 대폭 감축되고, 또한 공정수가 간편해짐으로 인한 빠른 작업속도를 갖는 장점이 있다.
반면에 서브 머지드 아크용접방식으로 강관의 내면과 외면을 모두 용접하므로, 서브 머지드 아크용접이 갖는 용입이 깊고, 고능률 접합기법이라는 장점은 그대로 살리게 된다.
또한 다섯째와 여섯째 사이에 전기저항용접된 강관의 용접선 추적용 홈을 가공하는 단계를 추가할 수 있다. 이 용접선 추적용 홈은 여섯째 공정인 내면용접시 가이드 롤이 이동하기 위한 안내선 역할을 한다.
또한 여덟째, 외면용접 공정순의 공정 이후에는 열처리 → 교정 → 면취 → 비파과검사 순으로 공정이 진행된다.
본 발명인 복합용접방법에 의해 적용되는 강관의 직경은 8인치 ~ 14인치인 것이 바람직하고, 적용되는 강관의 두께는 5 ~ 16㎜이고, 강관의 길이는 15m 이하인 것이 바람직하다. 상기의 강관의 직경과 두께이상인 경우에는 전기저항용접전에 진행되는 포밍롤 설비의 크기가 대형화되어야 하므로, 시설투자비가 급격히 증가되는 단점이 있고, 상기 강관의 직경과 두께이하인 경우에는 강관의 내면용접용 헤드를 제조하기 어렵다는 단점이 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 게시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
없음

Claims (6)

  1. 강관을 제조하기 위하여 롤성형된 강관의 맞댐부에 전기저항용접을 행하고, 상기 전기저항용접 후에 서브 머지드 아크용접을 행하는 복합 용접 방법에 있어서,
    강판을 포밍롤을 이용하여 강관 형태로 성형하는 단계;
    상기 포밍된 소재를 전기저항용접하는 단계;
    상기 전기저항용접된 강관에 용접선 추적용 홈을 가공하는 단계;
    상기 강관의 내면에 플럭스를 공급하면서 와이어를 연속 공급하여 아크를 발생시키면서 서브 머지드 아크용접하는 단계;
    상기 강관의 외면 용접부 홈을 가공하는 단계;
    상기 강관의 외면에 플럭스를 공급하면서 와이어를 연속 공급하여 아크를 발생시키면서 서브 머지드 아크용접하는 단계;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합 용접 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강관 형태로 성형하는 단계이전에는,
    원자재를 절단하는 단계;
    상기 절단된 원자재 코일을 공급하는 단계,
    상기 공급되는 원자재 코일을 평탄화시키는 단계;
    가 부가되는 것을 특징으로 하는 복합 용접 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 강관의 외면을 용접하는 단계이후에는,
    상기 외면용접된 강관을 열처리하는 단계;
    상기 열처리된 강관을 교정하는 단계;
    상기 교정된 강관을 면취가공하는 단계;
    상기 면취가공된 강관을 비파괴검사하는 단계;
    가 부가되는 것을 특징으로 하는 복합 용접 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복합용접방법에 적용되는 강관의 직경은 8인치 ~ 14인치인 것을 특징으로 하는 복합 용접 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복합용접방법에 적용되는 강관의 두께는 5 ~ 16㎜이고, 강관의 길이는 15m 이하인 것을 특징으로 하는 복합 용접 방법.
  6. 삭제
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