KR101250641B1 - 고강도 강판의 아크 브레이징 방법 - Google Patents
고강도 강판의 아크 브레이징 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 고강도 강판의 아크 브레이징 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 저융점의 구리합금 와이어를 용가재로 사용함으로써, 저전류, 저입열 조건에서 고강도 강판의 아크 브레이징을 실시할 수 있고, 이로 인해 입열량을 최소화하여 모재인 고강도 강판의 열적 손상을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 고강도 강판 본연의 강도 및 내식성 등의 특성을 유지할 수 있다.
Description
본 발명은 고강도 강판의 아크 브레이징 방법에 관한 것이다.
일반적으로 용접은 용가재를 사용하는 용접인 융접 및 납땜과 용가재를 사용하지 않는 용접인 압접으로 구분된다. 상기 융접 및 납땜은 접합하려는 피 용접재(모재)의 사이에 용가재를 개재하여 모재를 서로 접합하게 된다. 이 때, 상기 융접은 모재의 용접부 및 용가재를 동시에 용융시켜 용접하는 방법이고, 상기 납땜은 모재의 용접부를 용융시키지 않고, 용가재만 용융시켜 접합하는 방법으로서, 융점이 약 427℃ 이하인 연납땜(Soldering)과 융점이 약 427℃ 이상인 경납땜(Brazing)이 있다.
아크 브레이징은 전기 아크를 열원으로 이용하고, 접합하려는 모재보다 융점이 낮은 금속 또는 합금을 용가재로 이용하여 모재를 용융시키지 않으면서 접합하는 용접 방법이다. 아크 브레이징에 사용되는 용가재는 주로 구리 합금 와이어가 이용되고, 규소 및/또는 망간을 함유하는 구리-규소 합금형(Cu-Si 형)이나 알루미늄을 함유하는 구리-알루미늄 합금형(Cu-Al 형)이 일반적으로 사용된다. 특히, 구리-규소 합금형 와이어는 구리-알루미늄형 와이어보다 융점이 낮고, 저전류의 쇼트 아크(Short arc)에 의한 아크 브레이징에 적합하다. 또한, 아크 브레이징은 GMA(Gas Metal Arc) 용접 등의 용융 용접에 비해 용접 변형이 적고, 갭이 큰 이음새의 접합이 가능하기 때문에, 자동차 차체 부품 등 얇은 판재의 접합에 적합하다. 또한, 아크 브레이징은 전기 아크를 대기로부터 보호하기 위해, 아크 용접과 마찬가지로 보호 가스가 필요하고, 일반적으로 보호 가스로서 아르곤 가스가 이용되고 있으며, 대부분의 아크 브레이징은 용가재로서 구리-규소-망간(Cu-Si-Mn)계 구리 합금을 이용하고 있다.
한편, 일반적으로 고강도 강판을 아크 용접 등과 같은 일반 용접으로 접합하는 경우, 입열량을 제어하지 못하면 용락이 발생하기 쉽고, 열영향부가 고온으로 가열되기 때문에 결정립 성장과 제조 과정에서 고강도화한 조직이 연화되어 소재의 강도를 저하시키는 문제가 있다.
따라서, 본 발명자는 고강도 강판의 용접 시, 고강도 강판의 표면층을 거의 손상시키지 않아 경도 저하를 방지할 수 있는 고강도 강판의 아크 브레이징 방법을 개발하게 되었다.
본 발명은 고강도 강판의 아크 브레이징 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 하기의 일반식 1의 조건을 만족하는 고강도 강판의 아크 브레이징 방법을 제공한다.
[일반식 1]
△H = (H1-H2)/H1×100 ≤ 10 %
상기 일반식 1에서, H1은 용접 이전의 고강도 강판의 경도를 나타내고, H2는 용접시 발생하는 고강도 강판의 연화역에서의 최저 경도를 나타내며, △H는 고강도 강판의 연화역에서의 경도 저하율을 나타낸다.
본 발명에 따른 고강도 강판의 아크 브레이징 방법은 저융점의 구리합금 와이어를 용가재로 사용하여 입열량을 최소화하도록 하여, 고강도 강판의 연화역에서의 경도 및 내식성 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에서 적용한 고강도 강판의 아크 브레이징 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에서 적용한 고강도 강판의 아크 브레이징 실시 결과로, 연화역이 발생한 고강도 강판의 접합 부분을 나타내는 도면이다.
도 3은 비커즈 경도 측정 방법을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에서 적용한 고강도 강판의 아크 브레이징 실시 결과로, 연화역이 발생한 고강도 강판의 접합 부분을 나타내는 도면이다.
도 3은 비커즈 경도 측정 방법을 나타내는 도면이다.
본 발명은 하기의 일반식 1의 조건을 만족하는 고강도 강판의 아크 브레이징 방법에 관한 것이다.
[일반식 1]
△H = (H1-H2)/H1×100 ≤ 10 %
상기 일반식 1에서, H1은 용접 이전의 고강도 강판의 경도를 나타내고, H2는 용접시 발생하는 고강도 강판의 연화역에서의 최저 경도를 나타내며, △H는 고강도 강판의 연화역에서의 경도 저하율을 나타낸다.
이하, 본 발명의 고강도 강판의 아크 브레이징 방법을 구체적으로 설명한다.
본 발명의 고강도 강판의 아크 브레이징 방법은 상기 일반식 1의 조건을 만족한다. 즉, 본 발명의 고강도 강판의 아크 브레이징 방법은 용접시 발생하는 고강도 강판의 연화역에서의 경도 저하율을 10% 이하, 바람직하게는 9% 이하, 보다 바람직하게는 8.5% 이하로 제어할 수 있다.
본 발명에서, 고강도 강판의 연화역에서의 경도 저하율을 측정하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 다음의 방식으로 측정할 수 있다.
우선, 첨부된 도 1 에 나타난 바와 같이, 아크 브레이징 방법을 이용하여 고강도 강판의 용접을 실시할 수 있다. 브레이징 토치(1)는 가스 노즐(2)을 포함하고 있고, 상기 가스 노즐은 중공 원통형의 구조로서, 그 내부에는 같은 배율로 축소된 중공 원통형의 콘택트 팁(3)이 일정한 간격을 두고 고정 배치되어 있다. 상기 가스 노즐(2)과 콘택트 팁(3)의 사이에는 보호 가스가 흐르는 유로가 형성되어 있고, 상기 유로는 보호 가스 공급원에 연결되어 있어 보호 가스가 공급되는 공간을 제공할 수 있다. 상기 콘택트 팁(3)의 앞 부분에는 본 발명의 용가재로 쓰이는 구리합금 와이어(4)가 삽입되어 있고, 와이어 공급장치(도시되지 않음)로부터 자동적으로 공급된 구리합금 와이어(4)가 연속적으로 송급되도록 구성되어 있다.
본 발명에서 상기 와이어 공급장치는 구리합금 와이어(4)를 전진시키거나 후퇴시키는 동작을 실시할 수 있도록 제어부를 갖추고 있고, 상기 제어부는 전진 동작 및 후퇴 동작의 시간 당의 횟수, 주기, 타이밍 및 구리합금 와이어의 이동량을 적절히 설정할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에서 콘택트 팁(3)과 모재(5) 사이에는 용접 전류를 인가할 수 있는 용접 전원장치(6)가 존재하고, 상기 용접 전류에 의하여 구리합금 와이어(4) 및 모재(5) 사이에 아크가 발생될 수 있다. 상기 아크는 구리합금 와이어(4)를 용융시키는 동시에 모재(5)를 예열시키고, 와이어가 용융되어 형성된 용적은 모재(5)의 표면과 틈새에 유입되면서 모재(5)와의 접합부를 형성할 수 있다.
첨부된 도 2 는 본 발명의 아크 브레이징 방법에 의해 용접된 고강도 강판을 나타내는 사진이다. 첨부된 도 1 에 도시된 대로 고강도 강판의 아크 브레이징을 실시한 결과, 첨부된 도 2 에 나타난 바와 같이, 모재인 고강도 강판(11a)과 고강도 강판(11b)을 용착 금속(12)으로 접합할 수 있다. 이 때, 열에 의해 용접 경계선(14) 주변에서 고강도 강판의 조직이 연화되는 연화역(13a,13b)이 발생할 수 있고, 연화역(13a,13b)에서는 경도 저하가 발생할 수 있다.
첨부된 도 2 에 있어서, 용접 경계선(14)으로부터 멀어질수록 연화역의 경도가 저하되어 연화역이 끝나는 지점(15)에서 최저 경도를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 연화역을 벗어난 부분의 경도는 용접 이전의 고강도 강판의 경도를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 후술할 비커즈 경도 측정방법을 이용하여 용접 경계선을 기준으로 하여 거리에 따른 경도를 측정할 수 있다.
본 발명에서는 비커즈 경도(Vickers Hardness) 측정 방법을 통해 용접을 수행하기 전의 고강도 강판의 경도(H1) 및 연화역에서의 최저 경도(H2)를 측정할 수 있다. 첨부된 도 3 은 비커즈 경도 측정 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다. 첨부된 도 3 에 나타난 바와 같이, 꼭지각이 136°인 사각뿔형(피라미드형)의 다이아몬드 압입자를 사용하여 시편인 고강도 강판을 눌러 고강도 강판에 생긴 파라미드 모양의 오목 부분의 대각선(d)을 측정하고, 이 때 고강도 강판을 누르는 하중(P)을 측정하여 하기의 일반식 2에 대입함으로써, 비커즈 경도를 측정할 수 있다.
[일반식 2]
비커즈 경도 = P/A = 1.854 × P/d2 (Hv)
상기 일반식 2에서, P는 시편인 고강도 강판을 누르는 하중을 나타내고, A는 고강도 강판에 생긴 압입 자국의 표면적을 나타내며, d는 압입 자국의 대각선 길이를 나타낸다.
따라서, 상기와 같이 측정한 용접 이전의 고강도 강판의 경도(H1) 및 용접시 발생하는 고강도 강판의 연화역에서의 최저 경도(H2)를 상기 일반식 1에 대입함으로써, 고강도 강판의 연화역에서의 경도 저하율(△H)을 측정할 수 있다.
본 발명에서는 용접시 고강도 강판의 연화역에서의 경도 저하율을 10% 이하로 제어함으로써, 고강도 강판 본연의 강도 및 내식성 등의 특성을 유지할 수 있다.
본 발명에서 용접시 고강도 강판의 연화역에서의 경도 저하율 하한은 특별히 한정되지 않고, 경도 저하율이 낮을수록 바람직하다. 경도 저하율이 낮을수록 고강도 강판 본연의 물성을 유지할 수 있기 때문이다.
본 발명에서 상기 고강도 강판의 비커즈 경도는 250 Hv(비커즈 경도 단위) 이상, 바람직하게는 260 Hv 이상, 보다 바람직하게는 270 Hv 이상일 수 있다.
본 발명의 고강도 강판의 아크 브레이징 방법에서는 저융점의 구리합금 와이어를 용가재로 사용하여 저전류 및 저입열 조건에서 아크 브레이징을 실시함으로써, 모재인 고강도 강판의 열적 손상을 최소화할 수 있다. 상기 구리합금 와이어의 융점은 900℃ 내지 1000℃, 바람직하게는 930℃ 내지 960℃일 수 있다. 상기 구리합금 와이어의 융점을 상기 범위로 제어함으로써, 저전류 및 저입열 조건에서 아크 브레이징을 실시할 수 있어, 모재인 고강도 강판의 열적 손상을 최소화 하여 고강도 강판 본연의 특성을 유지할 수 있다.
본 발명에서 상기 구리합금 와이어의 조성은 특별히 한정되지 않고, 구리를 포함하는 조성으로서, 상기 융점 범위를 만족할 수 있는 것이라면 제한 없이 채용할 수 있다. 예를 들면, 구리, 규소 및 망간을 포함하는 구리합금 또는 구리, 규소 및 아연을 포함하는 구리합금 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
[
실시예
]
이하 본 발명에 따르는 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예
1
구리합금
와이어(용가재)의
제조
구리 96 중량부, 규소 3 중량부 및 아연 1 중량부를 포함하는 용가재 합금 조성물로부터 Cu-Si-Zn계 구리합금 와이어를 제조하였다. 상기 Cu-Si-Zn계 구리합금 와이어의 융점은 930℃이었다.
고강도 강판의 아크
브레이징
실시
고강도 강판인 DP 780(포스코(제))(두께: 0.7 mm)을 모재로 사용하고, 상기 제조된 구리합금 와이어를 용가재로 사용하여 첨부된 도 2에 나타난 바와 같이, 고강도 강판의 아크 브레이징을 실시하였다. 이 때, 상기 아크 브레이징은 평균 용접 전류 60A 및 입열량 550 J/cm의 수행 조건에서 실시하였다.
비교예
1
고강도 강판인 DP 780(포스코사(제))(두께: 0.7 mm)을 모재로 사용하고, 일반 아크 용접 재료(SM70, 현대종합금속(제))를 용가재로 사용하여 일반 용접을 실시하였다. 상기 용가재의 융점은 1,500℃ 이상이었으며, 용접 시 평균 용접 전류 및 입열량은 각각 60 A 및 1,200 J/cm이었다.
상기 실시된 실시예 및 비교예의 고강도 강판의 용접 수행 조건을 하기의 표 1에 기재하였다.
구분 | 용가재 합금 조성 | 용접 수행 조건 | |||||||
구리 |
아
연 |
규소 |
망
간 |
탄
소 |
철 | 용가재 융점(℃) |
평균용접
전류(A) |
입열량
(J/ cm ) |
|
실시예
1
(아크 브레이징 ) |
96 | 1 | 3 | - | - | - | 930 | 60 | 450 |
비교예
1
(일반 용접) |
- | - | 0.41 | 1.10 | 0.06 | 98.43 | 1500 | 60 | 1200 |
상기 실시예 및 비교예에 따른 고강도 강판의 용접 수행 결과, 용접된 고강도 강판에 대하여 하기와 같이 물성을 측정하였다.
1. 경도 측정
상기 용접이 수행된 실시예 및 비교예의 고강도 강판에 대하여, 첨부된 도 3 에 나타난 바와 같이, 비커스 경도 측정방법을 이용하여 용접 경계선으로부터의 거리에 따른 경도를 측정하였다. 즉, 꼭지각이 136°인 사각뿔형(피라미드형)의 다이아몬드 압입자를 사용하여 시편인 실시예 및 비교예의 고강도 강판을 눌러 고강도 강판에 생긴 파라미드 모양의 오목 부분의 대각선(d)을 측정하고, 이 때 고강도 강판을 누르는 하중(P)을 측정하여 하기의 일반식 2에 대입함으로써, 비커즈 경도를 측정하였다.
[일반식 2]
비커즈 경도 = 1.854 × P/d2 (Hv)
상기와 같은 물성 측정 결과를 하기의 표 2에 정리하여 기재하였다.
구분 | 거리별 비커스 경도 | ||||||||||
용착 금속 | 연화역 | 모재 (고강도강판) |
|||||||||
거리 | -1.0 | -0.75 | -0.50 | -0.25 | 0.25 | 0.50 | 0.75 | 1.0 | 1.25 | 1.50 | 1.75 |
실시예1 | 178.4 | 179.3 | 175.6 | 175.6 | 368.9 | 355.5 | 286.5 | 263.4 | 247.5 | 270.2 | 280.9 |
비교예1 | 261.8 | 252.1 | 243 | 250.6 | 350.4 | 286.5 | 244.5 | 230.2 | 252.1 | 256.9 | 258.5 |
거리는 용접 경계선으로부터의 거리를 나타내고, 단위로서 mm를 사용함 경도의 단위: Hv |
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 경우, 용접 이전의 고강도 강판의 경도(거리: 1.50)가 270.2 Hv 이었고, 연화역에서의 최저 경도(거리: 1.25)가 247.5 Hv 이었으며, 이를 상기 일반식 1에 대입한 결과, 연화역에서의 경도 저하율(△H)이 8.40% 이었다. 반면, 비교예 1의 경우, 용접 이전의 고강도 강판의 경도(거리: 1.50)가 256.9 Hv 이었고, 연화역에서의 최저 경도(거리: 1.0)가 230.2 Hv 이었으며, 이를 상기 일반식 1에 대입한 결과, 연화역에서의 경도 저하율(△H)이 10.39% 이었다.
즉, 본 발명에서는 아크 브레이징을 실시함으로써, 고강도 강판의 열 영향부에서 발생하는 연화역에서의 경도 저하율을 10% 이하로 제어함으로써, 고강도 강판의 강도 및 내식성 등의 본연의 특성을 유지할 수 있다.
1: 브레이징 토치 2: 가스 노즐
3: 콘택트 팁 4: 용가재 와이어
5: 모재 6: 용접 전원 장치
10: 용접된 고강도 강판 11a,11b: 고강도 강판
12: 용착 금속 13a,13b: 연화역
14: 용접 경계선 15: 연화역의 끝점
s: 사각뿔형(피라미드형)의 다이아몬드 압입자의 모서리 길이
d; 사각뿔형(피라미드형)의 다이아몬드 압입자의 대각선 길이
3: 콘택트 팁 4: 용가재 와이어
5: 모재 6: 용접 전원 장치
10: 용접된 고강도 강판 11a,11b: 고강도 강판
12: 용착 금속 13a,13b: 연화역
14: 용접 경계선 15: 연화역의 끝점
s: 사각뿔형(피라미드형)의 다이아몬드 압입자의 모서리 길이
d; 사각뿔형(피라미드형)의 다이아몬드 압입자의 대각선 길이
Claims (4)
- 구리-규소-아연계 구리합금 와이어를 사용하고, 고강도 강판의 비커즈 경도(Vickers Hardness)는 250 Hv 이상이며, 하기의 일반식 1의 조건을 만족하는 고강도 강판의 아크 브레이징 방법:
[일반식 1]
△H = (H1-H2)/H1×100 ≤ 10 %
상기 일반식 1에서, H1은 용접 이전의 고강도 강판의 경도를 나타내고, H2는 용접시 발생하는 고강도 강판의 연화역에서의 최저 경도를 나타내며, △H는 고강도 강판의 연화역에서의 경도 저하율을 나타낸다. - 제 1 항에 있어서,
△H가 9% 이하인 고강도 강판의 아크 브레이징 방법. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
융점이 900℃ 내지 1000℃ 인 구리합금 와이어를 용가재로 사용하는 고강도 강판의 아크 브레이징 방법.
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Citations (2)
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JP2010094703A (ja) * | 2008-10-15 | 2010-04-30 | Taiyo Nippon Sanso Corp | 鋼板のガスシールドアークブレージング方法 |
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- 2010-12-28 KR KR1020100136817A patent/KR101250641B1/ko active IP Right Grant
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