KR101277943B1 - 용접부 가공성이 우수한 고실리콘 전기강판의 용접장치 - Google Patents

Abstract

고실리콘 전기강판의 용접장치 및 용접방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 고실리콘 전기강판의 용접장치는 순차적으로 연속하여 공급되는 선, 후행 강판의 연결부를 용접하는 용접기; 용접기의 후단부에 설치되어 용접된 연결부를 후열처리하는 후열기; 및 후열기의 후단부에 설치되어 연결부를 가압하는 가압기를 포함한다.

Description

용접부 가공성이 우수한 고실리콘 전기강판의 용접장치 {WELDING APPARATUS OF NON-ORIENTED ELECTRICAL STEELS WITH EXCELLENT FORMABILITY OF WELDING PART}

본 발명은 선행 강판과 후행 강판을 용접에 의해 연속적으로 공급하도록 하여 가공성 및 생산성을 향상시키는 용접부 가공성이 우수한 고실리콘 전기강판의 용접장치에 관한 것이다.

일반적으로 고실리콘 전기강판은 실리콘을 다량으로 함유하는 전기강판으로, 이러한 고실리콘 전기강판으로는 방향성 전기강판이 대표적이다.

이러한 고실리콘 전기강판은 실리콘(Si)를 다량(일례로 1 내지 6 중량%)으로 함유할 수 있다.

고실리콘 전기강판은 실리콘이 다량으로 함유됨에 따라 전기적 또는 자기적 특성을 쉽게 구현할 수 있다.

이러한, 고실리콘 전기강판은 결정의 자화용이 방향을 압연방향에 나란하게 한 제품으로 압연방향으로 우수한 자기 특성을 갖는다. 이러한 고실리콘 전기강판은 변압기 등의 제작에 사용되고, 배전용 변압기, 리액터(Reactor) 등에도 널리 사용된다.

그러나, 고실리콘 전기강판에 함유된 Si는 강재의 강도를 급격히 상승시키게 되며, 동시에 강재의 취성을 증가시킨다.

고실리콘 전기강판 생산은 후물재를 압연하여 박물재로 제작하게 된다.

도 1은 종래기술에 따른 고실리콘 전기강판의 제조과정의 일부를 도시한 구성도이다.

도 1을 참고하면, 고실리콘 전기강판의 용접장치(10)는 선행 강판(12)과 후행 강판(14)을 순차적으로 공급하고, 용접기(20)를 이용하여 선행 강판(12)과 후행 강판(14)의 연결부를 접합하여 연속적인 압연이 가능하도록 제공되고 있으며, 이와 같이 강판들이 연속적으로 공급됨에 따라 가공의 편의성과 함께 생산성을 향상시킬 수 있다.

이를 위해 고실리콘 전기강판의 용접장치(10)는 용접기(20)의 종류에 따라 SAW(Submerged Arc Welding), GTAW(Gas Tungsten Arc Welding), GMAW(Gas Metal Arc Welding), LBW(Laser Beam Welding) 등의 용접방법이 사용될 수 있다.

일례로, 다양한 용접방법 중 근래에는 열영향이 가장 적은 고밀도 열원 용접기가 사용될 수 있으며, 이러한 고밀도 열원 용접기로는 레이저 용접기(LBW)가 많이 사용되고 있다. 레이저 용접기는 열원으로 레이저를 사용하며, 삽입금속(연강용 솔리드 와이어 등)과 함께 두 강판(10, 20) 사이의 연결부를 용접한다.

표 1은 고실리콘 전기강판의 화학 조성을 나타낸 표로서, 표 1을 참고하면, 일례로 방향성 정기강판은 Si 성분이 약 3.15wt% 정도 함유될 수 있으며, 이와 같이 첨가된 Si로 인해 강도를 증가시킬 수 있다.

그러나, 고실리콘 전기강판은 Si의 첨가에 따라 취성이 증가하게 되며, 이에 따라 고입열 용접인 레이저용접(LBW)을 사용하는 경우에도, 저온의 작업환경(일례로 20℃ 이하)에서는 두 강판의 연결부에 파단이 빈번히 발생하게 되며, 이는 용접이음부 근방 열영향부위(HAZ)에 파단이 발생하거나, 두 강판의 연결부에 형성되는 용접이음부를 따라 파단이 발생한다.

본 발명의 일 실시예는 선행 코일과 후행 코일의 연결부를 용접하여 형성한 용접이음부의 가공성을 향상시키며, 취성파괴의 발생을 억제할 수 있도록 한 용접부 가공성이 우수한 고실리콘 전기강판의 용접장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 용접부 가공성이 우수한 고실리콘 전기강판의 용접장치는 순차적으로 연속하여 공급되는 선, 후행 강판의 연결부를 진행방향에 대해 상기 강판의 폭방향으로 이동하며 용접하는 용접기; 상기 용접기가 진행하는 방향의 후단부에 설치되어 상기 강판의 폭방향으로 용접된 상기 연결부를 연속적으로 이동하며 후열처리하는 후열기; 및 상기 후열기가 진행하는 방향의 후단부에 설치되어 상기 강판의 폭방향으로 후열처리된 상기 연결부를 연속적으로 이동하며 가압하는 가압기를 포함하고, 상기 후열기는 상기 연결부를 850 내지 1100℃로 가열하고, 상기 가압기는 상기 연결부가 600 내지 800℃로 냉각된 후 가압하는 것을 특징으로 한다.

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또한, 용접기는 고밀도 열원 용접기를 포함할 수 있다.

더불어, 용접기의 전단부에 설치되어 선, 후행 강판의 연결부를 예열하는 예열기를 더 포함할 수 있다.

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본 발명의 일 실시예에 따르면, 선행 코일과 후행 코일의 연결부를 용접한 후, 후열처리 과정과 소정의 온도에서 가압하는 과정에서 연결부의 결정립을 미세화할 수 있으며, 이에 따라 취성을 낮출 수 있으며, 연결부에 발생하는 파단을 억제할 수 있고, 가공성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 고실리콘 전기강판의 제조과정의 일부를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고실리콘 전기강판의 용접장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고실리콘 전기강판의 용접장치에 의해 가압된 연결부의 미세조직을 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고실리콘 전기강판의 용접 열 싸이클을 도시한 그래프.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 고실리콘 전기강판의 용접장치(100)는 선행 강판(112) 및 후행 강판(114)을 용접하기 위해 사용될 수 있다. 여기서, 선행 강판(112) 및 후행 강판(114)는 각각 코일 형태로 이루어져 연속하여 순차적으로 공급될 수 있다.

이와 같이 공급되는 고실리콘 전기강판의 용접장치(100)는 순차적으로 공급되는 선행 강판(112)의 선단과, 후행 강판(114)의 후단의 연결부를 용접하여 선, 후행 강판(112, 114)이 연속적으로 공급되도록 함으로써 연속적으로 압연 가공될 수 있다.

이를 위해, 고실리콘 전기강판의 용접장치(100)는 선, 후행 강판(112, 114)의 연결부를 강판의 진행방향에 대해 폭방향으로 이동하며 용접하기 위한 용접기(120)를 포함할 수 있다.

본 실시예에서 용접기(120)는 용접기 주변부에 열영향을 가장 적게 발생시킬 수 있는 고입열 열원을 사용하며, 일례로 레이저 용접기를 사용할 수 있다.

또한, 용접기(120)가 진행하는 방향의 후단부에는 선, 후행 강판(112, 114)의 용접된 연결부(116)를 후열처리하는 후열기(130)가 설치될 수 있다.

연결부(116)는 용접과정에서 고온으로 가열되며, 냉각된 후 후열처리함으로서 용접 특성치를 양호하게 조성할 수 있다.

여기에서 후열기(130)는 후열처리시의 연결부(116)를 약 850 내지 1100℃로 가열할 수 있다.

한편, 표 2는 고실리콘 전기강판의 용접조건 및 연결부 특성평가 결과이다. 표 2를 참고하면, 후열기(130)에 의해 가열되는 연결부(116)는 후열처리시 1100℃를 초과(일례로, 약 1200℃)하게 되면 과다한 입열에 의해 연결부(116)에 과도한 변형이 일어날 수 있으며, 이에 따라 연결부(116)의 미세조직이 조대화되는 현상이 발생할 수 있다.

또한, 연결부(116)의 미세조직이 조대화되면, 통판과정에서 변형, 응력집중, 인장 등의 외부 응력을 받을 경우 연결부가 쉽게 파단될 수 있다. 이때, 연결부(116)의 파단은 조대화된 미세조직의 벽개면을 따라 미세균열이 생성, 전파될 수 있다.

더불어, 본 실시예에서 연결부 특성치는 후열 온도에 의해 크게 영향을 받게 되며, 이음부의 갭(gap) 크기 또는 용접파라메타에 의한 영향은 크게 나타나지 않는다.

또한, 후열기(130)에 의해 가열되는 연결부(116)는 후열처리시 온도가 850℃ 미만일 경우, 열처리에 의한 미세조직의 조성 변화가 발생하지 않는다.

한편, 본 실시예의 고실리콘 전기강판의 용접장치(100)는 후열기(130)가 진행하는 방향의 후단에 설치되어 후열처리된 강판의 연결부(116)를 가압하는 가압기(140)를 포함할 수 있다.

여기서, 가압기(140)는 연결부(116)의 온도가 600 내지 800℃로 냉각이 이루어진 후, 연결부(116)를 가압한다.

본 실시예에서 가압기(140)는 600 내지 800℃의 온도에서 연결부(116)를 가압하면, 선, 후행 강판(112, 114)의 연결부(116)에 형성되는 용접금속의 미세조직이 가압에 의해 재결정되며 결정립계에서 제2상 석출이 일어나게 되고, 결정립도 미세화될 수 있다.

본 실시예에서 가압기(140)가 연결부를 가압하는 압력은 한정되지 않으며, 연결부(116)에 형성되는 용접금속의 상, 하부가 평탄해지는 정도의 압력을 부가함으로써 달성할 수 있다.

일례로, 본 실시예에서 가압기(140)는 50 내지 100 MPa의 압력으로 용접금속을 가압할 수 있다.

또한, 본 실시예에서 가압기(140)는 롤러 형태로 형성될 수 있으며, 선, 후행 강판(112, 114)의 연결부(116)를 활주하며 연속적으로 가압하도록 이루어질 수 있다.

도 3 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고실리콘 전기강판의 용접장치에 의해 가압된 연결부의 미세조직을 도시한 도면이다.

여기서, 도 3 내지 도 9는 연결부(116)의 온도가 각각 450℃, 500℃, 550℃, 600℃, 650℃, 700℃ 및 800℃인 상태의 미세조직을 도시한 도면이다.

도 3은 가압기에 의해 가압되는 연결부(116)의 온도가 약 450℃인 상태로, 가압에 의한 결정의 재정립이 이루어지지 않으며, 연결부가 냉각되는 시간이 증가함에 따라 결정립의 미세조직이 조대화됨을 알 수 있다.

더불어, 연결부(116)는 결정립의 미세조직이 조대화됨에 따라 외부응력에 의해 쉽게 취성파괴가 발생할 수 있다. 또한, 연결부(116)는 취성파괴에 의해 발생한 균열이 전파되는 과정에서 균열이 분화하는 변형쌍정(Deformation twin)이 관찰될 수 있다.

또한, 도 4와 도 5를 보면, 가압되는 연결부(116)의 온도가 각각 약 500℃, 550℃인 상태로, 가압이 이루어지더라도 결정의 재정립이 이루어지지 않았음을 알 수 있다.

이와 같이, 연결부(116)는 가압시의 온도가 600℃ 미만일 경우, 가압에 의한 미세조직의 재결정이 발생하지 않으며, 이에 따라 결정립의 미세조직이 조대화되는 현상이 나타난다.

한편, 도 6은 가압되는 연결부(116)의 온도가 약 600℃로서, 결정립이 미세화됨을 알 수 있다. 이와 같이, 본 실시예의 연결부(116)는 가압시 온도가 약 600℃이상으로 유지될 경우, 미세조직에 재결정이 일어나며 결정립계에서 제2상 석출이 일어나게 되고, 결정립도 미세화됨을 알 수 있다.

이와 같은 특성은 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 가압시 연결부(116)의 온도가 각각 650℃, 700℃, 800℃인 미세조직을 통해서도 확인할 수 있다.

한편, 연결부(116)는 가압기에 의해 가압되는 온도가 800℃를 초과할 경우, 다시 재 냉각되는 시간이 증가함에 따라 결정립이 다시 조대화될 수 있으며, 이에 따라 외부응력의 영향으로 쉽게 취성파괴될 수 있다.

더불어, 본 실시예에서 연결부(116)는 용접과정시 급격한 입열에 의한 충격 등을 방지할 수 있도록 미리 예열된 상태로 용접기로 진입되는 것이 바람직하다.

이를 위해 용접기의 전단에는 용접전에 연결부(116)를 미리 예열하는 예열기(110)가 더 설치될 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고실리콘 전기강판의 용접 열 싸이클을 도시한 그래프이다.

도 10을 참고하여 본 실시예에 따른 고실리콘 전기강판의 용접방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 고실리콘 전기강판의 용접전에 선행 강판(112)와 후행 강판(114)의 연결부(116)를 강판의 진행방향에 대해 폭방향으로 이동하며 적정한 온도로 예열하는 단계를 갖는다. 이러한 예열단계는 고실리콘 전기강판의 용접시 가해지는 열에 의한 급격한 열충격이 발생하는 것을 방지하며, 용접시간을 줄일 수 있어 과도한 입열량에 의해 용접 열영향 부위의 열적 변형을 방지할 수 있다.

다음단계로는 순차적으로 연속하여 공급되는 선행 강판(112)와 후행 강판(114)의 연결부를 강판의 진행방향에 대해 폭방향으로 이동하며 용접하는 단계가 진행된다. 선행 강판(112) 및 후행 강판(114)은 코일 형태로 감겨져 공급되며, 순차적으로 풀리면서 공급된다. 이때, 선행 강판(112)의 코일이 완전히 풀리기 전에 후행 강판(114)의 코일을 설치하고, 선행 강판(112)의 단부로 후행 강판(114)을 연속되게 공급한다. 그리고, 선행 강판(112)과 후행 강판(114)의 연결부(116)를 용접하여 이들 선, 후행 강판(112, 114)이 연속적으로 공급되도록 할 수 있다.

이와 같이, 선행 강판(112)과 후행 강판(114)이 연결되어 공급되면, 용접방향을 따라 이동하며 강판(112, 114)의 연결부(116)가 가공 과정에서 분리 또는 파단 되지 않도록 연결부(116)를 후열처리하는 단계가 진행된다.

이때, 선, 후행 강판(112, 114)의 연결부(116)를 후열처리하는 단계는 강판의 연결부(116)를 소정의 온도, 일례로 850 내지 1100℃로 가열할 수 있다.

다음으로, 선, 후행 강판(112, 114)의 연결부가 후열처리하는 단계에서 소정의 온도로 가열되면, 선, 후행 강판(112, 114)의 연결부(116)를 냉각하는 단계가 진행될 수 있다.

이때, 선, 후행 강판(112, 114)의 연결부(116)를 냉각하는 단계는 공냉방식으로 이루어질 수 있다.

그리고, 선, 후행 강판(112, 114)의 연결부가 600 내지 800℃로 냉각되면, 후열처리방향을 따라 이동하며 선, 후행 강판(112, 114)의 연결부를 가압하는 단계가 진행될 수 있다.

이와 같이, 선, 후행 강판(112, 114)의 연결부(116)를 가압하는 단계는 선, 후행 강판(112, 114)의 연결부(116)인 용접금속의 상, 하부가 평평해지는 정도의 압력으로 가압하게 되며, 이러한 가압과정에서 연결부(116)의 결정립이 미세화될 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

100 : 용접장치 110 : 예열기
112 : 선행 강판 114 : 후행 강판
116 : 연결부 120 : 후열기
130 : 용접기 140 : 예열기

Claims (8)

1. 순차적으로 연속하여 공급되는 선, 후행 강판의 연결부를 진행방향에 대해 상기 강판의 폭방향으로 이동하며 용접하는 용접기;
   상기 용접기가 진행하는 방향의 후단부에 설치되어 상기 강판의 폭방향으로 용접된 상기 연결부를 연속적으로 이동하며 후열처리하는 후열기; 및
   상기 후열기가 진행하는 방향의 후단부에 설치되어 상기 강판의 폭방향으로 후열처리된 상기 연결부를 연속적으로 이동하며 가압하는 가압기를 포함하고,
   상기 후열기는 상기 연결부를 850 내지 1100℃로 가열하고, 상기 가압기는 상기 연결부가 600 내지 800℃로 냉각된 후 가압하는 것을 특징으로 하는 용접부 가공성이 우수한 고실리콘 전기강판의 용접장치.
   
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4. 청구항 1에 있어서,
   상기 용접기는 고밀도 열원 용접기를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접부 가공성이 우수한 고실리콘 전기강판의 용접장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 용접기의 전단부에 설치되어 상기 선, 후행 강판의 연결부를 예열하는 예열기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접부 가공성이 우수한 고실리콘 전기강판의 용접장치.
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