KR101302604B1 - 결함이 내재된 용접 시편의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

결함이 내재된 용접 시편의 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 용접 시편의 제조 방법은, 각각 개선면이 형성된 적어도 두 개의 모재를 준비하는 단계와, 두 개의 모재 중 적어도 하나의 모재의 개선면에 기계가공을 통해 홈 또는 구멍을 형성하는 단계와, 두 개의 모재를 두 개선면이 서로 마주보도록 세워서, 수직 맏대기 용접하는 단계를 구비하여, 용접부 내에 원하는 형상의 결함이 내재된 용접 시편을 제작하는 것을 특징으로 한다.

Description

결함이 내재된 용접 시편의 제조 방법{Manufacturing method of welded specimen with internal defects}
본 발명은 용접 시편의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용접부에 결함이 내재된 용접 시편의 제조 방법에 관한 것이다.
중,후판의 강재를 수직 자세로 맏대기 용접하는 공정에서는 EGW(Electro Gas Welding)라는 용접 기술이 많이 사용된다. EGW는 수직 자세의 맏대기 용접부를 CO2 가스의 보호하에서 GMAW(Gas Metal Arc Welding) 방식에 의해 용접하는 기술로서, GMAW의 특수한 형태라고 할 수 있다.
상세하게 설명하면, EGW는 연속적으로 공급되는 플럭스가 내장된 와이어를 사용하고, CO2 가스와 와이어 속에 내장된 플럭스로써 용융금속을 보호하면서 수행되는 자동용접기술이다. 수직으로 용접이 이루어지므로, 모재들 사이의 개선홈의 전면과 후면에 냉각수가 흐르는 구리 쉴드를 부착하여 용융금속 및 슬래그가 유출되지 않도록 한 상태에서, 모재들 사이의 개선홈을 따라 상승하면서 용접이 이루어지게 된다. 개선홈의 후면에는 구리 쉴드 대신에 세라믹 재질의 뒷대기판(backing material)이 사용되기도 한다.
상기한 바와 같은 EGW는 용접부를 1 패스(pass)로 용접함에 따라 용접 속도가 빠른 장점이 있으나, 용접자의 기량에 따라 용접부에 결함이 발생할 가능성이 높은 단점이 있다.
EGW 방식에 의해 용접된 강재에 있어서 용접부 내에 결함이 발생된 경우, 그 결함의 위치나 크기 및 형상에 따른 특성을 평가하고, 평가된 결과에 따라 구조물의 잔존 수명을 평가하여 양부 판정을 할 필요가 있다. 이를 위해서는, EGW 방식에 의해 용접된 용접부에 결함이 내재된 용접 시편을 제조하여야 한다. 그런데, 통상적인 방법으로는 용접 시편의 용접부에 원하는 크기와 형상을 가진 결함을 원하는 위치에 형성하기가 곤란하였다.
한편, 한국등록특허 제10-0387098호에는, 용접 중에 이물질을 삽입하여 용접부에 원하는 크기, 형상 및 위치에 내부 결함을 형성하는 방법이 개시되어 있다.
상기 선행기술과 같이, FCAW(Flux Core Arc Welding) 방식에 의한 용접의 경우에는, 2 이상의 패스(pass)로 용접을 하게 되므로, 패스와 패스 사이에 이물질을 투입하기가 용이하고, 입열량이 10kJ/mm 이하이므로 이물질이 녹는 형상이 발생하지 않아 결함을 비교적 쉽게 발생시킬 수 있다.
그런데, EGW 방식에 의한 수직 맏대기 용접의 경우에는, 1 패스로 용접이 이루어지므로 이물질을 투입하기가 힘들고, 또한 개선홈을 따라 수직 방향으로 상승하는 용융금속에 의해 이물질이 떠올라 제 위치를 이탈하거나 외부로 배출되므로, 원하는 위치에 결함을 형성하기 곤란하다. 그리고, EGW 방식은 FCAW 방식에 비해 입열량이 두 배 이상이므로, 투입된 이물질이 녹아버릴 수도 있다.
상기한 바와 같이, EGW 방식에 의한 수직 맏대기 용접에 있어서는, 상기한 선행기술로서 원하는 크기, 형상 및 위치를 가진 결함을 형성하기가 곤란하였다.
특허문헌 1 : 한국등록특허 제10-0387098호 (2003. 05. 28. 등록)
본 발명의 실시예들은, EGW 방식에 의한 수직 맏대기 용접으로써 원하는 크기, 형상 및 위치를 가진 결함이 내재된 용접 시편의 제조 방법을 제공한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면,
각각 개선면이 형성된 적어도 두 개의 모재를 준비하는 단계; 상기 두 개의 모재 중 적어도 하나의 모재의 개선면에 기계가공을 통해 홈 또는 구멍을 형성하는 단계; 및 상기 두 개의 모재를 두 개선면이 서로 마주보도록 세워서, 수직 맏대기 용접하는 단계;를 구비하여, 용접부 내에 원하는 형상의 결함이 내재된 용접 시편을 제작하는 것을 특징으로 하는 결함이 내재된 용접 시편의 제조 방법이 제공된다.
그리고, 상기 홈 또는 구멍은 상기 모재의 용융 깊이보다 깊은 깊이로 형성될 수 있다.
또한, 상기 홈은 밀링 가공에 의해 수직 맏대기 용접시의 수직 방향으로 길게 형성될 수 있다.
또한, 상기 구멍은 드릴링 가공에 의해 원형으로 형성될 수 있다.
삭제
또한, 상기 홈 또는 구멍은 상기 개선면의 서로 다른 위치에 다수로 형성될 수 있다.
또한, 상기 다수의 홈 또는 구멍은 서로 다른 크기를 가지도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 수직 맏대기 용접하는 단계는, EGW(Electro Gas Welding) 방식에 의해 용접하는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 용접 시편의 제조 방법에 의하면, 모재의 개선면에 기계가공에 의해 미리 홈을 형성함으로써, EGW 방식에 의한 수직 맏대기 용접에 의해서도 원하는 크기와 형상을 가진 내부 결함을 원하는 위치에 형성할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 결함이 내재된 용접 시편의 제조 방법의 단계들을 보여주는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용접 시편의 제조 방법 중 모재 준비 단계를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 용접 시편의 제조 방법 중 홈 형성 단계를 설명하기 위한 사시도들이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 용접 시편의 제조 방법 중 용접 단계를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 용접 시편을 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 결함이 내재된 용접 시편의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 결함이 내재된 용접 시편의 제조 방법의 단계들을 보여주는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 시편의 제조 방법은, 모재 준비 단계(S10)와, 홈/구멍 형성 단계(S20)와, 용접 단계(S30)를 구비한다.
구체적으로, 모재 준비 단계(S10)에서는, 각각 개선면이 형성된 두 개의 모재를 준비하고, 홈/구멍 형성 단계(S20)에서는, 두 개의 모재 중 적어도 하나의 개선면에 기계가공을 통해 홈 또는 구멍을 형성하며, 용접 단계(S30)에서는, 두 개의 모재를 EGW(Electro Gas Welding) 방식에 의해 수직 맏대기 용접하게 된다.
이하에서, 상기한 구성을 가진 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 시편의 제조 방법에 대해 도 2 내지 도 7을 참조하면서 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용접 시편의 제조 방법 중 모재 준비 단계를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2를 참조하면, 모재 준비 단계(S10)에서는, 두 개의 모재(110, 120)를 준비하되, 두 개의 모재(110, 120) 각각에 개선면(112, 122)을 형성한다. 상기 모재(110, 120)로서 예컨대 소정의 크기로 절단된 기계구조용 강판이 준비될 수 있으며, 상기 개선면(112, 122)의 개선 각도(θ)는 대략 23 ~ 27도일 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 용접 시편의 제조 방법 중 홈/구멍 형성 단계를 설명하기 위한 사시도들이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 홈/구멍 형성 단계(S20)에서는, 두 개의 모재(110, 120) 중 제1 모재(110)에 형성된 제1 개선면(112)에 기계가공에 의해 홈(131)을 형성한다. 상기 홈(131)은 밀링 가공에 의해 제1 개선면(112)의 길이 방향으로, 즉 수직 맏대기 용접시의 수직 방향으로 길게 형성될 수 있다.
한편, 제1 모재(110)의 제1 개선면(112)에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 밀링 가공에 의해 직사각형의 홈(132)이 형성될 수도 있으며, 또한 도 5에 도시된 바와 같이, 드릴링 가공에 의해 원형의 구멍(133)이 형성될 수도 있다.
그리고, 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 홈(132) 또는 구멍(133)은 제1 개선면(112)의 서로 다른 위치에 다수로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 다수의 홈(132) 또는 구멍(133)은, 제1 개선면(112)의 길이 방향을 따라 간격을 두고 형성될 수 있으며, 또한 서로 다른 크기, 즉 서로 다른 길이, 폭, 깊이, 직경을 가지도록 형성될 수 있다.
도 3 내지 도 5에서, 상기 홈(131, 132) 또는 구멍(133)은 제1 모재(110)의 제1 개선면(112)에 형성된 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 상기 홈(131, 132) 또는 구멍(133)은 제2 모재(120)의 제2 개선면(122)에 형성될 수도 있으며, 제1 모재(110)의 제1 개선면(112)과 제2 모재(120)의 제2 개선면(122)에 모두 형성될 수도 있다. 또한, 제1 모재(110)의 제1 개선면(112)과 제2 모재(120)의 제2 개선면(122)에 형성된 홈(131, 132) 또는 구멍(133)은 서로 다른 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 모재(110)의 제1 개선면(112)에는 밀링 가공에 의해 직사각형의 홈(132)이 형성되고, 제2 모재(120)의 제2 개선면(122)에는 드릴링 가공에 의해 원형의 구멍(133)이 형성될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 함께 참조하면, 상기 홈(131, 132) 또는 구멍(133)은, 후술하는 용접 단계(S30)에서 모재(110, 120)의 용융 시에도 일부 잔존될 수 있도록, 모재(110, 120)의 용융 깊이보다 깊은 깊이로 형성된다. 예를 들어, 후술하는 용접 단계(S30)에서 모재(110, 120)의 용융 깊이가 대략 3 ~ 4mm일 경우, 상기 홈(131, 132) 또는 구멍(133)은 대략 5mm 정도의 깊이로 형성될 수 있다. 이 경우, 용접 단계(S30)에서 모재(110, 120)가 일부 용융되더라도 홈(131, 132) 또는 구멍(133)은 잔존하여 내부 결함을 형성할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 용접 시편의 제조 방법 중 용접 단계를 설명하기 위한 개략적인 사시도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 용접 시편을 도시한 단면도이다.
먼저, 도 6을 참조하면, 용접 단계(S30)에서는, 상기한 바와 같이 개선면(112, 122)에 홈(132) 또는 구멍(133)이 형성된 두 개의 모재(110, 120)를 수직으로 세운 상태에서 EGW 방식에 의한 수직 맏대기 용접으로 두 개의 모재(110, 120)를 용접한다.
전술한 바와 같이, EGW는 연속적으로 공급되는 플럭스가 내장된 와이어를 사용하고, CO2 가스와 와이어 속에 내장된 플럭스로써 용융금속(126)을 보호하면서 수행되는 자동용접기술이다. 수직으로 용접이 이루어지므로, 용융금속(126) 및 슬래그가 유출되지 않도록, 두 개의 모재(110, 120) 사이의 개선홈(124)의 전면에는 전면쉴드(144)가 부착되고, 후면에는 세라믹 재질의 뒷대기판(backing material, 142)이 부착된다. 전면쉴드(144)는 구리로 이루어질 수 있으며, 그 내부에는 냉각수 통로(148)가 형성되고, 냉각수 통로(148)의 양단에는 냉각수 공급구(146)와 냉각수 배출구(147)가 각각 연결된다. 그리고, 전면쉴드(144)에는 CO2 가스를 공급하기 위한 가스 공급구(145)가 마련된다. 한편, 개선홈(124)의 후면에도 뒷대기판(142) 대신에 전면쉴드(144)와 동일한 구성을 가진 후면쉴드가 사용될 수 있다.
상기한 바와 같은 상태에서, 모재들(110, 120) 사이의 개선홈(124)을 따라 용접 토치(149)와 전면쉴드(144)가 상승하면서 용접이 이루어지게 된다. 이때, 용접 조건으로서, 예컨대 전류는 370 ~ 410A, 전압은 40 ~ 41V, 이동 속도는 0.51 ~ 0.58mm/s, 입열량은 26 ~ 32kJ/mm가 적용될 수 있다.
상기한 용접 과정에서, 전술한 바와 같이 모재(110, 120)가 소정 깊이로 용융되지만, 상기 홈(132) 또는 구멍(133)은 모재(112, 120)의 용융 깊이보다 깊은 깊이로 형성되어 있으므로 잔존하게 되고, 이와 같이 잔존된 홈(132) 또는 구멍(133)은 후술하는 결함(도 7의 138)을 형성하게 된다. 그리고, 용접 과정에서, 상기 홈(132) 또는 구멍(133)은 전술한 선행기술에서의 이물질과 달리 그 위치가 바뀌지 않으며, 상기 홈(132) 또는 구멍(133)의 잔존 부위는 원래의 형상과 크기를 유지하게 된다.
상기한 바와 같이, 두 개의 모재(110, 120)를 EGW 방식에 의해 수직 맏대기 용접하면, 도 7에 도시된 바와 같이, 두 개의 모재(110, 120) 사이에 용접부(136)가 형성되고, 두 개의 모재(110, 120)와 용접부(136) 사이의 계면에 원하는 크기, 형상, 위치를 가진 내부 결함(138)이 형성된 용접 시편(100)이 제조된다.
상기한 바와 같이. 본 발명의 실시예에 따른 용접 시편의 제조 방법에 의하면, 모재(110, 120)의 개선면(112, 122)에 기계가공에 의해 미리 홈(131, 132) 또는 구멍(133)을 형성함으로써, EGW 방식에 의한 수직 맏대기 용접에 의해서도 원하는 크기와 형상을 가진 내부 결함(138)이 원하는 위치에 형성된 용접 시편(100)을 제조할 수 있다.
이상, EGW 방식에 의한 원하는 결함을 갖는 용접 시편을 제작하는 방법에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 반드시 EGW 방식에 한정되는 것은 아니고, FCAW나 기타 용접공법에도 적용될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100...용접 시편 110...제1 모재
112...제1 개선면 120...제2 모재
122...제2 개선면 124...개선홈
126...용융금속 131,132...홈
133...구멍
136...용접부 138...결함
142...뒷대기판(backing material) 144...전면쉴드
145...가스 공급구 146...냉각수 공급구
147...냉각수 배출구 148...냉각수 통로
149...용접 토치

Claims (8)

  1. 각각 개선면이 형성된 적어도 두 개의 모재를 준비하는 단계;
    상기 두 개의 모재 중 적어도 하나의 모재의 개선면에 기계가공을 통해 홈 또는 구멍을 형성하는 단계; 및
    상기 두 개의 모재를 두 개선면이 서로 마주보도록 세워서, 수직 맏대기 용접하는 단계;를 구비하며,
    용접부 내에 원하는 형상의 결함이 내재된 용접 시편을 제작하는 것을 특징으로 하는 결함이 내재된 용접 시편의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 홈 또는 구멍은 상기 모재의 용융 깊이보다 깊은 깊이로 형성되는 것을 특징으로 하는 결함이 내재된 용접 시편의 제조 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 홈은 밀링 가공에 의해 수직 맏대기 용접시의 수직 방향으로 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 결함이 내재된 용접 시편의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 구멍은 드릴링 가공에 의해 원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 결함이 내재된 용접 시편의 제조 방법.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 홈 또는 구멍은 상기 개선면의 서로 다른 위치에 다수로 형성되는 것을 특징으로 하는 결함이 내재된 용접 시편의 제조 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 다수의 홈 또는 구멍은 서로 다른 크기를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 결함이 내재된 용접 시편의 제조 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 수직 맏대기 용접하는 단계는, EGW(Electro Gas Welding) 방식에 의해 용접하는 것을 특징으로 하는 결함이 내재된 용접 시편의 제조 방법.
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