KR101414552B1

KR101414552B1 - 텅스텐 아크용접과 서브 머지드 아크용접을 동시에 용접하는 복합 용접 방법

Info

Publication number: KR101414552B1
Application number: KR1020140041892A
Authority: KR
Inventors: 김병권
Original assignee: 주식회사 스틸플라워
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2014-07-03
Anticipated expiration: 2034-04-08
Also published as: CA2861671A1; MX2015004377A; EP2942146A3; EA201590487A1; US20150283641A1; AU2015200917A1; EP2942146A2; BR102015007653A2

Abstract

본 발명의 복합 용접 방법은 텅스텐 아크용접방식을 선행하고 서브 머지드 아크용접방식을 상기 텅스텐 아크용접방식과 소정거리를 이격시키면서 후행으로 행하는 복합 용접 방법으로 종전의 복합용접방법에 비하여 강관의 휨 발생이 적어지고, 내면용접과 외면 용접을 소정거리를 유지하면서 동시에 진행하므로 용접시간이 단축되며, 내면용접후 용융부가 A1 변태점이하로 내려가기 전에 외면용접을 수행하여 용접후 강관의 휨을 적제하여 후공정에서의 교정시간이 단축되는 효과가 있다.

Description

텅스텐 아크용접과 서브 머지드 아크용접을 동시에 용접하는 복합 용접 방법 { COMPLEX METHOD OF WELDING IN COMBINATION OF GAS TUNGSTEN ARC WELDING WITH SUBMERGED ARC WELDING }

본 발명은 강관을 제조하는 복합방법에 있어서, 강관의 내면은 텅스텐 아크용접을 선행하고 소정거리 이격된 상태에서 강관의 외면은 서브 머지드 아크용접을 후행하면서 동시에 강관의 내/외면을 용접하는 복합 용접 방법에 관한 것이다.

강관의 제조방법중 저온충격치가 우수한 용접방식이 무계목 강관방식이다. 그러나 무계목 강관은 그 공급가가 높으며, 공급기간이 다른 용접방법에 비하여 상대적으로 긴기간을 요구하고 있어 수요처인 조선업체에서는 배의 건조에 있어 납기를 맞추는데 무계목 강관의 적기 공급이 매우 중요한 요소이다.

전기저항용접은 용접하고자 하는 소재를 서로 맞댄 후, 전류를 흘려 저항 열을 발생시키고 이를 압착하여 용접하는 방식이다. 이러한 전기저항용접은 매우 빠른 속도로 용접이 이루어질 수 있어, 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 배관용 강관으로 사용하기에 부적합하다. 그러나 이를 무계목 강관방식으로 제조하기에는 그 가격이 전기저항용접에 비하여 2배이상에 달해 현장에 적용하기에는 가격측면에서 어려움이 있어 왔다.

항 목			전기저항용접(ERW)	서브 머지드 아크용접(SAW)	비고
기계적 성질	저온 충격치	-40℃	충격보증 불가 ( 0℃일때27 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 표 1은 용접방식에 따른 용접부의 기계적 성질을 나타낸다.

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.

상기 서브 머지드 아크용접은 사용 용접봉의 크기와 전류가 크기 때문에 용입이 깊고, 두꺼운 판 배관용강의 고능률 접합기법으로 많이 채용되는데 이와 같이 양호한 용접특성으로 인하여 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 저온충격치가 우수하며, 인장강도 또한 무계목 강관과 별다른 차이가 없는 정도의 기계적 성질을 갖는 대표적인 고능률 용접법이다.

상기 무계목 강관의 기계적 성질과는 차이가 없고 신속한 납기라는 요구에 부응하기 위하여 본 출원인은 전기저항용접과 서브 머지드 아크용접을 행하는 복합 용접 방법을 등록(등록특허공보 제10-1191711호, 2012.10.10)한 바 있다.

상기 본 출원인의 전기저항용접과 서브 머지드 아크용접을 이용한 복합 용접 방법(이하 '종래기술'이라 한다)에 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 절감되는 장점이 있다.

그러나 도 1에 개시된 상기 종래기술에 따른 용접방법은 전기저항용접으로 가용접한 후 1차로 강관의 내면을 서브머지드 아크 용접한 후 외면용접을 행하기 때문에 도 2에 개시된 바와 같이 내면 용접후 용접부의 용융부가 응고되면서 수축하므로 강관의 내측방향으로 휨이 발생한다. 이와 같은 현상이 발생하는 이유는 용융부가 1500℃ 이상의 온도에서 응고되면서 강의 A1 변태점(723℃)을 지나면서 강이 수축하는 현상때문이다.

또한 1차 내면용접 후 강관의 외면을 서브머지드 아크 용접하면 도 2에 개시된 바와 같이 내면 용접후 용접부의 용융부가 응고되면서 수축하므로 강관의 외측방향으로 휨이 발생한다. 그러나 외면 용접을 하더라도 먼저 1차 수행한 내면 용접시의 휨을 원상태로 보정할 만큼의 휨은 발생하지 않게 되는 결과를 갖게 된다.

상기와 같이 문제점을 해결하고자 강관을 내면 용접과 외면용접을 동시에 진행하는 용접방식으로 바꾸려고 해도 서브 머지드 아크용접법은 플럭스를 공급하여야 하므로 내면 또는 외면의 어느 한 곳에서는 공급되는 플럭스가 하방으로 떨어져 정상적인 용접을 수행할 수 없는 문제점이 발생한다.

반면, 텅스텐 아크용접은 플럭스없이 불활성 가스 분위기에서 텅스텐 전극과 모재사이에 아크를 발생시켜 얻어지는 열로 모재를 용접하는 용접방법이다. 상기 텅스텐 아크 용접은 상기 서브 머지드 아크용접보다는 용접속도가 늦은 점은 있으나, 아크가 안정되고 용접부 품질이 우수하므로 산화나 질화에 민감한 재질의 용접에 사용된다. 상기 텅스텐 아크용접의 장점은 용접후 슬래그 제거가 필요없고, 플럭스가 불필요하며 용접부의 변형이 적고 전자세 용접이 가능한 점이다.

이와 같이 플럭스를 공급하지 않아도 되며 용접부의 품질이 우수하며 전자세 용접이 가능한 상기 텅스텐 아크용접을 강관의 내면용접에 적용하고 강관의 외면용접은 서브 머지드 아크용접을 적용하면 강관의 내면과 외면을 동시에 수행할 수 있다.

등록특허공보 제10-1191711호(2012.10.10) 공개특허공보 제10-2009-0130955호(2009.12.28)

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적이 강관의 내면과 외면을 용접하는 과정에서 강관의 내측방향으로의 과도한 휨이 발생되지 않도록 하여 용접시간 및 교정시간을 단축할 수 있도록 하고, 용접 생산성을 향상시킬 수 있도록 하는 텅스텐 아크용접과 서브 머지드 아크용접을 동시에 용접하는 복합용접 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 복합 용접 방법은 강판을 포밍롤을 이용하여 강관 형태로 성형하는 단계; 상기 롤성형된 강관의 맞댐부에 전기저항용접하는 단계; 상기 강관의 맞댐부 내면을 텅스텐 아크용접으로 용접하는 단계; 상기 강관의 맞댐부 외면을 서브 머지드 아크용접으로 용접하는 단계;를 포함하고, 텅스텐 아크용접으로 강관의 맞댐부 내면을 선행 용접하면서 그와 동시에 텅스텐 아크용접부와 100mm 내지 150㎜ 이격하여 서브 머지드 아크용접으로 강관의 맞댐부 외면을 후행 용접함으로써 내면용접후 용융부가 A1 변태점이하로 내려가기 전에 외면용접이 진행될 수 있도록 하고, 용접후 강관의 휨이 억제되어 후공정의 교정시간을 단축할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 강관 형태로 성형하는 단계 이전에는, 원자재를 절단하는 단계; 상기 절단된 원자재 코일을 공급하는 단계, 상기 공급되는 원자재 코일을 평탄화시키는 단계; 가 부가된 것을 특징으로 한다

상기 롤성형된 강관의 맞댐부에 전기저항용접단계와 상기 강관의 텅스텐 아크 용접단계 사이에는 상기 강관의 내면은 버핑장치에 의해 스킬링을 수행하고, 강관의 외면은 용접부에 홈(그루브)을 형성하는 단계;가 부가된 것을 특징으로 한다.

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상기 상기 텅스텐 아크용접부와 서브 머지드 아크용접부의 이격거리를 외기온도가 높으면 이격거리를 증가시키고, 외기온도가 낮으면 이격거리를 감소시키는 것을 특징으로 한다.

상기 강관의 외면을 용접하는 단계;이후에는, 상기 용접된 강관을 열처리하는 단계; 상기 열처리된 강관을 교정하는 단계; 상기 교정된 강관을 면취가공하는 단계; 상기 면취가공된 강관을 비파괴검사하는 단계;가 부가되는 것을 특징으로 한다.

상기 복합용접방법에 적용되는 강관의 크기는 8인치 ~ 14인치인 것을 특징으로 한다.

상기 복합용접방법에 적용되는 강관의 두께는 7.0 ~ 22.2㎜, 강관의 길이는 12m 인 것을 특징으로 한다.

상기의 강관은 상술한 바와 같은 복합 용접 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 강관의 내면용접은 텅스텐 아크용접방식을 선행하고, 강관의 외면용접은 서브 머지드 아크용접방식으로 상기 텅스텐 아크용접부와 소정거리를 이격시키면서 후행으로 행하는 복합 용접 방법은 종전의 전기저항용접 후 1차로 강관의 내면을 서브 머지드 아크용접을 행한 후, 2차로 강관의 외면을 서브 머지드 아크용접하는 복합용접방식에서 나타나는, 강관의 내면 용접시의 휨량을 외면 용접을 하더라도 상기 내면 용접시의 휨량을 원상태로 보정할 만큼의 휨량이 발생하지 않게 되는 문제점을 해소하고, 강관의 내면 용접과 외면용접을 동시에 진행할 경우 플럭스가 하방으로 떨어져 정상적인 용접을 수행할 수 없는 문제점을 해결할 수 있으며, 내면용접과 외면용접을 소정거리를 유지하면서 동시에 진행하므로 전체적으로 용접시간이 단축되며, 내면용접후 용융부가 A1 변태점이하로 내려가기 전에 외면용접을 수행하여 용접후 강관의 휨을 적제하여 후공정에서의 교정시간이 단축되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 전기저항용접과 서브 머지드 아크용접방식을 적용한 제조공정도,
도 2는 도 1의 제조공정에 의해 발생하는 강관의 휨 불량을 보여주는 예시도,
도 3은 본 발명의 텅스텐 아크용접과 서브 머지드 아크용접의 복합용접방식을 동시에 행하는 간략도,
도 4는 본 발명의 용접방법의 용접순서도,
도 5는 용접 후 강관의 진직도를 측정하는 개략도.
도 6은 종래기술과 본 발명을 적용한 후의 용접부 단면도.

이하 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구체적인 기술내용을 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 종래의 전기저항용접과 서브 머지드 아크용접방식을 적용한 제조공정도이고, 도 2는 도 1의 제조공정에 의해 발생하는 강관의 휨 불량을 보여주는 예시도이며, 도 3은 본 발명의 강과 내면의 텅스텐 아크용접방식과 서브 머지드 아크용접방식의 복합용접방식을 동시에 행하는 간략도이고, 도 4는 본 발명의 용접방법의 용접순서도이고, 도 5는 용접 후 강관의 진직도를 측정하는 개략도이며, 도 6은 종래기술과 본 발명을 적용한 후의 용접부 단면도를 비교한 것이다.

도 1에 제시되어 있는 전기저항용접과 서브 머지드 아크용접을 행하는 복합 용접 방식의 제조공정을 살펴보면, 첫째, 원자재 코일이 공급되고, 둘째, 공급된 원자재 코일을 평탄화시키는 공정, 셋째, 평탄화된 원자재를 포밍롤을 이용하여 강관 형태로 성형한다. 넷째, 강관 형태로 성형된 양 끝단부를 서로 맞댄 후, 전류를 흘려 저항 열을 발생시키고 이를 압착하여 용접하는 공정, 이 공정까지 전기저항용접의 빠른 공정을 이용하고, 이후 공정은 서브 머지드 아크용접방식을 채용하여 용접한다. 이후 전기저항용접된 강관을 취부시킨 후 다섯째, 강관의 내면용접공정, 여섯째, 강관의 외면 용접부에 대한 롱 심 밀링공정, 일곱째, 강관의 외면용접 공정 순의 공정을 진행한다.

상기 종래기술은, 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 절감되는 장점이 있다.

그러나 상기 종래기술은 전기저항용접으로 가용접한 후 강관의 내면을 서브머지드 아크 용접하면 도 2에 개시된 바와 같이 내면 용접후 용접부의 용융부가 응고되면서 수축하므로 강관의 내측방향으로 휨이 발생한다. 이와 같은 현상이 발생하는 이유는 용융부가 1500℃ 이상의 온도에서 응고되면서 강의 A1 변태점(723℃)을 지나면서 강철이 수축하는 현상때문이다.

또한 강관의 외면을 서브머지드 아크 용접하면 도 2에 개시된 바와 같이 내면 용접후 용접부의 용융부가 응고되면서 수축하므로 강관의 외측방향으로 휨이 발생한다. 그러나 종래기술의 복합용접방법에서는 외면 용접을 하더라도 내면 용접시의 휨량을 원상태로 보정할 만큼의 휨량이 발생하지 않는다.

상기와 같이 문제점을 해결하고자 강관을 내면 용접과 외면용접을 동시에 진행하는 용접방식으로 바꾸려고 해도 서브 머지드 아크용접법은 플럭스를 공급하여야 하므로 내면 또는 외면의 어느 한 곳에서는 공급되는 플럭스가 하방으로 떨어져 강관의 내면과 외면용접을 동시에 수행할 수 없는 문제점이 발생한다.

이와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해서 본 발명인 텅스텐 아크용접과 서브 머지드 아크용접을 소정거리를 이격시키면서 동시에 행하는 복합 용접 방법을 살펴보면, 첫째, 원자재 코일이 공급되고, 둘째, 공급된 원자재 코일을 평탄화시키는 공정, 셋째, 평탄화된 원자재를 포밍롤을 이용하여 강관 형태로 성형한다. 넷째, 강관 형태로 성형된 양 끝단부를 서로 맞댄 후, 전류를 흘려 저항 열을 발생시키고 이를 압착하여 용접하는 공정 순으로 용접한다. 이 공정까지 종래기술과 같이 전기저항용접의 빠른 공정을 이용한다.

다섯째, 상기 강관을 전기저항용접한 후 강관의 내면을 버핑장치에 의해 스킬링을 수행하고, 강관의 외면에는 용접부에 홈(그루브)을 형성한다.

여섯째, 강관의 내면을 텅스텐 아크용접으로 선행용접하고, 상기 선행된 강관 내면의 텅스텐 아크 용접부와 소정거리 이격시킨 상태에서 서브 머지드 아크용접에 의해 강관의 외면용접을 후행용접한다.

이후에는 상기 용접된 강관을 열처리하고, 상기 열처리된 강관을 교정한다. 상기 교정된 강관을 면취가공하고 상기 면취가공된 강관을 비파괴검사하는 단계;순으로 공정이 진행된다.

상기의 전기저항용접 방법은 텅스텐 아크용접과 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.

본 발명의 강관 내면용접에 텅스텐 아크용접법을 적용한 이유는 강관의 내면 용접부와 강관의 외면 용접부를 소정거리 이격된 상태에서 동시에 용접을 행하기 위해서는 내면 용접방식에 플럭스를 사용하지 않으며 상향 용접이 가능하며 우수한 용접부 품질을 갖는 텅스텐 아크 용접법을 사용하여야 하기 때문이다.

본 발명의 복합용접방법에서 강관 내면을 텅스텐 아크용접에 의해 선행 용접하여야 한다. 상기 강관의 내면을 강관의 외면용접에 대하여 선행용접하여야 하는 이유는 강관의 용접시 파이프는 고정되고 용접토치가 강관의 일단부에서 삽입되어 타단부끝에 위치된 상태에서 강관의 내면을 용접하면서 상기 강관의 일단부 방향으로 용접토치가 후퇴하면서 용접이 진행된다.

상기 강관의 내면용접시 텅스텐 아크 용접기를 앞단에 고정시킨 붐대가 파이프내에 삽입되어 삽입되는 입구의 반대편에 위치한 강관의 끝단부에서부터 용접을 실시하면서 상기 텅스텐 아크용접기를 고정시켜 붐대가 후퇴되어야 한다. 이 봄대에는 전선과 차폐가스를 공급하는 라인이 봄대 길이방향으로 고정설치되어 있다.

만약 강관의 외면을 서브 머지드 아크용접방식으로 선행용접하고 강관의 내면을 후행용접한다면, 서브 머지드 아크 용접시 발생하게 되는 용락(burn through) 이 후행용접하는 텅스텐 아크 용접기에 떨어져 봄대에 고정되어 있는 전선이나 차폐가스 공급호스에 화재가 발생하기 때문에 내면용접을 외면용접보다 선행하여야 한다.

상기 강관의 내면용접에 적용되는 텅스텐 아크용접의 경우에는 강관의 두께와는 별다른 영향없이 200 ~ 250㎜/min의 용접속도를 갖는다. 텅스텐 아크용접에서 아크가 안정되어 열의 집중효과가 양호하고, 용착부의 연성, 강도, 기밀성과 내식성이 타용접에 비해 양호하기 때문이다. 그러나 강관의 내면용접에 사용되는 텅스텐 아크용접은 외면용접에 사용되는 서브 머지드 아크용접에 비하여 용접속도가 늦다. 따라서 본 발명에서는 내면용접에 2개의 토치를 사용하여 용접속도를 높이여 상기 서브 머지드 용접속도와 용접속도를 일치시킨다.

상기 강관의 외면용접에 적용되는 서브 머지드 아크용접의 경우에는 강관의 두께가 증가할수록 용접속도가 감소된다. 이는 두께가 두꺼워 질수록 용입 깊이도 증가하여야 하므로, 용접속도가 감소되기 때문이다.

따라서 강관의 두께에 맞는 서브 머지드 아크 용접의 최적 용접속도를 선택하고 내면용접과 외면용접시 공급되는 각각의 전류를 조정하여 입열량을 변화시킴으로서 내면용접속도와 외면용접속도를 일치시킨다.

상기 표 2는 용접방식에 따른 용접속도(내면용접은 2폴, 외면용접은 1폴 기준)를 나타낸다.

본 발명에 의한 복합용접방법에 있어서, 선행되는 강관의 내면용접과 소정거리 이격되는 강관의 외면용접간의 거리는 100 ~ 150 ㎜가 적당하다. 이러한 이격거리는 내면용접시 1500℃ 이상의 용융부가 냉각되면서 강의 수축이 일어나는 A1 변태점(723℃)이하로 내려가기 전에 외면용접을 수행하고자 하는 것이다. 즉 내면 용접후 1500℃의 온도에서 외면용접이 개시되어야 하는 온도인 A1 변태점(723℃)간의 냉각온도간의 온도차는 약 800℃이고, 이 800℃ 내외의 온도가 냉각 방열되는데 소요되는 시간은 작업장의 대기온도에 따라 달라지겠지만 약 12 내지 22초이다. 이 시간대에서 후행하는 서브 머지드 아크용접이 수행되면 휨 변형을 최소화하는데 적합하다. 이를 용접속도에 대비하면 앞서 설명한 이격거리인 100 ~ 150 ㎜가 된다.

상기 선행하는 강관의 내면용접과 후행하는 강관의 외면용접간의 이격거리는 강관의 두께가 얇으면 이격거리를 짧게하고 강관의 두께가 두꺼우면 이격거리를 상대적으로 길게한다. 그 이유는 두께가 얇으면 용입되는 깊이가 낮아서 전체적으로 냉각되어야 하는 용융부가 적으므로 냉각되는 속도가 상대적으로 빠르고, 강관의 두께가 두꺼우면 이격거리를 길게 하는 이유는 강관의 두께가 얇은 경우와 반대의 이유이다.

또한 선행하는 강관의 내면용접과 후행하는 강관의 외면용접간의 이격거리는작업장의 대기온도가 높은 여름철에는 이격거리는 길게하고, 대기온도가 낮은 겨울 혹한기에는 이격거리를 짧게하여야 한다. 이는 슈테판-볼츠만의 법칙인 흑체(몰체)온도의 4승값에서 주위온도의 4승값을 뺀 값에서 물체의 표면적을 곱한 비율로 대기중으로 방사되므로, 주위온도가 높은 여름철에는 냉각속도가 늦고, 주위온도가 낮은 겨울철에는 냉각속도가 상대적으로 빠르기 때문이다.

Q = σA(T⁴- T₀ ⁴)

Q : 방열량

σ : 스테판 볼츠만 상수

A : 물체의 표먼적

T : 물체의 온도

T₀ : 주위의 온도

본 발명의 복합용접에 적용되는 강관의 크기는 상대적으로 소구경 강관에 적용되며, 강관의 크기는 8인치 ~ 14인치에 적용된다. 또한 강관의 두께는 7.0 ~ 22.2㎜, 강관의 길이는 12m 를 적용대상으로 한다.

<실시예>

본 발명의 실시예에서 용접한 강관의 사이즈는 외경 355mm(14인치), 강관의 두께 12.7mm이다. 먼저 원자재 코일을 평탄화시키고, 평탄화된 원자재를 포밍롤을 이용하여 강관 형태로 성형한 후, 강관 형태로 성형된 양 끝단부를 서로 맞댄 후, 전류를 흘려 저항 열을 발생시키고 이를 압착하여 용접하였다.

상기 전기저항용접된 강관의 내면을 버핑장치에 의해 스킬링을 수행하고, 강관의 외면에는 용접부에 홈(그루브)을 형성하였다. 상기 형성된 홈(그루브)은 36°로 형성되었고, 강관의 내면에는 홈(그루브)을 형성하지 않았다.

이후 강관의 내면용접에 적용되는 텅스텐 아크 용접에 2개의 용접토치(2폴)를 적용하였다. 텅스텐 전극봉은 3.2mm, 공급되는 와이어는 2mm를 사용하였다.

각 용접봉에 공급되는 전류는 260A, 전압은 18V, 입열량은 각 토지별 5.1 KJ/cm 합계 10.2KJ/cm, 차폐가스는 아르곤 가스를 사용하여 모재를 향해 불어내었다. 용접부의 용입깊이는 5mm로 세팅하고 용접속도를 400mm/분을 적용하였다.

상기 강관의 내면용접에 후행하는 강관의 외면용접을 수행한 서브 머지드 아크용접에는 1개의 용접토치(1폴)를 사용하고, 공급되는 전류는 550A, 전압은 30V, 입열량은 18KJ/cm, 외면용접속도는 내면용접과 같은 400mm/분의 속도를 적용하였다. 상기 내면용접부과 외면용접부의 겹치는 용입깊이는 2mm이었다. 용접시의 외기온도는 7℃이었고, 선행하는 내면용접과 후행하는 외면용접과의 이격거리는 110mm이었다.

상기 용접공정이후에는 열처리를 하였고, 상기 열처리 이후 교정작업을 수행하였다.

상기 실시예에 따라 용접된 강관과 종래기술에 따른 용접을 수행한 강관의 휨량, 교정시간, 경도, 인장강도 등 인장테스트, 저온취성 등에 대한 비교예를 아래에서 설명한다.

1. 휨량의 비교

상기 강관의 내면용접과 강관의 외면용접을 소정거리 이격된 상태에서 동시에 용접하면 종래기술보다는 강관의 휨량이 대략 50%정도 감소된다. 이는 내면용접된 용접부가 A1 변태점(723℃)이하로 냉각되기 전에 외면용접을 수행함으로 인하여 강관의 휨량을 감소시킬 수 있다.

상기 표 3은 종래기술과 본발명에 따른 용접휨량 비교를 나타낸다.

도 5는 용접 후 강관의 휨량을 측정, 즉 강관의 진직도를 측정하는 개략도이다. 이 측정방법은 강관의 일단부와 타단부를 연결하는 수평부를 설치하고 이 수평부로부터 강관과의 간격을 측정하고 180° 회전시킨 수 다시 측정하는 방식으로 강관의 휨량인 직진도를 측정한다. 이와 같은 강관의 후미량 측정방법으로 측정된 측정데이터를 표 3으로 나타내었다.

상기 표 3을 살펴보면, 종래기술인 서브머지드 아크용접을 내면용접후 외면용접을 적용한 경우의 용접휨량은 전체 12미터 강관의 중간부인 6-7미터 부근에서 최대값을 갖는데 내면용접 후에는 7mm, 9mm의 휨량이 측정되었고, 외면용접후에는 7mm, 7mm의 휨량이 측정되어 외면용접에 의해 약 2mm의 휨량 보정이 일어났음을 알 수 있다.

본 발명을 적용한 실시예의 경우에는 내외면이 전체 12미터 강관의 중간부인 6-7미터 부근에서 4mm, 4mm의 휨량이 측정되었다. 이는 종래기술에 의한 용접방법에 비하여 휨량이 약 50% 감소된 것이다.

상기 강관의 내면과 외면을 용접한 이후에는, 상기 용접된 강관을 열처리하고, 상기 열처리된 강관을 교정하며, 상기 교정된 강관을 면취가공한 후 비파괴검사하여 최종적으로 제품을 출하한다.

2. 교정시간의 비교

본 발명의 복합용접방법을 적용함으로 인하여 발생되는 강관의 용접후 휨량이 감소됨에 따라 후공정인 교정공정의 작업시간도 감소된다.

상기 표 4는 종래기술에 의한 용접 강관의 교정시간과 본 발명을 적용한 용접 강관의 교정시간을 비교한 데이터이다.

상기 표 4를 살펴보면, 종래기술인 서브머지드 아크용접을 내면용접후 외면용접을 적용한 경우의 교정시간은 평균 40.1분이 소요되었고, 본 발명을 적용한 실시예의 경우에는 교정시간이 평균 23.6분이 소요되어 약 40%의 소요시간이 감소되었다.

3. 경도의 비교

아래의 표 5는 본 실시예의 복합용접을 수행한 강관의 경도를 측정한 데이터이다.

표 5를 살펴보면, 종래기술인 내면용접과 외면용접을 모두 서브 머지드 아크용접을 실시한 경우의 경도 테스트 결과 평균 164 이었고, 실시예에 의한 복합용접인 내면용접은 텅스텐 아크 용접과 외면용접은 서브 머지드 아크용접을 실시한 경우의 경도 테스트 결과 평균 157 이었다. 이는 용접후 평가기준인 345이하인데 본 실시예에서는 이를 하회하였고, 종래기술과 별다른 차이를 보이지 않는 우수한 용접품질을 나타낸다.

상기 표 5는종래기술과 본 발명 적용 후 용접부의 경도 Test 비교를 나타낸다.

4. 인장 테스트 비교

표 6은 종래기술과 본 발명의 실시예에 대한 인장 테스트의 결과이다. 표 6을 살펴보면, 종래기술인 내면용접과 외면용접을 모두 서브 머지드 아크용접을 실시한 경우의 인장 테스트 결과 인장강도는 515 N/㎠ 이었고, 실시예인 내면용접은 텅스텐 아크 용접과 외면용접은 서브 머지드 아크용접을 실시한 경우의 T.S(인장강도)는 506 N/㎠ 이었다. 종래기술과 별다른 차이가 없었으며, 합격기준인 415 N/㎠ 를 초과하는 결과이다. 또한 Y.S(항복강도)은 382 N/㎠ 이었고, 이는 합격기준인 245 N/㎠ 를 초과하였다. E.L(신장길이)는 28.1mm 로 측정되었는데 이는 합격기준인 50mm이하의 기준을 통과하여는 기계적 성질을 나타냈다. 아울러 종래기술과 별다른 차이를 보이지 않는 우수한 용접품질을 나타낸다.

상기 표 6은 종래기술과 본 발명 적용 후 용접부의 인장 Test 비교를 나타낸다.

5. 저온충격치의 비교

표 7은 해상용 소재로 적용시 가장 중요한 기계적 성능인 저온충격(-20℃)을 측정한 데이터이다. 표 7을 살펴보면, 종래기술인 내면용접과 외면용접을 모두 서브 머지드 아크용접을 실시한 경우의 저온취성은 135.1 Jule을 나타냈고, 본 발명인 내면용접은 텅스텐 아크 용접과 외면용접은 서브 머지드 아크용접을 실시한 경우의 저온취성은 130 Jule로 측정되었다. 이는 용접부의 합격조건인 27 Jule의 4배를 상회하는 기계적 성능을 나타내었다.

상기 표 7은 종래기술과 본 발명 적용 후 용접부의 저온취성 Test 비교를 나타낸다.

또한 도 6는 종래기술인 내면와 외면을 모두 서브 머지드 아크 용접한 용접부 단면 사진과 본 발명인 내면용접은 텅스테 아크 용접을 선행하고 외면용접은 서브 머지드 아크 용접을 후행한 경우의 용접부 단면 사진이다. 도 6에 나타난 바와 같이 텅스텐 아크 용접을 적용한 내면 용접부의 크기가 서브 머지드 아크 용접을 적용한 외면 용접부의 크기에 비해서 상대적으로 작은 것을 알 수 있다. 용접부의 크기가 작다는 것은 열영향부의 면적이 적다는 것을 의미하는 것으로 이러한 열영향부가 적어지므로 해서 변형도 적게 발생된다.

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.

Claims

강판을 포밍롤을 이용하여 강관 형태로 성형하는 단계;
상기 롤성형된 강관의 맞댐부에 전기저항용접하는 단계;
상기 강관의 맞댐부 내면을 텅스텐 아크용접으로 용접하는 단계;
상기 강관의 맞댐부 외면을 서브 머지드 아크용접으로 용접하는 단계;를 포함하고,
텅스텐 아크용접으로 강관의 맞댐부 내면을 선행 용접하면서 그와 동시에 텅스텐 아크용접부와 100mm 내지 150㎜ 이격하여 서브 머지드 아크용접으로 강관의 맞댐부 외면을 후행 용접함으로써 내면용접후 용융부가 A1 변태점이하로 내려가기 전에 외면용접이 진행될 수 있도록 하고, 용접후 강관의 휨이 억제되어 후공정의 교정시간을 단축할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 텅스텐 아크용접과 서브 머지드 아크용접을 동시에 행하는 복합 용접 방법.
제1항에 있어서,
상기 강관 형태로 성형하는 단계이전에는,
원자재를 절단하는 단계;
상기 절단된 원자재 코일을 공급하는 단계;
상기 공급되는 원자재 코일을 평탄화시키는 단계; 가 부가된 것을 특징으로 복합 용접 방법.
제1항에 있어서,
상기 롤성형된 강관의 맞댐부에 전기저항용접단계와 상기 강관의 텅스텐 아크 용접단계;사이에는
상기 강관의 내면은 버핑장치에 의해 스킬링을 수행하고, 강관의 외면은 용접부에 홈(그루브)을 형성하는 단계;가 부가된 것을 특징으로 텅스텐 아크용접과 서브 머지드 아크용접을 동시에 행하는 복합 용접 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 텅스텐 아크용접부와 서브 머지드 아크용접부의 이격거리를 외기온도가 높으면 증가시키고, 외기온도가 낮으면 감소시키는 것을 특징으로 하는 텅스텐 아크용접과 서브 머지드 아크용접을 동시에 행하는 복합 용접 방법.
제1항에 있어서,
상기 강관의 외면을 용접하는 단계;이후에는,
상기 용접된 강관을 열처리하는 단계;
상기 열처리된 강관을 교정하는 단계;
상기 교정된 강관을 면취가공하는 단계;
상기 면취가공된 강관을 비파괴검사하는 단계;가 부가되는 것을 특징으로 하는 텅스텐 아크용접과 서브 머지드 아크용접을 동시에 행하는 복합 용접 방법.
제1항에 있어서,
상기 복합용접방법에 적용되는 강관의 크기는 8인치 ~ 14인치인 것을 특징으로 하는 텅스텐 아크용접과 서브 머지드 아크용접을 동시에 행하는 복합 용접 방법.
제1항에 있어서,
상기 복합용접방법에 적용되는 강관의 두께는 7.0 ~ 22.2㎜, 강관의 길이는 12m 인 것을 특징으로 하는 텅스텐 아크용접과 서브 머지드 아크용접을 동시에 행하는 복합 용접 방법.
제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항의 텅스텐 아크용접과 서브 머지드 아크용접을 동시에 행하는 복합 용접 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 강관.