KR101482409B1 - 연속 강판 용접장치 - Google Patents

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Abstract

연속 강판 용접장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예는 용접부의 돌출된 용접 비드를 제거하여 후속 공정에서 용접 비드로 인한 압연 부하, 판파단 또는 제품 불량 등의 발생을 방지하고, 용접부의 가압에 따른 변형 쌍정의 발생을 방지하는 연속 강판 용접장치를 제공하는 것을 목적으로 하며, 이를 위해 순차적으로 연속하여 공급되는 선, 후행 강판의 연결부를 진행방향에 대해 상기 강판의 폭방향으로 이동하며 용접하는 용접기; 상기 용접기가 진행하는 방향의 후단부에 제공되어 상기 강판의 폭방향으로 용접된 상기 연결부를 연속적으로 이동하며 후열처리하는 후열기; 및 상기 후열기의 후단부에 제공되어 용접과정에서 용접부에 형성되는 용접 비드를 절삭하는 절삭부;를 포함한다.

Description

연속 강판 용접장치 {CONTINUOUSE STRIP WELDING APPARATUS}
본 발명은 연속 강판 용접장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선행 강판과 후행 강판을 연속적으로 공급되도록 용접하며, 용접부의 강도 및 취성의 증가를 방지하도록 개선된 연속 강판 용접장치에 관한 것이다.
일반적으로 합금강은 강판 형태로 제공되며, 압연 등의 공정을 연속적으로 수행할 수 있도록 합금강을 용접에 의해 연결하고 있다.
도 1을 종래 기술에 따란 강판의 연속 가공 공정을 도시한 사시도이다.
도 1을 참고하면, 합금강 소재의 강판은 각각의 코일 형태로 공급되며, 연속적인 가공을 위해 선행 강판(12)과 후행 강판(14)을 연결하여 연속적으로 공급한다.
이를 위해, 선행 강판(12)의 후단과, 후행 강판(14)의 선단을 밀착한 후 연결부를 접합하여 연속적인 압연이 가능하도록 제공되며, 이와 같이 강판들이 연속적으로 연결되어 공급이 이루어짐에 따라 가공의 편의성과 함께 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 선행 강판(12)과 후행 강판(14)의 용접하는 용접장치(20)로는 용접기의 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.
도 2는 종래 기술에 따른 연속 강판 용접장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 3은 종래 기술에 따른 연속 강판 용접장치의 용접 상태를 도시한 단면도이다.
도 2와 도 3을 참고하면, 종래의 연속 강판 용접장치(20)는 다양한 용접기(22)의 종류 중 근래에는 열영향이 가장 적은 고밀도 열원 용접기가 사용될 수 있으며, 이러한 고밀도 열원 용접기로는 레이저 용접기(LBW)(22)가 많이 사용되고 있다. 레이저 용접기(22)는 열원으로 레이저를 사용하며, 삽입금속(용접용 와이어 등)과 함께 두 강판(12, 14) 사이의 연결부를 용접한다. 또한 레이저 용접기(22)의 하부에는 백업롤(backup roll)(24)이 제공된다.
이때, 레이저 용접기(22)의 후단에는 레이저 용접기(22)에 의해 용접된 용접부를 후열처리하기 위한 후열기(26)가 제공된다. 또한, 레이저 용접기의 전단에는 용접부의 용접 특성 향상을 위해 미리 예열하기 위한 예열기(28)가 제공될 수도 있다.
한편, 종래에는 Si 2.8% 이상, Al 0.35% 이상을 함유하는 고합금강은 상용 와이어를 적용하여 레이저 용접시, 용접부에 생성되는 용접 비드(B)가 돌출 형성되고 있으며, 이와 같이 돌출된 용접 비드(B)로 인해 압연 등의 후속 공정에서 압연 부하, 판파단 및 제품 불량 등의 문제가 발생한다.
이에 따라 종래에는 후열기(26)의 후단부에 용접부를 가압하기 위한 플래니싱롤(planishing roll)(30)이 제공되며, 용접부의 용접 비드(B)가 플래니싱롤(30)을 통과하는 과정에서 눌려지며 돌출된 용접 비드(B')의 크기를 감소시키고 있다.
그러나, 고 Si, 고 Al 함유 합금강의 용접부는, 용접 비드(B')면을 눌러주는 과정에서 다량의 변형 쌍정(deformation twin)이 발생하고 있으며, 이에 따라 용접부의 강도 및 취성이 급격히 증가하여 용접부 파단 발생이 증가되는 현상이 발생하고 있다.
본 발명의 일 실시예는 용접부의 돌출된 용접 비드를 제거하여 후속 공정에서 용접 비드로 인한 압연 부하, 판파단 또는 제품 불량 등의 발생을 방지하고, 용접부의 가압에 따른 변형 쌍정의 발생을 방지하는 연속 강판 용접장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 연속 강판 용접장치는 순차적으로 연속하여 공급되는 선, 후행 강판의 연결부를 진행방향에 대해 상기 강판의 폭방향으로 이동하며 용접하는 용접기; 상기 용접기가 진행하는 방향의 후단부에 제공되어 상기 강판의 폭방향으로 용접된 상기 연결부를 연속적으로 이동하며 후열처리하는 후열기; 및 상기 후열기의 후단부에 제공되어 용접과정에서 용접부에 형성되는 용접 비드를 절삭하는 절삭부;를 포함하고, 상기 절삭부는 상기 선, 후행 강판의 상, 하부면에 각각 인접되게 제공되고, 상, 하부에 배치된 각도가 진행방향에 대해 경사지며 서로 엇갈리게 배치되어 상기 선, 후행 강판을 따라 이동하며 접촉되는 상기 용접비드를 절삭하는 절삭 나이프를 포함한다.
삭제
또한, 상기 절삭 나이프는 탄소공구강, 합금공구강, 고속도 공구강, 초경합금, 서멧, CBN 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 절삭 나이프는 절삭면의 길이가 7 내지 10mm 이고, 절삭각은 30 내지 60도, 절삭면각은 10 내지 45도로 제공될 수 있다.
또한, 상기 절삭부에 의해 상기 용접비드가 절삭된 용접부에 잔류된 용접비드를 제거하도록 제공되는 잔류 용접비드 제거부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 잔류 용접비드 제거부는 상기 용접비드가 절삭된 용접부의 상, 하면에 고압의 공기를 분사하는 에어브러쉬를 포함할 수 있다.
또한, 상기 용접기가 진행하는 방향의 전단부에 설치되어 용접될 상기 선, 후행 강판의 연결부를 예열하는 예열기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 용접기, 상기 후열기, 상기 절삭부가 모듈화되어 일체로 이동할 수 있도록 결합하는 모듈유닛을 포함할 수 있다.
또한, 상기 용접기, 상기 후열기, 상기 절삭부는 6 내지 12 mpm의 속도로 이동하도록 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 용접부의 돌출된 용접 비드를 완벽히 제거하여 연속압연 공정시 압연기의 이상 부하 현상을 방지할 수 있고, 용접부에 가해지는 압력이 현저히 감소함에 따라 용접부 내에 변형 쌍정(deformation twin)의 생성을 억제할 수 있으며, 용접부의 강도 및 취성 증가에 따란 인성의 현저한 감소를 방지할 수 있고, 이에 따라 용접부 파단을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따란 강판의 연속 가공 공정을 도시한 사시도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 연속 강판 용접장치를 개략적으로 도시한 사시도.
도 3은 종래 기술에 따른 연속 강판 용접장치의 용접 상태를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 강판 용접장치를 개략적으로 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 강판 용접장치의 용접 상태를 도시한 단면도.
도 6의 (a)와 (b)는 종래 기술에 따른 연결부와 본 발명의 연결부의 미세조직을 비교한 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연속 강판 용접장치를 도시한 측면도.
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 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 강판 용접장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 강판 용접장치의 용접 상태를 도시한 단면도이다.
도 4와 도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 연속 강판 용접장치(120)는 선행 강판(112) 및 후행 강판(114)을 용접하기 위해 사용될 수 있다. 여기서, 선행 강판(112) 및 후행 강판(114)은 각각 코일 형태로 이루어져 연속하여 순차적으로 공급될 수 있다.
연속 강판 용접장치(120)는 순차적으로 공급되는 선행 강판(112)의 후단 및 후행 강판(114)의 선단의 연결부를 용접하여 선, 후행 강판(112, 114)이 연결된 상태로 연속되어 공급하며, 이로 인해 후속되는 공정, 예컨대 압연 공정을 연속적으로 진행할 수 있다.
이를 위해 연속 강판 용접장치(120)는 선, 후행 강판(112, 114)의 연결부를 용접하기 위한 용접기(122)를 포함할 수 있다.
특히, 본 실시예에서 강판은 고합금강으로 제공될 수 있으며, 예컨대 Si 2.8%이상, Al 0.35% 이상을 함유하는 고합금강으로 제공될 수 있다.
본 실시예에서 용접기(120)는 용접기(122) 주변부에 열영향을 가장 적게 발생시킬 수 있는 고입열 열원을 사용하며, 이러한 용접기(122)로는 레이저 용접기(122)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 선, 후행 강판(112, 114)은 용접시 모재만으로 용접될 수 있으며, 바람직하게는 상용 와이어를 적용하여 용접될 수 있다.
또한, 본 실시예에서 용접기(122)는 순차적으로 연속하여 공급되는 선, 후행 강판(112, 114)의 연결부를 강판의 진행방향에 대해 강판의 폭방향으로 이동하며 용접할 수 있다.
본 실시예에서 용접기(122)는 선, 후행 강판(112, 114)의 상부에 위치될 수 있으며, 이 용접기(122)에 대응하여 하부에는 백업롤(backup roll)(124)이 제공될 수 있다.
또한, 본 실시예의 연속 강판용접장치(120)는 연결부의 용접과정에서 급격한 입열에 의한 충격 등을 방지할 수 있도록 연결부를 미리 예열하는 것이 바람직하다.
이를 위해, 용접기(122)가 진행하는 방향의 전단부에는 용접 전에 연결부를 미리 예열하기 위한 예열기(128)가 제공될 수 있다.
또한, 용접기(122)가 진행하는 방향의 후단부에는 강판의 폭방향으로 용접된 연결부를 연속적으로 이동하며 후열처리하는 후열기(126)가 제공될 수 있다. 후열기(126)는 용접기(122)에 의해 용접되는 과정에서 고온으로 가열된 후 냉각되는 연결부를 후열처리하여 용접 특성치를 양호하게 조성할 수 있다.
여기서, 후열기(126)는 후열처리시 연결부를 약 850 내지 1100℃로 가열할 수 있다.
후열기(126)에 의해 가열되는 연결부는 후열처리시 1100℃를 초과(일례로, 약 1200℃)하게 되면 과다한 입열에 의해 연결부에 과도한 변형이 일어날 수 있으며, 이에 따라 연결부의 미세조직이 조대화되는 현상이 발생할 수 있다.
또한, 연결부의 미세조직이 조대화되면, 통판과정에서 변형, 응력집중, 인장 등의 외부 응력을 받을 경우 연결부가 쉽게 파단될 수 있다. 이때, 연결부의 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(126)에 의해 가열되는 연결부는 후열처리시 온도가 850℃ 미만일 경우, 열처리에 의한 미세조직의 조성 변화가 발생하지 않는다.
한편, 선, 후행 강판(112, 114)은 용접기(122)에 의해 용접되는 과정에서 용접 비드(bead)(B)가 형성될 수 있다. 이러한 용접 비드(B)의 형상은 한정되지 않으며, 통상의 고합금강의 연속 용접 과정에서 용접 비드(B)는 폭 0.1~5mm, 높이 0.1~2mm 정도로 형성될 수 있다.
용접부에 형성되는 용접 비드(B)가 후속되는 압연 공정 등에서 압연 부하 등을 일으키며, 압연 설비 등에 손상을 줄 수 있고, 판파단 및 제품 불량 등의 문제를 야기할 수 있다.
본 실시예에서는 이와 같이 용접과정에서 용접부에 형성되는 용접 비드(B)를 절삭하는 절삭부(130)가 제공될 수 있다. 바람직하게는 절삭부(130)를 후열기(126)의 후단부에 제공될 수 있으며, 이에 따라 용접 및 후열 공정에 연속하여 용접 비드(B)의 절삭 작업이 이루어질 수 있다.
이러한 절삭부(130)는 용접부를 가압하지 않은 상태에서 용접 비드(B)만을 제거하므로, 용접부가 압력에 의해 변형 쌍정(deformation twin)이 발생하는 것을 억제하여 강도 및 취성의 증가를 방지할 수 있다.
이러한 절삭부(130)는 용접 비드(B)를 절삭하는 다양한 형태로 제공될 수 있으며, 본 실시예에서는 일례로 용접 비드(B)와 접촉하며 용접 비드(B)를 절삭하는 절삭 나이프(132)를 포함할 수 있다.
절삭 나이프(132)는 선, 후행 코일(112, 114)의 상, 하부면에 각각 인접되도록 제공될 수 있으며, 이에 따라 용접 비드(B)의 높이를 0.01mm 이하로 제거하도록 관리될 수 있다.
이러한 절삭 나이프(132)는 탄소공구강, 합금공구강, 고속도 공구강, 초경합금, 서멧, CBN 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 이외에도 용접 비드(B)를 제거하기 위한 경도를 갖는 다양한 소재로 제공될 수 있다.
또한, 절삭 나이프(132)는 용접 비드(B)의 절삭을 위해 절삭면 길이가 7~10mm로 형성될 수 있다. 또한, 절삭 나이프(132)의 절삭각(α)은 진행방향, 즉 강판의 폭방향에 대해 30~60도로 경사지게 제공되며, 이에 따라 용접 비드(B)의 절삭시 발생하는 부하를 줄일 수 있다. 또한, 절삭 나이프(132)는 상, 하부에 배치된 각도가 서로 엇갈리도록 배치될 수 있다.
또한, 절삭 나이프(132)의 절삭면각(β)은 강판의 표면에 대해 10~45도 각도로 형성될 수 있다.
도 6의 (a)와 (b)는 종래 기술에 따른 연결부와 본 발명의 연결부의 미세조직을 비교한 도면이다. 본 발명의 연결부의 미세조직이 도시된 도 6의 (b)를 보면, 연결부의 조직이 미세조직을 이루고 있음을 알 수 있다. 반면에 종래의 연결부의 미세조직이 도시된 도 6의 (a)를 보면, 연결부의 미세조직이 가압에 의해 재결정이 발생하며 조대화됨을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연속 강판 용접장치를 도시한 측면도이다.
도 7을 참고하면, 본 실시예의 연속 강판 용접장치(120)는 절삭부(130)에 의해 용접 비드(B)가 절삭된 용접부에 용접비드 찌꺼기(B') 또는 절삭 바이트 등의 잔류물을 제거하기 위한 잔류 용접비드 제거부(150)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에서 잔류 용접비드 제거부(150)는 용접 비드(B)가 절삭된 용접부의 상, 하면에 고압의 공기를 분사하는 에어브러쉬(152)를 포함할 수 있다. 이러한 잔류 용접비드 제거부는 에어브러쉬(152)를 통해 고압의 공기를 용접부로 분사하며 잔류된 용접 비드(B) 등을 제거할 수 있다. 이때, 에어브러쉬(152)에서 분사되는 공기는 소정의 온도로 가열된 공기가 사용될 수 있으며, 이에 따라 용접부가 급냉되는 것을 방지할 수 있다. 바람직하게는 에어브러쉬(152)에서 분사되는 공기의 온도는 약 800℃ 미만인 것이 바람직하다. 이때, 에어브러쉬(152)에서 분사되는 공기의 온도가 800도를 초과할 경우, 다시 재 냉각되는 시간이 증가함에 따라 결정립이 다시 조대화될 수 있으며, 이에 따라 외부응력의 영향으로 쉽게 취성파괴될 수 있다.
또한, 에어브러쉬(152)에서 분사되는 공기는 불활성가스가 공급될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 잔류 용접비드 제거부(150)는 에어브러쉬(152)를 포함하는 것으로 설명하고 있으나, 잔류 용접비드 제거부(150)의 구성은 한정되지 않으며 다양한 형태로 변형될 수 있다. 일례로, 잔류 용접비드 제거부(150)는 브러쉬 또는 연삭숫돌 등을 포함하는 것도 가능하다.
한편, 본 실시예에서 용접기(122), 예열기(124), 절삭부(130) 및 후열기(126)는 일체로 모듈화되어 작동하도록 제공될 수 있으며, 이를 위해 용접기(122), 예열기(124), 절삭부(130) 및 후열기(126)를 일체로 결합하기 위한 모듈유닛을 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 절삭부(130)는 6 내지 12mpm의 속도로 이동하며 용접 비드(B)를 절삭할 수 있으며, 이러한 절삭부(130)의 이동 속도는 연결부의 용접속도에 대응할 수 있다. 일례로, 본 실시예에서 용접기(122), 예열기(124), 절삭부(130) 및 후열기(126)는 모듈유닛에 의해 일체로 모듈화됨에 따라 동일한 속도로 이동될 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.
112: 선행 강판 114: 후행 강판
120: 연속 강판 용접장치 122: 용접기
124: 백업롤 126: 후열기
130: 절삭부 132: 절삭 나이프

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 순차적으로 연속하여 공급되는 선, 후행 강판의 연결부를 진행방향에 대해 상기 강판의 폭방향으로 이동하며 용접하는 용접기; 상기 용접기가 진행하는 방향의 후단부에 제공되어 상기 강판의 폭방향으로 용접된 상기 연결부를 연속적으로 이동하며 후열처리하는 후열기; 및 상기 후열기의 후단부에 제공되어 용접과정에서 용접부에 형성되는 용접 비드를 절삭하는 절삭부;를 포함하고,
    상기 절삭부는 상기 선, 후행 강판의 상, 하부면에 각각 인접되게 제공되고, 상, 하부에 배치된 각도가 진행방향에 대해 경사지며 서로 엇갈리게 배치되어 상기 선, 후행 강판을 따라 이동하며 접촉되는 상기 용접비드를 절삭하는 절삭 나이프를 포함하는 연속 강판 용접장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 절삭 나이프는 탄소공구강, 합금공구강, 고속도 공구강, 초경합금, 서멧, CBN 중 어느 하나를 포함하는 연속 강판 용접장치.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 절삭 나이프는
    절삭면의 길이가 7 내지 10mm 이고, 절삭각은 30 내지 60도, 절삭면각은 10 내지 45도로 제공되는 연속 강판 용접장치.
  5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절삭부에 의해 상기 용접비드가 절삭된 용접부에 잔류된 용접비드를 제거하도록 제공되는 잔류 용접비드 제거부를 더 포함하는 연속 강판 용접장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 잔류 용접비드 제거부는
    상기 용접비드가 절삭된 용접부의 상, 하면에 고압의 공기를 분사하는 에어브러쉬를 포함하는 연속 강판 용접장치.
  7. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용접기가 진행하는 방향의 전단부에 설치되어 용접될 상기 선, 후행 강판의 연결부를 예열하는 예열기를 더 포함하는 연속 강판 용접장치.
  8. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용접기, 상기 후열기, 상기 절삭부가 모듈화되어 일체로 이동할 수 있도록 결합하는 모듈유닛을 포함하는 연속 강판 용접장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 용접기, 상기 후열기, 상기 절삭부는 6 내지 12 mpm의 속도로 이동하도록 제공되는 연속 강판 용접장치.

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