KR101489977B1

KR101489977B1 - 금속제 부재의 용접부의 표면처리방법

Info

Publication number: KR101489977B1
Application number: KR20097017386A
Authority: KR
Inventors: 사카에 이나요시; 후미아키 이시구레; 가쓰노부 이시자와; 다케루 노무라
Original assignee: 가부시키가이샤 알박
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2015-02-04
Also published as: JP5072398B2; TWI426974B; KR20090122429A; TW200920536A; WO2008123147A1; JP2008229803A; CN101622099A

Abstract

진공 분위기 하에서 불필요 가스의 발생 원인이 되는 용접 탄부를, 효율적으로 안전하게 행하는 것이 가능한 금속제 부재의 용접부의 표면처리방법을 제공하기 위해서 금속제 부재의 용접부에, 연삭입자를 함유한 용액을 1MPa∼15Mpa의 압력으로 분사하고, 전해 연마, 전해 산세, 인산에 의한 산 세정 또는 화학 연마를 행하는 것을 특징으로 한다.

Description

금속제 부재의 용접부의 표면처리방법{METHOD FOR TREATING SURFACE OF WELD IN METAL MEMBER}

본 발명은, 금속제 부재의 용접부의 표면처리방법에 관한 것으로, 상세하게는 진공 분위기하에 놓이게 되는 금속제 부재의 용접부의 표면처리방법에 관한 것이다.

진공 장치에 사용되는 각종 형상의 금속제 부재를 용접에 의해 접합하면, 용접 비드부에서 용접 탄부(weld burning part)가 생긴다. 이 용접 탄부는, 진공 분위기하에 두면 불필요한 가스나 먼지가 생기는 경우가 있다. 상기 불필요한 가스 등이 생기지 않게 하기 위해서는, 용접 탄부를 제거하면 좋다.

이에 대해서, 종래는, 전해 연마나 화학 연마 등의 습식 제거법, 줄이나 블라스트 등에 의한 기계적인 제거법, 혹은, 불산의 분사 혹은 불산을 함유하는 페이스트에 의한 제거법이 행하여지고 있다.

그러나, 습식 제거법에서는, 용접 탄부 이외도 연삭되어 표면이 거칠어져 불필요한 가스가 생기는 경우가 있고, 줄로는 복잡한 형상은 제거하지 못하고, 블라스트에서는 분진의 제거 설비가 필요하기 때문에 간단하고 쉽게 할 수 없다는 문제가 있다. 또한, 상기 방법은 모두 시간이 걸린다는 문제가 있다.

한편, 스테인리스강의 표면처리기술로서, 스테인리스강대의 표면 스케일이나 표면상처의 제거에 관한 것인데, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 상기 습식 연마와 기계적 연마를 병용한 연마 방법이 있지만, 불산이나 황산을 사용하여 세정을 행하기 때문에, 진공 분위기 하에서 용접부의 표면으로부터 HF, SO나 SO₂라는 불필요한 가스가 생겨, 진공 장치에 사용한 경우에는 원하는 진공처리 성능을 얻을 수 없다고 하는 문제가 있다. 또한, 사용 후의 불산의 제거나 폐액 처리가 곤란하다고 하는 문제가 있다.

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 평성7-227763호

[발명이 해결하고자 하는 과제]

따라서, 본 발명은, 진공 분위기 하에서 불필요 가스의 발생 원인이 되는 용접 탄부를, 효율적으로 안전하게 행하는 것이 가능한 금속제 부재의 용접부의 표면처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명자들은 예의 검토의 결과, 연삭입자를 포함한 용액을 고압으로 분사하여 용접 탄부를 원하는 두께만큼 재빨리 제거하고, 또한, 전해 연마, 전해 산세, 인산에 의한 산 세정 또는 화학 연마를 행하여 표면의 미세한 먼지나 불필요 가스의 발생 원인이 되는 산성의 용액을 제거하고, 그 후에 물에 의해 세정하면, 재빨리 안전하게 표면 처리를 행할 수 있다고 하는 지견에 기초하여, 하기의 해결 수단을 발견하였다.

즉, 본 발명의 진공 분위기 하에서 사용되는 금속제 부재의 용접부의 표면처리방법은, 청구항 1에 기재된 바와 같이, 진공 분위기 하에서 사용되며, 용접부를 가지는 금속제 부재를 준비하고, 상기 금속제 부재의 용접부에, 연삭입자를 함유한 용액을 1MPa∼15Mpa의 압력으로 분사하여, 상기 용접부의 용접 탄부(weld burning part)를 제거한 후, 상기 용접 탄부가 제거된 용접부를 농도 10부피%∼80부피%(이하, 단지 '%')의 인산에 의한 전해 연마, 전해 산세, 산 세정 또는 화학 연마를 행하여 상기 용접부의 용접 탄부에서 발생 가능한 방출가스를 억제하는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 2에 기재된 본 발명은, 청구항 1에 기재된 진공 분위기 하에서 사용되는 금속제 부재의 용접부의 표면처리방법에 있어서, 상기 용액은, 방청제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 3에 기재된 본 발명은, 청구항 1 또는 2에 기재된 진공 분위기 하에서 사용되는 금속제 부재의 용접부의 표면처리방법에 있어서, 상기 금속제 부재는, 스테인리스강으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

[발명의 효과]

본 발명에 의하면, 용접 탄부의 기계적인 제거를 단시간에 행할 수 있다. 또한, 연삭입자를 이용하여 용접으로 탄 부분을 제거하기 때문에, 불산을 이용하는 경우에 비해 안전하게 작업을 할 수 있다.

또한, 건식 블라스트 처리에 필요한 분진제거 설비는 필요하지 않기 때문에 현장에서의 작업을 할 수 있다. 또한, 용접으로 탄 부분 제거 후에 전해 연마, 전해 산세, 인산에 의한 산 세정 또는 화학 연마를 행하여 연삭입자를 제거하고 청정화하는 것에 의해 진공 분위기 하에서 불필요한 가스의 발생을 막을 수 있다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

본 발명에서 처리 대상이 되는 금속제 부재는, 아크 용접 등에 의해 용접부를 가지고 있는 것이면 좋다. 구체적인 예를 들면, 진공 분위기 하에서 사용되는 금속제 용기 등을 들 수 있다. 그 재료로서는, 예를 들면, 스테인리스강, 알루미늄 합금, 티탄 합금, 철 등의 활성인 금속을 들 수 있다. 한편, 본 명세서에서의 진공 분위기라 함은 대기압보다 낮은 압력의 범위를 말하는 것으로 한다.

상기 금속제 부재의 용접부에는, 우선, 연삭입자를 포함한 용액이 1∼15 MPa 압력으로 분사되어, 용접 탄부분의 표면을 연삭한다. 연삭량에 대해서는, 용접 탄부가 제거되면 특별히 제한은 없지만, 통상의 아크 용접이면 50㎛ 이상의 두께를 연삭하는 것이 바람직하다.

이 처리에서 사용하는 연삭입자으로서는, 용접부의 표면을 제거할 수 있는 것이면, 그 재질이나 형상 등 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, 규사, 알루미나, SiC 등의 재질로 구성되고, 입자지름이 수백㎛ 정도의 것을 사용할 수 있다. 또한, 연삭입자가 첨가되는 용액으로서는, 예를 들면, 순수나 수돗물 등을 사용할 수 있다. 이 용액은, 벤조트리아졸 등의 방청제를 포함시키는 것이 바람직하다.

상기 처리 후에, 금속제 부재의 표면을 전해 연마, 인산에 의한 산 세정 또는 화학 연마의 처리를 행한다. 이 처리에 의해, 연삭입자 등의 제거를 행할 수 있어, 진공 분위기 하에서 분진 등의 발생을 막을 수 있다.

상기 처리 중에서, 인산에 의한 산 세정은, 예를 들면, 다음과 같이 하여 행할 수 있다. 인산에 의한 전해 연마는, 실온∼50℃에서, 스테인리스강 등의 피처리물에 플러스의 전압을 인가한 상태에서, 농도 10%∼80%의 인산에 의해 세정한다. 또한, 인산에 의한 산 세정은, 실온∼50℃에서, 알루미늄 합금이나 철 등의 피처리물을, 농도 10%∼80%의 인산에 의해 세정한다. 한편, 인산의 농도에 대해서는, 10% 미만이면 용해 속도가 늦고, 80%를 넘으면 비용이 높아진다고 하는 이유에서 10∼80%로 하고 있다. 또한, 처리 온도에 대해서도, 실온 미만이이면 용해 속도가 늦어지고, 50℃를 넘으면 가온을 위한 비용이 증가하기 때문에, 실온∼50℃로 하고 있다.

상기 전해 연마나 화학 연마에 사용하는 전해액으로서는, 무기산, 유기산, 무기산염 및 유기산염 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이면 좋고, 구체적으로는, 인산, 불산, 황산, 구연산암모늄, 염화암모늄, 인산2수소암모늄, 황산암모늄, 질산나트륨, 구연산 등을 들 수 있다. 또한, 전해 연마에서의 전해 전류 밀도는, 금속제 부재를 구성하는 재료에 따라 다르지만, 예를 들면, 스테인리스강이면, 0.1∼0.5A/㎠이다.

한편, 본 발명에서는, 산 세정은, 인산에 의해 행하도록 하고 있다. 상기 연삭입자에 의해 용접부 표면의 요철부 내에 불질산이나 황산이 남으면, 진공 분위기 하에서 HF, SO나 SO₂등의 가스가 방출되기 때문에 바람직하지 않기 때문이다.

또한, 금속제 부재를 순수 등에 의해 더 세정하여, 앞의 처리에 의해 부착되어 있던 전해액 등을 세정하여 진공 분위기 하에서도 불필요 가스가 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

도 1은 시료 1의 개략도, (a)는 측면도, (b)는 평면도.

도 2는 시료 2의 개략도

도 3은 실시예 1의 표면 SEM상

도 4는 비교예 2의 표면 SEM상

[부호의 설명]

1 : 판

2 : 용접 비드

3 : 원통형상의 용기

4 : 070 콘 플랫 플랜지

5 : 306 콘 플랫 플랜지

이하, 본 발명의 실시예에 대해 도면과 함께 설명하지만, 각 예에서 사용하는 시료 1과 시료 2에 대해 미리 설명한다.

시료 1은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 100mm×100mm×3mm의 치수의 판(1)의 대략 중심선상에, 용접 비드(2)를 형성한 것이다.

또한, 시료 2는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 안지름 250mm, 높이 380mm의 원통형상 용기(3)의 양측에 070 콘 플랫 플랜지(4)를 설치하고, 그 상면에 306 콘 플랫 플랜지(5)를 설치한 구조의 진공용기이다. 이 용기의 내주면의 저부는, 저면과 전체둘레에 걸쳐서 아크 용접이 이루어져 있다.

한편, 시료 1 및 시료 2의 재질에 대해서는 이하의 각 예에 기재되어 있다.

(실시예 1)

시료 1 및 2의 재질은 스테인리스강으로 하였다.

상수(上水)에 연삭입자인 6호 규사를 혼입하고, 이것을 3MPa로 각 시료에 분사하여 그 표면을 평균 30㎛ 연삭하고, 70% 인산과 30% 황산의 혼산에 의해 시료 표면의 전해연마처리를 행하여, 시료 표면을 약 15㎛ 용해하였다. 그 후, 시료를, RO수 제트 세정, RO수 침지, 순수 침지, 50℃의 온(溫)순수 침지, 35% 질산 침지, 순수 침지의 순서로 세정하고, 질소를 분사하여 건조하였다.

(실시예 2)

시료 1 및 2의 재질은 알루미늄으로 하였다.

상수에 연삭입자인 #150 알루미나와 방청제인 벤조트리아졸을 혼입하고, 이것을 3MPa로 각 시료에 분사하여 그 표면을 평균 50㎛ 연삭하고, 80℃로 가열한 80% 인산과 20% 황산의 혼산에 의해 시료 표면의 화학연마처리를 행하여, 시료 표면을 약 10㎛ 용해하였다. 그 후, 시료를 RO수 제트 세정, RO수 침지, 순수 침지, 50℃의 온순수 침지, 35% 질산 침지, 순수 침지의 순서로 세정하고, 질소를 분사하여 건조하였다.

(실시예 3)

시료 1 및 2의 재질은 철로 하였다.

상수에 연삭입자인 #150 SiC와 방청제인 인산나트륨을 혼입하고, 이것을 3MPa로 각 시료에 분사하여 그 표면을 50㎛ 연삭하고, 상온의 20% 인산에 의해 시 료 표면의 산 세정을 행하여, 시료 표면을 약 4㎛ 용해하였다. 그 후, 시료를 RO수 제트 세정, RO수 침지, 순수 침지, 50℃의 온순수 침지, 35% 질산 침지, 순수 침지의 순서로 세정하고, 질소를 분사하여 건조하였다.

(실시예 4)

시료 1 및 2의 재질은 스테인리스강으로 하였다.

상수에 연삭입자인 6호 규사를 혼입하고, 이것을 3MPa로 각 시료에 분사하여 그 표면을 평균 30㎛ 연삭하고, 70% 인산과 30% 황산의 혼산에 의해 시료 표면의 전해연마처리를 행하여, 시료 표면을 약 4㎛ 용해하였다. 그 후, 시료를 RO수 제트 세정, RO 수 침지, 순수 침지, 50℃의 온순수 침지, 35% 질산 침지, 순수 침지의 순서로 세정하고, 질소를 분사하여 건조하였다.

(실시예 5)

시료 1 및 2의 재질은 스테인리스강으로 하였다.

상수에 연삭입자인 6호 규사를 혼입하고, 이것을 3MPa로 각 시료에 분사하여 그 표면을 평균 30㎛ 연삭하고, 20% 인산에 의해 시료 표면의 부분 전해연마처리를 행하여, 시료 표면을 약 5㎛ 용해하였다. 그 후, 시료를 RO수 제트 세정, RO수 침지, 순수 침지, 50℃의 온순수 침지, 킬레이트제에 의한 스마트 제거, 순수 침지의 순서로 세정하고, 질소를 분사하여 건조하였다.

(비교예 1)

시료 1 및 2의 재질은 스테인리스강으로 하였다.

불산을 함유하는 페이스트에 의해 각 시료의 용접 탄부를 제거하고, 상수에 의해 페이스트를 세정하였다. 그 후, 순수 침지, 50℃의 온순수 침지의 순서로 세정하고, 질소를 분사하여 건조하였다.

(비교예 2)

시료 1 및 2의 재질은 스테인리스강으로 하였다.

상수에 연삭입자인 6호 규사를 혼입하고, 이것을 3MPa로 각 시료에 분사하여 그 표면을 평균 30㎛ 연삭하였다. 그 후, 시료를 RO수 제트 세정, RO수 침지, 순수 침지, 50℃의 온순수 침지, 35% 질산 침지, 순수 침지의 순서로 세정하고, 질소를 분사하여 건조하였다.

(비교예 3)

시료 1 및 2의 재질은 스테인리스강으로 하였다.

줄을 이용하여 각 시료 표면의 약 50㎛ 연삭하고, 상수에 의해 연삭 찌꺼기를 세정하였다. 그 후, 상온에 의한 순수 침지, 50℃의 온순수 침지의 순서로 세정하고, 질소를 분사하여 건조하였다.

상기의 결과를 표 1에 나타낸다. 한편, 표 1중 용접으로 탄 부분 제거에 대한 평가는 육안으로 행하여, 충분히 제거되어 있는 것을 ○, 거의 제거되어 있는 것을 △, 제거가 충분히 되어 있지 않은 것을 ×로 하였다.

[표 1]

No.	시료의 재질	제거수단	제거후 처리	시료1		시료 2
No.	시료의 재질	제거수단	제거후 처리	처리시간	용접탄부 제거	처리시간	용접탄부 제거
실시예 1	스테인리스강	규사+물	전해연마 15㎛+세정	5sec	○	30sec	○
실시예 2	알루미늄	알루미나+물	화학연마 10㎛+세정	5sec	○	30sec	○
실시예 3	철	SiC+물	산세+세정	5sec	○	25sec	○
실시예 4	스테인리스강	규사+물	전해연마 4㎛+세정	5sec	○	30sec	○
실시예 5	스테인리스강	규사+물	부분 전해연마 10㎛+세정	5sec	○	30sec	○
비교예 1	스테인리스강	HF	세정만	30min	△	1h	×
비교예 2	스테인리스강	규사+물	세정만	5sec	○	5sec	○
비교예 3	스테인리스강	줄	세정만	10min	○	1.5h	△

표 1로부터, 연삭입자를 첨가한 용액을 고압으로 분사한 실시예 1 내지 5, 비교예 2 및 3은, 용접 탄부를 단시간에 확실히 제거할 수 있었다. 이에 대해서, 비교예 1은 용접 탄부를 제거하는데 10배 이상의 시간이 걸리고 있었다. 또한, 불산을 사용하고 있기 때문에, 약제를 씻어 흘렸을 때의 폐수를 모으지 않으면 안되어, 폐수 처리의 비용과 시간이 걸렸다.

다음에, 도 3에 실시예 1의 시료 1의 표면 SEM상을 도시하고, 도 4에 비교예 2의 시료 1의 표면 SEM상을 도시한다.

도 3으로부터, 실시예 1은, 표면의 연삭입자가 충분히 제거되어 있는 것을 알 수 있었다. 이에 대해서, 도 4로부터는, 검은 점의 연삭입자가 시료 표면 전체에 존재하고 있어, 충분한 제거가 되어 있지 않은 것을 알 수 있었다.

다음에, 각 실시예 및 각 비교예에서 처리한 시료 2를 이용하여, 대기압으로부터의 배기를 행하고, 배기 1시간 후(10^-3∼10^-5Pa) 단위면적당의 가스방출속도를 하기 표 2에 나타낸다.

[표 2]

No.	가스방출속도
	(Pa·m³·s^-1·m^-2)
실시예 1	3.60E-07
실시예 2	1.00E-06
실시예 3	1.20E-06
실시예 4	3.50E-07
실시예 5	4.20E-07
비교예 1	5.60E-07
비교예 2	8.20E-06
비교예 3	9.10E-06

표 2로부터, 본 실시예에 의해 처리를 행한 시료 2는, 비교예 2, 3에 의해 처리를 행한 시료와 비교해서, 그 표면으로부터의 가스방출속도가 적은 것을 알 수 있었다. 또한, 비교예 1의 가스방출속도는, 재질이 다른 실시예 2, 3에 비하면 가스방출속도는 작지만 잔류 가스중에 HF가 물의 1/3 정도 포함되어 있었다. HF는 부식성의 기체이기 때문에, 진공용기내에 부유하고 있는 것은 바람직하지 않고, 진공 용기의 표면처리로서는 적절하지 않은 것을 알 수 있었다.

Claims

진공 분위기 하에서 사용되며, 용접부를 가지는 금속제 부재를 준비하고, 상기 금속제 부재의 용접부에, 연삭입자를 함유한 용액을 1MPa∼15Mpa의 압력으로 분사하여, 상기 용접부의 용접 탄부(weld burning part)를 제거한 후, 상기 용접 탄부가 제거된 용접부를 농도 10부피%∼80부피%의 인산에 의한 전해 연마, 전해 산세, 산 세정 또는 화학 연마를 행하여 상기 용접부의 용접 탄부에서 발생 가능한 방출가스를 억제하는 것을 특징으로 하는 진공 분위기 하에서 사용되는 금속제 부재의 용접부의 표면처리방법.
제 1 항에 있어서, 상기 용액은, 방청제를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 분위기 하에서 사용되는 금속제 부재의 용접부의 표면처리방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금속제 부재는, 스테인리스강으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 진공 분위기 하에서 사용되는 금속제 부재의 용접부의 표면처리방법.