KR101526273B1 - Ｖ 개선형상의 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법에 관한 것으로, 두 부재의 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법에 있어서, V자형의 개선형상을 가지도록 두 부재를 배열하는 단계; 상기 두 부재의 키홀용접에 의한 루트 오목부 형성 방지를 위해 상기 V개선면 내에 충분한 용접금속을 공급하는 단계; 상기 키홀용접을 이용하여 부재의 이면 끝단부가 충분히 용융되도록 이면 용접비드를 형성하는 단계; 및 아크 용접을 이용하여 맞대기 이음의 일면 채움 용접을 완료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고 있으며, 이에 따라 두 부재의 용접맞대기 이음에 있어서 용접부재의 준비시간을 단축시키고 맞대기 이음의 이면에 백킹재의 탈/부착을 위한 공간 확보가 필요하지 않으며, 위 보기 자세로 수행해야 하는 백킹재의 탈/부착이 필요 없어 작업자의 근골격계 질환을 예방할 수 있으며, 큰 부재를 뒤집을 필요가 없고 연속작업이 가능하므로 안전 확보 및 용접생산성을 높일 수 있는 효과가 있게 된다.

용접 맞대기, 일면 용접, 가스 메탈 아크 용접, V자형 개선형상, 키홀용접

Description

Ｖ 개선형상의 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법{One-sided welding method of butt welding joint with V groove configuration}

본 발명은 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 V자형의 개선형상을 갖는 용접 맞대기 이음 모재의 이면에 백킹재를 부착하지 않고, 키홀용접(Keyhole Welding)을 이용하여 부재의 이면 끝단부가 충분히 용융되도록 이면용접비드를 형성한 후 채움 용접으로는 아크 용접에 의하여 맞대기 이음의 일면 용접을 완료함으로써 용접생산성을 향상시킬 수 있도록 하는 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법에 관한 것이다.

일반적으로, 서로 맞대어진 두 부재의 용접은 양면에서 용접하는 양면용접과 일면에서만 용접하는 일면용접으로 나눠진다. 양면용접은 양면용접 중 처음 일면 용접의 최초 용접층에 용접품질이 불량하여 반드시 제거해야 하는 단점이 있고, 또한 구조물을 뒤집어야 하는 단점이 있다.

상기의 일면 용접은 부재의 이면에 용융금속의 용락을 막아주는 백킹제를 부착한 후 통전되는 용접와이어를 하강시켜 모재와의 사이에서 아크를 형성시킴으로써 모재를 용접하게 된다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 맞대기 용접이음의 양면 용접과 일면용접 과정을 나타낸 공정순서도이다.

도 1을 살펴보면, X자형 개선형상을 가진 부재(1)의 양면용접방법을 나타낸 공정도로서 먼저 부재(1) 상부에 전면 용접(2)을 완료한다(도 1a 및 도 1b 참조).

그리고 나서, 상기 부재(1)를 뒤집은 다음(도 1c 참조), 용접결함 생성을 방지하기 위해 전면 최초 용접부의 하단부를 가우징(3)으로 제거한 후(도 1d 참조) 후면 용접(4)을 실시하여 완료한다(도 1e 참조).

도 2를 살펴보면, V자형 개선형상을 가진 부재(1)의 일면용접방법을 나타낸 공정도로서 먼저 최초 용접의 용락을 방지하기 위해 부재(1)의 이면에 백킹재(5)를 부착한다(도 2a 참조).

그리고 나서, 두 부재의 용접(2)을 완료한 후 백킹재(5)를 제거하게 된다(도 2b 및 도 2c 참조).

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기의 양면용접은 양면용접 중 처음 전면 용접의 최초 용접층에 용접품질이 불량하여 반드시 제거해야 하고, 일면 용접된 구조물을 뒤집어야 하므로 제작공장의 높이가 높고 안전 위험이 있으며, 뒤집기 위한 대기시간 및 부재 재배열을 위한 시간이 소요되어 작업시간이 늘어나는 단점이 있었다.

반면, 상기의 일면용접은 부재의 이면에 용융금속의 용락을 막아주기 위해 용접 전후에 백킹재를 탈/부착해야 하므로 용접부재 이면에 작업공간이 확보되어야 하고 이에 따른 설비가 갖춰져야 하며, 위보기 자세로 백킹재를 탈부착해야 하므로 작업자의 근골격계 위험이 있는 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 용접방법이 특허출원제2007-130147호와 특허번호 제0456969호에 제시되어 있다. 특허출원 제2007-130147호와 특허번호 제0456969호에 제시된 용접방법은 루트면이 있는 V자형의 개선형상을 갖는 용접맞대기 이음에 백킹재를 부착하지 않고 키홀용접이 되는 플라즈마 아크용접 또는 레이저 용접을 이용하여 부재의 이면 끝단부를 충분히 용융시켜 이면 용접비드가 형성되도록 한 후 아크용접을 이용하여 맞대기이음의 일면용접을 완료한다.

하지만 상기 특허출원 제2007-130147호에 제시된 용접방법은 1~4mm의 루트면이 형성되어야 하므로 용접 부재의 절단속도가 느린 단점이 있다. 루트면이 없는 용접부재의 절단은 플라즈마 아크 절단을 이용하는 반면 루트면이 있는 용접부재의 절단은 2개의 토치를 이용한 가스절단을 이용한다. 일반적으로 가스절단은 플라즈마 아크 절단보다 절단속도가 1/3 이하이므로 루트면이 있는 용접부재는 절단 시간이 증가하고 공장 가동율이 감소하는 단점이 있다. 표1은 탄소강에 대한 산소절단 조건을 보여주며, 표2는 탄소강과 스테인리스강과 알루미늄에 대한 플라즈마 아크 절단 조건을 보여준다. 두께 25mm인 탄소강의 절단속도를 비교해보면 플라즈마 아크 절단은 1450mm/분이고, 가스절단은 450mm/분으로 플라즈마 아크 절단 속도가 가스절단 속도에 비해 3배 이상 빠르며, 절단 부재의 두께가 작을수록 절단속도 차이 는 급격히 증가한다. 아울러 가스절단은 탄소강에만 적용가능하며, 스테인리스강과 알루미늄에는 사용할 수 없는 단점이 있다.

상기 특허번호 제0456969호에 제시된 용접방법에 있어서 저출력 레이저 용접을 위한 두 부재의 개선형상은 루트면의 크기가 제시되어 있지는 않지만 루트면이 있는 V자형의 개선형상인 Y자형의 개선형상으로 하여 저출력 레이저 용접을 이용하여 이면 용접비드를 형성한 후 아크 용접으로 용접을 완료한다.

하지만 상기 특허번호 제0456969호에 제시된 Y자형의 개선형상을 가진 용접부재의 절단은 상기 특허출원 제2007-130147호와 같이 절단 시간 증가 및 공장 가동율 감소 등의 단점이 있다.

표1. 탄소강의 산소절단

표2. 플라즈마 아크 절단

이를 해소하기 위해 V자 형상의 개선형상을 갖는 부재에 키홀용접이 되는 플라즈마 아크용접을 이용하여 제살용접을 실시한 용접부의 단면을 도3에 나타내었다. 도3에 따르면 부재의 이면 끝단부는 플라즈마 아크에 의해 충분히 용융되었으나 이면 용접부가 함몰되는 용접결함인 루트 오목부가 형성된다. 루트 오목부의 형성은 플라즈마 아크열에 의해 용융된 용융금속의 응고시 일어나는 용접금속의 수축에 의한 것으로 외부에서 용접와이어의 공급이 없는 제살용접에 의해 이면비드를 형성할 만큼 용접금속이 충분하지 못하여 발생한다. 또한 두 부재 사이의 간격이 1mm를 초과하면 두 부재를 녹여 접합할 수 있는 용융금속의 양이 충분하지 않아 용락이 발생한다. 아울러 상기 플라즈마 아크 용접과 같은 키홀용접법인 레이저 용접도 제살용접에서는 상기 플라즈마 아크 용접과 같은 현상이 일어난다.

상기와 같이 V자형의 개선형상은 루트면이 있는 V자형의 개선형상인 Y자형 개선형상에 비해 절단속도는 증가하지만 오히려 루트 오목부의 보완을 위한 추가 작업이 소요되는 단점이 있다.

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명은 두 부재의 맞대기 용접이음에 있어서 V자형의 개선형상으로 하여 용접부재의 준비시간을 단축시키고, 부재 이면에 백킹재의 탈부착하는 공정을 제거하여 백킹재의 탈부착을 위한 공간 제거와 아울러 작업자의 근골결계 질환을 예방하며, 키홀용접을 통한 양호한 이면용접비드 형성으로 용접방법의 효율성을 향상시키는 데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명은 두 부재의 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법에 있어서, V자형의 개선형상을 가지도록 두 부재를 배열하는 단계; 상기 두 부재의 키홀용접에 의한 루트 오목부 형성 방지를 위해 V개선면내에 충분한 용접금속을 공급하는 단계; 상기 키홀용접을 이용하여 부재의 이면 끝단부가 충분히 용융되도록 이면 용접비드를 형성하는 단계; 및 아크 용접을 이용하여 맞대기 이음의 일면 채움 용접을 완료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법을 제시한다.

또한, 본 발명에 있어서 키홀용접은 플라즈마 아크 용접 또는 레이저 용접 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 용접 맞대기 이음의 일면 용접방 법을 제시한다.

또한, 본 발명은 상기 루트간격에 충분한 용접금속을 공급하는 수단은 가스메탈아크용접, 용접충진재의 살포, 콜드와이어 공급 또는 핫와이어의 공급 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법을 제시한다.

또한, 본 발명은 상기 두 부재가 V자형의 개선형상을 갖도록 배열된 루트간격은 0~2mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법을 제시한다.

그리고, 본 발명은 상기 맞대기 이음의 일면 용접을 완료하는 단계의 채움 용접은 부재의 두께와 작업 환경에 따라 가스 메탈 아크 용접, 플럭스 코어드 아크 용접 또는 서브머지드 아크 용접 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법을 제시한다.

본 발명에 따르면, 두 부재의 용접맞대기 이음에 있어서 용접부재의 준비시간을 단축시키고 맞대기 이음의 이면에 백킹재의 탈/부착을 위한 공간 확보가 필요하지 않으며, 위 보기 자세로 수행해야 하는 백킹재의 탈/부착이 필요 없어 작업자의 근골격계 질환을 예방할 수 있으며, 큰 부재를 뒤집을 필요가 없고 연속작업이 가능하므로 안전 확보 및 용접생산성을 높일 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법을 나타낸 공정순서도이다.

도 4를 살펴보면, 본 발명은 루트면이 없고 루트간격이 0~2mm(6)인 V자형의 개선형상을 가진 용접 맞대기 이음부재(1)의 이면에 백킹재를 부착하지 않고, 충분한 용접금속을 공급하는 가스 메탈 아크 용접을 이용하여 플라즈마 아크 용접이나 레이저 용접 등의 키홀용접에 의한 루트 오목부 형성방지를 위한 실링비드(7)를 형성한(도 4b 참조) 후 키홀용접을 이용하여 부재의 이면 끝단부가 충분히 용융되고 이면용접비드(8)가 형성되도록 한다(도 4c 참조). 이후 마무리 채움용접(9)은 부재의 두께와 작업 환경에 따라 가스 메탈 아크 용접, 플럭스 코어드 아크 용접 또는 서브머지드 아크 용접의 아크 용접을 이용하여 맞대기 이음의 일면 용접을 완료한다(도 4d 참조). 키홀용접은 높은 에너지 밀도를 가지며 높은 밀도의 에너지가 조사된 물질의 급속한 기화 및 제거작용으로 증기압이 형성되며, 상기 높은 증기압의 작용에 의해 작은 구멍을 만들면서 용접이 이루어지는 용접 방법으로, 키홀용접이 이루어지는 용접 방법으로는 플라즈마 아크 용접과 레이저 용접이 있다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예로서 도4의 공정순서도에 따라 가스메탈 아크 용접과 키홀용접이 되는 플라즈마 아크 용접을 행한 도 4c의 실시예인 용접부의 단면사진으로 이면 용접비드가 충분히 형성되어 있다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예로서 도 6(a)는 플라즈마 아크 용접을 이용한 키홀용접전에 직경 3.2mm인 로드와이어 형태의 용접충진재 3개를 두 부재 사이에 살포한 후 키홀 용접을 행한 용접부의 단면사진으로 이면 용접비드가 충분히 형성되어 있다. 도 6(b)는 상기 도 6(a)의 용접비드 위에 1회의 서브머지드 아크 용접을 이용하여 용접을 완료한 용접부 단면 사진으로 용접결함이 없이 용접이 되어 있다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예로서 키홀용접이 되는 플라즈마 아크 용접의 아크부에 직경 1.2mm의 와이어를 자동으로 송급하는 콜드와이어 송급과 플라즈마 아크 용접을 동시에 수행한 용접부의 단면사진으로 이면 용접비드가 충분히 형성되어 있다. 아울러 용접속도의 증가를 위해서 자동 송급와이어를 가열하여 송급하는 핫와이어 송급방법도 가능하다.

즉, 본 발명은 두 부재의 일면 용접방법에 있어서 절단속도를 향상시키기 위해 V자형의 개선형상을 이용하며, 키홀용접에 의해 형성되는 루트 오목부의 형성을 방지하기 위해 키홀용접에 앞서 충분한 용융금속의 공급을 위하여 가스 메탈 아크 용접에 의한 실링비드 형성 또는 키홀 용접전 이나 용접중에 외부 용접와이어를 공급을 통하여 양호한 이면 용접비드를 형성하게 한다. 이후 채움 용접은 부재의 두께와 작업 조건에 따라 적절한 아크 용접으로 용접을 완료한다.

따라서, 본 발명은 두 부재의 용접 맞대기 이음에 있어서 용접될 부재의 개 선형상을 V자 형으로 절단 속도를 향상시키고, 용접부재의 뒤집기와 이면 백킹재 탈부착 공정을 제거하여 용접방법의 효율성을 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예로서 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 기술적 범위 내에 포함된다 할 수 있다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 맞대기 용접이음의 양면 용접방법과 일면용접 과정을 나타낸 공정순서도

도3은 종래 기술에 따른 맞대기 일면 용접이음의 용접부 형상을 보인 단면도

도 4는 본 발명에 따른 맞대기 이음의 일면 용접방법을 나타낸 공정순서도

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 맞대기 일면 용접이음의 용접부 형상을 보인 단면도

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 에 따른 맞대기 일면 용접이음의 용접부 형상을 보인 단면도

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 에 따른 맞대기 일면 용접이음의 용접부 형상을 보인 단면도

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1 : 모재 2 : 전면용접

3 : 가우징 4 : 후면용접

5 : 백킹재 6 : 루트간격

7 : 실링비드 8 : 이면용접 비드

9 : 채움용접

Claims (5)

1. 두 부재의 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법에 있어서,

   V자형의 개선형상을 가지도록 두 부재를 배열하는 단계;

   루트간격에 충분한 용접금속을 공급하여 실링비드를 형성하는 단계;

   키홀용접을 이용하여 부재의 이면 끝단부가 충분히 용융되도록 이면 용접비드를 형성하는 단계;

   및 아크 용접을 적용하여 맞대기 이음의 일면 채움 용접을 완료하는 단계를 포함하되,

   상기 실링비드는 상기 두 부재의 플라즈마 아크 용접이나 레이저 용접 등의 키홀용접에 의한 루트 오목부 형성을 방지하며,

   상기 실링비드를 형성하기 위한 상기 루트간격에 충분한 용접금속을 공급하는 수단은, 가스메탈아크용접, 루트용접충진재의 살포, 콜드와이어 공급 또는 핫와이어의 공급 중에서 선택되는 어느 하나이며,

   상기 루트용접충진재와 콜드와이어 또는 핫와이어는 상기 V자형의 개선형상의 하부로 이탈됨이 방지되도록 루트간격에 상응하여 배치 가능한 크기로 결정되는 것을 특징으로 하는 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 키홀용접은 플라즈마 아크 용접 또는 레이저 용접 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 두 부재가 V자형의 개선형상을 갖도록 배열된 루트간격은 0~2mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 맞대기 이음의 일면 용접을 완료하는 단계의 채움 용접은 부재의 두께와 작업 환경에 따라 가스 메탈 아크 용접, 플럭스 코어드 아크 용접 또는 서브머지드 아크 용접 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법.

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