KR101583174B1 - 백실드 용접 방법 및 이를 이용한 용접 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 관한 백실드 용접 방법은, 맞닿게 하는 2개의 용접 모재(2, 3)의 사이에, 그 용접 모재(2, 3)의 표면측과 이면측을 연통시키고, 또한 용접 비드의 형성 방향을 따라 뻗어 있는 슬릿 형상의 가스 공급 개구부(17)가 형성되도록, 2개의 용접 모재(2, 3)의 맞닿음 가장자리부(15, 16)에 절결부(21, 22)를 형성하며, 다음으로 용접 모재(2, 3)의 맞닿음 가장자리부(15, 16)끼리를 맞닿게 하여 가고정함으로써, 절결부(21, 22)에 의하여 가스 공급 개구부(17)를 형성하고, 다음으로 가스 공급 개구부(17)로부터 불활성 가스를 공급하면서, 용접 비드를 형성하여, 이 용접 비드에 의하여 가스 공급 개구부(17)를 폐쇄한다.

Description

백실드 용접 방법 및 이를 이용한 용접 구조물{BACK-SHIELDED WELDING METHOD AND WELDED STRUCTURE USING SAME}
본 발명은, 2개의 용접 모재를 맞닿게 하여, 이들 2개의 용접 모재의 이면측에 불활성 가스를 공급하면서, 상기 용접 모재의 표면측으로부터, 용접 비드를 이면측까지 용융되도록 형성하여 용접을 행하는 백실드 용접 방법 및 이를 이용한 용접 구조물에 관한 것이다.
증기 터빈 로터와 같이, 복수의 부품이 용접되어 조립되는 제품에 있어서는, 그 용접 강도를 높이기 위하여, 용접 비드를 용접 모재의 이면측까지 용융시키는, 이른바 이파(裏波) 용접이 행해진다. 이 때, 용접 접합부의 표면측과 이면측으로부터 아르곤이나 헬륨 등의 불활성 가스를 공급하여 공기와 치환해 용접을 행하여, 용접 비드가 공기중의 산소에 접촉하지 않도록 하여 용접 결함의 발생이나 용접 비드의 산화에 의한 이음매 성능의 저하가 저지된다. 이와 같이, 용접 접합부의 이면측에 불활성 가스를 공급하면서 용접하는 것을 백실드 용접이라고 한다.
증기 터빈 로터에 있어서는, 예를 들면 특허문헌 1과 같이, 용접부의 바로 가까이에 검사 구멍이 형성된 구조의 경우에는, 이 검사 구멍을 이용하여 백실드 용접을 실시하는 것이 가능하지만, 검사 구멍이 없는 증기 터빈 로터에서는, 용접 모재의 이면측이 되는 중공부가 밀폐되어 버리기 때문에, 그 상태로는 백실드 용접을 행할 수 없다. 이로 인하여, 용접 모재의 맞닿음 가장자리부끼리를 맞대어 가고정한 후, 그 맞댐부에 둥근 구멍 형상의 가스 공급 구멍을 뚫고, 이 가스 공급 구멍에 파이프를 삽입하여 불활성 가스를 주입하면서 용접을 행하여, 최종적으로 용접 비드에 의하여 가스 공급 구멍을 폐쇄하는 공법이 채용된다.
또한, 예를 들면 특허문헌 2에는, 백실드 용접이 곤란한 구조물에 있어서, 백실드 없이 용접을 실시하기 위하여, 용접 접합부의 이면측을 덮는 이면 받침부를 용접 모재의 맞닿음 가장자리부에 형성해 두어, 이 이면 받침부를 용융시키지 않도록 용접을 행하는 용접 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 3에는, 용접 모재의 성분을 조정함으로써, 백실드를 행하지 않아도 용접 비드에 과잉의 산화가 발생하지 않도록 하여, 용접 접합부에 있어서의 결함의 발생을 방지하는 용접 방법이 개시되어 있다.
일본 특허 공보 제 3999402 호 일본 특허 공개 공보 제 2010-31812 호 일본 특허 공개 공보 제 2008-137042 호
상술한 바와 같이, 용접 모재의 맞닿음 가장자리부끼리의 맞댐부에 뚫은 둥근 구멍 형상의 가스 공급 구멍으로부터 불활성 가스를 주입하는 용접 방법에서는, 가스 공급 구멍의 직경을 어느 정도 크게 하지 않으면 불활성 가스와 공기의 치환에 시간이 걸리게 된다. 그 반면, 용접 모재의 맞닿음 가장자리부를 이루는 개선(開先) 돌출 단부의 폭에 대해서 가스 공급 구멍의 직경이 커지면, 여기에서 개선 돌출 단부의 단면 형상이 급변함으로써, 용접이 가스 공급 구멍에 접근했을 때에 가스 공급 구멍의 주위에서 열이 응집되어, 개선 돌출 단부가 녹아 내려 용접 불량이 발생할 우려가 있었다. 또한, 개선 돌출 단부가 녹아 내리지는 않더라도, 가스 공급 구멍이 있는 위치에서는 용접 비드의 폭이 넓어지는 경향이 있으며, 이와 같이 용접 비드의 폭이 불균일해지는 것이 용접 품질의 저하로 이어지고 있다.
또한, 용접 모재의 두께가 두꺼운 경우에는, 용접 모재의 표면측으로부터 안쪽 위치에 개선 돌출 단부가 있고, 이 위치에 가스 공급 구멍을 뚫을 때 긴 드릴이 필요하게 되어, 구멍을 뚫을 때에 드릴이 흔들리기 쉬워지므로, 정확한 구멍 뚫기가 곤란해진다는 문제가 있었다.
또한, 특허문헌 2에 개시되어 있는 용접 방법에서는, 용접 접합부의 이면측을 덮는 이면 받침부를 용접 모재의 맞닿음 가장자리부에 형성해야 하고, 이 이면 받침부를 용융시키지 않도록 용접이 행해지기 때문에, 이 부분의 용접 후의 단면에는 이면 받침부가 슬릿 형상으로 잔존하고 있어, 응력 집중이 발생할 우려가 있었다.
또한, 특허문헌 3에 개시되어 있는 용접 방법에서는, 백실드 없이 용접을 행할 수 있도록 모재의 성분이 조정되어 있기 때문에, 모재의 성분 범위가 한정되어 있어, 이 성분 조정을 하지 않은 용접 모재를 이용하여 백실드를 행한 경우와 비교하여, 용접 모재와 용접 비드의 실질적인 강도에 타협이 발생해 버린다.
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 백실드를 행하는 것이 곤란한 용접 구조물에 있어서, 용접 결함의 발생이나 이음매 성능의 저하를 초래하는 일이 없이, 용접 접합부의 표면측으로부터 이면측으로 불활성 가스를 공급 가능하도록 하여 용이하게 백실드를 행하여, 용접 품질을 향상시킬 수 있는 백실드 용접 방법 및 이를 이용한 용접 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이하의 수단을 제공한다.
본 발명에 관한 백실드 용접 방법의 제 1 양태는, 2개의 용접 모재를 맞닿게 하여, 이들 2개의 용접 모재의 이면측에 불활성 가스를 공급하면서, 상기 용접 모재의 표면측으로부터, 용접 비드를 이면측까지 용융되도록 형성하여 용접을 행하는 백실드 용접 방법으로서, 맞닿은 2개의 상기 용접 모재의 맞춤부에, 상기 용접 모재의 표면측과 이면측을 연통시키고, 또한 상기 용접 비드의 형성 방향을 따라 뻗어 있는 슬릿 형상의 가스 공급 개구부가 형성되도록, 2개의 상기 용접 모재 중 적어도 한쪽의 맞닿음 가장자리부에 절결부를 형성하며, 다음으로 상기 용접 모재의 맞닿음 가장자리부끼리를 맞닿게 하여 가고정함으로써, 상기 절결부에 의하여 상기 가스 공급 개구부를 형성하고, 다음으로 상기 가스 공급 개구부로부터 상기 불활성 가스를 공급하면서, 상기 용접 비드를 형성하여, 상기 용접 비드에 의하여 상기 가스 공급 개구부를 폐쇄한다.
상기의 백실드 용접 방법에 의하면, 백실드를 행하는 것이 곤란한 용접 구조물에 있어서도, 슬릿 형상으로 형성된 가스 공급 개구부를 거쳐, 용접 모재의 표면측으로부터 이면측으로 불활성 가스를 공급하면서 백실드 용접을 행하여, 용접 비드의 산화에 의한 용접 이음매 특성을 저하시키는 일이 없이 용이하게 백실드 용접을 행할 수 있다.
가스 공급 개구부는, 용접 비드의 형성 방향을 따라 뻗어 있는 슬릿 형상으로 형성되기 때문에, 종래의 둥근 구멍 형상의 가스 공급 구멍을 형성한 경우와 비교하여, 상기 개구 면적을 동등 이상으로 하면서, 그 폭을 현격하게 좁게 할 수 있다. 이로 인하여, 가스 공급 개구부가 형성된 부분에 있어서도 용접 모재의 개선 돌출 단부의 단면 형상이 급변하지 않아, 용접이 가스 공급 개구부에 접근했을 때에 가스 공급 개구부의 주위에 열이 응집되는 것을 회피하여, 종래와 같이 개선 돌출 단부가 녹아 내릴 우려를 회피할 수 있다.
또한, 슬릿 형상으로 형성된 가스 공급 개구부를 용접 비드에 의하여 폐쇄할 때에는, 가스 공급 개구부의 폭이 종래의 둥근 구멍 형상의 가스 공급 구멍보다 좁기 때문에, 이를 용이하게 폐쇄할 수 있다. 이로 인하여, 가스 공급 개구부가 있었던 부분도, 없었던 부분도 균등하게 용접 비드를 형성할 수 있어, 용접 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 백실드 용접 방법의 제 2 양태는, 상기 제 1 양태에 있어서, 상기 절결부가, 2개의 상기 용접 모재의 한쪽의 상기 맞닿음 가장자리부에만 형성되어 있어도 된다.
상기와 같이, 절결부를 한쪽의 맞닿음 가장자리부에만 형성하면, 절결부의 가공 깊이는 배가 되지만, 다른쪽의 맞닿음 가장자리부에는 절결부를 가공할 필요가 없어지기 때문에, 용접 모재의 전가공이 용이해진다.
또한, 양방의 맞닿음 가장자리부에 절결부를 형성하여 이들을 맞추는 경우에, 양방의 절결부의 위치가 어긋난 경우에는, 어긋난 분만큼 가스 공급 개구부의 개구 면적이 감소되지만, 절결부가 한쪽의 맞닿음 가장자리부에만 형성되어 있으면, 절결부의 위치 어긋남이 일어날 수 없어, 가스 공급 개구부의 개구 면적이 감소할 우려가 없다. 또한, 절결부의 위치를 맞추는 번거로움을 생략할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 백실드 용접 방법의 제 3 양태는, 상기 제 1 또는 제 2 양태에 있어서, 상기 불활성 가스의 공급은 편평한 가스 공급관에 의해 행하고, 상기 가스 공급 개구부의 폭 치수 및 길이 치수는, 상기 가스 공급관을 삽입 통과할 수 있는 필요 최소한의 치수인 구성이어도 된다.
이와 같이, 불활성 가스의 공급을 편평한 가스 공급관에 의해 행하여, 가스 공급 개구부의 치수를, 편평한 가스 공급관이 삽입 통과할 수 있는 필요 최소한의 치수로 하면, 둥근 구멍 형상의 가스 공급 구멍과 비교하여 불활성 가스의 공급 유량을 저하시키는 일이 없이, 가스 공급 개구부의 개구 면적(폭)을 최대한 작게 할 수 있다. 이로써, 용접이 가스 공급 개구부에 접근했을 때에 가스 공급 개구부의 주위에 열이 응집되는 것에 의한 개선 돌출 단부의 녹아 내림을 더욱 유효하게 방지할 수 있다. 또한, 가스 공급 개구부의 폭이 좁기 때문에, 용접 비드에 의한 폐쇄가 보다 용이해져, 용접 비드를 균등하게 형성하여 용접 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제 4 양태에 관한 용접 구조물은, 상기 제 1 내지 제 3 중 어느 하나의 양태의 백실드 용접 방법을 이용하여 제작된다.
상기의 용접 구조물은, 백실드가 완전히 행해진 상태로 용접이 실시되어 제작되어 있기 때문에, 용접 결함이나 이음매 부분에 있어서의 성능 저하가 없어, 고품질의 용접 구조물로서 제공할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 백실드 용접 방법에 의하면, 백실드를 행하는 것이 곤란한 용접 구조물에 있어서, 용접 접합부의 결함을 초래하는 일이 없이, 용접 접합부의 표면측으로부터 이면측으로 불활성 가스를 공급하여 용이하게 백실드를 행해, 용접 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 용접 구조물은, 상기 백실드 용접 방법을 이용하여, 백실드가 완전히 행해진 상태에서 용접이 실시된 것이기 때문에, 용접 결함이나 이음매 부분에 있어서의 성능 저하가 없어, 고품질의 용접 구조물로서 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 백실드 용접 방법을 적용 가능한 용접 구조물의 일 예를 나타내는 증기 터빈 로터의 종단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ부를 확대하여 나타내는 용접 전의 용접 접합부의 종단면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ 화살표 방향에서 보았을 때의 본 발명의 제 1 실시형태를 나타내는 용접 전의 용접 접합부의 표면측의 정면도이다.
도 4는 가스 공급 개구부로부터 불활성 가스가 공급되고 있는 상태를 나타내는 용접 접합부의 종단면도이다.
도 5는 개선 돌출 단부를 용접중인 상태를 나타내는 용접 접합부의 종단면도이다.
도 6은 개선 돌출 단부의 용접이 완료되어 용접 비드가 형성된 용접 접합부를 나타내는 종단면도이다.
도 7은 도 6의 Ⅶ 화살표 방향에서 보았을 때의 용접 접합부의 이면측의 정면도이다.
도 8은 본 용접이 완료된 용접 접합부를 나타내는 종단면도이다.
도 9는 슬릿 형상의 가스 공급 개구부를 형성하는 절결부의 위치 맞춤이 어긋난 상태를 나타내는 용접 접합부의 정면도이다.
도 10은 둥근 구멍 형상의 가스 공급 구멍을 형성하는 절결부의 위치 맞춤이 어긋난 상태를 나타내는 용접 접합부의 정면도이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시형태를 나타내는 용접 전의 용접 접합부의 정면도이다.
도 12는 본 발명의 제 3 실시형태를 나타내는 용접 전의 용접 접합부의 종단면도이다.
이하에, 본 발명의 실시형태에 대해, 도 1 내지 도 12를 참조하면서 설명한다.
도 1은 본 발명에 관한 백실드 용접 방법을 적용 가능한 용접 구조물의 일 예를 나타내는 증기 터빈 로터의 종단면도이다. 증기 터빈 로터는 대형이고 고중량이어서, 일체로 형성하는 것은 곤란하기 때문에, 일반적으로는 복수의 로터 디스크가 축방향으로 동심 형상으로 배치되고, 각 로터 디스크가 용접되어 일체화되는 구조가 채용된다. 이 증기 터빈 로터(1)는, 예를 들면 3개의 로터 디스크(2, 3, 4)(용접 모재)가 축방향으로 배치되고, 이들 로터 디스크(2, 3, 4)가 2개의 용접 접합부(5)에 있어서 고강도로 용접되어 일체화되는 구성이다.
증기 터빈 로터(1)의 내부에는 중량 경감용 보어(중공부)(7)가 형성되어 있다. 이 보어(7)는, 각 로터 디스크(2, 3, 4)의 단면에 각각 형성된 오목부가 맞춰짐으로써 밀폐 공간 형상으로 유지된다. 용접 접합부(5)에서는, 그 용접 강도를 높일 수 있도록, 용접 비드(8)(도 6도 함께 참조)를 용접 모재인 로터 디스크(2, 3, 4)의 표면측으로부터 이면측까지 용융시키는 이파 용접이 행해진다. 이 때, 용접 접합부(5)의 표면측과 이면측으로부터 아르곤이나 헬륨 등의 불활성 가스를 공급하여 공기와 치환하면서 용접을 행해, 용접 비드(8)가 공기중의 산소에 접촉하지 않도록 하여 용접 결함의 발생이나 산화에 의한 이음매 특성의 저하가 저지된다.
[제 1 실시형태]
이하에, 본 발명에 관한 백실드 용접 방법의 제 1 실시형태에 대해 설명한다.
도 2는 도 1의 Ⅱ부를 확대하여 나타내는 용접 전의 용접 접합부(5)의 종단면도이다. 또한, 도 3은 도 2의 Ⅲ 화살표 방향에서 보았을 때의 본 발명의 제 1 실시형태를 나타내는 용접 전의 용접 접합부(5)의 정면도이다. 용접 전의 용접 접합부(5)의 단면 형상은, 맞대어지는 로터 디스크(2, 3)(또는 3, 4)의 맞닿음 가장자리부(15, 16)(도 3 참조)에 각각 대략 J자 형상의 반홈(10, 11)이 형성되고, 이들 반홈(10, 11)끼리가 맞춰져 U자 홈(12)이 형성되는, 이른바 U형 개선 형상으로 되어 있다. 여기에서는 U자 홈(12)의 바닥부를 개선 돌출 단부(13)라고 부른다.
용접 접합부(5)의 이면측에 불활성 가스를 공급하려면, 밀폐된 보어(7)의 내부에 불활성 가스를 주입할 필요가 있다. 이를 위하여, 각 로터 디스크(23)의 맞닿음 가장자리부(15, 16)(개선 돌출 단부(13)의 단면)끼리를 맞대어 가고정한 후, 그 맞춤부에 하기에 서술하는 바와 같이 형성된 가스 공급 개구부(17)에, 도 4에 나타내는 가스 공급관(19)을 삽입 통과하여 불활성 가스를 주입하여, 보어(7)의 내부의 공기를 불활성 가스와 치환한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 가스 공급 개구부(17)는, 맞닿게 되는 양방의 맞닿음 가장자리부(15, 16)에 미리 프레이즈 가공 등에 의하여 형성된 절결부(21, 22)가 서로 맞춰지도록, 양방의 맞닿음 가장자리부(15, 16)를 맞닿게 하여 가고정함으로써 형성된다. 이 가스 공급 개구부(17)는, 로터 디스크(2, 3)의 표면측(외부)과 이면측(보어(7)의 공간)을 연통시키고, 또한 용접 비드(8)의 형성 방향, 즉 개선 돌출 단부(13)의 길이 방향을 따르는 방향으로 뻗어 있는 슬릿 형상으로 형성된다. 또한, 가스 공급 개구부(17)는, 1개의 용접 접합부(5)의 둘레 방향으로 등간격으로 2~4개소 형성된다. 또한, 이 가스 공급 개구부(17)는, 후술하는 바와 같이 보어(7)의 내부에 공급된 불활성 가스의 잉여분을 외부로 배출하기 위한 가스 방출 개구부로서도 기능한다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 이 슬릿 형상의 가스 공급 개구부(17)에 삽입되는 가스 공급관(19)은 편평관으로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 가스 공급 개구부(17)의 폭이 좁아도, 여기로부터 공급되는 불활성 가스(G)의 공급 유량을 많게 할 수 있어, 보어(7)의 내부의 공기를 불활성 가스로 치환하는 시간을 단축할 수 있다. 또한, 가스 공급 개구부(17)의 폭 치수 및 길이 치수는, 가스 공급관(19)을 삽입 통과할 수 있는 필요 최소한의 치수로 하는 것이 바람직하다. 가스 공급 개구부(17)의 치수는, 예를 들면 폭을 1~2밀리 정도, 길이를 수 십밀리 정도로 예시할 수 있다.
또한, 도 5에 나타내는 바와 같이, 용접 토치(23)에 의하여 방전 용접(주로 Tig 용접)을 행하여, 도 6에 나타내는 바와 같이 용접 비드(8)를 형성한다. 용접 비드(8)는, 용접 모재(로터 디스크(2, 3))의 표면측으로부터 이면측까지 용융되도록 형성된다. 이 때에는, 용접 접합부(5)의 표면측으로부터 U자 홈(12)의 내부에 도시하지 않은 가스 공급 수단에 의하여 불활성 가스가 공급됨과 함께, 상술한 바와 같이 가스 공급 개구부(17)를 거쳐 용접 접합부(5)의 이면측에도 불활성 가스가 공급되기 때문에, 용접 중에 용접 비드(8)가 공기로부터 완전히 실드(차단)되어, 산소에 접촉하는 것에 의한 산화가 방지되어 용접 결함의 발생이나 이음매 특성의 저하가 저지된다.
1개의 용접 접합부(5)의 둘레 방향으로 등간격으로 2~4개소 형성되는 가스 공급 개구부(17)는, 그 1개의 가스 공급 개구부(17)로부터 불활성 가스가 공급되고 있는 동안에, 다른 가스 공급 개구부(17)로부터는, 보어(7)의 내부의 공기와 함께 잉여의 불활성 가스가 배출되고, 이로써 보어(7)의 내부의 공기가 완전히 불활성 가스로 치환된다.
상기와 같이 용접 비드(8)를 형성함과 함께, 이 용접 비드(8)에 의하여 가스 공급 개구부(17)가 순차 폐쇄된다. 가스 공급 개구부(17)는 폭이 좁은 슬릿 형상이기 때문에, 용접 비드(8)에 의하여 용이하게 폐쇄할 수 있어, 도 7에 나타내는 바와 같이 용접 접합부(5)의 이면측으로부터 보아도 용접 비드(8)의 폭을 균등하게 형성할 수 있다.
그 후, 도 8에 나타내는 바와 같이, U자 홈(12)의 내부에 용접 재료(25)가 녹아 들면서 본 용접이 행해져, U자 홈(12)의 내부에 용접 재료(25)가 충전된다. 이 본 용접의 도중에도, 용접 접합부(5)의 표면측으로부터 불활성 가스가 공급되기 때문에, 용접 비드(8)나 용접 재료(25)가 산화되는 일은 없다.
1개의 용접 접합부(5)의 둘레 방향으로 등간격으로 2~4개소 형성되는 가스 공급 개구부(17)는, 용접에 의하여 순차 폐쇄되고, 마지막 가스 공급 개구부(17)가 폐쇄되면, 보어(7)는, 그 내부에 불활성 가스가 충전된 상태로 밀폐된다. 이로 인하여, 보어(7)의 내부에 공기가 잔류하지 않아, 공기 중의 수분이나 불순물 등에 기인하는 로터 디스크(2, 3, 4)의 내부 부식이 방지된다.
이상과 같이, 본 실시형태에 관한 백실드 용접 방법은, 용접 접합부(5)(개선 돌출 단부(13))의 맞춤부에, 용접 비드(8)의 형성 방향을 따라 뻗어 있는 슬릿 형상의 가스 공급 개구부(17)를 형성하여, 여기로부터 용접 접합부(5)의 이면측으로 불활성 가스를 공급하면서 용접을 행하는 것이다.
이로 인하여, 종래의 둥근 구멍 형상의 가스 공급 구멍을 형성한 경우와 비교하여, 가스 공급 개구부(17)의 개구 면적을 동등 이상으로 하면서도, 그 폭을 현격하게 좁게 할 수 있어, 그 만큼, 가스 공급 개구부(17)의 위치에 있어서의 개선 돌출 단부(13)의 폭이 넓어져, 이 위치에 있어서의 개선 돌출 단부(13)의 단면 형상이 급변하는 것이 방지된다.
따라서, 용접이 가스 공급 개구부(17)의 위치에 접근했을 때에, 가스 공급 개구부(17)의 주위의 영역(A)(도 5 참조)으로 열이 빠져나가기 쉽고, 이로 인하여 가스 공급 개구부(17)의 근방에 열이 응집되어 개선 돌출 단부(13)가 녹아 내리는 용접 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 슬릿 형상으로 형성된 가스 공급 개구부(17)를 용접 비드(8)에 의하여 폐쇄할 때에는, 가스 공급 개구부(17)의 폭이 종래의 둥근 구멍 형상의 가스 공급 구멍보다 현격하게 좁기 때문에, 이를 용이하게 폐쇄할 수 있다. 이로 인하여, 가스 공급 개구부(17)가 있었던 부분도, 없었던 부분도 균등하게 용접 비드(8)를 형성할 수 있어, 용접 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 불활성 가스의 공급을 편평한 가스 공급관(19)에 의하여 행하여, 가스 공급 개구부(17)의 폭 치수 및 길이 치수를, 이 가스 공급관(19)을 삽입 통과할 수 있는 필요 최소한의 치수로 했기 때문에, 둥근 구멍 형상의 가스 공급 구멍과 비교하여 불활성 가스의 공급 유량을 저하시키는 일이 없이, 가스 공급 개구부(17)의 개구 면적(폭)을 최대한 작게 할 수 있다.
이로써, 용접이 가스 공급 개구부(17)에 접근했을 때에 가스 공급 개구부(17)의 주위에 열이 응집되는 것에 의한 개선 돌출 단부(13)의 녹아 내림을 더욱 유효하게 방지할 수 있다. 또한, 가스 공급 개구부(17)의 폭이 좁기 때문에, 용접 비드(8)에 의한 폐쇄가 보다 용이해져, 용접 비드(8)를 균등하게 형성하여 용접 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 9에 나타내는 바와 같이, 가스 공급 개구부(17)를 형성하는 한쪽의 절결부(21)와 다른쪽의 절결부(22)와의 맞춤 위치가 약간 어긋나도, 가스 공급 개구부(17)의 길이 방향의 유효 치수(L)의 감소율은 작기 때문에, 가스 공급 개구부(17)에 편평한 가스 공급관(19)을 삽입하여 불활성 가스를 주입할 수 있다.
이에 반해, 도 10에 나타내는 바와 같이, 종래의 둥근 구멍 형상의 가스 공급 구멍을 형성하는 절결부(C)의 맞춤 위치가 어긋나 버리면, 여기에 삽입할 수 있는 가스 공급관의 유효 직경(d)이 현저히 작아져 버린다. 예를 들면, 직경 5밀리의 절결부(C)가 1밀리 어긋난 경우에는, 여기에 삽입할 수 있는 가스 공급관의 직경(d)은 불과 3밀리로 한정되어 버린다.
[제 2 실시형태]
다음으로, 본 발명에 관한 백실드 용접 방법의 제 2 실시형태에 대해 설명한다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시형태를 나타내는 용접 접합부의 정면도이다. 여기에서는, 맞대어지는 2개의 로터 디스크(2, 3)(또는 3, 4)의 한쪽의 맞닿음 가장자리부(15)(개선 돌출 단부(13))에만 절결부(21)가 형성되어 있고, 다른쪽의 맞닿음 가장자리부(16)는 평탄한 채로 되어 있다. 이들 2개의 로터 디스크(2, 3)가 맞춰지면, 한쪽의 로터 디스크(2)에 형성된 절결부(21)의 개구 형상이 다른쪽의 로터 디스크(3)에 의하여 폐쇄되어, 제 1 실시형태와 동일한, 용접 비드(8)의 형성 방향을 따르는 방향으로 뻗어 있는 슬릿 형상의 가스 공급 개구부(27)가 형성된다. 그 외의 부분의 구성 및 가스 공급 개구부(27)의 기능은 제 1 실시형태와 동일하다.
이와 같이, 절결부(21)를 한쪽의 로터 디스크(2)의 맞닿음 가장자리부(15)에만 형성하면, 절결부(21)의 가공 깊이는 제 1 실시형태에 있어서의 가스 공급 개구부(17)의 배가 되지만, 다른쪽의 로터 디스크(3)의 맞닿음 가장자리부(16)에는 절결부를 가공할 필요가 없어지기 때문에, 로터 디스크(3)의 전가공이 용이해진다.
또한, 제 1 실시형태와 같이, 양측의 맞닿음 가장자리부(15, 16)에 절결부(21, 22)를 형성하여 가스 공급 개구부(17)를 형성한 경우에는, 양방의 절결부(21, 22)의 위치가 어긋난 경우에, 어긋난 분만큼 가스 공급 개구부(17)의 개구 면적이 감소되지만, 이 제 2 실시형태와 같이, 절결부(21)가 한쪽의 맞닿음 가장자리부(15)에만 형성되어 있으면, 절결부(21)의 위치 어긋남이 일어날 수 없어, 가스 공급 개구부(27)의 개구 면적이 감소할 우려가 없다. 또한, 절결부(21)의 위치를 맞추는 번거로움을 줄일 수 있다.
[제 3 실시형태]
도 12는 본 발명의 제 3 실시형태를 나타내는 용접 접합부의 종단면도이다. 이 용접 접합부(30)의 단면 형상은, 맞대어지는 로터 디스크(2, 3)(또는 3, 4) 중 한쪽, 예를 들면 로터 디스크(2)측에 대략 J자 형상의 반홈(31)과 절결부(32)가 형성되고, 다른쪽의 로터 디스크(3)에는 반홈도 절결부도 형성되어 있지 않다. 로터 디스크(2)와 로터 디스크(3)가 맞춰지면, 이른바 J형 개선 형상이 구성되고, 절결부(32)가 로터 디스크(3)에 폐쇄되어 가스 공급 개구부(34)가 된다. 가스 공급 개구부(34)의 기능은 제 1 실시형태의 가스 공급 개구부(17)와 동일하다.
이와 같이, 본 발명에 관한 백실드 용접 방법은, 제 1 실시형태에 나타낸 U형 개선 형상에 한정되지 않고, 상기의 J형 개선 형상이나, 그 이외의 개선 형상에도 적용할 수 있다. 또한, 개선 형상 이외의 맞댐 용접에도 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 각 실시형태의 구성에만 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 적절히 변경이나 개량을 더할 수 있으며, 이와 같이 변경이나 개량을 더한 실시형태도 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 한다.
예를 들면, 상기 실시형태에서는, 본 발명에 관한 백실드 용접 방법을 증기 터빈 로터(1)를 구성하는 로터 디스크(2, 3, 4)의 용접에 적용한 예에 대해 설명했지만, 증기 터빈 로터에 한정되지 않고, 백실드 용접이 곤란한 다른 용접 구조물에도 적용할 수 있다. 예를 들면, 두께가 두꺼운 강관끼리의 용접에 적합하다. 또한, 용접하는 대상물은 반드시 관 형상이 아니어도 된다.
1 : 증기 터빈 로터
2, 3, 4 : 로터 디스크(용접 모재)
5, 30 : 용접 접합부
7 : 보어
8 : 용접 비드
10, 11, 31 : 반홈
12 : U자 홈
13 : 개선 돌출 단부
15, 16 : 맞닿음 가장자리부
17, 27, 34 : 가스 공급 개구부
19 : 가스 공급관
21, 22, 32 : 절결부
25 : 용접 재료
G : 불활성 가스

Claims (5)

  1. 2개의 용접 모재를 맞닿게 하여, 이들 2개의 용접 모재의 이면측에 불활성 가스를 공급하면서, 상기 용접 모재의 표면측으로부터, 용접 비드를 이면측까지 용융되도록 형성하여 용접을 행하는 백실드 용접 방법으로서,
    맞닿게 한 2개의 상기 용접 모재의 맞춤부에, 상기 용접 모재의 표면측과 이면측을 연통시키고, 또한 상기 용접 비드의 형성 방향을 따라 뻗어 있는 슬릿 형상의 가스 공급 개구부가 형성되도록, 2개의 상기 용접 모재 중 적어도 한쪽의 맞닿음 가장자리부에 절결부를 형성하며,
    다음으로 상기 용접 모재의 맞닿음 가장자리부끼리를 맞닿게 하여 가고정함으로써, 상기 절결부에 의하여 상기 가스 공급 개구부를 형성하고,
    다음으로 상기 가스 공급 개구부로부터 상기 불활성 가스를 공급하면서, 상기 용접 비드를 형성하여, 상기 용접 비드에 의하여 상기 가스 공급 개구부를 폐쇄하는
    백실드 용접 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절결부는, 2개의 상기 용접 모재의 한쪽의 상기 맞닿음 가장자리부에만 형성되어 있는
    백실드 용접 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 불활성 가스의 공급은 편평한 가스 공급관에 의하여 행하고, 상기 가스 공급 개구부의 폭 치수 및 길이 치수는, 상기 가스 공급관을 삽입 통과할 수 있는 필요 최소한의 치수인
    백실드 용접 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 백실드 용접 방법을 이용하여 제작된 용접 구조물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급 개구부를 폐쇄하는 공정은, 상기 용접 모재의 표면측으로부터 상기 가스 공급 개구부를 통해 상기 용접 모재의 이면측으로 상기 불활성 가스를 공급하면서, 상기 용접 비드를 형성하여, 상기 용접 비드에 의하여 상기 가스 공급 개구부를 폐쇄하는 공정인
    백실드 용접 방법.
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