KR102015508B1 - 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금 및 이를 이용한 용접방법 - Google Patents

일렉트로 가스 아크 용접용 동담금 및 이를 이용한 용접방법 Download PDF

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Abstract

일렉트로 가스 용접용 동담금을 이용하여 판 내부의 일렉트로 가스 용접부를 용접한 후 표면부의 플럭스 코어드 아크 용접부를 용접하는 극후판 용접방법이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금을 이용한 용접방법은, 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금을 판의 제1면에 삽입하여 판 두께 내부의 일렉트로 가스 아크 용접부를 용접하는 단계; 상기 제1면에 마련되는 제1 플럭스 코어드 아크 용접부를 용접하는 단계; 및 상기 제1면에 반대되는 제2면에 마련되는 제2 플럭스 코어드 아크 용접부를 용접하는 단계;를 포함한다.

Description

일렉트로 가스 아크 용접용 동담금 및 이를 이용한 용접방법{COPPER SHOE FOR ELECTRO GAS ARC WELDING AND WELDING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 일렉트로 가스 아크 용접방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일렉트로 가스 용접용 동담금을 이용하여 판 내부의 일렉트로 가스 용접부를 용접한 후 표면부의 플럭스 코어드 아크 용접부를 용접하는 극후판 용접방법에 관한 것이다.
일렉트로 가스 아크 용접방법은 최근 조선에서 사용하고 있는 판 두께 20mm 이상의 후판의 용접 생산성을 높이기 위하여 적용되고 있는 용접방법이다. 후판 두께 20 내지 60mm는 주로 한 개의 전극이 적용되는 싱글 일렉트로 가스 아크 용접이, 60mm 이상의 극후판에는 전극 두개가 적용되는 텐덤 일렉트로 가스 아크 용접이 적용된다. 이와 같은 일렉트로 가스 아크 용접은 모재 전두께를 1층 용접으로 완료하거나, 대부분의 두께를 일렉트로 가스 아크 용접으로 행하고 나머지 부분을 다층 용접법을 적용하여 용접을 완료하게 된다. 따라서 용접 생산성을 위하여는 가능한 일렉트로 가스 용접으로 행하는 것이 유리하다. 이와 같은 일렉트로 가스 아크 용접방법은 선박 건조 단계의 용접 생산성 측면에는 유리하지만, 대입열 용접 적용에 따라 용접부 성능 저하, 결함 발생 등이 문제점으로 지적되고 있다. 대입열 용접부는 선박에서 하중을 크게 받는 부분에 주로 적용됨에 따라, 용접부 성능 저하나 용접 결함 발생은 선박 안전성에 크게 영향을 미치게 된다. 특히 용접 결함 중 용접 전면부에서 주로 발생하는 용입 부족 현상은 선박 운항 중에 피로균열의 기점으로 작용하는 것으로 보고되어, 선박 건조 중 결함의 발생 방지에 주의를 기울이고 있다.
선박 등과 같은 용접 구조물에 있어서 일렉트로 가스 용접부는 구조체 표면에 존재하고 있어 용접 중 적용되는 대입열 용접에 의한 용접부 성능 저하 및 용접 결함은 사용 중 부가되는 하중에 의하여 피로균열의 발생이 매우 용이하게 되고, 이러한 피로균열은 사용 중에 선박의 파손이나 구조물 붕괴 등과 같은 치명적인 사고와 직결할 수 있어, 선박 등의 용접 구조물 안전성 확보를 위한 대책이 크게 요구되고 있다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 고안된 것으로, 일렉트로 가스 아크 용접부를 판 두께 내부에 형성하기 위하여 이를 위한 용접부 개선 형상을 설계하고, 용접이음부 형상에 적합한 숄더를 구비한 수냉형 슬라이딩 동담금을 사용하여 판 두께 내부를 일렉트로 가스 아크 용접을 실현함으로써, 용접 생산성 및 용접이음부의 안전성을 향상시킬 수 있는 일렉트로 가스 아크 용접방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금은, 판의 표면부에 마련되는 플럭스 코어드 아크 용접부의 개선각보다 작은 개선각을 갖도록 판 두께 내부에 마련되는 일렉트로 가스 아크 용접부를 용접하기 위한 수냉형 슬라이딩 동담금에 있어서, 상기 동담금은 용접이음부 삽입부; 및 숄더부;를 포함하고, 상기 용접이음부 삽입부는 상기 플럭스 코어드 아크 용접부의 형상에 대응하도록 판 두께 중심방향으로 돌출된 형상으로 마련된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용접이음부 삽입부는 용융물 접촉부를 포함하고, 상기 용융물 접촉부는 상기 일렉트로 가스 아크 용접부의 비드폭보다 1 내지 8mm 작게 마련될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용접이음부 삽입부는 상기 플럭스 코어드 아크 용접부의 용입깊이와 동일한 높이로 돌출되도록 마련될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용접이음부 삽입부의 양 측면은 상기 플럭스 코어드 아크 용접부의 개선각과 동일한 각도로 경사지게 마련될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 숄더부는 상기 플럭스 코어드 아크 용접부의 비드폭보다 10 내지 40mm 크게 마련될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 동담금은 보호가스 공급부; 냉각부; 및 고정홈;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금을 이용한 용접방법은, 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금을 판의 제1면에 삽입하여 판 두께 내부의 일렉트로 가스 아크 용접부를 용접하는 단계; 상기 제1면에 마련되는 제1 플럭스 코어드 아크 용접부를 용접하는 단계; 및 상기 제1면에 반대되는 제2면에 마련되는 제2 플럭스 코어드 아크 용접부를 용접하는 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 일렉트로 가스 아크 용접부를 용접하는 단계는, 상기 제2 플럭스 코어드 아크 용접부를 백킹한 다음 용접할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 일렉트로 가스 아크 용접부는 루트 갭을 갖는 V형 형상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 일렉트로 가스 아크 용접부는 루트 갭을 갖는 X형 형상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 일렉트로 가스 아크 용접부는 루트면을 갖는 양면 V형 형상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 일렉트로 가스 아크 용접부를 용접하는 단계는, 텐덤 일렉트로 가스 아크 용접을 이용하여 용접할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 일렉트로 가스 아크 용접부를 용접하는 단계는, 비전극 와이어를 동시에 사용하는 트윈 토치 일렉트로 가스 아크 용접을 이용하여 용접할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 플럭스 코어드 아크 용접부를 용접하는 단계는, 다층 용접방법을 이용하여 용접할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기존 극후물 강재의 고능률 용접을 위하여 적용한 일렉트로 가스 아크 용접에 의한 대입열 용접부 성능 저하 또는 전면 부근에 주로 발생하는 용입 부족과 같은 용접 결함이, 숄더가 있는 수냉형 슬라이딩 동담금을 활용하여 판 두께 중심부근에 대입열 용접부를 적용하고 전면과 이면을 용접부 성능이 우수한 플럭스 코어드 아크 용접을 형성함에 따라 성능이 우수하고, 무결함 용접이음부를 얻을 수 있다.
특히 판 두께 내부 대입열 용접부를 X형 또는 루트면이 있는 양면 V형 이음부를 적용하는 경우, 고속용접에 의한 용접 생산성 향상은 물론 저입열 용접에 의해 용접부 성능을 크케 향상 시킬 수 있다.
이와 함께 용접속도의 상승은 용접 생산성을 크게 개선함에 따라 대형 선박 등과 같은 용접구조물 제작 시 제조 원가 절감은 물론 고부가가치화에 크게 기여할 수 있다.
도 1은 기존 일렉트로 가스 아크 용접이음부의 형상을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 루트 갭을 갖는 V형 용접이음부를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금의 우측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금의 상면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 루트 갭을 갖는 X형 용접이음부를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 루트 면을 갖는 양면 V형 용접이음부를 나타내는 단면도이다.
도 8 및 9는 V형 용접이음부에 대한 싱글 및 트윈 토치 일렉트로 가스 아크 용접방법을 나타내는 도면이다.
도 10 내지 13은 V형 용접이음부에 대한 텐덤 일렉트로 가스 아크 용접방법 및 이들에 트윈 토치 일렉트로 가스 아크 용접방법을 적용한 실시예들을 나타내는 도면이다.
도 14 내지 17은 X형 용접이음부에 대한 텐덤 일렉트로 가스 아크 용접방법 및 이들에 트윈 토치 일렉트로 가스 아크 용접방법을 적용한 실시예들을 나타내는 도면이다.
도 18 내지 21은 양면 V형 용접이음부에 대한 텐덤 일렉트로 가스 아크 용접방법 및 이들에 트윈 토치 일렉트로 가스 아크 용접방법을 적용한 실시예들을 나타내는 도면이다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
상술한 바와 같이, 종래의 일렉트로 가스 아크 용접은 모재 전두께를 1층 용접으로 완료하거나, 대부분의 두께를 일렉트로 가스 아크 용접으로 행하고 나머지 부분을 다층 용접법을 적용하여 용접을 완료하게 된다. 이를 개선하여 용접 생산성과 동시에 저입열 용접에 의한 용접부 성능을 향상시키기 위해서는 용접이음부의 설계가 선행되어야 한다.
도 1은 기존 일렉트로 가스 아크 용접이음부의 형상을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기존 용접이음부는 루트 갭(G)을 갖는 비대칭 X형상으로 이루어져, 판 전면의 일렉트로 가스 아크 용접부(A1)는 D1의 용입깊이, W1의 비드폭, α1의 개선각을 가지며, 판 이면의 플럭스 코어드 아크 용접부(A2')는 D2'의 용입깊이, α2'의 개선각을 가진다.
이러한 기존 용접이음부는 판 이면의 플럭스 코어드 아크 용접부(A2')를 백킹한 후, 일렉트로 가스 아크 용접부(A1)에 일렉트로 가스 아크 용접(이하 "EGW 용접"라 한다)하고, 플럭스 코어드 아크 용접부(A2')를 플럭스 코어드 아크 용접(이하 "FCAW 용접"라 한다)한다.
기존의 용접이음부 형상 및 용접방법에 따를 경우, 판 전면의 표면부에 EGW 용접에 의한 대입열 용접부가 형성되어 구조물 사용환경 하에서 피로하중에 의해 피로균열이 발생할 수 있다.
이에, 본 발명에서는 판 두께 내부에 일렉트로 가스 아크 용접부(A1)을 마련되고, 판의 전면과 이면 표면부에 상기 일렉트로 가스 아크 용접부(A1)의 개선각보다 큰 개선각을 갖도록 플럭스 코어드 아크 용접부(A2, A2')가 마련되는 용접이음부를 설계하였다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 루트 갭을 갖는 V형 용접이음부를 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 루트 갭(G)을 갖는 V형 용접이음부는 판 두께 내부에 V형의 일렉트로 가스 아크 용접부(A1)가 마련되며, 일렉트로 가스 아크 용접부(A1)는 D1의 용입깊이, W1의 비드폭, α1의 개선각을 갖는다. 또한, 판의 전면과 이면 표면부에는 상기 일렉트로 가스 아크 용접부(A1)의 전후측과 연결되도록 제1 및 제2 플럭스 코어드 아크 용접부(A2, A2')가 마련되며, 각각 D2, D2'의 용입깊이, α2, α2'의 개선각을 갖는다. 제1 플럭스 코어드 아크 용접부(A2)는 W2의 비드폭을 갖는다.
본 발명에 따른 루트 갭(G)을 갖는 V형 용접이음부 내 일렉트로 가스 아크 용접부(A1)를 용접하기 위해서는, 일렉트로 가스 아크 용접부(A1)와 제1 플럭스 코어드 아크 용접부(A2)의 경계면까지만 EGW 용접이 수행되어야 할 필요가 있다. 이를 위해 본 발명의 수냉형 슬라이딩 동담금이 사용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금(10)에 대하여 설명한다.
도 3 내지 5는 본 발명의 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금의 정면도, 우측면도 및 상면도를 나타낸다.
도 3에 나타난 정면도는 용접부의 위치에서 동담금(10)을 바라본 것이다. 동담금(10)은 정면에 용접이음부 삽입부(1)와 보호가스를 보호가스 공급부(3)로부터 공급받아 용접이음부에 배출하는 보호가스 배출부(3')가 마련되며, 후면에는 냉각수가 공급 및 배출되는 냉각부(4), 고정홈(5)이 마련된다. 동담금의 측면에는 용접이음부에서의 상진 슬라이딩을 위한 숄더부(2)가 마련된다.
용접이음부 삽입부(1)는 제1 플럭스 코어드 아크 용접부(A2)의 형상에 대응하도록 판 두께 중심방향으로 돌출된 사다리꼴 형상으로 마련될 수 있다. 상기 돌출된 용접이음부 삽입부(1)를 우측면에서 바라보는 경우를 도 4에 도시하였다. 상기 돌출된 용접이음부 삽입부(1)를 위에서 내려다보는 경우를 나타내는 도 5를 참조하면, 상기 사다리꼴 형상을 확인할 수 있다.
사다리꼴 형상의 윗변에 해당하는 용융물 접촉부(1')는 일렉트로 가스 아크 용접부(A1)와 접촉되며, 상술한 일렉트로 가스 아크 용접부(A1)와 제1 플럭스 코어드 아크 용접부(A2)의 경계면에 대응될 수 있다. 그러나 원활한 상진 슬라이딩을 위해 상기 용융물 접촉부(1')는 일렉트로 가스 아크 용접부(A1)의 비드폭(W1)보다 1 내지 8mm 작게 마련될 수 있다.
용융물 접촉부(1')가 일렉트로 가스 아크 용접부(A1)의 비드폭(W1)보다 1mm 미만으로 작은 경우 용접 중에 용접 변형에 의하여 용접이음부 삽입부(1)가 용접이음부에 끼여 용접이 불가능해질 우려가 있으며, 8mm 초과하여 작은 경우 용접이음부 삽입부(1) 좌우 측면과 용접이음부 사이의 틈이 커져 용융물이 흘러 나올 우려가 있다.
또한, 사다리꼴 형상의 양측 옆변에 해당하는 용접이음부 삽입부(1)의 양 측면은 상기 제1 플럭스 코어드 아크 용접부(A2)의 개선각(α2)과 동일한 각도로 경사지게 마련될 수 있으며, 사다리꼴 형상의 높이에 해당하는 용접이음부 삽입부(1)의 돌출 길이는 상기 제1 플럭스 코어드 아크 용접부(A2)의 용입깊이(D2)와 동일할 수 있다.
이와 같이, 동담금(10)의 용접이음부 삽입부(1)를 제1 플럭스 코어드 아크 용접부(A2)의 형상과 대응하도록 마련함으로써, 용접이음부 삽입부(1)를 용접이음부에 삽입하여 용접할 수 있다.
동담금(10)의 숄더부(2)는 용접 중 발생할 수 있는 용융물이 새어 나오는 경우를 막아주는 역할과 모재 표면에 안정하게 부착되여 슬라이딩을 원할하게 하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 제1 플럭스 코어드 아크 용접부(A2)의 비드폭(W2)보다 10 내지 40mm 크게 마련될 수 있다. 숄더부(2)의 길이가 상기 제1 플럭스 코어드 아크 용접부(A2)의 비드폭(W2)보다 10mm 미만으로 클 경우 모재와의 접촉 면적이 작아 동담금(10)의 안정된 부착이 곤란하며, 40mm를 초과하여 클 경우 동담금(10)의 무게가 지나치게 증가하여 슬라이딩이 어렵게 될 우려가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금을 이용한 용접방법은, 루트 갭(G)을 갖는 V형 용접이음부의 판 이면의 제2 플럭스 코어드 아크 용접부(A2)를 백킹한 다음, 본 발명에 따른 동담금(10)을 이용하여 일렉트로 가스 아크 용접부(A1)를 EGW 용접할 수 있다. 이어서, 판의 전면과 후면의 제1 및 제2 플럭스 코어드 아크 용접부(A2, A2')를 FCAW 용접으로 다층 용접할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 용접이음부의 형상은 상기 루트 갭(G)을 갖는 V형 용접이음부 외에 루트 갭(G)을 갖는 X형 용접이음부 또는 루트 면(S)을 갖는 양면 V형 용접이음부일 수 있다.
도 6 및 7은 본 발명의 실시예에 따른 루트 갭을 갖는 X형 용접이음부 및 루트 면을 갖는 양면 V형 용접이음부를 나타내는 단면도이다.
도 6 및 7을 참조하면, 상기 X형 용접이음부 및 양면 V형 용접이음부는 판 두께 내부의 일렉트로 가스 아크 용접부(A1)의 형상을 제외하고는, 판의 전면과 이면에 제1 및 제2 플럭스 코어드 아크 용접부(A2, A2')가 마련되는 점은 동일하다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금(10)을 이용한 용접방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금(10)을 이용한 용접방법은, 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금(10)을 판의 제1면에 삽입하여 판 두께 내부의 일렉트로 가스 아크 용접부(A1)를 용접하는 단계; 상기 제1면에 마련되는 제1 플럭스 코어드 아크 용접부(A2)를 용접하는 단계; 및 상기 제1면에 반대되는 제2면에 마련되는 제2 플럭스 코어드 아크 용접부(A2')를 용접하는 단계;를 포함한다.
상술한 바와 같이, 일렉트로 가스 아크 용접부(A1)를 EGW 용접하기 위해 판의 제2면에 마련되는 제2 플럭스 코어드 아크 용접부(A2')를 백킹한 다음 동담금(10)을 이용하여 용접할 수 있다. 백킹은 후판 용접 분야에서 통상적으로 사용되는 세라믹 재질의 백킹재를 사용할 수 있다.
일렉트로 가스 아크 용접용 동담금(10)은 용접이음부 삽입부(1)가 제1 플럭스 코어드 아크 용접부(A2)에 삽입되고 숄더부(2)가 제1 플럭스 코어드 아크 용접부(A2) 외측의 모재 표면에 안착되어 설치될 수 있다.
이때, 일렉트로 가스 아크 용접부(A1)을 용접하는 단계는, 도 8에 도시된 바와 같이 하나의 전극을 사용하는 싱글 EGW 용접(100)으로 수행될 수 있다.
또는, 일렉트로 가스 아크 용접부(A1)을 용접하는 단계는, 전극 와이어(111)와 함께 비전극 와이어(112)를 동시에 사용하는 트윈 토치 EGW 용접(110)으로 수행될 수 있다. 도 9에는 V형 용접이음부에 대한 트윈 토치 일렉트로 가스 아크 용접방법을 나타내었다. 트윈 토치 EGW 용접(110)으로 일렉트로 가스 아크 용접부(A1) 용접을 수행할 경우, 저입열 고속 용접이 가능하여 용접부 충격인성 및 용접 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 9에 도시한 V형 용접이음부 외에도 루트 갭(G)을 갖는 X형 용접이음부 및 루트 면(S)을 갖는 양면 V형 용접이음부에 싱글 또는 트윈 토치 EGW 용접(100, 110)을 수행할 수 있음은 물론이다.
한편, 판의 두께가 60mm 이상인 극후판의 경우, 일렉트로 가스 아크 용접부(A1)을 용접하는 단계는 도 10에 도시된 바와 같이 2개의 전극 와이어(200, 300)를 사용하는 텐덤 EGW 용접으로 수행될 수 있다. 2개의 전극 와이어(200, 300)를 사용함으로써 용접 효율이 향상될 수 있다.
또한, 상기 텐덤 EGW 용접에, 저입열 고속 용접을 위해 비전극 와이어를 동시에 사용하는 트윈 토치 EGW 용접을 적용할 수 있다. 텐덤 EGW 용접의 전면부 전극(211)과 후면부 전극(311)을 나누어, 비전극 와이어(212, 312)가 각각 또는 모두에 추가적으로 적용될 수 있다.
도 10 내지 13은 V형 용접이음부에 대한 텐덤 일렉트로 가스 아크 용접방법 및 이들에 트윈 토치 일렉트로 가스 아크 용접방법을 적용한 실시예들을 나타낸다. 도 11에는 전면부와 후면부 모두에 트윈 토치 EGW 용접(210, 310)을 적용한 실시예를 나타내며, 도 12는 전면부에만 트윈 토치 EGW 용접(210)을 적용한 실시예를, 도 13은 후면부에만 트윈 토치 EGW 용접(310)을 적용한 실시예를 나타낸다.
상기 텐덤 EGW 용접 및 트윈 토치 EGW 용접이 적용된 텐덤 EGW 용접은, V형 용접이음부 외에도 루트 갭(G)을 갖는 X형 용접이음부 및 루트 면(S)을 갖는 양면 V형 용접이음부에 동일하게 수행될 수 있다.
도 14 내지 17은 X형 용접이음부에 대한 텐덤 일렉트로 가스 아크 용접방법 및 이들에 트윈 토치 일렉트로 가스 아크 용접방법을 적용한 실시예들을 나타낸다. 도 14는 X형 용접이음부에 텐덤 일렉트로 가스 아크 용접을 수행하는 실시예를 나타낸다. 이를 기초로 하여, 도 15에는 전면부와 후면부 모두에 트윈 토치 EGW 용접(210, 310)을 적용한 실시예를 나타내며, 도 16은 전면부에만 트윈 토치 EGW 용접(210)을 적용한 실시예를, 도 17은 후면부에만 트윈 토치 EGW 용접(310)을 적용한 실시예를 나타낸다.
도 18 내지 21은 양면 V형 용접이음부에 대한 텐덤 일렉트로 가스 아크 용접방법 및 이들에 트윈 토치 일렉트로 가스 아크 용접방법을 적용한 실시예들을 나타낸다. 도 18은 양면 V형 용접이음부에 텐덤 일렉트로 가스 아크 용접을 수행하는 실시예를 나타낸다. 이를 기초로 하여, 도 19에는 전면부와 후면부 모두에 트윈 토치 EGW 용접(210, 310)을 적용한 실시예를 나타내며, 도 20은 전면부에만 트윈 토치 EGW 용접(210)을 적용한 실시예를, 도 21은 후면부에만 트윈 토치 EGW 용접(310)을 적용한 실시예를 나타낸다.
상술한 일렉트로 가스 아크 용접방법을 이용하여 판 두께 내부의 일렉트로 가스 아크 용접부(A1)을 용접한 후, 제1면 및 제2면에 존재하는 슬래그, 스패터 등을 제거하기 위해 연마 작업을 수행할 수 있다.
연마 작업 수행 후, 제1 및 제2 플럭스 코어드 아크 용접부(A2, A2')를 FCAW 용접하여 전두께 용접을 완료할 수 있다. 이때, FCAW 용접은 다층 용접방법을 이용할 수 있다.
이러한 본 발명의 용접방법에 따를 때, EGW 용접에 의한 대입열 용접부가 판의 표면에 존재하지 않으며, 특히 용입 부족과 같은 용접 결함도 발생하지 않는 고성능 용접부를 얻을 수 있다.
이하 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
실시예
표 1은 기존 방법과 본 발명을 적용한 실시예로서 판 두께 내부 EGW 용접부 형상을 수치로 나타낸 것으로, 강재는 선급용 EH40 90mmt를 대상으로 하였으며, 텐덤 일렉트로 가스 아크 용접을 깊이 70mm에 대하여 적용하였다.
구분 전면부 이면부 루트부 단면적
(mm2)		 용접 속도
(cm/min)		 입열량
(kJ/cm)
개선각
α1
(°)		 용입
깊이
D1
(mm)		 비드폭
W1
(mm)		 개선각
α1'
(°)		 용입
깊이
D1'
(mm)		 갭
G
(mm)		 면
S
(mm)
비교예 16 70 29.68 - - 10 - 1,389 3.65 552
실시예1
(V형)		 16 70 29.68 - - 10 - 1,389 3.76 510
실시예2
(X형)		 16 35 23.84 4 35 14 - 1,195 4.27 450
실시예3
(양면V형)		 16 30 22.43 4 20 14 10 980 5.05 380
구분 제1 플럭스 코어드 아크 용접부
(A2)		 제2 플럭스 코어드 아크 용접부
(A2')		 입열량
(kJ/cm)
개선각
α2
(°)		 용입 깊이
D2
(mm)		 비드폭
W2
(mm)		 개선각
α2'
(°)		 용입 깊이
D2'
(mm)
비교예 - - - 30 20 15
실시예1
(V형)		 70 10 43.68 10
실시예2
(X형)		 37.84
실시예3
(양면V형)		 36.43
도 3에 나타난 기존 용접이음부 형상을 비교예로 하여, 개선각(α1)은 16°, 용입 깊이(D1)은 70mm로 동일하게 하고 1층 용접을 하였으며, 입열량은 약 552 kJ/cm를 적용하였다. 판 이면의 플럭스 코어드 아크 용접부(A2')는 개선각(α2') 30°, 용입깊이(D2')는 20mm로 설계하였으며, 입열량 15kJ/cm로 다층 용접 하였다.
판 두께 내부에 EGW 용접을 적용하는 본 발명의 실시예의 경우, 표면의 전면부 및 이면부는 각각 용입 깊이 10mm씩 FCAW 용접을 하도록 용접이음부를 설계하였으며, 상세 이음부 형상은 표 2에 나타내었다. 판 두께 내부 EGW 용접을 위해 실시예 1은 V형 용접이음부, 실시예 2는 X형 용접이음부, 실시예 3은 루트면이 있는 양면 V형 용접이음부로 하였다.
실시예 1을 위한 동담금은 용융물 접촉부(1')의 폭이 비드폭(W1)보다 좁은 26mm로 하고, 용접이음부 삽입부(1) 높이는 제1 플럭스 코어드 아크 용접부(A2) 용입깊이(D2)인 10mm로, 용접이음부 삽입부(1) 양 측면의 각도는 제1 플럭스 코어드 아크 용접부(A2) 개선각(α2)인 좌우 양측 35°로 하고, 숄더부(2)는 제1 플럭스 코어드 아크 용접부(A2)의 비드폭(W2)보다 약 20mm 넓게 하여 63mm로 하였다.
실시예 2를 위한 동담금은 용융물 접촉부(1')의 폭이 비드폭(W1)보다 좁은 20mm로 하고, 용접이음부 삽입부(1) 높이는 제1 플럭스 코어드 아크 용접부(A2) 용입깊이(D2)인 10mm로, 용접이음부 삽입부(1) 양 측면의 각도는 제1 플럭스 코어드 아크 용접부(A2) 개선각(α2)인 좌우 양측 35°로 하고, 숄더부(2)는 제1 플럭스 코어드 아크 용접부(A2)의 비드폭(W2)보다 약 20mm 넓게 하여 57mm로 하였다.
실시예 3을 위한 동담금은 용융물 접촉부(1')의 폭이 비드폭(W1)보다 좁은 18mm로 하고, 용접이음부 삽입부(1) 높이는 제1 플럭스 코어드 아크 용접부(A2) 용입깊이(D2)인 10mm로, 용접이음부 삽입부(1) 양 측면의 각도는 제1 플럭스 코어드 아크 용접부(A2) 개선각(α2)인 좌우 양측 35°로 하고, 숄더부(2)는 제1 플럭스 코어드 아크 용접부(A2)의 비드폭(W2)보다 약 20mm 넓게 하여 56mm로 하였다.
실시예 1 내지 3의 판 두께 내부를 1층 용접으로 텐덤 EGW 용접 완료한 후, 일렉트로 가스 아크 용접부(A1) 전면 및 이면의 표면에 존재하는 슬래그나 용접 결함(용입부족 또는 언더컷 등)을 연마를 통하여 제거하고, 상기 표 2와 같이 제1 및 제2 플럭스 코어드 아크 용접부(A2, A2')에 FCAW 용접을 실시하였다.
비교예의 경우 EGW 용접 속도가 3.65cm/min이었으며, 실시예 1은 3.76cm/min, 실시예 2는 4.27cm/min, 실시예 3은 5.05cm/min로 V형에 비하여 용접 생산성이 약 14%, 34% 정도 개선됨을 알 수 있다.
용접 입열량은 비교예는 552kJ/cm인데 비하여, 실시예 1은 510kJ/cm로 비교예와 유사한 특성을 보인 반면, 실시예 2 및 3의 경우는 450, 380kJ/cm로 감소하여 저입열 용접이 가능하였다. 이와 같은 저입열의 효과는 아래 표 3에 나타난 바와 같이 용접부의 인성 향상으로 나타난다.
구분 일렉트로 가스 아크 용접부 충격인성
(-20℃, J)		 플럭스 코어드 아크 용접부 충격인성
(-20℃, J)
용접금속 퓨전라인 용접방법 용접금속 퓨전라인
비교예 58 73 EGW 58 73
실시예1
(V형)		 65 85 FCAW 113 123
실시예2
(X형)		 102 150 FCAW 108 135
실시예3
(양면V형)		 124 176 FCAW 121 133
즉 비교예의 용접금속, 퓨전라인 충격인성은 58J, 73J이고 실시예 1은 65J, 85J인데 반하여, 실시예 2는 102J, 150J, 실시예 3은 124J, 176J로 용접이음부 개선 형상의 변화는 대입열 용접부 인성 개선을 가능케 하여 용접부 성능 향상을 실현할 수 있다. 이러한 원인은 입열량 저하가 대입열 용접부 조직 조대화를 억제함에 따라 용접부 조직 미세화를 실현했기 때문이라 판단된다. 특히 구조물의 사용환경 하에서 작용하는 피로하중에 의하여 피로균열이 우선적으로 발생하는 표면 부근에서의 용접부 인성은 기존 방법의 경우 대입열 용접부가 표면에 형성되어 있어, 본 발명에서 제시한 실시예들의 경우는 표면 부근에 미세한 용접부 조직을 나타내는 FCAW 용접부로서 기존 방법에 비하여 우수한 용접부 인성을 나타내었다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
1: 용접이음부 삽입부 2: 숄더부
3: 보호가스 공급부 4: 냉각부
5: 고정홈 10: 동담금
100: 싱글 EGW 용접 110: 트윈 토치 EGW 용접
200: 전면부 텐덤 EGW 용접 210: 전면부 트윈 토치 EGW 용접
300: 후면부 텐덤 EGW 용접 310: 후면부 트윈 토치 EGW 용접
A1: 일렉트로 가스 아크 용접부
α1: 일렉트로 가스 아크 용접부 개선각
W1: 일렉트로 가스 아크 용접부 비드폭
D1: 일렉트로 가스 아크 용접부 용입깊이
A2: 제1 플럭스 코어드 아크 용접부
α2: 제1 플럭스 코어드 아크 용접부 개선각
W2: 제1 플럭스 코어드 아크 용접부 비드폭
D2: 제1 플럭스 코어드 아크 용접부 용입깊이
A2': 제2 플럭스 코어드 아크 용접부
α2': 제2 플럭스 코어드 아크 용접부 개선각
D2': 제2 플럭스 코어드 아크 용접부 용입깊이

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 용접이음부 삽입부 및 숄더부를 포함하는 일렉트로 가스 아크 용접용 수냉형 슬라이딩 동담금을 판의 제1면에 삽입하여 판 두께 내부의 일렉트로 가스 아크 용접부를 용접하는 단계;
    상기 제1면에 마련되는 제1 플럭스 코어드 아크 용접부를 용접하는 단계; 및
    상기 제1면에 반대되는 제2면에 마련되는 제2 플럭스 코어드 아크 용접부를 용접하는 단계;를 포함하고,
    상기 동담금의 용접이음부 삽입부는 상기 제1 플럭스 코어드 아크 용접부의 형상에 대응하도록 판 두께 중심방향으로 돌출된 형상이며,
    용접이음부는 상기 제1 및 제2 플럭스 코어드 아크 용접부의 개선각이 상기 일렉트로 가스 아크 용접부의 개선각보다 큰, 루트갭을 갖는 V형, 루트갭을 갖는 X형 또는 루트면을 갖는 양면 V형 형상인 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금을 이용한 용접방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 일렉트로 가스 아크 용접부를 용접하는 단계는,
    상기 제2 플럭스 코어드 아크 용접부를 백킹한 다음 용접하는 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금을 이용한 용접방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 일렉트로 가스 아크 용접부를 용접하는 단계는,
    텐덤 일렉트로 가스 아크 용접을 이용하여 용접하는 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금을 이용한 용접방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 일렉트로 가스 아크 용접부를 용접하는 단계는,
    비전극 와이어를 동시에 사용하는 트윈 토치 일렉트로 가스 아크 용접을 이용하여 용접하는 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금을 이용한 용접방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 텐덤 일렉트로 가스 아크 용접은,
    비전극 와이어를 동시에 사용하는 트윈 토치 일렉트로 가스 아크 용접을 이용하여 용접하는 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금을 이용한 용접방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 플럭스 코어드 아크 용접부를 용접하는 단계는,
    다층 용접방법을 이용하여 용접하는 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금을 이용한 용접방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 용접이음부 삽입부는,
    상기 일렉트로 가스 아크 용접부의 비드폭보다 1 내지 8mm 작은 용융물 접촉부를 포함하며,
    상기 제1 플럭스 코어드 아크 용접부의 용입깊이와 동일한 높이로 돌출되며,
    양 측면은 상기 제1 플럭스 코어드 아크 용접부의 개선각과 동일한 각도로 경사진 것을 특징으로 하는 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금을 이용한 용접방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 숄더부는 상기 제1 플럭스 코어드 아크 용접부의 비드폭보다 10 내지 40mm 큰 것을 특징으로 하는 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금을 이용한 용접방법.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 동담금은 보호가스 공급부; 냉각부; 및 고정홈;을 더 포함하는 일렉트로 가스 아크 용접용 동담금을 이용한 용접방법.
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