KR102020416B1 - 용접용 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접시 열영향부(HAZ)에서 결정립의 성장을 억제할 수 있는 용접용 냉각장치에 관한 것으로, 이는 용접 수단과 연동하여 이동하면서 용접되는 모재의 용접부를 냉각시키는 용접용 냉각장치에 있어서, 내부에 냉매 유로가 형성된 본체; 및 상기 본체의 아래로 뻗은 복수의 연장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

용접용 냉각장치 {Cooling apparatus for welding}

본 발명은 용접시 열영향부(HAZ)에서 결정립의 성장을 억제할 수 있는 용접용 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로, 일렉트로 가스 용접(EGW: Electro Gas Welding, 이하 EGW라 함)은 서브머지드 아크 용접(Submerged Arc Welding)과 함께 고입열 용접법의 하나로서, 선박, 교량 등의 폭넓은 분야에 적용되고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 EGW 장치를 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, EGW 장치는 동 재질의 슈(Shoe; 10)와 이면재(Backing; 20)로 용접부를 막은 후 예컨대 이산화탄소와 같은 보호가스 분위기에서 용접 토치(30)로 아크(Arc)를 발생시키고 아크 열에 의해 용접재료인 모재(1)와 와이어를 용융시켜 접합하는 장치이다. 용접 토치가 슈와 함께 이동하면서 용접 작업을 수행하게 된다.

여기서, 슈(10)는 그 상부에 대기가 용접부에 침입하지 않도록 방지하는 예컨대 이산화탄소와 같은 보호가스를 분출하는 가스 분출구(11)가 구비되어 있다. 또한, 슈가 용접부와 근접하여 위치하기 때문에 슈의 냉각을 위한 냉각수용 입구(12)와 출구(13)를 포함한 냉각수로(미도시)가 슈의 내부에 마련되어 있다.

이러한 EGW 장치의 경우 기본적으로 용접속도에 따라 입열량이 좌우되는 경향을 가진다. 그런데, 용접속도는 용접하고자 하는 모재의 두께에 따라, 그리고 전압 및 전류량에 따라 변화하게 된다. 만약 전압 및 전류가 동일하면, 용접속도는 모재의 두께에 따라 결정되고, 결국 모재의 두께에 따라 입열량이 정해지게 된다. 예컨대, 두꺼운 모재의 경우에는 고입열로 되고, 반면에 얇은 모재에서는 용접속도가 증가하여 상대적으로 저입열로 변경될 수 있다.

다른 한편으로, 열전달은 두꺼운 모재의 경우에는 빠르게 나타나고, 얇은 모재는 느리게 나타난다. 즉, 열영향부는 모재의 두께에 상관없이 거의 유사하게 나타난다고 말할 수 있다.

여기서, 고입열의 EGW를 실시할 경우 열영향부에는 고입열로 인해 결정립의 성장이 이루어지게 된다. 예를 들어, 강재로 된 후판을 고입열의 EGW로 용접하게 되면, 이는 변태온도인 A1 및 A3점을 상회하는 온도로 올라가게 되고, 이에 따라 짧은 시간이 지나더라도 결정립의 성장이 필연적으로 발생한다.

도 1에 도시된 종래기술에 따른 EGW 장치 중에서 슈(10)는 그 내부에 냉각수를 흘려보내어 용접부의 표면을 냉각시킨다. 이러한 슈는 용융금속이 흘러내리지 않게 하면서 슬래그(Slag)를 배출하고 용접부의 비드(Bead)를 미려하게 하여 피로특성이 우수하게 할 수는 있다. 하지만, 종래기술의 슈는 냉각능에 한계를 나타내며 열영향부에서 성장하는 결정립이 매우 크게 됨으로써, 결국 열영향부의 인성이 급격히 저하되는 단점을 갖게 된다.

(특허문헌 1) KR 2014-0055457 A

이에 본 발명은 용접시 열영향부에서 결정립의 성장을 억제할 수 있는 용접용 냉각장치를 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용접용 냉각장치는, 용접 수단과 연동하여 이동하면서 용접되는 모재의 용접부를 냉각시키는 용접용 냉각장치에 있어서, 내부에 냉매 유로가 형성된 본체; 및 상기 본체의 일측으로 뻗은 복수의 연장부를 포함하고, 상기 연장부의 내부에는 냉매의 순환 및 공급 또는 배출을 위한 냉매 유로가 형성된 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 예컨대 EGW에 의한 고입열의 용접시 열영향부의 냉각속도를 향상시킬 수 있게 됨으로써, 열영향부에서 미세조직을 제어하여 용접부의 인성을 증가시킬 수 있는 효과를 얻게 된다.

도 1은 종래기술에 따른 EGW 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접용 냉각장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 용접용 냉각장치를 도시한 정면도이다.
도 4는 종래기술에 의해 형성된 열영향부의 조직을 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접용 냉각장치가 적용되어 형성된 열영향부의 조직을 나타낸 사진이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접용 냉각장치를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 용접용 냉각장치를 도시한 정면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접용 냉각장치는, 용접 수단과 연동하여 이동하면서 용접되는 모재(1; 도 1 참조)의 용접부를 냉각시키는 용접용 냉각장치에 있어서, 내부에 냉매 유로(51)가 형성된 본체(50); 및 이 본체의 일측으로 뻗은 복수의 연장부(60)를 포함하고 있다.

본체(50)는 모재(1)의 개선부에 대향되고서 이 개선부를 따라 상방으로 이동할 수 있는 슬라이드면을 가진 대략 박스 형상의 부재이다. 이 본체는 동(Cu)과 같이 열전달율이 우수한 금속으로 만들어질 수 있다.

이러한 본체(50)에는 냉매를 순환시켜 냉각의 효율을 향상시키기 위한 냉매 유로(51; 도 3 참조)가 내부에 마련되고, 본체의 상부에는 가스 포켓(55)이 구비될 수 있다.

냉매 유로(51)가 형성된 본체(50)는, 냉매 유로를 위한 홈이 형성된 한 쌍의 절반부를 서로 맞대어 용접하거나 결합하여 구성할 수 있다.

냉매로는 물과 같은 냉각수가 채용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않으며, 냉각매체로서의 역할을 수행할 수 있다면 다른 임의의 액체나, 압축공기 등과 같은 기체가 사용되어도 무방하다.

가스 포켓(55)에는 보호가스가 공급되는 가스 공급관(미도시)이 연결되도록 연결구(56)가 형성될 수 있다. 공급되는 보호가스가 모재(1)의 용접부 측으로 분사되도록 하기 위해, 용접부를 향하는 측에 가스 분출구(57)가 형성될 수 있다.

여기서 보호가스는 일례로 이산화탄소일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

비드홈(58)은 비드(Bead) 성형을 가이드하도록 본체(50)에 형성되고, 일례로 오목하게 곡률을 이루도록 형성될 수 있다. 이러한 비드홈은 모재(1)의 용접부를 향하는 면에 상하로 연장되도록 형성될 수 있다.

또, 비드홈(58)은 슬래그(Slag)의 배출이 원활하게 이루어지도록 하기 위하여, 하방으로 갈수록 깊이와 폭 중 어느 하나 또는 모두가 증가하도록 형성될 수도 있다.

복수의 연장부(60)가 본체(50)의 아래로 뻗어 구비될 수 있다. 각 연장부의 내부에도 냉매의 순환 및 공급 또는 배출을 위한 냉매 유로(61)가 형성될 수 있으며, 연장부 내 각 냉매 유로(61)는 본체의 냉매 유로(51)와 연통될 수 있다.

어느 하나의 연장부(60)의 측면에 냉매 공급을 위한 입구(62)가 배치되는 한편, 다른 하나의 연장부(60)의 측면에 냉매의 배출을 위한 출구(63)과 배치될 수 있다.

예를 들면, 입구(62)는 외부의 저장탱크나 펌핑수단으로부터 냉매가 주입되는 공급관에 연결될 수 있으며, 출구(63)는 냉매가 본 발명의 용접용 냉각장치, 즉 본체(50)와 연장부(60)의 내부를 유동한 후 다시 저장탱크로 돌아가는 배출관에 연결될 수 있다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 용접용 냉각장치의 작동관계를 설명하면 아래와 같다.

예를 들어, 도 1에 도시된 EGW를 위하여 서로 용접하고자 하는 모재(1)의 용접부 전면에 본 발명의 용접용 냉각장치를 설치한다. 이때, 용접부의 후면에는 이면재(20)가 설치된다. 이에 따라, 본 발명의 용접용 냉각장치와 이면재가 용접부를 전후로 둘러싸게 된다.

그 다음에, 모재(1)의 용접부를 따라 아래로부터 위로 진행하면서 가스포켓(55)의 가스 분출구(57)로부터 분출되는 예컨대 이산화탄소와 같은 보호가스로 하여금 분위기를 조성한다.

용접 수단인 용접 토치(30)로부터 발생하는 아크에 의해 용접부로 송급되는 와이어와 모재(1)를 용융시킴으로써 모재를 서로 접합시키도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용접용 냉각장치는, 그 본체(50)의 내부에 냉매를 흘려보내어 용접부의 표면을 냉각시키고 있다.

특히, 본 발명의 용접용 냉각장치는, 내부에 냉매가 통과하는 복수의 연장부(60)를 구비함으로써, 기존의 슈와 동일한 특성을 유지함은 물론, 열영향부에서의 냉각능 향상을 위해 용접부의 양측 열영향부를 용접 후에도 지속적으로 냉각시킬 수 있게 된다.

연장부(60)의 길이(L)는 본체(50)가 갖는 폭(W)의 2 ~ 3배인 것이 바람직하며, 예를 들어 본체의 폭이 약 5cm인 경우에 연장부의 길이가 적어도 약 10cm 정도이면 충분한 효과를 발휘할 수 있음을 확인하였다.

이러한 경우에, 열영향부의 온도가 300℃ 미만으로 떨어지게 됨으로써, 열영향부에서 마르텐사이트와 같은 급냉에 의해 생성되는 조직이 보이지 않는 것을 확인할 수 있었다.

실제 용접시 연장부(60)의 길이(L)가 본체(50)의 폭(W)의 3배를 초과하면, 용접 작업에 어려움이 있기 때문에, 연장부의 길이는 본체가 갖는 폭의 3배를 초과하지 않는 것이 좋다.

도 4는 종래기술에 의해 형성된 열영향부의 조직을 나타낸 사진이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접용 냉각장치가 적용되어 형성된 열영향부의 조직을 나타낸 사진이다.

도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접용 냉각장치를 적용하여 용접의 열영향부에서 냉각속도를 빠르게 하고 용접 후에도 지속적으로 냉각시키면, 열영향부에서 결정립의 미세화를 유도할 수 있으며, 동일한 용접조건에서 조직 미세화로 인하여 열영향부의 인성이 향상되는 효과가 나타나게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서 및 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

50: 본체 51, 61: 냉매 유로
55: 가스 포켓 56: 연결구
57: 가스 분출구 58: 비드홈
60: 연장부 62: 입구
63: 출구

Claims (6)

1. 삭제
2. 용접 수단과 연동하여 이동하면서 용접되는 모재의 용접부를 냉각시키는 용접용 냉각장치에 있어서,
   내부에 냉매 유로가 형성된 본체; 및
   상기 본체의 일측으로 뻗은 복수의 연장부
   를 포함하고,
   상기 연장부의 내부에는 냉매의 순환 및 공급 또는 배출을 위한 냉매 유로가 형성된 용접용 냉각장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 연장부 내 냉매 유로는 상기 본체의 냉매 유로와 연통되는 것을 특징으로 하는 용접용 냉각장치.
   
4. 제2항에 있어서,
   어느 하나의 연장부의 측면에 냉매 공급을 위한 입구가 배치되고,
   다른 하나의 연장부의 측면에 상기 냉매의 배출을 위한 출구가 배치된 것을 특징으로 하는 용접용 냉각장치.
   
5. 제2항에 있어서,
   상기 연장부의 길이는 상기 본체가 갖는 폭의 2 ~ 3배인 것을 특징으로 하는 용접용 냉각장치.
   
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 본체는, 보호가스가 공급되는 연결구와, 공급되는 보호가스가 용접부 측으로 분사되도록 하는 가스 분출구가 형성된 가스 포켓을 구비하는 것을 특징으로 하는 용접용 냉각장치.

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