KR102046952B1 - Welded joint with excellent ctod properties in welding heat affected zone - Google Patents
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Abstract
본 발명은 강재를 다층 용접하여 얻어지는 용접부에 있어서, 상기 용접에 의해 형성되는 용접 열영향부를 상기 강재를 두께 방향을 따라 상부영역, 중심영역 및 하부영역으로 구분하였을 때, 상기 중심영역은 세립영역(Fine Grain Heat Affected Zone; FGHAZ) 단독으로 구성되고, 상기 상부영역 및 하부영역은 조립영역(Coarse Grain Heat Affected Zone; CGHAZ)을 포함하는 용접 열영향부 CTOD 특성이 우수한 용접부 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 극후물 강재의 다층용접시 용접와이어 각도 및 비드겹침길이를 적절히 제어함으로써 용접열영향부 CTOD 특성이 향상된 용접부 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, in a welding part obtained by multi-layer welding of steel, when the welding heat affected portion formed by the welding is divided into an upper region, a center region, and a lower region along the thickness direction, the center region is a fine grain region ( Fine Grain Heat Affected Zone (FGHAZ) and the upper region and the lower region relates to a welded portion having excellent CTOD characteristics of the weld heat affected zone including a coarse grain heat affected zone (CGHAZ) and a manufacturing method thereof. . According to the present invention, it is possible to provide a welded portion and a method of manufacturing the improved welded heat affected zone CTOD characteristics by controlling the welding wire angle and the bead overlapping length appropriately in the multilayer welding of the ultra-thick steel.
Description
본 발명은 용접 열영향부 CTOD(Crack Tip Opening Displacement; 균열 선단 개구 변위) 특성이 우수한 용접부 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 극후물 강재의 다층 용접시 용접 와이어 각도 및 비드겹침길이를 제어함으로써 용접 열영향부 CTOD 특성이 우수한 용접부 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a welded portion and a method of manufacturing the same having excellent weld heat affected zone CTOD (Crack Tip Opening Displacement) characteristics, and more particularly, to a weld wire angle and a bead overlap length during multilayer welding of an ultra-thin steel. The present invention relates to a welded part having excellent weld heat-affected zone CTOD characteristics and to a method of manufacturing the same.
최근, 컨테이너선의 대형화에 따라 고강도, 극후물 조선용강의 적용이 증가하고 있다. 이러한 극후물 강재를 적용한 대형 선박의 경우, 운영 중의 외부응력이나 지속적인 피로환경에 의해 강재 내부나 특히 용접부에 작은 결함이라도 발생된다면 단시간 내에 선체 파단에 이를 수 있는 취성 균열전파의 위험성을 항상 가지게 된다. In recent years, the application of high strength, ultra-thick shipbuilding steel has increased with the increase of container ships. In the case of large ships using such ultra-thick steels, there is always a risk of brittle crack propagation that can lead to hull failure in a short time, even if small defects occur inside the steel or especially the weld due to external stress during operation or continuous fatigue environment.
따라서, 이와 같은 취성 균열전파의 위험성을 사전에 예방하고자 노르웨이독일선급(DNVGL)을 비롯한 대형 선급에서는 극후물 강재 적용시 용접부에서의 크랙(Crack) 개시를 방지하기 위해 용접 열영향부와 용접금속에 CTOD특성을 요구하고 있다.Therefore, in order to prevent the risk of brittle crack propagation in advance, in large ships including the Norwegian German Register (DNVGL), the welding heat affected zone and the weld metal are used to prevent crack initiation in the weld zone when the ultra-thick steels are applied. It requires a CTOD characteristic.
한편, 두꺼운 판재의 용접을 위해서 조선업계는 용접효율이 우수한 서브머지드 아크용접(Submerged Arc Welding; SAW)과 다양한 각도에서 우수한 용접 작업성을 가지고 있는 플럭스코어드 아크용접(Flux Cored Arc Welding; FCAW)을 주로 적용하고 있다. 그리고, 극후물 강재의 용접을 위해서는 주로 다층 용접(Multi-pass welding)이 적용되고 있다. 상기 다층 용접은 각 패스당 용접입열이 낮아 대입열 용접법에 비해 용접금속부나 열영향부의 강도나 인성이 우수하다는 장점을 가지고 있다. On the other hand, for the welding of thick plates, the shipbuilding industry uses submerged arc welding (SAW) with excellent welding efficiency and flux cored arc welding (FCAW) with excellent welding workability at various angles. ) Is mainly applied. In addition, multi-pass welding is mainly applied for welding ultra-thick steels. The multi-layer welding has an advantage of low weld heat input for each pass, which is superior in strength and toughness of the weld metal part or the heat affected part compared to the high heat input welding method.
예컨대, 특허문헌 1에는 질량%로 Cr:1.5~3.5%, Mo:0.5~1.5%, V:0.15~0.5%를 함유하는 구조용 강재의 용접방법으로서, 다층용접을 사용하는 방법이 공지되어 있다.For example,
그러나, 다층 용접시에도 용접금속과 모재의 경계선인 용융선(Fusion line)과 인접한 부분에서 용접입열에 의해 모재의 결정립이 성장하고, 이 부분에서의 냉각속도가 상대적으로 빨라 저온변태조직이 주로 생성된 조립 열영향부(Coarse grain HAZ; CGHAZ)가 형성된다. 이렇게 형성된 CGHAZ은 CTOD 특성 열화의 원인이 되므로, 용접 열영향부의 미세조직 제어가 필요한 실정이다.However, even during multi-layer welding, the grains of the base material grow by welding heat input at the part adjacent to the fusion line, which is the boundary line between the weld metal and the base material, and the cooling rate is relatively high at this part, so the low temperature transformation structure is mainly generated. Coarse grain HAZ (CGHAZ) is formed. Since the CGHAZ formed as a cause of deterioration of CTOD characteristics, it is necessary to control the microstructure of the weld heat affected zone.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해, 극후물 강재의 다층용접시 용접와이어 각도 및 비드겹침길이를 적절히 제어함으로써 용접열영향부 CTOD 특성이 향상된 용접부 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a welded portion having improved CTOD characteristics of welded heat affected zones and a method of manufacturing the same, by appropriately controlling the welding wire angle and the length of bead overlap during multilayer welding of ultra-thick steel materials. .
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 강재를 다층 용접하여 얻어지는 용접부에 있어서, 상기 용접에 의해 형성되는 용접 열영향부를 상기 강재를 두께 방향을 따라 상부영역, 중심영역 및 하부영역으로 구분하였을 때, 상기 중심영역은 세립영역(Fine Grain Heat Affected Zone; FGHAZ) 단독으로 구성되고, 상기 상부영역 및 하부영역은 조립영역(Coarse Grain Heat Affected Zone; CGHAZ)을 포함하는 용접 열영향부 CTOD 특성이 우수한 용접부를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention, in the welding portion obtained by welding the steel in multiple layers, the weld heat affected portion formed by the welding divided the steel into the upper region, the center region and the lower region along the thickness direction In this case, the central region is composed of a fine grain heat affected zone (FGHAZ) alone, and the upper region and the lower region have a weld heat affected zone CTOD characteristic including a coarse grain heat affected zone (CGHAZ). Provides excellent welds.
상기 상부영역, 중심영역 및 하부영역의 길이는 하기의 관계식 (1) 내지 (3)을 만족한다.The lengths of the upper region, the center region and the lower region satisfy the following relations (1) to (3).
0.2 × T < H1 < 0.5 × T --- (1)0.2 × T <H 1 <0.5 × T --- (1)
0 < H2 ≤ 0.3 × T --- (2) 0 <H 2 ≤ 0.3 × T --- (2)
0.2 × T < H3 < 0.5 × T --- (3)0.2 × T <H 3 <0.5 × T --- (3)
단, 상기 관계식 (1) 내지 (3)에서 T는 강재의 두께를 나타내고, H1 내지 H3은 각각 상부영역, 중심영역 및 하부영역의 길이(강재 두께방향 기준)를 나타낸다.However, in the relations (1) to (3), T represents the thickness of the steel, H 1 to H 3 represents the length (based on the steel thickness direction) of the upper region, the center region and the lower region, respectively.
상기 중심영역을 구성하는 FGHAZ는 선행패스 용접에 의해 형성된 CGHAZ이 상기 선행용접 패스와 직접 접촉되는 후행패스 용접에 의해 재가열되어 형성될 수 있고, 상기 CGHAZ 대비 상대적으로 작은 크기를 갖는 결정립으로 구성될 수 있다.The FGHAZ constituting the center region may be formed by reheating the CGHAZ formed by the preceding pass welding by the trailing pass welding in direct contact with the preceding welding pass, and may be composed of grains having a relatively smaller size than the CGHAZ. have.
상기 상부영역 및 하부영역은 FGHAZ을 더 포함할 수 있다.The upper region and the lower region may further include FGHAZ.
상기 중심영역의 적어도 일부는 상기 강재 두께 중심선 상에 배치될 수 있다.At least a portion of the central region may be disposed on the steel thickness centerline.
상기 강재는 50mm ~ 200mm의 두께를 갖는 극후물 강재일 수 있다.The steel may be a very thick steel having a thickness of 50mm ~ 200mm.
본 발명에 따르면, 극후물 강재에 적용되는 다층용접시 용접와이어 각도 및 비드겹침길이를 적절히 제어하여 용접 열영향부의 중심영역(강재 두께 방향 기준)에서의 결정립 조직을 CGHAZ에서 상대적으로 CTOD특성이 우수한 FGHAZ로 변태시킴으로써 용접 열영향부 CTOD특성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to control the weld wire angle and the length of bead overlap in the multi-layer welding applied to the ultra-thick steels so that the grain structure in the center region (based on the steel thickness direction) of the weld heat affected zone is relatively excellent in CTOD characteristics in CGHAZ. By transforming to FGHAZ, the CTOD characteristics of the weld heat affected zone can be improved.
도 1은 종래의 방법에 따라 다층 용접된 강재 및 용접부의 단면 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 다층 용접된 강재 및 용접부의 단면 모식도이다.
도 3은 용접 와이어를 이용하여 용접비드를 형성하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 4는 실시예 1에 따라 용접된 중간영역의 용접 열영향부 및 이에 접하여 형성된 용접비드를 나타내는 사진이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of steel and welded parts welded in a multilayer according to a conventional method.
2 is a schematic cross-sectional view of a steel and welded parts welded in multiple layers according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram showing a process of forming a weld bead using a welding wire.
Figure 4 is a photograph showing the weld heat affected portion of the intermediate region welded in accordance with Example 1 and the weld bead formed in contact with it.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, the embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.
본 발명자들은 극후물 강재의 다층용접 공정에 있어서 CTOD 특성을 확보하고자 연구를 거듭한 결과, 용접 열영향부 CTOD특성에 가장 큰 영향을 미치는 부분이 용접 열영향부의 중심 부근(강재 두께방향 기준) 임을 확인하고, 상기 중심 부근에서 상기 강재와 접하는 용접비드 형성시 용접와이어 각도 및 비드겹침 길이를 조절함으로써 용접 열영향부의 CTOD 특성을 향상시킬 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다. The present inventors have conducted studies to secure the CTOD characteristics in the multi-layer welding process of the ultra-thick steel. As a result, the part which most influences the CTOD characteristics of the weld heat affected zone is near the center of the weld heat affected zone (based on the steel thickness direction). The present invention was confirmed that the CTOD characteristics of the weld heat affected zone can be improved by adjusting the welding wire angle and the bead overlap length when forming the weld bead contacting the steel in the vicinity of the center.
먼저, 용접 열영향부 CTOD 특성에 영향을 미치는 부분을 확인하는 과정에 대해 도 1을 참조하여 구체적으로 살펴본다. 상기 도 1에는 종래의 방법에 따라 다층용접에 의해 용접된 극후물 강재 및 용접부 단면이 모식적으로 도시되어 있다. 다만, 상기 도 1에는 다층용접에 의해 여러 층으로 쌓인 용접비드는 도시되어 있지 않다. First, a process of identifying a part that affects the CTOD characteristics of the welding heat affected zone will be described in detail with reference to FIG. 1. 1 is a cross-sectional view of the ultra-thick steel and welded portions welded by multilayer welding according to a conventional method. However, FIG. 1 does not show weld beads stacked in multiple layers by multilayer welding.
일반적으로, 극후물 강재 용접시에는 싱글 베벨 그루브(Single bevel groove, レ형 홈) 또는 K-그루브(K-Groove, K형 홈)가 많이 적용되며, 도 1에는 싱글 베벨 그루브로 가공된 강재가 도시되어 있다In general, when welding a very thick steel, a single bevel groove (Single groove) or K-groove (K-groove, K-shaped groove) is applied a lot, the steel is processed with a single bevel groove in Figure 1 Is shown
구체적으로 용접 열영향부 CTOD 특성을 알아보기 위하여, 우선 싱글 베벨 그루브로 가공된 극후물 강재(10)에 서브머지드 아크 용접(Submerged Arc Welding; SAW) 또는 플럭스코어드 아크용접(Flux Cored Arc Welding; FCAW) 방식으로 다층용접을 실시한다. 이어서, 상기 용접에 의해 생성된 용접 열영향부 영역 내에 노치(30)를 가공하여 피로균열을 생성시킨 후, 벤딩시험기에 의해 소정의 온도로 냉각된 시험편의 CTOD 특성을 평가한다. 이때, 상기 노치(30)는 도 1에 도시된 바와 같이 용융선(31) 약 5mm이내에 강재 두께방향으로 생성하였다.Specifically, in order to investigate the CTOD characteristics of the weld heat affected zone, first, the submerged arc welding (SAW) or the flux cored arc welding is performed on the
이러한 CTOD 특성 시험 시에는 피로균열(30) 부분에서 크랙(Crack) 발생이 개시되는 것이 일반적이다. 그리고, 상기 피로균열(30)의 선단에 특별한 결함이 존재하지 않는 경우, 통상 크랙의 개시점은 삼축응력작용 등에 의해 표면부(강재 두께방향 기준) 대비 응력이 크게 걸리게 되는 용접 열영향부의 중심부(강재의 두께방향 기준) 부근에서 시작된다. 즉, 노치선(30)과 강재 두께 중심선(검은색 가로방향 점선)이 교차하는 M 지점 부근이 용접 열영향부의 크랙 개시점이 될 수 있다. 따라서, 용접 열영향부의 CTOD 특성을 향상시키기 위해서는, 크랙의 개시점인 M지점 부근의 특성 제어가 중요하다고 할 수 있다. In the CTOD characteristic test, crack generation in the
그리고, 상기 노치선(30) 상에 용접 열영향부에서 인성이 가장 열위한 CGHAZ가 존재할 경우, 용접 열영향부 CTOD 특성 평가시 크랙 개시에 취약하게 된다.In addition, when the CGHAZ having the most toughness in the weld heat affected zone on the
이러한 점들을 고려하여, 본 발명자들은 용접 열영향부의 CTOD 특성 향상을 위해서, 크랙의 개시점이 위치할 수 있는 용접 열영향부의 중심부(강재 두께방향 기준) 부근에 CGHAZ이 생성되지 않도록 미세조직을 제어할 필요가 있음을 인지하였다. In view of these points, the present inventors can control the microstructure so that CGHAZ is not generated near the center of the weld heat affected zone (based on the steel thickness direction) where the crack initiation point can be located to improve the CTOD characteristics of the weld heat affected zone. It was recognized that there was a need.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 용접 열영향부 CTOD 특성이 우수한 용접부에 대해 구체적으로 살펴본다. 상기 도 2에는 본 발명의 일실시예에 따라 다층용접에 의해 용접된 극후물 강제 및 용접부 단면이 모식적으로 도시되어 있다.Hereinafter, with reference to FIG. 2 will be described in detail with respect to the weld portion excellent in the heat affected zone CTOD characteristics according to the present invention. 2 is a cross-sectional view schematically showing the extreme thick steel and welded portion welded by multilayer welding according to an embodiment of the present invention.
구체적으로, 본 발명의 용접 열영향부 CTOD 특성이 우수한 용접부는 강재(10)를 다층 용접하여 얻어지는 것으로, 상기 용접에 의해 형성되는 용접 열영향부를 상기 강재(10)의 두께 방향을 따라 상부영역(23), 중심영역(24) 및 하부영역(25)으로 구분하였을 때, 상기 중심영역(24)은 세립영역(Fine Grain Heat Affected Zone; FGHAZ) 단독으로 구성되고, 상기 상부영역(23) 및 하부영역(25)은 조립영역(Coarse Grain Heat Affected Zone; CGHAZ)을 포함하는 것을 특징으로 한다.Specifically, the welded portion having excellent CTOD characteristics of the welded heat-affected portion of the present invention is obtained by multi-layer welding the
상기 중심영역(24)을 구성하는 FGHAZ는 선행패스 용접에 의해 형성된 CGHAZ이 상기 선행용접 패스와 직접 접촉되는 후행패스 용접에 의해 재가열되어 형성될 수 있고, 상기 CGHAZ 대비 상대적으로 작은 크기를 갖는 결정립으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 다층 용접 과정에서 후행패스 용접시의 열영향에 의해 선행패스 용접부의 일부 조직이 변태되는데, 이 때 선행패스 용접시 형성되었던 열 용융선(31) 근방의 CGHAZ 조직이 후행패스 용접에 의해 재가열되어 FGHAZ으로 변태될 수 있다. 상기 FGHAZ는 조대 결정립으로 구성된 CGHAZ이 Ac3 변태점 이상으로 재가열되어 재결정화된 미세 결정립 영역으로, 인성 등 기계적 성질이 우수하다.The FGHAZ constituting the
상기한 바와 같은 CGHAZ에서 FGHAZ로의 조직 변태는 도 2에 도시된 미제조직 제어영역(22)(노란색 표시부분-)에서의 용접조건을 조절함으로써 가능한 것인데, 상기 용접조건에 대해서는 후술할 「용접부의 제조방법」에 구체적을 명시되어 있다.The tissue transformation from CGHAZ to FGHAZ as described above is possible by adjusting the welding conditions in the unstructured control region 22 (yellow display portion-) shown in FIG. 2, and the welding conditions will be described later. Method ”.
다만, 미세조직 제어영역(22)이 넓을수록 작업자의 세밀한 작업을 요구하여 작업시간이 증가하고 용접공의 수가 증가하는 문제점을 가지게 되므로, 상기 미세조직 제어영역(22)의 길이(강재 두께방향 기준)는 강재의 두께 대비 30%이하인 것이 바람직하다. 또한, 크랙 개시점이 존재할 수 있는 두께 중심선(40) 부근에는 가능한 한 CGHAZ가 존재하지 않는 것이 바람직하다..However, as the
이에, 상기 상부영역(23), 중심영역(24) 및 하부영역(25)의 길이는 하기의 관계식 (1) 내지 (3)을 만족하는 하는 것이 바람직하다.Thus, the length of the
0.2 × T < H1 < 0.5 × T --- (1)0.2 × T <H 1 <0.5 × T --- (1)
0 < H2 ≤ 0.3 × T --- (2) 0 <H 2 ≤ 0.3 × T --- (2)
0.2 × T < H3 < 0.5 × T --- (3)0.2 × T <H 3 <0.5 × T --- (3)
단, 상기 관계식 (1) 내지 (3)에서 T는 강재의 두께를 나타내고, H1 내지 H3은 각각 상부영역, 중심영역 및 하부영역의 길이(강재 두께방향 기준)를 나타낸다.However, in the relations (1) to (3), T represents the thickness of the steel, H 1 to H 3 represents the length (based on the steel thickness direction) of the upper region, the center region and the lower region, respectively.
상기 중심영역(24)의 적어도 일부가 상기 강재 두께 중심선(40) 상에 배치될 수 있으며, 더욱 바람직하게 상기 상기 두께 중심선 연장선(40) 상에는 CGHAZ 없이 FGHAZ 조직만 배치될 수 있다.At least a portion of the
한편, DNVGL을 비롯한 선급에서는 용접 열영향부 CTOD평가시 노치선(30) 상에 CGHAZ 조직의 분율을 15%이상 포함해야 한다는 규정이 있다. 본 발명에서 상기 CGHAZ는 용접 열영향부의 상부영역(23) 및 하부영역(25)에만 존재하는 조직으로, 이들 영역에서 최소한 15%의 CGHAZ 분율이 확보되면 상기 영역들 내의 나머지 부분에서는 FGHAZ 및 CGHAZ이 공존하도록 변태시킴으로써 선급규격에 적합하며 우수한 용접 열영향부 CTOD 특성을 나타내는 용접부를 제작할 수 있다. 즉, 상기 상부영역(23) 및 하부영역(25)은 CGHAZ 이외에 FGHAZ을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 FGHAZ은 필요에 따라 적절한 분율로 포함될 수 있고, 상기 영역들 내에서 연속적으로 또는 불연속적으로 포함될 수 있다.On the other hand, the classification including DNVGL, there is a provision that should include more than 15% of the fraction of the CGHAZ structure on the
본 발명에 따라 제공되는 용접부는 50mm ~ 200mm의 두께를 갖는 극후물 강재에 바람직하게 적용될 수 있다. 상기 용접부는 우수한 용접 열영향부 CTOD 특성을 나타내므로, 본 발명의 용접부를 구비하는 용접 구조체는 취성 파괴의 위험이 현저히 줄어들 수 있다.The welded portion provided according to the present invention can be preferably applied to ultra-thick steels having a thickness of 50 mm to 200 mm. Since the weld shows excellent weld heat affected zone CTOD characteristics, the weld structure provided with the weld of the present invention can significantly reduce the risk of brittle fracture.
상기한 바와 같은 용접부의 제작을 위해서는 용접 열영향부의 중심영역(24)에 FGHAZ 단독으로 구성된 미세조직이 필요하며, 본 발명에서는 이러한 미세조직 제어를 위해 다층용접시의 적층방법을 제어함으로써 이를 달성할 수 있다.In order to fabricate the weld as described above, a microstructure composed of FGHAZ alone is required in the
구체적으로, 본 발명에 따른 열영향부 CTOD 특성이 우수한 용접부의 제조방법은 강재를 다층 용접하여 용접부를 얻는 방법으로서, 상기 강재를 두께 방향을 따라 상부영역, 중심영역 및 하부영역으로 구분하였을 때, 상기 중심영역에서 상기 강재와 접하는 용접비드 형성시 용접와이어 각도를 0° ~ 10°범위로 제어하고, 상기 용접비드(A)와 상기 용접비드(A) 다음에 형성되는 용접비드(B)의 비드겹침 길이는 용접비드 폭의 1/2 이하(0mm는 제외)로 조절하는 것을 특징으로 한다.Specifically, the method of manufacturing a welded portion having excellent heat affected zone CTOD characteristics according to the present invention is a method of obtaining a welded portion by welding a steel multilayer, and when the steel is divided into an upper region, a center region, and a lower region along a thickness direction, When the welding bead is formed in contact with the steel in the center region, the welding wire angle is controlled in the range of 0 ° to 10 °, and the bead of the welding bead (B) formed after the welding bead (A) and the welding bead (A) The overlap length is characterized in that it is adjusted to 1/2 or less (excluding 0mm) of the weld bead width.
도 3에는 용접 와이어를 이용하여 용접비드를 형성하는 과정이 모식적으로 도시되어 있다. 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 용접부 제조방법에 대해 좀 더 구체적으로 살펴본다.3 schematically shows a process of forming a weld bead using a welding wire. With reference to Figure 3 looks at in more detail with respect to the welded manufacturing method according to the present invention.
상기 용접 와이어의 각도가 증가하면 용접비드과 용융선의 접촉면적이 커져 용접비드의 높이가 증가하게 되고, 이로 인해 CGHAZ 분율이 증가한다. 이에, 본 발명에서는 상기 용접 와이어 각도를 10°이내로 제한한다. 또한, 상기 와이어 각도가 0° ~ 10° 범위 내에서 0°에 가까울수록 와이어가 용융면과 평행하게 위치하기 때문에 용접비드와 용융선의 접촉면적이 줄어들어 CGHAZ분율이 저감된다.When the angle of the welding wire is increased, the contact area between the welding bead and the melting line is increased, thereby increasing the height of the welding bead, thereby increasing the CGHAZ fraction. Thus, in the present invention, the welding wire angle is limited to within 10 °. In addition, as the wire angle is closer to 0 ° within the range of 0 ° to 10 °, the contact area between the weld bead and the melting line is reduced because the wire is positioned parallel to the molten surface, thereby reducing the CGHAZ fraction.
그리고, 비드겹침길이는 용융선과 접하여 형성된 용접비드(A)와 상기 용접비드(A) 다음에 용접된 용접비드(B)가 겹쳐지는 길이를 나타내는 것으로, 이때의 겹침길이가 증가하게 되면 용접비드(A)의 위에 적층되는 후행패스 용접비드(C)의 높이가 높아지고, 겹침길이가 감소하게 되면 용접비드(C)의 높이가 낮아진다. 이때, 상기 용접비드(C)의 높이가 낮을수록 CGHAZ분율은 감소하게 된다. And, bead overlap length indicates the length of the weld bead (A) formed in contact with the melting line and the weld bead (B) welded after the weld bead (A) overlap, if the overlap length at this time increases the weld bead ( When the height of the trailing pass welding bead C stacked on A) is increased, and the overlap length is reduced, the height of the welding bead C is lowered. At this time, the lower the height of the weld bead (C) is the CGHAZ fraction is reduced.
이에 본 발명에서는, 상기 중심영역(24)에서 상기 강재와 접하는 용접비드 형성시 용접 와이어 각도를 0° ~ 10°로 제한하고, 비드겹침길이를 용접비드 폭의 1/2 이하로 제한함으로써 강재 중심부 부근에서의 CGHAZ분율을 최소화하였다. In the present invention, the center of the steel material by limiting the welding wire angle to 0 ° ~ 10 ° and limiting the bead length to less than 1/2 of the weld bead width when forming the weld bead in contact with the steel in the
상기 용접비드는 복수개가 연속적으로 적층되어 상기 강재와 접하도록 형성될 수 있다. 이와 같이 용접 와이어 각도 및 비드겹침길이를 조절하여 용접비드를 형성한 용접금속 영역(22)은 용접 열영향부의 미세조직을 제어하기 위해 형성되는 영역이므로, 본 명세서에서는 상기 용접금속 영역(22)을 미세조직 제어영역(22)이라 명명하였고, 도 2에 노란색 부분으로 표시되어 있다. 그리고, 용접부(20)에서 상기 미세조직 제어영역(22)을 제외한 영역을 미세조직 비제어영역(21)이라 명명한다.The welding bead may be formed to be in contact with the steel is a plurality of continuously stacked. As described above, the
그리고, 상술한 바와 같은 미세조직 제어영역(22)에서의 용접비드 형성에 의해 상기 중심영역(24)의 결정립 크기가 세립화될 수 있고, 이렇게 해서 용접 열영향부 중심부 부근에 FGHAZ 단독으로 구성된 되는 중심영역(24)이 형성될 수 있다.In addition, the grain size of the
또한, 상기 상부영역(23) 및 하부영역(25)은 CGHAZ 이외에 FGHAZ을 더 포함할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명에서는 상기 상부영역 및 하부영역의 일부에서도 상기 강재와 접하는 용접비드 형성시 상기 용접와이어 각도(0°~ 10°) 및 비드겹침길이(용접비드 폭의 1/2 이하) 조건으로 용접을 실시할 수 있다.In addition, the
이하, 실시예들을 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이러한 실시예들에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
실시예 1Example 1
먼저, 싱글베벨 그루브(Single bevel groove)로 가공된 100mm 두께의 강재를 준비하고, 서브머지드 아크 용접(Submerged Arc Welding; SAW)을 통해 다층 용접을 실시하였다. First, a 100 mm thick steel material prepared by a single bevel groove was prepared, and multi-layer welding was performed through submerged arc welding (SAW).
이때, 상기 강재를 두께 방향을 따라 상부영역 32.5mm, 중심영역 21mm 및 하부영역 46.5mm로 구분하고, 상기 중심영역에서 상기 강재와 접하는 용접비드 형성시 용접 와이어 각도 0°, 비드폭 15mm, 비드겹침길이 7mm 조건으로 용접비드를 형성하였다. 이렇게 해서 용접 열영향부의 중심영역은 CGHAZ가 존재하지 않는 FGHAZ 조직으로 구성되었다.At this time, the steel is divided into an upper region of 32.5mm, a center region of 21mm and a lower region of 46.5mm along the thickness direction, the welding wire angle 0 °, bead width 15mm, bead overlap when forming a weld bead contacting the steel in the center region Weld beads were formed under the condition of 7 mm in length. In this way, the central region of the weld heat affected zone was composed of FGHAZ tissue without CGHAZ.
단, 상기 상부영역 및 하부영역은 용접 와이어 각도 7°, 비드폭 15mm, 비드겹침길이 10mm 조건으로 용접비드를 형성하였으며, 이들 영역에서는 CGHAZ 및 FGHAZ이 공존하는 결정 조직을 나타내었다 However, the upper region and the lower region formed weld beads under the conditions of a welding wire angle of 7 °, a bead width of 15 mm, and a bead overlap length of 10 mm. In these regions, CGHAZ and FGHAZ coexisted in crystal structure.
실시예 2,3 및 비교예 1 내지 7Examples 2,3 and Comparative Examples 1-7
상기 중심영역에서 상기 강재와 접하는 용접비드 형성시 상기 와이어 각도, 비드폭, 비드겹침길이 및 중심영역 길이(강재 두께 방향 기준)를 하기의 표 1과 같이 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 다층용접을 실시하였다.The same as in Example 1 except that the wire angle, bead width, bead overlap length and the center region length (based on the steel thickness direction) were adjusted as shown in Table 1 when the weld bead was formed in contact with the steel in the central region. Multi-layer welding was performed by the method.
< 용접 열영향부의 CTOD 특성 평가 방법 ><Evaluation of CTOD Characteristics of Weld Heat Affected Zone>
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 7에 따라 다층용접을 실시한 후, 도 2에 도시된 노치선(30) 위치(용융선에서 강재 쪽으로 5mm 지점)에 강재 두께방향으로 노치를 만든 후, -10℃에서 CTOD 시험기를 이용하여 용접금속 CTOD 값을 측정하고, 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다. After performing the multi-layer welding according to the above Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 7, after making the notch in the steel thickness direction at the position of the
(deg.)Wire angle
(deg.)
(mm)Bead overlap length
(mm)
(mm)Center area length
(mm)
상기 표 1을 살펴보면, 용접 와이어 각도가 0° ~ 10° 범위 내에 있고, 비드겹침길이가 비드폭의 1/2이하이며, 강재두께에 대한 중심영역(미세조직 제어영역) 길이의 비가 30% 이하의 조건으로 용접된 실시예 1,2 및 3의 경우, 용접 열영향부 CTOD 값이 높게 나타내는 것을 확인할 수 있다. Looking at Table 1, the welding wire angle is in the range of 0 ° ~ 10 °, the bead overlap length is less than 1/2 of the bead width, the ratio of the length of the center region (microstructure control region) to the
그리고, 상기 실시예 1에 따라 용접된 중간영역의 용접 열영향부 및 이에 접하여 형성된 용접비드의 사진이 도시되어 있는 도 4을 살펴보면, 노치선상에서 CGHAZ가 존재하지 않음을 알 수 있다. 다만, 실시예 2,3의 경우, 실시예 1과 거의 흡사한 용접 열영향부 및 용접비드 형상을 나타내어 별도의 도면으로 첨부하지 않았을 뿐, 노치선 상에서 CGHAZ가 존재하지 않았다.In addition, referring to FIG. 4, in which a photograph of a weld heat-affected portion of the intermediate region welded according to the first embodiment and a weld bead contacted thereto is shown, it can be seen that CGHAZ does not exist on the notch line. However, in Examples 2 and 3, the weld heat affected zone and the weld bead shape, which were almost similar to those of Example 1, were not attached as separate drawings, and CGHAZ was not present on the notched line.
반면, 와이어 각도가 0° ~ 10° 범위 내에 있고, 비드겹침길이가 비드폭의 1/2이하인 비교예 1 및 2의 경우, 비교예 3 내지 7에 비하여 상대적으로 높은 용접열영향부 CTOD값을 가지고 있기는 하지만, 실시예들에 비하여서는 미흡한 상태이고, 강재두께에 대한 중심영역 길이의 비가 30%를 초과하여 작업시간이 상당히 오래 걸리므로 본 발명의 실질적인 효과가 저감된다고 할 수 있다.On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2 in which the wire angle is in the range of 0 ° to 10 ° and the bead overlap length is less than 1/2 of the bead width, the CTOD value of the welding heat affected zone is relatively higher than in Comparative Examples 3 to 7 Although it has, compared to the embodiment is inadequate state, the ratio of the length of the central region to the steel thickness exceeds 30%, the working time is considerably longer, it can be said that the practical effect of the present invention is reduced.
또한, 비교예 3은 와이어각도는 0° ~ 10°범위 내에 있으나 비드겹침길이가 비드폭의 1/2을 넘었고 비교예 4는 비드겹침길이는 비드폭의 1/2을 넘지 않았지만, 와이어 각도가 10° 이상이기 때문에 중심영역에 CGHAZ도 존재하게 되어 용접 열영향부 CTOD값이 저하되었다. 그리고, 비교예 5 내지 7은 모두 와이어 각도 및 비드겹침길이가 최적의 범위 밖에 있어 중심영역에 CGHAZ가 존재하였고, 그 영역도 넓어져 용접 열영향부 CTOD값의 저하를 초래하게 되었다.Also, in Comparative Example 3, the wire angle was in the range of 0 ° to 10 °, but the bead overlap length was more than 1/2 of the bead width, and in Comparative Example 4, the bead overlap length was not more than 1/2 of the bead width, but the wire angle was Since it is 10 degrees or more, CGHAZ also exists in a center region, and the CTOD value of the weld heat affected zone fell. In Comparative Examples 5 to 7, the CANGAZ was present in the center region because the wire angle and the bead overlap length were outside the optimum ranges, and the region was also widened, resulting in a decrease in the CTOD value of the weld heat affected zone.
이상, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 권리범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.As described above, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to explain the present invention, and the scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto. Should be construed as being included in the scope of the present invention.
10: 강재 20: 용접부
21: 미세조직 비제어영역 22: 미세조직 제어영역
23: 상부영역 24: 중심영역
25: 하부영역 30: 노치선
31: 용융선 40: 강재 두께 중심선
T: 강재 두께 M: 크랙 개시점10: steel 20: welded portion
21: microstructure non-control area 22: microstructure control area
23: upper region 24: central region
25: lower region 30: notch line
31: melting line 40: steel thickness centerline
T: Steel thickness M: Crack starting point
Claims (5)
상기 용접에 의해 형성되는 용접 열영향부를 상기 강재를 두께 방향을 따라 상부영역, 중심영역 및 하부영역으로 구분하였을 때,
상기 상부영역, 중심영역 및 하부영역의 길이는 하기의 관계식 (1) 내지 (3)을 만족하며,
상기 중심영역은 세립영역(Fine Grain Heat Affected Zone; FGHAZ) 단독으로 구성되고,
상기 상부영역 및 하부영역은 조립영역(Coarse Grain Heat Affected Zone; CGHAZ)을 포함하는 용접 열영향부 CTOD 특성이 우수한 용접부.
0.2 × T < H1 < 0.5 × T --- (1)
0 < H2 ≤ 0.3 × T --- (2)
0.2 × T < H3 < 0.5 × T --- (3)
(단, 상기 관계식 (1) 내지 (3)에서 T는 강재의 두께를 나타내고, H1 내지 H3은 각각 상부영역, 중심영역 및 하부영역의 길이(강재 두께방향 기준)를 나타낸다)In the welding part obtained by welding a steel multilayer,
When the welding heat affected portion formed by the welding is divided into the upper region, the center region and the lower region along the thickness direction,
The length of the upper region, the center region and the lower region satisfies the following relations (1) to (3),
The central region is composed of only a fine grain heat (Fineaz Heat Affected Zone (FGHAZ)),
The upper region and the lower region are welded parts having excellent CTOD characteristics of the weld heat affected zone including a coarse grain heat affected zone (CGHAZ).
0.2 × T <H 1 <0.5 × T --- (1)
0 <H 2 ≤ 0.3 × T --- (2)
0.2 × T <H 3 <0.5 × T --- (3)
(However, in the relations (1) to (3), T represents the thickness of the steel, H 1 to H 3 represents the length (based on the steel thickness direction) of the upper region, the center region and the lower region, respectively.
상기 중심영역을 구성하는 FGHAZ는 선행패스 용접에 의해 형성된 CGHAZ이 상기 선행패스 용접과 직접 접촉되는 후행패스 용접에 의해 재가열되어 형성되며, 상기 CGHAZ 대비 상대적으로 작은 크기를 갖는 결정립으로 구성되는 용접 열영향부 CTOD 특성이 우수한 용접부.The method of claim 1,
The FGHAZ constituting the center region is formed by reheating the CGHAZ formed by the preceding pass welding by the trailing pass welding in direct contact with the preceding pass welding, and the heat effect of the welding consisting of grains having a relatively smaller size than the CGHAZ. Weldment with excellent CTOD characteristics.
상기 상부영역 및 하부영역은 FGHAZ을 더 포함하는 용접 열영향부 CTOD 특성이 우수한 용접부.The method of claim 1,
The upper region and the lower region are welded parts having excellent CTOD characteristics of the welding heat affected zone further comprising FGHAZ.
상기 중심영역의 적어도 일부는 상기 강재 두께 중심선 상에 배치되는 용접 열영향부 CTOD 특성이 우수한 용접부.The method of claim 1
At least a portion of the central region has a weld heat-affecting zone CTOD characteristic disposed on the steel thickness centerline.
상기 강재는 50mm ~ 200mm의 두께를 갖는 극후물 강재인 용접 열영향부 CTOD 특성이 우수한 용접부.The method of claim 1,
The steel is a welded material having excellent CTOD characteristics of the welded heat affected zone, which is an extremely thick steel having a thickness of 50 mm to 200 mm.
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