KR102068466B1 - 일렉트로 가스 아크 용접 방법 및 일렉트로 가스 아크 용접 장치 - Google Patents

일렉트로 가스 아크 용접 방법 및 일렉트로 가스 아크 용접 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는 용접 작업성을 손상시키는 일 없이 용접 속도를 빠르게 하고, 게다가 용접 열영향부의 인성을 확보하여 용접 금속의 기계적 성질을 개선할 수 있는 일렉트로 가스 아크 용접 방법, 및 일렉트로 가스 아크 용접 장치를 제공하는 것이다. 해결 수단으로서, 일렉트로 가스 아크 용접에서는, 한쌍의 피용접판(15A, 15B)의 개선(11) 내에, 단수 또는 복수의 용접 토치(21, 23)의 토치 선단을 삽입하고, 3m 이상의 길이의 파워 케이블을 통하여 용접 전류를 흘리고, 실드 가스 분위기하에서 입향 맞댐 용접을 실행한다. 용접 와이어(25, 26)에 15~30%의 플럭스율을 갖는 플럭스 코어드 와이어, 실드 가스에 CO2 농도가 50% 이상인 가스를 이용하고, 용접 전류로서 펄스 전류를 이용한다. 펄스 전류는, 피크 전류값에 도달할 때까지의 상승 시간을 0.1~5.0㎳로 하고, 펄스의 주파수를 20~200㎐로 했다.

Description

일렉트로 가스 아크 용접 방법 및 일렉트로 가스 아크 용접 장치{ELECTRO GAS ARC WELDING METHOD AND ELECTRO GAS ARC WELDING APPARATUS}
본 발명은 일렉트로 가스 아크 용접 방법 및 일렉트로 가스 아크 용접 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 후육 강판 등을 용접하는 수법으로서, 일렉트로 가스 아크 용접이 알려져 있다(특허문헌 1, 2 참조). 이러한 일렉트로 가스 아크 용접에 있어서는, 한쌍의 피용접판의 단부끼리를, 개선을 상하 방향을 향하여 대향 배치시키고, 개선이 형성된 피용접판의 표면측에 미끄럼 운동판을 접촉시킨다. 또한, 이면측에, 고정된 이당재(裏當材)를 접촉시킨다. 그리고, 미끄럼 운동판과 이당재의 사이에 실드 가스를 공급하고, 용접 토치의 선단에 송급되는 용접 와이어의 주위를 실드 가스 분위기로 한다. 이러한 상태에서 용접 와이어와 피용접판의 사이에 아크를 발생시키고, 용접 와이어를 용융시키면서 미끄럼 운동판을 상방으로 미끄럼 운동시킨다. 이에 의해, 한쌍의 피용접판이 입향(立向) 자세에서 맞댐 용접된다.
상기의 일렉트로 가스 아크 용접은, 다른 용접 방법에 비하여 고능률 용접이 달성되므로, 선박, 석유 저장 탱크 및 교량 등의 넓은 분야에서 채용되고 있다. 특히, 선박 분야에 있어서는, 컨테이너 선박의 시어 스트레이크(sheer strake) 및 해치 코밍부(hatch coaming portion) 등과 같은 판 두께가 45㎜ 이상의 극후판의 용접에 대해서도, 일렉트로 가스 아크 용접이 적용된다.
상기의 특허문헌 1에는, 판 두께가 45~75㎜인 2매의 강판을 대향시키고, 이들을 1개의 용접 와이어로 1 패스의 입향 맞댐 용접을 하는 1 전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서, 용접 와이어 직경을 2㎜ 미만, 용접 와이어의 돌출 길이를 70㎜ 이상으로 하고, 또한 개선 체적당의 입열이 16~27k/㎤를 만족시키는 용접 방법이 기재되어 있다. 또한, 판 두께가 65~95㎜인 2매의 강판을 대향시키고, 이들을 2개의 용접 와이어로 1 패스의 입향 맞댐 용접을 하는 2 전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서, 용접 와이어 직경을 2㎜ 미만, 적어도 1개의 용접 와이어의 돌출 길이를 70㎜ 이상으로 하고, 또한 개선 체적당의 입열이 15~24kJ/㎤를 만족시키는 용접 방법이 기재되어 있다.
특허문헌 2의 용접 방법은, 상기의 입열을 저감시키기 위해, 용착량 증가용의 핫 와이어를 용융지에 직접 공급하고 있다. 이러한 경우의 용접 장치는, 용접 전원, 용접 와이어 송급 장치, 전극 토치, 및 용접 와이어에 의해 구성되며, 용접 전원의 편극이 전극 토치에, 타극이 피용접판에 접속되어 있다. 용착량을 증대시키기 위한 핫 와이어 공급 기구로서, 통전 가열 전원, 핫 와이어 송급 장치, 통전 토치, 및 핫 와이어로 이루어지는 구성이 용접 장치와는 독립적으로 배치되어 있다. 이러한 구성에 있어서는, 아크를 발생시켜 용융지를 형성하는 용접 와이어와, 피용접판의 개선면의 사이에, 핫 와이어 송급 장치와 통전 토치를 통하여 핫 와이어가 송급된다.
일본 특허 공개 제 2008-30044 호 공보 일본 특허 공개 제 2007-237263 호 공보
그러나, 최근의 선박에 있어서의 대형화의 경향은 현저하고, 그에 수반하여, 특히 피용접판에 적용되는 강판의 판 두께는 계속 증가하고 있다. 그 때문에, 피용접판이 더욱 후육화된 경우에, 용접 와이어의 용착량이 부족한 경우나, 용접 재료나 피용접판의 용입 불량이 생기는 등의 용접 결함의 발생을 방지할 필요가 있다.
그런데, 상기의 일렉트로 가스 아크 용접에 의한 용접 단위 길이당의 입열(용접 입열[kJ/㎜])은, 용접 와이어로부터 투입되는 열량(용접 전류×용접 전압)을 용접 속도로 나눔으로써 얻어진다. 그 때문에, 투입 열량이 일정한 경우는, 피용접판의 판 두께가 증가하는 동시에 용접 속도가 저하되고, 용접 입열이 증가된다.
용접 입열이 증가되면, 피용접판이 고온에 노출되는 시간이 길어지고, 또한 고온에 노출된 피용접판 및 용접 이음부의 냉각 속도가 저하된다. 이 때문에, 용접 후의 피용접판에는 용접열의 영향을 받아 조직이 연화된 영역인 용접 열영향부(HAZ: Heat-Affected Zone)가 발생하고, 그 영역에서는 필요한 이음 특성이 얻어지지 않는 경우가 있다. 또한 최근, YP(Yield Point) 390N/㎟ 이상의 고강도재가 이용되게 되었지만, 일반적으로 용접 이음 강도는 고강도재일수록 저하폭이 큰 경향이 있다. 그 때문에, 용접 열영향부의 인성을 확보하려면, 용접 입열을 저감하여, 피용접판이 받는 열량을 저감시킬 필요가 있다.
또한, TMCP(Thermomechanical Control Process) 강과 같은 조질 기술에 의해 강도를 높인 고장력 강판은 용접 열영향부의 성능 저하가 일어나기 쉬워서, 강도 저하가 염려된다. 이와 같은 기계 강도의 저하는, 금속 조직의 비대화에 따른 영향에 의해 일어나기 때문에, 이러한 점에서도, 용접 입열을 저감시키는 것이 요구된다.
특허문헌 1의 용접 방법에 있어서는, 용접 입열을 저감시키기 위해, 용접 와이어의 돌출 길이를 길게 하여 저항 발열량을 높이고, 용접 와이어의 용융 속도를 빠르게 하고 있다. 그러나, 용접 와이어의 과잉 돌출은 아크가 불안정하게 되는 원인이 되어, 스패터를 다량 발생시키는 요인이 될 수 있다. 즉, 용접 작업성이 저하될 우려가 있다. 또한, 용접 와이어의 돌출 길이를 길게 하여 용접을 실행하면, 용접 입열의 저감은 가능하지만, 용입 불량 등의 용접 결함이 발생하기 쉬워진다. 예를 들면, 용접 와이어의 돌출 길이가 70㎜가 되면, 용접 와이어의 뒤틀림 성질에 의해, 와이어의 목표 위치에 어긋남이 발생하기 쉽다.
특허문헌 2의 용접 방법에 있어서는, 핫 와이어를 개선에 공급하는 것에 의해 용착 속도(단위 시간당의 두께량)를 빠르게 하여 실질적인 용접 입열을 저감시키고 있다. 그러나, 핫 와이어는 아크가 발생하지 않는 와이어이기 때문에, 공급 위치가 적절하지 않으면 개선부에서 용입 불량이 발생할 우려가 있다. 또한, 아크 길이가 변화된 경우, 입열량이 증감되기 때문에 개선에 공급되는 핫 와이어의 용착량이 변동된다. 그 결과, 용접 품질 등에 편차가 생기기 쉬워진다.
또한, 용접 조건에 따라서는 용접 와이어 선단의 용적이 이탈하기 어려워져, 용적 이행이 불안정하게 된다. 특히 플럭스 코어드 와이어를 이용하는 경우에는, 플럭스의 비산이 생겨 용접 작업성이 저하된다.
이상과 같이, 각 특허문헌의 용접 방법에서는 스패터 발생량의 증대와, 용입 불량이 발생하여, 용접 품질이나 용접 작업성이 저하되는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 사항을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 용접 작업성을 손상시키는 일 없이 용접 속도를 빠르게 하고, 게다가 용접 열영향부의 인성을 확보하여 용접 금속의 기계적 성질을 개선할 수 있는 일렉트로 가스 아크 용접 방법, 및 일렉트로 가스 아크 용접 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 하기 일렉트로 가스 아크 용접 방법을 제공한다.
한쌍의 피용접판의 단부끼리를, 개선이 상하 방향으로 연장되고, 이면측보다 표면측이 폭이 넓어지도록 대향 배치시키고, 한쌍의 상기 피용접판의 상기 개선이 형성된 부위의 상기 표면측에, 상기 개선을 따라서 상방으로 미끄럼 운동 가능한 미끄럼 운동판을 접촉시키고, 상기 피용접판의 상기 이면측에, 고정된 이당재를 접촉시키고, 단수 또는 복수의 용접 토치의 토치 선단을 상기 개선 내에 삽입시켜 배치하고,
상기 용접 토치와 용접 전원부의 사이, 및 상기 피용접판과 상기 용접 전원부의 사이에 3m 이상의 길이의 파워 케이블을 접속하고,
상기 용접 토치로부터 상기 개선 내에 삽입된 용접 와이어와 한쌍의 상기 피용접판의 사이에, 아크 전압을 인가하여 용접 전류를 흘리고, 상기 미끄럼 운동판을 상방으로 미끄럼 운동시키면서 실드 가스 분위기하에서 입향 맞댐 용접을 실행하는 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서,
상기 용접 와이어에 15~30%의 플럭스율을 갖는 플럭스 코어드 와이어, 상기 실드 가스에 CO2 농도가 50% 이상인 가스, 상기 용접 전류로서 펄스 전류를 이용하고,
상기 펄스 전류는, 피크 전류값에 도달할 때까지의 상승 시간이 0.1~5.0㎳이며, 펄스의 주파수가 20~200㎐인 것을 특징으로 하는 일렉트로 가스 아크 용접 방법.
이러한 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 의하면, 실드 가스 조성, 플럭스 코어드 와이어, 용접 전류의 조건이 최적화되어, 플럭스 코어드 와이어 선단의 용적 이행을 안정시킬 수 있다. 이에 의해, 입열량을 저감하여 용접부의 인성을 향상시키며, 게다가, 스패터의 발생을 억제하여 작업성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서의 "A~B"의 범위란, A 및 B의 값을 포함하는 범위를 의미한다.
또한, 상기 펄스 전류를, 펄스 피크 전류(IP)가 400~800A, 펄스 피크 기간(tp)이 1.0~4.0㎳, 베이스 전류(IB)가 100~200A의 조건으로 설정하는 것이 바람직하다.
이러한 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 의하면, 펄스 베이스 기간에 있어서, 안정적으로 이탈할 수 있는 용적이 펄스 피크 기간에 형성될 수 있어, 용적 이행을 안정시킴으로써, 보다 작업성을 양호하게 할 수 있다.
또한, 한쌍의 상기 피용접판의 판 두께가 45~100㎜이며, 상기 개선으로의 용접 입열을 20~75kJ/㎜로 하는 것이 바람직하다.
이러한 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 의하면, 용접 입열이 소정 범위로 억제됨으로써, 피용접판의 HAZ 연화 강도 저하를 저감시킬 수 있다.
또한, 상기 용접 와이어로서, 직경이 1.2~2.0㎜의 것을 이용하는 것이 바람직하다.
이러한 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 의하면, 용접 입열의 저감 효과와, 용접 와이어의 용융에 의한 용접 금속의 공급 효과의 밸런스가 양호해진다.
또한, 상기 용접 와이어로서, 와이어 전체 질량당, Mn : 1.50~2.50 질량%, SiO2 : 0,1~1.0 질량%, Ni : 0.5~3.0 질량%, Ti : 0.1~0.5 질량%, B : 0.004~0.020 질량%를 함유하는 플럭스 코어드 와이어를 이용하는 것이 바람직하다.
이러한 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 의하면, 용접부의 인성이 높아져, 용접부의 기계적 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 용접 와이어에 내포되는 플럭스 중에 있어서의 철분(鐵粉)의 비율을, 상기 플럭스의 전체 중량에 대하여 40~90%로 하는 것이 바람직하다.
이러한 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 의하면, 용접 와이어가 융융되기 쉬워져, 플럭스의 비산을 억제할 수 있다.
또한, 상기 개선 내에 복수의 상기 용접 토치를 삽입하여, 상기 용접 토치 중 적어도 1개를 상기 표면측에 배치하고, 상기 표면측에 배치된 용접 토치에 인가하는 전류와, 상기 이면측에 배치된 용접 토치에 인가하는 전류의 극성을 역으로 하는 것이 바람직하다.
이러한 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 의하면, 각각의 용접 토치로부터 나오는 아크가 끌어당겨져, 아크를 용접 토치 사이의 중앙측에 모으는 것 이외에, 스패터도 아크와 동일한 방향으로 끌어당겨진다. 그 때문에, 전체적으로 안정된 용접을 실행할 수 있게 된다.
또한, 복수의 상기 용접 토치 중, 상기 피용접판의 이면에 가장 가까운 용접 토치의 선단으로부터 돌출되는 상기 용접 와이어의 선단이 상기 피용접판의 이면으로부터의 수평 거리로 15~25㎜의 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
이러한 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 의하면, 피용접판을 필요량 녹일 수 있어, 용입 불량을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은, 한쌍의 피용접판의 단부끼리를, 개선이 상하 방향으로 연장되고, 이면측보다 표면측이 폭이 넓어지도록 대향 배치시키고, 한쌍의 상기 피용접판의 상기 개선이 형성된 부위의 상기 표면측에, 상기 개선을 따라서 상방으로 미끄럼 운동 가능한 미끄럼 운동판을 접촉시키고, 상기 피용접판의 상기 이면측에, 고정된 이당재를 접촉시키고, 단수 또는 복수의 용접 토치의 토치 선단을 상기 개선 내에 삽입시켜 배치하고,
상기 용접 토치와 용접 전원부의 사이, 및 상기 피용접판과 상기 용접 전원부의 사이에 3m 이상의 길이의 파워 케이블을 접속하고,
상기 용접 토치로부터 상기 개선 내에 삽입된 용접 와이어와 한쌍의 상기 피용접판의 사이에, 아크 전압을 인가하여 용접 전류를 흘리고, 상기 미끄럼 운동판을 상방으로 미끄럼 운동시키면서 실드 가스 분위기하에서 입향 맞댐 용접을 실행하는 일렉트로 가스 아크 용접 장치에 있어서,
상기 용접 와이어는 15~30%의 플럭스율을 갖는 플럭스 코어드 와이어이고,
상기 실드 가스는 CO2 농도가 50% 이상인 가스이며,
상기 용접 전원부는, 상기 용접 와이어와 한쌍의 상기 피용접판의 사이에 흐르는 상기 용접 전류로서, 피크 전류값에 도달할 때까지의 상승 시간이 0.1~5.0㎳, 펄스의 주파수가 20~200㎐인 펄스 전류를 공급 가능한 전원인 것을 특징으로 하는 일렉트로 가스 아크 용접 장치를 제공한다.
이러한 일렉트로 가스 아크 용접 장치에 의하면, 실드 가스 조성, 플럭스 코어드 와이어, 용접 전류의 조건이 최적화되어, 플럭스 코어드 와이어 선단의 용적 이행을 안정시킬 수 있다. 이에 의해, 입열량을 저감하여 용접부의 인성을 향상시키고, 게다가 스패터의 발생을 억제하여 작업성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 용접 작업성을 손상시키는 일 없이 용접 속도를 빠르게 하고, 게다가 용접 열영향부의 인성을 확보하여 용접 금속의 기계적 성질을 개선할 수 있다.
도 1은 제 1 구성예의 일렉트로 가스 아크 용접 장치의 개략적인 전체 구성도,
도 2는 일렉트로 가스 아크 용접의 형태를 모식적으로 도시하는 설명도,
도 3은 피용접판의 개선 형상을 도시하는 판압 방향의 단면도,
도 4는 펄스 전류에 의해 용접 와이어에 생성되는 용적 상태를 실드 가스마다 도시하는 설명도,
도 5는 용접 전원부를 펄스 모드로 구동한 경우의, 용접 전류의 파형의 일 예를 나타내는 그래프,
도 6은 용접 와이어의 개선 내에 있어서의 목표 위치의 설명도,
도 7은 제 2 구성예의 용접 장치의 개략적인 전체 구성도.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
＜제 1 구성예＞
도 1은 제 1 구성예의 일렉트로 가스 아크 용접 장치의 개략적인 전체 구성도, 도 2는 일렉트로 가스 아크 용접의 형태를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 1 및 도 2에 도시하는 일렉트로 가스 아크 용접 장치(100)는, 한쌍의 피용접판의 단부끼리를 대향시킨 개선(11)(도 2 참조)이, 상하 방향을 따라서 배치된 피용접판(15A, 15B)에 대하여, 입향 맞댐 용접을 실행하는 용접 장치이다. 여기서 취급하는 피용접판(15A, 15B)은, 예를 들어 판 두께가 45~100㎜의 후판 강판이며, 예를 들어 YP 390N/㎟ 이상의 고장력 강판이 사용 가능하다. 이하의 설명에서는, 일렉트로 가스 아크 용접 장치를 간단히 용접 장치라고 약칭한다.
용접 장치(100)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 한쌍의 피용접판(15A, 15B)의 단부끼리를, 개선(11)이 상하 방향으로 연장되고, 이면측으로부터 표면측이 폭이 넓어지도록 대향 배치시키고, 한쌍의 피용접판(15A, 15B)의 개선(11)이 형성된 부위의 표면측에, 개선(11)을 따라서 상방으로 미끄럼 운동 가능한 구리제의 미끄럼 운동판(17)이 접촉되어 배치된다.
피용접판(15A, 15B)의 미끄럼 운동판(17) 배치측의 반대측에는, 세라믹스제 또는 구리제의 이당재(19)가 접촉되어 배치된다. 이당재(19)는 피용접판(15A, 15B)의 이면측에 고정된다. 미끄럼 운동판(17)과, 피용접판(15A, 15B)과, 이당재(19)에 의해 둘러싸이는 개선(11) 내에는, 복수 개의 용접 토치(21, 23)가 상방으로부터 삽입되어 배치된다. 또한, 도시 예의 용접 장치(100)는, 2개의 토치를 갖는 2 전극 용접 장치이지만, 3개 이상의 토치를 갖는 용접 장치라도 좋고, 상세를 후술하는 1개의 토치만 갖는 용접 장치라도 좋다.
용접 장치(100)는, 도 1에 도시하는 바와 같이 용접 와이어(25)를 용접 토치(21)에 송급하는 와이어 공급부(35)와, 용접 와이어(26)를 용접 토치(23)에 송급하는 와이어 공급부(37)와, 용접 토치(21, 23)에 장전된 용접 와이어(25, 26)에 용접 전류를 공급하는 용접 전원부(39)를 구비한다.
본 구성의 용접 전원부(39)는, 피용접판(15A, 15B)과 용접 와이어(25)의 사이에 용접 전류를 공급하는 제 1 용접 전원(41), 및 피용접판(15A, 15B)과 용접 와이어(26)의 사이에 용접 전류를 공급하는 제 2 용접 전원(43)을 구비한다. 제 1 용접 전원(41)과 제 2 용접 전원(43)은, 각각 펄스 형상의 용접 전류를 출력 가능한 펄스 제어 회로를 갖는다. 또한, 본 예에서는, 용접 와이어마다 각각 상이한 용접 전원을 이용하는 구성이지만, 복수의 용접 와이어로 다른 조건의 용접 전류를 출력할 수 있는 용접 전원을 1대만 마련한 구성이어도 좋다.
와이어 공급부(35)는, 용접 와이어(25)를 용접 토치(21) 중을 통하여, 용접 토치(21)의 선단을 향하여 공급한다. 와이어 공급부(37)는, 용접 와이어(26)를 용접 토치(23) 중을 통하여, 용접 토치(23)의 선단을 향하여 공급한다. 여기에서 이용되는 용접 와이어(25, 26)는 직경이 2.0㎜ 이하인 플럭스 코어드의 용접 와이어이다.
용접 토치(21)의 선단으로부터 돌출되는 용접 와이어(25)와, 피용접판(51A, 15B)의 사이, 및 용접 토치(23)의 토치 선단의 용접 와이어(26)와, 피용접판(51A, 15B)의 사이에는, 각각 용접 전원부(39)에 의해 아크 전압이 인가되고, 용접 전류가 흐른다.
이러한 용접 전원부(39)는, 펄스 전류를 출력하는 펄스 모드와, 정전압 제어하는 정전압(CV) 모드가 선택적으로 설정된다. 펄스 모드에서는, 펄스 형상으로 변화시킨 펄스 전류가 출력되며, CV 모드에서는, 특수한 형상을 갖지 않는 전류 파형이 출력된다. 펄스 모드와 CV 모드의 전환은, 수동으로 실행해도 좋고, 용접 장치(100)에 접속되는 미도시의 제어 장치로부터의 지령에 의해 실행해도 좋다. 또한, 용접 전원부(39)는 펄스 모드만으로 구동되는 전원이어도 좋다.
상기의 용접 토치(21, 23)와, 미끄럼 운동판(17) 및 와이어 공급부(35, 37)는 미도시의 승강 프레임에 승강 가능하게 지지된다. 승강 프레임은, 미끄럼 운동판(17), 용접 토치(21, 23), 와이어 공급부(35, 37)를, 용접의 진행과 함께 도 1에 도시하는 화살표(P)를 따라서 일체로 동일 속도로 상승 구동시킨다. 이에 의해, 미끄럼 운동판(17)은 피용접판(15A, 15B)의 표면과 미끄럼 운동하면서 상승한다.
용접 토치(23)의 토치 선단은 피용접판(15A, 15B)의 개선(11) 내에 삽입된다. 이러한 용접 토치(23)는 미도시의 오실레이트 장치(oscillating device)를 거쳐서 승강 프레임에 장착된다.
오실레이트 장치는 용접 토치(23)를 피용접판(15A, 15B)의 판 두께 방향(S)(도 6 참조)으로 요동한다. 이러한 오실레이트 장치는, 용접 토치(23)를 판 두께 방향(S)으로 요동할 수 있는 기구이면 좋고, 모터의 회전 동작을 직진 동작으로 변환하는 캠 기구를 이용한 구성이나, 리니어 액추에이터에 의해 용접 토치(23)를 직접적으로 직진 동작시키는 구성이어도 좋다.
용접 토치(21, 23)의 토치 선단에 공급되는 용접 와이어(25, 26)는 토치 선단으로부터 소정의 일정 길이로 각각 돌출된다. 돌출되어 노출된 용접 와이어(25, 26)와 피용접판(15A, 15B)의 사이에는, 용접 전원부(39)로부터의 용접 전류가 공급되어 아크가 발생한다.
또한, 토치 선단으로부터의 용접 와이어(25, 26)의 돌출 길이, 즉 토치 선단과, 모재인 피용접판(15A, 15B)의 사이의 거리는 30~50㎜의 일정량으로 한다. 돌출 길이가 50㎜를 초과하면, 와이어의 뒤틀림 성질에 의해서 목표 위치의 어긋남이 생기기 쉬워진다. 또한, 저항 발열이 증대되어, 용접 와이어(25, 26)의 용융량이 적정값 이상이 된다. 그 때문에, 용융 용적이 비대화되어 대립(大粒)의 스패터가 다발한다. 또한, 돌출이 30㎜ 미만이면, 용착 효율이 저하되어, 용접 속도가 느려진다.
미끄럼 운동판(17)은, 용접열로 자신이 용해되는 것을 방지하기 위해, 냉각수를 미끄럼 운동판 내에 순환시키는 것에 의해 냉각된다. 본 구성에 있어서는, 미끄럼 운동판(17)의 하부에, 냉각수(W)를 순환시키는 냉각수 유로(27)가 마련된다. 이러한 냉각수 유로(27)에는, 냉각수의 공급구(29)와 배출구(31)가 접속되고, 공급구(29)로부터 공급된 냉각수(W)가 냉각수 유로(27)로 흐른다
미끄럼 운동판(17)의 상부에는, 실드 가스(G)를 분출하는 가스 분출부(33)가 마련된다. 실드 가스는 개선(11) 내의 용접 금속을 대기로부터 차단하여, 개선(11)을 실드한다.
도 3은 피용접판(15A, 15B)의 개선 형상을 도시하는 판압 방향의 단면도이다. 피용접판(15A, 15B)의 개선(11)은 피용접판(15A, 15B)의 이면측보다 표면측이 폭이 넓어진다. 피용접판(15A, 15B)의 개선(11)의 형상은, 예를 들어 피용접판(15A, 15B)의 판 두께(t)가 80㎜, 개선 각도(θ)가 20°, 개선 갭 길이(GAP)가 10㎜가 된다. 이러한 개선(11) 내에서, 용접 와이어(25, 26)의 주위를 실드 가스 분위기로 하면서, 용접 토치(21, 23)로부터 돌출시켜 노출된 2개의 용접 와이어(25, 26)의 각각으로부터 아크를 발생시켜서, 일렉트로 가스 아크 용접이 실행된다.
용접 와이어(25, 26)로부터 발생하는 아크는 용접 와이어(25, 26) 자체를 용융시키는 동시에, 피용접판(15A, 15B)의 일부도 용융시킨다. 이에 의해, 개선(11) 내에 용융 금속(47)이 형성된다. 이러한 용융 금속(47)이 응고됨으로써 개선(11)을 매립하는 용접 금속(49)이 형성된다.
＜용접 와이어, 실드 가스, 용접 전류의 조건＞
다음에, 상기 구성의 용접 장치(100)에 이용하는 용접 와이어, 실드 가스, 용접 전류에 대하여 설명한다.
일반적인 입열량 저감의 수단으로서는, 예를 들면, 플럭스 코어드 와이어를 이용하는 것이나, 용접 전류를 펄스화하는 것 등을 들 수 있다. 용접 전류값이 동일하면, 플럭스 코어드 와이어는 솔리드 와이어보다 용착 효율이 높다. 따라서, 플럭스 코어드 와이어는 솔리드 와이어보다 입열량을 저감하는 것이 가능해진다. 또한, 와이어의 플럭스율(와이어중 플럭스량/와이어 전체 중량의 비)이 클수록 입열량의 저감 효과를 얻을 수 있다. 그렇지만, 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 코어가 플럭스에 의해 형성되기 때문에, 용접 중의 와이어 선단에 있어서, 플럭스가 비산하여 스패터가 되기 쉬워서, 용접 작업성이 열화된다. 이러한 작업성의 열화는 플럭스율이 높아질 경우나 펄스 용접을 적용하는 경우에 현저하게 된다.
또한, 와이어 직경에 대해서는, 용접 와이어(25)가 굵어지면, 용접 와이어(25)의 전기 저항이 저하된다. 그 때문에, 용접 토치(21, 23)의 토치 선단으로부터 돌출된 용접 와이어(25, 26)는 보다 높은 용접 전류를 흘리는 것을 필요로 한다. 따라서, 용접 와이어가 굵어질수록, 용접 입열은 커진다.
그래서, 본 구성의 용접 장치(100)에 있어서는, 용접 와이어에 플럭스 코어드 와이어를 이용한 경우라도, 용접 와이어, 실드 가스, 용접 전류의 조건을 최적화함으로써, 용접에 의한 입열량을 저감하면서, 와이어 선단의 용적 이행을 안정시켜, 용접부의 기계적 성질의 개선을 도모하고 있다. 이하에, 그 최적화 조건에 대하여 상세하게 설명한다.
＜용접 와이어의 성상＞
(1) 플럭스율
솔리드 와이어에서는, 일렉트로 가스 용접과 같이, 파워 케이블이 장척으로 되는 것이 원인으로 펄스 전류의 파형이 둔해진 경우, 핀치력(pinch force)이 부족하기 때문에, 용접 와이어 선단으로부터 주기적으로 용적이 이탈하기 어려워서, 용적 이행이 불안정하게 된다. 그러나, 용접 와이어로서 플럭스 코어드 와이어를 이용하여 플럭스율 15~30%로 규정하는 것에 의해 펄스 전류의 파형이 둔해진 경우에도, 용적에 잘록부가 생기기 쉬워진다. 또한, 플럭스율이 15%를 하회하면, 용적의 이탈에 대하여, 충분한 핀치력이 얻어지지 않기 때문에, 용적 이행이 불안정하게 되어 용접 작업성이 열화된다. 한편, 플럭스율이 30%를 초과하면, 플럭스가 비산하기 시작하여, 용접 작업성이 열화된다. 또한, 여기서 말하는 파형의 "둔함"이란 피크 파형의 상승, 하강이 완만하게 되는 상태를 가리킨다.
(2) 조성
용접 와이어에 포함되는 Mn, Ni, B, Ti, SiO2의 와이어 전체 질량당의 함유율(질량%)을 이하의 범위로 규정하는 것에 의해, 용접 열영향부의 인성 및 용접 작업성이 보다 향상된다.
Mn : 1.50~2.50 질량%
용접 와이어 중의 Mn은, 탈산제 혹은 유황 포착제로서의 효과를 발휘하며, 용접 금속의 강도나 인성을 확보하기 위해 첨가하는 것이 바람직하다. 인성 확보를 위해 1.50 질량% 이상을 함유시키는 것이 보다 바람직하다. 한편, 2.50 질량% 이하로 하면, 과잉 강도에 의한 용접 금속의 인성 저하를 억제할 수 있다. 따라서, Mn의 함유량은 1.50~2.50 질량%의 범위로 규정하는 것이 바람직하다.
Ni : 0.5~3.0 질량%
Ni은 용접 금속의 강도나 인성을 확보하기 위해 첨가하는 것이 바람직하다. 인성 확보를 위해 0.5% 이상을 함유시키는 것이 보다 바람직하다. 한편, 3.0 질량% 이하로 하면, 과잉 강도에 의한 용접 금속의 인성 저하를 억제할 수 있다. 따라서, Ni의 함유량은 0.5~3.0 질량%의 범위로 규정하는 것이 바람직하다.
Ti : 0.1~0.5 질량%
Ti은 강탈산 원소로서 안정적인 산화물, 탄화물, 질화물을 형성하여, 결정립의 미세화 등에 기여하는 원소이기 때문에, 용접 금속의 강도나 인성을 확보하기 위해 첨가하는 것이 바람직하다. 인성 확보를 위해 0.1 질량% 이상을 함유시키는 것이 보다 바람직하다. 한편, 0.5 질량% 이하로 하면, 과잉 강도에 의한 용접 금속의 인성 저하를 억제할 수 있다. 따라서, Ti의 함유량은 0.1~0.5 질량%의 범위로 규정하는 것이 바람직하다.
B : 0.004~0.020 질량%
B는 안정적인 질화물을 형성하여, 결정립의 미세화 등에 기여하는 원소이기 때문에, 용접 금속의 강도나 인성을 확보하기 위해 첨가하는 것이 바람직하다. 인성 확보를 위해 0.004 질량% 이상을 함유시키는 것이 보다 바람직하다. 한편, 0.020 질량% 이하로 하면, 과잉 강도에 의한 용접 금속의 인성 저하 및 균열을 억제할 수 있다. 따라서, B의 함유량은 0.004~0.020 질량%의 범위로 규정하는 것이 바람직하다.
SiO2 : 0.1~1.0 질량%
SiO2는 용융지 표면에 형성되는 음극점으로서, 아크 안정을 위해 첨가하는 것이 바람직하다. 아크 안정화를 위해 0.1~1.0 질량%로 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, Ti을 첨가하는 경우, Ti은 안정적인 산화물이 되며 SiO2와 마찬가지로, 용융지 표면 상에서 음극점으로서 작용한다. SiO2와 Ti 산화물에서는 열전자 방출 성능이 상이하기 때문에, 아크 안정으로서 효과적으로 작용하는 비율로서 Ti/SiO2가 0.5~3.0인 것이 보다 바람직하다.
(3) 철분 비율
용접 와이어에 내포되는 플럭스 중에 있어서의 철분의 비율은 플럭스 전체 중량에 대하여 40~90%로 하는 것이 바람직하다. 이러한 범위에서는, 철분은 용융되기 쉽기 때문에, 용접 전류의 피크 전류 기간에 있어서의 플럭스의 비산을 억제할 수 있다. 또한, 후술하는 CO2 가스의 이점을 향상시킬 수 있다.
＜실드 가스＞
용접 장치(100)에 사용하는 실드 가스는, CO2 농도가 50% 이상인 혼합 가스, 또는 100%인 CO2 가스로 한다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 상기 CO2 농도가 50% 이상인 가스나 100%인 CO2 가스를, 간단히 CO2 가스라 호칭하는 일이 있다. 일렉트로 가스 용접 특유의 장척 케이블에 의한 펄스 파형의 둔함에 대하여, 적절히 설정한 펄스 형상과, 상기 CO2 가스를 포함하는 실드 가스의 아크 긴축 효과에 의해서, 펄스 베이스 기간에 이탈 가능하게 되는 최적의 크기의 용적을 용접 와이어 선단에 형성할 수 있다. 그 결과, 용접 와이어 선단의 용적 이행이 안정된다.
또한, 실드 가스의 유량은 40L/min 이상이 바람직하다. 이것은, 조선 분야의 용접에서는 개선 단면이 크므로, 통상의 가스 실드 용접과 비교하여 대량의 가스가 필요하게 되기 때문이다.
도 4는 펄스 전류에 의해 용접 와이어에 생성되는 용적 상태를 실드 가스마다 도시하는 설명도이다.
동 도면에 있어서는, 점선으로 나타내는 통상의 펄스 파형으로부터 둔해진 펄스 전류의 파형을 실선으로 나타내고 있다. 시각(t1)에서의 펄스 전류는 완만한 상승 도중의 전류값(E1)이 된다.
실드 가스의 CO2 농도가 50% 이상의 가스인 경우, 시각(t1)의 상태에서는, 아크의 긴축에 의해 용접 와이어(25, 26, 28)의 선단에 용적(51)이 성장한다. 이러한 용적의 형성에 의해, 플럭스의 비산을 방지할 수 있다. 그리고, 시각(t2)이 되면, 펄스 전류는 통상의 펄스 파형의 피크 전류값에 도달한다. 이러한 피크 전류(E2)에 도달했을 때에, 완만하게 성장한 액체 방울이 용접 와이어(25, 26, 28)로부터 이탈한다. 이에 의해, 규칙적인 액체 방울의 이탈을 실현할 수 있어, 용접 와이어 선단의 용적 이행을 안정시킬 수 있다. 따라서, 전술한 과제였던 용접 작업성의 저하를 해소할 수 있다.
한편, 실드 가스가 Ar 리치 가스인 경우, 아크가 용접 와이어측으로 기어올라서, 용접 와이어 선단에 용적이 충분히 형성되지 않은 채 이탈하기 때문에, 플럭스 기둥이 노출되고, 플럭스가 비산하여 용접 작업성이 저하된다.
＜용접 전류＞
용접 전원부(39)는, 용접 와이어(25)에 출력하는 구동 전력과, 용접 와이어(26)에 출력하는 구동 전력을 각각 독립적으로 출력할 수 있다. 본 구성의 용접 전원부(39)에 있어서는, 용접 와이어(25, 26) 중 적어도 한쪽에, 펄스 모드에 의한 펄스 전류를 출력한다.
도 5는 용접 전원부(39)를 펄스 모드로 구동한 경우의, 용접 전류의 파형의 일 예를 나타내는 그래프이다. 동 도면에 나타내는 용접 전류의 파형은, 용접 와이어(25, 26)의 선단과 피용접판(15A, 15B)의 사이의 용접 부위에 실제로 흐르는 용접 전류의 파형으로서, 2 전극 일렉트로 가스 아크 용접에 있어서, 와이어 송급 속도를 14.8m/min으로 용접했을 때의 펄스 전류 파형이다. 이러한 경우의 용접 전원부로부터 출력되는 용접 전류의 전류 파형은 직사각형파이다. 상기 용접 전류는, 펄스 피크 전류(IP)가 600A, 펄스 피크 기간이 4.5㎳, 베이스 전류(IB)가 180A, 베이스 기간(tB)이 5.0㎳로 되어 있다. 또한, 이러한 용접 전류의 펄스의 주파수(f)는 111㎐이다. 또한, 펄스 피크 기간(tp)은 상승 및 하강 기간을 포함한다.
본 구성의 용접 장치(100)에 있어서는, 펄스 피크 전류(IP)가 400~800A, 펄스 피크 기간(tp)이 1.0~4.0㎳, 베이스 전류(IB)가 100~200A인 직사각형파로 하는 것이 바람직하다.
또한, 토치 선단의 용접 와이어(25, 26)와 피용접판(15A, 15B)의 사이에 흘리는 펄스 전류는, 용접 토치의 피크 전류값에 도달할 때까지의 상승 시간과 펄스의 주파수를 다음의 조건이 만족되도록 한다.
(1) 상승 시간
펄스 전류는 피크 전류값에 도달할 때까지의 상승 시간을 0.1~5.0㎳로 한다. 이러한 상승 시간 0.1~5.0㎳의 범위는, 실드 가스를 CO2 가스로 하고, 플럭스 코어드 와이어를 이용한 경우에 있어서의, 용적을 안정시키는 최적의 조건이 된다. 그리고, 이 전류값이 완만하게 증가하는 기간에 용접이 이루어진다. 상승 시간이 0.1㎳를 하회하는 경우는 플럭스 코어드 와이어에 급준한 핀치력이 가해져, 와이어 중의 플럭스가 비산하는 것에 의해 작업성이 열화된다. 상승 시간이 5.0㎳를 초과하는 경우는 피크 기간 중에 용적 이탈이 일어나, 1㎜ 이상의 굵은 스패터가 발생한다.
(2) 펄스의 주파수
펄스 전류의 펄스의 주파수를 20~200㎐로 한다. 통상의 MAG(Metal Active Gas) 용접은 용적 이행을 안정화시키기 위해 200㎐를 초과하는 주파수를 필요로 한다. 한편, 본 구성의 일렉트로 가스 아크 용접에서는, 20㎐를 하회하는 경우, 또는 200㎐를 초과하는 경우는 용적 이행의 규칙성이 흐트러져 스패터 발생량이 증가한다. 즉, 본 발명의 구성 요건이 되는 플럭스 코어드 와이어와, CO2 농도가 50% 이상인 가스와, 20~200㎐ 주파수의 펄스 전류를 이용하는 것에 의해, 용접 와이어의 용적 이행을 안정시킬 수 있다.
＜용접 와이어, 실드 가스, 용접 전류의 최적화 효과＞
일반적으로, 펄스 전류를 이용하는 경우는, 솔리드 와이어와 Ar 80% 이상의 Ar 리치 실드 가스의 조합으로, 펄스의 주파수를 200~300㎐로 하여 실행한다. 이러한 조건하에서는, 펄스 전류의 1 펄스에 의해 와이어 선단에 1개의 액체 방울이 생성되는 1 펄스 1 드롭을 달성할 수 있다. 이에 의해, 스패터가 억제된 우수한 용접 작업성이 얻어지고, 입열량의 저감도 도모할 수 있다.
상기 효과는, 솔리드 와이어와 Ar 리치의 실드 가스를 조합하여 사용하는 경우 이외에서는 얻어지지 않았다. 예를 들면, 솔리드 와이어를 플럭스 코어드 와이어로 변경한 경우는, 실드 가스에 Ar 리치 가스를 사용해도, CO2 가스를 사용해도, 혹은 펄스 전류를 이용해도, 피크 전류시에 플럭스가 비산하여, 용접 작업성이 저하된다. 또한, Ar 리치의 실드 가스를 CO2 가스로 변경한 경우는, 펄스 전류가 특수한 파형이 아닌 한, 용접 와이어의 액체 방울 이행의 형태가 달라져버려, 용접 작업성이 저하된다.
또한, 일렉트로 가스 아크 용접인 경우, 용접 전원부와 용접 토치 사이를 접속하는 파워 케이블이 길어, 펄스 전류의 파형이 둔해진다. 이러한 펄스 파형의 둔함 때문에, 일반적으로는, 일렉트로 가스 아크 용접에 펄스 전류는 이용되고 있지 않았다. 만일 펄스 전류를 이용한 경우에는, 솔리드 와이어와 Ar 리치의 실드 가스를 조합하여 사용하는 경우라도, 용접 와이어의 용적 이행이 교란되어 버린다. 이것은 파워 케이블이 길어, 펄스 파형이 둔해지는 현상이 생기기 때문에, 펄스 피크 전류의 급준한 상승에 의한 핀치력 효과를 얻지 못하여, 1 펄스 1 드롭의 형태로부터 벗어나 버리기 때문이다. 그 결과, 스패터를 일으켜서, 용접 작업성이 열화된다. 또한, CO2 가스를 이용하여, 펄스 전류를 특수 파형으로 하는 경우도, 전류값이 높은 제 1 피크 전류와, 제 1 피크 전류보다 낮은 제 2 피크 전류를 갖는 특수 파형의 펄스 전류가, 특히 전류가 낮은 제 2 피크 전류의 감쇠에 의해 파형이 둔해져, 임의의 용적 이행 제어를 할 수 없게 된다. 그 때문에, 어느 경우라도, 본래의 입열량 저감과 용접 작업성 향상의 효과를 달성할 수 없었다.
본 구성의 용접 장치(100)는, 상기한 용접 와이어, 실드 가스, 용접 전류의 조건으로 용접하는 것에 의해, 지금까지, 일렉트로 가스 아크 용접에서는 사용할 수 없었던 펄스 전류를 사용 가능하게 하여, 용접 와이어 선단이 안정된 용적 이행을 실현하고 있다. 그 결과, 입열량을 저감하여, 용접 열영향부의 인성 등의 기계적 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 용적 이행의 안정화에 의해, 스패터의 발생을 저감시킬 수 있어, 용접 작업성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 구성의 용접 장치(100)에 의하면, 피용접판(15A, 15B)을 일렉트로 가스 아크 용접하는 경우에, 개선(11)의 용접 입열을 20~75kJ/㎜로 할 수 있다. 용접 입열이 20kJ/㎜ 이상인 경우는 용접 효율이 향상되고, 용접 입열이 75kJ/㎜ 이하인 경우는 강도 저하가 억제된다.
그리고, 본 구성의 용접 장치(100)에 있어서는, 용접 토치(21)의 용접 와이어(25) 및 용접 토치(23)의 용접 와이어(26)에, 각각 용접 전류를 인가할 때, 각각의 전류의 극성을 서로 상이하게 하는 것이 바람직하다. 도시 예에서는, 용접 토치(21)의 용접 와이어(25)가 직류 정극성(DC-EN)에 접속되며, 용접 토치(23)의 용접 와이어(26)가 직류 역극성(DC-EP)에 접속된다. 각각의 전류의 극성을 서로 상이하게 하는 것에 의해, 스패터가 저감되어, 용접 작업성이 보다 양호하게 된다.
또한, 스패터의 발생을 억제하려면, 각 용접 토치에 인가하는 펄스 피크 주기를 어긋나게 하는 등의 수법을 이용해도 좋다.
또한, 2 전극 일렉트로 가스 아크 용접과 같은 복수의 전극을 이용하는 용접법의 경우, 각각의 용접 토치를 DC-EN와 DC-EP로 하면, 각각의 용접 토치로부터 발생하는 아크가 안정되어, 용접 토치 사이에서 발생하는 스패터가 감소한다. 또한, 용접 토치 간격을 20㎜~40㎜로 하는 것이 바람직하며, 보다 아크가 안정되기 때문에, 작업성이 양호한 용접을 실행할 수 있게 된다.
종래의 일렉트로 가스 아크 용접법에서는, 용접 와이어(25)는 이당재(19)로부터 수평 거리로 20~30㎜ 이격되어 배치된다. 그렇지만, 본 일렉트로 가스 아크 용접법에서는, 동일한 용접 와이어(26)의 배치로 하면, 입열량이 낮기 때문에 이면측의 용접 금속과 이당재(19)의 사이에 간극이 생기는 등, 용입 불량이 발생할 우려가 있다. 또한, 용접 전류값은 CV 모드의 경우보다 펄스 모드의 경우가 낮다. 그 때문에, 펄스 모드와 CV 모드에서, 용접 와이어의 목표 위치를 동일하게 하면, CV 모드로 양호한 용접을 실행해도, 펄스 모드로 용접한 경우에는 백비드(back bead)가 나타나기 어려워져, 양호한 비드 외관이 얻어지지 않는 경우가 있다. 그래서, 펄스 모드의 경우에는, 피용접판(15A, 15B)의 이면에 가장 가까운 용접 와이어(25)의 목표 위치를, 이당재(19)로부터의 수평거리로 15~25㎜의 위치에 배치한다. 이에 의해, 용접 와이어(25)가 이당재(19)로부터 15~25㎜의 위치까지 접근하고, 피용접판을 필요량 녹일 수 있어, 용입 불량을 방지할 수 있다.
도 6은 용접 와이어(25, 26)의 개선(11) 내에 있어서의 목표 위치의 설명도이다. 전술의 오실레이트 장치에 의해서 용접 토치(23)(도 1 참조)가 요동되면, 용접 와이어(26)가 판 두께 방향(S)을 따라서 요동한다. 오실레이트 장치에 의한 용접 와이어(26)의 위빙(weaving) 폭은, 피용접판(15A, 15B)의 표면측으로부터 거리(L4)의 위치(P1)와, 위치(P1)로부터 거리(L3)의 위치(P2)까지의 사이의 거리가 된다. 또한, 용접 토치(21)의 용접 와이어(25)는, 위치(P2)로부터 거리(L2)만큼 더욱 피용접판(15A, 15B)의 이면측을 향하는 위치(P3)에 배치된다. 상기의 거리 (L1~L4)는 하기 표 1에 나타내는 치수로 설정된다. 표 중의 각 전극 위치(PO1, PO2, PO3) 중 어느 하나에서도, 용입 불량의 발생을 방지할 수 있다.
[표 1]
Figure 112018083600055-pat00001
이상 설명한 바와 같이, 용접 토치(21, 23)에 공급되는 용접 전류로서, 직사각형파 펄스 전류를 채용하는 것에 의해, 장척 케이블에 의해 용접 전류 파형이 둔해지기 쉬운 상황하에서도, 확실히 저입열화시킬 수 있다. 플럭스 코어드 와이어를 이용하고, 또한 CO2 가스 실드에 의한 펄스 용접이라는 아크가 불안정하게 되기 쉬운 조건에 있어서, 각각의 용접 토치를 반대의 극성에 두는 것에 의해 아크 간섭을 회피할 수 있으며, 게다가 각각의 아크가 안정화되는 효과를 얻을 수 있다. 그 때문에, 저입열화를 도모하면서, 융합 불량 등의 용접 결함이 없는 용접 금속을 형성할 수 있다.
또한, 본 구성의 용접 장치(100)에 있어서는, 피용접판(15A, 15B)의 이면측에 배치되는 용접 와이어(25)는 요동시키지 않고, 표면측에 배치되는 용접 와이어(26)만을 오실레이트 장치에 의해 요동시키는 것이 바람직하다. 용접 와이어(26)만을 요동시키는 쪽이, 아크 안정성이 향상되어, 스패터 발생량을 저감시킬 수 있다. 이에 의해, 장척이고 개선(11)의 치수 편차가 큰 실용접 시공에 대해서도, 양호한 용접 작업성을 확보할 수 있다. 또한, 용접 와이어(26)를 요동시키는 대신에, 용접 와이어(25)측에 오실레이트 장치를 장착하여 용접 와이어(25)를 요동시켜도 좋고, 용접 와이어(25)와 용접 와이어(26)의 쌍방을 동시에 요동시켜도 좋다. 그 경우, 용접 와이어(25, 26)를 하나의 오실레이트 장치로 요동시키면, 용접 장치(100)의 기기 구성을 간단하게 할 수 있다.
＜제 2 구성예＞
다음에, 일렉트로 가스 아크 용접 장치의 제 2 구성예를 설명한다. 도 7은 제 2 구성예의 용접 장치의 개략적인 전체 구성도이다. 이후의 설명에 있어서는, 동일한 부재나 부위에 대해서는, 동일한 부호를 부여함으로써, 그 설명은 생략 또는 간단화한다.
본 구성의 용접 장치(200)는, 도 1에 도시하는 용접 장치(100)의 한쌍의 와이어 공급부(35, 37)를 갖는 2 전극의 구성 대신에, 단일의 와이어 공급부(38)를 마련한 1 전극의 구성이다 . 또한, 이에 수반하여, 용접 전원부(40)는, 제 1 용접 전원(41), 제 2 용접 전원(43) 대신에, 단일의 용접 전원(44)을 마련한 구성으로 하고 있다. 그 이외의 구성은, 전술의 용접 장치(100)와 마찬가지이다. 또한, 용접 와이어(28)는 미도시의 오실레이트 장치에 의해 요동하는 것도 가능하다.
본 구성의 용접 장치(200)에 의하면, 단일 와이어 공급부(38)라도, 전술한 용접 조건과 마찬가지로 하여 일렉트로 가스 아크 용접을 실행할 수 있다. 이에 의해, 피용접판(15A, 15B)의 판 두께가 45㎜ 미만의 판 두께인 경우에도, 전술과 같은 작용 효과를 얻을 수 있다. 즉, 용접 토치가 단수, 복수 중 어느 하나라도, 상술한 바와 같이, 용접 와이어에 플럭스 코어드 와이어를 이용하고, 실드 가스에 CO2 가스를 이용하여, 용접 전류로서 펄스 전류를 이용함으로써, 일렉트로 가스 아크 용접의 최적화를 도모할 수 있다.
[실시예]
도 1에 도시하는 용접 장치(100) 및 도 7에 도시하는 용접 장치(200)를 이용하고, 표 2에 나타내는 용접 와이어를 사용하여 용접한 실시예 1~56의 평가 결과를 표 3, 표 4에 나타낸다.
＜용접 조건＞
용접 속도 : 20㎜/min
판 두께(1 전극) : 45㎜
판 두께(2 전극) : 80㎜
루트 갭 : 10㎜
개선 각도 : 20°
＜평가 기준＞
(1) 비드 외관에 대해서는, 언더 컷, 또는 처짐 발생의 유무를 육안으로 평가했다. 평가 기준은 A가 양호, B가 외관 불량 있음이다.
(2) 융합 불량에 대해서는, 초음파 탐상(UT : Ultrasonic Testing) 시험(JIS Z 3060:2002)에 의해, 용입 불량의 발생의 유무에 의해 평가했다. 평가 기준은 A가 용입 불량 없음이며, B가 용입 불량 있음이다.
(3) 스패터 작업성에 대해서는, 고속 비디오 카메라로 촬영하고, 10초당 발생하는 스패터의 수를, 하기 기준으로 A, B, C의 3단계로 평가했다.
A : 100개 미만
B : 100개 이상, 200개 미만
C : 200개 이상
(4) 인성에 대해서는, 솔리드 와이어에 의한 정전압의 일렉트로 가스 아크 용접에 의한 시험 샘플의 샤르피 충격 시험(JIS Z 2242:2005)의 결과와 비교하고, 하기 기준으로 A, B, C의 3단계로 평가했다.
A : 100 이상, 120 이하
B : 60 이상, 100 미만
C : 60 미만
[표 2]
Figure 112018083600055-pat00002
[표 3]
Figure 112018083600055-pat00003
[표 4]
Figure 112018083600055-pat00004
실험예 45~47과 같이, 실드 가스 중의 Ar 비율이 증가하면, 용적 이행시에 플럭스가 비산하여, 작업성이 악화되었다.
실험예 48, 49와 같이, 케이블 길이가 3m 미만이면, 파형의 둔함이 일어나지 않기 때문에 펄스 전류의 상승이 0.1㎳ 미만이 되며, 플럭스 코어드 와이어와 CO2 가스의 조합에서는, 용적 이행이 안정되지 않아 스패터를 일으켜서 작업성이 열화되었다.
실험예 50, 51과 같이, 케이블 길이가 100m가 되면, 파형이 과도하게 둔해재서, 펄스 전류의 상승이 5.0㎳를 초과하여, 작업성이 악화되었다.
실험예 52와 같이, 플럭스 코어드 와이어의 플럭스율이 15%를 하회하면, 용적의 이탈에 대하여 충분한 핀치력이 얻어지지 않기 때문에, 용적 이행이 불안정하게 되어 용접 작업성이 열화되었다.
한편, 실험예 53과 같이, 플럭스율이 30%를 초과하면 플럭스가 비산하기 시작하여, 용접 작업성이 열화되었다.
실험예 54는 솔리드 와이어, CO2 가스, 및 펄스 전류를 조합한 용접 방법이다. 이러한 경우, 용적 이행이 불안정하게 되어, 비드 외관 불량 및 용접 작업성이 열화되었다.
실험예 55는, 상승 시간이 5.0㎳를 초과하여, 주파수가 20㎐ 미만이 된 경우이다. 이러한 경우, 피크 기간 중에 용적 이탈이 일어나서, 1㎜ 이상의 굵은 스패터가 발생하여, 용접 작업성이 열화되었다.
실험예 56은 주파수가 200㎐를 초과하는 경우이다. 이러한 경우, 플럭스 코어드 와이어에 급준한 핀치력이 가해져서, 와이어 중의 플럭스가 비산함으로써 용접 작업성이 열화되었다.
11 : 개선 15A, 15B : 피용접판
17 : 미끄럼 운동판 19 : 이당재
25, 26, 28 : 용접 와이어 39, 40 : 용접 전원부
100, 200 : 일렉트로 가스 아크 용접 장치

Claims (10)

  1. 한쌍의 피용접판의 단부끼리를, 개선이 상하 방향으로 연장되고, 이면측보다 표면측이 폭이 넓어지도록 대향 배치시키고, 한쌍의 상기 피용접판의 상기 개선이 형성된 부위의 상기 표면측에, 상기 개선을 따라서 상방으로 미끄럼 운동 가능한 미끄럼 운동판을 접촉시키고, 상기 피용접판의 상기 이면측에, 고정된 이당재를 접촉시키고, 복수의 용접 토치의 토치 선단을 상기 개선 내에 삽입시켜 일방향을 따라 배열되도록 배치하고,
    상기 용접 토치와 용접 전원부의 사이, 및 상기 피용접판과 상기 용접 전원부의 사이에 3m 이상의 길이의 파워 케이블을 접속하고,
    상기 용접 토치로부터 상기 개선 내에 삽입된 용접 와이어와 한쌍의 상기 피용접판의 사이에, 아크 전압을 인가하여 용접 전류를 흘리고, 상기 미끄럼 운동판을 상방으로 미끄럼 운동시키면서 실드 가스 분위기하에서 입향 맞댐 용접을 실행하는 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서,
    상기 용접 와이어에 15~30%의 플럭스율을 갖는 플럭스 코어드 와이어, 상기 실드 가스에 CO2 농도가 50% 이상인 가스, 상기 용접 전류로서 펄스 전류를 이용하고,
    상기 펄스 전류는 피크 전류값에 도달할 때까지의 상승 시간이 0.1~5.0㎳이며, 펄스의 주파수가 20~200㎐이며,
    비회전의 상기 복수의 용접 토치가 상기 일방향에 수직인 방향으로 일체로 이동되고 상기 복수의 용접 토치 중 적어도 하나의 용접 토치가 요동하는 도중에 상기 복수의 용접 토치에 인가되는 펄스 전류의 피크 주기는 서로 어긋나는 것을 특징으로 하는
    일렉트로 가스 아크 용접 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    한쌍의 상기 피용접판의 판 두께가 45~100㎜이며, 상기 개선으로의 용접 입열을 20~75kJ/㎜로 하는 것을 특징으로 하는
    일렉트로 가스 아크 용접 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 와이어로서, 직경이 1.2~2.0㎜인 것을 이용하는 것을 특징으로 하는
    일렉트로 가스 아크 용접 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 와이어로서, 와이어 전체 질량당, Mn : 1.50~2.50 질량%, SiO2 : 0.1~1.0 질량%, Ni : 0.5~3.0 질량%, Ti : 0.1~0.5 질량%, B : 0.004~0.020 질량%를 함유하는 플럭스 코어드 와이어를 이용하는 것을 특징으로 하는
    일렉트로 가스 아크 용접 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 와이어에 내포되는 플럭스 중에 있어서의 철분의 비율을, 상기 플럭스의 전체 중량에 대하여 40~90%로 하는 것을 특징으로 하는
    일렉트로 가스 아크 용접 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개선 내에 복수의 상기 용접 토치를 삽입하여, 상기 용접 토치 중 적어도 1개를 상기 표면측에 배치하고, 적어도 1개를 상기 이면측에 배치하고, 상기 표면측에 배치된 용접 토치에 인가하는 전류와, 상기 이면측에 배치된 용접 토치에 인가하는 전류의 극성을 반대로 하는 것을 특징으로 하는
    일렉트로 가스 아크 용접 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    복수의 상기 용접 토치 중, 상기 피용접판의 이면에 가장 가까운 용접 토치의 토치 선단으로부터 돌출되는 상기 용접 와이어의 선단이, 상기 피용접판의 이면으로부터의 수평 거리로 15~25㎜의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는
    일렉트로 가스 아크 용접 방법.
  8. 한쌍의 피용접판의 단부끼리를, 개선이 상하 방향으로 연장되고, 이면측보다 표면측이 폭이 넓어지도록 대향 배치시키고, 한쌍의 상기 피용접판의 상기 개선이 형성된 부위의 상기 표면측에, 상기 개선을 따라서 상방으로 미끄럼 운동 가능한 미끄럼 운동판을 접촉시키고, 상기 피용접판의 상기 이면측에, 고정된 이당재를 접촉시키고, 복수의 용접 토치의 토치 선단을 상기 개선 내에 삽입시켜 일방향을 따라 배열되도록 배치하고,
    상기 용접 토치와 용접 전원부의 사이, 및 상기 피용접판과 상기 용접 전원부의 사이에 3m 이상의 길이의 파워 케이블을 접속하고,
    상기 용접 토치로부터 상기 개선 내에 삽입된 용접 와이어와 한쌍의 상기 피용접판의 사이에, 아크 전압을 인가하여 용접 전류를 흘리고, 상기 미끄럼 운동판을 상방으로 미끄럼 운동시키면서 실드 가스 분위기하에서 입향 맞댐 용접을 실행하는 일렉트로 가스 아크 용접 장치에 있어서,
    상기 용접 와이어는 15~30%의 플럭스율을 갖는 플럭스 코어드 와이어이고,
    상기 실드 가스는 CO2 농도가 50% 이상인 가스이며,
    상기 용접 전원부는, 상기 용접 와이어와 한쌍의 상기 피용접판의 사이에 흐르는 상기 용접 전류로서, 피크 전류값에 도달할 때까지의 상승 시간이 0.1~5.0㎳, 펄스의 주파수가 20~200㎐인 펄스 전류를 공급 가능한 전원이고,
    비회전의 상기 복수의 용접 토치가 상기 일방향에 수직인 방향으로 일체로 이동되고 상기 복수의 용접 토치 중 적어도 하나의 용접 토치가 요동하는 도중에 상기 복수의 용접 토치에 인가되는 펄스 전류의 피크 주기는 서로 어긋나는 것을 특징으로 하는
    일렉트로 가스 아크 용접 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스 전류를, 펄스 피크 전류(IP)가 400~800A, 펄스 피크 기간(tp)이 1.0~4.0㎳, 베이스 전류(IB)가 100~200A인 조건으로 설정하는 것을 특징으로 하는
    일렉트로 가스 아크 용접 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 펄스 전류를, 펄스 피크 전류(IP)가 400~800A, 펄스 피크 기간(tp)이 1.0~4.0㎳, 베이스 전류(IB)가 100~200A인 조건으로 설정하는 것을 특징으로 하는
    일렉트로 가스 아크 용접 장치.
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