KR102283410B1 - 스테인레스 강 적용분야를 위한 용접 파형 - Google Patents

스테인레스 강 적용분야를 위한 용접 파형 Download PDF

Info

Publication number
KR102283410B1
KR102283410B1 KR1020170081764A KR20170081764A KR102283410B1 KR 102283410 B1 KR102283410 B1 KR 102283410B1 KR 1020170081764 A KR1020170081764 A KR 1020170081764A KR 20170081764 A KR20170081764 A KR 20170081764A KR 102283410 B1 KR102283410 B1 KR 102283410B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
welding
electrode
negative
current
negative effect
Prior art date
Application number
KR1020170081764A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180002062A (ko
Inventor
테레사 에이 멜피
나다니엘 피 맥빅커
Original Assignee
링컨 글로벌, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 링컨 글로벌, 인크. filed Critical 링컨 글로벌, 인크.
Publication of KR20180002062A publication Critical patent/KR20180002062A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102283410B1 publication Critical patent/KR102283410B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/10—Other electric circuits therefor; Protective circuits; Remote controls
    • B23K9/1006—Power supply
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/18—Submerged-arc welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/09—Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage
    • B23K9/091—Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage characterised by the circuits
    • B23K9/092—Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage characterised by the circuits characterised by the shape of the pulses produced
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/095—Monitoring or automatic control of welding parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/095—Monitoring or automatic control of welding parameters
    • B23K9/0953—Monitoring or automatic control of welding parameters using computing means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/18—Submerged-arc welding
    • B23K9/186—Submerged-arc welding making use of a consumable electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/23—Arc welding or cutting taking account of the properties of the materials to be welded
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04—Steel or steel alloys
    • B23K2103/05—Stainless steel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)

Abstract

표준 DC 용접 파형을 이용하고 동일한 용접 소모품을 이용하여 달성되는 것보다 더, 오스테나이트 스테인레스 강의 인성 레벨을 증가시키기 위해서 특정 AC 용접 파형이 이용된다.

Description

스테인레스 강 적용분야를 위한 용접 파형{WELDING WAVEFORM FOR STAINLESS STEEL APPLICATIONS}
본원은 2016년 6월 28일자로 출원되고, 그 전체 개시 내용이 본원에서 참조로 완전히 포함되는 미국 가특허출원 제62/355,367호에 대해서 우선권을 주장한다.
본원에서 설명된 발명은 일반적으로 스테인레스 강 용접 방법에 관한 것이다.
현대의 세계는 아마도 어떠한 다른 기술적 발전 보다도 강의 개발에 더 많은 혜택을 받았을 것이다. 이는, 야금적 능력으로; 즉 청동기 시대, 철기 시대, 등으로 전체 시대를 지칭한다는 사실로부터 명백하다. 이전 세기에서, 강 연구 및 생산은, 여전히 상대적으로 희박하고(1.25 중량% Cr, 0.5 중량% Mo) 페라이트적이지만, 높은, 발전(發電)-유형의 온도에서 충분히 강하고 큰 인성을 가지는 강을 만들었다. 다른 한편으로, 저온에서의 사용은 일반 탄소강 및 저합금 강의 약점이다. 적절한 균열 저항(인성)으로 극저온 온도를 견디기에 적합한 저합금 강은 아직 개발되지 않았다. 그러한 합금은 심지어 가능하지 않을 수 있는데, 이는, 합금 시스템에 따라서, 페라이트 결정상이 저온에서 연성-대-취성 전이되기 때문이다. 그에 따라, 주로 오스테나이트 결정상을 가지는 스테인레스 및 니켈계 강이 낮은 온도의 극저온 적용분야를 위해서 이용된다. 종종, 용접 및 제조 규정은, 용접 금속 조성을 엄격하게 제어하는 것에 의해서, 용접 침착물(weld deposit) 내의 낮은 페라이트 백분율을 보장하는 특별한 오스테나이트 스테인레스 강을 요구한다.
현재, 서브머지드 아크 용접(submerged arc welding)은 스테인레스 강을 아크 용접하는데 있어서 가장 생산적인 방법 중 하나이나, 공칭적으로 정합되는 서브머지드 아크 용접 금속의 인성은 전형적으로, 특히 이러한 낮은 온도에서, 기본 재료의 인성보다 훨씬 낮다. 이는, 구성요소 및 선박(vessel) 설계자가 이러한 낮은 인성 용접부를 수용할 수 있도록 설계에서 양보할 것을 요구한다. 이는 또한 제조자가, 고가인, 매우 엄격한 화학적 조성의 소모품을 구입할 것을 요구한다. 또한, 제조자는 적절한 인성 레벨을 획득하기 위해서 그들의 용접 과정을 엄격하게 제어하여야 한다.
ASME BPVC.VIII.1-2015 UHA-51 (a)(3)(-a)(-1)에 나열된 바와 같은 오스테나이트 스테인레스 필러 금속에 대한 페라이트 번호 요건(ferrite number requirement)이 존재하는데, 이는, 통상적인 용접 프로세스를 이용할 때, 극저온 온도에서의 오스테나이트 스테인레스 강의 인성이 페라이트 함량에 민감하기 때문이다. 그러나, 본 발명의 스테인레스 강 파형과 함께 316L 필러 금속을 서브머지드 아크 용접하는 것은, 통상적인 DC 용접을 이용하여 316LCF와 같은, 더 비싼 제어된 페라이트 번호 전극으로 용접하는 것에 비해서, 수정된 파형을 이용하여 통상적인 316L 전극으로 용접할 때, 우수한 인성과 균등한 인성을 가질 수 있다는 것이 입증되었다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따라서, 서브머지드 아크 용접 시스템이 설명되며, 그러한 서브머지드 아크 용접 시스템은: 스테인레스 강에서 용접 프로세스를 실시하기 위한 용접 출력을 생성하는 용접 전원으로서, 용접 출력은 AC 용접 파형에 따른 용접 출력 전류 또는 용접 출력 전압 중 적어도 하나를 가지는, 용접 전원; 희망하는 네거티브 효과(desired negative effect)(수학식 1 참조)를 가지는 용접 출력을 생성하기 위해서 용접 파형에 따라 용접 전원을 제어하는 제어기를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 희망 용접 효과는 100 미만이다. 그러나, 다른 예시적인 실시예에서, 네거티브 효과는 음의 번호일 수 있고, 예를 들어 이는 -100 내지 100의 범위일 수 있다. 추가적인 예시적 실시예에서, 네거티브 효과가 -100 내지 0의 범위일 수 있다. 부가적으로, 본 발명의 실시예는, 1,000 amp와 같은, 고전류 용접 동작에서 이용될 수 있고, 그러한 실시예에서, 네거티브 효과가 -700 내지 100의 범위일 수 있고, 추가적인 실시예에서, -700 내지 0의 범위일 수 있다. 추가적인 예시적 실시예에서, 네거티브 효과가 -80 내지 80의 범위이고, 다른 실시예에서, 용접 효과가 -80 내지 0의 범위이다. 이러한 범위는, SAW 유형의 용접 적용분야에서 300 내지 400 amp 범위에서 용접할 때, 상당히 개선된 기계적 성질을 제공할 수 있다.
5 미만의 페라이트 번호를 가지는 낮은 제어된 페라이트 번호 전극에서와 같이, 포괄적으로(inclusive) 5 내지 10의 페라이트 번호를 가지는, 높은 페라이트 번호 전극이 극저온 적용분야를 위해서 스테인레스 강을 용접하기 위해서 이용되는, 예를 들어 서브머지드 아크 용접 시스템을 이용한 예시적인 용접 방법이 추가적으로 개시되고, 그러한 용접 방법은: 극저온 적용분야에서의 이용을 위해서 용접되는, 스테인레스 강으로 제조된 공작물을 제공하는 단계; 비표준 AC 용접 파형에 따른 용접 출력 전류 및 용접 출력 전압 중 적어도 하나를 가지는 용접 출력을 생성하는 용접 전원을 제공하는 단계; 용접 출력을 생성하기 위해서 용접 파형에 따라 용접 전원을 제어하는 제어기를 제공하는 단계로서, 용접 출력이 100 미만의 네거티브 효과를 가지는, 제어기를 제공하는 단계; 및 서브머지드 아크 플럭스 및 10 이하의 페라이트 번호를 가지는 308L 또는 316L 전극을 이용하고, 전술한 용접 파형을 이용하여 공작물에서 용접을 실시하는 단계로서, 결과적인 용접이 -320℉(-195.6℃)에서 40 피트-파운드(foot-pounds) 보다 큰 인성을 가지는, 용접을 실시하는 단계를 포함한다.
본 발명은 특정 부분 및 부분의 배열에서 물리적 형태를 취할 수 있고, 본 발명의 바람직한 실시예는 명세서에서 구체적으로 설명될 것이고 및 그 부분을 형성하는 첨부 도면에서 도시될 것이다.
도 1은 예시적인 서브머지드 아크 용접 시스템의 도면이다.
도 2는 쉐플러 도표(Schaeffler diagram)의 도면이다.
도 3은 본 용접 시스템의 용접 파형의 하나의 예시적인 실시예의 도면이다.
도 4는 본 용접 시스템의 용접 파형의 다른 예시적인 실시예의 도면이다.
도 5는 본 용접 시스템의 용접 파형의 다른 예시적인 실시예의 그래프의 도면이다.
도 6은 316L 전극을 이용할 때, 용접 에너지 흡수에 대한 네거티브 효과의 관계를 보여주는 차트의 도면이다.
도 7은 316LCF 전극을 이용할 때, 용접 에너지 흡수에 대한 네거티브 효과의 관계를 보여주는 차트의 도면이다.
도 8은 슈탈라 도표(Suutala Diagram)의 도면이다.
도 9는 측방향 팽창(mm) 대 페라이트 번호의 도표의 도면이다.
도 10은 측방향 팽창(mm) 대 샤르피 에너지(Charpy Energy)(J)의 도표의 도면이다.
도 11은 측방향 팽창(mm) 대 페라이트 번호의 도표의 도면이다.
도 12는 본원에서 설명된 예시적인 프로세스에 대비한, 통상적인 프로세스의 침착율의 도면이다.
이제, 본 발명의 시스템 및 방법의 예시적인 실시예를 설명할 것이다. 예 및 도면은 단지 설명을 위한 것이고, 청구범위의 범위 및 사상에 의해서 결정되는, 본 발명을 제한하는 것을 의미하지 않는다. 구체적으로, 본원에서 설명된 본 발명의 예시적인 실시예가 서브머지드 아크 용접 시스템의 맥락으로 논의되지만, 그러한 논의는 예시적인 것인데, 이는, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고도, 본 발명의 실시예가 GMAW, GTAW 등과 같은 다른 공지된 용접 시스템과 함께 이용될 수 있기 때문이다. 구체적으로, 서브머지드 아크 용접 시스템을 이용하는 이하의 실시예에 관한 논의는 예시적인 것으로 의도된 것이고 비제한적인 한편, 효율성을 위해서, 동작 및 구조가 잘 알려진, 본 발명의 실시예를 이용할 수 있는 다른 시스템에 대해서는 본원에서 설명할 필요가 없을 것이다.
본원에서 규정된 바와 같이, 수학식 1에 기재된, "네거티브 효과"는, 전류 및 전압의 효과, 그들의 피크 크기, 및 양 및 음으로 대전된 영역 내에 있는 시간을 고려한, 개별적인 파형의 총 음의 바이어스를 나타낸다.
Figure 112017062010416-pat00001
여기에서:
B = 전극이 양으로 대전된 시간의 백분율
Ip,p = 전극의 양의 영역 내의 피크 전류
Ip,n = 전극의 음의 영역 내의 피크(절대) 전류
Vp,p = 전극의 양의 영역 내의 피크 전압
Vp,n = 전극의 음의 영역 내의 피크(절대) 전압
스테인레스 강은 넓은 범위의 설계 기준을 충족할 수 있는 엔지니어링 재료이다. 스테인레스 강은 우수한 내식성, 고온 강도, 극저온에서의 인성, 및 제조 특성을 나타내고, 이들은 넓은 범위의 소비자, 상업적 적용분야 및 산업적 적용분야를 위해서 선택된다. 스테인레스 강 제품, 구성요소, 또는 장비의 제조에서, 제조자는 주요 접합 방법으로서 용접을 이용한다. 스테인레스 강은 용접 가능 재료이고, 용접된 접합부는 최적의 내식성, 강도 및 제조 경제성을 제공할 수 있다.
정의에 의해서, 스테인레스 강은 10% 이상의 크롬을 함유하는 철계 합금이고, 그러한 크롬은 스테인레스 강이 높이 평가되게 하는 내식성을 부여한다. 특정 최종-용도 또는 제조 요건을 충족시키기 위해서, 크롬 함량이 증가될 수 있고 다른 합금 원소가 첨가되거나 조정될 수 있다. 스테인레스 강의 용접 중에, 용접부에 근접한 기본 금속의 온도는 미세조직적 변태가 발생되는 레벨에 도달한다. 이러한 변화가 발생되는 정도, 및, 내식성 및 기계적 성질과 관련하여, 마무리된 용접에 미치는 그들의 영향은 합금 함량, 두께, 필러 재료, 접합부 설계, 용접 방법 및 용접자 숙련도에 따라 달라진다.
용접 금속의 미세조직은 응고 균열에 대한 민감성에 강한 영향을 미친다. 전체적으로 오스테나이트 미세조직을 가지는 용접 금속은, 오스테나이트 기질 내에서 일부 델타 또는 자유 페라이트를 포함하는 용접 금속 보다, 응고 균열을 촉진하는 조건에 상당히 더 민감하다. 결과적으로, 가능한 한 페라이트-함유 오스테나이트 용접 조직이 이용된다. 쉐플러 도표는, 특정 용접 금속 조성이 델타 페라이트를 포함할 것인지의 여부, 및 개략적인 백분율을 결정하기 위해서 이용된다. 균열 방지를 위해서 얼마나 많은 페라이트가 용접 침착물 내에 필요한지와 관련하여, 용접 연구 협회(Welding Research Council)에 따라, ASME 및 NRC는, 응고 균열을 방지하기 위해서, 핵 작업에서 이용하기 위한 용접 소모품에 대한 5 FN 최소치, 및 임의의 다중 통과 용접(any multipass weld)에서의 3 FN 최소치의 정책을 채택하였다. 도 8에 도시된 바와 같이, 높은 Creq/Nieq 값은 높은 FN 번호와 같다. 그에 따라, 본 발명과 함께 높은 페라이트 전극을 이용하는 것은, 슈탈라 도표에 도시된 ~1.5 Creq/Nieq 의 균열 문턱값으로부터 멀리 이동시킨다.
본 발명은 서브머지드 아크 용접("SAW") 뿐만 아니라 다른 유형의 용접 방법을 이용하는 극저온 적용분야를 위한 스테인레스 강의 용접에 관한 것이다. 즉, 본 발명의 실시예는, 금속을 용융시키는데 필요한 열이 용접 와이어(중실형(solid) 금속 또는 코어형) 및 공작물 사이를 통과하는 전류에 의해서 생성되는 방법을 이용한다. 일반적으로 공지된 바와 같이, 서브머지드 아크 용접에서, 용접 와이어의 선단부, 아크 및 공작물 용접 지역은 과립형 광물 플럭스의 층으로 덮인다. 아크가 보이지 않고, 스파크 또는 비산물(spatter)이 존재하지 않는다. 용접 플럭스는 호퍼 관을 통해서 계속 공급되고 용접 구역 앞쪽의 짧은 거리에서 이음매 위로 자체적으로 연속적으로 분포되고, 그 일부가 용융되어 슬래그 커버링(slag covering)을 형성한다. 플럭스는 용접 구역을 대기와의 접촉으로부터 차폐한다. 적은 양의 플럭스가 용융된다. 이러한 용융된 부분은 몇몇 기능을 한다. 이는 용접부의 상단 표면을 완전히 덮어, 대기 가스가 금속을 오염시키는 것을 방지하고, 불순물과 결합되고 표면으로 부상하는 것에 의해서, 용융 강의 외부로 불순물을 제거한다. 용융된 플럭스와 용접 풀(weld pool)의 상호작용은 또한, 특정 합금 원소를 용접부에 첨가하기 위한 운반체가 될 수 있다.
도 1은 예시적인 서브머지드 아크 용접 시스템(100)을 도시한다. 서브머지드 아크 용접 시스템의 구조, 구성 및 동작이 잘 알려져 있기 때문에, 그에 대해서는 본원에서 구체적으로 설명하지 않을 것이다. 유사하게, GMAW, GTAW 등과 같은 다른 시스템이 잘 알려져 있기 때문에, 그에 대해서도 본원에서 구체적으로 설명하지 않을 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템(100)은, 서브머지드 아크 용접, 또는 다른 용접 프로세스를 위해서 이용될 수 있는 임의의 공지된 유형의 전원일 수 있는 전원(110)을 포함한다. 전원(110)은 정류기, 부스트(boost), 벅-부스트(buck-boost) 또는 벅 회로(buck circuit), PWM, 인버터 등과 같은 전력 변환기 구성요소를 이용하여, 입력 전력을 변환할 수 있고, 예를 들어 전력망(utility grid)으로부터 용접을 위한 전류 및 전압을 가지는 출력 용접 파형으로 변환할 수 있다. 생성된 이러한 용접 신호는 용접 케이블, 용접 토치 등을 통해서 용접 동작으로 출력된다. 그러한 용접 전력 공급부의 구성, 설계 및 동작은 잘 알려져 있고, 본원에서 구체적으로 설명할 필요는 없을 것이다. 전원은 내부의, 또는 결합되는, 제어 시스템(120)을 가질 수 있고, 그러한 제어 시스템은 전원(110)의 동작을 제어 및/또는 조절한다. 명료함을 위해서, 도 1에서 제어 시스템(120)을 별개의 구성요소로서 도시하였지만, 공지된 바와 같이, 제어 시스템(120)은 전원(110)의 내부에 있을 수 있다. 제어 시스템(120)의 동작 및 구성이 잘 알려져 있고, 적절한 또는 희망하는 용접 출력을 제공하기 위해서 전원(110)을 제어하는 CPU, 제어기 등을 포함할 수 있다. 즉, 제어 시스템(120)은, 희망 파형에 따라서 용접 신호를 성형하고 출력하는 PWM 또는 인버터와 같은 전력 출력 구성요소에 결합될 수 있다. 본원에서 설명된 유형과 같은 제어 시스템이 잘 알려져 있고, 그 이용 및 동작에 대해서는 본원에서 구체적으로 설명할 필요가 없을 것이다. 제어 시스템(120)은 또한, 소모품/와이어(131)를 공급원(130)으로부터 공급하는, (공지된 구성을 가지는) 와이어 공급기(140)에 결합된다. 와이어(131)가 공지된 구성의 용접 토치(150)로 제공되고, 그러한 용접 토치는 용접 동작을 위해서 용접 전류/신호를 와이어(131)에 전달한다. 서브머지드 아크 용접 동작에서, 용접 플럭스가 플럭스 호퍼 시스템(160)을 통해서 제공된다. 도 1에 도시된 시스템(100)은 본 발명의 용접 시스템의 예시적인 표상으로 의도된 것이고, 물론, 당업자는, 다른 용접 시스템 및 시스템 구성이 본 발명의 예시적인 실시예와 함께 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 플럭스 회수 시스템이 이용될 수 있고, 시스템은 GTAW 또는 GMAW 유형의 시스템뿐만 아니라 다른 것일 수 있다. 부가적으로, 본원에서 설명된 예시적인 용접 시스템의 제어 및 동작이 공지되어 있고 당업계의 기능에 포함된다. 예를 들어, 제어 시스템이 용접 동작으로부터의 피드백뿐만 아니라, 사용자 입력 정보를 수신하고 이용하며, 이러한 정보를 이용하여, 희망 파형을 제공하기 위해서 전원의 용접 출력을 제어하는 것이 공지되어 있다. 이 때문에, 제어 시스템(120)의 구성 및 동작을 본원에서 구체적으로 설명할 필요는 없을 것이다. 예를 들어, 제어 시스템(120)이 (용접 매개변수의 입력을 위한) 사용자 인터페이스, 제어기, CPU, 메모리 등을 가질 수 있다는 것이 공지되어 있다. 이러한 구성요소는, 본원에서 더 완전히 설명되는 바와 같이, 희망에 따라 용접 파형의 출력을 제어하기 위해서 그리고 희망하는 네거티브 효과를 달성하기 위해서 이용된다.
다시, 본 발명의 실시예가 상이한 유형의 용접 동작과 함께 이용될 수 있지만, 이하의 예는 서브머지드 아크 용접을 참조하여 논의될 것이다. 서브머지드 아크 용접과 스테인레스 강을 용접하기 위해서 이용되는 다른 프로세스 사이의 하나의 차이는 한 가지(one of degree)이다. 서브머지드 아크 용접은 다른 프로세스 보다 상당히 더 큰 열 입력을 이용할 수 있고, 느린 응고 및 냉각 특성을 갖는다. 서브머지드 아크 용접에서, 용접 헤드(예를 들어, 도 1의 토치(150))를 이용하여, 용접 홈을 따라 금속을 점진적으로 침착시키는, 와이어를 용접 구역 내로 공급하는, 그리고 용접 전류를 용접 와이어에 전달하는 3중 기능을 실시한다. 플럭스는 헤드 상에 직접적으로 장착되거나 배관을 통해서 헤드에 연결된 호퍼로부터 공급된다. 나선 와이어(bare wire) 또는 코어형 전극이 직선 길이로, 또는 코일이나 로드 릴(rod reel) 상에 장착된 로드로부터, 또는 페이-오프 팩(pay-off pack)으로부터, 용접 헤드 내로 공급된다.
전체적인 오스테나이트 스테인레스 강 그리고 가장 대중적인 오스테나이트 스테인레스 강 합금 중 3개인, 308L, 309L 및 316L에 대한 조성 범위를 표 1에 기재하였다.
Figure 112017062010416-pat00002
액화 천연 가스("LNG")에 대한 수요 증가와 함께, LNG 설비의 구축이 세계적으로 증가되고 있다. 가혹한 서비스 조건을 견디도록, 오스테나이트 스테인레스 강을 포함한, 다양한 재료가 선택된다. LNG 설비의 구축 및 제조는, -160℃ 미만 또는 -196℃까지의 낮은 설계 온도에서 서비스하게 될 304L 또는 316L 오스테나이트 스테인레스 강을 일반적으로 포함하는 배관을 용접하는 것을 불가피하게 포함할 것이다. 304L 및 316L은 가장 널리 이용되는 내식성 합금에 포함되고, 급격하고 온도-의존적인 연성-대-취성 전이를 나타내는 저합금 페라이트 강과 달리, 가장 낮은 온도에서의 재난적인 취성 파괴에 대한 인성 및 내성을 본질적으로 갖는다는 장점을 가진다. 304L는 전형적으로 308L 필러 금속을 이용하여 용접되고, 316L는 전형적으로 316L 필러 금속으로 용접된다.
이제까지, 페라이트 번호 및 함량은 308L 및 316L 용접 금속의 인성에 있어서 역할을 하는 것으로 알려져 있고, 일반적인 경향은, 특정 지점까지, 페라이트가 증가됨에 따라, 인성이 감소되는 것을 보여준다. 도 2는 기본적인 쉐플러 도표를 도시하며, 여기에서 오스테나이트 형태론적 상 안정화제(austenite morphological phase stabilizer)가 그래프의 세로 좌표로서 도시된 등가 니켈 공식에 의해서 설명되는 한편, 페라이트 안정화제는 그래프의 가로 좌표로서 도시된 등가 크롬 공식에 의해서 설명된다. 페라이트는, 오스테나이트 스테인레스 강의 용접부의 냉각 중에 응고 균열을 피하는데 있어서 중요하다. "상태도"는, 오스테나이트 및 페라이트 안정화 원소의 영향을 비교하는 것에 의해서, 조성으로부터의 페라이트 레벨을 예측하기 위해서 이용된다. 쉐플러 도표 그리고 또한 들롱(Delong) 도표는, 오스테나이트 스테인레스 강 용접부에서의 상 균형을 예측하는 최초의 방법이다.
"니켈 등가"가 오스테나이트 안정화 원소에 대해서 계산되고, "크롬 등가"가 페라이트 안정화 원소에 대해서 계산된다. 이들은, 오스테나이트 상, 페라이트 상, 마르텐자이트 상(그리고 이들의 혼합물)이 존재하여야 하는 조성적 등가 지역을 보여주는 도표에 대한 축으로서 이용된다. 니켈 등가 및 크롬 등가는 이하의 공식을 이용한다:
Ni(eq) = %Ni + (30 x %C) + (0.5 x %Mn)
Cr(eq) = %Cr + %Mo + (1.5 x %Si) + (0.5 x %Nb)
"제어된 페라이트" 등급 전극은 308L 및 316L 등급으로 분류된다. 그러나, 그들의 조성은 적은 페라이트 용접 침착을 보장하도록 더 엄격하게 제어된다. 도 2의 쉐플러 도표는, 다양한 합금 및 용접부의 결과적인 상 분포를 추정하기 위해서 이용된다. ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section VII, UHA-51(a)(3)(-a)(-1)는, WRC-1992 상태도에 의해서 결정되는 바와 같이, 316L 용접 필러 금속이 5 이하의 페라이트 번호를 가져야 한다는 것, 그리고 308L 용접 필러 금속은 4 내지 14 범위의 페라이트 번호를 가져야 한다는 것을 구체적으로 설명한다. 5 FN 미만을 달성하기 위해서, 도 2의 "5F" 라인 아래가 되지 않도록, 316L 전극 조성이 제어되어야 한다. 마찬가지로, 308L 필러 금속의 경우에, 조성이 엄격하게 제어되어 정확한 페라이트 번호를 생성하여야 한다. 그에 따라, "제어된 페라이트" 전극은 더 엄격한 FN 요건에 맞춰 제조되고 판매된다. 그러나, 이러한 전극은 생산에 그리고 최종-사용자에 의한 사용에 있어서 비용이 더 소요되고, 이러한 전극은, 도 8을 참조한, 슈탈라 도표에 의해서 도시된, 미세조직 내의 적은 양의 페라이트로 인해서 큰 응고 균열 위험을 가지는 용접 금속을 초래한다.
Figure 112017062010416-pat00003
LNG 설비에서 이용되는 오스테나이트 스테인레스 강에서 직면하는 설계 온도는 가변적일 수 있으나, 간결하고 용이한 테스팅을 위해서, -196℃에서의 샤르피 충격 테스트가 일반적으로 실시되는데, 이는 이러한 테스트 온도가 액체 질소 내의 냉각에 의해서 편리하게 얻어지기 때문이다. 인성은 파단에 의해서 흡수되는 충격 에너지에 비례하고, 측방향 팽창은 샤르피 테스트 시편 변형 또는 파단 연성의 측정치이다. 가장 일반적으로 구체화된 인성 요건은 샤르피 측방향 팽창을 기초로 한다. ASME Code(예를 들어, 프로세스 배관에 대한 ASME B31.3)에서 발견될 수 있는, -196℃에서의 0.38 mm 측방향 팽창에 대한 이러한 요건이 빈번하게 인용된다.
일반적으로, 페라이트 백분율이 증가됨에 따라, 용접부의 인성이 감소된다. 일반적으로, 측방향 팽창이 페라이트 함량에 대해서 도표화될 때, 0.38 mm 측방향 팽창은 약 ~4.5 FN 초과의 페라이트 함량으로 보장될 수 없다는 것을 주목하여야 한다.
"극성"이라는 용어는, 전원의 단자와 관련된 전극의 전기적 연결을 설명하기 위해서 이용된다. 직류(DC)에서, 전극이 양의 단자에 연결될 때, 극성은 양의 직류 전극(DCEP 또는 DC+)으로서 지정된다. 전극이 음의 단자에 연결될 때, 극성은 음의 직류 전극(DCEN 또는 DC-)으로서 지정된다. 교류 전류(AC)가 사용될 때, 극성은 양으로부터 음으로 그리고 그 반대로 변화된다. 통상적인 AC 출력은 절반 사이클 마다 극성을 변화시키고, 양 및 음의 극성 구역에서 소모되는 시간 그리고, 종종 사인파형인, 각각의 구역 내의 피크의 크기 모두가 대칭적이다. AC 출력에서, 용접 전류는 양의 흐름으로부터 음의 흐름으로 그리고 다시 역으로 교번한다(alternate).
본 발명의 실시예는, 전류 및/또는 전압이 양의 극성과 음의 극성 사이에서 교차되는 것을 나타내기 위해서 파형이 교류 전류(AC)인 것으로 설명한다. 이러한 파형이 시간 및 크기에 있어서 영점을 중심으로 대칭적이거나, 심지어 어떠한 의미에서 대칭적이라는 것을 의도한 것은 아니다. 오히려, 파형은 영의 각각의 측면 상에서 더 많은 시간을 소모하거나 더 큰 크기를 가질 수 있다. AC 이라는 용어의 이용은 용접 파형을 통상적인 대칭적 AC 파형과 유사한 것으로 제한하지 않고, 오히려 간격들을 가지고 영점과 교차하는 매우 복잡한 파형일 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
영점에 걸친 매끄러운 전이를 제공하기 위한 방식으로 파형이 성형될 수 있고, 매끄러운 용접 아크를 제공하기 위해서 그리고 융합 부족 또는 슬래그 함입과 같은 용접 결함을 최소화하기 위해서 전류 및 전압 파형에 대한 상이한 형상들이 있을 수 있다.
음의 영역 내의 시간은 용접 아크 내의 전자의 흐름의 변화를 수반하고 필러 금속의 용접 풀 내로의 증가된 용융(melt off)을 수반하여, 용접이 생성되는 속력을 높인다. 양의 영역 내의 시간은 접합되는 금속 내로의 침투의 증가를 수반한다. 각각의 영역 내의 파형의 형상은 이러한 장점을 제공하도록 조작될 수 있다. 본 발명에서 이용되는 파형은, 통상적인 DC+ 또는 통상적인 AC 용접을 이용하여, 동일한 용접 전류에 대해서 더 큰 침착율 및 생산성을 제공한다.
도 3은 본 발명의 일부로서 용접 전원에 의해서 출력되는 파형의 예시적인 실시예를 도시한다. 파형은 교류 파형의 형태이고, 여기에서 용접 와이어는 음극과 양극 사이에서 전환된다. 예를 들어 양의 전류 극성에서의 용접 와이어의 소모 시간의 백분율을 제어하기 위해서, 용접 프로세스의 조작자에 의해서, 용접 파형이, 부분적으로, 제어될 수 있다. 예를 들어, 도 3은 50% 균형을 가지는 파형을 디스플레이한다. 50% 균형은, 시간의 50% 동안 와이어가 양으로 대전된다는 것을 의미한다. 100% 균형은 DC+ 신호와 같고, 0% 균형은 DC- 신호와 같다. 도 3에 도시된 바와 같이, 예시적인 용접 전류(300) 및 상응하는 전압(350)이 도시되어 있다. 전류 파형은 복수의 양의 펄스(310) 및 음의 펄스(320)를 갖는다. 펄스의 각각은 각각의 피크 전류 레벨을 갖는다. 일부 실시예에서, 피크 전류 레벨들이 (다른 극성에도 불구하고) 동일한 암페어수를 가질 수 있는 한편, 다른 실시예에서, 피크 레벨들이 상이할 수 있다. 또한, 예시적인 실시예에서 도시된 바와 같이, 펄스의 각각이 적어도 2개의 상이한 전류 상승율들(current ramp rates)을 갖는다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 양의 펄스 및 음의 펄스의 각각은, 전류가 0 문턱값을 통과한 후에, 제1의 전류 상승율(기울기)을 가지고, 이어서 펄스의 각각은, 전류가 각각의 피크에 도달할 때까지 전류가 더 작은 상승율(기울기)로 전이되는, 전이 지점(각각, 311/321)을 갖는다. 도시된 바와 같이, 일부 예시적인 실시예에서, 도시된 바와 같이, 전류가 피크 레벨을 향해서 증가될 때 그리고 그들의 각각의 피크 레벨로부터 0 문턱값으로 접근할 때 모두에서, 펄스는 전류 기울기 전이 지점을 갖는다. 일부 예시적인 실시예에서, 전류가 증가될 때 및 감소될 때 모두에서, 전이 레벨은 동일한 전류 레벨이며, 다른 실시예에서 전이 레벨들은 상이한 전류 레벨들이다. 추가적인 예시적 실시예에서, 양의 펄스 및 음의 펄스의 각각에 대한 전이 레벨은 (상이한 극성들에도 불구하고) 동일한 상대적 전이 전류 레벨인 반면, 다른 실시예에서 전이 레벨들은 양의 펄스와 음의 펄스 사이에서 상이할 수 있다. 또한, 부가적인 예시적 실시예에서, 각각의 펄스는, 전류 상승율이 제3 상승율로 변화되는 부가적인 전이 레벨을 가질 수 있다. 또한, 예시적인 실시예에서, 각각의 양의 펄스에서 각각의 제1 및 제2 상승율이 동일한 크기일 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 그 상승율들이 상이할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 각각의 양의 펄스 및 음의 펄스 내의 제1 상승율들이 (예를 들어, 0 amp로부터, 전이 레벨까지) 동일할 수 있으나, 본원에서 설명된 바와 같은 희망하는 파형 성능 및 네거티브 효과에 따라서, 양의 펄스 내에서 제2 상승율(전이로부터 피크까지)이 제1 크기를 가지고, 음의 펄스 내의 제2 상승율은 전이로부터 음의 피크까지 더 크거나 작은 상승율(크기)을 가질 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 전이 레벨이 100 내지 350 amp의 범위일 수 있는 반면, 다른 예시적인 실시예에서, 레벨(들)이 150 내지 300 amp의 범위일 수 있다. 또한, 예시적인 실시예에서, 전이 레벨이 각각의 펄스의 피크 전류 레벨의 10 내지 35%의 범위일 수 있다. 예를 들어, 만약 양의 피크 전류가 900 amp라면, 전이점(311)은 그러한 피크 전류의 10 내지 35%의 범위일 수 있는 반면, 음의 피크 전류가 800 amp라면, 전이점(321)은 피크 전류의 10 내지 35%의 범위일 수 있다. 다른 실시예에서, 전이점이 각각의 피크 전류의 15 내지 30%의 범위일 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 실시예에서, 개별적인 양의 펄스 및 음의 펄스의 각각의 지속시간이 동일하나, 다른 실시예에서 그렇지 않을 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 양의 펄스의 지속시간이 음의 펄스의 지속시간 보다 길거나, 그 반대이다. 유사하게, 일부 예시적인 실시예에서, 각각의 펄스 내의 피크 레벨의 지속시간들이 (펄스들의 상대적인 지속시간들과 관계없이) 동일하거나, 그들이 상이할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 음의 피크 지속시간이 양의 피크 지속시간 보다 길 수 있거나, 반대일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 용접 파형의 네거티브 효과는, 파형의 이상적인 완전한 사이클, 즉 하나의 이상적인 사이클에 의해서 규정될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 네거티브 효과가 복수의 사이클에 걸쳐서 결정될 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 희망하는 네거티브 효과가 용접 동작의 전체에 대해서 달성/획득되고, 다시 말해서 용접 동작에 대한 평균 네거티브 효과가 희망 네거티브 효과가 된다. 즉, 주어진 용접 동작에 걸쳐 이용되는 용접 파형의 전체에 대해서, 희망 네거티브 효과(예를 들어, -100)가 달성된다. 그러나, 다른 용접 동작에서, 희망 네거티브 효과는 용접 동작의 일부에 대해서만 달성된다. 예를 들어, 일부 예시적인 실시예에서, 용접 동작을 위한 용접 파형이 적어도 제1 부분 및 제2 부분을 가지고, 제1 부분은 희망 네거티브 효과를 가지고 제2 부분은 그렇지 않다. 일부 예시적인 실시예에서, 제1 부분은 용접 동작의 전체 지속시간의 35 내지 95%의 범위일 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 제1 부분은 전체 지속시간의 45 내지 85%의 범위일 수 있다. 용접 용탕(weld puddle)이 비교적 작은 용접 동작에서, 파형의 희망하는 네거티브 효과 부분의 전체 지속시간은, 용탕이 더 큰 용접 동작에서의 지속시간 보다 짧을 수 있다.
도 4는 75% 균형을 가지는 전류 파형(400)을 도시한다. 이는, 와이어가 시간의 75% 동안 양으로 대전되는 것을 의미하는 반면, 도 5는 25% 균형의 전류 파형(500)을 도시한다. 이는, 와이어가 시간의 25% 동안 양으로 대전된다는 것을 의미한다.
용접 조작자에 의해서 직접적으로 변경될 수 있는 다른 파형 변수에는 오프셋(Offset) 및 주파수가 포함될 수 있다. 오프셋은, 파형이 양의 또는 음의 전류 방향으로 변이(shift)될 수 있게 한다. 예를 들어, 양의 오프셋은, RMS 전류를 유지하면서, 피크의 양의 전류를 증가시킬 수 있고, 피크의 음의 전류를 감소시킬 수 있다. 주파수는 파형의 사이클 시간을 제어한다. 비록 특정 파형 구조가 본원에서 예로서 제시되었지만, 본 발명의 실시예는 그러한 파형으로 제한되지 않는다는 것을 주목하여야 한다. 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고도, 다른 용접 파형 형상 및 구조가 본 발명의 실시예와 함께 이용될 수 있다. 그러나, 예시적인 실시예에서, 희망하는 네거티브 효과를 성취하기 위해서, 파형이 음의 전력 바이어스를 갖는다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 희망하는 네거티브 효과는, 용접 동작을 위한 설정점 또는 제어점으로서, 사용자에 의해서 전력 공급부(예를 들어, 도 1 참조) 내로 입력될 수 있다. 그러한 실시예에서, 전력 공급부는, 희망하는 네거티브 효과가 달성되도록 보장하기 위해서, (공지된 방법 및 프로세스와 마찬가지로) 용접 파형을 제어할 것이다. 이는, 예를 들어, 펄스의 음의 및/또는 양의 피크의 지속시간 및/또는 크기를 조정하는 것에 의해서 이루어질 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 전력 공급부는, 용접 파형의 네거티브 효과를 결정하기 위해서 그리고 결정된 네거티브 효과를 전력 공급부의 디스플레이 상에서 사용자에게 디스플레이하기 위해서, 제어기/프로세서를 이용할 수 있다. 그러한 디스플레이 및 프로세서/컴퓨터가 공지되어 있고, 도 1에서 논의된 예시적인 전력 공급부에서 구현될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 내용을 본원에서 구체적으로 설명할 필요가 없을 것이다. 그에 따라, 사용자는, 주어진 파형에 대해서 희망 네거티브 효과가 계산/결정될 때까지 파형의 양태를 조정하기 위해서, 전력 공급부 상의 입력 시스템 및/또는 사용자 디스플레이를 이용할 수 있다. 주어진 파형으로 희망 네거티브 효과가 일단 달성되면, 용접 프로세스가 시작될 수 있다. 물론, 일부 실시예에서, 전력 공급부가 이러한 계산을 실시할 수 있고 결과를 디스플레이할 수 있지만, 다른 실시예에서, 희망 용접 파형이 달성되도록, 별개의/독립적인 컴퓨터 등을 이용하여, 희망하는 효과가 성취될 때까지, 주어진 파형의 네거티브 효과를 분석하고, 이어서 사용자가 전력 공급부 내로 해당 파형을 입력할 수 있다.
도 6 및 도 7은 (ft-lbs로 측정된) 용접부의 에너지 흡수에 미치는 파형의 네거티브 효과 변경의 영향을 디스플레이한다. 네거티브 효과가 감소됨에 따라, 용접부의 인성이 증가된다. 일부 예시적인 실시예에서, 용접 파형의 극성 균형이 DC 음(negative)을 향해서 바이어스되고, 예를 들어 네거티브 효과가 100 미만이다. 그러한 파형의 예가 도 5에서 디스플레이되어 있다.
극성을 변화시키는 파형을 이용하는 것은 용접 금속의 산소 레벨을 낮추고, 파형의 네거티브 효과를 감소시키는 것은 용접 금속의 냉각율을 증가시킨다. 이러한 것의 조합은, 다른 변수들과 함께, 저온에서 큰 노치 인성(notch toughness)을 제공하는 결과적인 용접 금속 미세조직의 원인이 되는 것으로 생각된다. 최종 사용자에게 가치가 있다는 것이 명백하다. 316L 전극은 316LCF 전극보다 상당히 저렴하나, 여전히 우수한 용접 금속에 필적하는 물리적 성질을 달성할 수 있다. 본 발명은 또한 동일한 에너지 입력으로 더 빠른 용접을 할 수 있게 하고, 그에 따라 노동력 및 전기를 절감할 수 있게 하는, 더 빠른 와이어 공급 속력의 장점을 갖는다. 예를 들어, 본 발명의 일부 예시적인 실시예는, 동일한 에너지 입력을 가지는 종래의 용접 프로세스 보다 30%까지 더 빠른 와이어 공급 속력 비율을 달성할 수 있다.
예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이, 550 amp의 전류를 가지는 통상적인 DC+ 파형을 이용할 때, 100 인치/분의 와이어 공급 속력 또는 21.3lb/hr의 침착율이 달성될 수 있다. 그러나, 본원에서 설명된 바와 같은 네거티브 효과를 가지고, 25%의 전극 양극의 지속시간을 가지는, 본 발명의 예시적인 파형을 이용할 때, 135 인치/분의 와이어 공급 속력이 달성될 수 있다. 이는 공지된 방법보다 상당히 개선된 것이다.
100 미만의 네거티브 효과를 가지지 않는 종래 기술의 파형을 이용할 때의 표준 스테인레스 강 소모품에 관한 데이터가 도 10에서 도표로 기재되었다. 오스테나이트 스테인레스 용접 금속에서의 샤르피 인성과 측방향 팽창 사이의 관계가 있다는 것을 확인할 수 있을 것이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 페라이트 번호는 또한, 100 미만의 네거티브 효과를 가지지 않는 종래 기술의 파형을 이용할 때 -196℃(-320℉)에서 플럭스 코어형 와이어 용접 침착물의 인성에 영향을 미친다. 이는 표준형 308L/316L 전극뿐만 아니라 308LCF/316LCF 유형 모두에 대한 평균 데이터로 도시되어 있다.
증가된 네거티브 효과로 AC 파형을 100(또는 그보다 작은 값) 미만으로 변이시키는 것에 의해서, "L" 전극(포괄적인 6 내지 10의 페라이트 번호)은, (전형적으로, 포괄적으로 4.2 내지 5.1인) 작은 페라이트 번호를 가지는 더 제어된 "LCF" 유형에서와 같은 성능을 나타냈다.
특정 실시예를 참조하여 본 방법을 설명하였지만, 당업자는, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도, 여러 가지 변화가 이루어질 수 있다는 것 그리고 균등물로 치환될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고도, 특별한 상황이나 재료를 본 발명의 교시 내용에 맞춰 구성하기 위한 많은 수정이 이루어질 수 있을 것이다. 그에 따라, 본 발명은, 개시된 특별한 실시예로 제한되지 않고, 본 발명은 첨부된 청구항의 범위 내에 포함되는 모든 실시예를 포함할 것이다.

Claims (20)

  1. 아크 용접 시스템으로서:
    스테인레스 강에서 용접 프로세스를 실시하기 위한 용접 출력을 생성하는 용접 전원으로서, 상기 용접 출력은 AC 용접 출력 전류를 가지는, 용접 전원; 및
    용접 출력을 생성하기 위해서 상기 용접 전원을 제어하는, 상기 용접 전원에 결합된 제어기로서, 상기 AC 용접 출력 전류의 극성 균형이 음의 DC를 향해서 바이어스되고 수학식 #1에 따라 100 미만의 네거티브 효과를 가지는, 제어기를 포함하며,
    수학식 1
    Figure 112017062010416-pat00004

    여기에서:
    B = 전극이 양으로 대전된 시간의 백분율;
    Ip,p = 전극의 양의 영역 내의 피크 전류;
    Ip,n = 전극의 음의 영역 내의 피크(절대) 전류;
    Vp,p = 전극의 양의 영역 내의 피크 전압; 그리고
    Vp,n = 전극의 음의 영역 내의 피크(절대) 전압인 것인 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 네거티브 효과가 -700 내지 100의 범위인 것인 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 네거티브 효과가 -700 내지 0의 범위인 것인 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 네거티브 효과가 -100 내지 100의 범위인 것인 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 네거티브 효과가 -100 내지 0의 범위인 것인 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 네거티브 효과가 -80 내지 80의 범위인 것인 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 네거티브 효과가 -80 내지 0의 범위인 것인 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 용접 출력이 서브머지드 아크 용접 출력인 것인 시스템.
  9. 아크 용접 시스템으로서:
    스테인레스 강에서 용접 프로세스를 실시하기 위한 용접 출력을 생성하는 용접 전원으로서, 상기 용접 출력은 제1 용접 출력 부분 및 제2 용접 출력 부분을 가지고, 상기 제1 용접 출력 부분은 AC 용접 출력 전류를 가지는, 용접 전원; 및
    용접 출력을 생성하기 위해서 상기 용접 전원을 제어하는, 상기 용접 전원에 결합된 제어기로서, 상기 AC 용접 출력 전류의 극성 균형이 음의 DC를 향해서 바이어스되고 수학식 #1에 따라 -700 내지 100의 범위의 네거티브 효과를 가지는, 제어기를 포함하며,
    수학식 1
    Figure 112021039698776-pat00005

    여기에서:
    B = 전극이 양으로 대전된 시간의 백분율;
    Ip,p = 전극의 양의 영역 내의 피크 전류;
    Ip,n = 전극의 음의 영역 내의 피크(절대) 전류;
    Vp,p = 전극의 양의 영역 내의 피크 전압; 및
    Vp,n = 전극의 음의 영역 내의 피크(절대) 전압이고, 그리고
    상기 제1 용접 출력 부분은 상기 용접 출력의 총 지속시간의 35 내지 95%의 범위인 것인 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 용접 출력 부분은 상기 용접 출력의 총 지속시간의 45 내지 85%의 범위인 것인 시스템.
  11. 아크 용접 방법으로서:
    용접 전원으로부터의 용접 출력을 생성하는 단계로서, 상기 용접 출력이 AC 용접 출력 전류를 가지는, 용접 출력을 생성하는 단계;
    상기 AC 용접 출력 전류의 극성 균형이 음의 DC를 향해서 바이어스되도록, 상기 용접 출력을 제어하는 단계; 및
    상기 AC 용접 출력 전류의 적어도 일부가 수학식 #1에 따라 100 미만의 네거티브 효과를 가지도록, 상기 용접 출력을 제어하는 단계를 포함하고;
    수학식 1
    Figure 112017062010416-pat00006

    여기에서:
    B = 전극이 양으로 대전된 시간의 백분율;
    Ip,p = 전극의 양의 영역 내의 피크 전류;
    Ip,n = 전극의 음의 영역 내의 피크(절대) 전류;
    Vp,p = 전극의 양의 영역 내의 피크 전압; 및
    Vp,n = 전극의 음의 영역 내의 피크(절대) 전압인 것인 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 네거티브 효과가 -700 내지 100의 범위인 것인 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 네거티브 효과가 -700 내지 0의 범위인 것인 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 네거티브 효과가 -100 내지 100의 범위인 것인 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 네거티브 효과가 -100 내지 0의 범위인 것인 방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 네거티브 효과가 -80 내지 80의 범위인 것인 방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 네거티브 효과가 -80 내지 0의 범위인 것인 방법.
  18. 제11항에 있어서, 상기 용접 출력이 서브머지드 아크 용접 출력인 것인 방법.
  19. 제11항에 있어서, 상기 AC 용접 출력 전류의 상기 적어도 일부는 상기 용접 출력의 총 지속시간의 35 내지 95%의 범위인 것인 방법.
  20. 제11항에 있어서, 상기 AC 용접 출력 전류의 상기 적어도 일부는 상기 용접 출력의 총 지속시간의 45 내지 85%의 범위인 것인 방법.
KR1020170081764A 2016-06-28 2017-06-28 스테인레스 강 적용분야를 위한 용접 파형 KR102283410B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662355367P 2016-06-28 2016-06-28
US62/355,367 2016-06-28
US15/629,195 2017-06-21
US15/629,195 US10974341B2 (en) 2016-06-28 2017-06-21 Welding waveform for stainless steel applications

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180002062A KR20180002062A (ko) 2018-01-05
KR102283410B1 true KR102283410B1 (ko) 2021-07-29

Family

ID=60579491

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170081764A KR102283410B1 (ko) 2016-06-28 2017-06-28 스테인레스 강 적용분야를 위한 용접 파형

Country Status (5)

Country Link
US (2) US10974341B2 (ko)
JP (2) JP6910866B2 (ko)
KR (1) KR102283410B1 (ko)
CN (2) CN107538113B (ko)
DE (1) DE102017006075A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6901868B2 (ja) * 2016-09-13 2021-07-14 株式会社神戸製鋼所 エレクトロスラグ溶接用ワイヤ、エレクトロスラグ溶接用フラックス及び溶接継手
CN110052690B (zh) * 2019-05-30 2020-12-04 山东大学 一种水下埋弧焊接装置以及焊接方法
US11919110B2 (en) 2020-07-21 2024-03-05 Esab Ab Balance and offset in adaptive submerged arc welding
JP7481940B2 (ja) * 2020-08-06 2024-05-13 日立造船株式会社 極狭開先サブマージアーク溶接方法および極狭開先サブマージアーク溶接装置

Family Cites Families (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3253119A (en) * 1964-08-10 1966-05-24 Union Carbide Corp Electric arc working
US3670135A (en) 1971-06-02 1972-06-13 Stoody Co Arc welding electrode and process for stainless steel
JPS607578B2 (ja) * 1978-06-30 1985-02-26 新日本製鐵株式会社 厚肉鋼管の造管溶接法
SE8904065L (sv) 1988-12-07 1990-06-08 Hitachi Ltd Metod att foerbaettra egenskaperna hos svetsare paa austenitiskt rostfritt staal
JP3027313B2 (ja) * 1995-03-31 2000-04-04 株式会社神戸製鋼所 オーステナイト系ステンレス鋼用フラックス入りワイヤ
US6042782A (en) 1996-09-13 2000-03-28 Sumikin Welding Industries Ltd. Welding material for stainless steels
FR2756036B1 (fr) 1996-11-20 1999-01-08 Dehon Sa Anciens Etablissement Procede pour re-eprouver un emballage rempli d'un fluide actif et d'un propulseur et appareillage pour la mise en oeuvre du procede
JP3284930B2 (ja) 1997-07-09 2002-05-27 株式会社日立製作所 高周波パルスアーク溶接法とその装置及び用途
US6204477B1 (en) 1997-12-31 2001-03-20 Wsi Welding Services, Inc. Method to eliminate weld solidification cracking of 312 stainless steel overlay and to minimize the overlay's thermal expansion mismatch with carbon steel or low alloy steel substrate
DE69940415D1 (de) * 1998-09-04 2009-04-02 Daihen Corp Lichtbogenschweissverfahren
US6172333B1 (en) 1999-08-18 2001-01-09 Lincoln Global, Inc. Electric welding apparatus and method
JP3641174B2 (ja) * 1999-11-24 2005-04-20 株式会社ダイヘン 交流パルスアーク溶接の制御方法及び溶接電源装置
JP4000749B2 (ja) * 2000-04-26 2007-10-31 コニカミノルタホールディングス株式会社 インク滴噴射装置
FR2818569B1 (fr) 2000-12-21 2003-01-31 Air Liquide Procede et dispositif de soudage a l'arc pulse
US7091446B2 (en) * 2003-12-15 2006-08-15 Lincoln Global, Inc. Electric arc welding system
US7173214B2 (en) 2004-04-01 2007-02-06 Lincoln Global, Inc. Electric arc pulse welder with short circuit control
US7166817B2 (en) * 2004-04-29 2007-01-23 Lincoln Global, Inc. Electric ARC welder system with waveform profile control for cored electrodes
US7842903B2 (en) * 2005-10-31 2010-11-30 Lincoln Global, Inc. Short arc welding system
US8759715B2 (en) * 2004-10-06 2014-06-24 Lincoln Global, Inc. Method of AC welding with cored electrode
US9333580B2 (en) * 2004-04-29 2016-05-10 Lincoln Global, Inc. Gas-less process and system for girth welding in high strength applications
US20070221643A1 (en) * 2004-04-29 2007-09-27 Lincoln Global, Inc. Gas-less process and system for girth welding in high strength applications including liquefied natural gas storage tanks
US7304269B2 (en) 2004-06-04 2007-12-04 Lincoln Global, Inc. Pulse welder and method of using same
EP1855834B1 (en) * 2005-01-21 2017-04-19 Fluor Technologies Corporation Method of welding austenitic steel pipes
AT501489B1 (de) * 2005-02-25 2009-07-15 Fronius Int Gmbh Verfahren zum steuern und/oder regeln eines schweissgerätes und schweissgerät
JP2006247673A (ja) 2005-03-09 2006-09-21 Hitachi Ltd 配管溶接施工方法
US20070170164A1 (en) 2006-01-24 2007-07-26 Lincoln Global, Inc. Outer-loop control for use with nickel and duplex stainless steel filler alloys and carbon dioxide containing shielding gas
JP4916759B2 (ja) * 2006-04-20 2012-04-18 株式会社ダイヘン 消耗電極交流パルスアーク溶接の極性切換制御方法
US8525077B2 (en) * 2006-05-09 2013-09-03 Lincoln Global, Inc. Touch screen waveform design apparatus for welders
FR2905293B1 (fr) * 2006-09-06 2008-11-07 Air Liquide Fil, flux et procede de soudage des aciers a forte teneur en nickel
US20090261073A1 (en) * 2008-04-22 2009-10-22 Lincoln Global, Inc. System and methods of using variable waveform ac arc welding to achieve specific weld metal chemistries
JP5120073B2 (ja) * 2008-05-30 2013-01-16 株式会社安川電機 交流パルスアーク溶接装置および制御方法
JP5410039B2 (ja) * 2008-06-03 2014-02-05 株式会社神戸製鋼所 ステンレス鋼エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ
JP5622230B2 (ja) * 2010-09-29 2014-11-12 株式会社ダイヘン 交流パルスアーク溶接制御方法
US9162308B2 (en) 2010-10-22 2015-10-20 Lincoln Global, Inc. Apparatus and method for pulse welding with AC waveform
US9821401B2 (en) * 2011-01-28 2017-11-21 Exxonmobil Upstream Research Company High toughness weld metals with superior ductile tearing resistance
DK2767361T3 (en) * 2011-11-15 2017-03-13 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp PROCEDURE FOR HIGH-EFFICIENCY WELDING OF THICK STEEL STEPS
US9821402B2 (en) * 2012-03-27 2017-11-21 Illinois Tool Works Inc. System and method for submerged arc welding
US20130264323A1 (en) 2012-04-05 2013-10-10 Lincoln Global, Inc. Process for surface tension transfer short ciruit welding
US9333582B2 (en) * 2012-11-07 2016-05-10 Lincoln Global, Inc. Method and system to control heat input in a welding operation

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018001275A (ja) 2018-01-11
US20210114132A1 (en) 2021-04-22
CN107538113A (zh) 2018-01-05
JP6910866B2 (ja) 2021-07-28
DE102017006075A1 (de) 2017-12-28
CN113681128B (zh) 2023-01-17
JP2021167025A (ja) 2021-10-21
US20170368631A1 (en) 2017-12-28
KR20180002062A (ko) 2018-01-05
CN113681128A (zh) 2021-11-23
US10974341B2 (en) 2021-04-13
CN107538113B (zh) 2021-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210114132A1 (en) Welding waveform for stainless steel applications
KR100378309B1 (ko) 파이프 용접 방법
JP2008161932A (ja) ワイヤ、フラックス及び高ニッケル含量を有している鋼を溶接するためのプロセス
AU2006203267B2 (en) Gas-less process and system for girth welding in high strength applications
EP2164669B1 (en) System and method for short arc welding
CN102059476A (zh) 硬化堆焊用mig弧焊焊丝和硬化堆焊用mig弧焊方法
JP2007289965A (ja) ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤ及び溶接方法
WO2012102794A1 (en) High toughness weld metals with superior ductile tearing resistance
KR102121188B1 (ko) 가스 실드 아크 용접 방법 및 용접 구조물의 제조 방법
US20060231540A1 (en) Method and apparatus for short-circuit welding
Torbati et al. Optimization procedures for GMAW of bimetal pipes
CN112171016A (zh) 一种奥氏体不锈钢nbg焊接工艺
CN103889633A (zh) 铁素体系不锈钢板的tig焊接方法
CN108637438A (zh) 一种石油天然气输送用冶金复合管的焊接方法
CN109641306A (zh) 立式窄坡口气体保护弧焊方法
CN102909484A (zh) 钴基堆焊焊丝
JP2016022501A (ja) 高Ｃｒ系ＣＳＥＦ鋼のシングルサブマージアーク溶接方法
JP2007268577A (ja) タンデムアーク溶接方法
Singh et al. Analysis of Hardness in Metal Inert Gas Welding of Two Dissimilar Metals, Mild Steel & Stainless Steel
EP1855834B1 (en) Method of welding austenitic steel pipes
Kuchuk-Yatsenko et al. Methodology for control of fitness for purpose of flash butt welded joints in pipelines
Goncharov et al. Prediction of thermodynamic properties of melts of MgO—Al2O3—SiO2—CaF2 system
Messer et al. A novel technological assessment for welding heavy wall stainless steel
Patel et al. Experimental Study of the Effect of Heat Input on Mechanical Properties of TIG Welded Joints of SA516 Grade 70 Material
Wiebe et al. Impact of FCAW on the mechanical properties of seamless line pipe steels of grades X65 and X80

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant