KR102521687B1 - 아웃트링 용접부 금속조직 모재동질화 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양측 모재금속이 서로 맞대어 용접되면서 형성되는 용접부의 조직을 모재금속과 동일한 금속조직으로 동질화 처리를 하는 처리방법에 관한 발명이다.
본 발명은 아웃트링의 모재부를 소정의 직경으로 둥글게 롤링하여 맞댄 후 용접하는 단계; 서로 접하는 양측의 모재부가 용접되면서 형성되는 용접부와 용접돌출부 중 용접돌출부를 모재부의 표면과 일치하도록 절삭하는 단계; 상기 모재부와 용접부를 가열하는 단계; 상기 가열된 양측 모재부를 중앙측으로 밀착되도록 수평 가압하는 단계; 및 상기 가압단계에 의해 돌출되는 가압돌출부를 모재부의 표면과 일치하도록 절삭 및 연마하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 양측 끝단이 용접된 아웃트링의 용접부의 금속 조직을 동질화 처리하여 용접부와 모재 간에 성질 차이가 최소화됨으로써, 용접부에 의해 품질이 저하되지 않으면서 양질의 금속박판을 제조할 수 있는 효과가 있다.

Description

아웃트링 용접부 금속조직 모재동질화 처리방법{EQUALIZATION METHOD FOR METALLIC}

본 발명은 음극드럼용 아웃트링 금속조직 모재동질화 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양측 모재금속이 서로 맞대어 용접되면서 형성되는 용접부의 조직을 모재금속과 동일한 금속조직으로 동질화 처리를 하는 처리방법에 관한 발명이다.

일반적으로 음극드럼에 사용되는 아웃트링은 황산구리 용액속에서 두께가 미크론 단위의 초 구리박막이 증착되어 나오므로 부식에 강한 순수 티타늄 및 지르코늄, 스테인레스 스틸 등의 특수 금속재질이 사용되고 있다.

특히 티타늄 및 지르코늄은 용접시 발생되는 열에 굉장히 민감하여 다른 금속에 비하여 쉽게 산화되고 넓은 열영향부( H.A.Z : Heat Affeced Zone)를 형성한다. 따라서 용접작업시 높은 수준의 용접기술이 필요하고, 산화를 완전히 방지하는 기술적 처리가 필요하며 용접부 금속조직이 크게 주상화 되는 성질을 가지고 있다,

예를 들어 티타늄은 용접 시 불활성 가스 실드 불량에 의하여 기공이 발생하고 비드 색깔이 변하며, 산화 및 질화에 의한 취화로 인하여 용접부에 균열이 발생하는 등의 문제가 발생하기도 한다.

그리고, 이 아웃트링은 티타늄 원통형으로 형성되어 있는 바, 금속 모재를 둥글게 말아서 서로 맞대어 접하는 부위에 맞대기 길이 용접심으로 용접을 하게 된다. 이때, 이렇게 용접시에는 공기중에 산소가 침투되어 발생되는 산화방지 대책이 필요하고, 적정전류,용접속도, 변형방지, 결함방지 등 대책, 용착된 용접부금속에 대한 기계적 화학적 성질 유지, 용접중 과도한 입열로 인한 열영향부 최소화 및 기타 용접에 따른 크린환경 및 조건 설정 및 유지 등의 용접기술이 적용된다.

이렇게 최적의 상태로 용접작업이 완료되면 용접부 비파괴 검사를 통하여 용접금속의 건전성을 확인하게 된다. 그러나, 완전한 상태로 최상의 용접품질을 얻었다고 할지라도 모재금속이 구상화 조직과 주상화 조직간의 차이는 그대로 남아 있게 되므로, 다시 2차적으로 이 용접 금속부를 기술적으로 처리하여 완전하게 조밀하게 구성되어 있는 모재조직으로 동질화 하는 처리가 필요하다.

그리고 아웃트링의 제작이 완료되면 아웃트링 원통의 내면에 끼이는 원형 구조체인 소위 인드럼구조체와 열박음으로 빡빡하게 끼워야한다. 이때 열박음 되기전 아웃트링은 인드럼구조체 보다 내경이 작은 상태로 제작되어, 열박음시 아웃트링은 열에 의하여 팽창되었다가 열박음 후 냉각되면서 인드럼구조체와 아웃트링은 완전히 밀착 결합되는 상태를 이루게 된다.

이때, 아웃트링의 용접부는 금속적인 기계적 성질값이 모재 보다 많이 떨어지므로 열박음 결합과정에서 용접부에서 크랙(균열)이 발생되는 경우도 있다.

또한, 아웃트링의 표면에 박리되어 제조되는 금속박판은. 아웃트링의 모재와 다른 성질로 변한 용접부에서 품질이 저하되는 문제가 발생한다.

따라서 용접부를 동질화 처리를 통하여 금속적 강도를 올려 주어 모재와 동일한 상태로 만들어 주면 열박음에 따른 아웃트링 용접부 터짐을 근본적으로 방지 할 수 있는 장점을 가지고 있다.

그리고 아웃트링구조체 표면에 미크론 단위의 두께로 전기 증착되는 금속박막(구리)에 아웃트링구조체 용접부의 조직이 금속 박막표면에 그대로 현상되어 나오므로 금속 박막의 불량이 되고 있다.

따라서, 아웃트링구조체의 용접부 금속조직이 주상화 구조체에서 모재 조직인 구상화 구조로 만들어져야만 금속 박막의 표면이 균일한 두께와 밀도를 유지하게 되므로 아웃트링구조체의 용접부를 모재 조직으로 동질화 처리가 필수적인 기술이 되고 있다. 도한, 아웃트링의 용접부 금속 조직 동질화 처리 기술은 음금드럼의 가장 중요한 핵심기술이 되고 있다.

대한민국 공개특허 10-2021-0082853호 대한민국 공개특허 10-2018-0040068호

본 발명은 상기와 같이 아웃트링의 양측 끝단을 용접하여 연결 시 용접부의 금속 조직을 동질화 처리하여 모재부와 모재부를 서로 직접 연결하는 것과 같은 효과를 가지도록 하는데 그 해결하고자 하는 과제가 있다.

또한, 본 발명은 아웃트링의 양측 모재부가 서로 연결되면서도 연결부위가 없는 형태의 아웃트링을 제공하는데 다른 과제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 아웃트링의 모재부를 소정의 직경으로 둥글게 롤링하여 맞댄 후 용접하는 단계; 서로 접하는 양측의 모재부가 용접되면서 형성되는 용접부와 용접돌출부 중 용접돌출부를 모재부의 표면과 일치하도록 절삭하는 단계; 상기 모재부와 용접부를 가열하는 단계; 상기 가열된 양측 모재부를 중앙측으로 밀착되도록 수평 가압하는 단계; 및 상기 가압단계에 의해 돌출되는 가압돌출부를 모재부의 표면과 일치하도록 절삭 및 연마하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가압돌출부를 절삭하고 연마하는 단계 이후, 상기 양측 모재부와 용접부를 2차 가열하고, 상기 양측 모재부를 중앙측으로 2차 수평 가압하며, 상기 2차 수평 가압에 의해 돌출되는 2차가압돌출부를 절삭 및 연마하여 용접부를 완전히 제거하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 2차가압돌출부를 절삭하고 연마하는 단계 이후, 상기 양측 모재부를 3차 가열한 상태에서 3차 가압하고, 다시 3차가압돌출부를 절삭 연마한 이후 열처리를 하여 가압응력을 해소시키는 공정을 더 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 동질화 공정에서 양측 모재부를 가열하는 온도는 600 ~ 980℃이고, 가압력은 100 ~ 250kgf/㎠인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 양측 끝단이 용접되어 연결된 아웃트링의 용접부의 금속 조직을 동질화 처리하여 용접을 하지 않고 모재부와 모재부를 직접 연결한 것과 같은 효과를 가지게 된다.

또한, 본 발명은 아웃트링의 양측 모재부가 서로 연결되면서도 연결부위가 없는 형태의 아웃트링이 제공됨으로써, 양질의 금속박판을 제조할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃트링의 정면 예시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃트링의 제작을 위해 모재부와 모재부를 용접하고, 돌출된 용접부를 절삭한 상태를 도시한 제작 순서 예시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃트링의 제작을 위해 가열과 가압을 한 후 가압돌출부를 절삭한 상태를 도시한 제작 순서 예시도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃트링의 제작을 위해 2차가열과 2차가압을 한 후 2차가압돌출부를 절삭한 상태를 도시한 제작 순서 예시도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃트링의 제작을 위해 3차가열과 3차가압을 통해 동질화를 수행하는 상태를 도시한 제작 순서 예시도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 아웃트링을 제작하는 순서도

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제 1 및 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소는 제 1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속7되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명은 모재부(110)의 금속을 둥글게 말아 아웃트링(100)을 제조하기 위해 금속 모재부(110)를 일정한 원형 형태로 롤링한 후, 모재부(110)의 양측 끝단이 서로 접하도록 위치시킨 후 용접을 하게 된다(S100).

이때, 모재부(110)의 직경은 제작하고자 하는 아웃트링(100)의 직경보다 미세하게 큰 직경으로 롤링하는 것이 바람직하다.

이를 위해 먼저 공지와 마찬가지로 연삭과정을 거치게 되며, 이는 티타늄 금속의 양측 모재부(110)의 외주면을 일정 경사각을 가지도록 원주둘레를 따라 모따기 연삭을 수행하는 것이다.

도 2를 참조하면, 용접시 양측의 모재부(110)가 서로 용접되면서 용접부(120)의 외측으로 용접돌출부(121)가 소정의 높이로 돌출되며, 돌출된 용접돌출부(121)는 절삭 공구 등을 이용하여 절삭 및 연마작업을 수행하고, 용접부(120)의 표면과 모재부(110)의 표면을 일치시킨다(S110).

그리고, 도 3을 참조하면, 용접에 의해 연결된 양측 모재부(110)와, 그리고, 모재부(110)의 표면과 일치하도록 절삭된 용접부(120)를 약 600 ~ 980℃의 고온으로 2차 가열한다. 또한, 2차 가열에 의해 연질화 된 양측 모재부(110)를 가압수단에 의해 100 ~ 250kgf/㎠(압력계 표시 압력)인 압력으로 서로 밀착되도록 수평으로 2차 가압시킨다(S120).

가압수단의 2차 가압에 의해 양측 모재부(110)는 중앙의 용접부(120)를 밀면서 서로 밀착되게 되고, 용접부(120)의 일부분이 외측으로 밀리면서 2차가압돌출부(122)가 돌출된다. 이렇게 돌출된 2차가압돌출부(122)도 절삭 및 연마공정을 수행하여(S130), 용접부(120)의 표면과 모재부(110)의 표면이 일치되도록 한다. 이때, 용접부(120)는 최초 용접시 보다 약 50% 정도가 제거되게 된다.

그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 2차가압돌출부(122)가 제거된 후에는 다시 양측 모재부(110)와 용접부(120)를 S120단계의 온도와 동일한 온도로 3차 가열하고, 3차 가압시킨다(S140). 따라서, 양측 모재부(110) 사이에 남아 있던 용접부(120)가 외측으로 돌출되면서 3차가압돌출부(123)가 형성된다. 이때, 용접부(120)는 대부분 외측으로 밀려나고 양측 모재부(110)가 서로 밀착 접하게 된다.

이렇게 3차 가열 및 가압에 의해 돌출된 3차가압돌출부(123)도 절삭 및 연마공정을 수행하여(S150), 용접부(120)의 표면과 모재부(110)의 표면이 일치되도록 한다.

3차가압돌출부(123)의 절삭 및 연마공정을 마친 양측 모재부(110)는 도 5에 도시된 바와같이, 소정의 온도로 열처리를 하여 금속에 남아 있는 가압응력을 해소시키는 공정을 더 수행(S160) 함으로써 동질화 절차를 마무리한다.

따라서, 제작하고자 하는 아웃트링은 용접에 의해 서로 접합이 이루어지면서도, 모재동질화 공정을 통해 모재부(110)와 모재부(110)가 서로 직접 연결된 것과 같은 효과를 가지게 되고, 연결부위가 없는 매끈한 형태의 아웃트링(100)이 제공되게 된다.

100 : 아웃트링 110 : 모재부
120 : 용접부

Claims (4)

1. 아웃트링의 모재부를 소정의 직경으로 둥글게 롤링하여 맞댄 후 용접하는 단계;
   서로 접하는 양측의 모재부가 용접되면서 형성되는 용접부와 용접돌출부 중 용접돌출부를 모재부의 표면과 일치하도록 절삭하는 단계;
   상기 모재부와 용접부를 가열하는 단계;
   상기 가열된 양측 모재부를 중앙측으로 밀착되도록 수평 가압하는 단계; 및
   상기 가압단계에 의해 돌출되는 가압돌출부를 모재부의 표면과 일치하도록 절삭 및 연마하는 단계;를 포함하며,
   상기 가압돌출부를 절삭하고 연마하는 단계 이후,
   상기 양측 모재부와 용접부를 2차 가열하고,
   상기 양측 모재부를 중앙측으로 2차 수평 가압하며,
   상기 2차 수평 가압에 의해 돌출되는 2차가압돌출부를 절삭 및 연마하여 용접부를 완전히 제거하는 것을 특징으로 하는 아웃트링 용접부 금속조직 모재동질화 처리방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 2차가압돌출부를 절삭하고 연마하는 단계 이후,
   상기 양측 모재부를 3차 가열한 상태에서 3차 가압하고,
   다시 3차가압돌출부를 절삭 연마한 이후 열처리를 하여 가압응력을 해소시키는 공정을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 아웃트링 용접부 금속조직 모재동질화 처리방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 동질화 처리방법에서,
   양측 모재부와 용접부를 가열 및 2차 가열하는 온도는 600 ~ 980℃이고, 수평 가압하는 단계 및 2차 수평 가압하는 단계의 가압력은 100 ~ 250kgf/㎠인 것을 특징으로 하는 아웃트링 용접부 금속조직 모재동질화 처리방법.
   
4. 삭제

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