KR102661337B1 - 일렉트로 가스 아크 용접 방법 - Google Patents

일렉트로 가스 아크 용접 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일렉트로 가스 아크 용접 방법으로서, 용접 토치를 용접 모재 상에 배치하는 단계; 및 상기 용접 토치를 적어도 1회 이상 원운동시켜 일렉트로 가스 아크 용접(Electro Gas Welding)을 수행하는 단계;를 포함하고, 상기 원운동은 상기 용접 모재의 두께 방향을 기준으로 1/2 지점을 중심으로 하는 원형 궤도를 따라 회전하는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

일렉트로 가스 아크 용접 방법{Method of electro gas arc welding}
본 발명은 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 용접부의 미세조직을 개선할 수 있는 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 관한 것이다.
일렉트로 가스 아크 용접법(Electro Gas arc Welding; 이하, EGW)은 일반적인 용접 방법 대비 입열량이 크다. 특히, EGW는 선박 제조 공정과 같은 후판의 용접 공정에서도 단일 패스(Single-Pass) 용접만으로 생산을 완료할 수 있어 뛰어난 생산성과 경제성을 보증한다는 특징이 있다.
EGW 용접시 비교적 두께가 얇은 약 20mm의 판재에 대해서는 고정 위치에서 발생한 아크를 활용해 용접을 진행할 수 있다. 하지만, 판재의 두께가 약 50mm 이상으로 두꺼워지는 경우, 한국등록특허 제10-1994008호에 기재된 바와 같이, 작업자는 전극의 오실레이션(Oscillation)을 통해 전면부에서 이면부까지 용접이 이뤄질 수 있도록 제어한다.
그러나, EGW 용접은 공정 특성상 전면부에 냉각수가 흐르는 동담금(Copper Shoe)을 이용하며, 상기 동담금이 용접부의 냉각 및 응고 거동에 가장 큰 역할을 수행한다. 용접 야금학적으로, 용접 중 용융부(Fusion zone)에서 항상 표면부로부터 중심부로 응고가 진행하게 된다. 이 때, 핵생성과 성장 과정에서 원자의 확산에 의해 냉각 진행 방향으로 편석(Segregation)을 일으킨다. 이러한 편석은 용접부 중 특히 중심부에서 기계적 특성 저하를 일으키는 주 원인 인자로 작용하는 문제점이 있었다.
한국등록특허 제10-1994008호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, EGW 용접시 용접부의 미세조직을 개선할 수 있는 일렉트로 가스 아크 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 일렉트로 가스 아크 용접 방법을 제공한다. 상기 일렉트로 가스 아크 용접 방법은 용접 토치를 용접 모재 상에 배치하는 단계; 및 상기 용접 토치를 적어도 1회 이상 원운동시켜 일렉트로 가스 아크 용접(electro gas arc welding)을 수행하는 단계;를 포함하고, 상기 원운동은 상기 용접 모재의 두께 방향을 기준으로 1/2 지점을 중심으로 하는 원형 궤도를 따라 회전할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 원운동은 상기 원형 궤도의 중심으로부터 바깥쪽으로 반지름이 점점 커지도록 회전할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 원운동은 상기 원형 궤도의 바깥쪽으로부터 중심으로 반지름이 점점 작아지도록 회전할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 원형 궤도의 반지름은 하기 수식 1을 만족할 수 있다.
[수식 1]
r≤ 0.5T - 5
(여기서, 상기 r은 상기 원형 궤도의 반지름이고, 상기 T는 상기 용접 모재의 두께임)
또한, 본 발명에 의하면, 상기 원형 궤도의 반지름은 하기 수식 2를 만족할 수 있다.
[수식 2]
(여기서, 상기 r은 상기 원형 궤도의 반지름이고, 상기 R은 이면부에서 모재간 거리(루트갭)이며, 상기 T는 상기 용접 모재의 두께이고, 상기 θ는 상기 용접 모재가 이루는 개선각임)
또한, 본 발명에 의하면, 상기 일렉트로 가스 아크 용접은 상기 용접 토치의 원운동만으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 원형 궤도는 상기 용접 모재의 개선면, 이면부 및 전면부로부터 소정의 거리만큼 각각 이격되도록 설정될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 소정의 거리는 5mm 내지 10mm일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 원운동시 상기 용접 토치의 회전 속도는 30rpm 내지 240rpm일 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, EGW 용접시 용접 부의 미세조직을 개선할 수 있는 일렉트로 가스 아크 용접 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 장치의 구조를 개략적으로 도해하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 방법을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 비교예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 방법을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실험예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 수행 후 용접부의 미세조직을 광학현미경으로 분석한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접이 수행되는 모습을 개략적으로 도해하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접이 수행되는 모습을 개략적으로 도해하는 도면이다. 도 7을 참조하면, 용접 모재(80)의 두께 방향으로 서로 마주보도록 백킹재(60) 및 동담금(70)이 위치하며, 백킹재(60) 및 동담금(70) 사이에 용접 토치(10)가 배치되어 주행방향을 따라 용접이 수행되게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 장치의 구조를 개략적으로 도해하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 장치(100)는 용접 토치(10), 송급 유닛(20), 구동 유닛(30), 레이저 센서(40) 및 제어부(50)를 포함한다. 또, 용접을 수행하기 위해 용접 모재(80)의 두께 방향으로 서로 마주보도록 백킹재(60) 및 동담금(70)이 위치한다.
일반적으로 일렉트로 가스 아크 용접법(이하, EGW)에는 동담금/냉각 방식/이면부 지지방식/용접재료 등 다양한 공정 조건들의 설정이 필요하다. 상기 조건들은 각 상황에 맞게 수정될 수 있으며, 용접부 상부에 위치한 전극 팁으로부터 용접 재료를 공급받아 수직 상진 용접을 수행하게 된다.
구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 장치(100)는 선단에 용접 와이어가 장착되는 용접 토치(10) 및 용접 토치(10)에 용접 와이어를 송급하는 와이어 송급 유닛(20)을 포함한다. 용접 토치(10)는 수직 맞대기 용접을 수행하기 위해서, 용접 모재(80)의 두께 방향으로 이동시키거나, 용접 토치(10)를 상하 방향으로 이동시켜 상진 용접하도록 구동하는 구동 유닛(30)을 포함한다.
또한, 일렉트로 가스 아크 용접 장치(100)는 용접 토치(10) 내에 형성되어 용접 모재(80)의 개선면간 거리 정보를 측정할 수 있는 레이저 센서(40) 및 용접 모재(80)의 개선면간 거리 정보에 대응하는 용접조건을 연산하고, 상기 용접조건 및 용접되는 부위의 위치에 따라 용접 전류 및 전압 조건을 조절해서 입열량을 제어하는 제어부(50)를 포함한다. 일렉트로 가스 아크 용접 장치(100)는 작업자의 조작에 의해 용접 전류 조건, 전압 조건 및 각 장치에 전원을 공급하는 전원 공급부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
용접 토치(10)는 EGW에 사용되는 토치로서, 용접 와이어를 공급 및 통전하는 기능을 한다. 용접 토치(10)는 구동 유닛(30)에 의해, 용접 모재(80)의 두께 방향으로 회전 구동된다. 용접 토치(10)의 내부에는 레이저 센서(40)가 구비된다. 레이저 센서(40)는 용접 모재(80)의 개선면간 거리를 정확하게 측정할 수 있다.
용점 모재(80)는 10mm 내지 100mm의 두께를 갖는 수직 철판으로 마련되고, 도 2에 도시된 바와 같이, 상부에서 보았을 때, 'V'자 형상으로 개선 형상을 가진다. 여기서, 레이저 센서(40)는 용접 모재(80)가 서로 이루는 개선면 사이의 거리를 측정하는데 이용된다. 용접 모재(80)의 후면(이하, 이면부)에는 백킹재(60)가 설치되고, 용접 모재(80)의 전면(이하, 전면부)에는 동담금(70)이 설치된다. 여기서, 백킹재(60)는 용접 과정에서 용융금속을 받쳐주고, 냉각하여 용접비드를 형성하는 기능을 할 수 있다. 동담금(70)은 상기 용융금속을 받쳐주고, 수냉호스(미도시)에 의한 냉각 기능과 보호가스를 공급하는 기능을 할 수 있다. 이러한 동담금(70)은 용접 토치(10)와 함께 구동 유닛(30)에 의해 상하 방향으로 승강 동작할 수 있다.
구동 유닛(30)은 용접 토치(10)를 용접 모재(80)의 두께 방향(도 2에 도시된 화살표 방향)으로 위빙(weaving)시킬 수 있다. 구동 유닛(30)은 위빙 속도와 위치를 제어할 수 있도록 상용화된 모터를 사용할 수 있다.
제어부(50)는 용접 시작 전 또는 용접 수행 중 용접 시작점과 종료점을 설정하고, 위빙 속도, 폭 등과 같은 설정을 통해 용접 토치(10)의 위치를 제어한다. 이때, 용접 토치(10)를 구동시키면서 용접 전류 및 전압 조건을 제어하며, 상기 조건을 정확하게 제어하기 위해서, 용접 토치(10)에 구비된 레이저 센서(40)를 이용하여 용접 모재(80)의 개선면간 거리(P)를 각 위치에 따라 측정한다. 제어부(50)는 측정된 개선면간의 거리(P) 정보를 토대로 각 용접 위치별 입열량을 계산하여 전류 및 전압을 제어할 수 있다.
이러한 구성들을 구비하는 EGW 용접 장치(100)를 이용한 EGW 용접 방법은 다음의 단계들을 포함할 수 있다.
용접 토치(10)를 배치하는 단계를 포함한다. 용접 토치(10)는 수직 맞대기 용접하고자 하는 용접 모재(80)의 용접부위에 배치된다. 이때, 용접 모재(80)의 이면부와 전면부에는 각각 백킹재(60)와 동담금(70)이 설치된 상태이다. 용접 토치(10)는 와이어 송급 유닛(20)으로부터 와이어를 공급하고, 이산화탄소 등의 보호가스를 이용하여 아크를 발생시킨다.
이후에 제어부(50)는 용접 모재(80)의 두께 방향으로 용접 토치(10)를 위빙시키도록 제어하고, 용접 모재(80) 상에 용용부(82)를 형성하며 용접을 수행하게 된다. 여기서, 용접 부위의 위치에 따라 용접 전류 및 전압조건을 조절해서 용접 입열량을 제어해야 한다. 일단 EGW 용접을 수행하기 위해서, 용접 토치(10)의 위치별 입력값을 기본적으로 적용하는 단계를 수행할 수 있다. 상기 입력값은 용접 토치(10)가 용접 모재(80)의 이면부를 기준으로 설정된 값을 의미한다.
이후에 용접 토치(10)의 위치별 실시간 전류, 전압 및 너비를 측정하는 단계를 수행할 수 있다. 상기 단계에서 용접 토치(10)에 구비된 레이저 센서(40)를 이용하여, 용접 모재(80)의 개선면간 거리 정보를 측정할 수 있다. 여기서, 상기 용접 모재(80)의 개선면간 거리 정보가 상기 너비를 의미한다. 측정된 데이터를 토대로 용접 토치(10)의 위치별 단위길이(면적)당 입열량 계산한 후 이를 통해 EGW 용접을 수행할 수 있다.
상기 용접 조건을 제어하기 위해서, 용접 모재(80)의 개선면간 거리 정보는 적어도 3개 이상의 영역에서 측정되어야 한다. 상기 3개 이상의 영역 중 하나는 상기 용접 모재의 두께 방향으로 중심부에 해당하는 영역이어야 한다. 또, 상기 3개 이상의 영역 중 다른 하나는 용접 모재(80)의 이면부에 가장 가까운 영역과 용접 모재(80)의 이면부에서 가장 먼 영역에서의 거리 정보도 필요하다.
예컨대, 용접 모재(80)의 이면부를 기준으로 이면부에서 가장 가까운 영역을 P1으로 가정했을 때, 용접 모재(80)의 중심 영역을 P2로 가정할 수 있고, 이면부에서 가장 먼 영역을 P3로 가정할 수 있다. 이때, 용접 토치(10)가 P1, P2, P3를 순차적으로 이동하면서 레이저 센서(40)가 각 위치별 용접 모재(80)의 개선면간 거리를 측정할 수 있다.
기준이 되는 포인트 P1, P2, P3에서, 초기 전압, 전류, 입열량의 기준은 P2, 즉, 용접 모재(80)의 중심 영역을 기본위치로 설정한다. 이후에, 용접 토치(10)가 용접 모재(80)의 두께 방향을 따라 이동하면서 개선면간 거리 정보를 실시간으로 측정하여 이를 용접 조건에 반영한다.
여기서, P1 및 P3를 설정한 이유는 이론적으로 용접 토치(10) 자체의 형상으로 인해, 용접 모재(80) 상의 일부에 위치할 수 있는 임계값을 의미한다. 예컨대, 도면에 설정된 P1보다 이면부와의 거리가 더 짧게 용접 토치(10)를 배치하게 될 경우, 용접 토치(10)가 백킹재(60)에 물리적으로 접촉되어 파손될 수 있다. 혹은 도면에 설정된 P3보다 이면부와의 거리가 더 길게 용접 토치(10)를 배치하게 될 경우, 용접 토치(10)가 동담금(70)에 물리적으로 접촉되어 파손될 수 있다.
또한, 실제 EGW 용접시 P1 및 P3 위치가 상술한 임계값보다 더 중앙에 가까울 수 있기 때문에, EGW 용접을 수행하기 이전에 실제 P1 및 P3 위치는 용접 토치(10)가 직접 측정하도록 한다. 이때, EGW 용접 시작 전 오실레이션(Oscillation)을 통해 용접 모재(80)간 거리의 최소(min)값과 최대(Max)값을 측정하여 이를 기록 및 계산에 반영하는 과정을 거칠 수 있다.
본 발명에서 용접 모재(80)의 두께(T)는 20mm 내지 55mm로 한정한다. 이는 싱글 타입(Single torch) 토치가 적용되는 판재의 두께 범위를 의미하며, 만약, 이보다 더 두꺼운 판재에 대해 EGW 용접이 수행된다면 텐덤 타입(Tandem type) 토치를 사용하여 용접을 수행해야 한다. 반면, 상기 범위보다 두께가 더 얇은 판재에 대해서는 오실레이션이 유의미한 차이를 발생시키지 않기 때문에 개선면간 거리를 측정할 필요가 없다. 또, 텐덤 타입 토치를 이용할 경우, 각 전극의 써큘레이션 모션(circular motion)을 개별적으로 제어할 수 있기 때문에 싱글 타입 토치 보다 더 복잡한 대류도 설계가 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 방법을 도시하는 도면이고, 도 3은 본 발명의 비교예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 방법을 도시하는 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 일반적으로 EGW 용접은 오실레이션(Oscillation)을 이용하여 V자 형상으로 배치된 모재(80)와 모재(80) 사이, 즉, EGW 용접을 수행하는 영역에 용접 토치(10)를 배치한 후 모재(80)의 두께방향(M으로 도시된 화살표)으로 용접토치(10)를 왕복하면서 EGW 용접을 수행했었다. 예를 들어, 일반 판재에 대해서는 고정 위치의 전극으로부터 아크가 발생하여 용접이 진행된다. 또, 후물재에 대해서는 오실레이션을 수반함으로써 판재 전체에 걸쳐 용접이 이뤄지도록 하였다. 그러나, 이러한 오실레이션을 이용한 EGW 용접시 용융부(82)에서 일어나는 편석을 방지하기 어렵다. 편석은 용접 중심부에서의 기계적 특성을 저하시킬 수 있기 때문에, 가능한 편석의 생성을 방지할 수 있는 방안이 필요했다.
이를 해결하기 위해서, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 EGW 용접은 용접부에서 대류를 활성화할 수 있도록 오실레이션 모션(oscillation motion) 대시 써큘레이션 모션(circular motion) 구동을 도입하였다. 일 예로서, 본 발명에서 EGW 용접은 용접 토치(10)의 원운동만으로 수행될 수 있다. 다른 예로서, 용접 효과를 극대화시키기 위해서, 오실레이션 모션과 써큘레이션 모션을 동시에 사용할 수도 있다.
본 발명에서 써큘레이션 모션을 구동하는 이유는, 용융부의 대류량을 극단적으로 증가시킬 수 있어, EGW 용접 공정 중 원운동시 원형 궤도의 반지름과 용접 속도 등의 제어를 통해 용융부의 편석을 제거하고, 용접부의 미세조직을 미세화시키고, 복잡화시킬 수 있다.
예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 EGW 용접은 용접 토치(10)를 용접 모재(80) 상에 배치하는 단계 및 용접 토치(10)를 적어도 1회 이상 원운동시켜 일렉트로 가스 아크 용접(electro gas arc welding)을 수행하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 원운동은 용접 모재(80)의 두께 방향을 기준으로 1/2 지점을 중심으로 하는 원형 궤도를 따라 회전할 수 있다.
상기 원운동은 상기 원형 궤도의 중심으로부터 바깥쪽으로 반지름이 점점 커지도록 회전할 수 있다. 또는, 상기 원운동은 상기 원형 궤도의 바깥쪽으로부터 중심으로 반지름이 점점 작아지도록 회전할 수 있다. 상기 원운동의 방향은 시계방향 혹은 반시계방향으로 모두 구동 가능하다.
한편, 용접 토치(10)를 원운동하면서 EGW 용접을 수행할 경우, 원형 궤도의 반지름은 반드시 고려되어야 할 매우 중요한 요소이다. 상기 원형 궤도의 반지름은 하기 수식 1 및 수식 2를 동시에 만족해야 한다.
[수식 1]
r ≤ 0.5T - 5
(여기서, 상기 r은 상기 원형 궤도의 반지름이고, 상기 T는 상기 용접 모재의 두께임)
[수식 2]
(여기서, 상기 r은 상기 원형 궤도의 반지름이고, 상기 R은 이면부에서 모재간 거리(루트갭)이며, 상기 T는 상기 용접 모재의 두께이고, 상기 θ는 상기 용접 모재가 이루는 개선각임)
원형 궤도의 반지름 r이 중요한 이유는, 상기 반지름 r이 EGW 용접시 용접 토치(10)가 이동 가능한 최대 거리를 의미하기 때문이다. 도 4를 참조하면, 용접 토치(10)의 구조로 인해, 원형 궤도는 용접 모재(80)의 개선면, 이면부 및 전면부로부터 소정의 거리만큼 각각 이격되도록 설정될 수 있다. 이때, 상기 소정의 거리는 5mm 내지 10mm일 수 있다. 일반적으로, 용접 토치(10)의 구조적 특성으로 인해, 백킹재(60)가 배치된 이면부 및 동담금(70)이 배치된 전면부로부터 약 5mm씩 각각 이격되어서 EGW 용접이 수행된다. 이때, EGW 용접시 용접 토치(10)의 회전 속도, 회전수 등에 의해 상기 소정의 거리는 최대 10mm까지 제어할 수 있다.
예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 이면부로부터 떨어진 거리가 a, 전면부로부터 떨어진 거리가 b, 그리고, 용접 모재(80)로부터 떨어진 거리가 c라고 가정하면, a, b, c는 각각 5mm씩일 수 있다. 이때, 원형 궤도의 중심점 X는 용접 모재(80)의 두께의 절반에 해당하며, 용접 모재(80)의 개선면간 거리의 1/2 위치에 해당될 수 있다.
한편, 상기 원운동시 용접 토치(10)의 회전 속도는 30rpm 내지 240rpm일 수 있다. 만약, 회전 속도가 30rpm 미만일 경우, 용접 토치(10)의 회전에 의한 용융부 대류 현상이 적용되지 않아 용접부의 조직이 미세화되지 않을 수 있다. 반면, 회전 속도가 240rpm을 초과할 경우, 용접부의 와류가 심해서 결함이 발생할 수 있다. 따라서, 용접 토치(10)의 회전 속도는 30rpm 내지 240rpm을 만족해야 하며, 이는 EGW 용접이 수행되는 동안 적절하게 계속 유지되어야 한다.
다른 예로서, 용접 토치(10)의 회전 속도는 상기 범위 내에서 점점 빨라지도록 제어되거나, 혹은 점점 느리게 제어될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 EGW 용접 방법을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
본 발명의 실시예 샘플로서, 두께 50mm의 선박용 탄소강 판재에 EGW 용접을 수행하였다. 이때, 용접 조건은 전류 300 내지 400A, 전압 30 내지 40V, 입열량 150 내지 250KJ/cm으로 제어하면서 용접 토치(10)를 60 내지 80rpm의 회전속도로 제어하면서 원운동시켜 실시예 샘플을 제조하였다. 이때, 원운동시 반지름은 15 mm 로 제어하였다.
한편, 상기 실시예 샘플과 비교하기 위해서, 동일한 모재를 사용하여, 원운동 없이 용접 토치(10)를 오실레이션 구동만 수행하면서 EGW 용접을 수행하였다. 이때, 용접 토치(10)의 구동속도는 500mm/s로 제어하여 비교예 샘플을 제조하였다.
이후에, 용접된 두 샘플의 용접부 미세조직을 광학현미경으로 분석하고, 용접부에서의 충격 인성을 3회 반복 측정하였다. 상기 충격 인성 데이터는 하기 표 1에 정리하였다. 표 1에 정리된 충격인성 값은 용접부의 충격인성을 3회 반복 측정한 후 이에 대한 평균값을 의미한다.
샘플 충격인성(J)
실시예 61
비교예 45
도 5 및 도 6은 본 발명의 실험예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 수행 후 용접부의 미세조직을 광학현미경으로 분석한 도면이다.
표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예 샘플의 경우, 비교예 샘플 대비 충격 인성(기계적 특성)이 45J에서 61J로 약 36% 개선된 것으로 확인되었다. 이러한 특성 향상은 용접 토치(10)의 회전으로 인해 실시예 샘플(도 5)에서의 용접부의 응고 조직이 비교예 샘플(도 6)에서의 용접부의 응고 조직보다 상대적으로 더 미세화 되고, 복잡도가 증가했기 때문인 것으로 판단된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 EGW 용접 방법은 용접 토치(10)를 원운동하면서 용접을 수행함에 따라, EGW 용접시 용융부에 발생하는 편석을 제거할 수 있고, 이에 따른 미세조직의 복잡화가 이루어짐에 따라 선박의 대형화에도 선도적으로 대응이 가능한 효과가 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 용접 토치
20: 송급 유닛
30: 구동 유닛
40: 레이저 센서
50: 제어부
60: 백킹재
70: 동담금
80: 모재
82: 용융부
100: 일렉트로 가스 아크 용접 장치

Claims (9)

  1. 용접 토치를 용접 모재 상에 배치하는 단계; 및
    상기 용접 토치를 적어도 1회 이상 원운동시켜 일렉트로 가스 아크 용접(electro gas arc welding)을 수행하는 단계;를 포함하고,
    상기 원운동은 상기 용접 모재의 두께 방향을 기준으로 1/2 지점을 중심으로 하는 원형 궤도를 따라 회전하며,
    상기 원형 궤도의 반지름은 하기 수식 1 및 수식 2를 만족하고,
    상기 원형 궤도는 상기 용접 모재의 개선면, 이면부 및 전면부로부터 소정의 거리만큼 각각 이격되도록 설정된 것을 특징으로 하는,
    일렉트로 가스 아크 용접 방법.
    [수식 1]
    r≤ 0.5T - 5
    (여기서, 상기 r은 상기 원형 궤도의 반지름이고, 상기 T는 상기 용접 모재의 두께임)
    [수식 2]

    (여기서, 상기 r은 상기 원형 궤도의 반지름이고, 상기 R은 이면부에서 모재간 거리(루트갭)이며, 상기 T는 상기 용접 모재의 두께이고, 상기 θ는 상기 용접 모재가 이루는 개선각임)
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 원운동은 상기 원형 궤도의 중심으로부터 바깥쪽으로 반지름이 점점 커지도록 회전하는 것을 특징으로 하는,
    일렉트로 가스 아크 용접 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 원운동은 상기 원형 궤도의 바깥쪽으로부터 중심으로 반지름이 점점 작아지도록 회전하는 것을 특징으로 하는,
    일렉트로 가스 아크 용접 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 일렉트로 가스 아크 용접은 상기 용접 토치의 원운동만으로 수행되는,
    일렉트로 가스 아크 용접 방법.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정의 거리는 5mm 내지 10mm 인,
    일렉트로 가스 아크 용접 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 원운동시 상기 용접 토치의 회전 속도는 30rpm 내지 240rpm인,
    일렉트로 가스 아크 용접 방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005021977A (ja) * 2003-07-04 2005-01-27 Kawasaki Heavy Ind Ltd 非消耗電極式アーク溶接方法および溶接装置
JP2009148801A (ja) * 2007-12-21 2009-07-09 Daihen Corp ステッチパルス溶接方法
KR101253858B1 (ko) * 2010-12-28 2013-04-12 주식회사 포스코 일렉트로 가스 아크 용접 장치 및 용접 방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6190774B2 (ja) 2014-07-25 2017-08-30 株式会社神戸製鋼所 エレクトロガスアーク溶接方法及びエレクトロガスアーク溶接装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005021977A (ja) * 2003-07-04 2005-01-27 Kawasaki Heavy Ind Ltd 非消耗電極式アーク溶接方法および溶接装置
JP2009148801A (ja) * 2007-12-21 2009-07-09 Daihen Corp ステッチパルス溶接方法
KR101253858B1 (ko) * 2010-12-28 2013-04-12 주식회사 포스코 일렉트로 가스 아크 용접 장치 및 용접 방법

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