KR19980033838A - 용접부 충격인성이 우수한 고강도.고인성 강재의 전자빔 용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 9% Ni 후판강재의 용접방법에 관한 것으로서, 그 목적은 충격인성이 우수한 9% Ni 강재의 전자빔 용접방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 해결하기 위하여 본 발명은 9% Ni 후판 강재를 용접하는 방법에 있어서, 상기 후판의 두께 1/2 또는 2/3 위치중에 적어도 1개 이상의 위치에 홈을 가공하고, 상기 홈에 다수개의 순 Ni 와이어를 삽입함을 특징으로 하는 충격인성의 우수한 9% Ni 강재의 전자빔 용접방법에 관한 것을 기술적 요지로 한다.

Description

용접부 충격인성이 우수한 고강도·고인성 강재의 전자빔 용접방법

본 발명은 극저온 환경에서 사용되는, 고강도·고인성 강재의 용접방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자빔 용접시 용접부의 충격인성이 우수한 9% Ni 강재의 전자빔 용접방법에 관한 것이다.

통상적으로 극저온에서 사용되는 고강도·고인성 강재는 상온에서는 물론 -160℃ 정도의 극저온에서도 충격 흡수에너지가 100Joule 이상으로 대단히 우수한 고강도·고인성의 특성을 가지고 있다. 상기 강종의 대표적인 예로서 9% Ni 강을 들 수 있는데, 이 강재는 고강도·고인성의 특성 뿐 아니라 용접성도 우수하여 최근 도시가스 원료 및 발전용 연료의 저장용기용 강재로서 수요가 증대되고 있고, 특히 액화천연가스(LNG)의 저장탱크용 소재로서 널리 사용되고 있다.

한편, 9% Ni 강의 대표적인 용도인 LNG 저장탱크를 용접하는 경우 주로 수동용접법(SMAW), 서브머지드 아크 용접법(SAW), 자동 텅그스텐 아크용접법(Auto-TIG) 등이 이용되고 있고, 또한 상기 용접시 용접재료는 모재의 기계적 특성을 확보하기 위하여 인코넬(Inconel) 및 하스테로이(Hastelloy)계 재료를 사용하고 있다. 그러나, 상기 용접재료는 가격이 매우 비싸기 때문에, 탱크 1기 건설에 소요되는 용접재료 가격이 강재 가격에 버금가는 수준에 이르는 문제점이 있다.

따라서, LNG 저장탱크 등의 제작에 이용되는 극저온 강재의 용접에 있어서, 고가의 용접재료를 사용하지 않고, 또한 소재를 1패스로 용접할 수 있는 용접방법의 필요성이 커지고 있다. 이러한 용접방법으로서 현재까지 알려진 것으로 레이저 용접법 및 전자빔 용접법이 있다. 그러나, 레이저 용접방법은 후판을 용접할 수 있는 장치가 개발되어 있지 않기 때문에, 극저온 강재의 용접에 적용할 수 없다. 또한, 전자빔 용접방법은 그 적용은 가능하지만 장치의 범용화가 이루어지지 않은 상태이고, 특히 용접시 용접부의 냉각속도가 매우 빠르므로 용접부의 충격인성이 저하되는 안전상이 문제로 LNG 저장탱크 제작에 적용되지 못하고 있다. 더욱이 최근에는 LNG 탱크의 크기가 대형화되는 추세여서 작은 사고가 나더라도 큰 재해를 일으킬 수 있으므로 용접부의 충격인성 개선이 더욱 요구되어지고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 고강도·고인성 강재의 전자빔용접시 용접금속이 극저온도에서도 높은 충격인성을 갖도록 하는 용접방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에서 극저온 고인성강의 용접금속부의 충격인성을 개선시키는 방법을 나타낸 개략도.

도 2는 본 발명에서 와이어를 삽입하기 위한 홈의 형상을 나타내는 일례도.

도 3은 본 발명에서 순 Ni 와이어를 삽입한 것을 나타내는 일례도.

도 4는 본 발명에서 용접된 극저온 고인성강의 단면 사진.

도 5는 본 발명에서 용접금속부의 두께방향에 대한 Ni 함량 분포를 나타내는 그래프.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1,1':시험관2:와이어3:홈4:전자빔 용접부

상기의 목적을 해결하기 위한 본 발명은 고강도·고인성 강재를 용접하는 방법에 있어서, 상기 강재의 두께 1/2 또는 2/3 위치중 적어도 1개 이상의 위치에 홈을 가공하고, 상기 홈에 다수개의 Ni 와이어를 삽입한 다음, 통상의 전자빔용접을 행하는 고강도·고인성 강재의 전자빔 용접방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 도면을 통하여 상세히 설명한다.

본 발명에서 적용되는 강재는 극저온 환경에서 이용되는, 고강도·고인성 재료이면 어느것이나 가능한데, 이러한 강재로는 9% Ni 강을 들 수 있다.

먼저, 상기한 강재를 전자빔 용접하기 앞서 용접하고자 하는 부위에 홈을 가공하고 Ni를 삽입함이 필요하다.

상기 홈가공은 도 1에 나타낸 바와 같이 두 시험판(1),(1')을 맞대기 용접하는 경우 강재의 판 두께 1/3 또는 2/3 되는 위치에 행하는데, 형성된 홈(3)의 형상은 Ni와 이어가 삽입될 수 있도록 도 2에 나타낸 바와 같이 원형, 마름모형 또는 사각형을 가질 수 있으며, 그 형상은 중요하지 않다. 상기 홈에 Ni의 와이어(2)를 삽입한 다음 전자빔 용접하면 판 두께 방향으로 Ni이 완전 용입됨으로서 용접부(4)에서 Ni 함량이 균일하게 되며, 잔류 오스테나이트 량이 6% 이상 생성되어 용접부의 충격인성이 개선된다.

이때, 상기 홈(3)에 삽입되는 Ni은 순 와이어 형태가 보다 바람직한데, 그 이유는 오스테나이트상을 형성시키는 대표적인 원소인 순 Ni 와이어(2)가 용접부에서 잔류 오스테나이트 조직을 원활하게 생성시키므로 인성을 효과적으로 증가시키는 역할을 할 뿐만 아니라, 입수 및 삽입하기도 용이하기 때문이다.

또한, 상기 홈의 각 위치에는 하나 또는 2개의 순수 와이어를 삽입할 수 있다.

한편, 전자빔 용접은 이러한 삽입재료가 완전 용입될 수 있도록 강재 두께에 따라 주요 용접조건인 가속전압, 빔 전류 및 용접속도를 변화시킬 필요가 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

[실시예 1]

두께 23mm의 9% Ni 강재를 홈가공하지 않고, 순 Ni 와이어를 삽입하지 않은 것을 비교예(2)로 하였고, 수동 아크용접과 자동 텅스텐 아크용접을 한 것을 각각 종래재(1,2)로 하였다. 상기 강재의 두께 1/3 및 2/3 위치에 도 3에 나타낸 바와 같이 삽입 와이어 개수에 적합하게 홈을 가공한 후, 여기에 직경 1.0mm의 순 Ni 와이어를 1-5개 삽입한 것을 하기 표 1에 나타난 것과 같이 발명재(1-4)와 비교재(5)로 하였다. 상기 발명재, 비교재(1) 시편을 150kV-30mA-100mm/min의 용접조건으로 전자빔 용접하고, 상기 용접금속으로부터 샤루피 V-노치(Charpy V-notch) 충격시험편을 채취하여, 상온, -100℃, -170℃ 및 -196℃에서 각각 3개씩 충격시험을 실시하고, 그 평균값을 하기표 1에 나타내었다.

[표 1]

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 발명재(1-4)의 경우 인성의 정도를 판단할 수 있는 충격 흡수에너지가 가장 낮은 온도인 -196℃를 기준할 때 원판의 1/2 정도, 그리고 종래예(1)인 인코넬계 용접재료를 사용하는 수동 아크용접보다는 평균 20-30J 정도 높고, 종래예(2)인 하스테로이계 용접재료를 사용하는 자동 텅스텐 아크용접에 버금가는 값을 보이고 있었다. 또한, 동일한 전자빔 용접에서 와이어를 삽입하지 않는 통상의 방법인 비교예(2)에 비해서는 3배 이상의 높은 충격 흡수에너지를 나타냄을 알 수 있었다.

한편, 도 4에 나타나 있듯이 와이어의 삽입 개수의 증가에 따라 Ni 함량이 증가하지만, 5개 이상을 삽입한 비교예(1)인 경우에 Ni 함량이 두께 방향으로 불균일하게 분포하여 Ni 와이어의 삽입 개수가 많아져도 오히려 충격 흡수에너지 개선의 효과가 거의 없음을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 통상의 전자빔 용접법에 의해 고가의 용접재료의 사용하지 않고도, 용접부에서 충격 흡수에너지가 매우 높게될 수 있으며, 이러한 본 발명은 극저온 환경하에서 사용되는 구조물의 용접시 용접부에 대한 안전성을 충분히 확보할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 고강도·고인성 강재를 전자빔에 의해 용접하는 방법에 있어서,

   상기 강재의 두께 1/2 또는 2/3 위치에 적어도 1개 이상의 위치에 홈을 가공하고, 상기 홈에 다수개의 Ni 와이어를 삽입한 다음, 통상의 전자빔 용접을 행함을 특징으로 하는 충격인성의 우수한 고강도·고인성 강재의 전자빔 용접방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 홈의 각 위치에는 하나 또는 2개의 순수 와이어를 삽입함을 특징으로 하는 충격인성의 우수한 고강도·고인성 강재의 전자빔 용접방법.