KR20000012705A - 세그먼트 튜브의 브론즈 용접방법 - Google Patents

세그먼트 튜브의 브론즈 용접방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 슬라브의 연속주조에 사용되는 제철설비인 세그먼트 장치를 슬라브의 뚜께조절을 위하여 상하로 조정할 시에, 세그먼트 장치의 타이로드와 슬라이딩되면서 가이드 역할을 하는 세그먼트 튜브의 브론즈 용접방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는, 크롬-몰리브덴 강 재질의 세그먼트 튜브 내부에 부쉬의 역할을 하는 브론즈 부를 용접육성하기 위한 전단계로 밑깔기 용접에 의하여 완충층을 용접육성하므로서, 브론즈 부의 육성용접시 모재와 브론즈 부와의 금속적 이질성으로 인하여 발생하는 모재 및 브론즈 부의 균열을 방지하여 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 것에 관한 것이다.
본 발명에 의한 세그먼트 튜브의 브론즈 용접방법은, 원재료가 되는 크롬-몰리브덴 강 재질의 환봉을 소정의 길이로 절단하는 절단공정(11)과, 절단된 환봉의 외경을 소정의 형상으로 가공하는 외경황삭가공공정(12)과, 절단된 환봉의 내경을 가공하는 심공가공공정(13)과, 가공된 제품의 품질을 검사하는 품질검사공정(14)을 거쳐서 제작된 세그먼트 튜브(1)의 내부에 부쉬역할을 하는 브론즈 부(2,2')를 용접에 의하여 육성하는 것에 있어서, 상기의 품질검사공정(14)을 거친 후, 세그먼트 튜브(1)의 양측 내주면을 3 mm의 깊이로 황삭가공하는 밑깔기용 황삭가공공정(21)과, 밑깔기용 황삭가공공정(21)을 거친 후, 세그먼트 튜브(1)의 양측 내주면에 황삭가공에 의한 균열발생여부를 검사하기 위한 침투탐상검사공정(21a)과, 침투탐상검사공정(21a)을 거친 후, 플럭스 코어드 와이어의 일종인 E70T-5MJ를 용접봉으로 하여 황삭가공된 세그먼트 튜브의 양측 내주면에 완충층(2a,2a')을 용접에 의하여 육성하는 밑깔기 용접공정(22)과, 밑깔기 용접공정(22)을 거친 후, 용접육성된 완충층(2a,2a')의 표면을 황삭가공하여 완충층(2a,2a')의 두께를 2.5 mm로 일정하게 유지시키는 밑깔기 황삭가공공정(23)과, 밑깔기 황삭가공공정(23)을 거친 후, 밑깔기 용접과 황삭가공에 의한 세그먼트 튜브(1)와 완충층(2a,2a')의 균열발생여부를 검사하기 위한 침투탐상검사공정(23a)과, 침투탐상검사공정(23a)을 거친 후, ERCuAl-2를 용접봉으로 하여 황삭가공된 완충층(2a,2a')의 표면에 브론즈 부(2,2')를 용접에 의하여 육성하는 브론즈 용접공정(24)과, 브론즈 용접공정(24)을 거친 후, 용접육성된 브론즈 부(2,2')의 표면을 황삭가공하여 세그먼트 튜브(1)의 내부로 돌출형성되는 브론즈 부(2,2')의 두께를 3 mm로 일정하게 유지시키는 브론즈부 황삭가공공정(25)과, 브론즈부 황삭가공공정(25)을 거친 후, 브론즈 용접과 황삭가공에 의한 세그먼트 튜브(1)와 브론즈 부(2,2')의 균열발생여부를 검사하기 위한 침투탐상검사공정(25a)과, 침투탐상검사공정(25a)을 거친 후, 브론즈 부(2,2')가 내부에 형성된 세그먼트 튜브(1)의 내경과 외경을 규정된 치수로 절삭하는 내외경 정삭가공공정(26)과, 내외경 정삭가공공정(26)을 거친 후, 정삭가공에 의한 세그먼트 튜브(1)의 표면균열 발생여부를 검사하기 위한 침투탐상검사공정(26a)과, 침투탐상검사공정(26a)을 거친 후, 브론즈 부(2,2')가 내부에 형성된 세그먼트 튜브(1)의 각 부분의 치수와 경도를 검사하는 최종검사공정(27)을 거치는 것을 특징으로 한다.

Description

세그먼트 튜브의 브론즈 용접방법{The bronze welding method of a segment tube}
본 발명은 슬라브의 연속주조에 사용되는 제철설비인 세그먼트 장치를 슬라브의 뚜께조절을 위하여 상하로 조정할 시에, 세그먼트 장치의 타이로드와 슬라이딩되면서 가이드 역할을 하는 세그먼트 튜브의 브론즈 용접방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는, 크롬-몰리브덴 강 재질의 세그먼트 튜브 내부에 부쉬의 역할을 하는 브론즈 부를 용접육성하기 위한 전단계로 밑깔기 용접에 의하여 완충층을 용접육성하므로서, 브론즈 부의 육성용접시 모재와 브론즈 부와의 금속적 이질성으로 인하여 발생하는 모재 및 브론즈 부의 균열을 방지하여 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 것에 관한 것이다.
일반적으로 제철소에서 슬라브를 연속주조하기 위하여 사용되는 세그먼트(Segment) 장치는 다수 개의 드라이브 롤러(Drive roll)을 구비하는 상판과 하판이 4개의 타이로드(Tie rod)에 의하여 지지되는 구성으로 되어 있으며, 약 13~14개에 해당하는 세그먼트 장치를 원호형상으로 배치하여 레이들(Ladle)에 저장되어 있던 용강을 탠디시(Tandish)를 통하여 세그먼트 장치의 상판과 하판에 구비된 드라이브 롤러 사이를 통과시키므로서 소정의 두께와 폭을 가지는 슬라브를 연속적으로 주조하게 된다.
상기와 같은 세그먼트 장치는 상판을 상,하로 조정하므로서 주조되어지는 슬라브의 두께를 조절할 수 있도록 구성되어 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 세그먼트 장치의 상판을 상,하로 조정할 시에 상판의 가이드 역할을 하는 크롬-몰리브덴 강 재질의 세그먼트 튜브(1)가 상판과 타이로드 사이에 삽입설치되어 있다.
상기와 같은 역할을 하는 세그먼트 튜브(1)의 내부에는 상판의 상,하 이동시 타이로드와의 마찰을 감소시키고, 세그먼트 튜브(1)와 타이로드의 마모를 방지하기 위하여 통상적으로 부쉬를 삽입하여야 하는 데, 크롬-몰리브덴 강 재질의 세그먼트 튜브(1)와 청동이나 황동 등의 재질로 되는 부쉬간의 열팽창계수가 현저히 다르기 때문에 1500℃ 이상의 온도를 가지는 용강이 세그먼트의 내부를 유동하므로서 세그먼트 장치의 가열 및 냉각이 반복되다 보면 부쉬가 세그먼트 튜브(1)로부터 빠지게 되는 현상이 발생하게 된다.
상기와 같은 현상을 방지하기 위하여 세그먼트 튜브(1)의 양측 내주면에 부쉬의 역할을 하는 브론즈 부(2,2')를 육성용접에 의하여 형성하게 한 종래의 세그먼트 튜브의 브론즈 용접방법을 도 3 및 도 4를 참고하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 원재료가 되는 크롬-몰리브덴 강 재질의 환봉을 소정의 길이로 절단하는 절단공정(11)과, 절단된 환봉의 외경을 소정의 형상으로 가공하는 외경황삭가공공정(12)과, 절단된 환봉의 내경을 가공하는 심공가공공정(13)과, 가공된 제품의 품질을 검사하는 품질검사공정(14)을 거쳐서 세그먼트 튜브(1)을 제작하게 된다.
상기와 같이 제작된 세그먼트 튜브(1)의 내부에 부쉬의 역할을 하는 브론즈 부(2,2')를 용접육성하기 위하여, 세그먼트 튜브(1)의 양측 내주면을 소정의 폭과 깊이로 황삭가공하는 용접부 황삭가공공정(15)과, 구리(Cu)와 알루미늄(Al)이 용착금속의 주성분이 되는 ALBC4 계열의 용접봉(상표명; UTP 34N, ERCuAl-2, ECuAl-2)을 사용하여 황삭가공된 세그먼트 튜브(1)의 양측 내주면에 브론즈 부(2,2')를 육성용접하는 브론즈 용접공정(16)과, 브론즈 부(2,2')가 용접육성된 세그먼트 튜브(1)를 규정된 치수로 절삭하는 내외경 정삭가공공정(17)과, 브론즈 부(2,2')가 용접육성된 세그먼트 튜브(1) 각 부분의 치수와 경도를 검사하는 최종검사공정(18)을 거치므로서 세그먼트 튜브(1)의 내부에 브론즈 부(2,2')를 용접육성한 것이 알려져 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 세그먼트 튜브의 브론즈 용접방법은, 탄소 함유량이 높은 크롬-몰리브덴 강 재질로 되는 세그먼트 튜브(1)의 표면에 세그먼트 튜브(1)와 이질적인 금속으로 되는 브론즈 부(2,2')를 직접적으로 용접육성하므로서, 브론즈 부(2,2')의 육성용접시 발생하는 고온의 열로 인하여 세그먼트 튜브(1)가 고온취성의 성질을 띠게 되어, 용접전에 충분히 모재를 예열하고, 고도로 숙련된 기술자가 용접작업시 상당한 주의를 기울여 작업하더라도 브론즈 부(2,2')가 용접육성되는 부위에서 모재인 세그먼트 튜브(1)에 균열이 발생하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 모재가 되는 크롬-몰리브덴 강과 육성용접되는 브론즈 부(2,2')와의 열팽창계수에 현저한 차이가 나기 때문에, 세그먼트 튜브(1)에 브론즈 부(2,2')를 용접육성하여 냉각시키는 과정에서 최대한 서냉을 시키더라도 브론즈 부(2,2')가 용접육성된 부위에서 모재와 브론즈 부(2,2')와의 냉각수축속도의 차이로 인하여 브론즈 부(2,2')에 균열이 발생하게 되는 문제점이 있었으며, 육성용접과정이나 냉각과정에 발생한 균열을 수정하기 위하여 균열발생부위를 국부적으로 그라인딩하여 균열을 제거하고, 티그 용접법(TIG; Inert gas tungsten arc welding method)을 사용하여 균열제거부위를 육성용접하였으나, 용접에 의한 균열이 더욱 가속화되어 더 이상 수정할 수 없게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 크롬-몰리브덴 강 재질로 되는 세그먼트 튜브 내부에 부쉬의 역할을 하는 브론즈 부를 용접육성하기 위한 전단계로 밑깔기 용접에 의하여 완충층을 용접육성하므로서, 브론즈 부의 육성용접시 모재와 브론즈 부와의 금속적 이질성으로 인하여 발생하는 모재 및 브론즈 부의 균열을 방지하여 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 것을 기술적 과제로 한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 세그먼트 튜브의 브론즈 용접방법은, 세그먼트 튜브의 양측 내주면을 3 mm의 깊이로 황삭가공하는 밑깔기용 황삭가공공정과, 플럭스 코어드 와이어의 일종인 E70T-5MJ를 용접봉으로 하여 황삭가공된 세그먼트 튜브의 양측 내주면에 완충층을 용접에 의하여 육성하는 밑깔기 용접공정과, 용접육성된 완충층의 표면을 황삭가공하여 완충층의 두께를 2.5 mm로 일정하게 유지시키는 밑깔기 황삭가공공정과, ERCuAl-2를 용접봉으로 하여 황삭가공된 완충층의 표면에 브론즈 부를 용접에 의하여 육성하는 브론즈 용접공정과, 용접육성된 브론즈 부의 표면을 황삭가공하여 세그먼트 튜브의 내부로 돌출형성되는 브론즈 부의 두께를 3 mm로 일정하게 유지시키는 브론즈부 황삭가공공정과, 브론즈 부가 내부에 형성된 세그먼트 튜브의 내경과 외경을 규정된 치수로 절삭하는 내,외경 정삭가공공정과, 브론즈 부가 내부에 형성된 세그먼트 튜브의 각 부분의 치수와 경도를 검사하는 최종검사공정을 거쳐서 이루어지며, 각각의 절삭가공공정 후에는 절삭가공된 부분에 가공에 의한 균열발생여부를 검사하기 위한 침투탐상검사공정을 거치는 것을 특징으로 한다.
도 1은 세그먼트 튜브를 나타내는 사시도.
도 2는 세그먼트 튜브를 나타내는 단면도.
도 3은 종래의 세그먼트 튜브의 브론즈 용접방법을 나타내는 공정블럭도.
도 4는 종래의 용접방법에 의하여 세그먼트 튜브의 내주면에 브론즈 부가 용접육성된 상태를 나타내는 확대 단면도.
도 5는 본 발명에 의한 세그먼트 튜브의 브론즈 용접방법을 나타내는 공정블럭도.
도 6은 본 발명의 용접방법에 의하여 세그먼트 튜브의 내주면에 브론즈 부가 용접육성된 상태를 나타내는 확대 단면도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 세그먼트 튜브 2,2' : 브론즈 부 2a,2a' : 완충층
21 : 밑깔기용 황삭가공공정 21a,23a,25a,26a : 침투탐상검사공정
22 : 밑깔기 용접공정 23 : 밑깔기 황삭가공공정 24 : 브론즈 용접공정
25 : 브론즈부 황삭가공공정
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 세그먼트 튜브를 나타내는 사시도이고, 도 2는 세그먼트 튜브를 나타내는 단면도이며, 도 5는 본 발명에 의한 세그먼트 튜브의 브론즈 용접방법을 나타내는 공정블럭도이고, 도 6은 본 발명의 용접방법에 의하여 세그먼트 튜브의 내부에 브론즈 부가 육성용접된 상태를 나타내는 확대 단면도이며, 도면중 미설명 부호 11은 절단공정, 12는 외경황삭가공공정, 13은 심공가공공정, 14는 품질검사공정, 15는 용접부 황삭가공공정, 16은 브론즈 용접공정, 17 및 26은 내외경 정삭가공공정, 18 및 27은 최종검사공정을 나타내는 것이다.
이하, 본 발명에 의한 세그먼트 튜브의 브론즈 용접방법에 대한 일실시예를 도 5에 도시된 공정블럭도를 참조하여 상세하게 설명하며, 본 발명의 일실시예에서는 일본산업규격(JIS)에서는 SCM 440로 표기되며, 독일공업규격(DIN)에서는 42 CrMo 4V로 표기되는 크롬-몰리브덴 강(화학성분; C: 0.38 ~ 0.43 %, Si: 0.15 ~ 0.35 %, Mn: 0.60 ~ 0.85 %, P: 0.030 % 이하, S: 0.030 % 이하, Cr: 0.90 ~ 1.20 %, Mo: 0.15 ~ 0.30 %)재질로 제작되며, 튜브의 내경이 251 mm 이고, 튜브의 전체길이가 730 mm 인 세그먼트 튜브(1)를 사용하는 것으로 한다.
먼저, 원재료가 되는 크롬-몰리브덴 강(SCM 440 또는 42 CrMo 4V)재질의 환봉을 소정의 길이로 절단하는 절단공정(11)과, 절단된 환봉의 외경을 소정의 형상으로 가공하는 외경황삭가공공정(12)과, 절단된 환봉의 내경을 가공하는 심공가공공정(13)과, 가공된 제품의 품질을 검사하는 품질검사공정(14)을 거쳐서 세그먼트 튜브(1)의 전체적인 외관을 형성하게 되며, 절단공정(11)과 품질검사공정(14)까지는 공지의 공정과정이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기의 품질검사공정(14)을 거친 후에는 세그먼트 튜브(1)의 양측 내주면에 밑깔기 용접을 위한 공간을 형성하기 위하여 세그먼트 튜브(1)를 선반의 척(Chuck)에 고정시키고, 바이트를 사용하여 세그먼트 튜브(1)의 양측 내주면을 3 mm(허용오차 ±0.2 mm)의 깊이로 절삭하는 밑깔기용 황삭가공공정(21)을 거친다.
상기의 밑깔기용 황삭가공공정(21)에서 3 mm의 절삭깊이는 완충층(2a,2a')의 용접육성시 발생하는 고열로 인한 모재의 균열을 방지함과 동시에 전체적인 밑깔기 용접공정(22)을 단순화시키기 위하여 한 번에서 두 번의 패스(Pass)만으로 세그먼트 튜브(1)의 내주면에 완충층(2a,2a')을 용접육성할 수 있는 깊이가 되며, 서로 다른 내경과 길이를 가지는 세그먼트 튜브(1)에 관계없이 동일한 깊이로 가공되어진다.
그리고, 밑깔기용 황삭가공에 의한 절삭폭의 경우는 세그먼트 튜브(1)의 내경과 길이별로 용접육성되는 브론즈 부(2,2')의 폭이 조금씩 다르기 때문에 브론즈 용접공정(24)시 가공여유를 둘 수 있도록 브론즈 부(2,2')의 폭보다는 약 10 ~20 mm 정도로 넓게 가공하며, 본 발명의 일실시예에 사용되는 세그먼트 튜브(1)의 경우에는 내주면 양측에 용접육성되는 브론즈 부(2,2')의 폭이 각각 100mm, 140 mm이므로 절삭폭은 각각 110 ~ 120 mm, 150 ~ 160 mm 가 된다.
상기의 밑깔기용 황삭가공공정(21)을 거친 후에는 절삭된 세그먼트 튜브(1)의 양측 내주면에 황삭가공에 의한 균열발생여부를 검사하기 위한 침투탐상검사공정(21a)을 거친다.
상기의 침투탐상검사공정(21a)은 황삭가공된 세그먼트 튜브(1)의 양측 내주면을 세척하여 깨끗이 닦아내고, 스프레이 형식으로 제작된 침투제(제조회사: 강성공업주식회사(Kang Sung IND), 상표명: PA, 적색)를 황삭가공된 표면에 골고루 분사시켜 침투시간을 약 15 ~ 20 분 정도로 하여 유지시킨 다음, 세척제(제조회사: 강성공업주식회사(Kang Sung IND), 상표명: RA, 무색)를 사용하여 침투제가 분사된 표면을 닦아내게 된다.
그리고, 스프레이 형식으로 제작된 현상제(제조회사: 강성공업주식회사(Kang Sung IND), 상표명: DA, 흰색)를 황삭가공된 표면에 골고루 분사시켜 현상시간을 약 3 ~10 분 정도로 하여 유지시키게 되면, 균열이 발생된 부분은 붉은색으로 변색되어 나타나고, 균열이 발생하지 않은 부분은 흰색으로 유지되므로서 세그먼트 튜브(1)의 양측 내주면에 황삭가공에 의한 균열발생여부를 파악할 수 있게 되며, 균열이 발생하지 않은 세그먼트 튜브(1)에 한해서만 다음 공정을 적용할 수 있다.
상기의 침투탐상검사공정(21a)을 거친 후에는 용착금속의 화학성분 및 기계적 성질이 모재가 되는 크롬-몰리브덴 강(SCM 440, 또는 42 CrMo)과 유사한 E70T-5MJ를 용접봉으로 하여 황삭가공된 세그먼트 튜브(1)의 양측 내주면에 완충층(2a,2a')을 용접에 의하여 육성하는 밑깔기 용접공정(22)을 거친다.
상기의 밑깔기 용접공정(22)에 사용되는 E70T-5MJ 용접봉은 플럭스 코어드 와이어(Flux cored wire)의 일종으로서 Dual Shield T-5라고도 하며, 한국표준규격(KS)에서는 D 7104 YFW-C502B, 또는 YFW-A502B 로 표기되고, 일본산업규격(JIS)에서는 Z 3313 YFW-C502B, 또는 YFW-A502B 로 표기되는 용접봉이며, 연강 및 50kgf/mm2급 고장력강용에 사용되어지고, 용착금속의 화학성분 및 기계적 성질은 표 1 및 표 2에 기재된 바와 같다.
표 1 : 용착금속의 화학성분(%)
C Si Mn P S
0.05 0.47 1.23 0.014 0.012
표 2 : 용착금속의 기계적 성질
항복점(N/mm2) 인장강도(N/mm2) 연신율(%) 충격치(N·m) 열처리
-20℃ -40℃ -50℃
440 560 31 130 95 80 용접한 그대로
355 510 34 235 140 125 620℃×2시간 S.R
상기의 E70T-5MJ를 용접봉으로 하여 세그먼트 튜브(1)의 양측 내주면에 완충층(2a,2a')을 용접육성하기 위한 밑깔기 용접의 전단계로서 세그먼트 튜브(1)의 일단을 선반의 척과 같이 회전가능한 고정장치에 설치하고, 12 ~ 19 mm 의 구경을 가지는 불활성 가스 금속 아크용 토오치의 내부로 직경 1.6 mm인 E70T-5MJ 용접봉을 삽입하여 자동적으로 용접봉을 공급하도록 하며, 버너와 같은 가열수단을 세그먼트 튜브(1)의 일측 외부에 설치하여 세그먼트 튜브(1)를 회전시키면서 밑깔기 용접부위를 250 ~ 300 ℃의 온도범위로 예열처리하게 된다.
상기와 같이 용접봉의 직경을 1.6 mm로 한정하는 이유는 모재가 되는 세그먼트 튜브(1)가 고온취성의 성질을 가지는 크롬-몰리브덴 강이므로 직경 1.4 mm 이하의 세경용접봉을 사용하여 완충층(2a,2a')을 용접육성 할 경우에는 국부적으로 용접시간이 길어지게 되어, 용접시 발생하는 고열에 의한 모재의 균열발생우려가 높으며, 육성용접된 완충층(2a,2a')을 2.5 mm의 두께가 되도록 절삭하여야 하므로 너무 두꺼운 용접봉을 사용할 경우에는 비경제적이기 때문이다.
그리고, 예열처리 온도범위를 250 ~ 300 ℃로 한정하는 이유는 250 ~ 300 ℃의 온도범위보다 낮은 온도로 예열하게 되면, 세그먼트 튜브(1)의 회전에 의한 용접비드의 냉각속도가 빠르게 되어 용접비드에 균열이 발생할 우려가 높으며, 250 ~ 300 ℃의 온도범위보다 높은 온도로 예열하게 되면, 용접비드가 세그먼트 튜브(1)의 내주면을 타고 흘러내리게 되어 균일한 용접비드의 형성이 곤란하기 때문이다.
상기와 같이 밑깔기 용접을 위한 준비가 완료된 상태에서 세그먼트 튜브(1)의 일측 내부로 토오치를 삽입하여 토오치의 콘텍트 튜브와 황삭가공된 세그먼트 튜브(1) 내주면과의 거리가 15 ~ 20 mm가 되도록 하고, 토오치의 가스공급관을 통하여 이산화탄소(CO2) 99.9%의 차폐가스(Shielding gas)를 20 ~ 25 l/min의 유량으로 공급함과 동시에, 전극의 종류를 DCEP(직류전류를 사용하며, 와이어가 "+" 극, 모재가 "-" 극이 된다), 사용 전류의 범위를 350 ~ 400 A, 사용 전압의 범위를 30 ~ 34 V, 용접속도 범위를 30 ~ 35 cm/min, 최대 패스간 온도를 400℃로 하여 밑깔기 용접을 수행하게 되며, 차폐가스의 종류와 유량, 전극의 종류, 전류 및 전압의 사용범위는 직경 1.6 mm의 E70T-5MJ 용접봉에서는 규격화된 사용조건이다.
상기와 같이 세그먼트 튜브(1)의 내주면에 완충층(2a,2a')을 용접육성하기 위한 밑깔기 용접의 이행형태는 토오치를 사용하여 용접봉을 30 ~ 35 cm/min의 속도로 자동적으로 공급시킴과 동시에 세그먼트 튜브(1)를 용접봉의 공급속도에 맞추어 일정속도로 회전시키므로서, 3 mm의 깊이로 황삭가공된 내주면을 따라 용접비드를 나선형으로 형성하여 완충층(2a,2a')을 용접육성하게 되며, 한 번의 패스로 완충층(2a,2a')이 용접육성되지 못하였을 경우에는 브러싱(Brushing)이나 치핑(Chipping), 또는 그라인딩(Grinding) 등의 방법을 사용하여 초층의 표면을 청정하게 한 다음 동일한 방법으로 초층의 상부에 덧붙임 용접을 실시하여 완충층(2a,2a')을 용접육성하게 된다.
상기와 같이 밑깔기 용접에 의하여 완충층(2a,2a')이 용접육성된 후에는, 세그먼트 튜브(1)와 완충층(2a,2a')간의 냉각수축속도의 차이에 의하여 발생할 수 있는 완충층(2a,2a')의 균열을 방지하기 위하여 세그먼트 튜브(1)를 상온에서 서서히 공랭시키므로서 밑깔기 용접공정(22)이 완료되어진다.
상기의 밑깔기 용접공정(22)을 거친 후에는 용접육성된 완충층(2a,2a')의 표면을 황삭가공하여 완충층(2a,2a')의 두께를 2.5 mm(허용오차 ±0.2 mm)로 일정하게 유지시키는 밑깔기 황삭가공공정(23)을 거친다.
상기의 밑깔기 황삭가공공정(23)은 일차적으로 완충층(2a,2a')이 용접육성된 세그먼트 튜브(1)를 선반의 척에 고정시키고, 용접비드에 의하여 표면이 울퉁불퉁하게 형성된 완충층(2a,2a')을 세그먼트 튜브(1)의 내경에 맞추어 평활하게 절삭하므로서, 완충층(2a,2a')의 두께를 상기 밑깔기용 황삭가공공정(21)의 절삭깊이인 3 mm의 두께로 형성하게 된다.
그리고, 용접육성된 완충층(2a,2a')의 폭이 브론즈 부(2,2')의 폭보다 약 10 ~20 mm 정도 넓게 되므로, 브론즈 부(2,2')의 용접육성시 모재와의 직접적인 접촉을 방지하고, 브론즈 부(2,2')를 용접육성할 수 있는 공간을 형성하기 위하여 도 6에 도시된 바와 같이, 세그먼트 튜브(1)의 내경과 길이별로 용접육성되어지는 브론즈 부(2,2')의 폭을 고려하여 완충층(2a,2a')의 양측단을 제외한 나머지 부분을 0.5mm의 깊이로 다시 절삭가공하므로서 완충층(2a,2a')의 두께가 2.5 mm가 되도록 형성한다.
상기의 밑깔기 황삭가공공정(23)을 거친 후에는, 밑깔기 용접과 황삭가공에 의한 세그먼트 튜브(1)와 완충층(2a,2a')의 균열발생여부를 검사하기 위한 침투탐상검사공정(23a)을 거치며, 침투탐상검사공정(23a)은 완충층(2a,2a')과 완충층(2a,2a')이 형성된 세그먼트 튜브(1)의 내주면 주위를 검사부위로 하는 것을 제외하고는 상기 밑깔기용 황삭가공공정(21) 이후의 침투탐상검사공정(21a)과 동일한 침투제, 세척제 및 현상제를 사용하여 동일한 검사조건으로 이루어진다.
그리고, 보다 정밀한 균열검사를 위하여 완충층(2a,2a')이 용접육성된 50개의 세그먼트 튜브(1)중에서 8개를 무작위로 선별하여 나진검사기술주식회사(羅進檢査技術株式會社: NAJIN INSPECTION TECHNOLOGY CO.,LTD)에 침투탐상검사를 의뢰한 결과 미국기계학회의 적용규격(ASME SEC.Ⅴ Art.6)을 기준으로 하여 8개 모두 세그먼트 튜브(1)나 완충층(2a,2a')에 주목할 만한 균열이 발견되지 않았다.
상기의 침투탐상검사공정(23a)을 거친 후에는 구리와 알루미늄이 용착금속의 주성분이 되는 ERCuAl-2를 용접봉으로 하여 황삭가공된 완충층(2a,2a')의 표면에 브론즈 부(2,2')를 용접에 의하여 육성하는 브론즈 용접공정(24)을 거친다.
상기의 브론즈 용접공정(24)에 사용되는 ERCuAl-2 용접봉은 미국 Ampco Metal Incorporated사에서 상표명 AMPCO-TRODE 10으로 하여 제작되어지며, 알루미늄 청동 합금류(The family of aluminum bronze alloys)에 매우 광범위하게 사용되는 용접봉이고, 각종 기계부품의 접합, 유지 및 보수 뿐만 아니라 내마모, 내식성의 표면형성에도 다양하게 적용되어지는 것으로서 용착금속의 화학성분 및 기계적 성질은 표 3 및 표 4에 기재된 바와 같다.
표 3 : 용착금속의 화학성분(%)
Cu Al Fe Si others
blance 8.50 ~ 11.0 0.75 ~ 1.50 0.10 max 0.5 max, incl. Sn
표 4 : 용착금속의 기계적 성질
항복강도(MPa) 인장강도(MPa) 연신율(%) 단면 수축율(%) 브리넬 경도(kgf/mm2)
241 545 28 28 140
상기의 ERCuAl-2를 용접봉으로 하여 완충층(2a,2a')의 표면에 브론즈 부(2,2')를 용접육성하기 위한 브론즈 용접의 전단계로서 완충층(2a,2a')이 용접육성된 세그먼트 튜브(1)의 일단을 선반의 척과 같이 회전가능한 고정장치에 설치하고, 12 ~ 19 mm 의 구경을 가지는 불활성 가스 금속 아크용 토오치의 내부로 직경 1.6 mm인 ERCuAl-2 용접봉을 삽입하여 자동적으로 용접봉을 공급하도록 하며, 버너와 같은 가열수단을 세그먼트 튜브(1)의 일측 외부에 설치하여 세그먼트 튜브(1)를 회전시키면서 밑깔기 용접부위를 300 ~ 350 ℃의 온도범위로 예열처리하게 된다.
상기와 같이 ERCuAl-2 용접봉의 직경을 1.6 mm로 한정하는 이유는 한 번에서 두 번의 패스(Pass)만으로 완충층(2a,2a')의 표면에 브론즈 부(2,2')를 용접육성하므로서 용접시 발생하는 고열로 인한 모재의 균열을 방지하고, 전체적인 브론즈 용접공정을(24) 단순화하기 위한 것이며, 직경 1.4 mm 이하의 세경용접봉을 사용하여 브론즈 부(2,2')를 용접육성할 경우에는 국부적으로 용접시간이 길어지게 되어, 용접시 발생하는 고열이 두께 2.5 mm의 완충층(2,2')을 투과하여 모재에 전달되므로서 모재의 균열발생 우려가 높으며, 용접육성된 브론즈 부(2,2')를 3 mm의 두께가 되도록 절삭하여야 하므로 너무 두꺼운 용접봉을 사용할 경우에는 비경제적이기 때문이다.
그리고, 예열처리 온도범위를 300 ~ 350 ℃로 한정하는 이유는 300 ~ 350 ℃의 온도범위보다 낮은 온도로 예열하게 되면, 세그먼트 튜브(1)의 회전에 의한 용접비드의 냉각속도가 빠르게 되어 용접비드에 균열이 발생할 우려가 높으며, 300 ~ 350 ℃의 온도범위보다 높은 온도로 예열하게 되면, 용접비드가 세그먼트 튜브(1)의 내주면을 타고 흘러내리게 되어 균일한 용접비드의 형성이 곤란하기 때문이다.
상기와 같이 브론즈 용접을 위한 준비가 완료된 상태에서 세그먼트 튜브(1)의 일측 내부로 토오치를 삽입하여 토오치의 콘텍트 튜브와 황삭가공된 완충층(2a,2a')간의 거리가 15 ~ 20 mm 가 되도록 하고, 토오치의 가스공급관을 통하여 아르곤(Ar) 99.95%의 차폐가스(Shielding gas)를 25 ~ 30 l/min의 유량으로 공급함과 동시에, 전극의 종류를 DCEP(직류전류를 사용하며,와이어가 "+" 극, 모재가 "-" 극이 된다), 사용 전류의 범위를 250 ~ 400 A, 사용 전압의 범위를 27 ~ 32 V, 용접속도 범위를 28 ~ 32 cm/min, 최대 패스간 온도를 400℃로 하여 밑깔기 용접을 수행하게 되며, 차폐가스의 종류와 유량, 전극의 종류, 전류 및 전압의 사용범위는 직경 1.6 mm의 ERCuAl-2 용접봉에서는 규격화된 사용조건이다.
상기와 같이 완충층(2a,2a')의 표면에 브론즈 부(2,2')를 용접육성하기 위한 브론즈 용접의 이행형태는 토오치를 사용하여 용접봉을 28 ~ 32 cm/min의 속도로 자동적으로 공급시킴과 동시에 세그먼트 튜브(1)를 용접봉의 공급속도에 맞추어 일정속도로 회전시키므로서, 0.5 mm의 깊이로 황삭가공된 완충층(2a,2a')의 내주면을 따라 용접비드를 나선형으로 형성하여 브론즈 부(2,2')를 용접육성하게 되며, 한 번의 패스로 브론즈 부(2,2')가 용접육성되지 못하였을 경우에는 브러싱(Brushing)이나 치핑(Chipping), 또는 그라인딩(Grinding) 등의 방법을 사용하여 초층의 표면을 청정하게 한 다음 동일한 방법으로 초층의 상부에 덧붙임 용접을 실시하여 브론즈 부(2,2')을 용접육성하게 된다.
상기와 같이 브론즈 용접에 의하여 완충층(2a,2a')의 표면에 브론즈 부(2,2')가 용접육성된 후에는, 세그먼트 튜브(1)와 완충층(2a,2a') 및 브론즈 부(2,2')간의 냉각수축속도의 차이에 의하여 발생할 수 있는 균열을 방지하기 위하여 세그먼트 튜브(1)를 상온에서 서서히 공랭시키므로서 브론즈 용접공정(24)이 완료되어진다.
상기의 브론즈 용접공정(24)을 거친 후에는 브론즈 부(2,2')가 용접육성된 세그먼트 튜브(1)를 선반의 척에 고정시키고, 용접비드에 의하여 울퉁불퉁하게 형성된 브론즈 부(2,2')의 표면을 황삭가공하여 세그먼트 튜브(1)의 내부로 돌출형성되는 브론즈 부(2,2')의 두께를 3 mm(허용오차 +0.115mm)로 일정하게 유지시키는 브론즈부 황삭가공공정(25)을 거친다.
상기와 같이 황삭가공되는 브론즈 부(2,2')의 두께는 완충층(2a,2a')의 표면을 기준으로 한 두께가 아니라, 세그먼트 튜브(1)의 내경을 기준으로 하여 세그먼트 튜브(1)의 내부로 돌출되는 두께로서, 서로 다른 내경과 길이를 가지는 세그먼트 튜브(1)에 관계없이 동일한 두께로 가공되어지며, 황삭가공되는 브론즈 부(2,2')의 폭은 세그먼트 튜브(1)의 내경과 길이별로 각각 다르게 되고, 본 발명의 일실시예에 사용되어지는 세그먼트 튜브(1)의 브론즈 부(2,2') 폭은 양측으로 각각 100mm, 140mm가 된다.
그리고, 3 mm에 해당하는 브론즈 부(2,2')의 두께는 세그먼트 튜브(1)의 사용수명과 관계된 것으로서, 제철소에서는 슬라브를 소정의 두께로 연속주조를 위하여 한 번 설정하여 놓은 세그먼트 장치의 세팅상태를 슬라브의 두께조절을 위하여 변동시키는 일이 적기 때문에 3 mm에 해당하는 브론즈 부(2,2a)의 두께만으로도 세그먼트 튜브(1)는 약 15년의 사용수명을 가지게 된다.
상기의 브론즈부 황삭가공공정(25)을 거친 후에는 브론즈 용접과 황삭가공에 의한 세그먼트 튜브(1)와 브론즈 부(2,2')의 균열발생여부를 검사하기 위한 침투탐상검사공정(25a)을 거치며, 침투탐상검사공정(25a)은 브론즈 부(2,2')와 브론즈 부(2,2')가 형성된 세그먼트 튜브(1)의 내주면 주위를 검사부위로 하는 것을 제외하고는 상기 밑깔기용 황삭가공공정(21) 이후의 침투탐상검사공정(21a)과 동일한 침투제, 세척제 및 현상제를 사용하여 동일한 검사조건으로 이루어진다.
그리고, 보다 정밀한 균열검사를 위하여 브론즈 부(2,2')가 용접육성된 50개의 세그먼트 튜브(1)중에서 8개를 무작위로 선별하여 나진검사기술주식회사(羅進檢査技術株式會社: NAJIN INSPECTION TECHNOLOGY CO.,LTD)에 침투탐상검사를 의뢰한 결과 미국기계학회의 적용규격(ASME SEC.Ⅴ Art.6)을 기준으로 하여 8개 모두 세그먼트 튜브(1)나 완충층(2a,2a') 및 브론즈 부(2,2')에 주목할 만한 균열이 발견되지 않았다.
상기의 침투탐상검사공정(25a)을 거친 후에는 브론즈 부(2,2')가 용접육성된세그먼트 튜브(1)를 선반의 척에 고정시키고, 바이트를 사용하여 세그먼트 튜브(1)의 내경과 외경을 규정된 치수로 절삭하는 내,외경 정삭가공공정(26)을 거치며, 내,외경 정삭가공공정(26)을 거친 후에는 정삭가공에 의한 세그먼트 튜브(1)의 표면균열 발생여부를 검사하기 위한 침투탐상검사공정(26a)을 거친다.
상기의 침투탐상검사공정(26a)도 마찬가지로 세그먼트 튜브(1)의 표면전체를 검사부위로 하는 것을 제외하고는 상기 밑깔기용 황삭가공공정(21) 이후의 침투탐상검사공정(21a)과 동일한 침투제, 세척제 및 현상제를 사용하여 동일한 검사조건으로 이루어지며, 보다 정밀한 표면균열검사를 위하여 정삭가공된 50개의 세그먼트 튜브(1)중에서 8개를 무작위로 선별하여 나진검사기술주식회사(羅進檢査技術株式會社: NAJIN INSPECTION TECHNOLOGY CO.,LTD)에 침투탐상검사를 의뢰한 결과 미국기계학회의 적용규격(ASME SEC.Ⅴ Art.6)을 기준으로 하여 8개 모두 세그먼트 튜브(1)나 완충층(2a,2a') 및 브론즈 부(2,2')의 표면에 주목할 만한 균열이 발견되지 않았다.
상기의 침투탐상검사공정(26a)을 거친 후에는 브론즈 부(2,2')가 내부에 형성된 세그먼트 튜브(1)의 내경 및 각 부분의 치수를 내경게이지(Cylinder gauge)와 버어니어 캘리퍼스를 사용하여 측정하고, 브론즈 부(2,2')의 브리넬 경도를 검사하는 최종검사공정(27)을 거치므로서 본 발명의 일실시예에 의한 세그먼트 튜브의 브론즈 용접방법이 완료되어지며, 본 발명의 일실시예에 사용된 세그먼트 튜브(1)의 경우에는 브론즈 부(2,2')를 포함하는 내경의 치수가 245 mm(허용오차 0 ~ +0.115 mm), 브론즈 부(2,2')를 포함하지 않는 내경의 치수가 251 mm, 양측 브론즈 부(2,2')의 폭이 각각 100 mm,140 mm가 되도록 하고, 브론즈 부(2,2')와 브론즈 부(2,2')가 형성된 세그먼트 튜브(1)의 내주면 주위의 평균 브리넬 경도는 최소 HB 155 이상이 되어야 한다.
상기와 같이 본 발명에 의한 세그먼트 튜브의 브론즈 용접방법을 사용하여 브론즈 부(2,2')가 용접육성된 세그먼트 튜브(1)중에서 수 개를 무작위로 선별하여, (주)동우검사기줄(DONG WOO INSPECTION TECHNOLOGY CO.,LTD)에 세그먼트 튜브(1)와 완충층(2a,2a'), 완충층(2a,2a')과 브론즈 부(2,2')사이의 용접결합성을 검사할 목적으로 초음파 탐상검사를 의뢰한 결과 미국기계학회의 적용규격(ASME SA 388)을 기준으로 하여 각각의 육성용접부 사이에서 주목할 만한 결함이 발견되지 않았다.
상기와 같이 본 발명에 의한 세그먼트 튜브의 브론즈 용접방법은, 크롬-몰리브덴 강 재질의 세그먼트 튜브 내부에 부쉬의 역할을 하는 브론즈 부를 용접육성하기 위한 전단계로 모재가 되는 세그먼트 튜브와 화학성분 및 기계적 성질이 유사한 E70T-5MJ 용접봉을 사용하여 밑깔기 용접에 의한 완충층을 용접육성하므로서, 브론즈 부의 육성용접시 모재와 브론즈 부와의 금속적 이질성으로 인하여 발생하는 모재 및 브론즈 부의 균열을 방지하여 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일실시예로서 기재된 SCM 440 재질의 세그먼트 튜브 뿐만 아니라, SCM 415, SCM 418, SCM 420, SCM 421, SCM 432, SCM 435, SCM 445, SCM 822 등과 같은 크롬-몰리브덴 강 재질의 세그먼트 튜브에도 다양하게 적용되어질 수 있으며, 크롬-몰리브덴 강 재질로 된 다른 기계부품의 표면에 내마모, 내식, 윤활성을 가지는 브론즈 부를 용접육성하는 분야에도 다양하게 적용되어질 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

  1. 원재료가 되는 크롬-몰리브덴 강 재질의 환봉을 소정의 길이로 절단하는 절단공정(11)과, 절단된 환봉의 외경을 소정의 형상으로 가공하는 외경황삭가공공정(12)과, 절단된 환봉의 내경을 가공하는 심공가공공정(13)과, 가공된 제품의 품질을 검사하는 품질검사공정(14)을 거쳐서 제작된 세그먼트 튜브(1)의 내부에 부쉬역할을 하는 브론즈 부(2,2')를 용접에 의하여 육성하는 것에 있어서,
    상기의 품질검사공정(14)을 거친 후, 세그먼트 튜브(1)의 양측 내주면을 3 mm의 깊이로 황삭가공하는 밑깔기용 황삭가공공정(21)과,
    상기의 밑깔기용 황삭가공공정(21)을 거친 후, 세그먼트 튜브(1)의 양측 내주면에 황삭가공에 의한 균열발생여부를 검사하기 위한 침투탐상검사공정(21a)과,
    상기의 침투탐상검사공정(21a)을 거친 후, 플럭스 코어드 와이어의 일종인 E70T-5MJ를 용접봉으로 하여 황삭가공된 세그먼트 튜브의 양측 내주면에 완충층(2a,2a')을 용접에 의하여 육성하는 밑깔기 용접공정(22)과,
    상기의 밑깔기 용접공정(22)을 거친 후, 용접육성된 완충층(2a,2a')의 표면을 황삭가공하여 완충층(2a,2a')의 두께를 2.5 mm로 일정하게 유지시키는 밑깔기 황삭가공공정(23)과,
    상기의 밑깔기 황삭가공공정(23)을 거친 후, 밑깔기 용접과 황삭가공에 의한 세그먼트 튜브(1)와 완충층(2a,2a')의 균열발생여부를 검사하기 위한 침투탐상검사공정(23a)과,
    상기의 침투탐상검사공정(23a)을 거친 후, ERCuAl-2를 용접봉으로 하여 황삭가공된 완충층(2a,2a')의 표면에 브론즈 부(2,2')를 용접에 의하여 육성하는 브론즈 용접공정(24)과,
    상기의 브론즈 용접공정(24)을 거친 후, 용접육성된 브론즈 부(2,2')의 표면을 황삭가공하여 세그먼트 튜브(1)의 내부로 돌출형성되는 브론즈 부(2,2')의 두께를 3 mm로 일정하게 유지시키는 브론즈부 황삭가공공정(25)과,
    상기의 브론즈부 황삭가공공정(25)을 거친 후, 브론즈 용접과 황삭가공에 의한 세그먼트 튜브(1)와 브론즈 부(2,2')의 균열발생여부를 검사하기 위한 침투탐상검사공정(25a)과,
    상기의 침투탐상검사공정(25a)을 거친 후, 브론즈 부(2,2')가 내부에 형성된 세그먼트 튜브(1)의 내경과 외경을 규정된 치수로 절삭하는 내외경 정삭가공공정(26)과,
    상기의 내외경 정삭가공공정(26)을 거친 후, 정삭가공에 의한 세그먼트 튜브(1)의 표면균열 발생여부를 검사하기 위한 침투탐상검사공정(26a)과,
    상기의 침투탐상검사공정(26a)을 거친 후, 브론즈 부(2,2')가 내부에 형성된 세그먼트 튜브(1)의 각 부분의 치수와 경도를 검사하는 최종검사공정(27)을 거치는 것을 특징으로 하는 세그먼트 튜브의 브론즈 용접방법.
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