KR20000029905A

KR20000029905A - 용접방법

Info

Publication number: KR20000029905A
Application number: KR1019997001088A
Authority: KR
Inventors: 플루드데일에이; 포터마이클알
Original assignee: 트라이 툴 인크
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1997-08-12
Publication date: 2000-05-25
Also published as: CN1082411C; CN1227516A; AU719174B2; DE69721783T2; AU3828997A; KR100504296B1; NO316163B1; ATE239573T1; WO1998006529A1; EP0921890B1; JP2011067872A; US5686002A; DE69721783D1; NO990690L; JP2000516148A; NO990690D0; EP0921890A1; EP0921890A4

Abstract

필러 와이어(32)를 이용하는 자동 GTAW 용접(20)을 이용하는 경사 접합부 조제물을 갖는 금속 가공편(12)의 맞대기 용접 공정은, 루트 말단에서 최소의 영역 두께를 갖는 경사 접합 영역으로 경사형 가공편(12)을 준비하는 단계와, 루트 말단에 가공편 접합 섹션 사이에 개방 간격을 함께 갖는 준비된 가공편 접합 섹션을 배치시키는 단계로서, 상기 간격은 용접 축소로 인한 가공편 사이의 해로운 압축 응력을 방지하는 최소의 크기와 간격의 필러 와이어 침투를 방지하는 최대의 크기를 구비하는 상기 단계와, 필러 와이어(32)가 공급되는 자동 GTAW 용접기(20)와 1% 내지 10%의 수소와 균형 관성 가스를 구비하는 차폐 가스를 이용하는 루트 패스 용접을 갖는 가공편(12)에 인접한 개방 루트 영역을 용해 용접하는 단계와, 필러 와이어(32)와 수소가 없는 차폐 가스가 공급되는 자동 GTAW 용접기(20)를 이용하여 적어도 하나의 추가의 필러 용접 패스를 갖는 루트 경로 용접부와 중첩시키는 단계를 포함한다.

Description

용접 방법{METHOD OF WELDING}

최근에 실시되는 실질적으로 모든 제작 또는 상업적 용접은 승인된 전문 단체, 정부 및 산업 조직 및 기구, 무역 협회 및 시험 증명 단체에 의해 설정되어 온 다양한 표준 및 규격(codes)에 따라 수행된다. 이러한 "규격" 용접은 엄격하고, 용접 위치 또는 제작 위치에서 실시되는 검사 절차를 통해 엄중하게 모니터링된다.

관형 도관과 같은 가공편의 준비된 단부를 맞대기 용접하는 공정 자체는 주로 표준화되어 있고 다양한 규격 사양에 지배된다. 가스 텅스텐 아크 용접 또는 GTAW는 파이프, 플랜지 및 결합부품과 같은 가공편의 준비된 단부 섹션을 맞대기 용접하는데 광범위하게 이용되며, 산업 표준은 다른 용접 파라미터와 함께 다양한 두께의 가공편으로 사용될 단부 준비의 유형을 지시한다.

GTAW 장치에 있어서, 가스 이온화로부터 소망하는 용접 효과를 달성하고 또한 산소와 다른 작용 가스 및 용융된 용접 금속이 고형화될 때까지 그 금속에 악영향을 끼치게 되는 오염물질로부터 용접 풀(weld pool)을 보호하도록 용접이 진행되는 동안 적절한 차폐 가스(shield gas)가 용접 영역에 공급된다. 텅스텐(비소모성) 전극은 널리 공지된 방법으로 전극 팁을 통해 가공편내로 또 가공편으로부터 전기 에너지를 전달하는 것에 의해 전극과 가공편의 베이스 금속 사이에 용접 아크를 설정하고 유지하는데 사용된다. 가스 차폐물은 용접 공정을 통해 용접 영역에 제공되며, 차폐 가스 컵을 통해 또는 전극에 인접하거나 둘러싸인 다른 도관을 통해 일반적으로 용접 영역으로 가스의 유동을 향하게 한다. 통상적으로 이용되는 차폐 가스는 비활성 아르곤(argon) 및 헬륨(helium)과 또는 이산화탄소(carbon dioxide), 질소(nitrogen) 및 수소(hydrogen)와 같은 다소 반응성인 가스와 같은 단일의 또는 다양한 혼합체가 포함된다. 아르곤과 같은 비활성 가스와 혼합된 수소는 수소에 의해 발생되는 문제[예컨대, 용접의 다공성 또는 탄소강의 수소 메짐성(hydrogen embrittlement)]가 발생되지 않고 또한 소정의 아크 전류에 대해 성취가능한 증가된 용접 침투가 소망될 경우 임의의 적용에서 이용된다. 통상의 아르곤/수소의 혼합물은 아르곤이 95%이고 수소가 5%이며, 이것은 얇은 벽의 스테인레스강(stainless steel) GTAW용으로 이용된다. 통상적으로 95%의 아르곤과 5%의 수소의 혼합("95/5")은 GTAW용 표준형 차폐 가스로 저장용기 패키지내에서 이용가능하다.

일반적으로, 아르곤-수소 혼합물은 스테인레스강, 니켈-구리 및 니켈계 합금의 GTAW에 제한되고, 용접 영역에서 수소 메짐성의 관련으로 인해 적어도 미국에서는 탄소강 용접을 위해 추천되지 않는다. 한편, 차폐 가스내의 수소의 존재로 인해 또는 다른 공급원으로부터의 용접 영역에서의 수소의 존재로 인해 용접내에 유입될 수도 있는 잔류의 수소를 제거하도록 가열 공정에 탄소강 용접을 실시하는 것이 공지되어 있다. 용접에서의 수소 제거는 가열된 상태에서 용접을 유지하도록 요구되는 시간의 길이로 인해 비용적으로 시간적으로 소모성 공정이며 가열 공정으로부터 발생하는 야금술적인 고려로 인해 자주 바람직하지 않게 된다. 용접 절차의 규격에 따르면, 차폐 가스내의 수소의 존재로 인해 발생되는 용접내의 다공성과 수소 메짐성 영향은 엄격히 방지되어야 한다.

일반적으로 GTAW 공정은 베이스 금속에 적합한 다양한 직경 및 야금술적인 성분을 갖으며 규격 표준에 따르는 와이어의 형태로서 용접 영역에 공급되는 필러 물질(filler material)을 이용하는 것이 포함된다.

최근에, 자동 GTAW 장치는 특별한 맞대기 용접 접합부를 위해 특별히 작성된 컴퓨터 프로그램에 따라 GTAW 공정을 자동화시키는 것이 실질적으로 이용가능하고, 맞대기 용접 접합부는 가공편의 기하학적 형상, 포함되는 야금술, 이용된 단부 조제물, 실시될 특정 용접 경로(예컨대, 루트 또는 필러), 차폐 가스, 필러 금속 및 용접 방향과 같은 다른 다양성에 따르게 된다. 통상적으로 프로그램은 제조될 각각의 용접 경로를 위한 전압, 전류, 이송속도, 필러 용착, 차폐 가스 유동 및 전극의 진동을 조절함으로써 용접 공정에서 수동 입력 없이 모든 사양(specification)에 맞는 반복가능한 규격 용접을 보장하게 된다. 그러나, 적합한 기능에 따른 자동 GTAW 장치를 위해, 맞대기 용접의 단부는 균일하게 준비되어 프로그램이 하나의 용접 루틴으로부터 다음으로 도입되는데 예측할 수 없는 파라미터 없이 연속적인 용접 루틴을 실시하도록 설정될 수 있다. 이제, 자동 GTAW 장치 및 대부분의 GTAW 과정에 이용될 수 있는 "준비된(canned)" 또는 "사용될(off-the-shelf)" 프로그램을 생산 및 판매하는 완전 산업이 존재한다.

그러나, 자동 GTAW 장치의 고도의 개발 상태에도 불구하고, 본 명세서에 기술된 본 발명이 만들어지기 전에는 하나의 어려운 문제점을 여전히 해결해야만 했다. 관 및 부품 산업은 각각의 단부에서 37.5˚를 이용하는 표준화된 경사 단부 조제물이 제정되어 75˚의 전체의 포함된 용접 접합부 각도로 맞대기 용접된다. 첨부된 도면의 도 1에 도시되어 있는 이러한 유형의 단부 조제물은 대부분의 가스 및 아크 용접 절차로 우수하게 작업되나, 매개체에 따른 자동 GTAW 적용에 대한 특별한 문제가 제기되며, 특히 두꺼운 탄소강의 벽형 도관 및 결합부에서 문제가 생긴다.

이러한 가공편에 대한 GTAW 절차의 산업 사양은 용접의 루트 영역내에 양호한 루트 패스 용접 침투를 보장하고, 루트 패스 용접의 취약한 용접 보강을 초래하는 용접 풀의 "흡인(suck back)" 없이 적합한 용접 비드를 보장하도록 의도되는 "제이-프렙(J-prep)"형상과, 베이스 금속의 야금술에 적합하게 되는 전체의 열 입력을 요구한다.

소정의 경우에, 접촉 단부가 서로(근접한 루트)간에 접촉하면서 용접되거나 또는 용접 수축이 용접부 또는 베이스 금속내에 응력 또는 변형을 증가시키면 제이-프렙의 축방향 돌출 영역 사이에서 적절한 공간 또는 간격이 개방된 상태로 남는다. 예를 들면, 두꺼운 벽 도관을 위한 매개체를 위한 통상의 특정 제이-프렙 구조는 첨부된 도면의 도 3에 도시되어 있다.

따라서, 자동 GTAW 장치를 이용하여 가공편상의 표준 경사 단부 조제물 사이의 두꺼운 맞대기 용접부에 매개체를 용접하고, 맞대기 용접될 표준 경사 단부의 형을 바꿀 필요성을 없애며, 또한 자동 GTAW 장치의 이용을 향상시키도록 매개체를 어떻게 용접할 것인가에 관한 문제가 제기된다.

자동 GTAW 장치를 이용하는데 따른 시도에서 발견되는 것은 약 2인치(5cm) 이상의 직경을 갖는 두꺼운 공칭의 벽 두께인 스테인레스강 또는 탄소강 관(즉, 0.38인치 또는 10mm 이상)으로 매개체 사이에 37.5˚경사의 단부 접합부는 통상의 GTAW 프로그램을 이용하고, 차폐 가스와 필러는 다양한 이유, 특히 개방 루트가 수축 응력을 방지하도록 이용될 때에 용접 풀이 경화되는 경우에 루트 영역에서 용접 금속의 열악한 침투 또는 "흡인"으로 인해 도관 내부의 적합한 용접 비드 보강을 달성하는 것에 따른 실패에 의해 적절한 루트 패스 용접이 제공되지 않는다. 물론, 이러한 가공편에서의 용접 수축 응력 문제가 완전히 통상적으로 생기는 루트를 밀폐시키는 것은, 개방 루트 용접이 실질적으로 적어도 큰 직경의 도관에서의 이러한 문제를 방지하도록 요구되고 있다.

금속, 특히 합금 용접에 있어서 양호한 용접 침투와 베이스 및 필러 금속의 용융을 달성하며, 최소의 전체 용접 열["주울(Joules)"로 표면됨]을 이용하여 용접하는 것이 항상 바람직하게 된다. 일반적으로, 루트 패스 용접의 내부 또는 후방 측면이 베이스 금속 표면 상측의 포지티브(positive) 또는 볼록한 형태로 됨으로써 우수한 용접 "보강(reinforcement)"을 제공하는 것이 규격(code) 용접의 요구이다. 흡인, 불량 침투 및 기타 용접 결함은 루트 영역에서 용접 보강에 악영향을 끼친다. 자동 GTAW 장치는 우수한 침투 및 제이-프렙 단부를 이용하는 보강에 대해 안전하게 반복가능한 규격 루트 용접 경로를 얻는 것이 바람직하게 작업되는 것이나, 전술된 이유에 따라 두꺼운 가공편에 대한 매개체상의 경사 프렙 단부에서는 이용되지 못해왔다.

발명의 요약

본 발명의 목적은 두꺼운 벽의 가공편에 대해, 본질적으로 직선의 경사진 매개체상의 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW) 절차를 사용하여 맞대기 용접을 실시하고, 특히 가공편의 개방 루트 형상(즉, 경사진 단부 사이에 간격을 가짐)상에서 규격에 맞는 루트 패스 용접을 수행하는 것이다.

본 발명은 GTAW 루트 패스 용접이 수소의 혼합물 및 아르곤과 같은 불활성 가스의 이용을 실시하고 또한 연속적인 필러 용접이 단일의 아르곤과 같은 수소 없는 차폐 가스의 이용을 실시하는 이러한 용접에 대한 실시 방법이다. 95/5의 아르곤/수소의 혼합물은 혼합물내의 임의의 다양함을 통해 공정에서 가장 효과적으로 작업되는 것으로 알려져 있고, 양쪽 95/5의 측면에서, 예컨대 99/1로부터 90/10까지의 아르곤/수소의 범위에서 혼합물이 견딜 수 있게 된다. 용접부내에 포함될 수도 있는 소정의 수소는 아르곤과 같은 불활성 가스의 보호하에서 연속적인 필러 용접 경로 또는 경로들에 의해 추진하는(driven out) 것이 이론화된다. 수소없는 차폐 가스를 이용하는 루트 경로 상측의 연속적인 용접 경로 또는 경로들과 결합된 차폐 가스내의 상대적으로 낮은 수소 내용물의 유지는 루트 패스 용접중에 차폐 가스내의 수소의 효과의 이점을 받는 동안에 발생할 수 있는 임의의 수소 메짐성 문제를 방지할 것이다.

이러한 공정은 경사 루트 영역에서의 최소의 단부 영역 두께(여기서 "영역"은 용접 대상물이 용접해야 될 용접의 대상물의 횡방향 두께 방향으로 환상으로 또는 평행하게 될 때에 반경방향으로 측정된 경사의 말단에서의 금속 두께임)를 갖는 것이 가장 효과적으로 작동하는데, 예를 들면 직경이 4인치(10.16cm)인 탄소강 보일러 튜브에 대해서는 0.000-0.010인치(0.000-0.254mm)의 범위에 있는 것이 바람직하다. 보다 큰 두께의 단부 영역은 완전한 침투를 위해 요구되는 전체의 주울열(joule heat) 입력이 합금 구성요소 또는 베이스 금속 또는 필러 와이어의 다른 야금술적인 특성에 대해 유해하거나 손상시키지 않게 제공되도록 견딜 수 있다.

본 발명의 공정에 따르면, 가공편의 단부 사이의 간격은 자동 GTAW 장치, 필러 와이어 및 95/5 차폐 가스를 이용하는 루트 패스 용접의 품질에 대한 유해한 영향 없이 용접 접합부에서 수축 응력을 방지하도록 제공된다. 루트 간격은, 특히 루트 경로가 시스템에 의해 용접된 후에 맞대기 용접된 섹션 사이의 수축 응력을 방지하도록 요구되는 만큼을 초과하지 않아야 한다. 또한, 간격은 필러 와이어에 의해 간격의 침투를 방지하도록 GTAW 시스템에 이용되는 필러 와이어의 직경을 초과하지 않아야 된다.

본 발명의 공정의 충분하고 상세한 설명은 첨부 도면에 따라 아래에 나타난다.

본 발명은 자동 가스 텅스텐 아크 용접(gas tungsten arc welding: GTAW) 장치를 이용하여 탄소강 관과 같은 두꺼운 벽의 가공편에 대한 매개체와 부품 사이의 경사형 개방 루트(root) 접합부를 맞대기 용접하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 용접 절차를 실시하기 위해 경사진 단부 접합부 조제물과 개방 루트 간격을 갖는 맞대기 용접되는 한쌍의 관형 가공편을 개략적으로 도시한 도면,

도 2는 도 1에 도시된 관형 가공편 사이의 경사진 접합부 영역의 확대도,

도 3은 자동 GTAW 장치로 맞대기 용접하기 위해 통상적으로 이용되는 "제이-형" 접합부 조제물을 나타낸 확대도,

도 4는 필러 와이어와 아르곤-수소 차폐 양자의 가스 혼합물 및 단일의 아르곤 가스가 공급되는 궤도 자동 GTAW 장치를 이용하여 실시되는 본 발명에 따른 용접 절차를 도시한 개략도.

본 발명에 따르면, 서로 맞대기 용접되는 금속 가공편(10, 12)이 준비되며, 용접되는 가공편의 단부가 전체 포함된 경사각(B)을 갖도록 경사지고, 가공편(10, 12)의 각각의 단부 섹션은 B/2의 각도로 경사지게 된다. 가공편(10, 12)은 관상 금속 섹션으로 도시되어 있으나, 본 발명의 기초가 되는 원리는 판 가공편에 더욱 잘 이용될 수 있고, 이러한 경우에 가공편(10, 12)의 맞대기 섹션은 가공편 사이에 적절한 전체 경사각(B)을 갖도록 준비되어야 할 것이다.

본 발명에 따르면, 가공편(10, 12)의 단부 섹션은 가공편의 루트 말단 사이의 균일한 간격(G)이 제공되어 바람직한 최소의 두께가 용접 절차에 포함되는 용접 구성 및 가공편 금속을 위해 자동 GTAW 용접기로부터 적절한 열 입력[전류량(amperage)]을 이용하는 가공편 사이의 우수한 품질의 용접 침투를 보장하는 크기인 영역 두께(L)(도 2)가 되도록 경사지게 된다. 통상적으로, 최소의 영역 두께는 자동 GTAW 장치를 설치하기 위해 요구되는 최소의 전류량을 이용하는 접합부의 루트 영역내의 가공편 사이에 제 1 또는 루트 경로가 실시되어 용접 작동중에 베이스 금속 합금상의 유해한 열 영향을 감소시키는 것이 바람직하다.

가공편 접합부가 준비된 후, 가공편(10, 12)은 루트 간격(G)(도 2)이 되도록 인접하게 배치되며, 루트 간격(G)은 가공편 사이에 적어도 루트 패스 용접의 완료에 따른 경화된 용접 금속의 바람직하지 않은 열 압축 응력을 방지하도록 구성된다. 또한, 필러 와이어의 직경보다 큰 간격(G)은 용접중에 개방 간격을 통과하는 필러를 방지하도록 피하게 된다. 따라서, 간격(G)의 치수는 용접 중에 베이스 금속 및 필러 와이어의 야금술에 대한 고려, 가공편의 벽 두께, 가공편 말단 사이의 수축 위치에너지에 종속하게 될 것이다.

본 발명에 따른 용접 절차는 종래의 자동 가스 텅스텐 아크 용접 장치 또는 필러 와이어 및 차폐 가스가 공급되는 "GTAW" 용접기를 이용할 것이다. 종래 기술의 절차에 따르면, 자동 GTAW 용접기의 이용은 개방 루트 경사진 접합부를 용접하기 위해 추천되지 않고, 그 대신 추천된 절차는 자동 GTAW 용접 장치가 이용될 경우에 도 3에 도시된 바와 같이 "제이"형 단부 조제물이 이용된다.

이러한 문제는 가공편의 준비된 단부 섹션의 루트 영역에서의 가공편 사이의 제 1 용접 또는 "루트" 경로가 생기게 된다. 자동 GTAW 용접 장치에 대한 루트 용접 경로는 인접한 가공편 사이에 도 3에 도시된 바와 같이 규정된 영역 두께(L')를 갖는 밀폐된 루트 또는 "잼 업 접합부(jam up joint)"를 요구하여 균일하고 우수한 용접 침투 및 보강을 보장한다는 것이 종래 용접 실시에 따라 알려진 것이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 경사 접합부가 개방 루트를 제거하도록 밀폐되어 있다면, 경사진 가공편의 단부 사이의 용접 금속 수축에 의해 증가된 응력은 특히 탄소강 가공편 사이의 루트 영역내에 열악한 품질의 용접을 야기하게 된다. 이러한 문제는 도 3에 도시된 바와 같은 용접 접합부 영역을 위한 "제이-프렙"을 이용하는 것에 의해 극복될 수 있으며, 용접 접합부 영역은 경사면 사이의 포함된 각도(a)를 갖는 경사면을 갖는 가공편(16, 18) 사이의 밀폐된 루트 접합부(14)를 제공하고, 정밀한 루트 단부 영역 두께와 구성은 용접 접합부 영역내의 임의의 다양함에 대해 민감한 자동 용접기의 요구를 충족시킨다.

그러나, 이것은 통상적으로 37.5˚의 경사 절단부를 갖는 용접을 위해 미리 준비된 사전 경사진 단부 섹션을 갖는 도관 및 결합 섹션을 제공하는 것이 금속 도관 및 결합 산업의 임의의 세그먼트이다. 도관 및 결합부의 단부 섹션(16, 18)상에 도 3에 도시된 바와 같이 제이-프렙을 제공하는 것이 통상적이지 않다. 이러한 제이-프렙은 일반적으로 용접전의 영역에서 수행되고, 이러한 절차는 모두 엄격하고 비용이 비싸다. 게다가, 직립의 경사진 단부 섹션을 제이-프렙에 리프렙(re-prep)하여 자동 용접기가 큰 체적의 생산 상태에서 이용하도록 하는 것이 일반적이지 않다.

개방 루트 경사 접합부가 필러 와이어에 대해 자동 GTAW 용접기를 이용하여 용접될 수 있고, 차폐 가스는 다음의 절차가 이용된다면 공급되는 것이 주지되어 왔다.

가공편은 도 2에 도시된 바와 같이 B/2의 각도로 직립의 경사 단부 접합부 절단부로 준비되어 도 1에 도시된 바와 같이 가공편의 단부 사이에 전체의 포함된 각도(B)로 제공된다. 도 2에서 도시되고 상기에서 설명된 바와 같이 소망하는 소정의 단부 영역(L)를 갖도록 경사부가 준비된다. 그 목적은 단부 영역이 가능한한 균일하고 작아서 자동 용접기가 접합부의 루트 영역내의 가공편 사이에 루트 패스 용접되도록 적절하게 프로그램될 수 있는 한편, 용접 영역에서 베이스 및 필러 금속상에 유해한 야금술적 영향 없이 베이스 금속의 우수한 침투를 보장하게 되는 레벨에서 열 입력(용접기의 전류계 설정)이 유지 가능하도록 하는 것이다.

가공편은 가공편의 인접한 루트 말단 사이에 간격(G)을 제공하도록 함께 가져오며, 간격(G)의 값은 용접 금속의 열 수축으로 인해 가공편 단부 사이에 응력 또는 변형을 방지하도록 선택되고, 이것은 간격(G)의 최소값을 결정하며, 자동 용접중에 필러 금속 와이어가 가공편 사이의 간격을 통과하는 것을 방지하고, 이것은 간격(G)의 최대값을 결정한다.

도 2에 도시된 바와 같이 접합부 영역의 준비 후, 용접은 도 4에 도시된 바와 같이 자동 GTAW 용접 장치를 이용하여 실시된다. 도 4에 있어서, 궤도 자동 GTAW 용접기(20)는 가공편(10, 12)[가공편(12)만 도 4에 도시가능함] 사이의 경사진 단부 접합부 영역내의 용접 절차를 실시하도록 개략적으로 도시되어 있다. GTAW 용접기(20)는 통상적이고, 비소모성 텅스텐 전극(22)을 포함하고, 상기 전극은 도선(23)을 경유하여 전원장치(24)로부터 전력이 공급되어 가공편(10, 12)과 전극 사이에 용접 아크를 설정하고 유지시킨다. 전원 장치는 다양한 제어 시스템을 포함하고, 상기 제어 시스템은 통상의 자동 GTAW 장치에 따른 특정 가공편 사이에 각각의 용접 경로를 위한 계산된 프로그램에 따라 작동하게 된다.

GTAW 용접기(20)는 이러한 실시예에서 전력 장치(24)의 제어하에서 도선(30)을 경유하여 입구 도관(28)을 통해 차폐 가스를 수용하는 하우징(26)을 포함한다. 일반적으로 차폐 가스는 불활성 아르곤이고, 상기 가스는 도 4의 도면부호(A)로 도시된 적절한 수용기내에 저장될 수도 있다. 다른 차폐 가스는 주지된 원리에 따라 용접 절차에서 이용될 수도 있고, 다른 가스의 공급은 도 4에 도시된 바와 같이 전력 장치(24)를 통해 직접적으로 제어되거나 전력 장치 시스템의 외부에서 독립적으로 제어될 수 있다.

본 발명에 따르면, 아르곤 및 수소 차폐 가스의 상업적 혼합물은 혼합물 공급 저장용기(M)로부터 전력 장치(24)를 경유하여 GTAW 용접기(20)에 공급되고, 전력 장치도 단지 공급원(A)으로부터 아르곤 차폐 가스의 공급을 제어할 수 있다.

필러 와이어(32)는 전력 장치(24)의 제어하에서 공급 릴(34)로부터 용접 영역으로 자동적으로 공급되고, 전력 장치(24)는 용접 프로그램의 요구에 따라 공급 릴(34)을 구동하는 모터(36)의 작동을 조절한다.

이러한 예시에서 GTAW 용접기(20)는 용접기(20)용 가이드 트랩으로 링(40)을 이용하는 전력 장치(24)의 제어하에서 적합한 회전 구동 장치(38)에 의해 용접되도록 접합부 영역 주위에 궤도적으로 구동된다.

본 발명의 임계의 요소는 본 발명에 따른 개방 간격 루트 패스 용접될 때에 수소 함유 차폐 가스의 이용이다. 따라서, 용접중에 GTAW 용접기(20)는 가공편(10, 12) 사이에 개방 간격 루트 경로를 위해 전력 장치(24)의 제어하에서 수소 함유 차폐 가스 혼합물이 공급되는 한편, 필러 와이어(32)는 용접 영역에 공급된다. 물론, 필러 와이어(32)의 구성물은 가공편의 구성물과 야금술적으로 대응하게 되거나 또는 실시되는 용접을 위해 적절한 구성물로 구성될 것이다. 또한, GTAW 자동 용접을 위해 주지된 원리 및 표준에 따라, 입구(28)를 통해 공급되고 차폐(26)에 의해 용접 영역에 전달되는 차폐 가스는 용접 영역에 보호 대기압을 제공하여 용융 용접 금속이 공기중의 산소 또는 주위의 대기중에 수용된 불순물 또는 오염물질과 반응하는 것을 방지하게 된다.

바람직하게는, 95%의 아르곤-5%의 수소 가스의 혼합("95/5")이 애스트로 아크 폴리소우드(Astro Arc Polysoude) 자동 궤도 GTAW를 효과적으로 이용하여 작동되며, 4" 직경의 매개체 두께 벽의 탄소강 보일러 도관은 37.5˚경사 단부 조제물과, 0.000 내지 0.010인치(0.000 내지 0.254mm)의 영역 두께 및 루트 영역에서의 도관의 단부 사이의 0.035인치(0.889mm)의 간격(G)을 갖는다는 것이 주지되어 왔다. 95/5 혼합물이 현재 바람직한 반면, 바람직하게는 99%의 아르곤-1%의 수소 대 90%의 아르곤-10%의 수소("99/1 대 90/10") 사이의 혼합 범위가 바람직한 95/5 혼합물로부터 분리되는 혼합물의 범위로 용접 침투/보강 품질에 의하여 효과적으로 그러나 아마 감소된 결과로 이용될 것이다. 유사한 용접 절차는 2인치(0.5mm) 이상의 직경인 두꺼운 스테인레스강 도관에 우수한 품질의 루트 경로를 제공하게 되는 것으로 여겨진다. 애스트로 아크 폴리소우드 장치는 자동 전압 제어 및 MUIII 용접 헤드를 갖는 300 PC TR 전력 장치가 포함된다. 루트 경로는 95/5 가스 혼합의 적절한 전류/전압 조절을 갖는 전자 진동 없이 제조되었다.

아크 영역내의 수소의 존재는 용접 풀을 안정시키고 용접 풀을 간격 영역내의 중앙에 오도록 하여 우수한 침투를 제공하고 수소 함유 차폐 가스 없이 유사한 자동 GTAW 용접 절차와 비교하여 용접의 루트 영역내에 충전하게 된다는 것이 주지되었다. 이것에 대한 이유가 완전히 이해되지만, 그 효과는 기대되지 않는다. 더욱이, 일반적으로 수소의 이용은 용접내에 포함된 수소로 인해 탄소강이 용접될 때 방지하게 된다.

루트 패스 용접이 완료된 후, GTAW 용접기는 모터(38)에 의해 시작 위치로 복귀되고, 적어도 하나의 연속적인 "필러" 용접 경로는 주지된 자동 궤도 GTAW 용접 절차에 따라 바람직하게는 루트 패스 용접이 고온이 될 때까지 단일의 아르곤과 같은 수소없는 차폐 가스를 이용하게 된다.

탄소강 용접 절차를 갖는 수소 함유 차폐 가스의 이용은, 적어도 미국에서, 일반적으로 종래의 용접 실시에서 회피되며, "수소 메짐성(hydrogen embrittlement)"이라 불리우는 현상으로 인해 용접내의 취약함이 발생되는 용접 접합부내의 수소 함정을 방지하게 된다. 그러나, 주지되는 바와 같이, 수소 함유 차폐 가스의 이용은, 바람직하게는 95%의 아르곤-5%의 수소 혼합은 용접 영역내의 수소의 유익한 효과로 인해 경사진 가공편 사이의 개방 간격을 갖는 우수한 품질의 루트 패스 용접을 제공한다는 것이 주지되었다. 수소 메짐성 문제에 대한 본 발명의 해결책은 단일의 아르곤을 이용하는 루트 경로 위로 연속적인 용접 경로가 제공되어 용접내에 존재할 수 있는 임의의 잔류 수소를 효과적으로 제거하도록 루트 패스 용접을 가열하는 것이다.

아르곤이 중첩하거나 필러 경로를 위해 바람직하게 될 때, 필러 차폐 가스는 수소없는 것만 중요하다.

도면에 포함된 설명은 본 발명에 따른 공정의 적용을 나타낸 것으로, 아래의 청구범위에서 규정된 본 발명의 공정의 범위를 제한하는 것은 아니다.

Claims

필러 와이어를 이용하는 자동 가스 텅스텐 아크 용접용(GTAW) 용접기를 사용하여 경사 접합부 조제물을 갖는 금속 가공편을 맞대기 용접하는 방법에 있어서,

루트 말단에 최소의 영역 두께를 갖는 경사 접합부 영역을 구비한 경사진 가공편을 준비하는 단계와,

인접한 루트 말단 사이의 개방 간격과 함께 준비된 가공편 접합 섹션을 배치하는 단계로서, 상기 간격은 용접 수축으로 인한 상기 가공편 사이의 해로운 수축 응력을 방지하는 최소의 크기와 상기 간격의 필러 와이어 침투를 방지하는 최대의 크기를 갖는 상기 배치 단계와,

필러 와이어와 1% 내지 10%의 수소를 함유한 차폐 가스와 균형 불활성 가스가 공급되는 자동 GTAW 용접기를 이용하는 루트 패스 용접에 의해 인접한 가공편의 개방 루트 영역을 용융 용접하는 단계와,

필러 와이어와 수소가 없는 차폐 가스가 공급되는 자동 GTAW 용접기를 이용하여 적어도 하나의 추가의 필러 용접 패스와 상기 루트 패스 용접부를 중첩시키는 단계를 포함하는

용접 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 각각의 가공편의 경사 접합 영역은 37.5˚로 경사지고, 상기 접합 단부의 상기 단부 영역 두께 범위는 0.000인치 내지 0.010인치(0.000mm 내지 0.254mm)이며, 상기 간격의 크기는 약 0.035인치(0.889mm)이고, 상기 가공편은 두꺼운 벽 두께의 탄소강 관에 대한 매개체인

용접 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 비활성 가스는 아르곤(argon)인

용접 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 차폐 가스는 95%의 아르곤과 5%의 수소인

용접 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 가공편은 관형이고, 상기 루트 패스와 중첩 용접은 상기 필러 와이어 및 차폐 가스가 공급되는 궤도 자동 GTAW 용접기를 이용하여 실시되는

용접 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 루트 경로를 따르는 상기 중첩 용접은 아르곤 차폐 가스를 이용하여 실시되는

용접 방법.
제 1 항에 있어서,

용접될 상기 금속 가공편은 탄소강인

용접 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 금속 가공편은 관형 도관 및 이러한 도관용 부품인

용접 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 용접 패스를 위해 궤도 자동 GTAW 용접기를 사용하는 것을 포함하는

용접 방법.