KR20010002956A

KR20010002956A - 이종 복합 다전극 용접방법 및 용접장치

Info

Publication number: KR20010002956A
Application number: KR1019990023032A
Authority: KR
Inventors: 권혁준
Original assignee: 김형벽; 현대중공업 주식회사
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2001-01-15

Abstract

본 발명은 이종 복합 다전극 용접방법 및 용접장치에 관한 것으로, 그 목적은 초층용접과 본용접을 한 공정에서 동시에 이루어지도록 하여 피용접물의 용접작업 공정을 간소화하고, 용접속도를 고속화하며, 제조비용을 절감하여 경제성을 구비할 수 있는 이종 복합 다전극 용접방법 및 용접장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 철구조물의 이음부 전면(내면) 용접부위를 일정한 온도로 예열하는 제 1 단계와, 상기 예열이 끝난 철구조물 이음부 전면의 제일 깊은부분인 루트(root)부에 사용전류와 용접봉경이 작은 가스메탈 아크용접 1 전극으로 1층 초층용접을 하는 제 2 단계와, 상기 1층 초층용접이 끝난 부위에 가스메탈 아크용접 2전극으로 2층 초층용접을 하는 제 3 단계와, 상기 초층용접이 끝난 철구조물의 이음부를 사용전류가 높은 서브머지드 아크용접 1 전극으로 잔층용접하는 제 4 단계와, 상기 잔층용접이 끝난 부위에 서비머지드 아크용접 2 전극으로 표면층용접을 하는 제 5 단계와, 상기 1 단계에서 5 단계에 의해 이음부 전면용접이 끝난 철구조물을 이음부 후면용접 작업장으로 물류이동하는 제 6 단계와, 상기 이동된 철구조물의 이음부 후면을 일정한 온도로 예열하는 제 7 단계와, 상기 예열이 끝난 철구조물 이음부 후면을 사용전류가 높은 서브머지드 아크용접으로 용접하는 제 8 단계로 이루어진 이종 복합 다전극 용접방법 및 용접장치를 제공함에 있다.

Description

이종 복합 다전극 용접방법 및 용접장치 {Welding technology and machine for multiple fuction by using one welding machine with multiple torches}

본 발명은 이종 복합 다전극 용접방법 및 용접장치에 관한 것으로, 가스 메탈 아크 용접과 서브머지드 아크 용접의 특성과 용도를 복합적으로 구성하여 피용접물의 용접작업 생산성을 향상시킨 이종 복합 다전극 용접방법 및 용접장치에 관한 것이다.

일반적으로 산업현장에서 사용되고 있는 용접방법은 용접, 압접, 납접 등으로 분류되고 있다. 이종 조선이나 철구조물 제조 공정에서 가장 널리 사용되고 있는 용접법을 세분화하면, 사용전극이 소모되는 소모식(Consumable)과, 사용전극이 소모되지 않는 비소모식(Non Consumable) 용접법으로 분류된다. 또한 이와 같은 소모식 용접법중에는 대표적으로 피복 아크 용접법(Shield Metal Arc Welding), 가스메탈 아크 용접(Gas Metal Arc Welding), 서브머지드 아크 용접(Submerged Arc Welding)등이 있으며, 이들 용접방법들은 각각 고유한 특성과 사용용도가 있으며 사용하는 방법에 따라 반자동 또는 자동용접으로 분류하고, 동시에 용접하는 사용 전극수에 따라 싱글(Single) 또는 멀티(Multi) 즉, 1전극, 2전극, 3전극...용접으로 분류된다.

상기 가스 메탈 아크 용접은 기계적으로 연속 공급되는 용접봉에 용접전류를 가하여 용접봉과 모재 사이에 아크를 발생시킨후 용접부 및 용접금속의 보호를 위해 용융풀(welding pool) 주위에 활성 또는 불활성 보호가스를 연속 공급시켜 주면서 행하는 용접방법으로서, 사용하는 전류/전압이 낮고, 용접봉경과 용착금속 및 용입이 작아 중후판의 전자세 용접에 많이 적용된다.

상기 서브머지드 아크 용접법은 입상의 플럭스 밑에서 용접봉과 모재사이에 아크를 발생시켜 얻어지는 열로 피접합물을 용접하는 방법으로서 모재 위에 입상의 플럭스를 미리 쌓아놓고 그 속에 전류가 흐르는 용접 와이어를 기계적으로 연속 공급하여 용접이 이루어지며, 사용전류나 전압이 높고, 용접봉경과 용착금속 및 용입이 크기 때문에 특히, 후판의 아래보기 고능률 용접에 많이 적용된다.

종래에는 상기 가스메탈 아크용접과 서브머지드 아크용접을 이용하여 철구조물의 이음부를 용접하고자 할 경우, 도 3 에 도시된 바와 같이 우선, 두 개의 소재를 서로 조립하고, 상기 조립상태를 유지하기 위하여 취부용접(Tack Welding)을 한다. 상기 용접직전에는 용접부의 급가열이나 급냉을 방지함과 동시에 용접금속의 기계적성질을 좋게하기 위하여 일정한 온도로 예열(Pre-heating)을 한다. 이러한 용접준비 작업이 완료되면, 용접생산성을 극대화하기 위한 최적의 용접방법을 혼합 적용하여 본 용접을 수행하도록 되어 있었다. 즉, 우선 개선면의 제일 깊은부분인 루트(root)부에 사용전류와 용접봉경이 작은 가스메탈 아크 용접(100)으로 1∼2회 정도의 초층용접(Sealing bead welding)을 한 다음, 그 위에 남은 개선단면적의 용접은 사용전류와 용접봉경이 큰 서브머지드 아크용접(200,300)으로 고능률 용접을 적용하여 철구조물의 이음부 전면부(100,200,300)를 용접하고, 사용전류가 높은 서브머지드 아크용접을 이용하여 철구조물의 이음부 후면부(400,500,600)를 용접하였다.

그러나 산업현장에서 철구조물(특히 강관이나 형강)을 제조하는 공정이나 설비, 공법등이 가공물이 정지된 상태로 제조가 이루어 지는 곳은 거의 없으며, 대부분 제품 제조공정이 라인화, 자동화되어 있기 때문에 종래의 작업방법은 공정별로 여러번 제품을 이동시켜야 하는 번거로움이 있었다. 즉, 루트부에 사용전류가 낮은 가스메탈 아크용접으로 초층용접(100)하는 제 1 용접작업과, 상기 초층용접(100)이 끝난 부위에 서브머지드 아크용접으로 남은 개선단면적을 용접(200,300)하는 제 2 용접작업 및, 상기 초층과 남은 개선단면적 용접 즉 철구조물의 이음부 전면(내면)용접이 끝난 철구조물의 이음부 후부(외면)를 서브머지드 아크용접으로 용접(400,500,600)하는 제 3 용접작업이 서로 다른 작업장에서 진행되므로, 용접완성을 위한 물류거리 및 휫수가 증가되었으며, 그로인해 공장내에 제조중인 반제품 수량이 증가되고, 공장회전율이 저하됨과 동시에, 제조시간(time in system)이 길어지는 문제점이 발생되었다.

또한, 초층용접시와 본용접시 매용접시작마다 각각의 공정에서 별도 예열을 해야하므로, 시간 및 연료손실이 있으며, 예열에 필요한 설비의 별도설치 및 각각의 용접공정에 별도의 용접사가 배치되어야 하는 공수손실 등으로 인하여 제품 제조비용이 증가되는 등 여러 가지 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 초층용접과 본용접을 한공정에서 동시에 이루어지도록하여 피용접물의 용접작업 공정을 간소화하고, 용접속도를 고속화하며, 제조비용을 절감하여 경제성을 구비할 수 있는 이종 복합 다전극 용접방법 및 용접장치를 제공하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 이종 복합 다전극 용접방법을 보인 예시도

도 2 는 본 발명에 따른 이종 복합 다전극 용접장치의 구성을 보인 예시도

도 3 은 종래의 용접방법을 보인 예시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(1) : 가스메탈 아크용접 1 전극 (2) : 가스메탈 아크용접 2 전극

(3) : 서브머지드 아크용접 3 전극 (4) : 서브머지드 아크용접 4 전극

(10) : 이음부 전면 1층 초층용접 (20) : 이음부 전면 2층 초층용접

(30) : 이음부 전면 잔층용접 (40) : 이음부 전면 표면층용접

(50,60,70): 이음부 후면용접

도 1 은 본 발명의 이종 복합 다전극 용접방법을 보인 예시도를, 도 2 는 본 발명에 따른 이종 복합 다전극 용접장치의 구성을 보인 예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 초층용접용 가스메탈 아크 용접 1,2전극(1,2)과 본용접용 서브머지드 아크용접 3,4전극(3,4)을 용접방향(W)을 기준으로 순차적으로 설치하여 초층용접과 본용접을 한 공정내에서 작업할 수 있도록 되어 있다.

즉, 본 발명은 용접진행방향을 기준으로 첫 번째와 두 번째 전극(1,2)을 초층용접용 가스메탈 아크용접으로 배치하고, 세 번째와 네 번째 전극(3,4)을 서브머지드 아크용접으로 배치하여, 개선(groove)용접 이음부의 초층용접과 본용접을 동시에 진행하도록 되어 있으며, 상기 4개의 전극중 1전극(1)에서 2전극(2)까지의 극간거리는 18∼25㎜, 2전극(2)에서 3전극(3)까지의 극간거리는 70∼125㎜, 3전극(3)에서 4전극(4)까지의 극간거리는 18∼25㎜로 구성되어 있다. 또한, 콘택트팁으로부터 용접봉의 돌출거리는 1,2전극(1,2)이 18∼25㎜, 3,4전극(3,4)이 28∼38㎜가 되도록 구성되어 있으며, 용접진행방향을 전면으로 볼 때 용접봉의 종각(전,후진방향)은 1,2전극(1,2)이 수직±5도, 3전극(3)이 수직±3도, 4전극(4)이 수직+15∼+25도를 유지하도록 구성되고, 용접진행방향을 전면으로 볼 때 용접봉의 횡각(좌/우방향)은 1∼4전극까지 모두 90±0도를 유지하도록 배치되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 이용하여 철구조물의 이음부 용접작업을 설명하면 다음과 같다.

먼저 두 개의 소재를 서로 조립하고, 용접부의 급가열이나 급냉을 방지함과 동시에 용접금속의 기계적성질을 좋게하기 위하여 철구조물의 이음부 전면(내면) 용접부위를 일정한 온도로 예열(Pre-heating)한다. 이와 같이 용접부위의 예열이 끝나면, 개선면의 제일 깊은부분인 루트(root)부에 사용전류와 용접봉경이 작은 가스메탈 아크용접 1 전극(1)으로 1층 초층용접(10)과, 가스메탈 아크용접 2전극(2)으로 2층 초층용접(20), 사용전류가 높은 서브머지드 아크용접 3 전극(3)으로 잔층용접(30) 및 서브머지드 아크용접 4 전극(4)으로 표면층용접(40)을 동시에 수행하여 철구조물의 이음부 전면용접을 한다. 이와 같이 철구조물의 이음부 전면용접이 끝나면, 철구조물을 또다른 작업장으로 이송하고, 철구조물의 이음부 후면(외면) 용접부위를 일정한 온도로 예열(Pre-heating)한다음, 사용전류가 높은 서브머지드 아크용접을 이용하여 철구조물의 이음부 후면을 용접(50,60,70)한다.

즉, 본 발명은 하나의 장비 및 작업장에서 철구조물 이음부의 전면(내면)의 초층용접(GMAW 2전극)과 본용접(SAW 2전극)을 동시에 수행하고, 또다른 하나의 장비 및 작업장에서 철구조물 이음부의 후면(외면)을 용접하도록 되어 있다.

이와 같이 본 발명은 철구조물의 이음부 전면(내면)의 초층용접과 본용접을 하나의 장비 및 작업장에서 동시 용접하도록 되어 있어, 제품을 여러번 이동해야 하는 물류거리 및 이동횟수를 줄일 수 있으며, 이로 인해 작업시간 및 공정별 작업대기 시간을 단축하고, 반제품의 적체 수량을 감소함과 동시에 공장회전율을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 철구조물 이음부 전면(내면) 용접의 초층용접과 본용접시, 각각 별도로 예열 즉, 2회 예열하던 것을 1회 예열하므로, 예열시간과 연료소실 및 예열설비를 절반으로 줄일 수 있으며, 별도의 장비로 각각의 용접사가 용접작업하던 것을 동일한 장비로 한명의 용접사에 의해 동일장소에서 용접하므로 인력 및 인력비를 줄일 수 있다.

또한, 초층용접후 용접사가 슬래그 제거 및 용접부 크링닝 등을 할 필요가 없어 불필요한 시간적 낭비를 줄일 수 있는등 많은 효과가 있다.

Claims

용접방향을 전면으로 초층용접용 가스메탈 아크용접 1, 2전극과, 본용접용 서브머지드 아크용접 3,4 전극이 순차적으로 배치되도록 용접토오치를 설치하고,

상기 가스메탈 아크용접 1전극에서 가스메탈 아크용접 2전극까지의 극간거리를 18∼25㎜, 가스메탈 아크용접 2전극에서 서브머지드 아크용접 3전극까지의 극간거리를 70∼125㎜, 서브머지드 아크용접 3전극에서 서브머지드 아크용접 4전극까지의 극간거리를 18∼25㎜로 구성하며,

상기 용접토오치의 콘택트팁으로부터 용접봉의 돌출거리는 1,2전극이 18∼25㎜, 3,4전극이 28∼38㎜가 되도록 구성함과 동시에,

용접진행방향을 전면으로 기준하여 용접봉의 종각은 1,2전극이 수직±5도, 3전극이 수직±3도, 4전극이 수직+15∼+25도를 유지하도록 구성하고,

용접진행방향을 전면으로 기준하여 용접봉의 횡각은 1∼4전극까지 90±0도를 유지하도록 배치하여 철구조물(특히 강관)의 그루브(Groove) 용접 이음부의 용접시, 고능률 고속용접과 용접공정 단순화, 용접 예열간소화, 용접대기시간 최소화, 물류 이동거리 감소, 용접 및 예열설비 간소화등을 위하여 초층용접과 본용접을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 이종 복합 다전극 용접장치.