KR20060074022A - Hybrid welding method for fillet joint - Google Patents

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Abstract

본 발명은 두께 6mm 이상의 후판 강재가 사용되는 선박 및 강구조물의 필렛(fillet) 용접 이음부를 완전히 용입시킬 수 있도록 한, 편면 하이브리드 용접 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a single-sided hybrid welding method that allows full penetration of fillet welded seams of ships and steel structures in which thick plate steel having a thickness of 6 mm or more is used.

본 발명의 방법은, 용접 대상 강재의 두께(t)와, 레이저 출력(L.P)과, 용접 속도(W.S)와, 필러 와이어 송급 속도(F.R) 및 레이저 빔의 입사각(θ)이 특정한 관계식을 만족하도록 제어하는 동시에 웹(11)과 플렌지판(12)의 후방 접촉 경계선상에 위치하는 경계점(F)을 기준점으로 하여 그 상·하 1mm 범위 이내로 레이저 빔이 조사되도록 함에 기술적 특징이 있다.In the method of the present invention, the thickness t of the steel to be welded, the laser output LP, the welding speed WS, the filler wire feeding speed FR, and the incident angle θ of the laser beam satisfy a specific relational expression. The laser beam is irradiated within the range of 1 mm above and below the control point so that the boundary point F located on the rear contact boundary line between the web 11 and the flange plate 12 is a reference point.

본 발명 필렛 이음부의 편면 하이브리드 용접 방법은, 편면 용접만으로도 완전 용입이 가능하기 때문에 선박이나 강구조물의 전체적인 생산성을 현저히 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
The single-sided hybrid welding method of the fillet joint of the present invention is expected to be able to significantly improve the overall productivity of ships or steel structures because only one-sided welding is possible.

하이브리드 용접, 필렛 용접, 레이저, 아크, 아크 토치Hybrid welding, fillet welding, laser, arc, arc torch

Description

필렛 이음부의 편면 하이브리드 용접 방법{Hybrid welding method for fillet joint} Hybrid welding method for fillet joints             

도 1은 필렛 용접 이음부의 용접 과정을 보인 단면도.1 is a cross-sectional view showing a welding process of the fillet welded joint.

도 2는 필렛 용접 이음부의 용접 과정을 보인 사시도.
Figure 2 is a perspective view showing a welding process of the fillet welded joint.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))         ((Explanation of symbols for main part of drawing))

11.웹 12. 플렌지판          11.Web 12.Flange Plate

13. 아크 토치 14. 레이저 빔          13. Arc torch 14. Laser beam

15. 필러 와이어 BA. 아크 용융비드15. Filler Wire B A. Arc Melt Beads

BL. 레이저 용융비드 LW. 용접선
B L. Laser molten bead L W. Welding line

본 발명은 필렛 이음부의 편면 하이브리드 용접 방법에 관한 것으로, 더 자 세하게는 강재의 두께, 용접 속도, 아크 와이어 송급 속도에 따라 특정 관계식을 만족할 수 있도록 레이저 출력과 레이저 빔의 입사각을 제어하여 양호한 백비드를 형성시킴으로써, 특히, 두께 6mm 이상의 후판 강재가 사용되는 선박 및 강구조물의 필렛(fillet) 용접 이음부를 완전히 용입시킬 수 있도록 한 하이브리드 용접 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a single-sided hybrid welding method of a fillet joint, and more particularly, to control a laser beam and an incident angle of a laser beam to satisfy a specific relation according to the thickness of the steel, the welding speed, and the arc wire feeding speed. By forming the beads, in particular, it relates to a hybrid welding method that allows full penetration of fillet welded seams of ships and steel structures in which thick plate steel having a thickness of 6 mm or more is used.

선박이나 강구조물을 이루는 강재들은 그 위치와 용도에 따라 용접, 볼트 등의 수단에 의해 서로 결합하게 되며, 특히, 용접의 경우에는 맞대기 용접, 겹치기 용접, 필렛(fillet) 용접, 모서리 용접, 변두리 용접, 플러그 용접 등 다양한 형태의 용접이 이루어지고 있으나, 그들 중 필렛 용접에 의한 이음부가 전체 용접 이음부의 70%이상을 차지할 정도이다.Steels that make up ships or steel structures are joined to each other by means of welding, bolts, etc., depending on their location and use. In particular, in the case of welding, butt welding, overlap welding, fillet welding, edge welding, edge welding, Various types of welding such as plug welding are performed, but among them, the joint part by fillet welding occupies about 70% or more of the total weld joint part.

따라서, 선박이나 강구조물의 전체적인 생산성은 상기 필렛 용접 이음부에 의해 좌우된다고 할 수 있는 바, 종래의 필렛 용접 방법에 대하여 살펴보면 다음과 같다.Therefore, the overall productivity of the vessel or steel structure can be said to be dependent on the fillet welded joints, look at the conventional fillet welding method as follows.

종래의 필렛 용접 이음부는, 수동 또는 반자동 아크 용접으로 이루어지는 것이 일반적이나, 아크 용접의 특성상 용입 깊이가 제한되기 때문에 후판 강재의 용접시에는 입열량이 증가하게 될 뿐 아니라, 양면 용접이 필요하게 된다.Conventional fillet welded joints are generally made of manual or semi-automatic arc welding. However, since the penetration depth is limited due to the characteristics of arc welding, not only heat input increases but also double-sided welding is required when welding thick steel.

그에 따라, 용접 입열량 증가에 의한 용접 열변형이 발생하게 됨으로써 용접 후 열변형부에 대한 추가적인 교정 작업이 필수적으로 수반되며, 이는, 전체적인 생산성 저하로 이어지게 된다.As a result, welding heat deformation occurs due to an increase in the amount of heat input of the welding, thereby additionally requiring additional correction work on the heat deformation portion after welding, which leads to a decrease in overall productivity.

즉, 후판 강재를 용접하기 위하여 오래전부터 사용되었으며 현재에도 가장 널리 사용되고 있기도 한 아크 용접은, 용입 깊이가 깊지 못하기 때문에 상대적으로 후판 강재에 전달되는 전체 용접 입열량을 증가시키게 되며, 그에 따라 용접부의 열변형 정도가 커지게 됨은 물론, 용접부가 넓게 형성되어 미관 상으로도 바람직하지 못하고, 용접 생산성도 낮은 문제점을 가지고 있다.In other words, arc welding, which has been used for a long time for welding steel plates and is still the most widely used, increases the total welding heat input to the steel plates because the depth of penetration is not deep. In addition, the degree of thermal deformation is increased, as well as the weld portion is wide, it is not preferable in aesthetic view, and also has a problem of low welding productivity.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 근래에는, 강구조물이나 선박에 사용되는 후판 강재의 용접에, 레이저를 활용하는 고품위 용접 기술을 적용하고자 하는 요구가 증가하고 있다.Accordingly, in order to solve the above problems, there is an increasing demand for applying a high quality welding technique using a laser to welding steel plates or steel plates used in ships.

그러나, 레이저 용접의 경우 빔의 직경이 매우 작기 때문에 이음부의 갭 허용값(gap tolerance)이 극히 제한적이며, 그에 따라 레이저 용접을 실시하기 위해서는 이음부에 대한 정밀한 가공과 클램핑이 선행되어야 하기 때문에 결과적으로는 생산성의 저하를 피하기 어렵게 된다.However, in the case of laser welding, the gap tolerance of the joint is extremely limited because the beam diameter is very small, and as a result, precise machining and clamping of the joint must be preceded in order to perform laser welding. It becomes difficult to avoid the fall of productivity.

상기와 같은 아크 단독 용접 또는 레이저 단독 용접에 따른 문제점을 해결하기 위하여, 넓은 갭 허용값을 갖는 아크 용접의 장점과 용입 깊이가 깊은 레이저 용접의 장점을 함께 활용할 수 있는, 아크와 레이저를 접목한 하이브리드 용접 방법이 개발되었으며, 조선, 자동차, 라인파이프, 압력용기 등의 여러 분야에 활발히 적용되고 있다.In order to solve the problems caused by the arc-only welding or the laser-only welding as described above, the hybrid of the arc and the laser, which can take advantage of the advantages of arc welding with a wide gap tolerance value and laser welding with a deep penetration depth Welding methods have been developed and are being actively applied in various fields such as shipbuilding, automobiles, line pipes and pressure vessels.

그러나, 아크와 레이저의 장점을 혼합한 하이브리드 용접의 경우에도, 맞대기 용접시에는 일측 면, 즉, 편면에서만 용접이 이루어지는 편면 용접이 가능하기 때문에 우수한 용접 생산성 및 용접부 품질을 얻을 수 있으나, 필렛 용접에 대한 기술은 아직 확립되지 못하였는 바, 필렛 용접 이음부의 경우에는 여전히 양면 용 접이 실시되고 있으며, 그에 따라 용접 생산성 향상 효과가 크게 나타나지 못하고 있고, 그에 따라 고가의 하이브리드 용접기에 대한 투자비가 상당한 부담으로 작용되고 있는 실정이다.However, even in the case of hybrid welding in which the advantages of arc and laser are mixed, it is possible to obtain one side welding, that is, one side welding in which only one side is welded, but excellent welding productivity and weld quality can be obtained. Although the technology for Korean has not been established yet, double-sided welding is still performed in the case of fillet welded joints, and thus, the improvement in welding productivity is not shown, and the investment cost for expensive hybrid welders is a significant burden. It's happening.

또한, 하이브리드 용접의 경우 레이저와 아크를 함께 사용함에 따라 용접을 제어하기 위한 변수의 수가 더욱 증가하게 되는 바, 그 제어가 복잡하고 어렵기 때문에 특히, 필렛 용접 이음부에 대한 적용이 쉽지 않을 뿐 아니라 뚜렷이 확립된 기술도 없는 실정이다.
In addition, in the case of hybrid welding, the number of variables for controlling welding is further increased by using a laser and an arc, and since the control is complicated and difficult, in particular, it is not easy to apply to a fillet weld seam. There is no clearly established technology.

본 발명은 필렛 용접 이음부에 양면 용접의 형태로 실시되고 있는 종래 하이브리드 용접 방법이 가지고 있는 제반 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 맞대기 용접 이음부에 편면 용접의 형태로 실시되고 있는 것과 같이 필렛 용접 이음부에도 편면 용접만을 실시하여 완전 용입이 얻어질 수 있도록 함으로써, 필렛 용접 이음부에 대한 용접부 품질과 생산성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 용접 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
The present invention is to solve all the problems of the conventional hybrid welding method that is implemented in the form of double-sided welding in the fillet welded joint, the fillet welded joint as in the form of single-sided welding in the butt welded joint It is an object of the present invention to provide a hybrid welding method capable of improving weld quality and productivity for a fillet welded joint by performing only one-side welding so that complete penetration can be obtained.

본 발명의 상기 목적은 레이저 출력과 용접 속도와 필러 와이어 송급 속도와 강재 두께 및 레이저 빔의 입사각으로부터 도출된 특정 관계식에 의해 달성된다.The above object of the present invention is achieved by a specific relationship derived from the laser power, the welding speed, the filler wire feeding speed, the steel thickness and the angle of incidence of the laser beam.

본 발명 필렛 이음부의 편면 하이브리드 용접 방법은, 용접 대상 강재의 두 께(t, mm)와, 레이저 출력(L.P, kW)과, 용접 속도(W.P, m/min)와, 필러 와이어 송급 속도(F.S, m/min)와, 레이저 빔의 입사각(θ, °)이 다음의 수학식 1 내지 4를 만족하도록 제어함으로써, 양호한 백비드(back bead)가 형성되도록 함에 기술적 특징이 있다.
The single-sided hybrid welding method of the fillet joint of the present invention includes the thickness (t, mm) of the steel to be welded, the laser output (LP, kW), the welding speed (WP, m / min), and the filler wire feeding speed (FS). , m / min, and the incident angles (θ, °) of the laser beam are controlled so as to satisfy the following Equations 1 to 4, so that a good back bead is formed.

Figure 112004061432734-PAT00001
Figure 112004061432734-PAT00001

Figure 112004061432734-PAT00002
Figure 112004061432734-PAT00002

Figure 112004061432734-PAT00003
Figure 112004061432734-PAT00003

Figure 112004061432734-PAT00004
Figure 112004061432734-PAT00004

본 발명의 용접 방법은, 상기 수학식 1 내지 4를 만족하도록 용접을 실시함으로써 양호한 백비드를 얻게 되는 바, 도 1과 2에 도시된 바와 같이, 웹(11)과 플 렌지판(12)의 후방 접촉 경계선상에 위치하는 경계점(도 1의 F)을 기준으로 그 상·하 1mm 범위 이내로 레이저 빔이 조사되도록 하는 것이 매우 중요하다.According to the welding method of the present invention, a good back bead is obtained by performing welding to satisfy the above Equations 1 to 4, as shown in FIGS. 1 and 2, the web 11 and the flange plate 12 are separated from each other. It is very important that the laser beam is irradiated within a range of 1 mm above and below the boundary point (F in FIG. 1) positioned on the rear contact boundary line.

상기와 같은 본 발명의 용접 방법에 대한 검증을 위하여 연속된 다음의 표 1 및 2와 같은 용접 조건으로 용접 실험을 실시하였는 바, 이를 자세히 살펴보면 다음과 같다.
In order to verify the welding method of the present invention as described above, the welding experiments were performed under the continuous welding conditions as shown in Tables 1 and 2 below.

No.No. L.PL.P F.RF.R W.SW.S θ (°) θ (°) θ' (°) θ '(°) t t 레이저 조사위치 Laser irradiation position θ" (°) θ "(°) b  b θ* (식(2))θ * (Equation (2)) 용 입   Dragon mouth 1 One 9.6 9.6 7.5 7.5 1.01.0 30 30 30 30 6 6 F점  F point 61 61 0.75 0.75 13.3  13.3 불완전 용입 Incomplete penetration 2 2 9.6 9.6 7.5 7.5 1.01.0 30 30 30 30 6 6 F점  F point 61 61 0.75 0.75 13.3  13.3 불완전 용입 Incomplete penetration 3 3 1212 10.510.5 2.02.0 30 30 30 30 6 6 F점  F point 61 61 1.74 1.74 8.3   8.3 불완전 용입 Incomplete penetration 4 4 1212 9.5 9.5 2.02.0 30 30 30 30 6 6 F점  F point 61 61 0.67 0.67 8.1   8.1 불완전 용입 Incomplete penetration 5 5 1212 11.511.5 2.02.0 30 30 30 30 6 6 F점  F point 61 61 1.13 1.13 8.4   8.4 불완전 용입 Incomplete penetration 6 6 1212 9.7 9.7 2.02.0 30 30 30 30 6 6 F점  F point 61 61 0.6 0.6 8.1   8.1 불완전 용입 Incomplete penetration 7 7 10.810.8 9.5 9.5 1.51.5 30 30 30 30 6 6 F점  F point 61 61 1.19 1.19 10.5  10.5 불완전 용입 Incomplete penetration 8 8 10.810.8 9.5 9.5 1.51.5 30 30 30 30 6 6 F점  F point 61 61 0.15 0.15 10.5  10.5 불완전 용입 Incomplete penetration 9 9 10.810.8 8.5 8.5 1.51.5 30 30 30 30 6 6 F점  F point 61 61 0.61 0.61 10.3  10.3 불완전 용입 Incomplete penetration 1010 10.810.8 8.0 8.0 1.51.5 30 30 30 30 6 6 F점  F point 61 61 0.3 0.3 10.2  10.2 불완전 용입 Incomplete penetration 1111 10.810.8 8.0 8.0 1.51.5 30 30 30 30 6 6 F점  F point 61 61 0.75 0.75 10.2  10.2 불완전 용입 Incomplete penetration 1212 10.810.8 8.0 8.0 1.51.5 30 30 30 30 6 6 F점  F point 61 61 0.75 0.75 10.2  10.2 불완전 용입 Incomplete penetration 1313 10.810.8 8.0 8.0 1.51.5 30 30 30 30 6 6 F점  F point 61 61 0.3 0.3 10.2  10.2 불완전 용입 Incomplete penetration 1414 10.810.8 8.0 8.0 1.51.5 20 20 20 20 6 6 F점  F point 61 61 0.3 0.3 10.2  10.2 불완전 용입 Incomplete penetration





No.No. L.PL.P F.RF.R W.SW.S θ (°) θ (°) θ' (°) θ '(°) t t 레이저 조사위치 Laser irradiation position θ" (°) θ "(°) b  b θ* (식(2))θ * (Equation (2)) 용 입   Dragon mouth 1515 10.810.8 7.5 7.5 1.51.5 20 20 20 20 6 6 F점  F point 61 61 0 0 10.1  10.1 불완전 용입 Incomplete penetration 1616 8.4 8.4 12.012.0 1.01.0 20 20 20 20 6 6 F점  F point 61 61 1.73 1.73 14.6  14.6 불완전 용입 Incomplete penetration 1717 8.4 8.4 11.011.0 1.01.0 20 20 20 20 6 6 F점  F point 61 61 1.5 1.5 14.2  14.2 불완전 용입 Incomplete penetration 1818 7.2 7.2 8.0 8.0 0.50.5 15 15 20 20 6 6 F점  F point 61 61 2.11 2.11 18.3  18.3 완전 용입  Full penetration 1919 7.2 7.2 8.0 8.0 0.50.5 15 15 20 20 6 6 F점  F point 61 61 2.04 2.04 18.3  18.3 완전 용입  Full penetration 2020 9.6 9.6 8.0 8.0 1.01.0 20 20 20 20 6 6 F점  F point 61 61 1.57 1.57 13.5  13.5 불완전 용입 Incomplete penetration 2121 9.6 9.6 8.0 8.0 1.01.0 20 20 20 20 6 6 F점  F point 61 61 1.64 1.64 13.5  13.5 불완전 용입 Incomplete penetration 2222 10.810.8 12.512.5 1.51.5 10 10 45 45 6 6 F점  F point 61 61 3.4 3.4 11.2  11.2 완전 용입  Full penetration 2323 10.810.8 12.512.5 1.51.5 10 10 45 45 6 6 F점+2mmF point + 2mm 61 61 3.2 3.2 11.2  11.2 완전 용입  Full penetration 2424 10.810.8 12.512.5 1.51.5 10 10 45 45 6 6 F점-2mmF point-2mm 61 61 3.2 3.2 11.2  11.2 불완전 용입 Incomplete penetration 2525 10.810.8 12.512.5 1.51.5 10 10 45 45 6 6 F점  F point 61 61 3.2 3.2 11.2  11.2 백비드 미형성Back Bead Unformed 2626 10.810.8 12.512.5 1.51.5 10 10 45 45 6 6 F점  F point 40 40 3.2 3.2 11.2  11.2 기공발생  Pore outbreak 2727 10.810.8 12.512.5 1.51.5 10 10 45 45 6 6 F점  F point 30 30 3.2 3.2 11.2  11.2 기공발생  Pore outbreak

* 표 1과 2의 θ*는 수학식 2에서 L.P, F.R, A 및 B 값에 의해 결정되는* Θ * in Tables 1 and 2 is determined by the LP, FR, A and B values in Equation 2

θ 중 최대 각도.(θmax = θ*)
Maximum angle out of θ (θ max = θ * )

상기의 표 1과 2와 같이 후판 강재의 하이브리드 용접시 레이저 출력과 용접속도를 각각 7∼12kW 및 0.5∼2m/min의 범위 내에서 변화시키면서 필렛 용접부의 용입 깊이(d) 변화를 조사한 결과, 레이저 입사 각도(θ)가 수학식 2에 의해 계산된 θ*값보다 같거나 작을 경우에 완전 용입이 이루어짐을 확인할 수 있으며, 용입깊이(d)와 용접 조건(레이저 출력 및 용접 속도) 사이에서 다음의 수학식 5를 만족하는 상관관계가 도출된다.
As shown in Tables 1 and 2, the variation of the penetration depth (d) of the fillet welds was examined while varying the laser power and welding speed in the range of 7 to 12 kW and 0.5 to 2 m / min during hybrid welding of thick steel. It can be seen that full penetration is achieved when the incidence angle θ is equal to or smaller than the θ * value calculated by Equation 2, and the difference between the penetration depth d and welding conditions A correlation satisfying Equation 5 is derived.

Figure 112004061432734-PAT00005
Figure 112004061432734-PAT00005

여기서, L.P는 7∼12kW, W.S는 0.5∼2mm.
Here, LP is 7-12 kW, WS is 0.5-2 mm.

즉, 필렛 용접부의 용입 깊이(d)는, 레이저 출력(L.P)이 증가하고 용접 속도가 감소할수록 증가하는 바, 이는 용접 입열량이 증가하기 때문이다.That is, the penetration depth d of the fillet weld increases as the laser power L.P increases and the welding speed decreases, because the amount of heat input for welding increases.

또한, 아크에 의한 용융비드(BA)와 레이저에 의한 용융비드(BL)로 이루어지는 하이브리드 용접비드 중 레이저에 의한 용융비드(BL)의 길이(d) 방향 중앙부(d의 1/2 되는 지점) 폭(w) 역시 레이저 출력이 증가하고 용접 속도가 감소할수록 넓어지며, 다음의 수학식 6과 같은 상관관계를 가진다.
Also, among the hybrid welding beads consisting of the molten beads B A by the arc and the molten beads B L by the laser, the center portion d in the length d direction of the molten beads B L by the laser is Point) width (w) also widens as the laser power increases and the welding speed decreases, and has a correlation as shown in Equation 6 below.

Figure 112004061432734-PAT00006
Figure 112004061432734-PAT00006

여기서, L.P는 7∼12kW, W.S는 0.5∼2mm.
Here, LP is 7-12 kW, WS is 0.5-2 mm.

그리고, 하이브리드 용접비드 중 아크에 의해 용융되는 필렛 이음부의 깊이(b)는 웹(11)에 대한 아크 토치의 각도(θ'), 용접 속도, 와이어 송급 속도는 다음의 수학식 7과 같은 상관관계를 가가진다.
In addition, the depth (b) of the fillet joint portion melted by the arc among the hybrid welding beads has a correlation with the angle (θ '), the welding speed, and the wire feeding speed of the arc torch relative to the web 11, as shown in Equation 7 below. Has

Figure 112004061432734-PAT00007
Figure 112004061432734-PAT00007

여기서, θ'는 20∼45°, W.S는 0.5∼2m/min, F.R은 7.5∼12.5m/min.
(Theta) 'is 20-45 degrees, WS is 0.5-2 m / min, FR is 7.5-12.5 m / min.

즉, 아크에 의해 용융되는 필렛 이음부의 깊이(b)는, 아크 토치(13)와 웹(11) 사이의 각도(θ')가 클수록, 용접 속도가 느릴수록, 필러 와이어(15)의 송급 속도가 빠를수록 증가하게 되는데, 이는 아크 토치와 웹 사이의 각도(θ')가 커질수록 아크의 직진성이 향상되며, 용접 속도가 느리고 필러 와이어 송급 속도가 빠를수록 아크열에 의한 입열량이 증가하기 때문이다.That is, the depth b of the fillet joint portion melted by the arc is, the larger the angle θ 'between the arc torch 13 and the web 11 is, the slower the welding speed is, the faster the feeding speed of the filler wire 15 is. The faster the speed is, the greater the angle (θ ') between the arc torch and the web, the better the straightness of the arc, and the slower the welding speed and the faster the filler wire feeding speed, the higher the heat input by the arc heat. .

그리고, 레이저 빔의 입사각(θ)과 레이저 용융비드(BL)의 폭(w)은 tanθ = w/2a의 관계가 성립하며, 필렛 이음부를 편면에서 완전히 용입시키기 위해서는 웹(11)의 레이저에 의한 용융부 길이(a)와 아크에 의한 용융부 길이(b)의 합이 웹(11)의 두께(t) 이상 되어야 하므로 a+b≥t의 관계식을 만족해야한다.The relationship between the angle of incidence θ of the laser beam and the width w of the laser melting bead B L is tanθ = w / 2a, and in order to completely penetrate the fillet joint from one side, the laser beam of the web 11 Since the sum of the molten portion length (a) and the molten portion length (b) by the arc must be equal to or more than the thickness t of the web 11, a relation of a + b≥t must be satisfied.

따라서, 상기의 수학식 식 5 내지 7로부터 본 발명의 용접 방법을 규정하는 수학식 1과 2가 얻어진다.Therefore, equations (1) and (2) defining the welding method of the present invention are obtained from the above equations (5) to (7).

이때, 양호한 백비드를 형성시키기 위하여서는 웹(11)과 플렌지판(12)의 후방 접촉 경계선상에 있는 경계점(F) 상·하 각 1mm 이내로 레이저 빔이 조사되도록 설정되어야 하는 것이 바람직한 바, 레이저 빔의 조사 방향이 상부측으로 상기 경계점(F)보다 1mm를 초과하여 벗어나게 설정되면 도 1의 a가 감소하여 완전 용입이 어려워지게 되며, 완전 용입을 위해서는 b의 증가가 요구되나, 이는 아크 용접 와이어의 송급 속도 증가 즉, 용접 입열량이 증가하게 되어 용접부의 열변형을 조장하게 된다.At this time, in order to form a good back bead, it is preferable that the laser beam is set to be irradiated within 1 mm above and below the boundary point F on the rear contact boundary line between the web 11 and the flange plate 12. If the irradiation direction of the beam is set to deviate more than 1mm above the boundary point (F) toward the upper side, a decrease in a of FIG. 1 makes it difficult to fully penetration, and an increase of b is required for full penetration, but this is because Increasing the feeding speed, that is, the amount of heat input of the welding is increased to promote thermal deformation of the weld.

그리고, 레이저 빔의 입사 방향이 경계점(F) 하부측으로 1mm를 넘게 되는 경우에는 충분한 백비드가 형성되지 않게 되기 때문에 필렛 이음부의 완전 용입을 얻기 위해서는 레이저 빔의 출력을 수학식 1과 같이 유지하는 동시에, 레이저 빔의 조사 방향이 상기 경계점(F)을 기준으로 그 상·하 방향 각 1mm 이내의 범위에 오도록 그 입사각(θ)이 수학식 2를 만족시킬 수 있어야만 한다.When the incident direction of the laser beam exceeds 1 mm below the boundary point F, sufficient back beads are not formed. Therefore, in order to obtain full penetration of the fillet joint, the output of the laser beam is maintained as in Equation 1 The angle of incidence θ must satisfy Equation 2 so that the irradiation direction of the laser beam is within a range of 1 mm in the up and down directions with respect to the boundary point F.

또한, 레이저 빔(14)과 용접선(LW)이 이루는 각도는 용입 깊이 향상을 위해 90o로 하며, 아크 토치(13)와 용접선(LW)이 이루는 각도(θ")는 하이브리드 용접기 헤드가 허락하는 한 최대각으로 유지하는 것이 바람직하다.In addition, the angle formed by the laser beam 14 and the welding line L W is 90 o to improve the penetration depth, and the angle θ ″ formed by the arc torch 13 and the welding line L W is determined by the hybrid welder head. It is desirable to keep it at the maximum angle as long as it allows.

특히, 상기 각도(θ")가 50o보다 작을 경우에는 아크의 직진성이 떨어져 용입이 감소하게 될 뿐 아니라 아크 안정성도 저하되어 용접 비드에 기공과 같은 결함이 유발될 수 있다.
Particularly, when the angle θ ″ is smaller than 50 ° , not only the arc straightness is reduced, but also the penetration is reduced, and the arc stability is also lowered, which may cause defects such as pores in the weld bead.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명 필렛 이음부의 편면 하이브리드 용접 방법은, 편면 용접만으로도 완전 용입이 가능하기 때문에 필렛 이음부가 전체 용접 이음부의 상당 부분을 차지하고 있는 선박이나 강구조물의 전체적인 생산성을 대폭 적으로 향상시킬 수 있으며, 그에 따라 하이브리드 용접 설비에 대한 투자 효율을 높여 줄 수 있을 것으로 기대된다.As described above, the single-sided hybrid welding method of the present invention fillet joints can be fully penetrated by only one-sided welding, thereby greatly improving the overall productivity of ships or steel structures in which the fillet joints occupy a substantial portion of the entire welded joint. As a result, it is expected to increase the investment efficiency of the hybrid welding facility.

Claims (3)

필렛 용접 이음을 위하여 아크와 레이저를 함께 사용하는 하이브리드 용접 방법에 있어서, 용접 대상 강재의 두께(t)와, 레이저 출력(L.P)과, 용접 속도(W.S)와, 필러 와이어 송급 속도(F.R) 및 레이저 빔의 입사각(θ)이 다음의 수학식 1 내지 4를 만족하도록 제어됨을 특징으로 하는 하는 필렛 이음부의 편면 하이브리드 용접 방법.In the hybrid welding method using the arc and the laser together for the fillet welding seam, the thickness (t) of the steel to be welded, the laser output (LP), the welding speed (WS), the filler wire feed rate (FR) and The incident angle (θ) of the laser beam is controlled to satisfy the following equations (1) to (4). 수학식 1Equation 1
Figure 112004061432734-PAT00008
Figure 112004061432734-PAT00008
 수학식 2Equation 2
Figure 112004061432734-PAT00009
Figure 112004061432734-PAT00009
 수학식 3Equation 3
Figure 112004061432734-PAT00010
Figure 112004061432734-PAT00010
 수학식 4Equation 4
Figure 112004061432734-PAT00011
Figure 112004061432734-PAT00011
 필렛 용접 이음을 위하여 아크와 레이저를 함께 사용하는 하이브리드 용접 방법에 있어서, 웹(11)과 플렌지판(12)의 후방 접촉 경계선상에 위치하는 경계점(F)을 기준점으로 하여 그 상·하 1mm 범위 이내로 레이저 빔이 조사됨을 특징으로 하는 필렛 이음부의 편면 하이브리드 용접 방법.In the hybrid welding method using the arc and the laser together for the fillet welding seam, the upper and lower 1mm range with the boundary point F located on the back contact boundary line of the web 11 and the flange plate 12 as a reference point The single-sided hybrid welding method of the fillet joint, characterized in that irradiated with a laser beam within. 필렛 용접 이음을 위하여 아크와 레이저를 함께 사용하는 하이브리드 용접 방법에 있어서, 용접 대상 강재의 두께(t)와, 레이저 출력(L.P)과, 용접 속도(W.S)와, 필러 와이어 송급 속도(F.R) 및 레이저 빔의 입사각(θ)이 다음의 수학식 1 내지 4를 만족하며, 웹(11)과 플렌지판(12)의 후방 접촉 경계선상에 위치하는 경계점(F)을 기준점으로 하여 그 상·하 1mm 범위 이내로 레이저 빔이 조사됨을 특징으로 하는 필렛 이음부의 편면 하이브리드 용접 방법.In the hybrid welding method using the arc and the laser together for the fillet welding seam, the thickness (t) of the steel to be welded, the laser output (LP), the welding speed (WS), the filler wire feed rate (FR) and The angle of incidence θ of the laser beam satisfies the following equations 1 to 4, 1 mm above and below the boundary point F positioned on the back contact boundary line between the web 11 and the flange plate 12 as a reference point. A method of hybrid welding on one side of a fillet joint, characterized by irradiating a laser beam within a range. 수학식 1Equation 1
Figure 112004061432734-PAT00012
Figure 112004061432734-PAT00012
 수학식 2Equation 2
Figure 112004061432734-PAT00013
Figure 112004061432734-PAT00013
 수학식 3Equation 3
Figure 112004061432734-PAT00014
Figure 112004061432734-PAT00014
 수학식 4Equation 4
Figure 112004061432734-PAT00015
Figure 112004061432734-PAT00015
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