KR20100045071A - Ｖ 개선형상의 용접 맞대기 이음의 양면 용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접 맞대기 이음의 양면 용접방법에 관한 것으로, 두께 20~35mm인 두 부재의 용접 맞대기 이음에 있어서, 용접될 부재의 개선형상을 플라즈마 아크 절단을 통하여 V자 형상으로 형성하고 서브머지드 아크 용접에 의하여 용접함으로써, 절단 속도를 향상시킬 수 있도록 함과 동시에 용접결함이나 용접효율의 저하가 없이 양면용접을 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하고 있으며, 본 발명에 따르면, 양면 용접이 적용되는 두께 20~35mm인 두 부재의 맞대기 용접 이음에 있어서, 플라즈마 아크 절단방법에 의하여 개선각도가 5~30^o인 V자 개선형상으로 절단함으로써 종래의 Y자와 X자의 개선형상에서와 비슷한 용접효율을 가지면서도 부재의 절단속도를 3배 이상 향상시킬 수 있으며, 서브머지드 아크 용접법을 이용하여 용접결함이 없고 용접효율의 저하가 없이 양면용접을 할 수 있도록 하는 효과가 제공된다.

용접 맞대기, 양면 용접, 서브머지드 아크 용접, V자형 개선형상

Description

Ｖ 개선형상의 용접 맞대기 이음의 양면 용접방법{Both-sided welding method of butt welding joint with V groove configuration}

본 발명은 용접 맞대기 이음의 양면 용접방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 두께 20~35mm인 두 부재의 개선각도가 5~30⁰이고 개선형상이 V자형인 맞대기 용접이음에 대하여 서브머지드 아크 용접을 이용하여 양면 용접을 수행할 수 있도록 함으로써, 절단 속도를 향상시킬 수 있도록 함과 동시에 용접결함이나 용접효율의 저하가 없이 양면용접을 할 수 있도록 하는 V 개선형상의 용접 맞대기 이음의 양면 용접방법에 관한 것이다.

일반적으로, 서로 맞대어진 두 부재의 용접은 양면에서 용접하는 양면용접과 일면에서만 용접하는 일면용접으로 나눠진다. 양면용접은 전면 용접후 부재를 뒤집어 용접을 완료한다. 반면 일면용접은 부재의 이면에 용융금속의 용락을 막아주는 백킹재를 부착한 후 용접을 수행하여 용접을 완료한다. 양면용접은 일면용접에 비 해 용접횟수가 적고 용접속도가 빠르므로 용접효율이 높은 장점이 있으나, 부재를 뒤집어야 하므로 제작공장의 높이가 높고 안전위험이 있으며 뒤집기 위한 대기시간과 부재 재배열을 위한 시간이 소요되는 단점이 있다. 일면용접은 부재를 뒤집지 않아 상기의 양면용접의 단점은 해소되나 부재의 이면에 용융금속의 용락을 막아주기 위해 용접 전후에 백킹재를 탈부착해야 하므로 용접부재 이면에 작업공간이 확보되어야 하고 이에 따른 설비와 환경이 갖춰져야 하며 위보기 자세로 백킹재를 탈부착해야 하므로 작업자의 근골격계 질환의 발생 위험이 있고, 부재를 V자 형상으로 개선가공하므로 용접면적이 넓어져 용접효율이 낮은 단점이 있다.

양면용접에 적용되는 용접방법은 용입이 깊은 서브머지드 아크 용접이 일반적으로 이용되고 있으며, 부재의 두께에 따라 두 부재의 개선형상을 I, Y, X자 형상으로 변경하여 용접을 수행한다. 도1은 일반적으로 선박의 제작에 적용되는 부재의 두께에 따른 양면용접을 위한 개선형상을 나타내었다. 양면 용접 방법은 용접될 부재(1)를 서로 맞대어 위치 시킨 후 용입이 깊은 서브머지드 아크 용접을 이용하여 전면 용접(2)을 수행하고 부재를 뒤집어 이면용접(3)을 수행하여 용접을 완료한다. 부재의 두께 20mm 이하에서는 I자형 개선형상으로 건전한 용접품질을 얻을 수 있다. 반면 부재의 두께가 20mm를 초과하면 용접아크가 불안하고 용접비드가 균일하지 않는 등 용접품질이 감소하여 루트면(4)이 있는 V자형 개선형상, 즉 Y자형 개선형상을 적용하며 부재의 두께 31mm를 초과하면 상기와 같은 이유로 Y-개선형상에서 X-개선형상으로 변경된다.

선박 제작에 사용되는 일반 탄소강에 있어서 서로 맞붙는 부재의 개선형상에 따라 부재의 절단방법이 다르고 절단방법에 따라 절단 속도에 큰 차이를 나타낸다. I-개선형상은 플라즈마 아크 절단이 가능하지만, Y-개선형상과 X-개선형상은 가스절단만 가능하다. 표1과 표2에 탄소강의 가스절단과 플라즈마 아크 절단 속도를 나타내었다. 부재 두께 25mm에서 가스절단속도는 분당 450cm이며, 플라즈마 아크 절단은 분당 1450cm로 가스 절단에 비해 3배 빠른 절단속도를 보여주고 있다.

상기와 같이 양면용접이 적용되는 부재에 있어서 부재의 두께가 20mm를 초과하면 절단방법이 플라즈마 아크 절단에서 가스절단으로 변경되면서 절단속도가 크게 감소하여 선박 제작 비용을 증가시키게 된다.

표1. 탄소강의 가스절단 속도

표2. 플라즈마 아크 절단 속도

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 용접될 부재의 개선형상을 플라즈마 아크 절단을 통하여 V자 형상으로 형성하고 서브머지드 아크 용접에 의하여 용접함으로써, 절단 속도를 향상시킬 수 있도록 함과 동시에 용접결함이나 용접효율의 저하가 없이 양면용접을 할 수 있도록 하는 V 개선형상의 용접 맞대기 이음의 양면 용접방법을 제공하는 것에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 추구하는 기술적 수단은 두께 20~35mm인 두 부재의 용접 맞대기 이음에 있어서, 용접될 부재의 개선형상을 플라즈마 아크 절단을 통하여 V자 형상으로 형성하고 서브머지드 아크 용접에 의하여 용접함으로써, 절단 속도를 향상시킬 수 있도록 함과 동시에 용접결함이나 용접효율의 저하가 없이 양면용접을 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 V 개선형상의 용접 맞대기 이음의 양면 용접방법을 제시한다.

또한, 본 발명은 상기 플라즈마 아크 절단을 통하여 형성되는 V자 형상의 개선각도는 5~30⁰의 각도로 이루어지는 것을 특징으로 하는 V 개선형상의 용접 맞대기 이음의 양면 용접방법을 제시한다.

본 발명에 따르면, 양면 용접이 적용되는 두께 20~35mm인 두 부재의 맞대기 용접이음에 있어서, 플라즈마 아크 절단방법에 의하여 개선각도가 5~30^o인 V자 개선형상으로 절단함으로써 종래의 Y자와 X자의 개선형상에서와 비슷한 용접효율을 가지면서도 부재의 절단속도를 3배 이상 향상시킬 수 있으며, 서브머지드 아크 용접법을 이용하여 용접결함이 없고 용접효율의 저하가 없이 양면용접을 할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도2는 종래의 기술에 따른 용접 맞대기 이음의 서브머지드 아크 용접법을 이용한 양면 용접 조건 및 용접단면을 나타내었다. 부재 두께는 20mm와 30mm와 35mm이고 각각의 개선형상이 I, Y, X자형이며 가스절단을 통하여 용접개선형상을 준비하였고 서브머지드 아크 용접법을 이용한 양면 용접을 수행하였다.

도3은 본 발명에 따른 용접 맞대기 이음에 대한 양면 용접방법에 대한 모식도로서 용접될 두 부재(11)의 용접 개선각도가 5~30⁰인 V자 형태의 개선형상을 가지도록 플라즈마 아크 절단을 통하여 개선 가공한 후 두 부재를 맞대어 위치시키고 서브머지드 아크 용접을 이용하여 전면 용접(12)을 수행한 후 부재를 뒤집어 이면 용접(13)을 수행하여 두 부재의 용접을 완료한다.

도4는 본 발명에 따른 플라즈마 아크 절단에 의해 형성된 V자 형태의 개선을 가진 두께 20mm와 30mm와 35mm 부재에 대한 용접 결과로서 용접 맞대기 이음에 대한 전면 용접 조건 및 용접단면 사진을 나타내었다. 도4 (가)를 살펴보면 두께 20mm 이고 개선각도 15⁰이며 전면 용접 조건 700A-34V-40cpm에서 전면 용접부의 용입깊이는 11.5mm로서 도2 (가)의 이면 용접부 용입깊이 13mm와 중첩하면 4.5mm가 중첩되므로 용접결함이 없는 완전한 용접이 이루어진다. 도4 (나)는 부재 두께는 30mm이고 개선각도는 5⁰이며 전면 용접 조건 1000A-36V-30cpm에서 전면 용접부의 용입깊이는 19mm로서 도2 (나)의 이면 용접부 용입깊이 15mm와 중첩하면 4mm가 중첩되므로 용접결함이 없는 완전한 용접이 이루어진다. 도4 (다)는 부재두께는 30mm이고 개선각도 20⁰이며 전면 용접 조건 1100A-34V-25cpm에서 전면 용접부의 용입깊이는 19mm로서 도2 (나)의 이면 용접부 용입깊이 15mm와 중첩하면 4mm가 중첩되므로 용접결함이 없는 완전한 용접이 이루어진다. 도4 (라)는 부재두께는 30mm이고 개선각도 30⁰이며 전면 용접 조건 1000A-38V-20cpm에서 전면 용접부의 용입깊이는 18mm로서 도2 (나)의 이면 용접부 용입깊이 15mm와 중첩하면 3mm가 중첩되어 전면 용접부와 이면 용접부 사이의 용접결함은 존재하지 않으나 개선각도가 넓어 개선면 내에 채워넣어야 할 용융금속의 양이 증가함에 따라 부재의 표면까지 용접부가 형성되지 않았다. 도4 (마)는 도4 (라)와 같은 두께와 개선각도를 가지고 있으며 용착 량을 증가시키기 위해 용접 전에 직경 1.0mm X 길이 1.0mm의 절선와이어 형태의 용접충진재를 부재의 표면 높이까지 용접 개선면 내에 살포한 후 전면 용접 조건 1000A-36V-20cpm으로 전면 용접을 완료한 용접 단면 사진으로 전면 용접부의 용입깊이는 18mm로서 도2 (나)의 이면 용접부 용입깊이 15mm와 중첩하면 3mm가 중첩되어 전면 용접부와 이면 용접부 사이의 용접결함이 없으며 전면용접부의 표면까지 용접금속이 채워져 1회로 전면 용접이 완료되었다. 도4 (바)는 부재두께는 35mm이고 개선각도 15⁰이며 전면 용접 조건 1200A-38V-25cpm에서 전면 용접부의 용입깊이는 23mm로서 도2 (다)의 이면 용접부 용입깊이 23mm와 중첩하면 11mm가 중첩되므로 용접결함이 없는 완전한 용접이 이루어진다.

상기 도4의 결과에 따르면 두께가 5~35mm이고 플라즈마 아크 절단을 이용하여 마련된 개선각도가 5~30⁰인 V자형의 개선형상을 가진 부재의 맞대기 이음에 있어서 서브머지드 아크 용접법을 이용하여 적절한 용접조건에서 전면 용접을 실시하면 용락이 발생하지 않으며 적절한 이면 용접조건을 선정하면 용접결함이 없이 쉽게 용접할 수 있다. 아울러 개선면 내에 절선와이어 형태나 로드와이어 형태의 용접충진재를 용접전에 살포하여 용착량을 높임으로서 용접효율의 향상도 가능하다.

도5는 본 발명에 따른 두께 30mm 부재의 용접 맞대기 이음에 대한 양면 용접방법으로 플라즈마 아크 절단을 통하여 V자형 개선형상을 마련하였으며 서브머지드 아크 용접와이어를 용접방향의 수직방향으로 좌우로 위빙하지 않았을 때와 위빙하였을 때 용접 단면 형상의 변화를 나타내었다. 도5(가)와 (나)를 살펴보면 개선 각도는 10⁰이며 용접와이어를 용접개선의 중심에서 2mm 벗어나게 하여 전면 용접 조건 1000A-36V-25cpm에서 전면 용접을 완료하였으며 용입깊이는 모두 16mm였다. 용접와이어를 좌우로 위빙하지 않은 도5(가)는 용접단면이 용접개선의 중심에서 벗어났음을 알 수 있으며 용접와이어를 분당 50회의 속도와 좌우의 폭 5mm로 위빙한 도5(나)는 도5(가)에 비해 용접부의 중심부와 하부의 폭이 넓어 생산 현장에서 용접와이어가 용접개선의 중심에서 벗어나더라도 용접결함의 위험이 감소함을 보여준다. 도5(다)와 (라)를 살펴보면 개선각도는 30⁰이며 용접와이어를 용접개선의 중심에서 3mm 벗어나게 하고 용접전 직경 1.0mm이고 길이 1.0mm인의 절선와이어를 개선면 내에 살포한 후 전면 용접 조건 1000A-36V-20cpm에서 전면 용접을 수행하였으며 개선 측벽이 용융된 용입깊이는 각각 6mm와 17mm였다. 용접와이어를 좌우로 위빙하지 않은 도5(다)는 용접단면이 용접개선의 중심에서 많이 벗어나 일측 부재는 용접이 되지 않는 결함이 발생하였다. 반면 용접와이어를 분당 40회의 속도와 좌우의 폭 10mm로 위빙한 도5(라)는 도5(다)에 비해 용접부의 중심부와 하부의 폭이 넓어 용접 결함이 없는 용접이 이루어져 용접와이어를 위빙하면 용접와이어가 중심에서 3mm 벗어나더라고 용접결함이 없었다.

도6은 본 발명에 따른 두께 30mm 부재의 용접 맞대기 이음에 대해 플라즈마 아크 절단을 통하여 V자형 개선형상을 마련하였으며 용접전극으로 사용되는 용접와이어를 직렬로 2개 사용하는 탄뎀 서브머지드 아크 용접방법에 의한 전면 용접 조건 및 용접단면 사진을 나타내었다. 도6(가)을 살펴보면 개선각도는 10⁰이며 전면 용접 조건에 있어서 전방 용접와이어는 900A-30V-50cpm이며 후방 용접와이어는 700A-36V-50cpm에서 전면 용접부의 용입깊이는 15mm로 충분한 용입 깊이를 보여주었다. 도6(나)을 살펴보면 개선각도는 15⁰이며 전면 용접 조건에 있어서 전방 용접와이어는 900A-30V-40cpm이며 후방 용접와이어는 750A-38V-40cpm에서 전면 용접부의 용입깊이는 18mm로 충분한 용입 깊이를 보여주었다.

따라서, 본 발명은 두께 20~35mm인 두 부재의 용접 맞대기 이음에 있어서 용접될 부재의 개선형상을 플라즈마 아크 절단을 통하여 개선각도 5~30⁰의 V자 형상으로 하며 서브머지드 아크 용접법을 이용하여 용접결함이 없고 용접효율의 저하가 없이 양면용접을 완료할 수 있다. 따라서 종래의 Y개선과 X개선 형상 제작을 위한 가스절단을 대신하여 플라즈마 아크 절단을 수행하여 절단 속도를 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예로서 용접 맞대기 이음의 일면 용접방법에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 기술적 범위 내에 포함된다 할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 맞대기 용접이음의 개선 형상 및 용접 모식도

도 2는 종래 기술에 따른 맞대기 용접이음의 용접 단면 및 용접조건을 도시한 도면

도3은 본 발명에 따른 맞대기 용접이음의 용접 모식도

도4는 본 발명에 따른 맞대기 용접이음의 전면 용접 조건 및 용접부 단면 사진

도5는 본 발명에 따른 부재 두께 30mm인 맞대기 용접이음의 용접와이어 위빙 유무에 따른 전면 용접조건 및 용접부 단면 사진

도6은 본 발명에 따른 부재 두께 30mm인 맞대기 용접이음의 탄뎀 서브머지드아크 용접방법에 의한 전면 용접조건 및 용접부 단면사진

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1 : 용접 부재 2 : 전면용접

3 : 이면용접 4 : 루트면

11 : V-개선 용접부재 12 : V-개선 전면용접

13 : V-개선 이면 용접

Claims (5)

1. 두께 20~35mm인 두 부재의 용접 맞대기 이음에 있어서,

   용접될 부재의 개선형상을 플라즈마 아크 절단에 의하여 V자 형상으로 형성하고 서브머지드 아크 용접에 의하여 용접함으로써, 절단 속도를 향상시킬 수 있도록 함과 동시에 용접결함이나 용접효율의 저하가 없이 양면용접을 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 V 개선형상의 용접 맞대기 이음의 양면 용접방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 플라즈마 아크 절단에 의하여 형성되는 V자 형상의 개선각도는 5~30⁰의 각으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 V 개선형상의 용접 맞대기 이음의 양면 용접방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   서브머지드 아크 용접와이어를 용접방향의 수직방향에 대하여 폭 5~10mm로 위빙하여 용접결함의 발생 위험을 감소시키는 것을 특징으로 하는 V 개선형상의 용 접 맞대기 이음의 양면 용접방법.
4. 청구항 1에 있어서,

   두 부재의 맞대기이음의 개선면내에 용접충진재를 살포하여 용착량을 높여 용접효율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 V 개선형상의 용접 맞대기 이음의 양면 용접방법.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 서브머지드 용접은 용접전극으로 사용되는 용접와이어를 1개 - 2개 사용하는 것을 특징으로 하는 V 개선형상의 용접 맞대기 이음의 양면 용접방법.

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