KR20130014799A - Welding apparatus with shield box - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A welding machine with a shield box is provided to control the impurities of a welded joint and a base material at an identical level, thereby saving manufacturing costs by improving weldability and weld quality regardless of welding methods. CONSTITUTION: A welding machine with a shield box comprises a welding tool and a shield box(30). The welding tool includes a gas nozzle(22). The shield box is connected to the rear of the welding tool in the direction of welding. The shield box is equipped at the upper side of the base material, and prevents the impurities of a welded joint(11) from being mixed. The welding tool is a welding torch part(20). The shield box has a length of 60 to 100mm, width of 20 to 40mm, and a height of 10 to 30mm. The flow rate of a shield gas supplied to the welding torch part is 15 to 20 L/min, the flow rate of the shield gas supplied to the rear of the welding torch part is 15 to 20 L/min, and the flow rate of the shield gas supplied to the rear side of a welding bead is 5 to 10 L/min. The welding tool is a laser head part. The shield box has a length of 100 to 150mm, width of 15 to 30mm, and a height of 10 to 30mm. The flow rate of the shield gas supplied to the laser head part is 15 to 20 L/min, the flow rate of the shield gas supplied to the rear of the laser head part is 100 to 200 L/min, and the flow rate of the shield gas supplied to the rear side of the welding bead is 5 to 10 L/min.

Description

실드박스를 구비한 용접장치{WELDING APPARATUS WITH SHIELD BOX}Welding device with shield box {WELDING APPARATUS WITH SHIELD BOX}

본 발명은 용접장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용접이음부에 유입되기 쉬운 질소(N), 산소(O)등의 불순물의 혼입을 방지할 수 있는 실드박스를 포함한 용접장치에 관한 것이다.The present invention relates to a welding apparatus, and more particularly, to a welding apparatus including a shield box that can prevent the incorporation of impurities such as nitrogen (N), oxygen (O), etc., which are easily introduced into the welding joint.

최근 자동차 산업은 배기가스 규제가 강화되고 차체 경량화에 의한 연비향상이 크게 요구되고 있다. 또한, 자동차 제조사는 배기계 부품에 기존의 주물 또는 알루미늄 도금강판을 대신하여 내식성, 내열성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 사용하고 있다.
Recently, the automobile industry has been required to improve fuel efficiency by tightening exhaust gas regulations and reducing vehicle weight. In addition, automobile manufacturers are using ferritic stainless steel having excellent corrosion resistance and heat resistance in place of the existing casting or aluminum plated steel sheet for exhaust system parts.

배기계 부품인 컨버터는 자동차 엔진의 연소과정에서 발생하는 배기가스내의 유해성분을 촉매장치를 이용하여 정화시키는 것으로서 기존에는 상하 판재를 프레스 성형후, 촉매를 장입하고, 용접에 의해 제조되고 있다. 최근 용접시공 공수를 저감하기 위한 방안으로 용접강관에 촉매를 장입하고, 스피닝 가공하는 방안이 제안되고 있다. 스피닝 가공은 형상에 맞게 설정된 회전롤러에 용접강관을 밀어 넣어면서 가공하는 회전 소성가공 방법이다.
The converter, which is an exhaust system component, is used for purifying harmful components in exhaust gas generated during combustion of an automobile engine by using a catalyst device. In the past, upper and lower plate materials are press-molded, and catalyst is charged and manufactured by welding. Recently, a method of charging a catalyst into a welded steel pipe and spinning a method for reducing the number of welding works has been proposed. Spinning is a rotary plastic processing method for processing while pushing a welded steel pipe into a rotating roller set according to the shape.

스피닝 가공용 페라이트계 스테인리스 용접강관은 소정의 크기로 절단한 판재를 롤벤딩으로 성형하고 TIG용접, 플라즈마용접, 레이저용접 등을 이용하여 조관한다. 레이저용접강관은 TIG용접, 플라즈마용접에 비해 초기 투자비는 비싸지만 고효율의 레이저빔을 이용함에 따라 용접이음부가 좁아 품질특성이 우수하고 고속 생산이 가능하여 생산성 향상에 크게 기대할 수 있다. 가스실드 아크용접인 TIG용접, 플라즈마용접은 레이저용접에 비하여 초기 설치비가 싸고 비교적 간단히 작업이 이루는 장점이 있다.
The ferritic stainless steel welded steel pipe for spinning processing is formed by roll bending a sheet material cut to a predetermined size and is made by TIG welding, plasma welding, laser welding, or the like. Although the initial investment cost is higher than TIG welding and plasma welding, the laser welded steel tube uses a high-efficiency laser beam, so the welded joint is narrow, so the quality characteristics are excellent and high-speed production can be expected. TIG welding and plasma welding, which are gas shielded arc welding, have the advantages of low initial installation cost and relatively simple operation compared to laser welding.

한편, 용접강관은 스피닝 가공을 위해 강관 양쪽 끝단부에 부착되어 있는 탭(TAB)을 제거할 필요가 있다. 이때 절단 가공시에 용접이음부에서 균열이 발생한다. 또한 스피닝 가공중에도 용접이음부에 균열이 발생하여 모재의 가공성이 우수함에도 불구하고 용접이음부의 가공성 확보 곤란으로 부품 적용 확대가 미흡한 실정이다. 이러한 현상은 가공온도가 낮은 동절기 또는 가공속도가 빠른 조건에서 성형하면 용접이음부에서 취성적인 균열이 현저하게 발생한다.
Meanwhile, the welded steel pipe needs to remove the tabs TAB attached to both ends of the steel pipe for spinning. At this time, cracks are generated at the welded joint during cutting. In addition, despite the excellent workability of the base material due to cracks in the welded joint during the spinning process, the expansion of application of parts is insufficient due to difficulty in securing the workability of the welded joint. This phenomenon is noticeable when brittle cracking occurs at the welded joint when forming at low processing temperatures in winter or at high processing speeds.

상술한 바와 같이 환경규제 강화로 인하여 배기가스의 온도가 증가함에 따라서 사용강재의 고온특성을 확보하기 위한 목적으로 중·고 Cr의 페라이트계 스테인리스강의 채용이 일반적이지만, 합금량이 증가함에 따라서 강관에서의 용접이음부 가공성이 더욱 저하되는 것이 문제점으로 지적되고 있다.
As described above, the use of ferritic stainless steel of medium and high Cr is generally adopted to secure high temperature characteristics of the steel used as the temperature of the exhaust gas increases due to strengthening environmental regulations. It is pointed out as a problem that the weld joint workability further falls.

상술한 중·고 Cr 페라이트계 스테인리스강관의 가공성을 확보하기 위하여 여러 기술들이 제안되어 왔으며, 이러한 공지기술로는 하기 설명한다.
Various techniques have been proposed to secure the processability of the above-described medium and high Cr ferritic stainless steel pipes, which will be described below.

일본공개공보 1997-125209호는 Nb 등을 함유한 내열성 페라이트 스테인리스강을 전기저항용접(ERW)으로 조관용접 후, 850~1000℃의 고온에서 후열처리를 실시하고 1℃/sec 이상으로 급냉하는 방법을 개시하고 있고, 일본공개공보 2006-193770호는 Ti, Nb를 1종 또는 2종을 질량%로서 각각 0.1~0.5% 함유하는 페라이트 단상의 스테인리스 용접강관에 있어서, 용접이음부의 비커스경도 HVW와 모재부의 비커스경도 HVM와의 경도차 △HV (=HVW-HVM)가 10~40범위에서 용접이음부의 비드폭 TW와 모재 두께 TM과의 비 RT (=TW/TM)가 1.05~1.3으로 하고, 성형, 용접후 (ERW, GTAW)에 길이방향으로 0.5~2.0%의 변형량으로 교정을 실시하고, 700~850℃ 온도범위에서 후열처리 하는 방법이 개시되어 있으나, 용접강관의 가공경화를 저감시킬 목적으로 조관용접 후 소둔열처리를 적용하는 것은 용접강관의 가공성 향상에는 효과가 있지만, 소둔열처리 적용에 따른 비용상승과 표면산화 등의 문제점이 있다.
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 1997-125209 discloses a method of welding a heat-resistant ferritic stainless steel containing Nb and the like by electric resistance welding (ERW), followed by post-heat treatment at a high temperature of 850 to 1000 ° C. and rapidly cooling to 1 ° C./sec or more. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2006-193770 discloses a Vickers hardness HV W of a welded joint in a ferritic single-phase stainless steel welded steel pipe containing 0.1 to 0.5% of Ti or Nb as one or two kinds by mass. Hardness difference △ HV (= HV W -HV M ) between Vickers hardness HV M and the base metal part ratio between bead width T W and base material thickness T M of the welded joint in the range 10 to 40 RT (= T W / T M Is 1.05 to 1.3, and after forming and welding (ERW, GTAW), calibration is performed with a deformation amount of 0.5 to 2.0% in the longitudinal direction, and a post-heat treatment method in a temperature range of 700 to 850 ° C is disclosed. In order to reduce the work hardening of steel pipes, it is important to apply annealing heat treatment after welding the pipe. Improved workability of the steel pipe has the effect, but, there are problems such as cost increase and the surface oxidation according to the annealing heat treatment applied.

더불어, 일본공개공보 1993-277769호는 페라이트계 스테인리스강의 레이저 조관용접 전에 250℃이상으로 예열하고, 내면 비드의 돌출높이를 0.15mm이상으로 용접한 후, 용접이음부를 판두께 방향으로 압하하여 가공성을 향상하는 방법을 개시하고 있으나, 예열처리기의 설치와 레이저용접은 저입열 용접법으로서 내면비드 돌출높이를 0.15mm이상 안정적으로 확보하기 곤란하다.
In addition, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 1993-277769 preheats above 250 ° C prior to laser welding of ferritic stainless steel, welds the protruding height of the inner bead to 0.15mm or more, and then reduces the welded joint in the plate thickness direction to improve workability. However, the method of improving the temperature of the preheat processor and laser welding is a low heat input welding method, it is difficult to stably secure the inner bead protrusion height of 0.15 mm or more.

또한, 일본공개공보 1999-256286호는 내열성 페라이트계 스테인리스강을 ERW 강관에 대하여 후열처리를 생략할 목적으로, C:0.02%이하, Si: 0.7~1.0%, Mn: 1.0~1.5%, Cr: 13.5~15.5, N: 0.02%이하, Nb: 0.3~0.6%, Cu: 0.02~0.24%, Al: 0~0.03%함유하고, 1.45≥Nb+Si, 1.35≤Nb+1.2Si의 관계를 만족하는 가공용 무소둔 용접강관을 개시하고 있으나, 벤딩부 확관과 같은 심가공 용도에는 충분한 가공성 확보가 어렵다..
In addition, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 1999-256286 discloses a heat-resistant ferritic stainless steel for the purpose of omitting the post-heat treatment of ERW steel pipes, C: 0.02% or less, Si: 0.7-1.0%, Mn: 1.0-1.5%, Cr: 13.5 to 15.5, N: 0.02% or less, Nb: 0.3 to 0.6%, Cu: 0.02 to 0.24%, Al: 0 to 0.03%, and satisfy the relationship of 1.45≥Nb + Si and 1.35≤Nb + 1.2Si Although an annealed welded steel pipe for processing is disclosed, it is difficult to secure sufficient workability for deep processing applications such as bending part expansion pipes.

그리고, 일본공개공보 1995-266072호는 스테인리스강 레이저용접이음부의 질소흡수를 방지하여 가공성을 개선할 목적으로, 레이저 조관용접시에, 용접선 근방의 분위기 질소농도를 스테인리스강의 Cr농도 [%Cr], 용융금속의 온도 T (℃) 및 용접금속의 허용 질소량 [%N]WM에 의해서 결정되는 [%N]at, log ([%N]at) ≤ 2log([%N]WM) - 2*(518/T + 1.068) - 2*(0.046[%Cr]-0.00028[%Cr]2)으로 제어하는 방법을 개시하고 있으나, 실제 조관공정에 각각 공정변수를 실시간 제어하는 것은 곤란하다.In addition, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 1995-266072 discloses an atmosphere nitrogen concentration near a weld line in order to prevent nitrogen absorption of a stainless steel laser welded joint and improve workability. , the temperature T of the molten metal (℃) and [% N] at, log ( [% N] at) ≤ 2log determined by the allowable nitrogen content [% N] WM of the weld metal ([% N] WM) - 2 * (518 / T + 1.068) -2 * (0.046 [% Cr] -0.00028 [% Cr] 2 ), but it is difficult to control the process variables in real time in the actual piping process.

본 발명은 용접장치에 관한 것으로서, 용접이음부에 포함되는 불순물의 혼입을 방지하고자 용접이음부의 상측에 실드박스가 구비된 용접장치를 제공하고자 하는 것이다. The present invention relates to a welding device, to provide a welding device provided with a shield box on the upper side of the welding joint to prevent the mixing of impurities contained in the welding joint.

본 발명의 일측면은 가스노즐이 구비된 용접수단; 및 상기 용접수단의 용접진행방향 후방에 연결되고, 모재의 상측에 구비되어 용접시 용접이음부의 불순물 혼입을 방지하는 실드박스를 포함하는 용접장치를 제공한다.
One side of the present invention is a welding means provided with a gas nozzle; And it is connected to the welding progress direction of the welding means, and provided on the upper side of the base material provides a welding device including a shield box for preventing the mixing of impurities in the welded joint during welding.

상기 용접수단은 용접토치부이고, 상기 실드박스는 길이: 60~100㎜, 폭: 20~40㎜ 및 높이: 10~30㎜인 것이 바람직하다.The welding means is a welding torch portion, the shield box is preferably length: 60 ~ 100mm, width: 20 ~ 40mm and height: 10 ~ 30mm.

상기 용접토치부에 공급되는 실드가스의 유량은 15~20L/min이고, 상기 용접토치부 후방에 공급되는 실드가스의 유량은 15~20L/min이며, 용접비드 이면에 공급되는 가스유량은 5~10L/min인 것이 바람직하다.
The flow rate of the shield gas supplied to the welding torch unit is 15-20 L / min, the flow rate of the shield gas supplied to the rear of the welding torch unit is 15-20 L / min, and the gas flow rate supplied to the back side of the welding bead is 5 ~. It is preferable that it is 10 L / min.

또한, 상기 용접수단은 레이저헤드부이고, 상기 실드박스는 길이: 100~150㎜, 폭: 15~30㎜ 및 높이: 10~30㎜인 것이 바람직하다. In addition, the welding means is a laser head portion, the shield box is preferably length: 100 ~ 150mm, width: 15 ~ 30mm and height: 10 ~ 30mm.

상기 레이저 헤드부에 공급되는 실드가스의 유량은 15~20L/min이고, 상기 레이저 헤드부 후방에 공급되는 실드가스의 유량은 100~200L/min이며, 용접비드 이면에 공급되는 가스유량은 5~10L/min인 것이 바람직하다.The flow rate of the shield gas supplied to the laser head part is 15-20 L / min, the flow rate of the shield gas supplied to the rear of the laser head part is 100-200 L / min, and the gas flow rate supplied to the back side of the welding bead is 5 ~. It is preferable that it is 10 L / min.

상기 레이저 헤드부에서 제공되는 용접입열량은 1.5~6kW·min/m인 것이 바람직하다.
The welding heat input amount provided from the laser head portion is preferably 1.5 to 6 kW · min / m.

상기 실드박스는 가스노즐이 구비되는 것이 바람직하다.The shield box is preferably provided with a gas nozzle.

상기 실드박스는 내열부를 포함하며, 상기 내열부를 사이에 두고 용접되는 모재와 이격되어 구비되는 것이 바람직하다.The shield box may include a heat resistant part, and may be spaced apart from the base material to be welded with the heat resistant part interposed therebetween.

상기 내열부의 강도는 상기 모재보다 낮은 것이 바람직하다.It is preferable that the intensity | strength of the said heat resistant part is lower than the said base material.

본 발명의 일측면에 의하면, 용접이음부와 모재의 불순물을 동일한 수준으로 제어할 수 있어서, 용접법에 관계없이 용접시공성 및 용접품질을 향상시킴으로써, 저원가의 용접강관을 제공할 수 있다.According to one aspect of the present invention, it is possible to control the impurity of the weld joint and the base material at the same level, thereby improving the weldability and welding quality irrespective of the welding method, it is possible to provide a low-cost welded steel pipe.

도 1은 본 발명의 일실시예인 가스실드 아크 용접장치의 개략도임,
도 2는 본 발명의 일실시예인 가스실드 아크 용접장치의 개략도로서, 일부를 단면으로 나타낸 것임,
도 3은 도 1의 단면도임,
도 4는 본 발명의 일실시예인 레이저 용접장치의 개략도임,
도 5는 본 발명의 일실시예인 레이저 용접장치의 개략도로서, 일부를 단면으로 나타낸 것임,
도 6은 도 4의 단면도임.
1 is a schematic view of a gas shielded arc welding apparatus according to one embodiment of the present invention;
Figure 2 is a schematic diagram of a gas shielded arc welding apparatus according to an embodiment of the present invention, a part of which is shown in cross section,
3 is a cross-sectional view of FIG.
4 is a schematic diagram of a laser welding device according to one embodiment of the present invention;
5 is a schematic view of a laser welding device according to an embodiment of the present invention, a part of which is shown in cross section;
6 is a cross-sectional view of FIG. 4.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명자들은 스테인리스 강의 용접시 발생되는 용접이음부의 불순물을 제거하기 위하여 노력하였다. 레이저용접인 경우 통상의 아크용접 대비 고밀도열원을 사용함에 따라 용융금속의 온도가 상승하여, 대기로부터 N, O의 혼입이 증가하고, 아크용접인 경우 레이저용접 대비 용접입열량이 커 용융부가 증가하고 대기로부터 N, O의 혼입이 증가하는 문제점을 파악하고, 본 발명에 의한 용접장치에 의하여 이를 해결할 수 있음을 인지하고 본 발명에 이르게 되었다.
The present inventors have endeavored to remove impurities in the weld seam generated when welding stainless steel. In the case of laser welding, the temperature of molten metal increases with the use of a high density heat source compared to the normal arc welding, and the mixing of N and O increases from the atmosphere. The problem of increasing the mixing of N and O from the atmosphere is recognized, and the present invention has been realized by recognizing that this can be solved by the welding apparatus according to the present invention.

먼저, 본 발명의 일측면인 용접장치에 대하여 도면을 참조로 상세히 설명한다.
First, a welding apparatus which is an aspect of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도1 내지 3에 도시된 바와 같이, 용접토치부(20)에 구비된 전극봉(21)에서 아크가 발생되며, 상기 아크를 이용하여 모재(10)를 용접하여 조관한다. 이 때, 생성된 용접이음부(11) 상측에 실드박스(30)를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 실드박스(30)는 용접진행 방향과 반대방향에 위치되고, 용접토치부(20)와 연결되어 있는 것이 바람직하다.
As shown in Figures 1 to 3, an arc is generated in the electrode rod 21 provided in the welding torch unit 20, by welding the base material 10 by using the arc. At this time, it is preferable that the shield box 30 is provided above the generated weld joint 11. The shield box 30 is preferably located in the direction opposite to the welding progress direction, and is connected to the welding torch unit 20.

또한, 상기 용접토치부(20)에는 가스노즐(22)이 포함되어 있으며, 상기 가스노즐(22)을 통하여 실드가스를 투입할 수 있다. 상기 실드가스는 아크의 안정성을 향상시킬 수 있고, 전극의 산화를 방지할 수 있다. 그 유량이 15L/min 미만인 경우 아크가 불안정하여 사형비드가 발생할 수 있다. 반면에, 20L/min를 초과하는 경우 아크가 냉각되어 용입특성이 저하되고 비드처짐현상이 발생될 수 있다. 더불어, 과다 사용에 따른 비용도 증가하는 문제점도 발생할 수 있다. 따라서, 실드가스의 유량은 15~20L/min으로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 실드가스로서 불활성가스인 아르곤, 헬륨 등의 가스를 적용할 수 있지만, 비용등을 고려하여 아르곤을 이용하는 것이 바람직하다.
In addition, the welding torch unit 20 includes a gas nozzle 22, and shield gas may be introduced through the gas nozzle 22. The shield gas can improve the stability of the arc and can prevent oxidation of the electrode. If the flow rate is less than 15 L / min, the arc may be unstable and sand bead may occur. On the other hand, if it exceeds 20L / min, the arc is cooled, the penetration characteristics are lowered and bead drooping may occur. In addition, there may be a problem that increases the cost of overuse. Therefore, the flow rate of the shield gas is preferably limited to 15 to 20 L / min. In addition, although inert gas, such as argon and helium, can be used as said shield gas, it is preferable to use argon in consideration of cost.

그리고, 상기 실드박스(30)에는 가스노즐(40)이 구비되는 것이 바람직하다. 상기 가스노즐을 통하여 공급되는 실드가스는 용접이음부(11)에 불순물이 침투하는 것을 방지할 수 있으며, 상기 실드박스(30)에 의하여, 실드가스가 쉽게 분산되는 것을 억제할 수 있다. 그 유량이 15L/min 미만인 경우에는 용접이음부의 일부가 산화되어 불순물(N+O)의 함량이 본 발명이 목적하고자 하는 기준치를 초과하게 된다, 반면에, 20L/min를 초과하는 경우에는 전극봉 중심으로 아크의 떨림현상이 나타나고, 가스량 압력에 기인하여 표면 용접비드 전체가 처지는 언더필 현상이 발생할 수 있다.
In addition, the shield box 30 is preferably provided with a gas nozzle 40. The shield gas supplied through the gas nozzle can prevent impurities from penetrating into the weld joint 11, and the shield box 30 can prevent the shield gas from being easily dispersed. If the flow rate is less than 15 L / min, part of the welded joint is oxidized so that the content of impurities (N + O) exceeds the standard value desired by the present invention. On the other hand, if the flow rate exceeds 20 L / min, the electrode Arc shaking may occur in the center, and underfill phenomenon may occur in which the entire surface weld bead sags due to the gas pressure.

용접강관 내면비드의 실딩가스 유량은 5~10L/min로 관리하는 것이 바람직하다. 5L/min미만으로 적용하면 실딩불량으로 비드표면이 산화되어 불순물(N, O)의 함량이 증가하게 된다. 반면에, 10L/min를 초과하면 가스압에 의해 용접비드가 강재 두께방향으로 함몰되는 현상이 발생하는 문제점이 있다.
The shielding gas flow rate of the weld bead inner surface bead is preferably controlled to 5 ~ 10L / min. When applied at less than 5L / min, the surface of the beads is oxidized due to poor shielding, thereby increasing the content of impurities (N, O). On the other hand, if it exceeds 10L / min, there is a problem that the weld bead in the steel thickness direction caused by the gas pressure occurs.

더불어, 상기 실드박스(30)는 길이(용접진행방향과 수평)가 60~100mm, 폭(용접진행방향과 수직)이 20~40mm, 높이가 10~30mm으로 한정하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 용접이음부의 냉각속도는 약100~200℃/초이며, 평균적으로 150℃/초를 기준으로 하고, 용접이음부의 온도를 1600℃라고 가정한다면, 양호한 표면품질을 얻을 수 있는 온도인 400℃까지의 냉각시간은 약 8초 정도가 소요된다. 용접속도가 최대 0.32m/min인 경우, 약 5mm/초로 이동하며, 따라서, 400℃까지 실딩을 위해서는 40mm의 실드박스(30) 길이가 필요하게 된다. 용접속도 및 용접입열량 변동을 고려해서 상기 실드박스 길이의 하한을 60mm로 한정하는 것이 바람직하며, 100mm를 초과하는 경우에는 실드가스를 상당량 투입하여도 그 효과가 미비하게 된다. 상기 실드박스(30)의 폭 및 높이 또한 길이 한정이유와 동일한 이유로 인해 상기 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 다만, 용접속도, 용접이음부의 온도 등을 고려하여 실드박스(30)의 길이, 폭 및 높이는 상술한 바와 같은 계산에 의하여 그 범위를 재설정할 수 있다.
In addition, the shield box 30 preferably has a length (horizontal welding direction and horizontal) of 60 to 100 mm, a width (vertical welding direction) of 20 to 40 mm, and a height of 10 to 30 mm. In general, the cooling rate of the welded joint is about 100 ~ 200 ℃ / sec, on the basis of 150 ℃ / second on average, assuming that the temperature of the weld joint is 1600 ℃, the temperature to obtain a good surface quality The cooling time up to 400 ° C. takes about 8 seconds. When the welding speed is 0.32m / min at the maximum, it moves to about 5mm / sec, therefore, the shield box 30 of 40mm length is required for shielding up to 400 ℃. In consideration of welding speed and welding heat input variation, the lower limit of the shield box length is preferably limited to 60 mm, and in the case of exceeding 100 mm, even if a large amount of shield gas is added, the effect is insufficient. It is preferable to limit the width and height of the shield box 30 to the above range for the same reason as the length limitation reason. However, the length, width, and height of the shield box 30 may be reset by the calculation as described above in consideration of the welding speed, the temperature of the welding joint, and the like.

또한, 실드박스(30)는 모재(10)와 접촉되지 않도록 소정의 거리를 두고 이격되어 용접이음부(11)의 상측에 위치하는 것이 바람직하다. 상기 실드박스(30)의 아래 부분에는 내열부(31)가 구비되는 것이 바람직하며, 상기 내열부(31)는 모재(10)와 접촉될 수 있으며, 이 때, 상기 모재(10)에 흠이 발생되거나 긁히는 현상이 일어나지 않도록 상기 내열부(31)는 모재와 대비하여 강도가 낮은 것을 적용하는 것이 바람직하다. 상기 내열부(31)는 실드박스 하부에 위치하는 것으로서 그 크기, 넓이 등은 한정되지 않으며, 모재와 접촉될 수 있는 부분의 특성에만 그 효과가 있다.
In addition, the shield box 30 is preferably spaced apart from the predetermined distance so as not to contact the base material 10 is located on the upper side of the welded joint (11). The lower portion of the shield box 30 is preferably provided with a heat-resistant portion 31, the heat-resistant portion 31 may be in contact with the base material 10, at this time, the base material 10 is scratched It is preferable that the heat-resistant portion 31 has a low strength as compared with the base material so that the phenomenon of being generated or scratched does not occur. The heat-resistant portion 31 is located in the lower portion of the shield box is not limited in size, width, etc., it is effective only in the characteristics of the portion that can be in contact with the base material.

그리고, 본 발명의 다른 일측면인 용접장치에 대하여 도면을 참조로 상세히 설명한다.
And, a welding device which is another aspect of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도4 내지 6에 도시된 바와 같이, 레이저헤드부(50)에 구비된 레이저발생부(51)에서 레이저가 발생되며, 상기 레이저를 이용하여 모재(10)를 용접하여 조관한다. 이 때, 생성된 용접이음부(11) 상측에 실드박스(30)를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 실드박스(30)는 용접진행 방향과 반대방향에 위치되고, 레이저헤드부(50)와 연결되어 있는 것이 바람직하다.
As shown in Figures 4 to 6, the laser is generated in the laser generating unit 51 provided in the laser head portion 50, by welding the base material 10 by using the laser. At this time, it is preferable that the shield box 30 is provided above the generated weld joint 11. The shield box 30 is preferably located in the direction opposite to the welding progress direction, and is connected to the laser head portion 50.

이 때, 용접입열량은 1.5~6kW·min/m으로 관리하는 것이 바람직하다. 용접입열량이 감소할수록 외부로부터 불순물 혼입량이 감소되어 실딩성이 개선되지만 1.5kW·min미만으로 적용되는 경우 입열량 부족으로 관통비드 확보가 곤란한 문제점이 있다. 또한 입열량이 6kW·min 초과로 과다하게 적용되는 경우 실딩성이 불량하며 또한 용접 중에 홀이 발생하여 건전한 용접이음부를 확보할 수 없다.
At this time, it is preferable that the welding heat input amount is controlled to 1.5 to 6 kW · min / m. As the amount of heat input of the welding decreases, the amount of impurity mixed from the outside decreases, thereby improving the shielding property. However, when less than 1.5 kW · min is applied, it is difficult to secure the penetration bead due to insufficient heat input. In addition, when the heat input is excessively applied in excess of 6kW · min, the shielding property is poor, and a hole is generated during welding, and thus, a healthy welded joint cannot be secured.

또한, 상기 레이저헤드부(50)에는 가스노즐(52)이 포함되어 있으며, 상기 가스노즐(52)을 통하여 실드가스를 투입할 수 있다. 상기 실드가스는 레이저빔의 안정성을 향상시킬 수 있고, 광학계의 산화를 방지할 수 있다. 그 유량이 15L/min 미만인 경우 실딩불량으로 빔출력이 저하되고, 광학계가 산화되어 시공성이 저하될 수 있다. 반면에, 20L/min를 초과하는 경우 용융부가 냉각되어 용입특성이 저하되고 비드처짐현상이 발생될 수 있다. 더불어, 과다 사용에 따른 비용도 증가하는 문제점도 발생할 수 있다. 따라서, 실드가스의 유량은 15~20L/min으로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 실드가스로서 불활성가스인 아르곤, 헬륨 등의 가스를 적용할 수 있지만, 비용등을 고려하여 헬륨을 이용하는 것이 바람직하다.
In addition, the laser head part 50 includes a gas nozzle 52, and shield gas may be introduced through the gas nozzle 52. The shield gas can improve the stability of the laser beam, and can prevent oxidation of the optical system. When the flow rate is less than 15 L / min, beam output may be reduced due to poor shielding, and the optical system may be oxidized to reduce workability. On the other hand, if it exceeds 20L / min, the melted portion is cooled, the penetration characteristics are lowered and bead drooping may occur. In addition, there may be a problem that increases the cost of overuse. Therefore, the flow rate of the shield gas is preferably limited to 15 to 20 L / min. In addition, although the inert gas, such as argon and helium, can be used as said shield gas, it is preferable to use helium in consideration of cost.

그리고, 상기 실드박스(30)에는 가스노즐(40)이 구비되는 것이 바람직하다. 상기 가스노즐을 통하여 공급되는 실드가스는 용접이음부(11)에 불순물이 침투하는 것을 방지할 수 있으며, 상기 실드박스(30)에 의하여, 실드가스가 쉽게 분산되는 것을 억제할 수 있다. 그 유량이 100L/min 미만인 경우에는 용접이음부의 일부가 산화되어 불순물(N+O)의 함량이 본 발명이 목적하고자 하는 기준치를 초과하게 된다, 반면에, 200L/min를 초과하는 경우에는 전극봉 중심으로 아크의 떨림현상이 나타나고, 가스량 압력에 기인하여 표면 용접비드 전체가 처지는 언더필 현상이 발생할 수 있다. 이 때 사용되는 실드가스는 아르곤을 사용하는 것이 바람직하다.
In addition, the shield box 30 is preferably provided with a gas nozzle 40. The shield gas supplied through the gas nozzle can prevent impurities from penetrating into the weld joint 11, and the shield box 30 can prevent the shield gas from being easily dispersed. If the flow rate is less than 100 L / min, a part of the welded joint is oxidized so that the content of impurities (N + O) exceeds the standard value desired by the present invention. On the other hand, if the flow rate exceeds 200 L / min, the electrode Arc shaking may occur in the center, and underfill phenomenon may occur in which the entire surface weld bead sags due to the gas pressure. As the shielding gas used at this time, argon is preferably used.

상술한 바와 같이, 가스실드 아크용접장치와 동일한 이유로 용접강관 내면비드의 실딩유량은 5~10L/min로 관리하는 것이 바람직하다.
As described above, the shielding flow rate of the inner surface bead of the welded steel pipe is preferably controlled at 5 to 10 L / min for the same reason as the gas shield arc welding apparatus.

더불어, 상기 실드박스(30)는 길이(용접진행방향과 수평)가 100~150mm, 폭(용접진행방향과 수직)이 15~30mm, 높이가 10~30mm으로 한정하는 것이 바람직하다. 최대속도 10m/min에 대응하기 위해서는 레이저헤드부가 이동한 후 고온에 노출된 용접이음부를 충분히 실딩하기 위해서는 최소길이가 100mm이상이 필요하다. 150mm를 초과하게 되면 가스공급량이 과다하게 소요되어 비용이 증가하는 문제가 있다. 상기 실드박스(30)의 폭 및 높이 또한 길이 한정이유와 동일한 이유로 인해 상기 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 다만, 용접속도, 용접이음부의 온도 등을 고려하여 실드박스(30)의 길이, 폭 및 높이는 상술한 바와 같은 계산에 의하여 그 범위를 재설정할 수 있다.
In addition, the shield box 30 is preferably limited to the length (horizontal welding direction and horizontal) of 100 ~ 150mm, the width (vertical of the welding progress direction) of 15 ~ 30mm, the height of 10 ~ 30mm. In order to cope with the maximum speed of 10m / min, the minimum length is more than 100mm to sufficiently shield the welded joint exposed to high temperature after moving the laser head. If it exceeds 150mm, there is a problem in that the gas supply amount is excessively consumed and the cost is increased. It is preferable to limit the width and height of the shield box 30 to the above range for the same reason as the length limitation reason. However, the length, width, and height of the shield box 30 may be reset by the calculation as described above in consideration of the welding speed, the temperature of the welding joint, and the like.

또한, 실드박스(30)는 모재(10)와의 거리 및 내열부(31)에 관한 특징은 상술한 가스실드 아크용접장치와 동일하다.
In addition, the shield box 30 has the same characteristics as the above-described gas shielded arc welding apparatus with respect to the distance from the base material 10 and the heat-resistant portion 31.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것으로, 이에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The following examples are provided for the understanding of the present invention, and the present invention is not limited thereto.

(실시예1)(Example 1)

하기 표 1의 성분을 갖는 페라이트계 스테인리스강을 열간압연, 냉간압연 및 소둔산세공정을 통해 두께 1.5mm의 강판으로 제조하였다. 상기 강판을 모재로 사용하여 롤벤딩 방식의 TIG용접 조관법에 의하여, 외경 115.7mm, 두께 1.5mm, 길이 600mm인 용접강관을 제조하였다.
The ferritic stainless steels having the components shown in Table 1 were manufactured into steel sheets having a thickness of 1.5 mm through hot rolling, cold rolling, and annealing. Using the steel sheet as a base material, a weld steel pipe having an outer diameter of 115.7 mm, a thickness of 1.5 mm, and a length of 600 mm was manufactured by a roll bending method of a TIG welding tube method.

용접시 용접속도는 0.32m/min였고, 용접시에는 순 아르곤 가스를 사용하였으며, 용접전류, 가스량을 변경하면서 용접하였다. 용접성 평가는 외관비드와 단면조직 검사 및 충격시험 등을 이용하여 각각 평가하였다. 용접이음부의 DBTT특성은 시험온도는 -100~100℃의 범위에서 1/4Sub-size (1.5㎜t×10㎜w×55㎜l) 시험편에 대하여 Charpy 충격시험을 적용하여 조사하였다. 본 발명에서는 상한 충격에너지의 1/2값에 해당하는 시험온도를 DBTT로 설정하였다.
The welding speed was 0.32 m / min, the pure argon gas was used for welding, and the welding current and gas amount were changed. Weldability was evaluated by using external bead, cross-sectional texture test and impact test. The DBTT characteristics of welded joints were investigated by applying the Charpy impact test on 1/4 Sub-size (1.5mm t × 10mm w × 55mm l ) test specimens in the test temperature range of -100 ~ 100 ℃. In the present invention, the test temperature corresponding to 1/2 of the upper limit impact energy was set to DBTT.

하기 표2는 적정 용접전류 범위 중의 하한 및 상한치에 대하여 각각 실딩방법을 변경한 경우의 용접특성을 평가한 결과를 나타내었다. 이때, A의 경우는 토치부의 실딩처리 만을, B의 경우는 토치부의 실딩과 용접강관 이면비드 실딩처리를, C는 토치부의 실딩과 용접강관 이면비드 실딩 및 토치 후방실드까지 처리한 것이다. 실드가스 유량은 토치부 실드 유량은 15L/min, 토치 후방실드 유량은 20L/min, 이면비드 실드유량은 5L/min로 각각 적용하였다.
Table 2 below shows the results of evaluating the welding characteristics when the shielding method was changed for the lower limit and the upper limit of the appropriate welding current range. At this time, in case of A, only the shielding treatment of the torch portion is performed, and in case of B, the shielding of the torch portion and the welded steel tube backside bead shielding treatment are performed, and C is the torch portion shielding and the welded steel tube backside bead shielding and the torch rear shielding. As for the shield gas flow rate, the torch shield flow rate was 15 L / min, the torch rear shield flow rate was 20 L / min, and the back bead shield flow rate was 5 L / min, respectively.

관통비드는 용융부가 강재 두께방향으로 전범위에 걸쳐서 형성된 것을 의미하여, 용락은 과다란 용접입열량을 적용한 경우에 발생하는 것으로 용접이음부에 홀이 발생되는 용접결함으로서 각각 비드외관검사를 통하여 평가하였다. 언더필과 비드함몰 발생유무는 단면조직에서 용접비드가 강재표면을 중심으로 외부로 돌출된 경우는 합격으로, 강재내부로 비드가 형성되는 경우를 불합격으로 간주하였다.Through-bead means that the molten part is formed over the entire range in the thickness direction of the steel. Melting occurs when excessive welding heat input is applied. The welding defect is generated by the hole appearance in the weld joint. It was. The occurrence of underfill and bead depression was considered as pass when the weld bead protruded outward from the steel surface in the cross section and failed when beads were formed inside the steel.

구 분division CrCr CuCu CC MnMn MoMo NbNb NiNi NN PP SiSi SS TiTi TotalAlTotalAl 강종1Steel grade 1 11.311.3 -- 0.0070.007 0.300.30 -- -- 0.090.09 0.0080.008 0.010.01 0.450.45 0.0020.002 0.230.23 0.0500.050 강종2Steel grade 2 1414 0.0720.072 0.00680.0068 0.2830.283 0.020.02 0.3970.397 0.130.13 0.00820.0082 0.02370.0237 0.8920.892 0.00200.0020 0.1640.164 0.0720.072 강종3Steel grade 3 19.2219.22 0.4790.479 0.01170.0117 0.3020.302 0.010.01 0.4420.442 0.190.19 0.00620.0062 0.02030.0203 0.5370.537 0.00090.0009 -- 0.0030.003

(단, 상기 표1의 단위는 중량%임)(However, the unit of Table 1 is weight%)

강종Steel grade 실딩
방법
Shielding
Way
유량
(l/min)
flux
(l / min)
용접
전류
(A)
welding
electric current
(A)
관통
비드
유무
Penetrate
Bead
The presence or absence
용락
발생
유무
Entertainment
Occur
The presence or absence
언더필유무Underfill presence 비드
함몰
유무
Bead
depression
The presence or absence
용접이음부 불순물량 (ppm)Impurity Level of Weld Joint (ppm) 용접
이음부 DBTT
(℃)
welding
Joint DBTT
(℃)

비고

Remarks
이면실드Backside shield 토치후방실드Torch Rear Shield OO NN O+NO + N 강종1Steel grade 1 -- -- -- -- -- -- -- 3838 5656 9494 -68-68 모재Base material 강종1Steel grade 1 AA -- -- 120120 미발생Not occurring 미발생Not occurring 미발생Not occurring 9595 8080 175175 -25-25 비교예1Comparative Example 1 강종1Steel grade 1 AA -- -- 170170 미발생Not occurring 미발생Not occurring 미발생Not occurring 120120 100100 220220 -10-10 비교예2Comparative Example 2 강종1Steel grade 1 BB 55 -- 120120 미발생Not occurring 미발생Not occurring 미발생Not occurring 5151 5252 103103 -70-70 비교예3Comparative Example 3 강종1Steel grade 1 BB 55 -- 170170 미발생Not occurring 미발생Not occurring 미발생Not occurring 7474 5454 128128 -32-32 비교예4Comparative Example 4 강종1Steel grade 1 CC 55 2020 120120 미발생Not occurring 미발생Not occurring 미발생Not occurring 4343 5151 9494 -67-67 발명예1Inventory 1 강종1Steel grade 1 CC 55 2020 170170 미발생Not occurring 미발생Not occurring 미발생Not occurring 5151 4848 9999 -40-40 발명예2Inventive Example 2 강종2Steel grade 2 -- -- -- -- -- -- -- -- 1515 8888 103103 -42-42 모재Base material 강종2Steel grade 2 AA 55 -- 120120 미발생Not occurring 미발생Not occurring 미발생Not occurring 140140 260260 400400 4040 비교예5Comparative Example 5 강종2Steel grade 2 AA 55 -- 170170 미발생Not occurring 미발생Not occurring 미발생Not occurring 190190 180180 370370 4545 비교예6Comparative Example 6 강종2Steel grade 2 BB 55 -- 120120 미발생Not occurring 미발생Not occurring 미발생Not occurring 9898 200200 298298 1717 비교예7Comparative Example 7 강종2Steel grade 2 BB 55 -- 170170 미발생Not occurring 미발생Not occurring 미발생Not occurring 110110 160160 270270 3333 비교예8Comparative Example 8 강종2Steel grade 2 CC 55 2020 120120 미발생Not occurring 미발생Not occurring 미발생Not occurring 2424 8787 111111 -30-30 발명예3Inventory 3 강종2Steel grade 2 CC 55 2020 170170 미발생Not occurring 미발생Not occurring 미발생Not occurring 2121 8484 105105 -32-32 발명예4Honorable 4 강종3Steel grade 3 -- -- -- -- -- -- -- -- 4040 6363 103103 -80-80 모재Base material 강종3Steel grade 3 AA -- -- 120120 미발생Not occurring 미발생Not occurring 미발생Not occurring 180180 200200 380380 5252 비교예9Comparative Example 9 강종3Steel grade 3 AA -- -- 170170 미발생Not occurring 미발생Not occurring 미발생Not occurring 260260 170170 430430 5858 비교예10Comparative Example 10 강종3Steel grade 3 BB 55 -- 120120 미발생Not occurring 미발생Not occurring 미발생Not occurring 130130 220220 350350 5050 비교예11Comparative Example 11 강종3Steel grade 3 BB 55 -- 170170 미발생Not occurring 미발생Not occurring 미발생Not occurring 130130 140140 270270 2727 비교예12Comparative Example 12 강종3Steel grade 3 CC 55 2020 120120 미발생Not occurring 미발생Not occurring 미발생Not occurring 4141 6666 107107 -44-44 발명예5Inventory 5 강종3Steel grade 3 CC 55 2020 170170 미발생Not occurring 미발생Not occurring 미발생Not occurring 3636 6262 9898 -47-47 발명예6Inventory 6

강종에 관계없이 실딩방법 A, B, C 순으로 N, O함량이 감소하고 DBTT가 저온측으로 이동하여 용접이음부의 저온 인성 및 가공성이 개선되는 것을 알 수 있다. 저Cr계인 강종1의 경우는 B 만의 실딩처리에 의해서도 소정의 DBTT특성을 확보할 수 있으나, 강종2 및 강종3과 같이 중·고 Cr의 페라이트계 스테인리스강의 경우는 C를 적용한 경우만이 모재수준의 O 및 N 함량을 제어할 수 있으며 DBTT특성도 크게 개선되는 것을 알 수 있다. 중,고 Cr의 페라이트계 스테인리스강의 경우 용접시에 공기중의 O 및 N 혼입이 용이하며 외부공기를 차단하는 것이 가공성 확보에 필요한 인자인 것을 확인할 수 있었다.
Regardless of the steel type, the shielding methods A, B, and C decrease in the order of N and O, and the DBTT moves to the low temperature side, thereby improving the low temperature toughness and workability of the welded joint. In case of steel grade 1, which is a low Cr type, the DBTT characteristics can be secured by B only shielding treatment.However, in the case of medium and high Cr ferritic stainless steels such as steel grades 2 and 3, only C is applied. It can be seen that the O and N content can be controlled and the DBTT characteristics are greatly improved. In the case of medium and high Cr ferritic stainless steel, O and N in the air can be easily mixed during welding, and it can be confirmed that blocking external air is a necessary factor for securing workability.

(실시예2)(Example 2)

상기 표1의 강종1 및 2의 조성을 만족하는 페라이트계 스테인리스강을 열간압연, 냉간압연 및 소둔산세공정을 통해 두께 1.5mm의 강판을 제조하였다.
A ferritic stainless steel that satisfies the composition of Steel Grades 1 and 2 of Table 1 was manufactured by hot rolling, cold rolling, and annealing to prepare a steel plate having a thickness of 1.5 mm.

상기 강판을 모재로 사용하여 롤벤딩 방식의 레이저용접 조관법에 의하여, 외경 115.7mm, 두께 1.5mm, 길이 600mm인 용접강관을 제조하였다. 레이저용접은 최대출력 12kW급 CO2 레이저용접기를 이용하여 레이저출력 5~9kW, 용접속도 0.5~10m/min범위로 실시하였다. 레이저 헤드에 공급되는 헬륨 실드가스의 유량은 20L/min, 후방실드 및 내면비드 실드가스는 아르콘을 이용하여 유량을 각각 변화하면서 용접하였다.
Using the steel sheet as a base material, a weld steel pipe having an outer diameter of 115.7 mm, a thickness of 1.5 mm, and a length of 600 mm was manufactured by a laser welding welding method of a roll bending method. Laser welding has a maximum output of 12kW CO 2 The laser welding machine was used in a laser output range of 5 to 9 kW and a welding speed of 0.5 to 10 m / min. The flow rate of the helium shield gas supplied to the laser head was 20 L / min, and the rear shield and the inner bead shield gas were welded with varying flow rates using Arcon.

용접성 평가는 외관비드과 단면조직 검사 및 충격시험 등을 이용하여 각각 평가하였다. 용접이음부의 DBTT특성은 시험온도는 -100 ~ 100℃의 범위에서 1/4Sub-size (1.5㎜t×10㎜w×55㎜l) 시험편에 대하여 Charpy 충격시험을 적용하여 조사하였다. 본 발명에서는 상한 충격에너지의 1/2값에 해당하는 시험온도를 DBTT로 설정하였다. 또한 용접이음부 수직방향으로 프레스 절단한 후 용접단면부의 용접균열을 조사하여 균열감수성을 평가하였으며, 더불어, 용접입열량, 실딩조건과 용접결함의 발생유무, 용접이음부의 N+O 함량, DBTT특성, 균열감수성의 상관관계를 조사한 결과를 하기 표3에 나타내었다.Weldability was evaluated by using external bead, cross-sectional texture test, and impact test. The DBTT characteristics of welded joints were investigated by applying the Charpy impact test on 1/4 Sub-size (1.5mm t × 10mm w × 55mm l ) test specimens in the range of -100 ~ 100 ℃. In the present invention, the test temperature corresponding to 1/2 of the upper limit impact energy was set to DBTT. In addition, the crack susceptibility was evaluated by investigating the weld crack at the welded end of the welded joint in the vertical direction. In addition, the weld heat input, the shielding conditions and the presence of weld defects, the N + O content of the welded joint, and DBTT were evaluated. The results of examining the correlation between the characteristics and crack susceptibility are shown in Table 3 below.

강종Steel grade 용접
입열량
(kW·min/m)
welding
Heat input
(kWmin / m)
가스유량(l/min)Gas flow rate (l / min) 관통
비드
유무
Penetrate
Bead
The presence or absence
언더필
유무
Underfill
The presence or absence
내면
비드
함몰
유무
Inside
Bead
depression
The presence or absence
N+O
(ppm)
N + O
(ppm)
DBTT
(℃)
DBTT
(℃)
Shear
절단균열
발생율
(%)
Shear
Cleavage crack
Incidence
(%)
비고Remarks
후방
실드
(Ar)
rear
shield
(Ar)
내면비드실드
(Ar)
Inner Bead Shield
(Ar)
강종2Steel grade 2 -- -- -- -- -- -- 0.01030.0103 -42-42 00 모재Base material 강종2Steel grade 2 1212 -- -- 관통
(용락)
Penetrate
(Accept)
-- -- -- -- -- 비교예13Comparative Example 13
강종2Steel grade 2 66 -- -- 관통Penetrate 미발생Not occurring 미발생Not occurring 0.1030.103 1111 2020 비교예14Comparative Example 14 강종2Steel grade 2 66 -- 55 관통Penetrate 미발생Not occurring 미발생Not occurring 0.0860.086 88 1010 비교예15Comparative Example 15 강종2Steel grade 2 66 -- 1010 관통Penetrate 미발생Not occurring 미발생Not occurring 0.0830.083 88 1010 비교예16Comparative Example 16 강종2Steel grade 2 66 -- 1515 관통Penetrate 미발생Not occurring 발생Occur 0.0830.083 -- -- 비교예17Comparative Example 17 강종2Steel grade 2 66 5050 55 관통Penetrate 미발생Not occurring 미발생Not occurring 0.0530.053 -3-3 1010 비교예18Comparative Example 18 강종2Steel grade 2 66 100100 55 관통Penetrate 미발생Not occurring 미발생Not occurring 0.01710.0171 -26-26 00 발명예7Honorable 7 강종2Steel grade 2 1.51.5 200200 55 관통Penetrate 미발생Not occurring 미발생Not occurring 0.01210.0121 -30-30 00 발명예8Inventive Example 8 강종2Steel grade 2 1.51.5 -- -- 관통Penetrate 미발생Not occurring 미발생Not occurring 0.0250.025 -20-20 00 비교예19Comparative Example 19 강종2Steel grade 2 1.51.5 -- 55 관통Penetrate 미발생Not occurring 미발생Not occurring 0.020.02 -20-20 00 비교예20Comparative Example 20 강종2Steel grade 2 1.51.5 100100 55 관통Penetrate 미발생Not occurring 미발생Not occurring 0.01150.0115 -32-32 00 발명예9Proposition 9 강종2Steel grade 2 1One -- -- 미관통Unpenetrating -- -- -- -- -- 비교예21Comparative Example 21 강종3Steel grade 3 -- -- -- -- -- -- 0.01030.0103 -80-80 00 모재Base material 강종3Steel grade 3 66 -- -- 관통Penetrate 미발생Not occurring 미발생Not occurring 0.1600.160 8585 9090 비교예22Comparative Example 22 강종3Steel grade 3 66 -- 55 관통Penetrate 미발생Not occurring 미발생Not occurring 0.0960.096 6868 7070 비교예23Comparative Example 23 강종3Steel grade 3 66 100100 55 관통Penetrate 미발생Not occurring 미발생Not occurring 0.0160.016 -31-31 00 발명예10Inventory 10 강종3Steel grade 3 1.51.5 -- -- 관통Penetrate 미발생Not occurring 미발생Not occurring 0.0630.063 3030 5050 비교예24Comparative Example 24 강종3Steel grade 3 1.51.5 -- 55 관통Penetrate 미발생Not occurring 미발생Not occurring 0.0570.057 1010 2020 비교예25Comparative Example 25 강종3Steel grade 3 1.51.5 100100 55 관통Penetrate 미발생Not occurring 미발생Not occurring 0.0110.011 -78-78 00 발명예11Exhibit 11

비교예13은 용접입열량이 12kW·min/m으로 과다하게 적용한 경우로서 관통용접이음부는 확보 가능하나 용접중에 홀이 발생되는 용락현상 때문에 실조관용접이 곤란하다. 비교예14 및 19는 후방실드 및 내면비드 실드처리를 실시하지 않은 경우로서 N+O 함량이 급격하게 증가하고 DBTT온도가 상승하고 균열감수성이 증가하는 것을 알 수 있다. 비교예15 내지 17은 내면비드만을 실딩처리한 경우에 가스 유량을 변화시킨 것으로서, 유량증가에 관계없이 N+O 함량이 높아 충격인성이 감소되고 균열감수성도 높은 것으로 알 수 있다. 또한 가스유량 15L/min의 경우 높은 가스압으로 인하여 내면비드가 강재 두께방향으로 함몰되는 비드형상이 불량하였다. 비교예19 및 20은 저입열량으로 레이저용접을 실시한 경우로 별도의 실딩처리 없이 또는 내면비드만 실딩처리하여도 소정의 DBTT특성 및 균열방지가 가능하지만, 고Cr인 강종3의 경우 동 조건에서 품질확보가 곤란하기 때문에 본 발명에서 제외하기로 하였다. 비교예21은 용접입열량이 1kW·min/m로 소량 적용한 경우로 관통비드가 확보 곤란하여 실조관용접에 적용이 곤란한 것으로 알 수 있다. 발명예7 내지 9는 본 발명에 해당되는 것으로서 후방실드 및 내면비드 실딩을 동시에 적용하여 N+O값이 큰 폭으로 감소되어 용접이음부의 저온인성이 크게 개선되고 균열방지가 가능하였다.
In Comparative Example 13, the weld heat input was excessively applied at 12 kW · min / m, but the penetration weld joint was secured, but welding of the tubular pipe was difficult due to the melt phenomenon in which holes were generated during welding. Comparative Examples 14 and 19 show that the N + O content increases rapidly, the DBTT temperature rises and the cracking susceptibility increases when the rear shield and the inner bead shielding treatment are not performed. In Comparative Examples 15 to 17, the gas flow rate was changed when only the inner bead was shielded, and it was found that the impact toughness was reduced and the crack susceptibility was high because the N + O content was high regardless of the flow rate increase. In addition, in the case of the gas flow rate 15L / min, the bead shape in which the inner surface beads are recessed in the steel thickness direction due to the high gas pressure was poor. In Comparative Examples 19 and 20, laser welding was performed at low heat input, and the specific DBTT characteristics and crack prevention can be achieved without additional shielding treatment or by shielding only internal beads. Since it is difficult to secure, it was excluded from the present invention. In Comparative Example 21, when a small amount of welding input heat was applied at 1 kW · min / m, it was found that the penetration bead was difficult to be secured, and therefore, it was difficult to be applied to welding a tubular tube. Inventive Examples 7 to 9 correspond to the present invention, by applying the rear shield and the inner bead shielding at the same time, the N + O value is greatly reduced, thereby greatly improving low-temperature toughness of the welded joint and preventing cracking.

(실시예3)Example 3

표1에 기재된 강종3에 대하여 가스실드 아크용접을 실시하였고, 가스유량 변화에 따른 용접이음부의 N+O함량 및 충격인성을 평가한 결과를 하기 표4에 나타내었다.Gas shield arc welding was performed on steel type 3 described in Table 1, and the results of evaluating the N + O content and impact toughness of the welded joint according to the gas flow rate are shown in Table 4 below.

유량
(l/min)
flux
(l / min)
용접
전류
(A)
welding
electric current
(A)
관통
비드
유무
Penetrate
Bead
The presence or absence
용락
발생
유무
Entertainment
Occur
The presence or absence
언더필
유무
Underfill
The presence or absence
비드
함몰
유무
Bead
depression
The presence or absence
용접이음부 불순물량 (PPM)Impurity Level of Weld Joint (PPM) 용접
이음부 DBTT
(℃)
welding
Joint DBTT
(℃)

비고

Remarks
이면실드Backside shield 토치후방실드Torch Rear Shield OO NN O+NO + N 55 2525 170170 XX 미발생Not occurring 발생Occur 미발생Not occurring -- -- -- -- 비교예26Comparative Example 26 55 2020 170170 미발생Not occurring 미발생Not occurring 미발생Not occurring 3636 6262 9898 -47-47 발명예12Inventory 12 55 1515 170170 미발생Not occurring 미발생Not occurring 미발생Not occurring 4545 6060 105105 -43-43 발명예13Inventory 13 55 1010 170170 미발생Not occurring 미발생Not occurring 미발생Not occurring 125125 140140 265265 2525 비교예27Comparative Example 27 33 2020 170170 미발생Not occurring 미발생Not occurring 미발생Not occurring 8484 116116 200200 -15-15 비교예28Comparative Example 28 1010 2020 170170 미발생Not occurring 미발생Not occurring 미발생Not occurring 3535 6363 9898 -48-48 발명예14Inventive Example 14 1515 2020 170170 미발생Not occurring 미발생Not occurring 발생Occur 3838 6262 100100 -- 비교예29Comparative Example 29

비교예26의 경우 토치후방실드 유량이 25L/min로 과다하게 적용한 경우 아크냉각에 따른 관통비드 확보가 곤란하였다. 비교예27 및 28은 이면실드 및 토치후방실드 유량이 제어하고자 하는 유량대비 소량으로 적용한 경우로 실딩불량에 따라 용접이음부에서 산소 및 질소함량이 증가하여 소정의 DBTT특성 확보가 곤란하였다. 발명예12 내지 14는 본 발명에서 제안한 조건으로 용접이음부의 불순물 함량 및 DBTT이 크게 개선되어 저온 가공성 확보가 가능하였다.In the case of Comparative Example 26, when the torch rear shield flow rate was excessively applied at 25 L / min, it was difficult to secure the bead through arc cooling. In Comparative Examples 27 and 28, when the back shield and torch rear shield flow rates were applied in a small amount compared to the flow rate to be controlled, it was difficult to secure predetermined DBTT characteristics due to an increase in oxygen and nitrogen contents at the weld joint according to the shielding failure. Inventive Examples 12 to 14 were able to secure low-temperature processability by greatly improving the impurity content and DBTT of the welded joint under the conditions proposed by the present invention.

10: 모재
11: 용접이음부
20: 용접토치부
21: 전극봉
22: 가스노즐(용접토치부)
30: 실드박스
31: 내열부
40: 가스노즐(실드박스)
50: 레이저헤드부
51: 레이저발생부
52: 가스노즐(레이저헤드부)
10: base metal
11: welded joint
20: welding torch
21: electrode
22: gas nozzle (welding torch)
30: Shield Box
31: heat-resistant part
40: gas nozzle (shield box)
50: laser head
51: laser generating unit
52: gas nozzle (laser head part)

Claims (9)

가스노즐이 구비된 용접수단; 및
상기 용접수단의 용접진행방향 후방에 연결되고, 모재의 상측에 구비되어 용접시 용접이음부의 불순물 혼입을 방지하는 실드박스를 포함하는 용접장치.
Welding means provided with a gas nozzle; And
And a shield box which is connected to the rear of the welding progress direction of the welding means and is provided on an upper side of the base material to prevent the mixing of impurities in the welded joint during welding.
청구항 1에 있어서,
상기 용접수단는 용접토치부이고, 상기 실드박스는 길이: 60~100㎜, 폭: 20~40㎜ 및 높이: 10~30㎜인 것을 특징으로 하는 용접장치.
The method according to claim 1,
The welding means is a welding torch portion, the shield box is a welding device, characterized in that the length: 60 ~ 100㎜, width: 20 ~ 40㎜ and height: 10 ~ 30㎜.
청구항 2에 있어서,
상기 용접토치부에 공급되는 실드가스의 유량은 15~20L/min이고, 상기 용접토치부 후방에 공급되는 실드가스의 유량은 15~20L/min이며, 용접비드 이면에 공급되는 가스유량은 5~10L/min인 것을 특징으로 하는 용접장치.
The method according to claim 2,
The flow rate of the shield gas supplied to the welding torch unit is 15-20 L / min, the flow rate of the shield gas supplied to the rear of the welding torch unit is 15-20 L / min, and the gas flow rate supplied to the back side of the welding bead is 5 ~. Welding device, characterized in that 10L / min.
청구항 1에 있어서,
상기 용접수단은 레이저헤드부이고, 상기 실드박스는 길이: 100~150㎜, 폭: 15~30㎜ 및 높이: 10~30㎜인 것을 특징으로 하는 용접장치.
The method according to claim 1,
The welding means is a laser head portion, the shield box is a welding device, characterized in that the length: 100 ~ 150mm, width: 15 ~ 30mm and height: 10 ~ 30mm.
청구항 4에 있어서,
상기 레이저 헤드부에 공급되는 실드가스의 유량은 15~20L/min이고, 상기 레이저 헤드부 후방에 공급되는 실드가스의 유량은 100~200L/min이며, 용접비드 이면에 공급되는 가스유량은 5~10L/min인 것을 특징으로 하는 용접장치.
The method of claim 4,
The flow rate of the shield gas supplied to the laser head part is 15-20 L / min, the flow rate of the shield gas supplied to the rear of the laser head part is 100-200 L / min, and the gas flow rate supplied to the back side of the welding bead is 5 ~. Welding device, characterized in that 10L / min.
청구항 4에 있어서,
상기 레이저 헤드부에서 제공되는 용접입열량은 1.5~6kW·min/m인 것을 특징으로 하는 용접장치.
The method of claim 4,
Welding input heat provided from the laser head portion is characterized in that the welding device is 1.5 ~ 6kW · min / m.
청구항 1에 있어서,
상기 실드박스는 가스노즐이 구비되는 것을 특징으로 하는 용접장치.
The method according to claim 1,
The shield box is a welding device, characterized in that the gas nozzle is provided.
청구항 1에 있어서,
상기 실드박스는 내열부를 포함하며, 상기 내열부를 사이에 두고 용접되는 모재와 이격되어 구비되는 것을 특징으로 하는 용접장치.
The method according to claim 1,
The shield box includes a heat resistant portion, the welding apparatus, characterized in that provided with a spaced apart from the base material to be welded through the heat resistant portion.
청구항 8에 있어서,
상기 내열부의 강도는 상기 모재보다 낮은 것을 특징으로 하는 용접장치.
The method according to claim 8,
Welding strength, characterized in that the heat resistant portion is lower than the base material.
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