KR20140093004A - 박판 금속 용접부 결함 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접부 결함 제거방법에 관한 것으로, 특히 박판의 용접부에 기공으로 인한 결함 발생시 텅스텐 불활성 가스 아크 용접 드레싱(dressing)의 아크 열을 이용하여 기공(porosity)을 제거, 소멸토록 함으로써, 간편하고 신속한 작업을 이루도록 하는 박판 금속 용접부 결함 제거방법에 관한 것이다. 구성은 박판 금속 용접부 결함 제거방법으로서, 레이저 용접 또는 전자빔 용접과 같은 방법을 이용하여 2개 이상으로 이루어지는 박판의 금속을 접합하는 단계와; 상기 접합된 용접부를 텅스텐 불활성 가스 아크 용접 드레싱을 통해 결함을 제거하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

박판 금속 용접부 결함 제거방법{A Repair welding method of arc welding on sheet metal}

본 발명은 용접부 결함 제거방법에 관한 것으로, 특히 박판의 금속 용접부에 기공으로 인한 결함 발생시 텅스텐 불활성 가스 아크 용접 드레싱(dressing)의 아크 열을 이용하여 기공(porosity)을 제거, 소멸토록 함으로써, 간편하고 신속한 작업을 이루도록 하는 박판 금속 용접부 결함 제거방법에 관한 것이다.

일반적으로 용접은 금속 이음 방법의 하나로써 조선, 철도차량, 자동차 분야 등 넓은 영역에서 사용되고 있다. 용접 공정을 시행하는 과정에서는 여러 변수로 인하여 용착 금속부와 열영향부를 포함한 용접부에 기공(porosity)과 같은 결함이 발생하는 경우가 자주 있다.

즉, 박판의 금속 용접 중에 발생하는 용접 이음부에 기공이 발생하고 용접 작업부에 인접한 금속표면에는 리플(ripples) 또는 변형이 생기게 된다.

이와 같은 용접 결함은 노치 효과로 인해 응력집중의 원인이 되며 이로 인해 구조물이 사용 중 피로파괴 혹은 응력 부식 균열 등이 발생하게 되는 주요 원인이 된다.

이에 따라, 모든 용접 구조물은 용접 후, 사용환경이나 설계도면 또는 용접 시방서에 명기한 등급에 따라 비파괴 검사(non-destructive test , 非破壞檢査 : 구조물 제품 검사법의 일종. 제품의 형상이나 기능을 변화시킴이 없이 결함을 검출한다거나 품질이나 형상을 확인한다거나 사용 가부를 판정하는 방법이다. 강구조물에서는 보통 용접 이음의 내부 결함 검출에 이용된다. 이 검사에 적용되는 시험 방법에는 방사선 투과 시험(RT), X선 투과 시험(X-ray test, 線透過試驗 : 강재의 용접부에 X선을 투과하여 필름에 현상해서 용접 결함의 유무와 그 정도를 판정하는 비파괴 시험 방법), 초음파 탐상 시험(UT), 자분 탐상 시험(MT), 침투 탐상 시험(PT) 등이 있으며, 블로 홀이나 슬래그 혼입 등의 구상결함의 검출이 우수한 RT, 균열이나 융합 불량 등의 면상 결함의 검출에 유효한 UT가 가장 널리 실시되고 있다.)를 이용하여 용접부 결함 여부를 평가하고 결함부분에는 표시를 한 후, 드릴과 같은 장치를 이용하여 기공을 제거하고 뚫어진 구멍을 다시 재용접하여 결함을 해소하도록 하고 있다.

예컨대, 용접부 내부에 형성된 기공과 같은 결함을 방사선 투과 시험(RT : radiant ray inspection , radiant-ray test , 放射線透過試驗 : 금속 재료 또는 그 제품 · 용접부 등을 X선 또는 γ선을 써서 투과 방사선을 필름에 촬영하여 결함을 찾아내는 검사법)으로 실시하고, 결과를 종이 혹은 투명아크릴에 표시한 Map 등을 이용하여 결함부 위치를 확인하고 있다.

그러나, 종래에는 방사선 투과 시험(RT) 검사 적용시 용접 구조물이 원통형인 경우, 투사각도, 투사거리에 따라 방사선 투과 필름에 투영된 용접 비드의 상과 실제 비드의 크기가 1:1 비율로 맞지 않는 경우가 발생하거나 특히, 실린더 형상의 경우 실린더 내부에서 X-Ray를 조사하므로 각 필름에 대한 시작과 끝 위치가 표시되어 있지만 정확한 위치를 확인할 수 없는 문제점이 있다.

또, 방사선 투과 시험(RT : radiant-ray test) 또는 X선 투과 시험(X-ray test)을 하기 위해 투입되는 인력과 시간 및 필름으로 인해 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.

또한, 용접부 결함 제거를 위해 드릴과 같은 장치를 이용하여 구멍을 뚫어 기공을 제거한 후, 구멍을 되메우는 재용접 작업이 반드시 필요하기 때문에 이에 따른 추가 작업시간이 과다하게 많이 소요됨은 물론, 재용접으로 인한 용접부의 검사가 다시 이루어지는 등의 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 자동차 외판, 철도차량 외판 등과 같이 얇은 금속 판으로 이루어지는 구조물의 용접부를 비파괴 시험 후, 검출 되어진 용접 결합(특히, 기공)을 드릴과 같은 장치를 이용하여 결함을 제거하는 공정 없이, 텅스텐 불활성 가스 아크 용접(TIG : tungsten inert-gas arc welding : 전극으로 텅스텐을 사용하여 알곤, 헬륨 등의 불활성 가스를 분사하면서 용접) 드레싱(Dressing)의 아크 열을 가하여 기공 결함을 제거, 소멸 되도록 함으로써, 신속하고 용이한 보수작업은 물론 용접부의 내구성 향상과 인력 및 비용 절감을 이루는 박판 금속 용접부 결함 제거방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 박판 금속 용접부 결함 제거방법으로서, 레이저 용접 또는 전자빔 용접과 같은 방법을 이용하여 2개 이상으로 이루어지는 박판의 금속을 접합하는 단계와; 상기 접합된 용접부를 텅스텐 불활성 가스 아크 용접 드레싱을 통해 결함을 제거하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 박판 금속은 티타늄, 내열합금, 스테인리스 스틸 중, 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 용접부의 결함은 기공(porosity)인 것을 특징으로 한다.

상기 용접부 결함 제거는 텅스텐 불활성 가스 아크 용접 드레싱으로 아크 열만 이용하여 용접부를 가열함으로써, 발생된 기공을 소멸, 제거토록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 박판 금속의 두께는 0.5㎜ ∼ 3.0㎜인 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 박판 금속의 용접부를 텅스텐 불활성 가스 아크 용접 드레싱에 의한 아크 열만으로 가열하여 발생된 기공을 강제로 소멸, 제거시키고 기공이 형성된 공간은 적층성장으로 제거되도록 함으로써, 비파괴 시험 없이 신속하고 원활한 결함 제거를 이룸과 동시에 피로파괴 및 응력, 부식, 균열 등의 내구성 저하를 예방하는 효과가 있다.

또, 본 발명은 용접부의 결함 여부를 확인하는 비파괴 시험과 드릴과 같은 장치로 기공 결함부를 천공하는 공정 등을 생략할 수 있어, 비파괴 검사에 사용되는 필름비용 절감은 물론, 보수작업으로 인한 공정 대기 시간을 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 종래 2인 작업에서 1인으로 충분히 작업을 이룰 수 있기 때문에 인건비 절감을 이룰 수 있는 효과를 도모할 수가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 박판 금속 용접부 결함 제거방법 순서를 개략적으로 나타낸 플로우챠트이다.
도 2는 박판 금속 용접부 기공 결함이 발생된 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 박판 금속 용접부 기공 결함이 제거된 상태를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 박판 금속 용접부 결함 제거방법의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.

여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.

도 1 내지, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명은 레이저 용접(LASER welding) 또는 전자빔 용접(electron beam welding)과 같은 방법을 이용하여 2개 이상으로 이루어지는 박판의 금속(10)을 접합하는 단계(S100)와; 상기 접합된 용접부(11)를 텅스텐 불활성 가스 아크 용접 드레싱을 통해 결함을 제거하는 단계(S200); 로 대별되어 이루어진다.

상기 박판의 금속(10)을 접합하는 단계(S100)는, 예컨대 철도차량의 외판을 형성하는 티타늄(titanium), 철계(鐵系), 니켈계, 코발트계, 크로뮴계를 포함하는 내열합금(heat resisting alloy, 耐熱合金), 스테인리스 스틸(stainless steel) 등을 포함하는 2개 이상의 박판 금속(10)을 레이저 용접 또는 전자빔 용접과 같은 여러 다양한 용접법을 이용하여 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 박판 금속(10)은 바람직하게는 티타늄, 내열합금, 스테인리스 스틸 중, 어느 하나로 이루어진다.

또, 상기 박판 금속(10)의 두께는 0.5㎜ ∼ 3.0㎜의 범위를 이루는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 박판 금속(10)의 두께를 0.5㎜이하로 형성할 경우에는 용접시 불량 발생의 우려와 내구성이 저하될 수 있고, 3.0㎜이상으로 형성할 경우에는 비용 증가와 결함 제거가 다소 용이하지 않을 수 있기 때문에 0.5㎜ ∼ 3.0㎜의 범위를 이루는 것이 좋다.

상기 용접부(11)의 결함 제거 단계(S200)는, TIG용접(Tungsten Inert Gas welding) 드레싱(Dressing) 즉, 텅스텐 불활성 아크 용접 드레싱으로 금속과 금속의 레이저 용접 또는 전자빔 용접시 발생된 기공과 같은 결함을 제거하는 것이다.

이때, 본 발명은 상기 2개 이상의 박판 금속(10)을 레이저 용접 또는 전자빔 용접 등을 이용하여 접합한 용접부(11)의 결함 여부 확인을 위한 비파괴 검사 공정 없이 바로 용접부에 텅스텐 불활성 가스 아크 용접 드레싱을 함으로써, 기공 결함을 제거하게 된다.

즉, 본 발명에 따른 텅스텐 불활성 가스 아크 용접 드레싱은, 박판 금속(10)의 용접부(11)에 형성된 작은 크기의 기공(11b) 예컨대, 0.25㎜ 이하의 기공 결함을 제거함과 동시에 용접 면의 미관을 더욱더 매끈하게 형성한다.

여기서, 상기 용접부(11)에 형성되는 기공(11b)(porosity, 氣孔 : 금속을 용해하면 수소, 질소, 산화탄소 등의 가스를 흡수하여 응고할 때 다시 이것을 방출한다. 그래서 이 가스의 방출이 충분히 이루어지기 전에 금속이 응고하면 가스는 그 물질 내에 남아서 기포를 형성하여 용접가공이 불완전한 것으로 된다. 기공은 비드(bead) 중앙에 발생할 때가 많다. 원인은 주로 수소가스가 기포상태로 용접 금속 내에 잔류하기 때문이다.) 결함 형성에 대해 좀 더 구체적으로 설명하면, 레이저 용접 또는 전자빔 용접을 이용하여 박판의 금속(10)과 금속(10)을 접합할 경우 용접 선을 중심으로, 도 2에 도시된 바와 같은 수지상 결정(11a)(dendrite , 樹枝狀結晶 : 녹은 금속이 응고될 때 형성되는 나뭇가지 모양의 결정으로 덴드라이트라고도 한다. 가령, 합금의 경우 먼저 응고하는 부분과 나중에 응고하는 부분의 조성이 달라 먼저 응고한 부분의 나뭇가지 모양을 현미경으로 명확히 관찰할 수 있다. 덴드라이트라고도 한다. 용융액의 응고과정에서 용융액 내에 먼저 결정핵이 생기고, 핵이 성장하여 큰 결정이 되는데, 여기에 또 가지가 생겨서 마치 나뭇가지 모양의 결정성장이 이루어진다.)이 성장하게 되는데 이때, 수지상 결정(11a) 사이에 형성된 기공(11b)이 빠져나가지 못하고 남아 있게 되는 경우가 기공 결함으로 존재하게 된다.

이와 같은 용접부(11)의 기공(11b) 결함을 제거하기 위해, 텅스텐 불활성 가스 아크 용접(tungsten inert-gas arc welding) 드레싱(dressing)을 이용하여 용접부(11)의 용접 선을 따라 재용접을 하게 되는데, 이때, 아크 열(arc heat : 2개의 탄소봉 끝을 접촉시켜 강한 전류를 흘리면서 끝과 끝 사이를 조금 떼면 방전에 의한 백광(아크)을 내면서 고열을 낸다. 이 열을 아크 열이라 하고 양극부에서는 약 3,500℃, 음극에서 2,800℃나 된다. 이 열을 이용할 가공법에 아크 용접, 아크 절단 등이 있다.)에 의해 용접부의 온도가 순간적으로 용접 모재인 박판 금속(10)을 용융점 이상으로 가열하게 되면서 재결정이 발생하게 된다. 이때, 수지상 결정(11a)은 재가열에 의해 적층성장을 하게 되고 이 과정에서 수지상 결정(11a) 내부에 형성된 기공(11b) 역시 재가열과 적층성장의 영향으로 인해 작게 나누어져 수지상 결정 사이에서 빠져나와 용접부(11) 외부로 확산, 소멸, 제거된다.

따라서, 작업자는 이와 같은 작용을 지속적으로 반복함으로써, 용접시 용접부에서 발생하는 기공 형성 결함을 제거함과 동시에 용접부 표면에 형성된 형상적 결함(용입 부족 등) 면을 제거하여 피로파괴와 응력, 부식, 균열 등에 의한 내구성 저하를 방지할 수 있는 용접부 결함 제거방법을 제공받을 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시 예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

10 : 박판 금속 11 : 용접부
11a : 수지상 결정 11b : 기공

Claims (5)

1. 박판 금속 용접부 결함 제거방법으로서,
   레이저 용접 또는 전자빔 용접과 같은 방법을 이용하여 2개 이상으로 이루어지는 박판의 금속을 접합하는 단계와;
   상기 접합된 용접부를 텅스텐 불활성 가스 아크 용접 드레싱을 통해 결함을 제거하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 박판 금속 용접부 결함 제거방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 박판 금속은 티타늄, 내열합금, 스테인리스 스틸 중, 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박판 금속 용접부 결함 제거방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 용접부의 결함은 기공(porosity)인 것을 특징으로 하는 박판 금속 용접부 결함 제거방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 용접부 결함 제거는 텅스텐 불활성 가스 아크 용접 드레싱으로 아크 열만 이용하여 용접부를 가열함으로써, 발생된 기공을 소멸, 제거토록 하는 것을 특징으로 하는 박판 금속 용접부 결함 제거방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 박판 금속의 두께는 0.5㎜ ∼ 3.0㎜인 것을 특징으로 하는 박판 금속 용접부 결함 제거방법.

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