KR20140133935A - Laser-arc hybrid welding method - Google Patents

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KR20140133935A KR1020147028620A KR20147028620A KR20140133935A KR 20140133935 A KR20140133935 A KR 20140133935A KR 1020147028620 A KR1020147028620 A KR 1020147028620A KR 20147028620 A KR20147028620 A KR 20147028620A KR 20140133935 A KR20140133935 A KR 20140133935A
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히로유키 스미
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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

저온 균열의 발생을 억제하기 위하여, 인장 강도가 780 ㎫ 이상인 고강도 강판을 용접 대상으로 하고, 용접 진행 방향에 대하여, 소모 전극식 아크 용접을 선행에, 레이저 용접을 후행에 배치하고, 아크 용접의 용접 와이어 목표 위치와 레이저 빔 조사 위치의 거리를 3 ∼ 5 ㎜ 의 범위로 함과 함께, 아크 용접의 전극 각도를 용접 진행 방향측으로 20 ∼ 60 °의 범위의 후퇴각으로 하고, 레이저 용접의 레이저 빔의 입사 각도를 연직 방향으로부터 용접 진행 방향으로 0 ∼ 30 °의 범위의 각도로 한다.In order to suppress the occurrence of low-temperature cracking, a high-strength steel sheet having a tensile strength of 780 MPa or more is to be welded, the consumable electrode type arc welding is performed in advance, the laser welding is performed in a posterior direction, The distance between the wire target position and the laser beam irradiation position is set to a range of 3 to 5 mm and the electrode angle of the arc welding is set to a backward angle in the range of 20 to 60 degrees to the welding advancing direction side, The angle of incidence is set to an angle in the range of 0 to 30 degrees from the vertical direction to the welding advancing direction.

Description

레이저·아크 하이브리드 용접 방법{LASER-ARC HYBRID WELDING METHOD}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a laser-arc hybrid welding method,

본 발명은, 레이저 용접 (laser welding) 과 소모 전극식 아크 용접 (consumable electrode arc welding) 을 병용시킨 레이저·아크 하이브리드 용접 방법 (laser and arc hybrid welding method) 에 관한 것으로, 특히 인장 강도 (tensile strength) 가 780 ㎫ 이상인 고강도 강판 (high strength steel sheet or plate) 을 대상으로 한 레이저·아크 하이브리드 용접 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser and arc hybrid welding method using laser welding and consumable electrode arc welding together, To a laser-arc hybrid welding method for a high strength steel sheet or plate of 780 MPa or more.

레이저 용접은, 높은 에너지 밀도 (high-energy density) 를 얻을 수 있기 때문에, 심용입 (deep penetration) 의 고속 용접 (high speed welding) 이 가능하여, 고능률의 용접 방법으로서 기대되고 있다. 또, 매우 국소적인 용융이 되기 때문에, 모재에 가해지는 열의 영향도 작아, 왜곡이나 변형이 작은 고품질의 용접 조인트 (weld joint) 를 얻을 수 있다.Laser welding is expected to be a high-efficiency welding method because of its high-energy density, allowing for high speed welding of deep penetrations. In addition, since the welding is very localized, the influence of heat applied to the base material is small, and a weld joint of high quality with little distortion and deformation can be obtained.

한편, 종래부터 다용되고 있는 아크 용접은, 레이저 용접보다 용이하게 취급할 수 있고, 장치도 저렴하여 범용성이 있다. 그러나, 레이저 용접에 비하면, 용입 깊이 (penetration depth) 는 작고, 용접 속도도 느리다.On the other hand, arc welding, which has been widely used in the past, can be handled more easily than laser welding, and the apparatus is also inexpensive and versatile. However, compared to laser welding, the penetration depth is small and the welding speed is low.

그래서, 양자의 이점을 활용하기 위하여, 레이저 용접과 아크 용접을 조합한 레이저·아크 하이브리드 용접이 제안되어 있다. 그리고, 레이저·아크 하이브리드 용접은, 에너지 밀도가 상이한 2 개의 열원 (heat source) 을 이용하고 있기 때문에, 용접 속도의 고속화, 개선 (開先) 갭 (groove gap) 의 치수 정밀도 (dimension accuracy) 의 완화, 용입 깊이의 증대, 용접 조인트부의 특성 향상 (구체적으로는, 용접 금속의 인성 (靭性) 개선 등), 용접 결함 (weld defects) 의 억제 등에 효과가 있는 것이 알려져 있다.Therefore, in order to utilize the advantages of both, laser arc hybrid welding in combination of laser welding and arc welding has been proposed. Since the laser arc-hybrid welding uses two heat sources having different energy densities, the welding speed is increased and the dimensional accuracy of the groove gap is reduced. , It is known that it has an effect of increasing the penetration depth and improving the characteristics of the welded joint portion (specifically, improving the toughness of the weld metal) and suppressing weld defects.

덧붙여서, 레이저·아크 하이브리드 용접 방법으로는, 예를 들어, 하기 특허문헌 1 ∼ 3 등에 기재된 것이 알려져 있다.In addition, as the laser-arc hybrid welding method, for example, those described in Patent Documents 1 to 3 below are known.

특허문헌 1 에서는, 선행에 레이저, 후행에 아크를 배치하고, 피용접재의 루트 갭 (root gap) 을 판두께의 10 ％ 이상으로부터 레이저 빔 직경 (laser beam diameter) 이하의 범위로 설정함으로써, 심용입의 고속 용접을 달성할 수 있는 레이저·아크 하이브리드 용접 방법이 개시되어 있다.Patent Document 1 discloses a technique in which a laser is arranged in advance and an arc is arranged in a trailing direction and the root gap of the welded material is set in a range from 10% or more of the plate thickness to a laser beam diameter or less, Arc-hybrid welding method capable of achieving high-speed welding of a laser beam.

특허문헌 2 에서는, 아크를 선행시키고, 레이저를 후행시켜, 레이저와 아크를 동일 용접선 상 (same weld line) 에 배치시키면서 용접함으로써, 고속 용접성 (high speed weldability) 과 내갭성 (gap tolerance) 이 우수한 레이저·아크 하이브리드 용접 방법에 관한 기술이 개시되어 있다.Patent Document 2 discloses a technique in which an arc is preceded and a laser is followed and a laser and an arc are disposed while being placed on the same weld line to weld a laser having excellent high speed weldability and gap tolerance A technique relating to an arc hybrid welding method is disclosed.

특허문헌 3 에서는, 아크를 선행시킴과 함께 레이저를 후행시키고, 또한 아크 용접은 1 쌍의 아크 전극 (arc electrode) (토치 (torch) 라고도 한다) 을 용접선의 양측에 배치하여 그들의 선단을 용접 진행 방향으로 기울인 상태로 하고, 아크 전극 간의 간극을 통과하여 레이저 광 (laser beam) 을 조사함으로써, 피용접 부재 간에 큰 갭 (gap) 이 존재해도 양호한 용접 조인트를 고속으로 형성할 수 있는 레이저·아크 하이브리드 용접 방법에 관한 기술이 개시되어 있다.In Patent Document 3, a pair of arc electrodes (also referred to as a torch) is disposed on both sides of a weld line and the tip of the arc electrode is welded to the welding direction Arc-hybrid welding that can form a good welded joint at a high speed even if a large gap exists between the welded members by irradiating a laser beam through the gap between the arc electrodes. A technique relating to a method is disclosed.

일본 공개특허공보 평10-216972호Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-216972 일본 공개특허공보 2006-224130호Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-224130 일본 공개특허공보 2011-147944호Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2011-147944

그런데, 레이저·아크 하이브리드 용접의 용접 후의 냉각 속도 (cooling rate) 는 아크 용접에 비해 높기 때문에, 특히 경화되기 쉬운 인장 강도가 780 ㎫ 이상인 고강도 강에서는 용접 금속 (weld metal) 의 저온 균열 (cold cracking) 의 발생이 우려된다.However, since the cooling rate after welding of laser-arc hybrid welding is higher than that of arc welding, cold cracking of the weld metal is caused particularly in a high-strength steel having a tensile strength of 780 MPa or more, Is likely to occur.

일반적으로, 저온 균열의 발생 요인으로는, (a) 용접 금속의 확산성 수소 (diffusible hydrogen), (b) HAZ (welded heat-affected zone) 나 용접 금속의 경화 조직 (hardened microstructure), (c) 용접 조인트의 구속 응력 (restraint stress) 의 3 개를 들 수 있으며, 이들 조건이 갖추어졌을 경우에 저온 균열이 발생한다고 되어 있다. 용접이 종료된 직후, 용접 금속에는 수소가 과포화 상태로 용해되어 있는 경우가 많으며, 그것들이 응력이 높은 지점으로 확산되고, 집적되어 균열에 이른다고 생각되고 있다.(B) HAZ (welded heat-affected zone) or hardened microstructure of the weld metal; (c) And restraint stress of welded joints, and it is said that low-temperature cracking occurs when these conditions are satisfied. Immediately after the welding is completed, hydrogen is often dissolved in a supersaturated state in the weld metal, and it is thought that they are diffused to a point where the stress is high, and are accumulated and cracked.

그러나, 전술한 특허문헌 1 ∼ 3 에서는, 개선 갭의 여유도 (gap tolerance) 와 고속 용접을 양립하는 것에 주안점을 둔 것으로, 저온 균열의 방지에 대해서는 고려되어 있지 않다. 특히, 레이저·아크 하이브리드 용접의 경우에는, 아크 용접의 프로세스에 있어서 용접 와이어 (weld wire) 나 대기 중으로부터 혼입된다고 생각되는 확산성 수소를 무시할 수 없다.However, in the above-described Patent Documents 1 to 3, a focus is placed on achieving both the gap tolerance of the improvement gap and high-speed welding, and therefore, prevention of low-temperature cracking is not considered. In particular, in the case of laser arc hybrid welding, diffuse hydrogen, which is thought to be incorporated from the weld wire or the atmosphere, can not be ignored in the process of arc welding.

본 발명은, 상기와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 인장 강도가 780 ㎫ 이상인 고강도 강판에 대한 레이저·아크 하이브리드 용접의 적용을 도모하는 데에 있어서 과제로 생각되는 저온 균열 방지 기술의 확립을 위하여, 용접 금속의 확산성 수소량을 저감시킬 수 있는 레이저·아크 하이브리드 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a low-temperature crack prevention technique, which is considered to be a problem in application of laser arc hybrid welding to a high strength steel sheet having a tensile strength of 780 MPa or more, And an object of the present invention is to provide a laser-arc hybrid welding method capable of reducing the amount of diffusible hydrogen in a weld metal.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자는, 레이저 및 아크의 배치를 다양하게 변화시킨 조건에 있어서의 레이저·아크 하이브리드 용접의 용접 금속부의 확산성 수소량을 측정하고, 용접 조건 (welding condition) 이 확산성 수소량에 미치는 영향에 대해서 예의 검토하였다. 그 결과, 선행에 아크, 후행에 레이저를 배치하여 용접한 경우가, 선행에 레이저, 후행에 아크를 배치하여 용접한 경우에 비해, 확산성 수소량이 저감되는 경향이 있음을 알아냈다. 또, 선행하는 아크 용접의 전극 각도 (angle of electrode) 를 용접 진행 방향측에 대하여 후퇴각 (sweptback angle) 이 되도록 경사지게 한 경우에, 그 확산성 수소량의 저감 효과가 크다는 지견도 얻었다. 나아가서는, 아크 용접의 용접 와이어 목표 위치 (wire aim position) 와 레이저 빔 조사 위치 (laser beam irradiation position) 의 거리가 어느 범위가 아니면, 확산성 수소량의 저감 효과가 작다는 지견도 얻었다.Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the inventor of the present invention measured the amount of diffusible hydrogen in the weld metal portion of the laser-arc hybrid welding under various conditions in which the arrangement of the laser and the arc was varied, The effect on the amount of diffusible hydrogen was studied extensively. As a result, it has been found that, in the case where the arc is arranged in the preceding line and the laser is arranged in the succeeding line, the amount of diffusible hydrogen tends to be reduced as compared with the case where the laser is arranged in the preceding line and the arc is arranged in the trailing line. It was also found that the effect of reducing the amount of diffusible hydrogen was great when the angle of electrode of the preceding arc welding was inclined so as to be a sweptback angle with respect to the welding direction. Further, it was also found that when the distance between the welding aim position of the arc welding and the laser beam irradiation position is not in a certain range, the effect of reducing the amount of diffusible hydrogen is small.

본 발명은, 상기와 같은 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 이하와 같은 특징을 구비하고 있다.The present invention has been made based on the above-described findings, and has the following features.

[1] 인장 강도가 780 ㎫ 이상인 고강도 강판을 용접 대상으로 하고, 용접 진행 방향에 대하여, 소모 전극식 아크 용접을 선행에, 레이저 용접을 후행에 배치하고, 아크 용접의 용접 와이어 목표 위치와 레이저 빔 조사 위치의 거리를 3 ∼ 5 ㎜ 의 범위로 함과 함께, 아크 용접의 전극 각도를 용접 진행 방향측으로 20 ∼ 60 °의 범위의 후퇴각으로 하고, 레이저 용접의 레이저 빔의 입사 각도 (angle of incidence) 를 연직 방향 (vertical direction) 으로부터 용접 진행 방향 (welding direction) 으로 0 ∼ 30 °의 범위의 각도로 하는 것을 특징으로 하는 레이저·아크 하이브리드 용접 방법.[1] A high-strength steel sheet having a tensile strength of 780 MPa or more is to be welded, and the consumable electrode type arc welding is performed in advance and the laser welding is performed in a posterior direction with respect to the welding progress direction. The distance of the irradiation position is set in the range of 3 to 5 mm and the electrode angle of the arc welding is set to the backward angle in the range of 20 to 60 degrees toward the welding advancing direction and the angle of incidence of the laser beam ) Is set to an angle ranging from 0 to 30 degrees in a welding direction from a vertical direction.

[2] 상기 아크 용접의 용접 전류 (weld current) 가 300 A 이하인 것을 특징으로 하는 상기 [1] 에 기재된 레이저·아크 하이브리드 용접 방법.[2] The laser-arc hybrid welding method according to [1], wherein a weld current of the arc welding is 300 A or less.

[3] 상기 레이저 용접의 레이저 출력 (laser power) 이 3 ㎾ 이상인 것을 특징으로 하는 상기 [1] 또는 [2] 에 기재된 레이저·아크 하이브리드 용접 방법.[3] The laser-arc hybrid welding method according to [1] or [2], wherein the laser power of the laser welding is 3 kW or more.

본 발명에 의하면, 인장 강도가 780 ㎫ 이상인 고강도 강판의 레이저·아크 하이브리드 용접을 실시함에 있어서, 용접 금속의 확산성 수소량을 저감시킬 수 있고, 인장 강도가 780 ㎫ 이상인 고강도 강판에서의 내저온 균열성을 향상시킬 수 있다. INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to reduce the amount of diffusible hydrogen in the weld metal in laser-arc hybrid welding of a high-strength steel sheet having a tensile strength of 780 MPa or more, It is possible to improve the property.

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 피용접재의 맞대기 용접 (butt welding) 할 때의 상황을 용접 진행 방향의 가로측에서 본 모식적 측면도이다.
도 2 는, 본 발명의 실시예에 있어서, 수소량의 측정에 사용한 시험편의 모식도이다.Fig. 1 is a schematic side view showing a situation when the butt welding of the welded material is viewed from the lateral side in the welding progress direction in one embodiment of the present invention. Fig.
Fig. 2 is a schematic view of a test piece used for measurement of the hydrogen amount in the example of the present invention. Fig.

본 발명의 일 실시형태에 있어서의 레이저·아크 하이브리드 용접 방법에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.A laser-arc hybrid welding method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 피용접재의 맞대기 용접할 때의 상황을 용접 진행 방향의 가로측에서 본 모식적 측면도이다. 도 1 중, 1 은 피용접재, 2 는 아크 용접 전극, 3 은 용접 와이어, 4 는 레이저 용접 헤드 (laser welding head), 5 는 레이저 빔, 6 은 용접 비드 (weld bead), 화살표 A 는 용접 방향을 각각 나타내고 있다. 또, 아크 용접의 용접 와이어 목표 위치와 레이저 빔 조사 위치의 거리를 X 로 한다. 또한, 아크 용접 전극 (2) 의 연직 방향에 대한 경사각 (즉, 후퇴각) 을 θa, 레이저 용접의 레이저 빔의 입사각을 θb 로 한다. 또한, 아크 용접의 용접 와이어 목표 위치란, 용접 와이어의 연장선이 강판 표면과 교차하는 점을 말한다. 또, 레이저 빔 조사 위치란, 강판 표면의 조사된 레이저 빔의 빔 직경의 중심을 말한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic side view of a welded member to be welded in a side view in the welding progress direction, according to an embodiment of the present invention. FIG. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an object to be welded, 2 denotes an arc welding electrode, 3 denotes a welding wire, 4 denotes a laser welding head, 5 denotes a laser beam, 6 denotes a weld bead, Respectively. The distance between the welding wire target position of the arc welding and the laser beam irradiation position is X. Further, the inclination angle (i.e., the receding angle) of the arc welding electrode 2 with respect to the vertical direction is denoted by? A, and the incident angle of the laser beam with laser welding is denoted by? B. The welding wire target position of the arc welding refers to a point where the extension line of the welding wire crosses the steel plate surface. The laser beam irradiation position refers to the center of the beam diameter of the irradiated laser beam on the surface of the steel sheet.

먼저, 이 실시형태에서는, 아크 용접을 선행, 레이저 용접을 후행에 배치함과 함께, 아크 용접의 전극 각도 (θa) 가 용접 진행 방향측으로 후퇴각이 되도록 하고 있다. 이것은, 아크 용접을 후퇴각 방식 (sweptback angle method) 으로 용접함으로써, 용접 비드의 폭이 좁아져, 용융 금속의 대기와 접촉하는 면적이 작아지는 것에 의해, 대기 중으로부터 반입되는 확산성 수소를 줄일 수 있기 때문이다. 그 때문에, 아크 용접 전극 (2) 과 레이저 용접 헤드 (4) 의 처리를 생각하면, 아크 용접이 선행의 배치가 된다.First, in this embodiment, the arc welding is preceded and the laser welding is arranged afterwards, and the electrode angle? A of the arc welding is set to the backward angle to the welding advancing direction side. This is because the width of the weld bead is narrowed by welding the arc welding by the sweptback angle method so that the contact area of the molten metal with the atmosphere is reduced so that the diffusible hydrogen brought in from the atmosphere can be reduced It is because. Therefore, considering the processing of the arc welding electrode 2 and the laser welding head 4, the arc welding is arranged in advance.

나아가, 아크 용접의 용접 와이어 목표 위치와 레이저 빔 조사 위치의 거리 (X) 를 3 ∼ 5 ㎜ 의 범위로 규정하고 있다. X 가 3 ㎜ 미만인 경우, 용접 와이어 (3) 의 변동에 의해 레이저 빔 (5) 이 용접 와이어 (3) 에 직접 닿아, 용접이 불안정해지기 쉽다. 또 X 가 5 ㎜ 를 초과하면 아크 용접으로 형성된 용융지 (溶融池) (molten weld pool) 와 레이저 용접에 의한 용융지가 분리되기 때문에, 용융 금속이 대기와 접촉하는 표면적이 증가하여, 확산성 수소가 혼입되기 쉬워진다. 따라서, 아크 용접의 용접 와이어 목표 위치와 레이저 빔 조사 위치의 거리 (X) 는 3 ∼ 5 ㎜ 의 범위로 하였다.Furthermore, the distance X between the welding wire target position and the laser beam irradiation position of arc welding is defined to be in the range of 3 to 5 mm. When X is less than 3 mm, the laser beam 5 directly touches the welding wire 3 due to the fluctuation of the welding wire 3, and the welding tends to become unstable. If X exceeds 5 mm, the molten metal is separated from the molten weld pool formed by arc welding and laser welding, so that the surface area of the molten metal in contact with the atmosphere increases, It becomes easy to be incorporated. Therefore, the distance X between the target position of the welding wire and the irradiation position of the laser beam in the arc welding is set in the range of 3 to 5 mm.

그리고, 아크 용접의 후퇴각 (θa) 은 20 ∼ 60 °의 범위로 규정하고 있다. 후퇴각 (θa) 이 20 °미만이면, 아크 용접의 용접 비드의 폭이 현저하게 좁아지지 않기 때문에, 용접 금속의 확산성 수소의 저감 효과가 잘 얻어지지 않고, 후퇴각 (θa) 이 60 °를 초과하면, 아크 용접의 비드 형상이 불안정해짐과 함께, 용입 깊이가 감소한다. 따라서, 아크 용접의 후퇴각 (θa) 은 20 ∼ 60 °의 범위로 한다. 보다 바람직하게는, 30 ∼ 45 °의 범위이다.Further, the receding angle [theta] a of the arc welding is defined to be in the range of 20 to 60 degrees. When the receding angle [theta] a is less than 20 DEG, the width of the weld bead of the arc welding is not remarkably narrowed, so that the effect of reducing the diffusible hydrogen of the weld metal is not obtained well and the receding angle [theta] , The bead shape of the arc welding becomes unstable and the penetration depth decreases. Therefore, the receding angle [theta] a of the arc welding is set in a range of 20 to 60 degrees. More preferably, it is in the range of 30 to 45 degrees.

또한, 레이저 빔 (5) 의 입사각 (θb) 을 연직 방향으로부터 용접 진행 방향으로 0 ∼ 30 °의 범위로 규정하고 있다. 레이저 빔 (5) 의 입사각 (θb) 이 0 °미만인 경우에는, 레이저 용접 헤드 (4) 와 아크 용접 토치 (2) 가 용접 진행 방향과 동일한 측으로 경사지게 되어, 서로 위치적으로 간섭하게 될 뿐만 아니라 얻어지는 효과도 없다. 한편, 레이저 빔 (5) 의 입사각 (θb) 이 30 °를 초과하면, 용입 깊이가 감소한다. 따라서, 레이저 용접의 레이저 빔 (5) 의 입사각 (θb) 은 0 ∼ 30 °의 범위로 한다. 보다 바람직하게는, 0 ∼ 15 °의 범위이다.Further, the incident angle [theta] b of the laser beam 5 is defined to be in the range of 0 to 30 [deg.] From the vertical direction to the welding advancing direction. The laser welding head 4 and the arc welding torch 2 are inclined to the same side as the welding advancing direction so that they are not only locally interfered with each other There is no effect. On the other hand, if the incident angle [theta] b of the laser beam 5 exceeds 30 [deg.], The penetration depth decreases. Therefore, the incident angle [theta] b of the laser beam 5 for laser welding is set in the range of 0 to 30 [deg.]. More preferably in the range of 0 to 15 degrees.

그리고, 아크 용접의 용접 전류는 300 A 이하로 하는 것이 바람직하다. 또, 레이저 용접의 레이저 출력은 3 ㎾ 이상으로 하는 것이 바람직하다.The welding current of the arc welding is preferably 300 A or less. The laser output of the laser welding is preferably 3 kW or more.

즉, 아크 용접 전류가 300 A 를 초과하면, 용접 와이어 (3) 의 용착량 (volume of deposit metal) 이 증가하기 때문에, 용접 와이어 (3) 로부터 혼입되는 확산성 수소도 증가한다. 따라서, 아크 용접의 용접 전류는 300 A 이하로 하는 것이 바람직하다.That is, when the arc welding current exceeds 300 A, since the volume of deposit metal of the welding wire 3 increases, the diffusible hydrogen incorporated from the welding wire 3 also increases. Therefore, the welding current of the arc welding is preferably 300 A or less.

한편, 레이저 출력이 3 ㎾ 미만이면, 후판의 레이저·아크 하이브리드 용접에서 기대하는 심용입을 얻는 것이 어려워진다. 또, 레이저 용접에 의한 모재의 용융 (희석률 (dilution ratio)) 이 작아지면, 아크 단독 용접의 경우와 가까워지기 때문에, 확산성 수소의 저감 효과도 잘 얻어지지 않게 된다. 따라서, 레이저 용접의 레이저 출력은 3 ㎾ 이상으로 하는 것이 바람직하다.On the other hand, when the laser output is less than 3 kW, it is difficult to obtain the desired penetration in laser-arc hybrid welding of the thick plate. Further, if the melting (dilution ratio) of the base material by laser welding becomes small, the effect of reducing the diffusible hydrogen can not be obtained because it becomes close to the case of arc single welding. Therefore, the laser output of the laser welding is preferably 3 kW or more.

또한, 본 발명에서 사용하는 레이저 용접으로는, 여러 가지 형태의 발진기 (oscillator) 를 사용한 레이저 빔을 사용할 수 있다.Further, as the laser welding used in the present invention, a laser beam using various types of oscillators can be used.

예를 들어, 기체 (예를 들어, CO2 (carbon dioxide gas), 헬륨-네온 (helium-neon), 아르곤 (argon), 질소 (nitrogen), 요오드 (iodine) 등) 를 매질로서 사용하는 기체 레이저 (gas laser), 고체 (예를 들어, 희토류 원소를 도프한 YAG 등) 를 매질로서 사용하는 고체 레이저 (solid laser), 레이저 매질 (laser medium) 로서 벌크 (bulk) 대신에 파이버 (fiber) 를 이용하는 파이버 레이저 (fiber laser), 디스크 레이저 (disk laser) 등이 바람직하다. 혹은, 반도체 레이저 (semiconductor laser) 를 사용해도 된다.For example, the gas-gas laser using a (for example, CO 2 (carbon dioxide gas), helium-neon (helium-neon), Ar (argon), N (nitrogen), iodine (iodine) and so on) as the medium a solid laser using a gas laser, a solid (for example, YAG doped with rare earth elements) as a medium, a laser medium using a fiber as a laser medium instead of bulk Fiber lasers, disk lasers, and the like are preferable. Alternatively, a semiconductor laser may be used.

또, 본 발명에서 사용하는 아크 용접으로는, 실드 가스에 의해 아크 및 용접 금속을 대기로부터 차폐하면서 용접하는 가스 실드 아크 용접을 사용할 수 있다.As the arc welding used in the present invention, it is possible to use gas shielded arc welding in which arc and welding metal are shielded from the atmosphere by a shielding gas while welding.

예를 들어, CO2 가스 혹은 Ar 과 CO2 의 혼합 가스를 사용하는 MAG 용접 (metal active gas welding), Ar 이나 He 등의 불활성 가스를 사용하는 MIG 용접 (metal inert gas welding) 등의 전극이 연속적으로 용융되어 소모되는 용극식 (소모 전극식) 용접이 바람직하다.For example, MAG welding using a CO 2 gas or a mixed gas of Ar and CO 2 , and metal inert gas welding using an inert gas such as Ar or He can be continuously performed (Consumable electrode type) welding is preferable.

실시예 1Example 1

레이저·아크 하이브리드 용접 조인트의 용접 금속부의 확산성 수소량에 대해서, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.The present invention will be described in more detail by way of Examples with reference to the amount of diffusible hydrogen in the weld metal portion of a laser-arc hybrid welded joint.

아크 용접을 대상으로 한 강 용접부의 수소량의 측정 방법으로는, JIS Z 3118 에 나타난 시험 방법이 일반적으로 사용되고 있다. 그래서, 레이저·아크 하이브리드 용접의 확산성 수소의 측정에 있어서도, 시험편 형상, 확산성 수소의 포집, 수소량의 측정 방법 등의 기본 사항은 JIS (Japanese Industrial Standards) 에 준거하여 실시하였다. 즉, 공시강으로서 사용한 HT780 급 강판으로부터, 도 2 에 나타내는 바와 같은, 판두께 12 ㎜ × 폭 25 ㎜ × 길이 40 ㎜ 의 시험판 (1A) 과 판두께 12 ㎜ × 폭 25 ㎜ × 길이 45 ㎜ 의 엔드 탭 (end tab) (1B) 을 제작하고, 레이저·아크 하이브리드 용접 조건을 다양하게 변화시킨 용접부의 확산성 수소량을 측정하였다.As a method for measuring the amount of hydrogen in a steel welded joint for arc welding, the test method shown in JIS Z 3118 is generally used. Therefore, in the measurement of diffusible hydrogen in laser-arc hybrid welding, the basic matters such as the shape of test piece, the collection of diffusible hydrogen, and the method of measuring hydrogen amount were carried out in accordance with JIS (Japanese Industrial Standards). Namely, from the HT780 grade steel sheet used as the disclosed steel, a test plate 1A having a plate thickness of 12 mm x width of 25 mm x length of 40 mm and a test plate 1A having a plate thickness of 12 mm x width of 25 mm x length of 45 mm An end tab 1B was manufactured and the amount of diffusible hydrogen in the welded part was measured in various laser-arc hybrid welding conditions.

표 1 에 레이저·아크 하이브리드 용접 조건을 나타낸다.Table 1 shows the laser arc hybrid welding conditions.

Figure pct00001
Figure pct00001

또한, 레이저 용접에는 YAG 레이저 용접기를 사용하고, 레이저 실드 가스 (laser shielding gas) 는 순 Ar 로 하였다. 한편, 아크 용접은 HT780 급 MAG 용접용 솔리드 와이어 (solid wire) (1.2 ㎜ 직경) 를 사용하고, 실드 가스는 80 vol％ Ar-20 vol％ CO2 를 사용하였다. 또, 용접 속도는, 판두께 12 ㎜ 의 시험판 (1A) 의 관통을 방지하기 위하여 0.5 m/min 으로 하였다.A YAG laser welder was used for the laser welding, and a pure Ar gas was used for the laser shielding gas. On the other hand, a solid wire (1.2 mm diameter) for HT780-grade MAG welding was used as the arc welding, and 80 vol% Ar-20 vol% CO 2 was used as the shielding gas. The welding speed was set at 0.5 m / min to prevent penetration of the test plate 1A having a plate thickness of 12 mm.

표 1 중의 본 발명예 (조인트 No.1, 3, 4, 6, 7, 8) 는, 아크 용접을 레이저 용접에 선행시킴과 함께, 아크 용접의 용접 와이어 목표 위치와 레이저 빔 조사 위치의 거리 (X) 를 3 ∼ 5 ㎜ 의 범위로, 또 아크 용접의 전극 각도 (θa) 를 20 ∼ 60 °의 후퇴각으로, 레이저 빔의 입사각 (θb) 을 0 ∼ 30 °로 배치한 예이다. 또한, 조인트 No.1, 3, 4, 7 에서는, 아크 용접의 용접 전류를 300 A 이하로 하고, 레이저 용접의 레이저 출력을 3 ㎾ 이상으로 하고 있지만, 조인트 No.6 에서는, 아크 용접의 용접 전류를 300 A 초과인 320 A 로 하고, 조인트 No.8 에서는, 레이저 용접의 레이저 출력을 3 ㎾ 미만인 2.5 ㎾ 로 하고 있다.In the inventive examples (joint Nos. 1, 3, 4, 6, 7, 8) in Table 1, arc welding is preceded by laser welding and the distance between the welding wire target position of arc welding and the laser beam irradiation position X is set in the range of 3 to 5 mm and the electrode angle? A of the arc welding is set in the receding angle of 20 to 60 degrees and the incident angle? B of the laser beam is set in the range of 0 to 30 degrees. In Joints Nos. 1, 3, 4, and 7, the welding current for arc welding is 300 A or less and the laser output for laser welding is 3 kW or more. In the joint No. 6, Is set to 320 A, which is more than 300 A, and the laser output of laser welding is 2.5 kW, which is less than 3 kW, in joint No. 8.

이에 대하여, 표 1 중의 비교예 (조인트 No.2, 5, 9, 10, 11) 중, 조인트 No.2 는 레이저 용접을 아크 용접에 선행시킨 예, 조인트 No.5 는 아크 용접의 용접 와이어 목표 위치와 레이저 빔 조사 위치의 거리 (X) 를 3 ㎜ 미만인 1 ㎜ 로 한 예, 조인트 No.9 는 아크 용접의 용접 와이어 목표 위치와 레이저 빔 조사 위치의 거리 (X) 를 5 ㎜ 초과인 6 ㎜ 로 한 예, 조인트 No.10 은 레이저 빔의 입사각 (θb) 을 30 °초과인 45 °로 한 예, 조인트 No.11 은 아크 용접의 토치 각도 (θa) 를 60 °초과인 70 °의 후퇴각으로 한 예이다.In contrast, among the comparative examples (joints Nos. 2, 5, 9, 10 and 11) in Table 1, joint No. 2 is an example in which laser welding is preceded by arc welding, And the distance X between the laser beam irradiation position and the target position of the welding wire of the arc welding is set to 1 mm, which is less than 3 mm, the distance X between the welding wire target position and the laser beam irradiation position is 6 mm The joint No. 10 is an example in which the incident angle [theta] b of the laser beam is set to 45 degrees which is more than 30 degrees, the joint No. 11 is the welding angle of the arc welding torch angle [theta] Is an example.

이들 레이저·아크 하이브리드 용접부의 확산성 수소량의 측정 결과를 표 2 에 나타낸다.Table 2 shows the results of measurement of the amount of diffusible hydrogen in these laser-arc hybrid weld zones.

여기서, 확산성 수소량의 평가 지표 (evaluation index) 로서, 아크 용접에서 일반적으로 평가에 사용되는「용착 금속 (deposit metal) 의 질량당 수소량」이 아닌,「용접 금속의 질량당 수소량」을 사용하는 것으로 하였다. 그 이유로서, 레이저·아크 하이브리드 용접의 경우에는, 고에너지 밀도인 레이저 용접의 효과에 의해 모재의 용융 (희석률) 이 아크 단독 용접에 비해 높기 때문에, 후자가 저온 균열의 평가에는 적절하다고 판단했기 때문이다. 또한, 확산성 수소의 포집 조건 (collecting condition) 은 45 ℃ × 72 시간으로 하고, 수소량은 가스 크로마토그래프법 (gas chromatography measurement) 으로 측정하였다.Here, as the evaluation index of the amount of diffusible hydrogen, the amount of hydrogen per mass of the weld metal, rather than the " amount of hydrogen per mass of deposit metal " Respectively. The reason for this is that in the case of laser-arc hybrid welding, since the melting (dilution ratio) of the base material is higher than that of arc-only welding due to the effect of laser welding with a high energy density, Because. The collecting condition of the diffusible hydrogen was 45 캜 x 72 hours, and the amount of hydrogen was measured by gas chromatography measurement.

Figure pct00002
Figure pct00002

표 2 로부터 분명한 바와 같이, 본 발명예에서는「용접 금속의 질량당 수소량」은 0.40 ㎖/100 g 이하의 값이 되었다. 한편, 비교예의「용접 금속의 질량 당 수소량」은 0.60 ㎖/100 g 을 초과하는 값이 되었다. 즉, 본 발명에 의해,「용접 금속의 질량당 수소량」은 대체로 반감시킬 수 있었다.As apparent from Table 2, in the present invention, the " amount of hydrogen per mass of the weld metal " was 0.40 ml / 100 g or less. On the other hand, the " amount of hydrogen per mass of weld metal " in the comparative example exceeded 0.60 ml / 100 g. That is, according to the present invention, the " amount of hydrogen per mass of the weld metal "

산업상 이용가능성Industrial availability

본 발명에 의하면, 레이저·아크 하이브리드 용접부의 확산성 수소량을 저감시킬 수 있는 점에서, 고강도 강에서의 내저온 균열성을 향상시킬 수 있기 때문에, 산업상 각별한 효과를 나타낸다.INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, since the amount of diffusible hydrogen in the laser-arc hybrid welding portion can be reduced, the low-temperature cracking resistance in a high-strength steel can be improved, and therefore, it has a remarkable effect in industry.

1 : 피용접재
1A : 시험판
1B : 엔드 탭
2 : 아크 용접 전극
3 : 용접 와이어
4 : 레이저 용접 헤드
5 : 레이저 빔
6 : 용접 비드1: Welded material
1A: trial version
1B: End tap
2: arc welding electrode
3: welding wire
4: laser welding head
5: laser beam
6: weld bead

Claims (3)

인장 강도가 780 ㎫ 이상인 고강도 강판을 용접 대상으로 하고, 용접 진행 방향에 대하여, 소모 전극식 아크 용접을 선행에, 레이저 용접을 후행에 배치하고, 아크 용접의 용접 와이어 목표 위치와 레이저 빔 조사 위치의 거리를 3 ∼ 5 ㎜ 의 범위로 함과 함께, 아크 용접의 전극 각도를 용접 진행 방향측으로 20 ∼ 60 °의 범위의 후퇴각으로 하고, 레이저 용접의 레이저 빔의 입사 각도를 연직 방향으로부터 용접 진행 방향으로 0 ∼ 30 °의 범위의 각도로 하는 것을 특징으로 하는 레이저·아크 하이브리드 용접 방법.A high-strength steel sheet having a tensile strength of 780 MPa or more is to be welded, a consumable electrode type arc welding is performed in advance and a laser welding is performed in a posterior direction with respect to the welding progressing direction, and the welding wire target position and the laser beam irradiation position And the angle of the electrode of the arc welding is set to a backward angle in the range of 20 to 60 degrees to the welding advancing direction and the angle of incidence of the laser beam of the laser welding is changed from the vertical direction to the welding advancing direction Is an angle in the range of 0 to 30 DEG. 제 1 항에 있어서,
상기 아크 용접의 용접 전류가 300 A 이하인 것을 특징으로 하는 레이저·아크 하이브리드 용접 방법.The method according to claim 1,
Wherein the welding current of the arc welding is 300 A or less. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 레이저 용접의 레이저 출력이 3 ㎾ 이상인 것을 특징으로 하는 레이저·아크 하이브리드 용접 방법.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the laser output of the laser welding is 3 kW or more.
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