KR20150028511A

KR20150028511A - 백킹 박판을 이용한 전자빔 용접방법

Info

Publication number: KR20150028511A
Application number: KR20130107186A
Authority: KR
Inventors: 성희준; 배범찬; 김태석; 김경주
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2015-03-16

Abstract

본 발명은 백킹 박판을 이용한 전자빔 용접방법에 관한 것으로, 서로 용접하고자 하는 용접 가공물을 취부하여 태크 용접하는 단계; 상기 용접 가공물의 용접부 이면에 백킹 박판을 다수개로 적층하여 부착하는 단계; 상기 용접 가공물을 진공챔버 내에 위치시키고, 상기 진공챔버를 진공으로 만드는 단계; 상기 용접 가공물의 용접부를 가용접하는 단계; 상기 용접 가공물의 용접부에 전자빔을 집중시켜 용융시키는 단계; 상기 진공챔버의 진공을 해제하고 진공챔버를 제거하는 단계; 및 상기 용접 가공물의 용접부 이면의 백킹 박판을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서 다수개의 백킹 박판을 적층하기 때문에, 용락이 흘러내려서 용접 가공물과 백킹 박판이 붙더라도 용접 가공물에 근접한 백킹 박판을 제외한 백킹 박판들은 쉽게 분리가 가능하며, 용접 가공물에 근접한 박판은 두께가 얇기 때문에 레이저로 절단한 다음 그라인더를 사용하여 쉽게 제거할 수 있다. 그리고 본 발명에 따른 백킹 박판은 일반적인 두께를 가진 백킹재에 비해서 3~6mm로 얇기 때문에, 곡면 판넬과 원형 파이프 등이 다수 사용되는 선박 자재의 용접 백킹재로 사용됨에 있어, 용접부의 형상에 적합하도록 수행하는 가공 없이 부착 작업을 함으로써 비용 및 노동 시간 절감에 따른 생산성 향상 효과가 있다.

Description

백킹 박판을 이용한 전자빔 용접방법 {Electron Beam Welding Technique Using Backing Sheet}

본 발명은 백킹 박판을 이용한 전자빔 용접방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자빔 용접 작업 시, 용접부의 이면에 사용되는 백킹재를 백킹 박판을 사용하여 교차 부착함으로써 원형 및 곡면 부착 작업을 용이하게 하는 한편, 제거 작업이 간편하여 용접 가공물의 손상이 감소되기 때문에 용접 품질이 향상되는 백킹 박판을 이용한 전자빔 용접방법에 관한 것이다.

일반적으로 선박과 같이 용접이 필요한 대형 구조물은 작은 판재들이 모여 이루어진 블록과 블록을 연결하기 위해 PE 및 탑재단계에서 수직 맞대기 용접 또는 수평 맞대기 용접이 필요하게 되며, 이러한 맞대기 용접에는 아크 용접, 일렉트로 가스 용접, 전자빔 용접, 저항 용접, 가스 용접 및 마찰용접 등이 있다.

본원에서는 상기 용접 중에서도 전자빔 용접에 대하여 설명하고자 하는데, 고밀도로 집속되고 가속된 전자빔(Electron Beam)을 진공에서 용접물에 고속으로 조사시키면, 광속의 약 2/3의 속도로 이동한 전자는 용접물에 충돌하여 전자의 운동 에너지를 열에너지로 전환시키며, 국부적으로 고열을 발생시킨다. 이때, 생긴 고에너지를 열원으로 이용하여 용접부를 가열하고 용융시켜 용접 가공물을 접합시키는 것이 전자빔 용접의 원리이다.

이러한 전자빔 용접에 있어서는 무엇보다도 백킹(Backing)의 적용이 상당히 중요한 것으로, 즉 모재의 이면 비드(Back Bead)를 형성시키고 용융 pool이 뒤쪽으로 흘러내리는 것을 방지하기 위해 Copper Backing, Ceramic Backing, Flux Backing 또는 이들의 혼합 Backing 등이 적용되어 사용되고 있다.

상기와 같이 통상의 전자빔 용접에 있어서 종래의 백킹 방법은 용접 될 가공물의 용접부 이면에 부착될 수 있도록 백킹재를 기계 가공한 후, 상기 용접부 이면에 백킹재를 작업자의 수작업에 의하여 부착하고, 용접 후에는 다시 작업자에 의하여 분리시켜야 하는 관계로, 용접을 위한 백킹재를 가공하고, 탈부착하는 작업시간이 과다하게 소요되는 문제가 있다.

또한, 기존에 60T 세기의 전자빔 용접을 기준으로 사용되는 약 20mm의 두께를 가진 백킹재가 흘러내린 용접 가공물에 의해서 붙어버림으로써, 백킹재를 제거하면서 용접 가공물이나 용접부가 손상되어 품질이 저하되고, 용접 가공물의 재사용이 불가능하게 되는 경우가 발생함으로써 경제적이지 못한 문제점이 있다.

문헌 1. 대한민국 등록특허공보 10-0551597호(2005년 06월 29일)

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명은, 패널과 패널을 용접하는 경우와 파이프의 하우징과 상기 하우징이 투입되는 원형공이 형성된 패널을 용접하는 경우 및 곡면 패널을 용접하는 경우에 백킹재 부착 작업을 용이하게 할 수 있도록 얇은 3~6mm 두께의 백킹 박판을 사용하여, 전자빔의 다양한 전류 세기에 대응하도록 상기 백킹 박판을 다수개로 적층하는 백킹 박판을 이용한 전자빔 용접방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 용락이 발생하는 용접 가공물이 겹치는 부위에 백킹 박판을 덧댐으로써, 용접 가공물의 바로 밑의 백킹 박판을 쉽게 제거하는 백킹 박판을 이용한 전자빔 용접방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

전자빔을 사용하는 용접방법에 있어서, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 서로 용접하고자 하는 용접 가공물을 취부하여 태크 용접하는 단계; 상기 용접 가공물의 용접부 이면에 백킹 박판을 다수개로 적층하여 부착하는 단계; 상기 용접 가공물을 진공챔버 내에 위치시키고, 상기 진공챔버를 진공으로 만드는 단계; 상기 용접 가공물의 용접부를 가용접하는 단계; 상기 용접 가공물의 용접부에 전자빔을 집중시켜 용융시키는 단계; 상기 진공챔버의 진공을 해제하고 진공챔버를 제거하는 단계; 및 상기 용접 가공물의 용접부 이면의 백킹 박판을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 백킹 박판은 두께가 3mm 내지 6mm의 범위에 속하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 백킹 박판을 이용한 전자빔 용접방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에 따른 백킹 박판을 이용한 전자빔 용접방법은, 다수개의 백킹 박판을 적층하기 때문에, 용락이 흘러내려서 용접 가공물과 백킹 박판이 붙더라도 용접 가공물에 근접한 백킹 박판을 제외한 백킹 박판들은 쉽게 분리가 가능하며, 용접 가공물에 근접한 박판은 두께가 얇기 때문에 레이저로 절단한 다음 그라인더를 사용하여 쉽게 제거할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 백킹 박판은 일반적인 두께를 가진 백킹재에 비해서 3~6mm로 얇기 때문에, 곡면 판넬과 원형 파이프 등이 다수 사용되는 선박 자재의 용접 백킹재로 사용됨에 있어, 용접부의 형상에 적합하도록 수행하는 가공 없이 부착 작업을 함으로써 비용 및 노동 시간 절감에 따른 생산성 향상 효과가 있다.

도 1은 서로 용접하고자 하는 용접 가공물(10)을 취부하여 태크 용접하는 단계(S1)를 도시한 사시도
도 2는 용접 가공물(10)의 용접부 이면(12)에 백킹 박판(30)을 다수개로 교차하여 부착하는 단계(S2)를 도시한 저면 사시도
도 3은 백킹 박판(30)의 백킹 연결부(31)가 나란하게 부착된 상태를 도시한 사시도
도 4는 백킹 연결부(31)가 층마다 엇갈릴 수 있도록 백킹 박판(30)이 부착된 상태를 도시한 사시도
도 5는 백킹 박판(30)을 절단하여 제거하는 상태를 도시한 저면 사시도

상기 목적하는 바를 달성하기 위한 본 발명인 백킹 박판을 이용한 전자빔 용접방법에 대하여 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예를 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함하는 모든 변경, 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 전자빔을 사용하는 용접방법에 있어서, 본 발명에 따른 백킹 박판을 이용한 전자빔 용접방법은, 서로 용접하고자 하는 용접 가공물(10)을 취부하여 태크 용접하는 단계(S1); 상기 용접 가공물(10)의 용접부 이면(12)에 백킹 박판(30)을 다수개로 교차하여 부착하는 단계(S2); 상기 용접 가공물(10)을 진공챔버(20) 내에 위치시키고, 상기 진공챔버(20)를 진공으로 만드는 단계(S3); 상기 용접 가공물(10)의 용접부(11)를 가용접하는 단계(S4); 상기 용접 가공물(10)의 용접부(11)에 전자빔(40)을 집중시켜 용융시키는 단계(S5); 상기 진공챔버(20)의 진공을 해제하고 진공챔버(20)를 제거하는 단계(S6); 및 상기 용접 가공물(10)의 용접부 이면(12)의 백킹 박판(30)을 제거하는 단계(S7);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

먼저, 서로 용접하고자 하는 용접 가공물(10)을 취부하여 태크 용접하는 단계(S1)는, 선박을 건조하는 과정에서 일정 크기로 분할된 다수의 용접 가공물(10)을 용접작업으로 서로 연결하기 위한 단계이며, 상기 용접 가공물(10)은 평평한 판넬, 굴곡진 판넬 혹은 파이프일 수 있으며, 각각의 평평한 판넬을 취부하여 태크 용접하거나 각각의 굴곡진 판넬을 취부하여 태크 용접하거나, 도 1에 도시된 바와 같이 판넬에 형성된 원형공에 파이프의 하우징을 취부하여 태크 용접할 수 있다.

그리고 상기 태크 용접은 취부한 용접 가공물(10)이 본 용접시 간격을 유지할 수 있도록 행하는 용접으로, 용접 가공물(10) 간에 갭이 발생되는 것이 억제되도록 간격을 두며 전체의 용접부(11)에 대해서 부분적으로 용접을 한다.

다음으로 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 용접 가공물(10)의 용접부 이면(12)에 백킹 박판(30)을 다수개로 교차하여 부착하는 단계(S2)는, 서로 용접하고자 하는 용접 가공물(10)이 용접될 용접부(11)의 반대편인 용접부 이면(12)에 용락이 흘러내림을 방지하기 위해서 백킹 박판(30)을 부착하되, 전자빔(40)의 세기에 비례하여 다수개의 백킹 박판(30)을 적층하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 백킹 박판(30)은 두께가 3mm 내지 6mm의 범위에 속하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 용접 가공물(10)의 상단에서 용접물(13)이 용융되어 용접부(11)에서 용접부 이면(12)으로 흘러내리는데, 백킹 박판(30)의 각층의 백킹 연결부(31)가 일정하면 용융된 용접물(13)에 의해서 붙게 되어 용접 작업 후에 백킹 박판(30)을 제거하기 어렵기 때문에, 도 4에 도시된 바와 같이, 백킹 박판(30)의 백킹 연결부(31)가 층마다 엇갈릴 수 있도록 적층하여 흘러내린 용접물(13)이 백킹 연결부(31)에 의해서 각층의 백킹 박판(30)이 붙는 것을 방지하게 되기 때문에, 하기에 설명될 백킹 박판(30)을 제거하는 단계(S7)를 효율적으로 수행할 수 있게 된다.

또한, 상기 백킹 박판(30)의 고정은, 상기에 설명했던 태크 용접의 방법으로 용접 가공물(10)과 백킹 박판(30) 간에 고정을 할 수 있도록 하고, 백킹 박판(30)과 겹쳐서 부착되는 백킹 박판(30) 간에도 고정을 할 수 있도록 태크 용접을 한다.

다음으로 상기 용접 가공물(10)을 진공챔버(20) 내에 위치시키고, 상기 진공챔버(20)를 진공으로 만드는 단계(S3)는, 진공 속에서 용접부(11)가 대기의 오염을 받지 않고, 용입이 깊게 형성되며, 열 영향을 적게 받아서 변형이 적게 일어나도록 하는 단계이다.

상기 진공챔버(20)에 용접 가공물(10)을 위치시키고, 진공챔버(20)의 내부를 진공으로 만드는 방법은 공지된 기술이므로 상세한 설명을 생략한다.

다음으로 상기 용접 가공물(10)의 용접부(11)를 가용접하는 단계(S4)는, 본 용접인 전자빔(40)으로 용접하기 전에 행하는 태크 용접으로 가용접의 품질이 본 용접의 품질에도 영향을 끼칠 수 있기 때문에, 상기에 용접 가공물(10) 간에 취부를 위해 행했던 태크 용접과 용접 가공물(10)과 백킹 박판(30) 간에 행했던 태크 용접 보다 조밀하게 용접을 해야 한다.

다음으로 상기 용접 가공물(10)의 용접부(11)에 전자빔(40)을 집중시켜 용융시키는 단계(S5)는, 진공챔버(20)에 구비된 전자빔(40)으로 전자빔 용접을 행하게 되며 용접물(13)에 전자빔(40)을 집중시켜 이를 용융시킨다.

상기 전자빔(40)을 이용한 용접은 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

다음으로 상기 진공챔버(20)의 진공을 해제하고 진공챔버(20)를 제거하는 단계(S6)는, 용접 가공물(10)에 대한 용접이 완료되면 진공챔버(20)의 내부 진공을 해제하고 용접 가공물(10)을 진공챔버(20)에서 빼내는 단계이다.

다음으로 상기 용접 가공물(10)의 용접부 이면(12)의 백킹 박판(30)을 제거하는 단계(S7)는, 전자빔 용접에 의해서 흘러내린 용접물(13)에 의해서 용접 가공물(10) 및 상기 백킹 박판(30)이 붙어있으므로, 상기 백킹 박판(30)을 해머로 쳐냄으로써 백킹 박판(30)을 제거한다.

이때, 상기 백킹 박판(30)과 용접 가공물(10)이 직접 붙어있는 면은 해머로 제거하기가 용이하지 않으나, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제시한 백킹 박판(30)은 3~6mm로 얇기 때문에 박판 휠 그라인더 등으로 백킹 박판(30)을 짧게 절단한 후, 정과 같은 도구를 백킹 박판(30)에 대고 해머로 쳐서 제거할 수 있다.

10 : 용접 가공물
11 : 용접부 12 : 용접부 이면
13 : 용접물
20 : 진공챔버
30 : 백킹 박판 31 : 백킹 연결부
40 : 전자빔

Claims

전자빔을 사용하는 용접방법에 있어서,
서로 용접하고자 하는 용접 가공물(10)을 취부하여 태크 용접하는 단계(S1);
상기 용접 가공물(10)의 용접부 이면(12)에 백킹 박판(30)을 다수개로 적층하여 부착하는 단계(S2);
상기 용접 가공물(10)을 진공챔버(20) 내에 위치시키고, 상기 진공챔버(20)를 진공으로 만드는 단계(S3);
상기 용접 가공물(10)의 용접부(11)를 가용접하는 단계(S4);
상기 용접 가공물(10)의 용접부(11)에 전자빔(40)을 집중시켜 용융시키는 단계(S5);
상기 진공챔버(20)의 진공을 해제하고 진공챔버(20)를 제거하는 단계(S6); 및
상기 용접 가공물(10)의 용접부 이면(12)의 백킹 박판(30)을 제거하는 단계(S7);를 포함하는 것을 특징으로 하는 백킹 박판을 이용한 전자빔 용접방법.
청구항 1에 있어서,
상기 백킹 박판(30)은 두께가 3mm 내지 6mm의 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 백킹 박판을 이용한 전자빔 용접방법.