KR20150075288A - 용접 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입열량의 증가 없이 모재의 인성향상을 가져올 수 있는 용접 구조 에 대한 것으로, 그루브가 형성된 두 부재를 맞대어져 형성되는 용접 구조로서, 상기 그루브는 두 부재가 접촉하도록 중앙부에 형성되는 접촉면; 부재의 외면과 상기 접촉면 사이에 형성되는 계단면을 포함하는 용접 구조를 제공한다.

Description

용접 구조 및 용접 방법{Welding Structure and Welding Method}

본 발명은 용접 구조 및 용접 방법에 대한 것으로, 열영향부(HAZ)의 충격 인성이 향상된 용접 구조 및 용접 방법에 대한 것이다.

도 1(a) 및 (b) 에는 종래의 용접 구조 및 용접 방법에 의해 용접된 용접부가 도시되어 있다. 두 부재(1)는 외면(2)과 접촉면(4) 및 외면(2)과 접촉면(4) 사이의 경사면(3)에 의해서 형성된 그루브(5)를 포함하며, 많은 경우 상기 그루브(5)는 접촉면(4)과 상면 사이 및 접촉면(4)과 하면 사이에 형성된다. 이렇게 두 부재(1)에 형성된 그루브(5)에 용접 금속(10)이 용융되어 제공되면서, 부재(1)는 상기 용접 금속의 용융 제공으로 인하여 열영향부(11; HAZ)가 형성되게 되며, 열영향부(11)는 용접부의 취약부로 알려져 있다.

도 2 및 도 3 에는 열영향부 충격시험 결과가 사진으로 도시되어 있다. 도 2 및 도 3 에서 보이듯이, 열영향부 충격시험을 하는 경우 크랙은 열영향부의 퓨젼라인의 조대한 오스테나이트 경계를 따라서 진행된다.

특히, 노치를 열영향부에 형성하지 않고, 용접 금속에 형성한 후 시험을 하더라도 크랙은 용접 금속 내로 전파되지 않고, 근처의 퓨전라인의 오스테나이트(12) 경계로 전파된다는 문제가 있다(도 5(b) 참고).

본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 입열량의 증가 없이 모재의 인성향상을 가져올 수 있는 용접 구조 및 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위한 것으로, 다음과 같은 용접 구조 및 용접 방법을 제공한다.

본 발명은 그루브가 형성된 두 부재를 맞대어져 형성되는 용접 구조로서, 상기 그루브는 두 부재가 접촉하도록 중앙부에 형성되는 접촉면; 부재의 외면과 상기 접촉면 사이에 형성되는 계단면을 포함하는 용접 구조를 제공한다.

이때, 상기 계단면은 상기 외면에 대하여 경사각을 가지는 복수의 제 1 면과 상기 제 1 면에 대하여 경사각을 가지는 복수의 제 2 면이 번갈아 구성될 수 있다.

또, 상기 제 1 면은 외면과 직교하며, 상기 제 2 면은 제 1 면과 직교할 수 있으며, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면은 서로 동일한 길이를 가질 수 있다.

또한, 상기 계단면에서 각 단의 높이는 3mm 이상 6mm 미만이며, 상기 계단면에서 각 단의 폭은 2mm 이상 6mm 미만일 수 있다.

한편, 본 발명에서 상기 계단면의 각 단의 높이 및 폭은 부재의 두께의 15 ~ 25% 사이일 수 있다.

이때, 상기 그루브는 부재의 양면에 각각 형성될 수 있다.

본 발명은 상술한 용접 구조를 형성하는 용접 구조 형성단계; 및 상기 용접 구조의 그루브를 맞댄 상태에서 용접 금속을 용융 제공하여, 두 부재를 용접하는 용접 단계를 포함할 수 있다.

본 발명은 위와 같은 구성을 통하여, 입열량의 증가 없이 모재의 인성향상을 가져올 수 있는 용접 구조를 제공할 수 있다. 또한, 위와 같은 구조에 용접 금속을 충전하면, 오스테나이트 경계를 지그재그 형성하게 하여, 크랙의 전파가 용이하지 않는 용접부를 형성할 수 있다.

도 1(a) 는 종래의 용접 구조를 도시한 도면이며, 도 1(b)는 도 1(a)의 용접 구조에 용접 금속이 충전되어 용접부가 형성된 단면도이다.
도 2 및 3 은 종래의 용접 구조에 충격 시험을 했을 때, 크랙이 전파된 단면 사진이다.
도 4(a) 는 본 발명의 용접 구조를 도시한 단면도이며, 도 4(b)는 본 발명의 용접 구조에 용접 금속이 충전된 용접부의 단면도이다.
도 5 는 크랙이 전파되는 모습을 개략적으로 도시한 도면으로, 도 5(a)는 종래의 용접 구조로 용접한 후 크랙이 전파되는 모습의 개략도이며, 도 5(b)는 본 발명의 용접 구조로 용접한 후 크랙이 전파되는 모습의 개략도이다.
도 6 은 본 발명의 구조에서 계단부의 폭(A) 및 높이(B)에 따른 충격에너지를 도시한 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하도록 한다.

종래에 용접부의 충격 인성을 향상시키기 위하여 비드폭을 넓혀 용접 금속에서 퓨전 라인까지의 거리를 늘림으로써 충격 에너지를 향상시키거나 그레인 바운더리(grainboundary)를 찌그러뜨려 크랙의 전파를 지연시켜 인성을 향상시키는 방법이 제안된 바 있다. 그러나 비드폭을 넓히는 경우에 입열량의 증가로 한계가 있으며, 그레인 바운더리를 찌그러트리는 기술은 아직 기술 개발이 충분하지 않아서 적용되기 어렵다는 문제가 있다.

본 발명은 비드 폭을 넓히지도 않고, 용접 구조를 변경시킴으로써 용접부의 충격 인성을 향상시키는 것으로, 도 4(a)에는 본 발명의 용접 구조를 도시한 단면도가 도시되어 있으며, 본 발명의 용접 구조에 용접 금속이 충전된 용접부의 단면도가 도시되어 있다.

도 4(a) 에서 보이듯이, 본 발명의 용접 구조는 모재인 두 부재(1)가 서로 맞닿아 배치되며, 부재(1)에는 그루브(5)가 형성된다. 그루브(5)는 두 부재가 접촉하도록 중앙부에 형성되는 접촉면(4) 및 부재의 외면(2)과 상기 접촉면(4) 사이에 형성되는 계단면(20);을 포함하는 용접 구조가 도시되어 있다.

상기 계단면(20)은 상기 외면(2)에 대하여 경사각을 가지는 복수의 제 1 면(21)과 상기 제 1 면(21)에 대하여 경사각을 가지는 복수의 제 2 면(22)이 번갈아 구성된다. 이때, 외면(2)에 대한 제 1 면(21)이 이루는 제 1 경사각과 제 1 면(21)에 대한 제 2 면(22)의 제 2 경사각은 합이 180도를 이뤄서 제 1 면(21)이나 제 2 면(22)이 동일한 각으로 반복적으로 구현된다.

제 1 면(21)과 제 2 면(22)은 하나의 그루브(5)에 번갈아 2번 이상씩 배치되며 그에 따라서 계단면(20)은 적어도 2개의 단을 가지게 된다.

도 4(a)에서 보이듯이, 그루브(5)는 상면 및 하면에 각각 배치되며, 각 그루브(5)에 계단면(20)이 각각 적어도 2개의 단을 가지고 있으며, 이러한 계단면(20)으로 인하여, 도 4(b) 에서와 같이 상기 그루브(5)에 용접 금속(10)이 충전될 때, 용접 금속(10)의 경계면이 지그재그 형상을 가지게 된다.

용접 금속(10)이 충전될 때에는 용접 구조의 계단면(20; 도 4(a) 참고)은 용접 금속(10)에 의해서 일부 용융되더라도, 계단면(20)에 의해서 용접 금속(10)의 계면이 이 지그재그로 형성될 수 있다. 이때, 열영향부(11)에서 성장하는 오스테나이트 결정은 서로 마주 보는 방향으로 성장하다가 서로 만나게 되어, 그레인의 성장이 일정한 방향성을 가지고 있지 않게 된다.

전술한 바와 같이, 크랙은 열영향부의 오스테나이트 계면을 따라서 전달되게 되는데, 본 발명의 용접 구조의 경우에 오스테나이트 계면이 일정한 방향을 가지고 있지 않기 때문에, 오스테나이트 계면을 따라서 전달되기 힘들며, 그에 따라서 충격 인성의 증대를 가져올 수 있다.

도 5 는 크랙이 전파되는 모습을 개략적으로 도시한 도면으로, 도 5(a)는 종래의 용접 구조로 용접한 후 크랙이 전파되는 모습의 개략도가 도시되어 있으며, 도 5(b)는 본 발명의 용접 구조로 용접한 후 크랙이 전파되는 모습의 개략도가 도시되어 있다.

도 5(a) 에서 보이듯이, 도 1 에서와 같이 경사면(3)을 가지는 경우에 열영향부에서 성장하는 오스테나이트(12)는 일정한 방향으로 성장하며, 그에 따라서 계면이 직선에 가깝게 형성된다. 하지만, 본 발명의 경우 계단면(20)에 의해서 열영향부에서 성장하는 오스테나이트(12)는 서로의 간섭으로 인하여 성장이 일정한 방향성을 가지고 있지 않으며, 그에 따라서, 크랙의 전파가 곤란함을 확인할 수 있다.

도 6 에는 본 발명의 구조에서 계단부의 폭(A) 및 높이(B)에 따른 충격에너지를 도시한 그래프가 도시되어 있다.

도 6 에서 보이듯이, 상기 계단면(20)에서 각 단의 높이는 3mm 이상 6mm 미만이며, 상기 계단면에서 각 단의 폭은 2mm 이상 6mm 미만인 경우가 충격 인성이 향상되는 것임을 확인할 수 있다.

제 2 면(22)의 폭(A)이 길어질수록 비드폭이 증가하여 충격값이 증가할 뿐만 아니라 입열량이 증가할 수 있으며, 6mm 이상을 넘어서는 경우에는 높이에 민감하게 성능이 나빠지는 것을 확인할 수 있다. 또한, 2mm 이하의 폭을 가지는 경우에 용접 시 용접 금속에 의해서 그 형상이 유지되지 않으며, 열영향부 역시 오스테나이트 성장에 영향을 주지 못하므로, 적어도 2mm 이하의 폭을 가지는 것이 바람직하다.

표 1 에는 본 발명에 따른 구조에 대한 실시예가 도시되어 있다.

표 1 에서 보이듯이, 계단면(20)이 형성되지 않은 것을 비교예로 하여 실험을 하였으며, 계단면(20)이 형성된 것은 실시예로 실험을 하였다.

실시예에서 판재, 즉, 부재(1)의 두께는 19mm 로 일정하게 실험하였으며, 제 1 면(21)의 높이(B)와 제 2 면(22)의 폭(A) 및 제 1 면(21)과 제 2 면(22)이 이루는 제 2 경사각(θ)을 변화시키면서 실험하였다.

표 1 에서 보이듯이, 비교예의 경우에 경사각을 30도로 하였으며, 이때 충격 에너지는 68J 이었으나, 실시예 1 의 경우에 제 1 면(21)과 제 2 면(22)의 폭 및 높이를 동일하게 하였을 때, 비교예의 1.5 배 정도에 해당하는 96J 의 충격 에너지 값을 얻을 수 있었다.

한편, 제 1 면(21)과 제 2 면(22)이 이루는 제 2 경사각(θ)의 경우에 실시예 1 과 실시예 6 에서 보이듯이 직교하는 경우에 가장 바람직한 것임을 확인할 수 있었으며, 깊이가 깊어져 12 mm를 초과한 경우에는 용접이 이루어지 않아서, 충격에너지를 측정할 수 없었다.

실시예 1, 4, 5 및 실시예, 1, 2, 3 에서 확인할 수 있듯이, 제 1 면(21)과 제 2 면(22)의 폭(A) 및 높이(B)가 동일한 경우에 유리한 효과를 가지는 것임을 확인할 수 있으며, 또, 실시예 1, 7 에서 보이듯이, 대략 부재의 두께의 15 ~ 25% 사이인 것이 충격 에너지 향상을 가져올 수 있었다.

1: 부재 2: 외면
4: 접촉면 5: 그루브
20: 계단면 21: 제 1 면
22: 제 2 면

Claims (8)

1. 그루브가 형성된 두 부재를 맞대어 형성되는 용접 구조로서,
   상기 그루브는
   두 부재가 접촉하도록 중앙부에 형성되는 접촉면; 및
   부재의 외면과 상기 접촉면 사이에 형성되는 계단면;을 포함하는 용접 구조.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 계단면은 상기 외면에 대하여 제 1 경사각을 가지는 복수의 제 1 면과 상기 제 1 면에 대하여 제 2 경사각을 가지는 복수의 제 2 면이 번갈아 구성되는 것을 특징으로 하는 용접 구조.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 면은 외면과 직교하며,
   상기 제 2 면은 제 1 면과 직교하는 것을 특징으로 하는 용접 구조.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 1 면과 상기 제 2 면은 서로 동일한 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 용접 구조.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 계단면에서 각 단의 높이는 3mm 이상 6mm 미만이며,
   상기 계단면에서 각 단의 폭은 2mm 이상 6mm 미만인 것을 특징으로 하는 용접 구조.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 계단면의 각 단의 높이 및 폭은 부재의 두께의 15 ~ 25% 사이인 것을 특징으로 하는 용접 구조.
   
7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 그루브는 부재의 양면에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 용접 구조.
   
8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 용접 구조를 형성하는 용접 구조 형성단계; 및
   상기 용접 구조의 그루브를 맞댄 상태에서 용접 금속을 용융 제공하여, 두 부재를 용접하는 용접 단계를 포함하는 용접 방법.
   

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