KR20180021893A - 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법 - Google Patents

Abstract

소정의 개선 조건으로서, 판두께: 10㎜ 이상 2매의 후강재(1)를, 위빙을 이용하는 일층 용접 또는 다층 용접에 의해 접합하는 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법에 있어서, 굽힘부와 이 굽힘부에 의해 획정되는 선단부를 구비하는 용접 토치(4)를 이용하여, 초증 용접 위빙을 행하는 것으로 하고, 그 때, 후강재의 개선면(2)에 대한 위빙시에, 소정의 조건에서 용접 토치의 선단부를 후강재의 개선면을 향하게 하여 요동시킨다.

Description

수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법{VERTICAL NARROW-GROOVE GAS SHIELDED ARC WELDING METHOD}

본 발명은, 협개선(狹開先) 가스 실드 아크 용접 방법에 관한 것으로서, 특히 2매의 후강재의 맞대기 용접에 적용할 수 있는, 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법에 관한 것이다.

여기에서, 「협개선」이란, 개선(開先) 각도가 25°이하 그리고 개선 갭이 20㎜ 이하인 것을 의미한다.

강의 용접 시공에 이용되는 가스 실드 아크 용접은, CO₂ 단독의 가스, 혹은 Ar과 CO₂의 혼합 가스를 용융부의 실드에 이용하는 소모 전극식이 일반적이고, 자동차, 건축, 교량 및 전기 기기 등의 제조 분야에 있어서 폭넓게 이용되고 있다.

그러나 최근, 강 구조물의 대형화·박육화에 수반하여, 제작 과정에서의 용접, 특히 강재의 맞대기 용접에 있어서의 용착량이 증대하고, 나아가서는 용접 시공에 많은 시간이 필요해져, 시공 비용의 증대를 초래하고 있다.

이를 개선(改善)하는 방법으로서, 판두께에 대하여 작은 간극의 개선(開先)을 아크 용접법에 의해 다층 용접하는, 협개선 가스 실드 아크 용접의 적용을 생각할 수 있다. 이 협개선 가스 실드 아크 용접은, 통상의 가스 실드 아크 용접과 비교하여 용착량이 적어지기 때문에, 용접의 고능률화·에너지 절약화를 달성할 수 있고, 나아가서는 시공 비용의 저감을 가져오는 것으로 기대된다.

한편, 수직 방향의 고능률 용접에는, 통상, 일렉트로 슬래그 용접(electro slag welding)이 적용되고 있지만, 1패스 대입열 용접이 기본이고, 판두께가 60㎜를 초과하는 용접에서는 입열 과다가 되어 인성 저하가 우려되고 있다. 또한, 1패스 용접에는 판두께의 한계가 있어, 특히 판두께가 65㎜를 초과하는 용접은, 아직도 기술 확립되어 있지 않은 것이 실상이다.

이 때문에, 협개선 가스 실드 아크 용접을 수직 방향 용접에 적용한, 고품질이고 또한 고능률적인 용접 방법을 개발하는 것이 요망되고 있다.

이러한 협개선 가스 실드 아크 용접을 수직 방향 용접에 적용한 용접 방법으로서, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 양면 U형 개선 이음매를 대상으로 하는 양측 다층 용접 방법이 개시되어 있다. 이 용접 방법에서는, 이너트 가스를 이용한 TIG 용접에 의한 적층 용접을 행하고 있고, 이너트 가스를 이용함으로써 슬래그나 스퍼터의 발생을 억제하여, 적층 결함을 막는 것으로 하고 있다.

그러나, 비소모 전극식인 TIG 용접은, 소모 전극인 강 와이어를 이용하는 MAG 용접이나 CO₂ 용접과 비교하여, 용접법 그 자체의 능률이 크게 뒤떨어진다.

또한, 특허문헌 2에는, 스퍼터나 융합 불량을 억제하기 위해 용접 토치의 위빙(weaving)을 행하는, 협개선의 수직 방향 용접 방법이 개시되어 있다.

그러나, 이 용접 방법에서는, 용접 토치의 위빙 방향이, 개선 깊이 방향이 아닌, 강판 표면 방향이기 때문에, 용융 금속이 흘러내리기 전에 용접 토치를 위빙 시킬 필요가 있어, 결과적으로 용접 전류를 150A 정도의 저전류로 하여, 1패스당의 용착량(≒입열량)을 억제할 필요가 생긴다.

그 때문에, 이 용접 방법을 판두께가 큰 후강재의 용접에 적용하는 경우에는, 소량 다(多)패스의 적층 용접이 되어, 용입 불량 등의 적층 결함이 많아지는 것 외에, 용접 능률이 크게 저하한다.

또한, 특허문헌 3에는, 특허문헌 2와 동일하게, 융합 불량을 억제하기 위해 용접 토치의 위빙을 행하는, 수직 방향 용접 방법이 개시되어 있다.

여기에서 개시되는 면각도(개선 각도)는 26.3∼52°로 넓은 편이지만, 용접 토치의 위빙은 개선 깊이 방향에 대해서도 행해진다. 그 때문에, 특허문헌 3의 수직 방향 용접 방법에서는, 1패스당의 용착량을 비교적 많이 취하는 것이 가능하다.

그러나, 개선 깊이 방향의 위빙량이 작고, 또한 용접 금속 및 용접 와이어 조성이 고려되어 있지 않기 때문에, 1패스당의 용착량(≒입열량)을 억제할 필요가 생겨, 1패스당의 용접 깊이는 10㎜ 정도로 얕아진다.

그 때문에, 이 용접 방법을 판두께가 큰 후강재의 용접에 적용하는 경우에는, 역시 소량 다패스의 적층 용접이 되어, 용입 불량 등의 적층 결함이 많아지는 것 외에, 용접 능률이 저하한다.

또한, 특허문헌 4에는, 극후재의 1패스 용접을 가능하게 한 2전극의 일렉트로 가스 아크 용접 장치가 개시되어 있다.

이 2전극의 일렉트로 가스 아크 용접 장치의 사용에 의해, 판두께: 70㎜ 정도까지의 후강재의 접합이 가능하게 된다. 그러나, 2전극화에 의해 입열량이 360 kJ/㎝ 정도로 대폭으로 증가하기 때문에, 강판으로의 열영향이 커, 이음매에 높은 특성(강도, 인성)이 요구되는 경우, 이러한 특성을 만족시키는 것이 매우 곤란해진다.

또한, 이 2전극의 일렉트로 가스 아크 용접 장치에서는, 개선에 있어서, 이면측에는 세라믹의 뒷받침을, 표면(용접기측)에는 수냉식의 구리판 받침의 가압 기구를 형성하는 것이 불가결하여, 용융 금속의 흘러내림의 걱정이 없는 반면, 용접 장치가 복잡해진다.

또한, 이 2전극의 일렉트로 가스 아크 용접 장치에서는, 표면(용접기측)에 구리판 받침의 가압 기구를 형성하는 것이 불가결하기 때문에, 1패스 용접이 기본이고, 다패스의 적층 용접으로서 저(低)입열화를 도모하는 것은 곤란하다.

일본공개특허공보 2009-61483호 일본공개특허공보 2010-115700호 일본공개특허공보 2001-205436호 일본공개특허공보 평10-118771호

상기한 바와 같이, 후강재의 용접에 적용할 수 있는, 고품질이고 또한 고능률적인 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법은, 아직도 개발되고 있지 않은 것이 실상이다.

한편, 용접 자동화 기술(용접 로봇)의 경량·고기능·고(高)정밀도화가 진행되어, 지금까지 곤란했던 개선 형상과 용접 자세에 적합한 용접 토치의 위빙이 가능해져, 이러한 용접 자동화 기술을 활용함으로써, 강재, 개선 형상, 용접 자세 및 용접 재료(와이어)에 적합한 용접 시공(조건 설정)이 가능해지고 있다.

본 발명은, 고기능이고 또한 고정밀도의 용접 자동화 기술을 활용함으로써, 고품질이고 또한 고능률적인 후강재의 용접을 가능하게 한, 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그래서, 발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위해, 후강재에 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접을 적용하는 경우의 용접 조건에 대해서, 예의 연구를 거듭했다.

그 결과, 후강재의 수직 방향의 협개선 가스 실드 아크 용접을 행함에 있어서, 용접 금속 및 열 영향부에 있어서 소망하는 기계적 특성을 얻음과 함께, 용접의 고능률화를 실현하려면, 개선 갭을 보다 좁게 하거나, 혹은 2패스 이상의 다층 용접으로 함으로써, 1패스당의 용접 입열량을 억제하는 것이 중요하다는 것을 인식했다.

그러나, 이와 같이 1패스당의 용접 입열량을 억제하는 경우라도, 용접 결함의 발생 등을 방지하면서, 충분한 접합 깊이(용접 깊이), 특히 초층(初層) 용접에 있어서 충분한 접합 깊이를 얻는 것이 필요해진다. 그래서, 발명자들은, 이를 가능하게 하는 용접 조건에 대해서, 더욱 연구를 진행했다.

그 결과, 굽힘부와 이 굽힘부에 의해 획정되는 선단부를 구비하는 용접 토치를 이용하여, 초층 용접의 위빙을 행하는 것으로 하고, 그 때, 후강재의 개선면에 대한 위빙시에, 적정한 조건으로 용접 토치의 선단부를 후강재의 개선면을 향하여 요동시키는 것이 중요하고, 이에 따라, 개선면을 충분히 용융시켜 용접 결함의 발생 방지를 도모하면서, 충분한 접합 깊이를 확보할 수 있고, 나아가서는 고전류의 수직 방향 용접에 있어서 문제가 되는 용융 금속의 흘러내림의 억제를 포함하는 비드 형상의 안정화를 도모할 수 있다는 인식을 얻었다.

본 발명은, 상기의 인식에 입각하여, 더욱 검토를 거듭하여 완성시킨 것이다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

1. 개선 각도를 25° 이하, 개선 갭을 20㎜ 이하로 하여, 판두께: 10㎜ 이상의 2매의 후강재를, 위빙을 이용하는 일층 용접 또는 다층 용접에 의해 접합하는 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법에 있어서,

굽힘부와 당해 굽힘부에 의해 획정되는 선단부를 구비하는 용접 토치를 이용하여, 초층 용접의 위빙을 실시하는 것으로 하고, 그 때, 당해 후강재의 개선면에 대한 위빙시에, 당해 용접 토치의 선단부를 당해 후강재의 개선면을 향하여 요동시켜, 당해 후강재의 판두께 방향으로부터 보아 당해 용접 토치의 선단부가 용접선 방향과 정렬되는 위치를 기준 위치로 하여, 당해 기준 위치에 있어서의 당해 용접 토치의 선단부의 수평 방향에 대한 각도 θ1을 10° 이상 45°이하, 당해 기준 위치로부터의 당해 용접 토치의 선단부의 요동 각도 θ2를 10° 이상 60° 이하로 하고,

당해 초층 용접에 있어서의 접합 깊이를 10㎜ 이상으로 하는,

수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.

2. 상기 접합을 일층 용접으로 하고, 또한 상기 개선 갭을 상기 후강재의 판두께의 25％ 이하로 하는 상기 1에 기재된 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.

3. 상기 접합을 다층 용접으로 하고, 또한 상기 초층 용접에 있어서의 접합 깊이를 25㎜ 이상 60㎜ 이하로 하는 상기 1에 기재된 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.

4. 상기 초층 용접의 위빙에 있어서, 용접선 방향으로부터 본 용접 토치의 위빙 패턴이 ㄷ자형인 상기 1∼3 중 어느 하나에 기재된 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.

5. 상기 초층 용접에 있어서의 용접 금속의 S량 및 O량의 합계가 450질량ppm 이하이고 또한, N량이 120질량ppm 이하인 상기 1∼4 중 어느 하나에 기재된 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.

6. 상기 초층 용접에서 이용하는 용접 와이어의 Si량 및 Mn량의 합계가 1.5질량％ 이상 3.5질량％ 이하인 상기 1∼5 중 어느 하나에 기재된 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.

7. 상기 초층 용접에서 이용하는 용접 와이어의 Ti량, Al량 및 Zr량의 합계가 0.08질량％ 이상 0.50질량％ 이하인 상기 1∼6 중 어느 하나에 기재된 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.

8. 실드 가스로서 20체적％ 이상의 CO₂ 가스를 함유하는 가스를 이용하는 상기 1∼7 중 어느 하나에 기재된 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.

9. 상기 초층 용접에 있어서, 평균 용접 전류가 270A 이상 420A 이하의 범위인 상기 1∼8 중 어느 하나에 기재된 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.

본 발명에 의하면, 판두께가 10㎜ 이상인 후강재를 용접하는 경우라도, 수직 방향 용접에 있어서 문제가 되는 용융 금속의 흘러내림 억제를 포함하는 비드 형상의 안정화와 용접 결함 발생을 방지하면서, 고품질이고 또한 고능률적인 협개선 가스 실드 아크 용접을 실시할 수 있다.

그리고, 본 발명의 용접 방법은, 통상의 가스 실드 아크 용접에 비해 용착량이 적어, 용접의 고능률화에 의한 에너지 절약화도 달성할 수 있기 때문에, 용접 시공 비용의 대폭적인 저감이 가능해진다.

또한, 본 발명의 용접 방법에서는, 특허문헌 4에 나타낸 일렉트로 가스 아크 용접 장치와 같은 용융 금속의 흘러내림을 방지하는 수냉식의 구리판 받침의 가압 기구는 불필요하기 때문에, 장치의 복잡화를 회피할 수 있고, 나아가서는, 다패스 그리고 소정의 개선 형상에서의 용접 시공에 의해 1패스당의 용접 입열을 억제할 수 있기 때문에, 용접 금속 및 강재 열 영향부에서 소망으로 하는 기계적 특성의 확보가 용이해진다.

도 1은 각종 개선 형상의 예를 나타내는 것이다.
도 2는 V형의 개선 형상에 있어서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 용접 방법에 의해 초층 용접을 시공할 때의 시공 요령을 나타내는 것이다.
도 3은 후강재의 개선면에 대한 위빙시에 있어서의, 용접 토치의 요동 상태를 나타내는 개략도이다.
도 4는 V형의 개선 형상에 있어서, 초층 용접을 실시한 후의 개선 단면의 일 예를 나타내는 것이다.
도 5는 초층 용접의 위빙에 있어서의, 용접선 방향으로부터 본 용접 토치의 위빙 패턴을 나타내는 것이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

도 1(a)∼(c)는, 각종 개선 형상의 예를 나타내는 것이다. 도면 중, 부호 1이 후강재, 2가 후강재의 개선면, 3이 (Y형 개선에 있어서의) 강재 하단부의 개선이고,기호 θ로 개선 각도를, G로 개선 갭을, t로 판두께를, h로 (Y형 개선에 있어서의)강재 하단부의 개선 높이를 나타낸다.

동(同)도면에서 나타낸 바와 같이, 여기에서 대상으로 하는 개선 형상은, V형 개선(I형 개선 및 ㄴ형 개선을 포함함) 및 Y형 개선 중 어느 하나로 하는 것도 가능하고, 또한 도 1(c)에 나타내는 바와 같이 다수단의 Y형 개선으로 하는 것도 가능하다.

또한, 도 1(b) 및 (c)에 나타내는 바와 같이, Y형 개선의 경우의 개선 각도 및 개선 갭은, 강재 하단부의 개선에 있어서의 개선 각도 및 개선 갭으로 한다. 여기에서, 강재 하단부의 개선이란, 용접시에 이면(裏面)(용접 장치(용접 토치)측의 면을 표면, 그 반대측의 면을 이면으로 함)이 되는 강재면으로부터 판두께의 20∼40％ 정도까지의 영역을 의미한다.

또한, 도 2는, V형의 개선 형상에 있어서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 용접 방법에 의해 초층 용접을 시공할 때의 시공 요령을 나타내는 것이다. 도면 중, 부호 4가 용접 토치, 5가 용접 와이어, 6이 뒷받침재이다. 또한, 용접선, 용융지(溶融池) 및 용접 비드에 대해서는, 도시를 생략하고 있다.

여기에, 이 용접 방법은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 소정의 판두께가 되는 2매의 후강재를 맞대고, 이들 후강재를, 위빙을 이용하는 수직 방향 용접에 의해 접합하는 가스 실드 아크 용접이고, 진행 방향을 윗방향으로 하는 상진(上進) 용접을 기본으로 한다. 그리고, 후강재의 개선면에 대한 위빙시에, 용접 토치의 선단부를 이 후강재의 개선면을 향하여 요동시키는 것이다.

또한, 여기에서는, V형의 개선 형상을 예로 하여 나타냈지만, 다른 개선 형상에서도 동일하다.

또한, 도 3은, 후강재의 개선면에 대한 위빙시에 있어서의, 용접 토치의 요동 상태를 나타내는 개략도로서, 도 3(a) 및 (b)는 각각 판두께 방향(도 2의 후강재의 이면(뒷받침재가 있는 측))에서 본 용접 토치가 기준 위치에 있는 상태 및 용접 토치가 θ2의 각도로 요동한 상태를 나타내는 것이다. 도 3(c)는, 도 3(a)의 X 화살표도이다. 또한, 기준 위치란, 도 3(a)와 같이, 판두께 방향으로부터 보아 용접 토치의 선단부(중심선, 즉 용접 와이어의 돌출 방향)가 용접선 방향과 정렬되는 위치이다. 또한, 도 3(a) 및 (b)에서는, 용융시키고자 하는 후강재의 개선면(도시 생략)이, 지면을 향하여 좌측에 있는 것으로 한다.

도면 중, 부호 7이 본체부, 8이 급전칩, 9가 굽힘부, 10이 선단부이다. 여기에서, 선단부(10)는, 굽힘부(9)보다도 용접 와이어(도시 생략)측이 되는 부분이다. 또한, 굽힘부(9)는, 용접 토치를 구성하는 본체부(7) 및 급전칩(8) 중 어느 하나에 형성해도 좋지만, 시공성의 면 등에서는, 급전칩(8)에 형성하는 것이 바람직하다.

또한, θ1은 기준 위치에 있어서의 용접 토치의 선단부의 수평 방향에 대한 각도, θ2는 기준 위치로부터의 용접 토치의 선단부의 요동 각도, θ3은 용접 토치의 굽힘부에 있어서의 굽힘 각도, l은 용접 토치의 선단부의 길이이고, 이들은 각각 용접 토치 각부의 중심선을 기준으로 한다.

또한, 도 4는, V형의 개선 형상에 있어서, 초층 용접을 실시한 후의 개선 단면의 일 예를 나타내는 것이다. 도면 중, 부호 11이 용접 비드이고, 기호 D로 초층 용접에 있어서의 접합 깊이를, W로 초층 용접에 있어서의 용접 비드폭(초층 용접 후의 개선 간의 갭)을 나타낸다.

또한, 초층 용접에 있어서의 접합 깊이(D)는, 용접시에 이면이 되는 강재면을 기점으로 한 경우의 초층 용접 비드 높이의 최솟값(기점의 강재면으로부터 가장 가까운(낮은) 초층 용접 비드 높이)이다. 여기에서는, V형의 개선 형상을 예로 하여 나타냈지만, 다른 개선 형상에서도 D 및 W는 동일하다.

다음으로, 본 발명의 용접 방법에 있어서, 개선 각도, 개선 갭 및 강재의 판두께를 상기의 범위로 한정한 이유에 대해서 설명한다.

개선 각도 θ: 25° 이하

강재의 개선부는 작을수록 보다 빨리 고능률적인 용접을 가능하게 하는 반면, 융합 불량 등의 결함이 생기기 쉽다. 또한, 개선 각도가 25°를 초과하는 경우의 용접은, 종래의 시공 방법으로도 실시 가능하다. 이 때문에, 본 발명에서는, 종래의 시공 방법으로는 시공이 곤란하고, 그리고 더욱 고능률화가 예상되는 개선 각도: 25° 이하의 경우를 대상으로 한다.

또한, V형 개선에 있어서, 개선 각도가 0°인 경우는 소위 I형 개선으로 칭해지고, 용착량의 면에서는 이 0°인 경우가 가장 효율적이고, 개선 각도가 0°(I형 개선)라도 좋지만, 용접열 변형에 의해 용접 중에 개선이 닫히기 때문에, 이를 예상하여, 판두께(t)(단, Y형 개선의 경우에는 강재 하단부의 개선 높이(h))에 따른 개선 각도를 설정하는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 개선 각도는 (0.5×t/20)° 이상, (2.0×t/20)° 이하로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 (0.8×t/20)°이상, (1.2×t/20)° 이하이다. 예를 들면, 판두께(t)가 100㎜인 경우, 개선 각도는 2.5° 이상, 10° 이하가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 4° 이상, 6° 이하이다.

단, 판두께(t)가 100㎜를 초과하면, 적합 범위의 상한은 10°를 초과하게 되지만, 이 경우의 적합 범위의 상한은 10°로 한다.

개선 갭 G: 20㎜ 이하

강재의 개선부는 작을수록, 보다 빨리 고능률적인 용접을 가능하게 한다. 또한, 개선 갭이 20㎜를 초과하는 경우의 용접은, 용융 금속이 흘러내리기 쉬워 시공이 곤란하다. 그 대책에는, 용접 전류를 낮게 억제하는 것이 필요하지만, 슬래그 권입(slag inclusion) 등의 용접 결함이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, 개선 갭은 20㎜ 이하의 경우를 대상으로 한다. 바람직하게는 4㎜ 이상, 12㎜ 이하의 범위이다. 또한, 특히, 초층 용접만으로 이루어지는 일층 용접에 의해 접합하는 경우에는, 개선 갭은, 피용접재가 되는 후강재의 판두께의 25％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 더욱 바람직하게는 20％ 이하이다.

판두께(t): 10㎜ 이상

강재의 판두께는 10㎜ 이상으로 한다. 그렇다는 것은, 강재의 판두께가 10㎜ 미만이면, 종래의 용접 방법, 예를 들면, 반(半)플럭스 코어드 와이어(flux cored wire)를 이용한 반자동 CO₂ 아크 용접을 이용해도, 용접 입열량을 억제하면서 건전한 이음매가 얻어지는 경우도 있기 때문이다. 바람직하게는 20㎜ 이상, 보다 바람직하게는 25㎜ 이상이다.

또한, 일반의 압연 강재를 대상으로 하는 경우, 판두께는 일반적으로 100㎜가 상한이다. 따라서, 본 발명에서 대상으로 하는 강재의 판두께의 상한은 100㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 피용접재로 하는 강종으로서는, 고장력강(예를 들면, 조선용 극후 YP 460㎫급 강(인장 강도 570㎫급 강)이나 건축용 TMCP강 SA440(인장 강도 590㎫급 강))이 특히 적합하다. 그렇다는 것은, 고장력강은, 용접 입열 제한이 어려워, 용접 금속에 균열이 생기기 쉬운 것 외에, 용접 열 영향에 의해 요구되는 이음매 강도나 인성이 얻어지지 않는다. 이에 대하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 용접 방법에서는, 입열량: 170kJ/㎝ 이하로 효율 좋게 용접이 가능하고, 590㎫급 고장력 강판, 고합금계가 되는 590㎫급 내식강의 용접도 가능하다. 당연히, 연강(軟鋼)에도 문제 없이 대응할 수 있다.

이상, 본 발명의 용접 방법에 있어서, 개선 각도, 개선 갭 및 강재의 판두께를 한정한 이유에 대해서 설명했지만, 본 발명의 용접 방법에서는, 상기한 개선 형상에 적절한 입열량으로, 용접 조건을 적정하게 제어하면서 효율 좋게 용접하여, 소정의 접합 깊이를 얻는 것이 중요하다.

이하, 이 용접 조건 및 접합 깊이에 대해서 설명한다.

기준 위치에 있어서의 용접 토치의 선단부의 수평 방향에 대한 각도 θ1: 10° 이상 45° 이하

도 3과 같이, 굽힘부와 이 굽힘부에 의해 획정되는 선단부를 구비하는 용접 토치를 이용하여, 용접 토치의 선단부를 후강재의 개선면을 향하여 요동시키면서 위빙을 실시함으로써, 급전칩과 후강재의 개선면의 접촉을 회피하면서 와이어 선단을 개선면에 접근시키는 것이 가능해진다. 또한, 와이어 선단부도 개선면을 향하게 되기 때문에, 아크에 의한 개선면의 직접 용융이 가능해진다. 이 때문에, 1패스당의 용접 입열량을 억제하는 경우라도, 개선면을 충분히 용융시켜 용접 결함의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 용접 토치의 위빙에 의한 아크 입열 범위의 확대에 의해, 용융 금속의 흘러내림을 억제하여, 비드 형상의 안정화를 도모할 수도 있다.

그러나, θ1이 10° 미만이 되면, 상기의 효과가 충분히 얻어지지 않아, 용접 결함이나 용접 금속의 흘러내림이 발생한다. 한편, θ1이 45°를 초과하면, 용접 토치의 굽힘부에 있어서의 와이어의 송급 저항이 증대하여, 용접을 안정적으로 계속하는 것이 곤란해져, 역시 용접 결함이나 용접 금속의 흘러내림이 발생한다. 이 때문에, 기준 위치에 있어서의 용접 토치의 선단부의 수평 방향에 대한 각도 θ1은 10° 이상 45° 이하로 한다. 바람직하게는, 15° 이상, 30° 이하이다.

기준 위치로부터의 당해 용접 토치의 선단부의 요동 각도 θ2: 10° 이상 60° 이하

전술한 바와 같이, 굽힘부와 이 굽힘부에 의해 획정되는 선단부를 구비하는 용접 토치를 이용하여, 용접 토치의 선단부를 후강재의 개선면을 향하여 요동시키면서 위빙을 행함으로써, 급전칩과 후강재의 개선면의 접촉을 회피하면서 와이어 선단을 개선면에 접근시키는 것이 가능해진다. 또한, 와이어 선단부도 개선면을 향하게 되기 때문에, 아크에 의한 개선면의 직접 용융이 가능해진다. 이 때문에, 1패스당의 용접 입열량을 억제하는 경우라도, 개선면을 충분히 용융시켜 용접 결함의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 용접 토치의 위빙에 의한 아크 입열 범위의 확대에 의해, 용융 금속의 흘러내림을 억제하여, 비드 형상의 안정화를 도모할 수도 있다.

그러나, θ2가 10° 미만이 되면, 상기의 효과가 충분히 얻어지지 않아, 용접 결함이나 용접 금속의 흘러내림이 발생한다. 한편, θ2가 60°를 초과하면, 개선면이 과잉으로 용융하여, 개선면의 언더 컷에 의한 용접 결함이 발생한다. 이 때문에, 기준 위치로부터의 용접 토치의 선단부의 요동 각도 θ2는 10° 이상 60° 이하로 한다. 바람직하게는, 25° 이상, 45° 이하이다.

또한, 용접 토치의 굽힘부에 있어서의 굽힘 각도 θ3 및 용접 토치의 선단부의 길이(l)는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, θ1 및 θ2를 상기의 범위로 제어하는 관점에서는, θ3을 10∼45°의 범위로, l을 10∼40㎜의 범위로 하는 것이 바람직하다.

초층 용접에 있어서의 접합 깊이(D): 10㎜ 이상

피용접재로 하는 후강재를, 소정의 개선 형상으로서 용접하려면, 초층 용접에 있어서의 접합 깊이를 10㎜ 이상으로 할 필요가 있다. 또한, 초층 용접에 있어서의 접합 깊이가 10㎜ 미만에서는, 용접열이 집중되기 때문에, 용융 금속의 흘러내림이 발생한다. 따라서, 초층 용접에 있어서의 접합 깊이는 10㎜ 이상으로 한다. 바람직하게는 25㎜ 이상이다. 또한, 초층 용접에 있어서의 접합 깊이의 상한은, 강재의 판두께의 상한과 동일한, 즉 100㎜ 정도이다.

단, 다층 용접을 행하는 경우, 특히 피용접재가 되는 강재의 판두께가 70㎜ 이상인 경우, 초층 용접에 있어서의 접합 깊이가 60㎜를 초과하면, 용접 입열이 과다해지기 쉬운 것 외에, 고온 균열이나, 용접 중의 열이 분산하는 것에 의한 개선면의 융합 불량, 슬래그 권입 등의 용접 결함이 발생할 우려가 있다. 따라서, 다층 용접을 행하는 경우, 초층 용접에 있어서의 접합 깊이는 60㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 50㎜ 이하이다.

이상, 기본 조건에 대해서 설명했지만, 본 발명의 용접 방법에서는, 이하의 조건을 추가로 만족시키는 것이 적합하다.

용접 토치의 위빙에 있어서의 판두께 방향으로의 위빙 깊이(L): 5㎜ 이상

본 발명의 용접 방법은 용접 토치의 위빙을 행하는 것이지만, 이 용접 토치의 위빙에 있어서의 판두께 방향으로의 위빙 깊이(L) 그리고 후술하는 판두께 방향 및 용접선에 직각인 방향으로의 위빙 최대폭(M)을 적정하게 제어하는 것도 중요하다.

여기에서, 각종 위빙 패턴에 있어서의 판두께 방향으로의 위빙 깊이(L) 그리고 판두께 방향 및 용접선에 직각인 방향으로의 위빙 최대폭(M)은, 도 5(a)∼(d)에 나타내는 바와 같다.

또한, 여기에서 말하는 위빙 깊이(L) 및 후술하는 판두께 방향 및 용접선에 직각인 방향으로의 위빙 최대폭(M)은, 용접 토치의 선단부의 요동을 고려하지 않고, 용접 토치의 선단부가 상기한 기준 위치에 있다고 가정하여 구한 용접 와이어 선단의 위빙 깊이 및 위빙 최대폭이다. 또한, 여기에서 말하는 위빙 패턴은, 용접 토치의 선단부의 요동을 고려하지 않고, 이 용접 토치의 선단부가 항상 상기한 기준 위치에 있다고 가정했을 때의 용접 와이어 선단의 궤적이다.

여기에서, 본 발명의 용접 방법에서 기본으로 하는 수직 방향 상진 용접에 있어서는, 접합 깊이와 판두께 방향의 위빙폭은 동일한 정도가 되기 때문에, 다층 용접의 경우, 판두께 방향으로의 위빙 깊이가 5㎜ 미만에서는, 초층 용접에 있어서의 접합 깊이를 10㎜ 이상으로 하는 것이 곤란하다. 따라서, 판두께 방향으로의 위빙 깊이는, 5㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 25㎜ 이상이다. 또한, 판두께 방향으로의 위빙 깊이는 판두께를 초과하는 경우는 없기 때문에, 통상, 그 상한은 100㎜ 정도이다.

단, 다층 용접을 행하는 경우, 특히 피용접재가 되는 강재의 판두께가 70㎜ 이상인 경우, 판두께 방향으로의 위빙 깊이가 60㎜를 초과하면, 초층 용접에 있어서의 접합 깊이를 60㎜ 이하로 하는 것이 곤란해질 뿐만 아니라, 용접 입열량이 과다해져, 용접 금속이나 강재의 열 영향부에 있어서 소망하는 기계적 특성을 얻는 것이 곤란해지는 것 외에, 고온 균열이나, 용접 중의 열이 분산하는 것에 의한 개선면의 융합 불량, 슬래그 권입 등의 용접 결함이 발생하기 쉬워진다.

따라서, 다층 용접을 행하는 경우에 있어서의 판두께 방향으로의 위빙 깊이는, 60㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 50㎜ 이하이다.

용접 토치의 위빙에 있어서의 판두께 방향 및 용접선 방향에 직각인 방향으로의 위빙 최대폭(M): (W-6)㎜ 이상 W㎜ 이하(W: 초층 용접에 있어서의 용접 비드폭)

개선면의 미(未)용융을 막기 위해서는, 판두께 방향 및 용접선에 직각인 방향으로의 위빙 최대폭을 (W-6)㎜ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, 판두께 방향 및 용접선에 직각인 방향으로의 위빙 최대폭이 W㎜를 초과하면, 용융 금속의 흘러내림이 생겨, 용접이 성립되지 않게 될 우려가 있다.

따라서, 판두께 방향 및 용접선에 직각인 방향으로의 위빙 최대폭은, (W-6)㎜ 이상 W㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, (W-4)㎜ 이상, (W-1)㎜ 이하이다.

또한, 용접 토치의 위빙 패턴에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 도 5(a)∼(d)에 나타내는 바와 같이, 용접선 방향(용접 진행 방향과 일치하고, 통상은 연직 방향)으로부터 보아 ㄷ자형, V자형, 사다리꼴 및 삼각형 등으로 할 수 있다. 예를 들면, 위빙 패턴이 ㄷ자형 또는 사다리꼴인 경우, 도 5(a) 및 (b)와 같은 A점→B점 및 C점→D점의 위빙이, 후강재의 개선면에 대한 위빙에 해당하는 것이 된다. 이 경우, A점→B점의 위빙에서는, 용접 토치의 선단부를 지면을 향하여 좌측의 후강재의 개선면을 향하게 하여 요동시키는 한편, C점→D의 위빙에서는, 용접 토치의 선단부를 지면을 향하여 우측의 후강재의 개선면을 향하게 하여 요동시킨다. 또한, B점→C점(사다리꼴의 경우에는, D점→A점도 포함함)의 위빙에서는, 용접 토치의 선단부를 요동시키지 않아도 좋다. 또한, 도 5(a)∼(d) 중, 용접 토치의 방향이 바뀌는 각 점(도 5(a)에서 말하면 B점 및 C점)에서의 용접 토치의 궤적은, 둥그스름하도록 해도 좋다.

단, 수직 방향 상진 용접에 있어서는, 용접 표면측에 가까운 개소에서의 위빙은 용융 금속의 흘러내림을 일으키기 쉽고, 또한, 용접 토치 동작이 개선면으로부터 벗어나면, 개선면의 균일한 용융이 얻어지지 않아, 융합 불량 등의 용접 결함이 생기기 쉽다. 특히, 반전 동작을 필요로 하지 않는 일반적인 사다리꼴 및 삼각형의 위빙 패턴은, 장치 부하가 작은 반면, 용접 표면측에 가까운 개소에서의 용접 토치 동작(도 5(b)에 있어서의 사다리꼴 위빙 패턴의 D점→A점, 도 5(d)에 있어서의 삼각형 위빙 패턴의 C점→A점)에 의해, 용융 금속의 흘러내림이 생기기 쉽다. 이 때문에, 용융 금속의 흘러내림을 억제한다는 관점에서는, 용접 표면측에서의 토치 동작이 없는 ㄷ자형 또는 V자형의 위빙 패턴으로 하는 것이 바람직하다.

또한, V자형이나 삼각형의 위빙 패턴에서는, 개선 갭이 큰(예를 들면, 6㎜ 이상) 경우, 용접 토치 동작이 개선면으로부터 벗어나 버려(예를 들면, 도 5(c)에 있어서의 A점→B점의 동작에 있어서, 용접 토치 선단의 궤적이 개선면(용접 토치에 가까운 쪽)과 평행하지 않게 되는 등), 개선면의 균일한 용융이 얻어지지 않고, 융합 불량 등의 용접 결함이 생기기 쉬워진다. 따라서, 이러한 경우에는, 개선면과 평행하게 용접 토치를 동작시키는 것이 용이한 ㄷ자형의 위빙 패턴으로 하는 것이 최적이다.

또한, 판두께 방향에 있어서의, 위빙시의 용접 와이어 선단의 최고 깊이점(예를 들면, 도 5(a), (b)에 있어서의 B점 및 C점, 도 5(c), (d)에 있어서의 B점)의 강재 이면으로부터의 거리(a)는, 통상 2∼5㎜ 정도이다.

또한, 상기한 개선 형상에 대하여, 상기한 위빙 패턴을 적용하는 경우, 도 5(a), (b) 중의 M₁, M₂, M₃은, 각각 2∼18㎜, 0∼10㎜, 0∼10㎜ 정도가 된다.

또한, 위빙시의 주파수나 정지 시간(도 5에 나타내는 A점 등의 각 점에 있어서의 정지 시간)은 특별히 한정되는 것이 아닌, 예를 들면 주파수는 0.25∼0.5 ㎐(바람직하게는 0.4∼0.5㎐), 정지 시간은 0∼0.5초(바람직하게는 0.2∼0.3초) 정도로 하면 좋다.

초층 용접에 있어서의 용접 금속의 S량 및 O량의 합계량: 450질량ppm 이하

안정된 수직 방향 상진 용접을 실현하려면, 용융 금속의 흘러내림을 막고, 또한 안정된 용접 비드 형상(요철이 없는 평활한 비드)을 얻을 필요가 있고, 특히, 용융 금속의 흘러내림을 막으려면, 용융 금속의 표면 장력과 점성을 저하시키는 S량 및 O량을 낮게 관리하는 것이 중요하다.

여기에, 용접 금속의 S량 및 O량의 합계량이 450질량ppm(이하, 단순히 ppm이라고도 함)을 초과하면, 표면 장력과 점성의 저하에 더하여 용접 금속의 대류가 표면에서 외향하게 되어, 고온의 용접 금속이 중앙으로부터 주변을 향하여 대류하여, 용융 금속이 확산을 가져, 용융 금속의 흘러내림이 생기기 쉬워진다. 이 때문에, 용융 금속의 표면 장력과 점성, 쇳물 흐름을 지배하는, 용접 금속의 S량 및 O량은, 이들 합계량으로 450ppm 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 400ppm 이하이다. 또한, 하한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 15ppm으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 용접 와이어에는, 표면 장력을 낮추고, 용접 비드를 평탄화하는 목적에서, 통상, S가 0.010∼0.025질량％ 포함되어 있다. 용접 금속의 S량의 저감에는, 이러한 용접 와이어 자체의 S량의 저감에 더하여, 강재 중의 S량을 낮추는 것이 유효하다.

또한, 용접 금속의 O량은, 실드 가스 중의 CO₂의 산화에 의해 증가한다. 예를 들면, 실드 가스로서 100％ CO₂ 가스를 이용하는 경우, 용접 금속 중의 O량은, 0.040∼0.050질량％ 정도 증가한다. 이러한 용접 금속의 O량의 저감에는, 용접 와이어 자체에 통상 0.003∼0.006질량％ 정도 포함되는 O의 저감에 더하여, 용접 와이어로의 Si 및 Al 첨가가 유효하다. 또한, 용접 전류 및 아크 전압을 높게 하여, 용융 금속 중의 슬래그 메탈 반응(탈산 반응)과 슬래그의 응집, 용접 비드 표면으로의 부상을 충분히 행하게 하는 것도 유효하다.

초층 용접에 있어서의 용접 금속의 N량: 120ppm 이하

용접 금속 중의 질소(N)는, 응고시에 용접 금속으로부터 배출되어 기포가 된다. 이 기포의 발생이 탕면(湯面)의 진동을 초래하여, 용융 금속의 흘러내림의 원인이 된다. 특히, 용접 금속 중의 N량이 120ppm을 초과하면, 용융 금속의 흘러내림이 생기기 쉬워지는 점에서, 초층 용접에 있어서의 용접 금속의 N량은 120ppm 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 60ppm 이하이다. 또한, 하한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 25ppm으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 통상, 용접 와이어에는 불순물로서 질소(N)가 50∼80ppm 포함되어 있고, 여기로부터, 실드 가스의 불순물과 대기의 혼입에 의해, 용접 금속 중의 N량이 20∼120ppm 정도 증가한다. 한편, 통상, 아크 용접의 노즐 내경은 16∼20㎜ 정도이기 때문에, 이러한 노즐을 이용하여, 이 노즐 내경을 초과하는 접합 깊이가 되는 용접 금속 부분을 완전하게 실드하는 것은 곤란하여, 결과적으로, 용접 금속 중의 N량이 200ppm를 초과해 버리는 경우도 있다.

이러한 N량의 증가를 막고, 초층 용접에 있어서의 용접 금속의 N량을 120ppm 이하, 나아가서는 60ppm 이하로 하려면, 통상의 아크 용접의 노즐과는 다른 가스 실드 계통을 형성하고, 이에 따라, 용접 금속으로의 대기의 혼입을 억제하는 것이 유효하다.

또한, 용접시의 강재 희석에 의해, 강재로부터 용접 금속에 S, O 및 N이 용출하기 때문에, S: 0.005질량％ 이하, O: 0.003질량％ 이하 및 N: 0.004질량％ 이하의 강재를 이용하는 것이, 상기한 초층 용접에 있어서의 용접 금속의 S량, O량 및 N량을 억제하는 데 있어서는 적합하다.

초층 용접에서 이용하는 용접 와이어의 Si량 및 Mn량의 합계: 1.5질량％ 이상 3.5질량％ 이하

상기한 용융 금속의 흘러내림을 막고 또한 안정된 용접 비드 형상의 외관을 얻으려면, 적정량의 슬래그를 형성하는 것이 중요하다. 슬래그는 주로 SiO₂와 MnO로 구성되어 있고, 이 슬래그량은, 용접 와이어의 Si량 및 Mn량의 합계에 크게 좌우된다.

여기에, 용접 와이어의 Si량 및 Mn량의 합계가 1.5질량％ 미만에서는, 용융 금속의 흘러내림을 막는 데에 충분한 슬래그량이 얻어지지 않는 경우가 있다. 한편, 용접 와이어의 Si량 및 Mn량의 합계가 3.5질량％를 초과하면, 슬래그가 덩어리가 되어 차층 이후의 용접에 지장을 주는 경우가 있다. 따라서, 초층 용접에서 이용하는 용접 와이어의 Si량 및 Mn량의 합계는, 1.5질량％ 이상 3.5질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1.8질량％ 이상, 2.8질량％ 이하이다.

초층 용접에서 이용하는 용접 와이어의 Ti량, Al량 및 Zr량의 합계: 0.08질량％ 이상 0.50질량％ 이하

상기한 용융 금속의 흘러내림을 막고 또한 안정된 용접 비드 형상의 외관을 얻는 데에 중요한 역할을 완수하는 슬래그의 물성(점성)에 크게 영향을 주는 것이, TiO₂, Al₂O₃ 및 Zr₂O₃이다.

여기에, 용접 와이어의 Ti량, Al량 및 Zr량의 합계가 0.08질량％ 미만에서는, 용융 금속의 흘러내림을 막는데 유효한 슬래그의 점성이 얻어지지 않는 경우가 있다. 한편, 용접 와이어의 Ti량, Al량 및 Zr량의 합계가 0.50질량％ 초과하면, 슬래그의 제거, 재용융이 함께 곤란해져, 차층 이후의 용접에 지장을 초래할 우려가 있다.

따라서, 초층 용접에서 이용하는 용접 와이어의 Ti량, Al량 및 Zr량의 합계는, 0.08질량％ 이상 0.50질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.15질량％ 이상, 0.25질량％ 이하이다.

또한, 상기한 이외의 용접 와이어의 성분에 대해서는, 용접하는 후강재의 성분에 따라서 적절히 선택하면 좋지만, 상기한 용접 금속 중의 S량, O량 및 N량을 억제하는 관점에서는, S: 0.03질량％ 이하, O: 0.01질량％ 이하, N: 0.01질량％ 이하로 하고, 또한 Si: 0.05∼0.80질량％, Al: 0.005∼0.050질량％의 범위로 한 용접 와이어(예를 들면, JIS Z 3312 YGW18이나 JIS Z 3319 YFEG-22C 등)를 이용하는 것이, 적합하다.

실드 가스 조성: CO₂ 가스를 20체적％ 이상

용접부의 녹아내림은, 아크 그 자체에 의한 가우징(gouging) 효과와 고온 상태에 있는 용접 금속의 대류에 의해 지배되고 있다. 용접 금속의 대류가 내향(內向)이 되는 경우, 고온의 용접 금속이 위로부터 아래 방향으로 대류하기 때문에 아크 바로 아래가 녹아내림이 증가한다. 한편, 용접 금속의 대류가 외향(外向)하는 경우, 고온의 용접 금속이 중앙으로부터 좌우 방향으로 대류하여, 용접 비드가 확장을 가짐과 함께 개선면이 녹아내림이 증가한다. 따라서, 본 발명의 목표로 하는 후강재의 수직 방향 다층 가스 실드 아크 용접에 있어서, 용융(용접) 금속의 흘러내림을 억제하여 균일한 용접 비드 형상을 얻으려면, 용접 금속의 대류를 내향으로 하는 것이 바람직하다.

여기에서, 용접 금속의 쇳물 흐름을 지배하는 산소(O)를 저감하는 관점에서 말하면, CO₂ 가스를 낮게 억제하는 편이 유리하지만, 한편, CO₂ 가스에는 해리 흡열 반응에 의해 아크 그 자체를 긴축시켜, 용접 금속의 대류를 보다 내향으로 하는 효과가 있다.

이 때문에, 실드 가스 조성으로서는, CO₂ 가스를 20체적％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 60체적％ 이상이다. 또한, CO₂ 가스 이외의 잔부는, Ar 등의 불활성 가스를 이용하면 좋다. 또한, CO₂ 가스: 100체적％이라도 좋다.

용접 입열량: 30kJ/㎝ 이상 170kJ/㎝ 이하

다층 용접에서는, 1패스당의 입열량(＝용착량)을 크게 함으로써 패스수를 줄여, 용접 적층 결함을 저감할 수 있다. 그러나, 용접 입열량이 지나치게 커지면, 용접 금속의 강도, 인성의 확보가 어려워지는 것 외에, 강재 열 영향부의 연화 억제, 결정립 조대화에 의해 인성의 확보가 어려워진다. 특히, 용접 입열량이 170kJ/㎝를 초과하면, 용접 금속의 특성 확보를 위해, 강재 희석을 고려한 전용 와이어가 불가결해지고, 또한, 강재에서도, 용접 입열에 견딜 수 있는 설계의 강재가 불가결해진다. 한편, 용융 금속을 확보하여, 용접 결함이 없는 용접부를 얻기 위해서는, 용접 입열량은 높은 편이 유리하고, 협개선에 있어서 용접 입열 30kJ/㎝ 미만에서는 개선면의 용융이 부족하여, 적층 결함이 생기기 쉽다.

따라서, 용접 입열량은, 30kJ/㎝ 이상 170kJ/㎝ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 90kJ/㎝ 이상, 160kJ/㎝ 이하이다.

또한, 용접부의 녹아내림은, 아크의 지향성 및 가우징 효과에도 영향을 받는다. 따라서, 용접의 극성은, 아크의 지향성 및 가우징 효과가 보다 큰 와이어 마이너스(정극성)로 하는 것이 바람직하다.

상기 이외의 조건에 대해서는, 특별히 규정할 필요는 없지만, 평균 용접 전류 270A 미만에서는, 용융지가 작아, 표면측에서는 토치 위빙마다 용융과 응고를 반복하는 다층 용접과 같은 상태가 되어 융합 불량, 슬래그 권입이 생기기 쉽다. 한편, 평균 용접 전류가 420A를 초과하면, 용융(용접) 금속의 흘러내림이 생기기 쉬워지는 것 외에, 용접 흄(welding fume)과 스퍼터에 의해 아크점의 확인이 곤란해지기 때문에 시공 중의 조정이 어려워진다. 이 때문에, 평균 용접 전류는, 270∼420A로 하는 것이 바람직하다. 또한, 평균 용접 전류를 270∼420A로 함으로써, 용접 흄, 스퍼터의 발생을 억제하면서 안정된 용융을 얻을 수 있는 점에서, 본 발명의 용접을 행하는 데에 있어서 한층 유리해진다.

이 이외의 조건에 대해서는 정법(定法)에 따르면 좋고, 예를 들면, 용접 전압: 28∼50V(전류와 함께 상승), 용접 속도(상진): 0.5∼50㎝/분(적합하게는 1.5∼10㎝/분), 와이어 돌출 길이: 15∼45㎜, 와이어 지름: 1.2∼1.6㎜ 정도로 하면 좋다.

또한, 다층 용접으로 하는 경우, 용접 완료까지의 적층수는, 적층 결함을 방지하는 관점에서 2 내지 4층 정도로 하는 것이 바람직하다. 초층 이외의 각 층에 있어서의 용접 조건에 대해서는, 특별히 한정되지 않고, 정법에 따르면 좋고, 예를 들면, 상기한 초층의 용접 조건과 동일하게 하면 좋다.

또한, 본 발명의 용접 방법에서는, 1층당 1패스의 용접을 기본으로 한다.

실시예

표 1에 나타내는 개선 형상을 한 2매의 강재에, 표 2에 나타내는 용접 조건에서, 도 3에 나타내는 급전칩에 굽힘부를 갖는 용접 토치(θ3: 30° l: 15㎜)를 이용하여, 협개선의 수직 방향 상진 가스 실드 아크 용접을 실시했다.

여기에서, 강재는 모두, S: 0.005질량％ 이하, O: 0.003질량％ 이하, N: 0.004질량％ 이하의 YP 460㎫급의 강재를 이용했다. 또한, 강재의 개선 가공에는, 가스 절단을 이용하고, 개선면에는 연삭 등의 손질은 행하지 않았다.

또한, 용접 와이어는, 강재 강도용 또는 그보다 1랭크 상용(上用)의 그레이드의 1.2㎜Φ 솔리드 와이어를 이용했다. 또한, 사용한 용접 와이어는 모두, S: 0.005질량％ 이하, O: 0.003질량％ 이하, N: 0.005질량％ 이하, Si: 0.6∼0.8질량％, Al: 0.005∼0.030질량％였다.

또한, 용접 전류는 250∼430A, 용접 전압은 28∼44V(전류와 함께 상승), 평균 용접 속도는 1.0∼34.9㎝/분(용접 중에 조정), 평균의 와이어 돌출 길이는 15∼28㎜로 하고, 용접 길이는 400㎜로 했다. 또한, 통상의 아크 용접의 노즐과는 다른 가스 실드 계통을 형성하여, 용접을 행했다.

또한, No.2, No.20, No.21, No.22에 대해서는, 초층 용접만으로 이루어지는 일층 용접에 의해 2매의 강재를 접합하고, 그 이외에 대해서는, 다층 용접에 의해 2매의 강재를 접합했다.

초층 용접 후, 임의로 선택한 5점의 단면 매크로 조직 관찰에 의해, 비드폭 및 접합 깊이를 측정했다. 또한, 비드폭에 대해서는, 측정한 값의 최댓값을 비드폭(W)으로 하고, 접합 깊이에 대해서는, 측정한 값의 최솟값을 접합 깊이(D)로 했다.

또한, 초층 용접시에 있어서의 용융 금속의 흘러내림을, 육안에 의해 다음과 같이 평가했다.

◎: 용접 금속의 흘러내림 없음

○: 용접 금속의 흘러내림 2개소 이하

△: 용접 금속의 흘러내림 3개소 이상 4개소 이하

×: 용접 금속의 흘러내림 5개소 이상, 또는, 용접 중단

또한, 최종적으로 얻어진 용접 이음매에 대해서, 초음파 탐상 검사를 실시하여, 다음과 같이 평가했다.

◎: 검출 결함 없음

○: 결함 길이가 3㎜ 이하인 합격 결함만을 검출

×: 결함 길이가 3㎜를 초과하는 결함을 검출

이들 결과도 아울러 표 2에 나타낸다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 발명예인 No.1∼14, 20∼22에서는, 초층 용접 금속의 흘러내림은 없었거나, 있어도 2개소 이하였다. 또한, 초음파 탐상 검사에서도, 검출 결함이 없거나, 있어도 결함 길이가 3㎜ 이하였다.

한편, 비교예인 No.15∼19는, 5개소 이상의 용접 금속의 흘러내림이 있거나, 및/또는 초음파 탐상 검사에 있어서 결함 길이가 3㎜ 초과인 결함이 검출되었다.

1 : 후강재
2 : 후강재의 개선면
3 : 강재 하단부의 개선
4 : 용접 토치
5 : 용접 와이어
6 : 뒷받침재
7 : 본체부
8 : 급전칩
9 : 굽힘부
10 : 선단부
11 : 용접 비드

Claims (9)

1. 개선 각도를 25°이하, 개선 갭을 20㎜ 이하로 하여, 판두께: 10㎜ 이상의 2매의 후강재를, 위빙을 이용하는 일층 용접 또는 다층 용접에 의해 접합하는 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법에 있어서,
   굽힘부와 당해 굽힘부에 의해 획정되는 선단부를 구비하는 용접 토치를 이용하여, 초층 용접의 위빙을 실시하는 것으로 하고, 그 때, 당해 후강재의 개선면에 대한 위빙시에, 당해 용접 토치의 선단부를 당해 후강재의 개선면을 향하여 요동시켜, 당해 후강재의 판두께 방향으로부터 보아 당해 용접 토치의 선단부가 용접선 방향과 정렬되는 위치를 기준 위치로 하여, 당해 기준 위치에 있어서의 당해 용접 토치의 선단부의 수평 방향에 대한 각도 θ1을 10° 이상 45° 이하, 당해 기준 위치로부터의 당해 용접 토치의 선단부의 요동 각도 θ2를 10° 이상 60° 이하로 하고,
   당해 초층 용접에 있어서의 접합 깊이를 10㎜ 이상으로 하는,
   수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 접합을 일층 용접으로 하고, 또한 상기 개선 갭을 상기 후강재의 판두께의 25％ 이하로 하는 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 접합을 다층 용접으로 하고, 또한 상기 초층 용접에 있어서의 접합 깊이를 25㎜ 이상 60㎜ 이하로 하는 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 초층 용접의 위빙에 있어서, 용접선 방향으로부터 본 용접 토치의 위빙 패턴이 ㄷ자형인 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.
5. 제1항 내지 재4항 중 어느 한 항에 있어서,　
   상기 초층 용접에 있어서의 용접 금속의 S량 및 O량의 합계가 450질량ppm 이하이고 또한, N량이 120질량ppm 이하인 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 초층 용접에서 이용하는 용접 와이어의 Si량 및 Mn량의 합계가 1.5질량％ 이상 3.5질량％ 이하인 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 초층 용접에서 이용하는 용접 와이어의 Ti량, Al량 및 Zr량의 합계가 0.08질량％ 이상 0.50질량％ 이하인 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   실드 가스로서 20체적％ 이상의 CO₂ 가스를 함유하는 가스를 이용하는 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 초층 용접에 있어서, 평균 용접 전류가 270A 이상 420A 이하의 범위인 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.

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