KR20190068839A - Cooling apparatus for welding - Google Patents

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안영호
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Abstract

The present invention relates to a cooling apparatus for welding, which can suppress crystal grain growth in a heat-affected zone (HAZ) during welding. The cooling apparatus for welding can cool a welding portion of a base material to be welded while moving in conjunction with a welding means. The cooling apparatus for welding comprises: a main body in which a refrigerant passage is formed; and a plurality of extension portions extending downward from the main body.

Description

용접용 냉각장치 {Cooling apparatus for welding}[0001] The present invention relates to a cooling apparatus for welding,

본 발명은 용접시 열영향부(HAZ)에서 결정립의 성장을 억제할 수 있는 용접용 냉각장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a cooling device for welding capable of suppressing the growth of crystal grains in a heat affected zone (HAZ) during welding.

일반적으로, 일렉트로 가스 용접(EGW: Electro Gas Welding, 이하 EGW라 함)은 서브머지드 아크 용접(Submerged Arc Welding)과 함께 고입열 용접법의 하나로서, 선박, 교량 등의 폭넓은 분야에 적용되고 있다.In general, EGW (Electro Gas Welding) (hereinafter referred to as EGW) is one of high heat welding methods together with submerged arc welding, and is applied to a wide range of fields such as ships and bridges .

도 1은 종래기술에 따른 EGW 장치를 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, EGW 장치는 동 재질의 슈(Shoe; 10)와 이면재(Backing; 20)로 용접부를 막은 후 예컨대 이산화탄소와 같은 보호가스 분위기에서 용접 토치(30)로 아크(Arc)를 발생시키고 아크 열에 의해 용접재료인 모재(1)와 와이어를 용융시켜 접합하는 장치이다. 용접 토치가 슈와 함께 이동하면서 용접 작업을 수행하게 된다. 1 is a view showing an EGW apparatus according to the prior art. As shown in the figure, the EGW apparatus includes a shoe 10 and a backing 20, which are made of the same material, and the arc is generated by the welding torch 30 in a protective gas atmosphere such as carbon dioxide And welding the base material 1, which is a welding material, with the wire by arc heat. The welding torch moves along with the shoe while performing the welding operation.

여기서, 슈(10)는 그 상부에 대기가 용접부에 침입하지 않도록 방지하는 예컨대 이산화탄소와 같은 보호가스를 분출하는 가스 분출구(11)가 구비되어 있다. 또한, 슈가 용접부와 근접하여 위치하기 때문에 슈의 냉각을 위한 냉각수용 입구(12)와 출구(13)를 포함한 냉각수로(미도시)가 슈의 내부에 마련되어 있다. Here, the shoe 10 is provided at its upper portion with a gas spouting port 11 for spraying a protective gas such as carbon dioxide, for example, to prevent the atmosphere from entering the welded portion. In addition, since the shoe is located close to the welded portion, cooling water (not shown) including the cooling water inlet 12 and the outlet 13 for cooling the shoe is provided inside the shoe.

이러한 EGW 장치의 경우 기본적으로 용접속도에 따라 입열량이 좌우되는 경향을 가진다. 그런데, 용접속도는 용접하고자 하는 모재의 두께에 따라, 그리고 전압 및 전류량에 따라 변화하게 된다. 만약 전압 및 전류가 동일하면, 용접속도는 모재의 두께에 따라 결정되고, 결국 모재의 두께에 따라 입열량이 정해지게 된다. 예컨대, 두꺼운 모재의 경우에는 고입열로 되고, 반면에 얇은 모재에서는 용접속도가 증가하여 상대적으로 저입열로 변경될 수 있다. In the case of such an EGW device, the heat input amount tends to depend on the welding speed basically. However, the welding speed varies depending on the thickness of the base material to be welded, and the voltage and current amount. If the voltage and the current are the same, the welding speed is determined by the thickness of the base material, and the amount of heat input is determined by the thickness of the base material. For example, in the case of a thick base material, it becomes a high heat input, while in a thin base material the welding speed increases and can be changed to a relatively low heat input.

다른 한편으로, 열전달은 두꺼운 모재의 경우에는 빠르게 나타나고, 얇은 모재는 느리게 나타난다. 즉, 열영향부는 모재의 두께에 상관없이 거의 유사하게 나타난다고 말할 수 있다. On the other hand, heat transfer is rapid in the case of thick base materials, and thin base material is slow in appearance. In other words, it can be said that the heat affected zone appears almost the same regardless of the thickness of the base metal.

여기서, 고입열의 EGW를 실시할 경우 열영향부에는 고입열로 인해 결정립의 성장이 이루어지게 된다. 예를 들어, 강재로 된 후판을 고입열의 EGW로 용접하게 되면, 이는 변태온도인 A1 및 A3점을 상회하는 온도로 올라가게 되고, 이에 따라 짧은 시간이 지나더라도 결정립의 성장이 필연적으로 발생한다. Here, when EGW of a high heat input is performed, grain growth is caused due to high heat input in the heat affected portion. For example, when a plate made of steel is welded with EGW of high heat, it is heated to a temperature above the transformation temperatures A1 and A3, so that crystal growth necessarily occurs even after a short time.

도 1에 도시된 종래기술에 따른 EGW 장치 중에서 슈(10)는 그 내부에 냉각수를 흘려보내어 용접부의 표면을 냉각시킨다. 이러한 슈는 용융금속이 흘러내리지 않게 하면서 슬래그(Slag)를 배출하고 용접부의 비드(Bead)를 미려하게 하여 피로특성이 우수하게 할 수는 있다. 하지만, 종래기술의 슈는 냉각능에 한계를 나타내며 열영향부에서 성장하는 결정립이 매우 크게 됨으로써, 결국 열영향부의 인성이 급격히 저하되는 단점을 갖게 된다. Among the EGW devices according to the prior art shown in Fig. 1, the shoe 10 flows cooling water into the shoe 10 to cool the surface of the welded portion. Such a shoe can discharge the slag while preventing the molten metal from flowing down, and make the bead of the welded portion smooth, so that the fatigue characteristic can be improved. However, the shoe of the prior art has a limitation on the cooling ability, and the crystal grains to be grown in the heat affected portion become very large, which results in a drawback that the toughness of the heat affected portion sharply drops.

(특허문헌 1) KR 2014-0055457 A
(Patent Document 1) KR 2014-0055457 A

이에 본 발명은 용접시 열영향부에서 결정립의 성장을 억제할 수 있는 용접용 냉각장치를 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.
Accordingly, it is a main object of the present invention to provide a cooling apparatus for welding capable of suppressing the growth of crystal grains in a heat affected zone during welding.

본 발명의 일 실시예에 따른 용접용 냉각장치는, 용접 수단과 연동하여 이동하면서 용접되는 모재의 용접부를 냉각시키는 용접용 냉각장치에 있어서, 내부에 냉매 유로가 형성된 본체; 및 상기 본체의 일측으로 뻗은 복수의 연장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
A cooling apparatus for welding according to an embodiment of the present invention is a cooling apparatus for welding a welding portion of a base material to be welded while moving in conjunction with a welding means, And a plurality of extension portions extending to one side of the main body.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 예컨대 EGW에 의한 고입열의 용접시 열영향부의 냉각속도를 향상시킬 수 있게 됨으로써, 열영향부에서 미세조직을 제어하여 용접부의 인성을 증가시킬 수 있는 효과를 얻게 된다.
Industrial Applicability As described above, according to the present invention, it is possible to improve the cooling rate of the heat affected zone during welding of high heat by EGW, for example, thereby controlling the microstructure in the heat affected zone and increasing the toughness of the weld zone.

도 1은 종래기술에 따른 EGW 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접용 냉각장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 용접용 냉각장치를 도시한 정면도이다.
도 4는 종래기술에 의해 형성된 열영향부의 조직을 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접용 냉각장치가 적용되어 형성된 열영향부의 조직을 나타낸 사진이다.1 is a view showing an EGW apparatus according to the prior art.
2 is a perspective view illustrating a cooling apparatus for welding according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3 is a front view showing the cooling apparatus for welding shown in Fig. 2. Fig.
4 is a photograph showing the structure of the heat affected portion formed by the conventional technique.
5 is a photograph showing a structure of a heat affected part formed by applying a cooling device for welding according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접용 냉각장치를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 용접용 냉각장치를 도시한 정면도이다. FIG. 2 is a perspective view showing a cooling apparatus for welding according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a front view showing the cooling apparatus for welding shown in FIG.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접용 냉각장치는, 용접 수단과 연동하여 이동하면서 용접되는 모재(1; 도 1 참조)의 용접부를 냉각시키는 용접용 냉각장치에 있어서, 내부에 냉매 유로(51)가 형성된 본체(50); 및 이 본체의 일측으로 뻗은 복수의 연장부(60)를 포함하고 있다. As shown in these figures, the cooling apparatus for welding according to an embodiment of the present invention is a cooling apparatus for welding that cools a weld portion of a base material 1 (see Fig. 1) welded while moving in conjunction with a welding means A main body 50 having a refrigerant passage 51 formed therein; And a plurality of extending portions 60 extending to one side of the main body.

본체(50)는 모재(1)의 개선부에 대향되고서 이 개선부를 따라 상방으로 이동할 수 있는 슬라이드면을 가진 대략 박스 형상의 부재이다. 이 본체는 동(Cu)과 같이 열전달율이 우수한 금속으로 만들어질 수 있다. The main body 50 is a substantially box-like member having a slide surface that faces the improvement portion of the base material 1 and can move upward along the improvement portion. This body can be made of a metal having a good heat conductivity such as copper (Cu).

이러한 본체(50)에는 냉매를 순환시켜 냉각의 효율을 향상시키기 위한 냉매 유로(51; 도 3 참조)가 내부에 마련되고, 본체의 상부에는 가스 포켓(55)이 구비될 수 있다. The main body 50 is provided with a coolant passage 51 (see FIG. 3) for circulating the coolant to improve the cooling efficiency, and a gas pocket 55 may be provided at an upper portion of the main body 50.

냉매 유로(51)가 형성된 본체(50)는, 냉매 유로를 위한 홈이 형성된 한 쌍의 절반부를 서로 맞대어 용접하거나 결합하여 구성할 수 있다. The main body 50 in which the refrigerant flow path 51 is formed can be constructed by welding a pair of halves formed with grooves for the refrigerant flow paths, or by welding them together.

냉매로는 물과 같은 냉각수가 채용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않으며, 냉각매체로서의 역할을 수행할 수 있다면 다른 임의의 액체나, 압축공기 등과 같은 기체가 사용되어도 무방하다. As the coolant, cooling water such as water may be employed, but it is not limited thereto, and any other liquid, gas such as compressed air may be used as long as it can serve as a cooling medium.

가스 포켓(55)에는 보호가스가 공급되는 가스 공급관(미도시)이 연결되도록 연결구(56)가 형성될 수 있다. 공급되는 보호가스가 모재(1)의 용접부 측으로 분사되도록 하기 위해, 용접부를 향하는 측에 가스 분출구(57)가 형성될 수 있다. A connection port 56 may be formed in the gas pocket 55 to connect a gas supply pipe (not shown) to which a protective gas is supplied. A gas jetting port 57 may be formed on the side facing the welded portion so that the protective gas to be supplied is jetted to the welded portion side of the base material 1. [

여기서 보호가스는 일례로 이산화탄소일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The protective gas may be, for example, carbon dioxide, but is not limited thereto.

비드홈(58)은 비드(Bead) 성형을 가이드하도록 본체(50)에 형성되고, 일례로 오목하게 곡률을 이루도록 형성될 수 있다. 이러한 비드홈은 모재(1)의 용접부를 향하는 면에 상하로 연장되도록 형성될 수 있다.The bead groove 58 is formed in the main body 50 to guide the bead molding, and may be formed to have a concave curvature, for example. These bead grooves may be formed so as to extend vertically on the surface of the base material 1 facing the welded portion.

또, 비드홈(58)은 슬래그(Slag)의 배출이 원활하게 이루어지도록 하기 위하여, 하방으로 갈수록 깊이와 폭 중 어느 하나 또는 모두가 증가하도록 형성될 수도 있다. The bead groove 58 may be formed so that one or both of the depth and the width may be increased downwardly in order to smoothly discharge the slag.

복수의 연장부(60)가 본체(50)의 아래로 뻗어 구비될 수 있다. 각 연장부의 내부에도 냉매의 순환 및 공급 또는 배출을 위한 냉매 유로(61)가 형성될 수 있으며, 연장부 내 각 냉매 유로(61)는 본체의 냉매 유로(51)와 연통될 수 있다. A plurality of extension portions 60 may be provided extending downwardly of the main body 50. [ A refrigerant passage 61 for circulating and supplying or discharging the refrigerant may be formed in each of the extended portions and each refrigerant passage 61 in the extended portion may communicate with the refrigerant passage 51 of the main body.

어느 하나의 연장부(60)의 측면에 냉매 공급을 위한 입구(62)가 배치되는 한편, 다른 하나의 연장부(60)의 측면에 냉매의 배출을 위한 출구(63)과 배치될 수 있다. An inlet 62 for supplying refrigerant may be disposed on one side of the extension 60 while an outlet 63 for discharging the refrigerant may be disposed on the side of the other extension 60. [

예를 들면, 입구(62)는 외부의 저장탱크나 펌핑수단으로부터 냉매가 주입되는 공급관에 연결될 수 있으며, 출구(63)는 냉매가 본 발명의 용접용 냉각장치, 즉 본체(50)와 연장부(60)의 내부를 유동한 후 다시 저장탱크로 돌아가는 배출관에 연결될 수 있다.
For example, the inlet 62 may be connected to an external storage tank or to a supply line through which the refrigerant is pumped from the pumping means, and the outlet 63 may be configured such that the refrigerant passes through the cooling unit of the present invention, (60) and then return to the storage tank.

이상과 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 용접용 냉각장치의 작동관계를 설명하면 아래와 같다.The operation of the cooling device for welding according to one embodiment of the present invention will be described below.

예를 들어, 도 1에 도시된 EGW를 위하여 서로 용접하고자 하는 모재(1)의 용접부 전면에 본 발명의 용접용 냉각장치를 설치한다. 이때, 용접부의 후면에는 이면재(20)가 설치된다. 이에 따라, 본 발명의 용접용 냉각장치와 이면재가 용접부를 전후로 둘러싸게 된다. For example, the welding cooling device of the present invention is installed on the entire surface of the welded portion of the base material 1 to be welded together for the EGW shown in FIG. At this time, the backing material 20 is provided on the rear surface of the welded portion. As a result, the welding cooling device and the backing material of the present invention surround the welded portion before and after.

그 다음에, 모재(1)의 용접부를 따라 아래로부터 위로 진행하면서 가스포켓(55)의 가스 분출구(57)로부터 분출되는 예컨대 이산화탄소와 같은 보호가스로 하여금 분위기를 조성한다. Subsequently, a protective gas such as, for example, carbon dioxide, which is ejected from the gas ejection port 57 of the gas pocket 55 while moving from the bottom to the top along the welded portion of the base material 1, creates an atmosphere.

용접 수단인 용접 토치(30)로부터 발생하는 아크에 의해 용접부로 송급되는 와이어와 모재(1)를 용융시킴으로써 모재를 서로 접합시키도록 한다.The base material 1 is melted by the wire fed to the welding portion by the arc generated from the welding torch 30 serving as the welding means so that the base materials are bonded to each other.

본 발명의 일 실시예에 따른 용접용 냉각장치는, 그 본체(50)의 내부에 냉매를 흘려보내어 용접부의 표면을 냉각시키고 있다. In the welding cooling apparatus according to the embodiment of the present invention, the surface of the welded portion is cooled by flowing a coolant through the inside of the main body 50.

특히, 본 발명의 용접용 냉각장치는, 내부에 냉매가 통과하는 복수의 연장부(60)를 구비함으로써, 기존의 슈와 동일한 특성을 유지함은 물론, 열영향부에서의 냉각능 향상을 위해 용접부의 양측 열영향부를 용접 후에도 지속적으로 냉각시킬 수 있게 된다. Particularly, since the welding cooling apparatus of the present invention is provided with the plurality of extended portions 60 through which the coolant passes, it is possible to maintain the same characteristics as those of the conventional shoe, It is possible to continuously cool the heat affected zones on both sides of the welded portion even after welding.

연장부(60)의 길이(L)는 본체(50)가 갖는 폭(W)의 2 ~ 3배인 것이 바람직하며, 예를 들어 본체의 폭이 약 5cm인 경우에 연장부의 길이가 적어도 약 10cm 정도이면 충분한 효과를 발휘할 수 있음을 확인하였다. The length L of the extension portion 60 is preferably 2 to 3 times the width W of the main body 50. For example, when the width of the main body is about 5 cm, the length of the extension portion is at least about 10 cm It was confirmed that sufficient effect can be exhibited.

이러한 경우에, 열영향부의 온도가 300℃ 미만으로 떨어지게 됨으로써, 열영향부에서 마르텐사이트와 같은 급냉에 의해 생성되는 조직이 보이지 않는 것을 확인할 수 있었다.In this case, the temperature of the heat affected zone dropped to less than 300 ° C, and it was confirmed that the structure formed by quenching such as martensite was not observed in the heat affected zone.

실제 용접시 연장부(60)의 길이(L)가 본체(50)의 폭(W)의 3배를 초과하면, 용접 작업에 어려움이 있기 때문에, 연장부의 길이는 본체가 갖는 폭의 3배를 초과하지 않는 것이 좋다. If the length L of the extended portion 60 during actual welding exceeds 3 times the width W of the main body 50, it is difficult to perform the welding operation. Therefore, the length of the extended portion is three times Do not exceed.

도 4는 종래기술에 의해 형성된 열영향부의 조직을 나타낸 사진이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접용 냉각장치가 적용되어 형성된 열영향부의 조직을 나타낸 사진이다.FIG. 4 is a photograph showing a structure of a heat affected portion formed by a conventional technique, and FIG. 5 is a photograph showing a structure of a heat affected portion formed by applying a cooling device for welding according to an embodiment of the present invention.

도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접용 냉각장치를 적용하여 용접의 열영향부에서 냉각속도를 빠르게 하고 용접 후에도 지속적으로 냉각시키면, 열영향부에서 결정립의 미세화를 유도할 수 있으며, 동일한 용접조건에서 조직 미세화로 인하여 열영향부의 인성이 향상되는 효과가 나타나게 된다.As can be seen from FIG. 5, by applying a cooling device for welding according to an embodiment of the present invention, the cooling speed is increased in the heat affected zone of welding and the cooling is continued even after welding, And the toughness of the heat affected zone is improved due to the refinement of the structure under the same welding conditions.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서 및 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present specification and drawings are intended to illustrate rather than limit the technical spirit of the present invention, and the scope of technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

50: 본체 51, 61: 냉매 유로
55: 가스 포켓 56: 연결구
57: 가스 분출구 58: 비드홈
60: 연장부 62: 입구
63: 출구50: main body 51, 61: refrigerant passage
55: gas pocket 56: connector
57: gas outlet 58: bead groove
60: extension part 62: entrance
63: Exit

Claims (6)

용접 수단과 연동하여 이동하면서 용접되는 모재의 용접부를 냉각시키는 용접용 냉각장치에 있어서,
내부에 냉매 유로가 형성된 본체; 및
상기 본체의 일측으로 뻗은 복수의 연장부
를 포함하는 용접용 냉각장치.
A welding cooling apparatus for cooling a welding portion of a base material to be welded while moving in conjunction with a welding means,
A main body having a refrigerant passage formed therein; And
A plurality of extending portions extending to one side of the main body,
And a cooling device for welding.
제1항에 있어서,
상기 연장부의 내부에는 냉매의 순환 및 공급 또는 배출을 위한 냉매 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 용접용 냉각장치.
The method according to claim 1,
And a coolant passage for circulating and supplying or discharging the coolant is formed in the extended portion.
제2항에 있어서,
상기 연장부 내 냉매 유로는 상기 본체의 냉매 유로와 연통되는 것을 특징으로 하는 용접용 냉각장치.
3. The method of claim 2,
And the refrigerant flow path in the extension portion communicates with the refrigerant flow path of the main body.
제2항에 있어서,
어느 하나의 연장부의 측면에 냉매 공급을 위한 입구가 배치되고,
다른 하나의 연장부의 측면에 상기 냉매의 배출을 위한 출구가 배치된 것을 특징으로 하는 용접용 냉각장치.
3. The method of claim 2,
An inlet for supplying refrigerant is disposed on a side surface of any one of the extensions,
And an outlet for discharging the refrigerant is disposed on a side surface of the other extension portion.
제1항에 있어서,
상기 연장부의 길이는 상기 본체가 갖는 폭의 2 ~ 3배인 것을 특징으로 하는 용접용 냉각장치.
The method according to claim 1,
And the length of the extended portion is two to three times the width of the main body.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본체는, 보호가스가 공급되는 연결구와, 공급되는 보호가스가 용접부 측으로 분사되도록 하는 가스 분출구가 형성된 가스 포켓을 구비하는 것을 특징으로 하는 용접용 냉각장치. 6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein the main body includes a connection port through which a protective gas is supplied and a gas pocket formed with a gas spouting port for spraying the protective gas to be supplied to the welded portion side.
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