KR20190072128A - 용접용 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접시 열영향부의 냉각속도를 향상시켜 열영향부의 조직 제어가 가능하면서 열영향부의 극저온 인성 및 성형성을 확보할 수 있게 하는 용접용 냉각장치에 관한 것으로, 이는 모재의 용접부위 주변에 배치되고, 각각 내부에 냉매 유로가 형성된 한 쌍의 패드; 및 상기 모재와 상기 패드를 밀착시키는 고정부를 포함한다.

Description

용접용 냉각장치 {Cooling apparatus for welding}

본 발명은 용접시 열영향부(HAZ)의 냉각속도를 향상시켜 열영향부의 조직 제어가 가능하면서 모재의 열변형을 저감시키고, 열영향부의 극저온 인성 및 성형성을 확보할 수 있게 하는 용접용 냉각장치에 관한 것이다.

고망간강은, 기존의 Ni 혹은 Ni과 Cr의 함량이 높은 강재에 비해서, 저가(低價)의 Mn 및 C로 오스테나이트의 안정도를 높여 극저온 인성이 우수한 강재이다. 이러한 고망간강은 오스테나이트의 안정도가 매우 높아 가공 및 성형 등의 과정에서도 조직의 변태가 없어 극저온 구조물의 제작에 우수한 장점이 있다.

고망간강의 제조 과정은 700℃ 이상의 고온에서 수냉 또는 공냉을 통해 강재 내부의 탄화물 생성을 억제함과 동시에 고온 강압화에 의해 조직 미세화를 유도하여 조직을 제어하고 있다. 이는 고망간강 중에 높은 C 함량에 따라 강재 중 Cr의 탄화물 석출이 나타날 수 있기 때문이다.

한편, 강재의 용접시 강재의 두께에 따라 용접 후 냉각속도의 차이가 발생하게 되는데, 통상 두께가 증가하게 되면 냉각속도가 빨라지게 되며, 두께가 얇으면 냉각속도가 느리게 되어 열영향부에서 결정립 조대화 및 탄화물 생성 등이 일어날 가능성이 높게 된다. 강재의 두께가 증가할수록 용접 중 모재를 통한 열전도의 확산이 급속히 이루어져 빠르게 냉각될 수 있는 것이다.

이를 제어하기 위해, 입열량이 낮은 용접기법(예컨대 TIG, FCAW)을 적용하는 것이 바람직하나, 실제 구조물 제작시에는 입열량이 높으면 생산성이 증대되기 때문에 고입열 용접기법(예컨대 SAW)이 선호되는 경향이 있다.

고망간강으로 되고서 예컨대 8mm 이하의 두께를 가진 얇은 모재를 예컨대 SAW(서브머지드 아크 용접)과 같은 고입열의 용접기법으로 용접하는 경우, 냉각속도가 떨어져 열영향부에서 결정립 조대화 및 탄화물 생성 등이 야기되고, 이로 인하여 결국 열영향부에서는 극저온 충격인성의 저하 및 성형시 균열이 발생할 수 있다.

(특허문헌 1) KR 1350172 B1

이에 본 발명은 용접시 열영향부의 냉각속도를 향상시켜 열영향부의 조직 제어가 가능하면서 모재의 열변형을 저감시키고, 열영향부의 극저온 인성 및 성형성을 확보할 수 있게 하는 용접용 냉각장치를 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용접용 냉각장치는, 모재의 일측면에서 용접부위 주변에 배치되고, 각각 내부에 냉매 유로가 형성된 한 쌍의 패드; 및 상기 모재와 상기 패드를 밀착시키는 고정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 용접시 열영향부의 냉각속도를 향상시켜 열영향부의 조직 제어가 가능하면서 모재의 열변형을 저감시키고, 열영향부의 극저온 인성 및 성형성을 확보할 수 있는 효과를 얻게 된다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 용접용 냉각장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 패드를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 이면재를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 용접용 냉각장치 중 이면재가 없이 용접할 때의 상태도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 용접용 냉각장치를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 고정부를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 용접용 냉각장치 중 이면재가 없이 용접할 때의 상태도이다.
도 8은 종래기술에 의해 형성된 열영향부의 조직을 나타낸 사진이다.
도 9는 본 발명에 따른 용접용 냉각장치가 적용되어 형성된 열영향부의 조직을 나타낸 사진이다.

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.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 용접용 냉각장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 패드를 도시한 평면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 이면재를 도시한 평면도이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 용접용 냉각장치 중 이면재가 없이 용접할 때의 상태도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 용접용 냉각장치는, 모재(1)의 일측면에서 용접부위 주변에 배치되고, 각각 내부에 냉매 유로(11)가 형성된 한 쌍의 패드(10); 및 모재와 패드를 밀착시키는 고정부(20)를 포함하고 있다.

본 발명의 제1실시예에 따른 용접용 냉각장치는, 모재(1)의 타측면에서 용접부위에 설치되고, 내부에 냉매 유로(31)가 형성된 이면재(30)를 더 포함할 수 있다.

한 쌍의 패드(10)와 이면재(30)는 모재(1)가 용접될 때 승온되는 용접부위 주변을 냉각하기 위해 배치된다. 이러한 패드와 이면재는 모재에 비해 열전도도가 높아 용접 시의 열이 모재 내에서 전달되는 것 이상으로 전달될 필요가 있다. 또한, 용접 비드 바로 옆의 고온 영역에 배치되기 때문에, 패드 혹은 이면재 자체가 용융되지 않고 모재로부터의 열을 전도시키기 위해서는 융점이 높은 재질로 만들어져야 한다

이러한 조건을 만족하는 재질로서는 예컨대 구리, 알루미늄 등과 같이 열전도도가 우수한 금속이 채택될 수 있다.

이와 같은 재질로 만들어진 한 쌍의 패드(10)와 이면재(30)는 모재(1)가 용접될 때 승온되는 용접부위의 일측면 주변 또는 일측면 및 타측면 주변에서 모재와 밀착하도록 배치되어, 용접시의 열을 모재로부터 전달받아 모재의 온도를 저하시킬 수 있다.

패드(10)와 이면재(30)는 각각 냉매를 유동시켜 냉각의 효율을 향상시키기 위한 냉매 유로(11, 31)가 내부에 마련되고, 어느 일측 측면에 냉매 공급을 위한 입구(12, 32)가 배치됨과 더불어, 냉매의 배출을 위한 출구(13, 33)과 배치될 수 있다.

예를 들면, 입구(12, 32)는 외부의 저장탱크나 펌핑수단으로부터 냉매가 주입되는 공급관(미도시)에 연결될 수 있으며, 출구(13, 33)는 냉매가 본 발명의 용접용 냉각장치, 즉 패드(10) 또는 이면재(30)의 내부를 유동한 후 다시 저장탱크로 돌아가는 배출관(미도시)에 연결될 수 있다.

냉매로서는 냉각수나 액체 질소 등과 같은 액상 냉매, 또는 액체 질소의 기화 가스나 압축 공기 등과 같은 가스상 냉매가 사용될 수 있다.

본 발명의 제1실시예에 따른 용접용 냉각장치의 고정부(20)는 패드(10)의 길이방향 양끝에 하나씩 배치될 수 있으며, 이러한 고정부의 장착을 위해 패드와 이면재의 길이방향 양측 단부에는 관통공(14, 34)이 형성될 수 있다. 여기서, 이면재의 일측 단부에는 2개의 관통공, 즉 양측 단부에 총 4개의 관통공이 형성될 수 있다.

또한, 패드(10)와 이면재(30)는 모재(1)의 폭방향 길이보다 다소 긴 길이를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 제1실시예에서, 고정부(20)는 패드(10) 또는 이면재(30)의 관통공(14, 34)에 삽입되어 관통하는 볼트부재(21)와; 이 볼트부재에 체결되면서 외주면의 적어도 일부에서 방사상으로 연장한 지지부(22)를 갖춘 너트부재(23)를 포함할 수 있다.

지지부(22)는 너트부재(23)의 축방향 양끝 중 어느 일측 표면과 동일한 평면상에 놓인 표면으로부터 소정 두께(너트부재의 축방향 길이)에 걸쳐 형성될 수 있다.

도 1에서와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 용접용 냉각장치 중 한 쌍의 패드(10)와 이면재(30)가 모재(1)의 용접부위를 둘러싸듯이 배치될 때, 고정부(20)의 볼트부재(21)는 패드의 일측 단부에 있는 관통공(14)과, 이 패드에 대향되게 위치한 이면재(30)의 일측 단부에 있는 관통공(34)을 관통하고, 그 머리의 반대측 단부로부터 나사산부에 너트부재(23)가 체결될 수 있다.

이와 같이 패드(10)와 이면재(30)가 사용된 경우에는, 예를 들어 볼트부재(21)의 머리가 패드를 지지하는 한편, 너트부재(23)의 일측 표면과 이 표면의 동일 평면상에 놓인 지지부(22)의 표면이 이면재를 지지하도록 고정부(20)가 조임 고정되어, 한 쌍의 패드와 이면재 사이에 모재를 두고서 패드와 이면재가 모재(1) 쪽으로 그리고 서로를 향해 밀착될 수 있다.

또한, 모재(1)에 밀착되는 패드(10)는 용접에 의해 형성된 용접부의 열영향부 부근을 효율적으로 냉각하도록 최대한 용접선에 근접하여 위치되는 것이 좋다. 도 1에서, 미설명부호 2는 용접 토치 등과 같은 용접 수단을 표시한다.

도 4에서와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 용접용 냉각장치가 이면재 없이 사용될 때에는, 고정부(20)의 볼트부재(21)가 패드(10)의 일측 단부에 있는 관통공(14)을 관통하고, 그 머리의 반대측 단부로부터 나사산부에 너트부재(23)가 체결될 수 있다. 이 경우에는 볼트부재의 머리가 패드를 지지하는 한편, 너트부재의 지지부(22)가 모재(1)를 지지하도록 고정부가 조임 고정되어, 패드와 모재가 서로를 향해 밀착될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 용접용 냉각장치를 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 고정부를 도시한 도면이다. 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 용접용 냉각장치 중 이면재가 없이 용접할 때의 상태도이다.

본 발명의 제2실시예에서는 고정부(40)만 제외하고, 나머지 구성요소들은 전술한 제1실시예의 구성요소들과 동일하다. 이에, 본 발명의 제2실시예에 따른 용접용 냉각장치를 설명함에 있어, 제1실시예에 의한 용접용 냉각장치와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하면서 그 구성 및 기능의 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 용접용 냉각장치의 고정부(40)는 패드(10)의 길이방향 양끝에 하나씩 배치될 수 있으며, 패드(10)와 이면재(30)는 모재(1)의 폭방향 길이와 동일한 길이를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2실시예에서, 고정부(40)는, 서로 이격된 한 쌍의 지지면(41)과 이들 지지면을 연결하는 연결면(42)을 갖고서, 일측 지지면에 나사공(43)이 형성된 브라켓(44)과; 나사공에 체결되는 볼트부재(45)를 포함할 수 있다.

볼트부재(45)는 머리의 반대측 단부에 나사산부보다 직경 또는 폭이 큰 가압부(46)가 결합될 수 있다. 이러한 가압부는 볼트부재가 나사공(43)에 체결된 후, 나사나 접착제 또는 용접 등에 의해 고정될 수 있다.

또, 볼트부재(45)의 머리에는, 도시되어 있지 않으나, 조작이 용이하도록 손잡이가 일체로 형성되거나 설치될 수 있다.

도 5에서와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 용접용 냉각장치 중 한 쌍의 패드(10)와 이면재(30)가 모재(1)의 용접부위를 둘러싸듯이 배치될 때, 고정부(20)의 브라켓(44)이 패드의 일측 단부와, 모재의 일측 단부, 및 이 패드에 대향되게 위치한 이면재의 일측 단부에 끼워지고, 브라켓의 나사공(43)에 체결되어 있는 볼트부재(45)를 모재 쪽으로 조여 삽입할 수 있다.

이와 같이 패드(10)와 이면재(30)가 사용된 경우에는, 예를 들어 볼트부재(45)의 단부 또는 가압부(46)가 패드를 지지하는 한편, 브라켓(44)의 타측 지지면이 이면재를 지지하도록 고정부(40)가 조임 고정되어, 한 쌍의 패드와 이면재 사이에 모재를 두고서 패드와 이면재가 모재(1) 쪽으로 그리고 서로를 향해 밀착될 수 있다.

도 6에서와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 용접용 냉각장치가 이면재 없이 사용될 때에는, 고정부(40)의 브라켓(44)이 패드(10)의 일측 단부와, 모재(1)의 일측 단부에 끼워지고, 브라켓의 나사공(43)에 체결되어 있는 볼트부재(45)를 모재 쪽으로 조여 삽입할 수 있다.

이 경우에는, 예를 들면 볼트부재(45)의 단부 또는 가압부(46)가 패드(10)를 지지하는 한편, 브라켓(44)의 타측 지지면이 모재(1)를 지지하도록 고정부(20)가 조임 고정되어, 패드와 모재가 서로를 향해 밀착될 수 있다.

본 발명에 따른 용접용 냉각장치는 전술한 바와 같이, 패드(10)와 모재(1)의 양끝에 볼트부재(21; 45)를 매개로 하여 너트부재(23) 또는 브라켓(44)이 조임 고정되도록 고정부(20; 40)를 구성하여, 모재와 냉각용 패드가 서로 밀착될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다. 이는 예컨대 모재가 고망간강인 경우에 모재에 비자성 특성이 나타나서 자성체에 의해 패드 또는 이면재를 모재에 밀착시킬 수 없기 때문이기도 하다.

도 8은 종래기술에 의해 형성된 열영향부의 조직을 나타낸 사진이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접용 냉각장치가 적용되어 형성된 열영향부의 조직을 나타낸 사진이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 용접용 냉각장치를 설치하지 않고서, 예컨대 8mm 이하의 두께를 가진 얇은 고망간강의 모재를 예컨대 SAW과 같은 고입열의 용접기법으로 용접하는 경우에는, 열영향부에 균열이 발생함과 더불어 모재가 구불구불 구부려지거나 휘어지는 열변형이 쉽게 초래되는 것을 확인할 수 있다.

반면에, 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 용접용 냉각장치를 적용하여 용접의 열영향부에서 냉각속도를 빠르게 하고 용접 후에도 지속적으로 냉각시킬 수 있게 됨으로써, 열영향부에 균열이 발생하지 않고 모재의 열변형이 현저히 줄어들어 양호한 용접이 구현될 수 있게 되는 것이다.

이에 따라 본 발명에 의하면, 용접시 열영향부의 냉각속도를 향상시켜 열영향부의 조직 제어가 가능하면서 모재의 열변형을 저감시키고, 열영향부의 극저온 인성 및 성형성을 확보할 수 있게 된다.

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.

1: 모재 2: 용접 수단
10: 패드 11, 31: 냉매 유로
12, 32: 입구 13, 33: 출구
14, 34: 관통공 20, 40: 고정부
21, 45: 볼트부재 23: 너트부재
30: 이면재 44: 브라켓

Claims (8)

1. 모재의 일측면에서 용접부위 주변에 배치되고, 각각 내부에 냉매 유로가 형성된 한 쌍의 패드; 및
   상기 모재와 상기 패드를 밀착시키는 고정부
   를 포함하는 용접용 냉각장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 모재의 타측면에서 용접부위에 설치되고, 내부에 냉매 유로가 형성된 이면재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접용 냉각장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 냉매 유로에는 냉매가 유동하고,
   상기 냉매는 액상 냉매 또는 가스상 냉매 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 용접용 냉각장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 패드의 길이방향 양측 단부에는 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 용접용 냉각장치.
   
5. 제2항에 있어서,
   상기 이면재의 길이방향 양측 단부에는 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 용접용 냉각장치.
   
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
   상기 고정부는,
   상기 관통공에 삽입되어 관통하는 볼트부재; 및
   상기 볼트부재에 체결되면서 외주면의 적어도 일부에서 방사상으로 연장한 지지부를 갖춘 너트부재
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접용 냉각장치.
   
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 고정부는,
   서로 이격된 한 쌍의 지지면과 상기 지지면을 연결하는 연결면을 갖고서, 일측 지지면에 나사공이 형성된 브라켓; 및
   상기 나사공에 체결되는 볼트부재
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접용 냉각장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 볼트부재는 머리의 반대측 단부에 가압부가 결합된 것을 특징으로 하는 용접용 냉각장치.
   

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