KR20190095377A - 편면 서브머지 아크 용접 방법 및 편면 서브머지 아크 용접 장치 - Google Patents

편면 서브머지 아크 용접 방법 및 편면 서브머지 아크 용접 장치 Download PDF

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KR20190095377A
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electrodes
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히로요시 요코타
마사하루 고무라
시게루 기하타
다이스케 스기야마
다쿠야 야스하라
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

복수의 전극을 이용한 한쪽의 면측으로부터의 서브머지 아크 용접에 의해 맞대어진 2매의 강판을 접합하는 편면 서브머지 아크 용접 방법 또는 장치에 있어서, 상기 서브머지 아크 용접중, 상기 강판의 종단측 영역에 있어서, 인접하는 상기 전극간의 각 극간 거리 중 적어도 하나를 변경한다. 이에 의해, 광범위한 판 두께의 강판에 적용할 수 있으며, 회전 변형을 억제하여 이음 종단부에서의 용접 금속의 균열을 방지하고, 또한 용접 후의 수정을 저감할 수 있다.

Description

편면 서브머지 아크 용접 방법 및 편면 서브머지 아크 용접 장치
본 발명은 편면 서브머지 아크 용접 방법 및 편면 서브머지 아크 용접 장치에 관한 것이다.
편면 서브머지 아크 용접은, 판이음 용접으로서 조선을 중심으로 넓은 분야에 적용되어 있는 고능률의 용접 시공 방법이다. 한편, 편면 서브머지 아크 용접에서는, 이음 종단부에 균열이 발생하는 경우가 있어, 그 방지책으로서 여러 가지의 제안이 이루어지고 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 용접 이음 종단부의 이음 최종단으로부터 시단측에 복수층이며, 단형상으로 이루어지는 실링 캐스케이드 비드를 이용하여, 자동 용접의 종단 균열을 방지하는 기술이 기재되어 있다.
특허문헌 2에는, 맞댐부의 개선 형상이나 각 전극의 전류값 등을 규정하는 것에 의해, 광범위한 이음판 두께에 대해, 건전한 용접 이음을 얻을 수 있는 다전극 서브머지 아크 용접 방법이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제 평08-99177 호 공보 일본 특허 공개 제 2007-268551 호 공보
그런데, 실링 캐스케이드 비드를 이용한 특허문헌 1의 기술에서는, 실링 캐스케이드 비드로 용접 이음 종단부의 변형을 억제하는 것에 의해, 균열 방지를 도모하고 있다. 그렇지만, 실링 캐스케이드 비드를 형성한 개소에는, 이면 비드가 형성되지 않기 때문에, 용접 후에 수정이 필요하다. 또한, 미리 실링 캐스케이드 비드를 형성할 필요가 있기 때문에, 용접 공정수가 증대한다는 과제가 있어, 개선의 여지가 있었다.
또한, 특허문헌 2에 기재된 다전극 서브머지 아크 용접 방법에서는, 구체적인 용접 속도에 따른 용접 조건의 설정에 대해서는 고려되어 있지 않아, 보다 양호한 용접 품질이 요구된다.
본 발명은 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 광범위한 판 두께의 강판에 적용할 수 있으며, 회전 변형을 억제하여 이음 종단부에서의 용접 금속의 균열을 방지하고, 또한 용접 후의 수정을 저감할 수 있는 편면 서브머지 아크 용접 방법 및 편면 서브머지 아크 용접 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적은 하기의 구성에 의해 달성된다.
본 발명은 복수의 전극을 이용한 한쪽의 면측으로부터의 서브머지 아크 용접에 의해 맞대어진 2매의 강판을 접합하는 편면 서브머지 아크 용접 방법으로서,
상기 서브머지 아크 용접중, 상기 강판의 종단측 영역에 있어서, 인접하는 상기 전극간의 각 극간 거리 중 적어도 하나를 변경한다.
또한, 상기 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 종단측 영역에 있어서의 상기 극간 거리를 상기 종단측 영역보다 바로 앞의 영역에 있어서의 상기 극간 거리보다 축소한다.
또한, 상기 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 복수의 전극은 제 1 전극과 제 2 전극과 제 3 전극을 포함하며, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 극간 거리를 10㎜ 내지 250㎜의 범위에서 변경하고, 상기 제 2 전극과 상기 제 3 전극의 극간 거리를 10㎜ 내지 250㎜의 범위에서 변경한다.
또한, 상기 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 복수의 전극은 제 1 전극과 제 2 전극과 제 3 전극과 제 4 전극을 포함하며, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 극간 거리를 10㎜ 내지 250㎜의 범위에서 변경하고, 상기 제 2 전극과 상기 제 3 전극의 극간 거리를 10㎜ 내지 250㎜의 범위에서 변경하고, 상기 제 3 전극과 상기 제 4 전극의 극간 거리를 10㎜ 내지 250㎜의 범위에서 변경한다.
또한, 상기 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 종단측 영역에 있어서의 용접을 상기 종단측 영역보다 바로 앞의 영역의 용접 속도에 대해 75% 이하의 용접 속도로 실행한다.
또한, 상기 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 서브머지 아크 용접은 2매의 탭판의 일단연을 상기 각 강판의 종단에 용접한 상태에서 실행되고,
상기 강판의 판 두께를 t1, 상기 탭판의 판 두께를 t2로 하면, 상기 강판과 상기 탭판의 판 두께의 관계가 t2≥t1이며,
상기 2매의 강판의 판 폭(B1)은 B1≥300㎜이며,
상기 2매의 탭판의 판 폭(B2)은 B2≥10×t1, 또한 100㎜≤B2≤2000㎜이며,
상기 2매의 강판 및 상기 2매의 탭판을 각각 맞대어 형성되는 상기 강판의 개선 및 상기 탭판의 개선을, 동일한 개선 형상으로 하고,
상기 강판의 개선 및 상기 탭판의 개선을 적어도 상기 강판의 종단측으로부터 상기 탭판의 일단부측에 걸쳐서 가용접한다.
본 발명은 한쪽의 면측으로부터의 서브머지 아크 용접에 의해 맞대어지는 2매의 강판을 접합하는 편면 서브머지 아크 용접 장치로서,
복수의 전극과, 해당 복수의 전극에 대해 전력을 공급하는 복수의 전원을 구비하고, 해당 복수의 전극에 의해 상기 각 강판의 시단으로부터 종단까지 용접하도록, 소정 방향으로 이동 가능한 용접 유닛과,
상기 용접 유닛 내에 배치되며, 상기 용접 유닛에 대해, 상기 복수의 전극 중 적어도 하나를 진퇴 방향으로 이동 가능한 구동 기구와,
상기 서브머지 아크 용접중, 상기 강판의 종단측 영역에 있어서, 인접하는 상기 전극간의 거리 중 적어도 하나를 변경하도록 상기 구동 기구를 제어하는 제어부를 갖는다.
본 발명의 편면 서브머지 아크 용접 방법에 의하면, 서브머지 아크 용접중, 강판의 종단측 영역에 있어서, 인접하는 전극간의 각 극간 거리 중 적어도 하나를 변경한다. 이에 의해, 종단부 영역에 있어서의 용입 형상 및 비틀림 속도가 제어되므로, 광범위한 판 두께의 강판에 적용할 수 있으며, 회전 변형을 억제하여 이음 종단부에서의 용접 금속의 균열을 방지하고, 또한 용접 후의 수정을 저감할 수 있다.
본 발명의 편면 서브머지 아크 용접 장치에 의하면, 제어부가, 서브머지 아크 용접중, 강판의 종단측 영역에 있어서, 인접하는 전극간의 거리 중 적어도 하나를 변경하도록 구동 기구를 제어한다. 이에 의해, 종단부 영역에 있어서의 용입 형상 및 비틀림 속도가 제어되므로, 광범위한 판 두께의 강판에 적용할 수 있으며, 회전 변형을 억제하여 이음 종단부에서의 용접 금속의 균열을 방지하고, 또한 용접 수정을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 편면 서브머지 아크 용접 방법에 적용되는 용접 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 편면 서브머지 아크 용접 방법으로 용접하는 강판의 평면도이다.
도 3은 편면 서브머지 아크 용접을 실행할 때의 형태를 도시하는 강판 주변의 개략 설명도이다.
도 4는 편면 서브머지 아크 용접을 실행할 때의 형태를 도시하는 강판 주변의 개략 설명도이다.
도 5a는 2전극으로 서브머지 아크 용접을 실행하는 경우의 극간 거리를 변경하는 상태를 도시하는 모식도이다.
도 5b는 3전극으로 서브머지 아크 용접을 실행하는 경우의 극간 거리를 변경하는 상태를 도시하는 모식도이다.
도 5c는 4전극으로 서브머지 아크 용접을 실행하는 경우의 극간 거리를 변경하는 상태를 도시하는 모식도이다.
도 6a는 비틀림 속도의 측정 방법을 설명하기 위한 요부 평면도이다.
도 6b는 비틀림 속도의 측정 방법을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 7은 비틀림 속도를 구하기 위해 이용하는 그래프이다.
도 8은 표면 비드와 이면 비드를 도시하는 용접 이음의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 가용접된 강판 및 탭판의 확대 평면도이다.
도 10은 제 3 실시형태의 변형예에 따른 가용접된 강판 및 탭판의 확대 평면도이다.
도 11은 가용접부의 단면도이다.
(제 1 실시형태)
이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 편면 서브머지 아크 용접 방법 및 편면 서브머지 아크 용접 장치를 도면에 근거하여 상세하게 설명한다.
우선, 편면 서브머지 아크 용접 장치(10)(이하, 용접 장치(10)라고도 칭함)의 주요부의 개략에 대해 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 용접 장치(10)는 가대 프레임(11)과, 용접기(용접 유닛)(12)와, 용접기 비임(13)과, 제어부(18)를 주로 구비한다. 가대 프레임(11)은 강제의 각재(角材)를 틀로 하고, 상방이 개방된 단면에서 보아 오목형상으로 형성되어 있으며, 내부에 이면 받침 장치(50a) 또는 이면 받침 장치(50b)(도 3 및 도 4 참조)가 지지되어 있다. 그리고, 이면 받침 장치(50a)의 이면 받침 구리판(55) 또는 이면 받침 장치(50b)의 내화성 캔버스(56) 상에 강판(20)이 탑재되어 있다.
용접기 비임(13)은 용접기(12)를 강판(20)의 길이 방향을 따라서 이동시키는 것이다.
용접기(12)는 하우징(12a) 내에, 강판(20)의 길이 방향을 따라서 각각 배치되며, 용접시에 선행하는 제 1 전극(15a)과, 제 1 전극(15a)에 추종하여 후행하는 제 2 전극(15b)을 갖는다. 이들 전극(15a, 15b)은 각각 제 1 토치(16a), 제 2 토치(16b)에 내부로 삽입되어서 배치되어 있다. 또한, 이들 토치(16a, 16b)는 소정 전압으로 전류를 공급하는 제 1 전원(도시하지 않음) 및 제 2 전원(도시하지 않음)에 케이블을 거쳐서 접속되어 있다. 제 1 전극(15a) 및 제 2 전극(15b)은 각각 제 1 토치(16a), 제 2 토치(16b)를 거쳐서 전류가 공급되도록 되어 있다. 또한, 전극(15a, 15b)은 용접 와이어이다.
그리고, 용접기(12)는 하우징(12a)에 대해 제 1 토치(16a)를 강판(20)의 길이 방향을 따라서 이동시키는 제 1 구동 기구(슬라이더)(17a)와, 하우징(12a)에 대해 제 2 토치(16b)를 강판(20)의 길이 방향을 따라서 이동시키는 제 2 구동 기구(슬라이더)(17b)를 갖는다. 제 1 구동 기구(17a) 및 제 2 구동 기구(17b)는 하우징(12a) 내에 각각 배치된다. 이들 제 1 구동 기구(17a) 및 제 2 구동 기구(17b)에 의해 제 1 토치(16a) 및 제 2 토치(16b)가 이동하는 것에 의해, 제 1 전극(15a) 및 제 2 전극(15b)도 이동하도록 되어 있다.
용접기(12)는 가대 프레임(11)의 상방(강판(20)의 상방)에 배치되며, 용접기 비임(13)의 연장 방향(소정의 방향)을 따라서 소정 속도로 이동하면서, 강판(20)의 개선(M)(도 3 참조)의 표측(表側)으로부터 전극(15a, 15b)에 의해 편면 서브머지 아크 용접에 의해 강판(20)을 용접한다.
또한, 용접기(12)는, 제어부(18)에 의해, 제 1 구동 기구(17a)와 제 2 구동 기구(17b)를 구동 제어하는 것에 의해, 제 1 전극(15a)과 제 2 전극(15b)을 용접기 비임(13)을 따라서 이동시킬 수 있으며, 제 1 전극(15a)과 제 2 전극(15b)의 극간 거리(L1)를 변경할 수 있다(도 5a 참조). 또한, 용접기(12)는 구동 기구(17a, 17b) 중 하나만을 마련하도록 하여도 좋다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 극간 거리란 용접되는 강판의 표면 높이에 있어서의 전극간끼리의 거리이다.
또한, 도 1 및 도 5a에서는, 전극(용접 토치)으로서 제 1 전극(15a), 제 2 전극(15b) 2개만 도시했지만, 전극 수는 아크 용접되는 강판(20)의 판 두께에 따라서 적절히 선택되며, 그 이상의 개수를 마련하는 것은 임의이다. 전극 수에 관하여, 전극이 1전극으로는, 후판(厚板) 강판의 용접에 적합하지 않으며, 5전극 이상으로는, 용접의 고능률화가 가능해지지만, 용접 품질과의 양립의 새로운 개선의 여지가 생긴다. 전극 수가 2전극 이상이면, 후판 강판의 용접에 적용할 수 있다. 한편, 전극 수가 4전극 이하이면, 용접의 고능률화를 도모할 수 있으며, 또한 용접 품질도 보다 양호하게 된다. 이와 같이, 2전극 내지 4전극으로 함으로써, 후판에도 적용할 수 있어서, 고능률화와 용접 품질을 보다 양립하기 쉬워진다.
따라서, 용접기(12)는, 예를 들면, 도 5b에 도시하는 바와 같이, 제 1 내지 제 3 전극(15a, 15b, 15c)을 갖는 것이어도 좋으며, 도 5c에 도시하는 바와 같이, 제 1 내지 4 전극(15a, 15b, 15c, 15d)을 갖는 것이어도 좋다. 또한, 3개 이상의 전극을 가지는 용접기에 있어서도, 각 전극에 대해, 전원 및 구동 기구를 각각 마련할 수 있다.
편면 서브머지 아크 용접 방법(이하, 「본 용접」이라고도 함)이란, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 맞대어진 강판(20, 20)의 이면으로부터, 이면 받침 구리판(55) 상에 층형상으로 살포한 이면 받침 플럭스(52), 또는, 내화성 캔버스(56) 내에 수용된 이면 받침 플럭스(52)를 에어 호스(59) 등의 밀어올림 기구에 의해 가압하여 용접하는 방법이다. 편면 서브머지 아크 용접 방법에서는, 강판(20)의 표측으로부터 표면 플럭스(51)를 이용하여 서브머지 아크 용접을 실행하여, 강판(20)의 표면과 이면에 동시에 비드를 형성한다. 또한, 도면 중 도면부호(53)는 슬래그이며, 도면부호(54)는 용접 금속이며, 도면부호(57)는 플럭스 주머니이며, 도면부호(58)는 받침 플럭스이다.
본 실시형태의 편면 서브머지 아크 용접 방법이 적용되는 강판(20)은, 예를 들면 조선용 강판이다. 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 강판(20)의 판 두께(t1)는 5㎜ 이상, 40㎜ 이하이며, 바람직하게는 10㎜ 이상, 30㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 18㎜ 이상, 25㎜ 이하로 한다. 또한, 맞대어진 2매의 강판(20)의 합계의 판 폭(B1)은 300㎜ 이상이다. 또한, 강판(20)의 길이(La)는 1000㎜ 이상, 35000㎜ 이하이다.
2매의 강판(20)을 맞댄 접합면(22)에는, 개선(M)이 형성되어 있다. 개선(M)의 형상은 Y 개선, V 개선 등의 임의의 형상으로 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 강판(20)의 접합면(22)에는, 단속 혹은 연속된 면내 태킹(tacking)이 이루어져 있다. 즉, 본 실시형태에 있어서, 실링 캐스케이드 비드는 형성되어 있지 않다.
또한, 강판(20)의 시단(28) 및 종단(29)에는, 탭판(30)이 장착되어 있다. 탭판(30)은, 편면 서브머지 아크 용접에 있어서 마지막에 굳어지는 용융지(크레이터)를 용접 이음으로부터 빠져나가게 하는 목적으로, 또한 편면 서브머지 아크 용접에 의한 이음 종단부에서의 용접 금속의 균열을 보다 효과적으로 방지하기 위해 이용된다. 특히, 탭판(30)이 이음 종단부에서 강판(20)을 구속하는 것에 의해 용접에 의한 열변형을 억제하여, 이음 종단부에서의 균열을 방지한다.
그 후, 강판(20)의 본 용접(편면 서브머지 아크 용접)을 강판(20)의 시단(28)으로부터 종단(29)에 걸쳐서 실행한다. 본 용접 속도로서는, 예를 들면, 300 내지 1500㎜/min(30 내지 150cpm)이다. 본 용접 속도가 300 내지 1500㎜/min이면, 5㎜ 이상, 40㎜ 이하의 판 두께의 강판(20)에 대해 안정적으로 용접 품질을 확보할 수 있다.
또한, 「본 용접」이란, 가용접이 이루어진 강판(20)에 대해 실행하는 용접이다. 또한, 「본 용접 속도」란, 종래에서 통상 실행되는 서브머지 아크 용접의 속도이다. 통상, 본 용접에서의 용접 속도는 일정하게 되지만, 용접 처리의 사정 상, 용접 개소에 따라서는, 속도가 약간 저하하는 경우가 있다. 단, 본 용접의 용접 속도는 본 용접 조건의 최적 속도, 즉 미리 설정한 본 용접 속도가 된다.
이 때, 시단(28)으로부터 종단(29)까지 동일한 용접 조건(예를 들면, 소정의 전극 수, 용접 속도, 총 입열량, 극간 거리)으로 용접을 실행하면, 이음 종단부에서 균열이 생기는 경우가 있다. 예를 들면, 본 용접 속도의 빠른 조건에서는, 이음 종단부에, 강판(20)의 내측으로부터 외측을 향하여 회전 변형이 생겨, 종단 균열이 생기는 경우가 있다. 구체적으로는, 강판(20)이 내측으로부터 외측을 향하여 넓어지는 비틀림 속도가 증가하여 균열되는 방향의 구동력이 증가하여 버린다. 또한, 용접 조건에 따라서는, 이음 종단부에 있어서, 내균열성이 나쁜 용입 형상이 되는 경우가 있다.
여기에서, 본 실시형태에서는, 도 1 및 도 5a에 도시하는 바와 같이, 이음 종단부에 있어서, 비틀림 속도가 낮고, 내균열성이 양호한 용입 형상이 얻어지도록, 서브머지 아크 용접중, 강판(20)의 종단(29) 바로 앞 적어도 300㎜ 이상의 위치로부터 종단(29)까지의 사이의 종단측 영역(D2)과, 해당 종단측 영역보다 바로 앞의 영역(D1)(시단(28)을 포함하는 것으로 함)에서, 인접하는 전극(15a, 15b) 사이의 극간 거리(L1)를 변경한다(좁게하거나 혹은 넓게 함). 즉, 극간 거리의 변경은, 하우징(12a)이 개선(M)을 따라서 이동하고 있는 동안, 제어부(18)가 구동 기구(17a, 17b)를 제어하여 제 1 및 제 2 전극(15a, 15b)을 상대 이동시키는 것에 의해 실행할 수 있다.
즉, 본 실시형태에서는, 종단측 영역(D2)에 있어서의 극간 거리를, 종단측 영역보다 바로 앞의 영역(D1)에 있어서의 전극 수, 용접 속도, 입열량 등의 용접 조건에 따른 소정값으로 변경하는 것에 의해, 비틀림 속도를 저하시키는 동시에, 제 1 및 제 2 전극(15a, 15b)에 의해 용입 형상을 변화시켜, 내균열성이 양호한 용입 형상을 확보한다. 이에 의해, 균열 방지를 도모할 수 있는 동시에, 양호한 표면 비드 외관을 갖는 용접 이음의 제작이 가능해진다. 특히, 용접 속도가 빠른 경우, 종단 균열이 생기기 쉽지만, 본 실시형태의 용접 방법에 의하면, 용접 속도가 빠른 경우에 있어서도, 용입 형상을 양호하게 할 수 있는 동시에 비틀림 속도를 저감할 수 있어서, 종단 균열의 방지를 실현할 수 있다. 종래의 서브머지 아크 용접 방법에 있어서는, 용접중에 극간 거리를 변경한다는 시점이 없어, 본 실시형태에 따른 서브머지 아크 용접 방법은, 용입 형상 및 비틀림 속도에 착안하여, 발명자들이 예의 검토한 결과, 창작에 도달한 것이다.
보다 구체적으로는, 예를 들면, 종단측 영역(D2)에 있어서의 극간 거리를 종단측 영역(D2)보다 바로 앞의 영역에 있어서의 극간 거리보다 축소하는 것에 의해, 종단측 영역(D2)에 있어서 내균열성이 양호한 용입 형상이 얻어져, 균열 방지를 도모하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시형태에서는, 균열의 구동력을 나타내는 지표로서의 강판의 비틀림 속도의 평가에 관해서는, 도 6a에 도시하는 바와 같이, 변형 측정용의 봉(41)을 강판(20)의 종단(29) 근방에 고정하여 마련하고, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 용접중에 생기는 종단(29)의 변형에 의한 봉(41)의 변위(상대 거리 m으로부터 m'으로의 확대)를 전자 카메라(42)로 촬영하여 관찰한다. 전자 카메라(42)로부터 얻어진 화상 데이터를 분석하여, 종축이 비틀림, 횡축이 시간의 그래프 상(도 7 참조)으로 그려넣고, 이음이 개구되는 방향의 변위 속도의 최대값을 비틀림 속도(㎜/s)로 하여 측정한다. 여기에서, 비틀림 속도가 0.10㎜/s 초과인 경우, 균열이 생기기 쉬워진다. 이 때문에, 비틀림 속도는 0.10㎜/s 이하인 것이 좋고, 0.03㎜/s 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 균열에 대한 재료의 힘을 나타내는 지표로서의 용입 형상의 평가에 대해 설명한다. 평가 대상이 되는 용접부에 있어서, 용접 방향과 수직인 방향의 면으로 절출하고, 연마 및 적절한 에칭 처리를 실행하여, 도 8과 같은 단면을 얻는다. 여기에서, 제 2 전극에 의해 형성되는 표면 비드를 구성하는 용접 금속(MT1)과, 제 1 전극에 의해 형성되는 이면 비드를 구성하는 용접 금속(MT2)의 교차면(CL)으로부터, 강판(20)의 이면까지의 거리를 H로 하고, 용접 금속(MT1, MT2)의 교차면(CL)의 폭을 W로 하고, H/W의 값이 0.1 이상, 0.8 이하인 경우, 내균열성에 대한 양호한 용입 형상으로 했다. H/W의 값이 0.1 미만인 경우, 이면 비드 형상의 안정성이 열화되기 때문에 바람직하지 않다. 한편, H/W의 값이 0.8을 초과하면, 균열이 생기기 쉬워지므로, 용입 형상이 불량이 된다. 또한, H/W는 0.3 이상, 0.6 이하이면, 보다 양호한 용입 형상이 된다.
용입 형상(H/W)은, 제 1 전극이 용접하고 나서 제 2 전극이 도달할 때까지의 시간(용접 속도와 극간 거리)과 입열에 의해, 제 2 전극이 용접할 때의 용융지의 온도가 변화하는 점이 영향을 미친다. 이 용융지의 온도가 변화하면, 제 2 전극의 용입 깊이가 변화하므로, H/W가 변화한다.
또한, 도 5b에 도시하는 전극 수가 3전극인 경우에는, 표면 비드를 구성하는 용접 금속(MT1)은 제 3 전극(15c)에 의해 형성되며, 이면 비드를 구성하는 용접 금속(MT2)은 제 1 및 제 2 전극(15a, 15b)에 의해 형성된다. 이 경우, 제 2 전극(15b)과 제 3 전극(15c)의 극간 거리를 변경하는 것이 바람직하다.
또한, 도 5c에 도시하는, 전극 수가 4전극인 경우에는, 표면 비드를 구성하는 용접 금속(MT1)은 제 3 및 제 4 전극(15c, 15d)에 의해 형성되며, 이면 비드를 구성하는 용접 금속(MT2)은 제 1 및 제 2 전극(15a, 15b)에 의해 형성된다. 이 때문에, 전극 수가 3전극 또는 4전극 중 어느 것에 있어서도, 용접 금속(MT1, MT2)의 교차면(CL)이 부여된다. 또한, 이 경우, 제 2 전극(15b)과 제 3 전극(15c)의 극간 거리를 변경하는 것이 바람직하다.
제 1 및 제 2 전극(15a, 15b) 간의 극간 거리(L1)의 변경은 강판(20)의 종단 바로 앞의 임의의 위치로부터 종단(29)까지의 사이에서 실행되면 좋다. 단, 강판(20)의 길이(La)에 대응하여 변형량이 작은 위치로부터 극간 거리(L1)를 변경시키는 것이 바람직하다. 예를 들면, 극간 거리(L1)의 변경은, 바람직하게는 강판(20)의 종단(29) 바로 앞 150㎜ 이상의 위치, 보다 바람직하게는 강판(20)의 종단(29) 바로 앞 300㎜ 이상의 위치, 더욱 바람직하게는 강판(20)의 종단(29) 바로 앞 500㎜ 이상의 위치, 특히 바람직하게는 강판(20)의 종단(29) 바로 앞 1000㎜ 이상의 위치로 한다.
또한, 극간 거리(L1)의 변경은 종단측 영역보다 바로 앞의 영역(D1)과 종단측 영역(D2) 사이의 이행 영역(D3)에서 실행되면 좋다.
즉, 본 실시형태의 강판(20)의 용접에 있어서, 강판(20)의 종단(29) 바로 앞 적어도 150㎜ 이상의 위치보다 약간 시단(28)측인 이행 영역(D3)에 제 1 및 제 2 전극(15a, 15b)이 왔을 때에, 서서히 구동 기구(17a, 17b)를 제어하기 시작하고, 종단측 영역(D2)에 제 1 및 제 2 전극(15a, 15b)이 왔을 때에, 극간 거리(L1)의 변경이 종료되어 있는 것으로 한다. 이 이행 영역(D3)의 길이는 특별히 규정되는 것은 아니지만, 예를 들면 50 내지 500㎜이다.
또한, 극간 거리의 변경은, 용접기(12)가 제 1 전극과 제 2 전극의 2개의 전극을 가지는 경우, 제 1 전극과 제 2 전극의 극간 거리(L1)를 10㎜ 내지 250㎜의 범위에서 변경한다. 예를 들면, 본 용접의 극간 거리가 30㎜ 내지 140㎜의 경우, 종단측 영역에서는 극간 거리가 20㎜ 내지 80㎜가 되도록 용접하는 것이 좋다.
또한, 용접기(12)가 제 1 전극과 제 2 전극과 제 3 전극의 3개의 전극을 가지는 경우, 제 1 전극과 제 2 전극의 극간 거리(L1)를 10㎜ 내지 250㎜의 범위에서 변경하고, 제 2 전극과 제 3 전극의 극간 거리(L2)를 10㎜ 내지 250㎜의 범위에서 변경하면 바람직하다. 예를 들면, 본 용접의 제 2 전극과 제 3 전극의 극간 거리가 10㎜ 내지 170㎜의 경우, 종단측 영역에서는 제 2 전극과 제 3 전극의 극간 거리가 35㎜ 내지 140㎜가 되도록 용접하는 것이 좋다.
또한, 용접기(12)가 제 1 전극과 제 2 전극과 제 3 전극과 제 4 전극의 4개의 전극을 가지는 경우, 제 1 전극과 제 2 전극의 극간 거리(L1)를 10㎜ 내지 250㎜의 범위에서 변경하고, 제 2 전극과 제 3 전극의 극간 거리(L2)를 10㎜ 내지 250㎜의 범위에서 변경하고, 제 3 전극과 제 4 전극의 극간 거리(L3)를 10㎜ 내지 250㎜의 범위에서 변경하면 바람직하다.
또한, 전극 수가 3개 또는 4개인 경우, 복수의 극간 거리 중 적어도 하나를 변경하면 좋다. 예를 들면, 전극 수가 4개인 경우, 본 용접의 제 2 전극과 제 3 전극의 극간 거리가 30㎜ 내지 200㎜인 경우, 종단측 영역에서는 제 2 전극과 제 3 전극의 극간 거리가 30㎜ 내지 170㎜가 되도록 용접하는 것이 좋다. 이 경우, 제 1 전극과 제 2 전극의 극간 거리, 제 3 전극과 제 4 전극의 극간 거리를 일정하게 하여도 좋다.
3전극인 경우에는, 상술한 바와 같이, 표면 비드를 구성하는 용접 금속(MT1)이 제 3 전극(15c)에 의해 형성되며, 이면 비드를 구성하는 용접 금속(MT2)이 제 1 및 제 2 전극(15a, 15b)에 의해 형성되므로, 교차면(CL)의 위치에 영향을 미치는 제 2 전극(15b)과 제 3 전극(15c)의 극간 거리(L2)를 변경하는 것이 바람직하다.
또한, 전극 수가 4전극인 경우에는, 표면 비드를 구성하는 용접 금속(MT1)은 제 3 및 제 4 전극(15c, 15d)에 의해 형성되며, 이면 비드를 구성하는 용접 금속(MT2)은 제 1 및 제 2 전극(15a, 15b)에 의해 형성되므로, 이 경우도 교차면(CL)의 위치에 영향을 미치는 제 2 전극(15b)과 제 3 전극(15c)의 극간 거리(L2)를 변경하는 것이 바람직하다.
(제 2 실시형태)
다음에, 제 2 실시형태의 편면 서브머지 아크 용접 방법에 대해 설명한다. 또한, 본 실시형태에 있어서 사용되는 용접 장치(10)는 제 1 실시형태의 것과 마찬가지이다.
본 실시형태의 편면 서브머지 아크 용접 방법에서는, 강판(20)의 시단(28)으로부터 종단(29)까지 일정한 용접 속도로 한 제 1 실시형태와 상이하게, 강판(20)의 종단 바로 앞 300㎜ 이상의 위치로부터 종단(29)까지의 용접을, 본 용접의 용접 속도(이하, 적절히, 본 용접 속도라 함)에 대해 75% 이하의 용접 속도(이하, 적절히, 감속 용접 속도라 함)로 실행한다.
또한, 그 때, 본 용접의 총 입열을 Q(kJ/㎜), 75% 이하의 용접 속도에서의 용접의 총 입열을 Q'(kJ/㎜)로 했을 때, 「Q'/Q=0.60 내지 1.30」로 하고 있다.
종단측 영역(D2)에 있어서의 감속 용접 속도가 본 용접 속도에 대해 75% 이하로 하는 것에 의해, 종단측 영역(D2)에서는, 비틀림 속도를 저하할 수 있어서, 균열의 구동력을 저하할 수 있으며, 경우에 따라서는, 강판(20)의 외측으로부터 내측을 향하여 회전 변형이 생기는 수축 변형이 된다. 또한, 감속 용접 속도는, 바람직하게는 본 용접 속도에 대해 60% 이하, 보다 바람직하게는 50% 이하이다. 또한, 감속 용접 속도가 본 용접 속도에 대해 40% 이상이면, 용접 능률을 현저하게 저해하는 일은 없다. 또한, 감속 용접 속도가 본 용접 속도에 대해 40% 이상이면, 건전한 용접 금속을 확보하기 위한 전류값이 높아져, 아크를 지속하는 것이 곤란해지지 않으며 비드 외관이 양호해진다.
또한, 강판(20)의 용접에 있어서, 용접 속도를 변화시킨 경우, 과잉인 입열이 되어 저속에 의한 균열 방지의 효과와 용접 품질의 확보가 곤란해진다. 즉, 감속 용접 속도에서의 용접의 총 입열이 본 용접 속도에서의 총 입열에 대해 1.30배를 초과하면, 균열 방지 효과가 확인되지 않으며, 용접 품질에 대해서도 이면 비드의 덧붙임(余盛)이 과잉이 되어, 건전한 용접 금속은 되지 않는다. 한편, 감속 용접 속도에서의 용접의 총 입열이 본 용접 속도에서의 총 입열에 대해 0.60배 미만에서는, 균열 방지 효과는 확인되지만, 아크를 지속하는 것이 곤란해져, 표면 및 이면 비드 모두 건전한 용접 금속을 얻을 수 없다. 따라서, 본 용접의 총 입열을 Q(kJ/㎜), 75% 이하의 용접 속도에서의 용접의 총 입열을 Q'(kJ/㎜)로 했을 때, 「Q'/Q=0.60 내지 1.30」로 하고 있다.
또한, 건전한 용접 금속을 보다 얻기 쉽게 하는 관점에서, Q'/Q의 값은, 바람직하게는 0.70 이상, 보다 바람직하게는 0.80 이상으로 한다. 또한, 종단측 영역(D2)의 균열 방지 효과 및 건전한 용접 금속을 보다 얻기 쉽게 하는 관점에서, Q'/Q의 값은, 바람직하게는 1.20 이하로 한다.
또한, 총 입열(Q)은 하기 계산식으로 산출할 수 있다.
[수식 1]
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상기 식에 있어서, Q는 총 입열(kJ/㎜), Ei는 전압(V), Ii는 전류(A), vi는 용접 속도(㎜/min), i=1, 2, 3, … n, i는 각 전극을 나타낸다. 또한, 상기 식에 대해서는, Q'에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 여기에서의 총 입열이란, 각 전극(15a, 15b, …)의 입열의 합계를 의미한다. 또한, 총 입열은 상기 계산식으로 산출한 값이어도 좋지만, 실측값(계측값)이어도 좋다.
또한, 본 실시형태에 있어서도, 용접 속도의 변경 범위는, 이음 종단부에서의 변형량의 관점에서, 강판(20)의 종단 바로 앞 300㎜ 이상의 위치로부터 종단(29)까지의 종단측 영역(D2)으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 용접 속도로부터 감속 용접 속도로의 이행 영역(D3)도 50 내지 500㎜의 범위에서 적절히 설정되면 좋다.
또한, 극간 거리의 변경과 용접 속도의 변경은 동시에 실행되어도 좋고, 상기 범위 내이면 따로 따로 실행되어도 좋다. 따라서, 극간 거리의 변경은 강판(20)의 종단 바로 앞의 임의의 위치로부터 종단(29)까지의 사이에서 실행되면 좋다.
이와 같이, 용접 속도(하우징(12a)의 이동 속도)를 저속화하는 것에 의해, 강판(20)의 비틀림 속도가 저하하기 때문에, 균열의 구동력을 저하할 수 있지만, 동시에 내균열성이 나쁜 용입 형상을 초래하는 경우가 있다. 이에 반하여, 본 실시형태와 같이, 극간 거리를 변경하는 것에 의해, 강판(20)의 비틀림 속도를 저하시키면서, 내균열성이 양호한 용입 형상(H/W)을 확보하여, 균열 방지를 도모할 수 있다.
예를 들면, 입열 일정이며, 용접 속도를 낮췄을 때에는, 용접 금속(MT1)(도 8 참조)을 형성하는 전극이 용접하는 시점에서의 용융지의 온도가 낮기 때문에, 해당 전극의 용입은 얕아지고, H/W가 커져 내균열성이 열화된다. 그 때에 극간 거리를 줄이면, 용접 금속(MT1)을 형성하는 전극이 용접하는 시점에서의 용융지의 온도가 높기 때문에, 해당 전극의 용입은 깊어져, H/W의 내균열성이 양호한 범위를 유지할 수 있다.
특히, 용접 효율의 관점에서 용접 속도의 저하는 작은 것이 바람직하며, 극간 거리의 변경과 함께 용접 속도의 변경을 실행하는 것으로, 예를 들면, 감속 용접 속도를 본 용접 속도에 대해 70%보다 높이면서, 균열 방지를 도모할 수 있다.
그 이외의 구성 및 작용에 대해서는, 제 1 실시형태의 것과 마찬가지이다.
(제 3 실시형태)
다음에, 제 3 실시형태의 편면 서브머지 아크 용접 방법에 대해, 도 9 내지 도 11을 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시형태에 있어서 사용되는 용접 장치(10)는 제 1 실시형태의 것과 마찬가지이다.
본 실시형태에서는, 제 1 실시형태와 마찬가지의 판 두께, 판 폭, 및 길이를 갖는 강판(20)에 대해, 사용되는 탭판(30)을 규정한 것이다. 즉, 본 실시형태에서는, 강판(20)의 종단(29)에 있어서, 본 용접을 실행하기 전에, 2매의 탭판(30, 30)의 일단연(35)이 서로 맞대어져 접합되어 있다. 2매의 탭판(30, 30)은 서로의 종단부(33)에 덧붙임 용접(덧붙임 용접부(34))을 실시하여, 접합한 후, 강판(20)의 접합면(22)과 탭판(30)의 접합면(32)이 직선 형상으로 연속하도록 하여, 태킹 정반 상에 2매의 강판(20, 20)의 종단(29)과 2매의 탭판(30, 30)의 일단연(35)을 접촉시켜 배치한다. 그리고, 2매의 강판(20, 20)의 종단(29)과 2매의 탭판(30, 30)의 일단연에 덧붙임 용접(덧붙임 용접부(31))이 실시되는 동시에, 2매의 탭판(30, 30)의 단부(R)에 코너 와인딩 용접이 실시되고, 또한 강판(20)의 접합면(22)과 탭판(30)의 접합면(32)에 후술의 가용접(가용접부(25, 25A))이 실시된다.
또한, 2매의 탭판(30, 30)을 강판(20)에 접합하는 접합 순서는 상기의 것에 한정되는 것은 아니다.
탭판(30)의 판 두께(t2)는 강판의 판 두께(t1)와 동일하거나, 그것보다 두껍게 되어 있다(t2≥t1). 2매의 탭판(30)의 합계의 판 폭(B2)은 강판의 판 폭(B1)보다 작고(B2＜B1), 강판의 판 두께(t1)의 10배 이상(B2≥10×t1), 또한 100㎜ 이상, 2000㎜ 이하로 한다. 또한, 탭판(30)의 길이(Lb)는 100㎜ 이상, 1000㎜ 이하이다.
탭판(30)은, 상술한 바와 같이, 편면 서브머지 아크 용접에 있어서 크레이터를 용접 이음으로부터 빠져나가게 하는 목적, 또한 이음 종단부에서의 용접 금속의 균열을 보다 효과적으로 방지하기 위해 이용된다.
편면 서브머지 아크 용접에 있어서는, 강판(20)의 판 두께의 증대에 수반하여 용접 입열을 크게 할 필요가 있어, 열변형도 증대한다. 따라서, 열변형을 억제하기 위해서는, 강판(20)의 판 두께의 증대에 수반하여 구속력을 강화할 필요가 생긴다. 그러나, 과잉인 구속을 실행하는 경우도 균열이 생기기 때문에, 적절한 구속력을 부여하는 것이 중요하다.
탭판(30)에 의한 강판(20)으로의 구속력은 용접 방향에 수직인 방향으로의 탭판(30)의 강성을 크게 하는 것에 의해 강화 가능하며, 탭판(30)의 폭 및 탭판(30)의 판 두께에 의해 제어할 수 있다. 즉, 강판(20)의 판 두께에 대해, 탭판(30)의 폭과 판 두께를 적정하게 규정하는 것에 의해, 열변형력＜구속력으로 할 수 있어서, 이음 종단부에서의 균열을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 탭판(30)은 종래의 탭판과 같은 슬릿을 마련하고 있지 않다. 탭판(30)에 슬릿을 형성한 경우에는, 슬릿에 의해 강판(20)에 대한 구속력이 약해지기 때문에, 슬릿을 갖지 않는 탭판(30)과 비교하여 탭판(30)을 크게 할 필요가 있다. 특히, 고입열을 필요로 하는 후판의 용접시에는, 강판(20)에 대한 충분한 구속력을 갖게 하기 때문에, 탭판(30)이 거대화되어 실제 운용이 곤란해질 우려가 있기 때문이다.
또한, 2매의 탭판(30)을 맞댄 단부면에도, 개선(M1)이 형성되어 있다. 개선(M1)의 형상은 강판(20)의 개선(M)과 대략 동일한 형상이면 특별히 한정되지 않으며, Y 개선, V 개선 등의 임의의 형상으로 할 수 있다. 또한, 강판(20)과 탭판(30)의 개선(M, M1)에 있어서, Y 개선이나 V 개선의 개선 각도는 공업적으로 허용되는 범위에서의 편차가 있어도 좋다.
예를 들면, 탭판(30)이 1매로 구성되는 경우나, 2매의 탭판(30)에 강판(20)과 상이한 개선(M1)이 형성되는 경우, 또는 2매의 탭판(30)에 개선(M1)을 형성하지 않는 경우에는, 강판(20)과 탭판(30)의 개선 형상이 상이하기 때문에, 용접 이음 종단부가 불연속이 되어, 고온 균열, 슬래그 혼입, 이면 비드 형상 불량, 용입 부족 등이 발생할 우려가 있다.
한편, 본 실시형태와 같이, 2매의 탭판(30)을 사용하고, 강판(20)과 탭판(30)에, 각각 대략 동일한 형상의 개선(M, M1)을 형성함으로써, 강판(20)과 탭판(30)의 연속성을 확보할 수 있어서, 강판(20)의 후단부측으로부터 탭판(30)의 일단부측에 걸쳐서 가용접이 확실히 실행된다.
또한, 본 실시형태에서는, 강판(20)의 접합면(22)과 탭판(30)의 접합면(32)에 가용접이 실시되어 있다. 가용접은, 강판(20)의 접합면(22)에 있어서, 본 용접에 있어서의 시단부(도 9의 강판(20)의 좌단부)측으로부터 종단부(도 9의 강판(20)의 우단부)를 향하여 단속적으로 수 개소에 실시되고, 또한 강판(20)의 종단(29)에 대해(300㎜ 이상 전방의 위치(P)로부터 탭판(30)의 종단부(33)까지, 강판(20)으로부터 탭판(30)에 걸쳐서 연속하여 실행되어, 가용접부(25A)가 형성된다.
또한, 본 발명의 가용접은, 도 10에 도시하는 바와 같이, 적어도 강판(20)의 종단부측으로부터 탭판(30)의 일단부측에 걸쳐서 가용접부(25A)가 형성되어 있으면 좋다. 이 때문에, 탭판(30)의 접합면(32)에 있어서도, 단속적으로 가용접이 실시되어도 좋다.
강판(20)의 종단부측으로부터 탭판(30)의 일단부측에 걸쳐서 가용접부(25A)가 형성되는 것에 의해, 본 용접시에, 지금부터 용접되는 미접합부가 일체화되어 있으므로, 열변형을 저감할 수 있다. 이에 의해, 이음 종단부에서의 균열을 방지할 수 있다.
종래의 탭판을 이용한 용접에서는, 강판(20)의 종단(29)에서 가용접을 멈춘다, 즉, 탭판(30)의 일단부측에 걸쳐서 가용접이 실시되어 있지 않으므로, 이음 종단부에서의 균열이 발생하기 쉬워진다.
여기에서, 가용접부(25A) 중, 강판(20)의 종단(29)에 대해 강판(20)의 종단부측의 가용접의 길이를 A, 강판(20)의 종단(29)에 대해 탭판(30)의 일단부측의 가용접의 길이를 B로 하면, 20㎜≤A, 또한 20㎜≤B이면, 상기 효과를 보다 확실히 발휘할 수 있다.
또한, 이음 종단부에서의 균열을 방지하는 관점에서, 보다 바람직하게는 70㎜≤A, 또한 70㎜≤B, 더욱 바람직하게는, 100㎜≤A, 또한 100㎜≤B로 한다.
또한, 가용접은 강판(20)의 시단부측으로부터 탭판(30)의 종단부(33)에 걸쳐서 강판(20) 및 탭판(30)의 접합면(22, 32)이 연속되어 접합되어도 좋다.
도 11에 있어서, 가용접부(25)는 1층만으로 이루어지는 실링 비드와 동등한 단층으로 형성된다. 가용접부(25)의 용입 깊이(d)는 2㎜ 이상(d≥2㎜)으로 하고, 목 두께(h)는 7㎜ 이하(h≤7㎜)로 하는 것이 바람직하다.
가용접부(25)의 용입 깊이(d)가 2㎜ 미만이면, 본 용접시에 지금부터 용접되는 미접합부에 있어서 가용접부(25)의 접합 효과가 약하여, 본 용접중에 파단되어 버릴 우려가 있다. 이 때문에, 용입 깊이(d)는 2㎜ 이상이면 바람직하다. 또한, 가용접부(25)의 목 두께(h)를 7㎜ 이하(단층, 적층을 불문함)로 하면, 본 용접시에 가용접부(25)에 이면 비드가 보다 형성되기 쉬워져, 수정을 저감하여 작업 효율이 향상된다.
그리고, 상기한 바와 같이 가용접이 실시된 강판(20) 및 탭판(30)에 대해, 복수의 전극(15a, 15b)을 구비하는 용접 장치(10)를 이용하여, 제 1 또는 제 2 실시형태와 마찬가지로, 편면 서브머지 아크 용접 방법이 실시되는 것에 의해, 종단 균열을 보다 효율적으로 방지할 수 있다.
그 이외의 구성 및 작용에 대해서는, 제 1 또는 제 2 실시형태의 것과 마찬가지이다. 또한, 제 3 실시형태에 따른 서브머지 아크 용접 방법에 있어서, 제 2 실시형태에 따른 서브머지 아크 용접 방법과 같이, 종단측 영역에 있어서 용접 속도를 저하시켜도 좋다. 이 경우, 더욱 용입 형상을 양호하게 할 수 있는 동시에 비틀림 속도를 저하시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 실시형태 및 실시예에 한정되는 것이 아니며, 적절히, 변형, 개량 등이 가능하다.
상기 각 실시형태에서는, 강판(20)의 시단(28) 및 종단(29)에 탭판(30)을 장착하는 것으로 하여 설명했지만, 본 발명은 탭판(30)을 이용하지 않고, 서브머지 아크 용접 방법을 실행하는 것이라도 좋다.
실시예
(시험 1)
본 발명의 효과를 확인하기 위해, 시험 1에서는, 종단부 영역에 있어서 극간 거리만을 변경하여 편면 서브머지 아크 용접을 실행하고, 이음 종단부에서의 용입 형상, 강판의 비틀림 속도, 용접 금속의 균열을 평가하는 시험을 실행했다. 표 1은 각 실시예 및 각 비교예에 있어서의 전극 수, 각 전극에 인가되는 전류, 전압, 용접 속도, 입열량, 극간 거리를, 이음 종단부에서의 용입 형상, 강판의 비틀림 속도, 용접 금속의 균열의 평가 결과와 함께 나타낸다.
또한, 시험 1에 제공한 강판(20)은, 용접 구조용 압연 강재 SM400B를 이용하며, 그 사이즈는 두께 20㎜, 폭 750㎜×2, 폭 1200㎜로 했다. 또한, 시험 1에서는, 탭판이 이용되어 있지 않으며, 2매의 강판(20)의 접합면(22)에 가용접이 600㎜ 피치로 실행되어 있다.
또한, No.1 내지 No.19에서는, 강판(20)의 종단(29) 바로 앞의 2000㎜ 내지 1000㎜의 범위에 있어서, 극간 거리를 변경했다.
[표 1]
Figure pct00002
또한, 강판의 비틀림 속도의 평가에 관해서는, 제 1 실시형태에서 설명한 바와 같이, 비틀림 속도가 0.10㎜/s 이하를 합격으로 하고, 0.03㎜/s 이하를 보다 바람직한 값으로 했다. 또한, 균열에 대한 용입 형상의 평가에 관해서도, 제 1 실시형태에서 설명한 바와 같이, H/W의 값이 0.1 이상, 0.8 이하인 경우, 용입 형상은 양호하다고 평가했다. 또한, H/W가 0.3 이상, 0.6 이하이면, 보다 바람직한 값으로 했다.
또한, 균열 평가에 관해서는, 용접 완료 후, 강판의 종단으로부터 바로 앞 400㎜의 범위에서, X선 투과 시험(JISZ3104)으로 내부 균열의 유무를 확인하고, 균열이 확인되지 않으면 평가를 ○으로 하고, 균열이 확인되지만 실용에 제공할 수 있는 레벨이면 평가를 △로 하고, 실용에 제공할 수 없는 균열이 확인된 경우는 평가 X로 하는 것으로 했다.
표 1에 있어서, No.1 내지 No.18이 실시예이며, No.19 내지 No.36이 비교예이다. 즉, 시단으로부터 종단까지 동일한 용접 조건으로 서브머지 아크 용접을 실행한 No.19 내지 No.36에서는, 이음 종단부에 있어서의 용입 형상이나 비틀림 속도에 있어서, 양호한 평가 결과가 얻어지지 않았다. 한편, No.19 내지 No.36과, 전극 수, 각 전극에 인가되는 전류, 전압, 용접 속도, 입열량을 동일한 조건으로 하면서, 이음 종단부에서의 극간 거리를 변경한 No.1 내지 No.18에서는, 이음 종단부에 있어서의 용입 형상이나 비틀림 속도에 있어서, 모두 양호한 평가 결과가 얻어졌다. 또한, No.10 내지 No.12 및 No.16 내지 No.18에서는, X선 투과 시험에 의한 균열 평가는 실용에 제공할 수 있는 레벨 그대로였지만, No.1 내지 No.9 및 No.13 내지 No.15에서는, X선 투과 시험에 의한 균열 평가에 개선이 보였다.
(시험 2)
시험 2에서는, 종단부 영역에 있어서 용접 속도 및 극간 거리를 변경하여 편면 서브머지 아크 용접을 실행하고, 이음 종단부에서의 용입 형상, 강판의 비틀림 속도, 용접 금속의 균열을 평가하는 시험을 실행했다. 표 2는, 각 실시예에 있어서의 전극 수에 부가하여, 변경 전 및 변경 후의, 각 전극에 인가되는 전류, 전압, 용접 속도, 입열량, 극간 거리를 나타내는 동시에, 추가로, 이음 종단부에서의 용입 형상, 강판의 비틀림 속도, 용접 금속의 균열의 평가 결과를 나타낸다.
또한, 시험 2에 제공한 강판(20)도, 용접 구조용 압연 강재 SM400B를 이용하며, 그 사이즈는 두께 20㎜, 폭 750㎜×2, 폭 1200㎜로 했다. 또한, 시험 2에서는, 탭판이 이용되어 있지 않으며, 2매의 강판(20)의 접합면(22)에 가용접이 600㎜ 피치로 실행되어 있다.
또한, 시험 2에서는, 강판(20)의 종단(29) 바로 앞의 2000㎜ 내지 1000㎜의 범위에 있어서, 용접 속도 및 극간 거리를 변경했다.
[표 2]
Figure pct00003
표 2에 나타내는 바와 같이, No.37 내지 No.56에서는, 모두 이음 종단부에 있어서의 용접 속도를 종단측 영역보다 바로 앞의 영역(변경 전)의 용접 속도에 대해 75% 이하의 용접 속도까지 저하시키는 동시에, 입열량이 용접 속도의 변경 전과 변경 후에서 변하지 않도록, 각 전극의 전류, 전압을 제어하고 있다. 또한, No.37 내지 No.56에서는, 모두 이음 종단부에서의 극간 거리를 변경했다. 그 결과, No.37 내지 No.56에서는, 모두, 이음 종단부에 있어서, H/W의 값이 0.3 이상 0.6 이하, 비틀림 속도도 0.03㎜/s 이하, X선 투과 시험에 있어서 내부 균열도 보여지지 않으며, 모두 양호한 평가 결과가 얻어졌다.
따라서, 시험 2의 결과로부터, 본 용접시에 대해 종단측 영역 용접시에 용접 속도를 저하시키는 것에 의해, 내균열성이 향상하는 것을 알 수 있다.
(시험 3)
시험 3에서는, 판 폭이 상이한 강판과, 사이즈가 상이한 탭판을 각각 준비하고, 종단부 영역에 있어서 극간 거리를 변경하여 편면 서브머지 아크 용접을 실행하고, 이음 종단부에서의 용입 형상, 강판의 비틀림 속도, 용접 금속의 균열을 평가하는 시험을 실행했다. 표 3은, 각 실시예에 있어서의 전극 수, 각 전극에 인가되는 전류, 전압, 용접 속도, 입열량, 극간 거리, 및 탭판의 판 두께, 판 폭과, 강판의 판 폭을, 이음 종단부에서의 용입 형상, 강판의 비틀림 속도, 용접 금속의 균열의 평가 결과와 함께 나타낸다. 또한, 시험 3에서는, No.68-2 이외는, 전극간 거리를 변경한 후의, 각 전극의 전류 및 전압값, 용접 속도, 입열은 변경 전과 동일하다. No.68-2의 전극간 거리의 변경 후의, 각 전극의 전류 및 전압값, 용접 속도, 입열은 이하와 같다.
[No.68-2에 있어서의 전극간 거리의 변경 후의 용접 조건]
제 1 전극: 전류 1250A, 전압 34V
제 2 전극: 전류 1050A, 전압 37V
제 3 전극: 전류 800A, 전압 35V
제 4 전극: 전류 900A, 전압 36V
용접 속도: 740㎜/min
입열: 11.5kJ/㎜
또한, 시험 3에 제공한 강판(20)도, 용접 구조용 압연 강재 SM400B를 이용하고, 강판의 판 두께는 20㎜로 일정하게 했다.
또한, 탭판(30)은 용접 구조용 압연 강재 SM400B를 이용하며, 판 폭 200㎜은 판 폭 100㎜×2매를 의미하며, 또한 길이는 300㎜의 것을 이용했다.
또한, 시험 3에서는, 모두, 2매의 강판(20) 및 2매의 탭판(30)을 각각 맞대어 형성되는 강판(20)의 개선 및 탭판(30)의 개선을 각각 개선 형상으로 하고, 강판(20)의 개선 및 탭판(30)의 개선을, 적어도 강판(20)의 종단측으로부터 탭판(30)의 일단부측에 걸쳐서 가용접했다.
또한, 시험 3의 어느 실시예에 있어서도, 강판(20)의 종단(29) 바로 앞의 2000㎜ 내지 1000㎜의 범위에 있어서, 극간 거리를 변경했다.
[표 3]
Figure pct00004
표 3에 나타내는 바와 같이, No.57 내지 No.77에서는, 모두 이음 종단부에서의 극간 거리를 적절히 변경하고 있으며, 이음 종단부에 있어서의 용입 형상, 비틀림 속도, X선 투과 시험에 의한 균열 평가가 합격 레벨을 나타냈다.
이 중, No.57 내지 No.68, No.68-2는, 탭판의 판 두께 t2≥강판의 판 두께 t1, 2매의 강판(20)의 판 폭(B1)이 300㎜ 이상, 또한 2매의 탭판(30)의 판 폭(B2)이 B2≥10×t1, 또한 100㎜≤B2≤2000㎜를 만족하고 있으며, 상술한 바와 같이, 제 3 실시형태에 기재된 탭판의 조건을 만족하게 된다. 이와 같은 No.57 내지 No.68, No.68-2에서는, 모두 비틀림 속도가 0.03㎜ 이하로 저하되어 있다. 따라서, No.57 내지 No.68, No.68-2에서는, 탭판, 강판 중 어느 하나의 조건을 만족하지 않으며, 그 이외의 조건이 동일한 용접 조건인 No.69 내지 No.77과 비교하여, 종단 균열에 개선이 보여지는 것을 알 수 있다.
또한, 시험 3에서는, 표 4의 No.78 내지 No.89에 나타내는 바와 같이, 편면 서브머지 아크 용접에 있어서, 극간 거리의 변경과, 탭판을 이용하는 것에 부가하여, 시험 2에서 설명한 바와 같은 용접 속도를 도중에 변경했다. 극간 거리의 변경 위치나 용접 속도의 변경 위치는 시험 1 및 시험 2와 마찬가지의 위치이다. No.78 내지 No.89에서는, 용입 형상이 양호한 동시에, 비틀림 속도도 낮으며, 종단 균열에 개선이 확인되었다.
[표 4]
Figure pct00005
(시험 4)
다음에, 시험 4에서는, 종단부 영역에 있어서 극간 거리만을 변경하여 편면 서브머지 아크 용접을 실행하고, 이음 종단부에서의 용입 형상, 강판의 비틀림 속도, 용접 금속의 균열과 함께, 표면 비드 외관을 평가하는 시험을 실행했다. 표 5는, 각 실시예에 있어서의 전극 수, 각 전극에 인가되는 전류, 전압, 용접 속도, 입열량, 극간 거리를, 이음 종단부에서의 용입 형상, 강판의 비틀림 속도, 용접 금속의 균열의 평가 결과, 표면 비드 외관의 평가와 함께 나타낸다. 표면 비드 외관의 평가에 대해서는, 용접 후의 이음을 육안으로 확인하고, 언더컷이나 피트, 슬래그 혼입이 있을 때는 ×, 그들이 확인되지 않을 때는 ○로 했다.
또한, 시험 4에 제공한 강판(20)은, 시험 1과 마찬가지로, 탭판이 이용되지 않으며, 2매의 강판(20)의 접합면(22)에 가용접이 600㎜ 피치로 실행되어 있다. 또한, 시험 4의 어느 실시예에 있어서도, 강판(20)의 종단(29) 바로 앞의 2000㎜ 내지 1000㎜에 있어서, 극간 거리를 변경했다.
[표 5]
Figure pct00006
표 5에 있어서, No.90 내지 No.92에서는, 모두 이음 종단부에서의 극간 거리를 적절히 변경하고 있으며, 이음 종단부에 있어서의 용입 형상, 비틀림 속도, X선 투과 시험에 의한 균열 평가가 합격 레벨이며, 또한 표면 비드 외관도 양호하다는 것을 알 수 있다.
본 발명은 2017년 1월 17일 출원된 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제 2017-005871 호)에 근거하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 인용된다.
10: 편면 서브머지 아크 용접 장치 11: 가대 프레임
12: 용접기(용접 유닛) 12a: 하우징
13: 용접기 비임 15a: 제 1 전극
15b: 제 2 전극 15c: 제 3 전극
15d: 제 4 전극 16a: 제 1 전원
16b: 제 2 전원 17a: 제 1 구동 기구(슬라이더)
17b: 제 2 구동 기구(슬라이더) 18: 제어부
20: 강판 22: 접합면
25: 가용접부 25A: 가용접부
28: 시단 29: 종단
30: 탭판

Claims (7)

  1. 복수의 전극을 이용한 한쪽의 면측으로부터의 서브머지 아크 용접에 의해 맞대어진 2매의 강판을 접합하는 편면 서브머지 아크 용접 방법에 있어서,
    상기 서브머지 아크 용접중, 상기 강판의 종단측 영역에 있어서, 인접하는 상기 전극간의 각 극간 거리 중 적어도 하나를 변경하는
    편면 서브머지 아크 용접 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 종단측 영역에 있어서의 상기 극간 거리를 상기 종단측 영역보다 바로 앞의 영역에 있어서의 상기 극간 거리보다 축소하는
    편면 서브머지 아크 용접 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 전극은 제 1 전극과 제 2 전극과 제 3 전극을 포함하며, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 극간 거리를 10㎜ 내지 250㎜의 범위에서 변경하고, 상기 제 2 전극과 상기 제 3 전극의 극간 거리를 10㎜ 내지 250㎜의 범위에서 변경하는
    편면 서브머지 아크 용접 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 전극은 제 1 전극과 제 2 전극과 제 3 전극과 제 4 전극을 포함하며, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 극간 거리를 10㎜ 내지 250㎜의 범위에서 변경하고, 상기 제 2 전극과 상기 제 3 전극의 극간 거리를 10㎜ 내지 250㎜의 범위에서 변경하고, 상기 제 3 전극과 상기 제 4 전극의 극간 거리를 10㎜ 내지 250㎜의 범위에서 변경하는
    편면 서브머지 아크 용접 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 종단측 영역에 있어서의 용접을 상기 종단측 영역보다 바로 앞의 영역의 용접 속도에 대해 75% 이하의 용접 속도로 실행하는
    편면 서브머지 아크 용접 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 서브머지 아크 용접은 2매의 탭판의 일단연을 상기 각 강판의 종단에 용접한 상태에서 실행되고,
    상기 강판의 판 두께를 t1, 상기 탭판의 판 두께를 t2로 하면, 상기 강판과 상기 탭판의 판 두께의 관계가 t2≥t1이며,
    상기 2매의 강판의 판 폭(B1)은 B1≥300㎜이며,
    상기 2매의 탭판의 판 폭(B2)은, B2≥10×t1, 또한 100㎜≤B2≤2000㎜이며,
    상기 2매의 강판 및 상기 2매의 탭판을 각각 맞대어 형성되는 상기 강판의 개선 및 상기 탭판의 개선을 동일한 개선 형상으로 하고,
    상기 강판의 개선 및 상기 탭판의 개선을 적어도 상기 강판의 종단측으로부터 상기 탭판의 일단부측에 걸쳐서 가용접하는
    편면 서브머지 아크 용접 방법.
  7. 한쪽의 면측으로부터의 서브머지 아크 용접에 의해 맞대어지는 2매의 강판을 접합하는 편면 서브머지 아크 용접 장치에 있어서,
    복수의 전극과, 상기 복수의 전극에 대해 전력을 공급하는 복수의 전원을 구비하고,
    상기 복수의 전극에 의해 상기 각 강판의 시단으로부터 종단까지 용접하도록, 소정의 방향으로 이동 가능한 용접 유닛과,
    상기 용접 유닛 내에 배치되며, 상기 용접 유닛에 대해, 상기 복수의 전극 중 적어도 하나를 진퇴 방향으로 이동 가능한 구동 기구와,
    상기 서브머지 아크 용접중, 상기 강판의 종단측 영역에 있어서, 인접하는 상기 전극간의 거리 중 적어도 하나를 변경하도록 상기 구동 기구를 제어하는 제어부를 포함하는
    편면 서브머지 아크 용접 장치.
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