KR20200055074A

KR20200055074A - 중첩 필렛 용접 조인트의 피닝 처리 방법 및 용접 구조물

Info

Publication number: KR20200055074A
Application number: KR1020207011309A
Authority: KR
Inventors: 나오키 야마구치; 츠요시 시오자키
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2018-08-03
Publication date: 2020-05-20
Also published as: MX2020003644A; EP3689531B1; KR102243326B1; US20200269358A1; WO2019064930A1; JPWO2019064930A1; EP3689531A4; US11633811B2; JP6504326B1; EP3689531A1; CN111132793B; CN111132793A

Abstract

타격 핀(5)의 선단의 용접 방향에 직각인 방향의 수직 단면에 있어서의 곡률 반경을, 0.05∼0.50㎜이고, 또한, 상기 용접 지단부(4)의 곡률 반경 이하로 하고, 상기 타격 핀(5)에 의한 타격을, 일련의 타격으로 하여, 용접 방향으로부터 경사지는 방향으로 연속적으로 부가함과 함께, 상기 일련의 타격을, 용접 방향으로 반복하고, 그 때, 상기 일련의 타격에 의해 형성되는 복수의 타격흔(10)으로 이루어지는 타격흔군(12)은, 인접하는 타격흔군(12)과 적어도 일부에서 서로 중첩하는 한편, 당해 타격흔군(12)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부는, 당해 인접하는 타격흔군(12)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부와 이간시킴으로써, 박강판을 모재로 하는 중첩 필렛 용접 조인트의 피로 특성을 충분히 향상시키는 것이 가능한 피닝 처리 방법을 제공한다.

Description

중첩 필렛 용접 조인트의 피닝 처리 방법 및 용접 구조물

본 발명은, 박강판(thin steel sheet)을 모재로 하는 중첩 필렛 용접 조인트(lap fillet welded joint)의 피닝 처리 방법 및 용접 구조물에 관한 것으로, 특히, 중첩 필렛 용접 조인트의 피로 특성의 향상을 가능하게 하고자 하는 것이다.

일반적으로, 자동차의 서스펜션 부품의 대부분은, 여러 가지의 부재가 중첩 필렛 용접 조인트에 의해 접합되어 형성되어 있다. 또한, 자동차의 서스펜션 부품에는, 사용 중에 반복하여 하중이 걸리기 때문에, 조인트 부분에 피로 파괴(fatigue fracture)가 발생하기 쉬운 것이 알려져 있다.

여기에서, 중첩 필렛 용접 조인트에 있어서 발생하는 피로 파괴의 파괴 모드의 대부분은, 용접 방향에 평행한 방향으로 진전한 균열에 의한 파괴 모드이다. 이 파괴 모드는, 용접 방향에 직각인 방향의 응력에 의해 야기된다. 이 때문에, 중첩 필렛 용접 조인트의 피로 특성은, 자동차의 서스펜션 부품에 있어서 큰 문제이다.

용접 조인트의 피로 특성을 개선하는 기술로서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 타격 핀(5)을 이용하여 용접 지단부(weld toe)(4)에 타격을 부가하고, 이에 의해, 용접 지단부(4)의 형상을 변형시켜, 반복 굽힘에 의한 응력 집중을 완화하고, 동시에 소성 변형에 의한 압축 잔류 응력을 부여하는, 피닝 처리 방법이 제안되어 있다.

도면 중, 부호 1 및 2는 박강판, 3은 용접 금속, 6은 타격 핀 선단이다.

이와 같은 피닝 처리 방법으로서, 예를 들면, 특허문헌 1에는,

「용접강 구조물에 있어서의 용접 조인트의 용접 융기 지단부를 해머 타격 장치로 해머 타격 처리하여 용접 조인트의 피로 강도를 향상시키는 방법에 있어서, 선단 반경이 1.0∼2.8㎜의 해머 칩을 이용하여, 타격 압력 3∼5kg/㎠, 해머 타격 각도 30∼50도의 조건으로 2∼3회 타격을 반복함으로써, 용접 융기 지단부 표면에 모재의 항복점과 동(同) 정도의 압축 잔류 응력을 부여하는 것을 특징으로 하는 용접 조인트의 피로 강도 향상법」

이 제안되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는,

「에어로 구동되는 부재에 의해 타격 핀의 기단에 타격력을 부여하고, 이 타격 핀의 선단으로 용접 부위를 피닝 처리하는 방법에 있어서, 타격 핀의 선단의 곡률 반경은 1.5∼3.0㎜로 조정되어 있고, 적어도 용접 지단부에, 용접 방향에 수직인 단면에서의 곡률 반경이 1.5∼3.0㎜이고, 깊이가 0.5㎜ 이하가 되는 타격흔(knocking mark)을 형성하는 것을 특징으로 하는 피닝 처리 방법」

이 제안되어 있다.

그러나, 특허문헌 1 및 2의 방법에서는, 타격 핀(해머)을 용접 지단부를 따라 용접 방향으로 이동시키는 것만으로 타격하기 때문에, 도 2에 나타내는 바와 같은 소성 유동에 의한 용접 지단부 접힘 자국(fold mark)(7)이 발생하여, 당해 용접 지단부 접힘 자국(7)을 기점으로 하는 피로 파괴가 발생하여, 결과적으로, 피로 특성이 충분히는 향상하지 않는다는 문제가 있었다.

도면 중, 부호 8은, 타격흔 단(edge)의 접힘 자국이다.

또한, 특허문헌 3에는,

「선단부에 형성된 핀에 초음파 진동을 부여하고, 이 핀에 의해 용접 지단부에 초음파 충격을 부여하는 초음파 충격 처리 방법에 있어서, 상기 핀의 선단부의 곡률 반경을 1.0㎜ 이상 2.0㎜ 이하로 하고, 용접 지단부의 용접 방향에 수직인 단면에, 곡률 반경이 1.5㎜ 이상 2.5㎜ 미만의 오목 형상을 형성하는 것을 특징으로 하는 용접 지단부의 초음파 충격 처리 방법」

이 제안되어 있다.

추가로, 특허문헌 4에는,

「용접 지단부에 피닝 처리를 실시한 용접 조인트로서, 피닝 처리를 실시하기 전의, 상기 용접 지단부의 반경 ρ(㎜), 플랭크 각도 θ(°) 및, 피닝 처리에 이용하는 진동 단자의 선단부의 곡률 반경 r(㎜)의 각각의 관계가, 하기 (1), (2)식을 만족하고, 또한, 피닝 처리 후의 상기 용접 지단부에, 피닝 처리시의 소성 가공에 의한 접힘 자국이 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는, 내피로 특성이 우수한 용접 조인트.

ρ/θ≥r/100 ……(1)

2≤r≤10　　　　　……(2)

｛단, 상기 (1), (2)식에 있어서, ρ: 피닝 처리 전의 용접 지단부의 반경(㎜), θ: 피닝 처리 전의 용접 지단부의 플랭크 각도(flank angle) (°), r: 피닝 처리에 이용하는 진동 단자의 선단부 곡률 반경(㎜)을 나타낸다.｝」

가 제안되어 있다.

더하여, 특허문헌 5에는,

「재료 표면에 초음파 타격 처리를 실시하여 잔류 응력을 개선하는 초음파 타격 장치를 이용한 가공 방법으로서, 상기 초음파 타격 장치는, 초음파 타격을 재료 표면에 부여하는 복수개의 핀이 일렬로 배열되고, 당해 핀의 배열 방향과 경사진 방향으로 핀을 주사하여 재료 표면을 초음파 타격 처리하는 것으로서, 상기 핀의 배열 방향과 당해 핀의 주사 방향이 이루는 각도는, 1개의 핀의 타격에 의해 재료 표면에 부풀어 올라 발생하는 에지와, 당해 핀과 인접하는 핀의 타격에 의해 재료 표면에 부풀어 올라 발생하는 에지가 서로 겹치는 각도이고, 잔류 응력을 개선시키고 싶은 방향에 대하여 직각 방향의 재료 표면상에, 상기 복수개의 핀을 주사하여 초음파 타격 처리에 의한 복수조의 가공대(processed bands)를 형성하고, 당해 가공대 중에 적어도 가공대와 직각 방향으로 3개소 이상의 에지를 형성시키는 것을 특징으로 하는 초음파 타격 장치를 이용한 가공 방법」

이 제안되어 있다.

일본특허 제3002229호 공보 일본공개특허공보 2014-008507호 일본특허 제4837428호 공보 일본공개특허공보 2013-071140호 일본특허 제4392337호 공보

「FPB 처리에 의한 피로 특성의 개선」(정밀공학회지 Vol.72, No.9(2006) P.1071-1074) 「맞댐 용접 조인트 융기 지단부 형상과 피로 강도」(용접학회지 제40권(1971) 제8호　P.723-735)

그러나, 특허문헌 3의 방법을, 판두께가 얇은 강판, 특히, 판두께: 3.5㎜ 이하의 박강판을 모재로 하는 중첩 필렛 용접 조인트에 적용하는 경우에는, 역시 용접 지단부 접힘 자국이 발생하여, 피로 특성을 충분히 향상시킬 수 없었다.

또한, 특허문헌 4의 방법은, 진동 단자(타격 핀)의 선단의 곡률 반경과, 피닝 처리 전의 용접 지단부의 반경 및 플랭크 각도를 소정의 관계식에 기초하여 조정하는 것인데, 이 관계식에 기초하면, 예를 들면, 피닝 처리 전의 용접 지단부의 곡률 반경이 0.3㎜인 경우, 용접 지단부의 플랭크 각도를 15°이하로 하는 것이 필요해진다. 그러나, 용접 지단부의 플랭크 각도는, 전형적으로는, 60°정도이고, 실제의 시공에 있어서는, 대부분의 용접 조인트에는 적용할 수 없다는 문제가 있었다.

추가로, 특허문헌 3 및 4와 같이, 타격 핀의 선단의 곡률 반경을 크게 하면, 소성 변형을 가하기 위한 압력을 부여하는데 필요한 구동력은 커지기 때문에, 모재가 고강도재인 경우에는, 에어 구동식이나 초음파식 등의 고가이고 대형의 장치를 사용할 필요가 있는 한편, 모재의 강성이 낮은 경우에는, 모재가 변형된다는 문제가 있었다.

더하여, 특허문헌 5의 방법에서는, 용접 방향에 직각인 방향의 응력에 의한 균열 진전을 충분히 억제할 수 없어, 중첩 필렛 용접 조인트의 피로 특성의 향상 효과는 충분하다고는 할 수 없었다.

또한, 비특허문헌 1에는, 피처리재에 직경 50∼100㎛의 미립자를 충돌시켜 피처리재를 소성 변형시키는, 표면 개질 처리법(미립자 충돌 처리 방법(FPB 처리법))이 제안되어 있는데, 장치가 대형인 것, 미립자의 비산 방지 조치가 필요한 것 및, 필렛 용접 조인트의 용접 지단부와 같은 복잡한 구조에 대하여 국소적으로 가공을 실시하는 것은 곤란하다는 문제가 있었다.

본 발명은, 상기의 현 상황을 감안하여 개발된 것으로, 박강판을 모재로 하는 중첩 필렛 용접 조인트의 피로 특성을 충분히 향상시키는 것이 가능한 피닝 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 상기의 피닝 처리 방법에 의해 얻어지는 용접 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

종래, 용접 지단부의 곡률 반경이 1.0㎜ 이하에서는, 응력 집중을 충분히 완화할 수 없고, 그러므로, 응력 집중의 완화 효과를 충분히 얻기 위해서는, 타격 핀의 선단의 용접 방향에 직각인 방향의 수직 단면에 있어서의 곡률 반경(이하, 타격 핀 선단의 곡률 반경이라고도 함)은 어느 정도 크게 할 필요가 있다고 생각되고 있었다.

이 점, 발명자들이, 상기의 과제를 해결하기 위해, 예의 검토를 거듭한 결과, 이하의 인식을 얻었다.

(1) 용접 지단부에는, 용접 후의 냉각에 의해 응력이 잔류함과 함께, 도 3에 나타내는 바와 같은 직경: 0.05㎜ 이하의 미소 요철(이하, 용접 리플(weld ripples)이라고도 함)(9)이 발생하고 있고, 특히, 인장 강도가 780㎫ 이상인 고강도재를 모재로 하는 용접 조인트에서는, 이들이, 피로 특성을 악화시키는 요인이 되고 있다.

(2) 이 점, 피닝 처리에 의해, 용접 지단부에 소성 변형에 의한 압축 응력을 부여하면서, 용접 리플을 압궤하여(collapsed) 평탄화하면, 설령 타격 핀 선단의 곡률 반경을 작게 해도, 응력 집중은 완화된다.

(3) 특히, 타격 핀 선단의 곡률 반경을, 용접 지단부의 곡률 반경보다도 작게 하면, 전술한 도 2에 나타내는 용접 지단부 접힘 자국(7)의 발생을 유효하게 방지할 수 있다.

그러나, 타격 핀 선단의 곡률 반경을 용접 지단부의 곡률 반경보다도 작게 하는 것만으로는, 피로 특성의 향상 효과는 충분하다고는 할 수 없었다.

그래서, 발명자들이, 추가로 검토를 거듭한 결과, 이하의 인식을 얻었다.

(4) 도 2에 나타낸 타격흔 단의 접힘 자국(8)이 피로 파괴의 기점이 되는 경우가 있고, 특히, 도 4에 나타내는 바와 같이, 중첩 필렛 용접 조인트의 용접 지단부를 따라 용접 방향으로 연속적으로 타격을 부가하면, 타격흔 단의 접힘 자국(8)이, 압력 부하 방향의 직각 방향, 즉 용접 방향으로 연속적으로 늘어서고, 그 결과, 응력 확대 계수가 증대하여, 균열의 진전을 조장하여, 피로 특성을 저하시킨다(또한, 도 4 중, 부호 10은 타격흔, 11은 용접 비드임).

(5) 이와 같은 피로 특성의 저하를 방지하기 위해서는, 타격흔 단의 접힘 자국(8)이, 용접 방향으로 연속적으로 늘어서는 것을 방지하는 것이 유효하다.

(6) 구체적으로는, 다음에 기술하는 (a) 또는 (b)의 처리가 유효하다.

(a) 타격 핀에 의한 타격을, 일련의 타격으로 하여, 용접 지단부를 사이에 끼우고 용접 방향으로부터 경사지는 방향으로 연속적으로 부가함과 함께, 일련의 타격을, 용접 방향으로 반복하여 행하고, 그 때, 일련의 타격에 의해 형성되는 복수의 타격흔으로 이루어지는 타격흔군을, 인접하는 타격흔군과 적어도 일부에서 서로 중첩하는 한편, 당해 타격흔군의 용접 방향에 직각인 방향의 단부를, 당해 인접하는 타격흔군의 용접 방향에 직각인 방향의 단부와 이간시킴으로써, 도 5에 나타내는 바와 같은 복수의 타격흔(10)으로 이루어지는 타격흔군(12)을 형성한다.

(b) 타격 핀을, 용접 지단부를 사이에 끼우고 용접 방향에 직각인 방향으로 일정한 폭으로 요동시키면서, 용접 방향으로 진행시키고, 상기 타격 핀에 의해 타격을 부가함으로써, 도 6에 나타내는 바와 같이, 복수의 타격흔(10)을 갖는 타격 영역(13)을 형성하고, 그 타격 영역(13)에 있어서, 타격 영역(13)의 폭 단부에 위치하는 타격흔(10)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부를, 당해 타격흔(10)과 서로 중첩하는 타격흔(10)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부와 이간시키거나, 또는, 타격 영역(13)의 폭 최단부에 위치하는, 타격흔(10)의 용접 방향에서의 단부끼리의 늘어섬(connect)을 3타점 이하로 한다.

(7) 상기한 (a), (b) 중 어느 하나의 처리에 의해, 박강판을 모재로 하는 중첩 필렛 용접 조인트의 피로 특성을, 휘어짐 등의 모재의 변형없이, 대폭 향상시킬 수 있다.

추가로 발명자들이 검토를 거듭한 결과, 본 발명과 같이 선단 반경이 비교적 작은 타격 핀(5)을 이용하는 경우, 피(被)타격부인 용접 지단부(4)와 타격 핀 선단(6)의 접촉 면적이 작아지고, 그 결과, 타격 압력을 보증하기 위한 타격 핀(5)의 타격 하중은 작아도 좋은 것이 밝혀졌다.

그러나 그 한편으로, 도 8에 나타내는 바와 같이, 선단에 타격 핀(5)을 부착한 타격 공구(17)를 타격 공구 보유 지지부(18)로 고정하고, 용접 지단부(4)에 밀어부치는 경우에서는, 타격 핀(5)의 타격 하중을 밀어부침 하중이 상회한 경우, 타격 핀 선단(6)과 용접 지단부(4)가 밀착하여, 타격의 효과가 얻어지지 않게 된다는 인식을 얻었다.

그래서, 발명자들은, 본 과제를 해결하기 위해 검토를 거듭한 결과, 타격 공구 보유 지지부(18)에 있어서 타격 공구(17)를 고정할 때에, 도 9에 나타내는 바와 같이, 타격 공구(17)를 점탄성체(20)로 협지(挾持)함으로써, 타격 공구 보유 지지부(18)와 타격 핀(5)의 진동에 부정합이 발생하여, 밀어부침 하중이 높은 경우에서도 용접 지단부(4)와 타격 핀 선단(6)이 밀착하는 일 없이 충분한 타격 효과가 얻어지는 것을 밝혀냈다.

본 발명은, 상기의 인식에 기초하여, 추가로 검토를 더하여 완성된 것이다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

1. 타격 공구의 선단에 부착한 타격 핀을 이용하여, 중첩 필렛 용접 조인트의 용접 지단부로 타격을 부가하는 피닝 처리 방법으로서,

상기 타격 핀의 선단의 용접 방향에 직각인 방향의 수직 단면에 있어서의 곡률 반경이, 0.05∼0.50㎜이고, 또한, 상기 용접 지단부의 곡률 반경 이하이고,

또한, 상기 타격 핀에 의한 타격을, 일련의 타격으로 하여, 상기 용접 지단부를 사이에 끼우고 용접 방향으로부터 경사지는 방향으로 연속적으로 부가함과 함께,

상기 일련의 타격을, 용접 방향으로 반복하여 행하는 것으로 하고,

그 때, 상기 일련의 타격에 의해 형성되는 복수의 타격흔으로 이루어지는 타격흔군은, 인접하는 타격흔군과 적어도 일부에서 서로 중첩하는 한편, 당해 타격흔군의 용접 방향에 직각인 방향의 단부는, 당해 인접하는 타격흔군의 용접 방향에 직각인 방향의 단부와 이간하는 것을 특징으로 하는 중첩 필렛 용접 조인트의 피닝 처리 방법.

2. 상기 일련의 타격을 행할 때의, 용접 방향으로부터의 경사 각도를 30∼45°로 하는 것을 특징으로 하는 상기 1에 기재된 중첩 필렛 용접 조인트의 피닝 처리 방법.

3. 상기 타격 공구의 보유 지지부에 있어서, 당해 타격 공구를 점탄성체로 협지하는 것을 특징으로 하는 상기 1 또는 2에 기재된 피닝 처리 방법.

4. 중첩 필렛 용접 조인트를 구비하는 용접 구조물로서,

상기 용접 구조물은, 상기 중첩 필렛 용접 조인트의 용접 지단부를 사이에 끼우고, 복수의 타격흔이 용접 방향으로부터 경사져 늘어서는 타격흔군을 복수 구비하고,

상기 타격흔의 용접선 방향에 수직인 단면에서의 곡률 반경은 0.05∼0.50㎜이고,

또한, 상기 타격흔군은, 인접하는 타격흔군과 적어도 그 일부에서 서로 중첩하는 한편, 당해 타격흔군의 용접 방향에 직각인 방향의 단부는, 당해 인접하는 타격흔군의 용접 방향에 직각인 방향의 단부와 이간하는 것을 특징으로 하는 용접 구조물.

5. 상기 타격흔군에 있어서, 상기 타격흔이 용접 방향으로부터 30∼45°경사져 늘어서는 것을 특징으로 하는 상기 4에 기재된 용접 구조물.

6. 상기 중첩 필렛 용접 조인트의 모재의 인장 강도가 780㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 상기 4 또는 5에 기재된 용접 구조물.

7. 타격 공구의 선단에 부착한 타격 핀을 이용하여, 중첩 필렛 용접 조인트의 용접 지단부로 타격을 부가하는 피닝 처리 방법으로서,

상기 타격 핀을, 용접 지단부를 사이에 끼우고 용접 방향에 직각인 방향으로 요동시키면서, 용접 방향으로 진행시켜, 상기 타격 핀에 의해 타격을 부가하고,

그 때, 상기 용접 지단부를 중심으로 하는 상기 타격 핀의 요동폭을, 1타점당의 타격흔의 폭의 2배 이상으로 하고, 또한, 상기 타격 핀의 요동폭에 응하여 획정되는 타격 영역에 있어서, 당해 타격 영역의 폭 단부에 위치하는 타격흔의 용접 방향에 직각인 방향의 단부가, 당해 타격흔과 서로 중첩하는 타격흔에 있어서의 용접 방향에 직각인 방향의 단부와 이간하거나, 또는, 당해 타격 영역의 폭 단부에 위치하여 용접 방향에 직각인 방향의 단부에 있어서의 타격흔끼리의 늘어섬을 3타점 이하로 하는 것을 특징으로 하는 중첩 필렛 용접 조인트의 피닝 처리 방법.

8. 상기 타격 공구의 보유 지지부에 있어서, 당해 타격 공구를 점탄성체로 협지하는 것을 특징으로 하는 상기 7에 기재된 피닝 처리 방법.

9. 중첩 필렛 용접 조인트를 구비하는 용접 구조물로서,

상기 용접 구조물은, 상기 중첩 필렛 용접 조인트의 용접 지단부를 사이에 끼우고, 또한, 늘어서 있는 복수의 타격흔을 갖는 타격 영역을 구비하고,

상기 타격 영역에서는,

상기 타격흔의 용접 지단부상에서의 합계 길이가, 상기 용접 지단부의 전체 길이의 50％ 이상이고, 또한

상기 타격 영역의 폭이, 1타점당의 타격흔의 폭의 2배 이상이고,

또한, 상기 타격 영역에 있어서, 상기 타격 영역의 폭 단부에 위치하는 타격흔의 용접 방향에 직각인 방향의 단부가, 당해 타격흔과 서로 중첩하는 타격흔에 있어서의 용접 방향에 직각인 방향의 단부와 이간하거나, 또는, 상기 타격 영역의 폭 단부에 위치하여 용접 방향에 직각인 방향의 단부에 있어서의 타격흔끼리의 늘어섬이 3타점 이하인 것을 특징으로 하는 용접 구조물.

10. 상기 중첩 필렛 용접 조인트의 모재의 인장 강도가 780㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 상기 9에 기재된 용접 구조물.

본 발명에 의하면, 박강판을 모재로 하는 중첩 필렛 용접 조인트의 피로 특성을, 대폭으로 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 에어 구동식이나 초음파식과 비교하여 소형의 공구를 사용할 수 있기 때문에, 종래, 공구가 크기 때문에 자세나 중량의 제약으로부터 처리할 수 없었던 위치로의 피닝 처리도 가능해지고, 동시에 작업성이나 생산성도 향상한다. 또한, 종래, 변형의 우려가 있기 때문에 피닝 처리를 할 수 없었던 강성이 낮은 용접 구조물에 대해서도, 휘어짐 등의 모재의 변형없이, 피로 특성의 대폭적인 향상이 가능해진다. 더하여, 특허문헌 4의 청구항 2에서 제안되어 있는 바와 같은 그라인더(grinder) 등의 전처리도 불필요해지고, 이 점에서도, 작업성이나 생산성이 향상한다.

추가로, 본 발명의 용접 구조물을, 예를 들면, 자동차 부품에 적용함으로써, 우수한 피로 특성이 요구되는 자동차 부품으로의 고강도재의 적용이 가능해지고, 이 점을 통하여, 자동차의 연비 향상을 도모하는 것이 가능해진다.

도 1은 일반적인 피닝 처리의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 2는 피닝 처리시에 발생하는 접힘 자국의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 3은 중첩 필렛 용접 조인트의 용접 지단부의 일 예를 나타내는 마이크로 사진이다.
도 4는 종래의 피닝 처리 방법에 의해 형성되는 타격흔과, 대표적인 피로 파괴 모드의 응력 부하 방향을 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따르는 피닝 처리 방법에 의해 형성되는 타격흔(타격흔군)과, 대표적인 피로 파괴 모드의 응력 부하 방향을 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 따르는 피닝 처리 방법에 의해 형성되는 타격흔(타격 영역)과, 대표적인 피로 파괴 모드의 응력 부하 방향을 나타내는 개략도이다.
도 7은 시험편의 형상을 나타내는 도면이다.
도 8은 타격 공구 보유 지지부에 있어서의 타격 공구의 보유 지지 요령을 나타내는 개략도이다.
도 9는 도 8의 A-A 단면도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명을, 실시 형태에 기초하여 설명한다.

[제1 실시 형태]

제1 실시 형태의 중첩 필렛 용접 조인트의 피닝 처리 방법은, 타격 공구의 선단에 부착한 타격 핀(5)을 이용하여, 중첩 필렛 용접 조인트의 용접 지단부(4)로 타격을 부가하는 피닝 처리 방법으로서, 상기 타격 핀(5)의 선단의 용접 방향에 직각인 방향의 수직 단면에 있어서의 곡률 반경이, 0.05∼0.50㎜이고, 또한, 상기 용접 지단부(4)의 곡률 반경 이하이고, 또한, 상기 타격 핀(5)에 의한 타격을, 일련의 타격으로 하여, 상기 용접 지단부(4)를 사이에 끼우고 용접 방향으로부터 경사지는 방향으로 연속적으로 부가함과 함께, 상기 일련의 타격을, 용접 방향으로 반복하여 행하는 것으로 하고, 그 때, 상기 일련의 타격에 의해 형성되는 복수의 타격흔(10)으로 이루어지는 타격흔군(12)은, 인접하는 타격흔군(12)과 적어도 일부에서 서로 중첩하는 한편, 당해 타격흔군(12)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부는, 당해 인접하는 타격흔군(12)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부와 이간하는 것이다.

이하, 이 제1 실시 형태의 중첩 필렛 용접 조인트의 피닝 처리 방법에 대해서, 설명한다.

타격 핀 선단(6)의 곡률 반경: 0.05∼0.50㎜이고, 또한, 용접 지단부(4)의 곡률 반경 이하

전술한 바와 같이, 용접시에 용접 지단부(4)에 형성되는 용접 리플(9)을 압궤하여 평탄화하면, 타격 핀 선단(6)의 곡률 반경을 작게 해도, 응력 집중은 완화되고, 또한, 용접 지단부 접힘 자국(7)의 발생도 유효하게 방지할 수 있다. 이 때문에, 타격 핀 선단(6)의 곡률 반경은, 0.50㎜ 이하이고 또한, 피닝 처리를 실시하기 전의 용접 조인트의 용접 지단부(4)의 곡률 반경 이하로 한다. 또한, 용접 리플(9)을 효과적으로 압궤하는 관점에서, 타격 핀 선단(6)의 곡률 반경은 0.05㎜ 이상으로 할 필요가 있다.

예를 들면, 판두께: 3.6㎜ 이하의 박강판을 모재로 하는 중첩 필렛 용접 조인트의 경우, 용접 지단부(4)의 곡률 반경은, 통상, 0.50∼1.0㎜ 정도이기 때문에, 이 경우에 사용하는 타격 핀 선단(6)의 곡률 반경은 0.05∼0.50㎜가 된다.

또한, 제1 실시 형태의 중첩 필렛 용접 조인트의 피닝 처리 방법에서는, 타격 핀(5)에 의한 타격을, 일련의 타격으로 하여, 상기 용접 지단부(4)를 사이에 끼우고 용접 방향으로부터 경사지는 방향으로 연속적으로 부가함과 함께, 상기 일련의 타격을, 용접 방향으로 반복하여 행하는 것으로 하고, 그 때, 상기 일련의 타격에 의해 형성되는 복수의 타격흔(10)으로 이루어지는 타격흔군(12)은, 인접하는 타격흔군(12)과 적어도 일부에서 서로 중첩하는 한편, 당해 타격흔군(12)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부는, 당해 인접하는 타격흔군(12)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부와 이간하는 것이 중요하다.

여기에서, 타격흔군(12)이란, 도 5에 나타내는 바와 같은, 복수의 타격흔(10)이 용접 방향으로부터 소정의 경사 각도로 늘어서는 일련의 타격흔을 가리킨다.

또한, 타격흔군(12)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부란, 타격흔군(12)의 용접 방향에 직각인 방향의 단으로부터, 타격흔군(12)의 폭의 1％까지의 영역을 의미한다.

즉, 전술한 바와 같이, 도 2에 나타낸 타격흔 단의 접힘 자국(8)이 피로 파괴의 기점이 되는 경우가 있고, 특히, 도 4에 나타내는 바와 같이, 중첩 필렛 용접 조인트의 용접 지단부(4)를 따라 용접 방향으로 연속적으로 타격을 부가하면, 타격흔 단의 접힘 자국(8)이, 응력 부하 방향의 직각 방향, 즉 용접 방향으로 연속적으로 늘어서고, 그 결과, 응력 확대 계수가 증대하여, 균열의 진전을 조장하여, 피로 특성을 저하시킨다. 이러한 피로 특성의 저하를 방지하기 위해서는, 타격흔 단의 접힘 자국(8)이, 용접 방향으로 연속적으로 늘어서는 것을 방지하는 것이 유효하다.

이를 위해, 본 발명의 제1 실시 형태의 피닝 처리 방법에서는, 타격 핀(5)에 의한 타격을, 일련의 타격으로 하여, 상기 용접 지단부(4)를 사이에 끼우고 용접 방향으로부터 경사지는 방향으로 연속적으로 부가함과(환언하면, 타격흔(10)이 서로 중첩하고, 이들 타격흔(10)의 중심선이 용접 방향으로부터 경사지도록 타격을 부가함) 함께, 상기 일련의 타격을, 용접 방향으로 반복 행한다. 그리고, 그 때, 상기 일련의 타격에 의해 형성되는 복수의 타격흔(10)으로 이루어지는 타격흔군(12)을, 인접하는 타격흔군(12)과 적어도 일부에서 서로 중첩시키는 한편, 당해 타격흔군(12)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부를, 당해 인접하는 타격흔군(12)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부와 이간시킴으로써, 도 5에 나타내는 바와 같은 복수의 타격흔(10)으로 이루어지는 타격흔군(12)을 형성하는 것이다.

여기에서, 일련의 타격을 부가할 때에, 용접 방향으로부터의 경사 각도 θ(이하, 주사 각도라고도 함)는 30∼45°로 하는 것이 바람직하다.

주사 각도를 30° 이상으로 하면, 타격흔 단의 접힘 자국(8)이, 용접 방향으로 연속적으로 늘어서는 것을 특히 유리하게 방지할 수 있기 때문에, 피로 특성의 향상 효과가 커진다. 한편, 주사 각도가 45° 초과로 되면, 작업 효율의 저하를 초래한다.

추가로, 일련의 타격의 용접 방향에 직각인 방향에 있어서의 주사 거리(이하, 주사폭이라고도 함)는, 타격흔군(12)이 용접 지단부(4)를 사이에 끼우고 형성되면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 1.0㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 상한에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 작업 효율의 점에서 3.0㎜ 정도로 하는 것이 바람직하다.

또한, 일련의 타격은, 용접 방향의 직각 방향으로, 적어도 용접 지단부(4)를 중심으로 하여 용접 금속측 및 모재측으로 각각 0.5㎜ 정도까지의 영역에 부가하는 것이 바람직하고, 특히, 용접 지단부(4)를 중심으로 하여 부가하는 것이 바람직하다.

추가로, 인접하는 타격흔군(12)의 용접 지단부(4)상에서의 중심간 거리는, 1회의 타격에 의한 타격흔(10)의 용접 방향에 있어서의 길이의 0.70∼0.99배로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 보다 유리하게 일련의 타격에 의해 형성되는 복수의 타격흔(10)으로 이루어지는 타격흔군(12)을, 인접하는 타격흔군(12)과 적어도 일부에서 서로 중첩시키는 한편, 당해 타격흔군(12)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부를, 당해 인접하는 타격흔군(12)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부와 이간시킬 수 있다.

추가로, 상기 이외의 피닝 처리 조건에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 통상적인 방법에 따르면 좋다. 예를 들면, 일련의 타격에 있어서의 타격 주파수 및 주사 속도는 각각, 50∼300㎐ 및, 3∼30㎜/s로 하면 좋다. 또한, 타격 핀(5)의 타격 각도(용접 방향에 수직인 면에 있어서, 타격 핀(5)의 중심선과, 중첩 필렛 용접 조인트의 용접 지단부(4)의 모재(박강판) 표면에 수직인 직선이 이루는 각도)는, 30∼60°로 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 하여, 중첩 필렛 용접 조인트의 용접 지단부(4)로 타격을 부가함으로써, 도 5에 나타내는 바와 같은, 중첩 필렛 용접 조인트를 구비하는 용접 구조물로서, 상기 용접 구조물은, 상기 중첩 필렛 용접 조인트의 용접 지단부(4)를 사이에 끼우고, 복수의 타격흔(10)이 용접 방향으로부터 경사져 늘어서는 타격흔군(12)을 복수 구비하고, 상기 타격흔(10)의 용접 방향에 수직인 단면에서의 곡률 반경은 0.05∼0.50㎜이고, 또한, 상기 타격흔군(12)은, 인접하는 타격흔군(12)과 적어도 그 일부에서 서로 중첩하는 한편, 당해 타격흔군(12)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부는, 당해 인접하는 타격흔군(12)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부와 이간하는, 제1 실시 형태의 용접 구조물이 얻어진다.

또한, 타격흔군(12)의 용접 방향으로부터의 경사 각도(타격흔군(12)에 있어서의 타격흔(10)의 늘어섬 방향이, 용접 방향과 이루는 각도): θ 및, 타격흔군(12)의 폭(용접 방향에 직각인 방향의 폭): L1은 각각, 통상, 상기한 주사 각도 및 주사폭과 동일하게 되고, 이들의 적합 범위도, 30∼45° 및 1.0∼3.0㎜이다.

[제2 실시 형태]

제2 실시 형태의 중첩 필렛 용접 조인트의 피닝 처리 방법은, 타격 공구의 선단에 부착한 타격 핀(5)을 이용하여, 중첩 필렛 용접 조인트의 용접 지단부(4)로 타격을 부가하는 피닝 처리 방법으로서, 상기 타격 핀(5)의 선단의 용접 방향에 직각인 방향의 수직 단면에 있어서의 곡률 반경이, 0.05∼0.50㎜이고, 또한, 상기 용접 지단부(4)의 곡률 반경 이하이고, 상기 타격 핀(5)을, 용접 지단부(4)를 사이에 끼우고 용접 방향에 직각인 방향으로 요동시키면서, 용접 방향으로 진행시키고, 상기 타격 핀(5)에 의해 타격을 부가하고, 그 때, 상기 용접 지단부를 중심으로 하는 상기 타격 핀(5)의 요동폭을, 1타점당의 타격흔(10)의 폭의 2배 이상으로 하고, 또한, 상기 타격 핀(5)의 요동폭에 응하여 획정되는 타격 영역(13)에 있어서, 당해 타격 영역(13)의 폭 단부에 위치하는 타격흔(10)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부가, 당해 타격흔(10)과 서로 겹치는 타격흔(10)에 있어서의 용접 방향에 직각인 방향의 단부와 이간하거나, 또는, 당해 타격 영역(13)의 폭 단부에 위치하여 용접 방향에 직각인 방향의 단부에 있어서의 타격흔(10)끼리의 늘어섬을 3타점 이하로 하는 것이다.

이하, 이 제2 실시 형태의 중첩 필렛 용접 조인트의 피닝 처리 방법에 대해서, 설명한다.

전술한 바와 같이, 용접 시에 용접 지단부(4)에 형성되는 용접 리플(9)을 압궤하여 평탄화하면, 타격 핀 선단(6)의 곡률 반경을 작게 해도, 응력 집중은 완화되고, 또한, 용접 지단부 접힘 자국(7)의 발생도 유효하게 방지할 수 있다. 이 때문에, 타격 핀 선단(6)의 곡률 반경은, 0.50㎜ 이하이고 또한, 피닝 처리를 실시하기 전의 용접 조인트의 용접 지단부(4)의 곡률 반경 이하로 한다. 또한, 용접 리플(9)을 효과적으로 압궤하는 관점에서, 타격 핀 선단(6)의 곡률 반경은 0.05㎜ 이상으로 할 필요가 있다.

또한, 제2 실시 형태의 중첩 필렛 용접 조인트의 피닝 처리 방법에서는, 타격 핀(5)을, 용접 지단부(4)를 사이에 끼우고 용접 방향에 직각인 방향으로 요동 시키면서, 용접 방향으로 진행시켜, 상기 타격 핀(5)에 의해 타격을 부가하고, 그 때, 상기 타격 핀(5)의 요동폭을, 1타점당의 타격흔(10)의 폭, 즉, 타격흔 1개당의 폭(용접 방향에 직각인 방향의 폭)의 2배 이상으로 한다.

즉, 전술한 바와 같이, 도 2에 나타낸 타격흔 단의 접힘 자국(8)이 피로 파괴의 기점이 되는 경우가 있고, 특히, 도 4에 나타내는 바와 같이, 중첩 필렛 용접 조인트의 용접 지단부(4)를 따라 연속적으로 타격을 부가하면, 타격흔 단의 접힘 자국(8)이, 응력 부하 방향의 직각 방향, 즉 용접 방향으로 연속적으로 늘어서고, 그 결과, 응력 확대 계수가 증대하고, 균열의 진전을 조장하여, 피로 특성을 저하시킨다.

그 때문에, 제2 실시 형태의 중첩 필렛 용접 조인트의 피닝 처리 방법에서는, 타격 핀(5)을, 용접 지단부(4)를 사이에 끼우고 용접 방향에 직각인 방향으로 요동시키면서(환언하면, 타격 핀(5)이 용접 지단부(4)를 소정 횟수 이상 횡단하고, 또한, 타격에 의해 형성되는 타격흔(10)이 서로 겹치도록), 용접 방향으로 진행시키고, 상기 타격 핀(5)에 의해 타격을 부가한다. 그리고, 그 때, 도 6에 나타내는 바와 같이, (용접 방향에 직각인 방향의) 타격 핀(5)의 요동폭을, 타격흔 1개당의 폭: L0의 2배 이상, 바람직하게는 2.5배 이상으로 함으로써, 복수의 타격흔(10)을 갖는 타격 영역(13)을 형성하고, 타격 영역(13)의 폭 단부에 위치하는 타격흔(10)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부를, 서로 중첩하는 타격흔(10)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부와 이간시키거나, 또는, 당해 타격 영역(13)의 폭 단부에 위치하고 용접 방향에 직각인 방향의 단부에 있어서의 타격흔(10)끼리의 늘어섬을 3타점 이하로 하는 것이다.

또한, 여기에서 말하는 타격흔(10)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부란, 타격 영역(13)의 폭 단부측의 타격흔(10)의 용접 방향에 직각인 방향의 단으로부터, 타격흔(10)의 폭의 1％까지의 영역을 의미한다.

이에 따라, 타격흔 단의 접힘 자국(8)이, 용접 방향으로 연속적으로 늘어서는 것을 방지하여, 피로 특성의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.

요동폭의 상한에 대해서는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 작업 효율의 관점에서, 3.0㎜로 하는 것이 바람직하다.

또한, 요동 범위에는, 용접 방향의 직각 방향으로, 적어도 용접 지단부(4)를 중심으로 하여 용접 금속측 및 모재측에 각각 0.5㎜ 정도까지의 영역이 포함되는 것이 바람직하고, 특히, 용접 지단부(4)를 중심으로 하는 것이 보다 바람직하다.

추가로, 타격 주파수, 요동 주파수 및 용접 방향으로의 주사 속도는, 각각 50∼300㎐, 1∼20㎐ 및 0.1∼20㎜/s로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 이외의 처리 조건에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 통상적인 방법에 따르면 좋다.

상기와 같이 하여, 중첩 필렛 용접 조인트의 용접 지단부(4)로 타격을 부가함으로써, 중첩 필렛 용접 조인트를 구비하는 용접 구조물로서, 상기 용접 구조물은, 상기 중첩 필렛 용접 조인트의 용접 지단부(4)를 사이에 끼우고, 또한, 늘어선 복수의 타격흔(10)을 갖는 타격 영역(13)을 구비하고, 상기 타격 영역(13)에서는, 상기 타격흔(10)의 용접 지단부(4)상에서의 합계 길이가, 상기 용접 지단부(4)의 전체 길이의 50％ 이상이고, 또한 상기 타격 영역(13)의 폭이, 1타점당의 타격흔(10)의 폭의 2배 이상이고, 또한, 상기 타격 영역(13)에 있어서, 상기 타격 영역(13)의 폭 단부에 위치하는 타격흔(10)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부가, 당해 타격흔(10)과 서로 중첩하는 타격흔(10)에 있어서의 용접 방향에 직각인 방향의 단부와 이간하거나, 또는, 상기 타격 영역(13)의 폭 단부에 위치하여 용접 방향에 직각인 방향의 단부에 있어서의 타격흔(10)끼리의 늘어섬이 3타점 이하인, 제2의 실시 형태의 용접 구조물이 얻어진다.

여기에서, 타격 영역(13)은, 도 6과 같이, 늘어선(서로 중첩함) 복수의 타격흔(10)이 위치하는 범위의 최대폭(용접 방향에 직각인 방향의 최대폭): L2의 영역으로서 획정된다.

단, 피닝에 의한 응력 완화 효과를 충분히 얻는 관점에서는, 타격 영역(13)에 있어서의, 타격흔(10)의 용접 지단부(4)상에서의 합계 길이를, 용접 지단부(4)의 전체 길이의 50％ 이상으로 할 필요가 있다. 바람직하게는 70％ 이상, 보다 바람직하게는 90％ 이상이다. 또한, 100％라도 좋다.

또한, 타격 주파수, 요동 주파수 및 용접 방향으로의 주사 속도를, 상기의 범위로 조정하면, 도 6과 같이, 타격 영역(13)에 있어서의, 타격흔(10)의 용접 지단부(4)상에서의 합계 길이를, 용접 지단부(4)의 전체 길이의 50％ 이상으로 하고, 또한, 타격 영역(13)에 있어서, 타격 영역(13)의 폭 단부에 위치하는 타격흔(10)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부가, 당해 타격흔(10)과 서로 중첩하는 타격흔(10)에 있어서의 용접 방향에 직각인 방향의 단부와 이간하거나, 또는, 상기 타격 영역(13)의 폭 단부에 위치하여 용접 방향에 직각인 방향의 단부에 있어서의 타격흔(10)끼리의 늘어섬을 3타점 이하로 할 수 있다.

또한, 특히, 타격 주파수, 요동 주파수 및 용접 방향으로의 주사 속도를, 각각 50∼150㎐, 1∼10㎐ 및 0.1∼5㎜/s로 조정하면, 타격 영역에 있어서의, 타격흔의 용접 지단부상에서의 합계 길이를 용접 지단부의 전체 길이의 90％ 이상으로 할 수 있다.

추가로, 피로 특성 향상의 관점에서는, 서로 중첩하는 타격흔(10)의 중심간을 연결하는 직선이, 용접 방향과 평행하게 되지 않도록 하는 것이 바람직하고, 그를 위해서는, 타격 주파수 f₁과 요동 주파수 f₂가 정합하지 않도록 하는, 구체적으로는 f₁/f₂를 비(非)정수로 하는 것이 바람직하다.

또한, 타격 영역(13)의 폭: L2는, 통상, 상기한 요동폭과 동일하게 되고, 따라서, 타격 영역(13)의 폭도, 타격흔 1개당의 폭의 2배 이상이 된다. 바람직하게는 타격흔 1개당의 폭의 2.5배 이상이다. 또한, 타격 영역(13)의 폭: L2는, 바람직하게는 3.0㎜ 이하, 보다 바람직하게는 1.0㎜ 이하이다.

이상, 본 발명의 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 대해서 설명했지만, 이들 실시 형태에 따르는 피닝 처리는 모두, 판두께: 1.0∼3.6㎜(보다 적합하게는 2.0∼3.0㎜)이고 인장 강도: 780㎫ 이상의 박강판을 모재로서 이용하는 중첩 필렛 용접 조인트에 적용하여, 특히, 적합하다.

또한, 타격 핀(5)의 선단 형상은, 그의 곡률 반경이 용접 지단부(4)의 곡률 반경 이하이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 반원통형이나 반구형, 반타원형, 대략 반원형의 것 등을 이용할 수 있다.

추가로, 상기의 실시 형태에 따르는 피닝 처리를 행하는데에 있어서는, 에어 구동식의 장치나 초음파식의 장치뿐만 아니라, 전동식의 장치도 사용할 수 있기 때문에, 작업성 등의 면에서도 매우 유리해진다.

더하여, 용접 방법에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 아크 용접이나 레이저 용접 등의 용접에 의해 얻은 어떠한 용접 조인트에나, 상기한 피닝 처리 방법을 적용할 수 있다.

추가로, 타격 공구(17)의 보유 지지 방법에 대해서는 특별히 지정되는 것은 아니지만, 도 8에 나타내는 바와 같이, 타격 공구(17)를 용접 지단부(4)에 대하여, 타격 공구 보유 지지부(18)를 이용하여 밀어부치는 경우, 전술한 이유에서, 도 9에 나타내는 바와 같이, 타격 공구(17)를 점탄성체(20)로 협지하는 것이 바람직하다. 도면 중, 번호 19는 볼트이다.

또한, 점탄성체(20)의 재질에 대해서는, 타격 공구 보유 지지부(18)와 타격 핀(5)의 진동에 부정합이 발생하기만 하는 점도를 갖는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 고무, 겔 등의 고분자 물질이 바람직하다.

실시예

(실시예 1)

제1 실시 형태에 따르는 실시예에 대해서, 설명한다.

여러 가지의 강재로부터 300㎜×70㎜의 강판(판두께: 2.9㎜)을 잘라내고, 잘라낸 2매의 강판을 지그로 고정하여, 표 1에 나타내는 조건으로 중첩 필렛 아크 용접을 행하여, 여러 가지의 중첩 필렛 아크 용접 조인트를 작성했다. 이어서, 작성한 중첩 필렛 아크 용접 조인트의 용접 지단부(4)에, 전동식 또는 에어식(공기압: 0.5㎫)의 장치를 이용하여, 표 2 및 표 4∼6에 나타내는 조건으로 피닝 처리를 행하여, 중첩 필렛 아크 용접 조인트에 도 5에 나타내는 바와 같은 타격흔(10)을 형성했다.

여기에서, 피닝 처리는 모두, 용접 지단부(4) 표면의 슬래그가 파괴되고, 내부의 금속 광택이 노출될 때까지 행했다. 또한, 여기에서는, 타격 핀(5)에 의한 타격을, 일련의 타격으로 하여, 용접 지단부(4)를 사이에 끼우고 용접 방향으로부터 경사지는 방향으로 연속적으로 부가함과 함께, 일련의 타격을, 용접 방향으로 반복하고, 그 때, 일련의 타격에 의해 형성되는 복수의 타격흔(10)으로 이루어지는 타격흔군(12)을, 인접하는 타격흔군(12)과 적어도 일부에서 서로 중첩시키는 한편, 당해 타격흔군(12)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부를, 당해 인접하는 타격흔군(12)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부와 이간시켰다. 또한, 타격 핀(5)은, 그 선단 형상이 반구형이 되는 것을 이용하고, 일련의 타격에 있어서의 주사 속도는 모두 10㎜/s로 했다.

또한, 표 4∼6의 용접 지단부(4)의 곡률 반경은, 비특허문헌 2에 따라, 1용접 조인트당 5개소를 측정하고, 그 평균값으로서 구한 것이다.

피닝 처리 후의 중첩 필렛 아크 용접 조인트로부터, 용접 비드(11)가 시험편 중앙부가 되도록, 도 7의 형상의 시험편을 채취하고, 이 시험을 이용하여, 표 3에 나타내는 조건으로 JIS Z 2275에 준거하는 평면 굽힘 피로 시험을 행하고, 이하의 기준으로 피로 특성을 평가했다.

합격(특히 우수함): 피로 수명이 300만회 초과(응력 반복 회수가 300만회에서 파단에 이르지 않은 경우는, 피로 수명은 300만회 초과로 판단)

합격(우수함): 피로 수명이 200만회 이상 300만회 이하

불합격: 피로 수명이 200만회 미만

평가 결과를 표 4∼6에 병기한다.

표 4∼표 6에 나타내는 바와 같이, 발명예에서는 모두, 우수한 피로 수명이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.

또한, 표 5에 나타내는 바와 같이, 용접 방향으로부터의 경사 각도를 30∼45°로 제어하는 경우에, 특히 우수한 피로 수명이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.

추가로, 표 6에 나타내는 바와 같이, 인장 강도가 780㎫ 이상의 강판을 모재로 하는 경우에도, 유리하게 피로 특성을 개선할 수 있는 것을 알 수 있다.

(실시예 2)

상기의 제2 실시 형태에 따르는 실시예에 대해서, 설명한다.

여러 가지의 강재로부터 300㎜×70㎜의 강판(판두께: 2.9㎜)을 잘라내고, 잘라낸 2매의 강판을 지그로 고정하여, 표 1에 나타내는 조건으로 중첩 필렛 아크 용접을 행하여, 여러 가지의 중첩 필렛 아크 용접 조인트를 작성했다. 이어서, 작성한 중첩 필렛 아크 용접 조인트의 용접 지단부(4)에, 전동식 또는 에어식(공기압: 0.5㎫)의 장치를 이용하여, 표 2 및 표 7∼9에 나타내는 조건으로, 타격 핀(5)을, 용접 지단부(4)를 중심으로 하여 용접 방향에 직각인 방향으로 요동시키면서, 피닝 처리를 행했다. 여기에서, 피닝 처리는 모두, 용접 지단부(4) 표면의 슬래그가 파괴되고, 내부의 금속 광택이 노출될 때까지 행했다. 또한, 타격 핀(5)은, 그 선단 형상이 반구형이 되는 것을 이용했다.

또한, 표 7∼9의 용접 지단부(4)의 곡률 반경은, 비특허문헌 2에 따라, 1용접 조인트당 5개소를 측정하고, 그 평균값으로서 구한 것이다.

또한, 타격 핀(5)의 요동을 행한 예에서는 모두, 타격 핀(5)의 요동폭에 응하여 획정되는 타격 영역(13)에 있어서, 타격 영역(13)의 폭 단부에 위치하는 타격흔의 용접 방향에 직각인 방향의 단부가, 타격흔(10)과 서로 중첩하는 타격흔(10)에 있어서의 용접 방향에 직각인 방향의 단부와 이간하거나, 또는, 타격 영역(13)의 폭 단부에 위치하여 용접 방향에 직각인 방향의 단부에 있어서의 타격흔(10)끼리의 늘어섬이 3타점 이하였다.

합격(특히 우수함): 피로 수명이 300만회 초과(응력 반복 횟수가 300만회에서 파단에 이르지 않은 경우는, 피로 수명은 300만회 초과로 판단)

합격(우수함): 피로 수명이 200만회 이상 300만회 이하

불합격: 피로 수명이 200만회 미만

평가 결과를 표 7∼9에 병기한다.

표 7∼9에 나타내는 바와 같이, 발명예에서는 모두, 우수한 피로 수명이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.

또한, 표 8에 나타내는 바와 같이, 타격 핀(5)의 요동폭을 타격흔 1개당의 폭의 2.5배 이상으로 한 경우에, 특히 우수한 피로 수명이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.

추가로, 표 9에 나타내는 바와 같이, 인장 강도가 780㎫ 이상의 강판을 모재로 하는 경우에도, 유리하게 피로 특성을 개선할 수 있는 것을 알 수 있다.

(실시예 3)

보유 지지 지그로 타격 공구를 고정할 때, 타격 공구를 점탄성으로 협지한 경우의 효과를 실증하기 위해, 타격 공구를 도 8, 9에 나타내는 요령으로 보유 지지하면서, 제1 실시 형태에 따른 방법으로 피닝 처리를 행했다. 이하에 그 방법을 설명한다.

강판(판두께: 2.9㎜)에 대하여, 표 1에 나타내는 조건으로 중첩 필렛 아크 용접을 행하고, 여러 가지의 중첩 필렛 아크 용접 조인트를 작성했다. 이어서, 작성한 중첩 필렛 아크 용접 조인트의 용접 지단부(4)에, 에어 구동식(공기압: 0.5㎫)의 장치를 이용하여, 표 2 및 표 11에 나타내는 조건으로 피닝 처리를 행하여, 중첩 필렛 아크 용접 조인트에 도 5에 나타내는 바와 같은 타격흔(10)을 형성했다.

점탄성체(20)에 의한 타격 공구(17)의 협지에 대해서는, 도 8, 9에 나타내는 바와 같이, 타격 핀(5)을 진동시키는 기구를 갖는 타격 공구(17)와 타격 공구 보유 지지부(18)의 사이에 점탄성체(20)를 삽입하고, 볼트(19)를 조임으로써, 타격 공구(17)를 점탄성체(20)로 협지했다. 본 실시예에 있어서, 점탄성체(20)로서는 실리콘제의 겔 시트를 이용했다.

여기에서, 피닝 처리는 모두, 용접 지단부(4) 표면의 슬래그가 파괴되어, 내부의 금속 광택이 노출될 때까지 행했다. 또한, 여기에서는, 타격 핀(5)에 의한 타격을, 일련의 타격으로 하여, 용접 지단부(4)를 사이에 끼우고 용접 방향으로부터 경사지는 방향으로 연속적으로 부가함과 함께, 일련의 타격을, 용접 방향으로 반복했다. 그 때, 일련의 타격에 의해 형성되는 복수의 타격흔(10)으로 이루어지는 타격흔군(12)을, 인접하는 타격흔군(12)과 적어도 일부에서 서로 중첩시키는 한편, 당해 타격흔군(12)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부를, 당해 인접하는 타격흔군(12)의 용접 방향에 직각인 방향의 단부와 이간시켰다. 또한, 타격 핀(5)은, 그의 선단 형상이 반구형이 되는 것을 이용하고, 일련의 타격에 있어서의 주사 속도는 모두 5㎜/s로 했다.

또한, 표 11의 용접 지단부(4)의 곡률 반경은, 비특허문헌 3에 따라, 1용접 조인트당 5개소를 측정하고, 그의 평균값으로서 구한 것이다.

피닝 처리 후의 중첩 필렛 아크 용접 조인트로부터, 용접 비드(11)가 시험편 중앙부가 되도록, 도 7의 형상의 시험편을 채취하고, 이 시험편을 이용하여, 표 10에 나타내는 조건으로 JIS Z 2275에 준거하는 평면 굽힘 피로 시험을 행하여, 이하의 기준으로 피로 특성을 평가했다.

합격(우수함): 피로 수명이 200만회 이상 300만회 이하

불합격: 피로 수명이 200만회 미만

평가 결과를 표 11에 병기한다.

표 11에 나타내는 바와 같이, 타격 공구를 점탄성체로 협지한 경우에는, 특히 우수한 피로 수명이 얻어지는 것을 알 수 있다.

(실시예 4)

실시예 3과 마찬가지로, 보유 지지 지그로 타격 공구를 고정할 때에, 점탄성을 이용한 경우의 효과를 실증하기 위해, 타격 공구를 도 8, 9에 나타내는 요령으로 보유 지지하면서, 제2 실시 형태에 따른 방법으로 피닝 처리를 행했다. 이하에 그 방법을 설명한다.

강판(판두께: 2.9㎜)에 대하여, 표 1에 나타내는 조건으로 중첩 필렛 아크 용접을 행하고, 여러 가지의 중첩 필렛 아크 용접 조인트를 작성했다. 이어서, 작성한 중첩 필렛 아크 용접 조인트의 용접 지단부(4)에, 에어 구동식(공기압: 0.5㎫)의 장치를 이용하여, 표 2 및 표 12에 나타내는 조건으로, 타격 핀(5)을, 용접 지단부(4)를 중심으로 하여 용접 방향에 직각인 방향으로 요동시키면서, 피닝 처리를 행했다.

여기에서, 피닝 처리는 모두, 용접 지단부(4) 표면의 슬래그가 파괴되어, 내부의 금속 광택이 노출될 때까지 행했다. 또한, 타격 핀(5)은, 그의 선단 형상이 반구형이 되는 것을 이용했다.

또한, 표 12의 용접 지단부(4)의 곡률 반경은, 비특허문헌 3에 따라, 1용접 조인트당 5개소를 측정하고, 그의 평균값으로서 구한 것이다.

피닝 처리 후의 중첩 필렛 아크 용접 조인트로부터, 용접 비드(11)가 시험편 중앙부가 되도록, 도 7의 형상의 시험편을 채취하고, 이 시험을 이용하여, 표 10에 나타내는 조건으로 JIS Z 2275에 준거하는 평면 굽힘 피로 시험을 행하여, 이하의 기준으로 피로 특성을 평가했다.

합격(우수함): 피로 수명이 200만회 이상 300만회 이하

불합격: 피로 수명이 200만회 미만

평가 결과를 표 12에 병기한다.

표 12에 나타내는 바와 같이, 점탄성체를 협지한 경우에, 특히 우수한 피로 수명이 얻어지는 것을 알 수 있다.

1: 박강판(모재)
2: 박강판(모재)
3: 용접 금속
4: 용접 지단부
5: 타격 핀
6: 타격 핀 선단
7: 용접 지단부 접힘 자국
8: 타격흔 단의 접힘 자국
9: 용접 리플
10: 타격흔
11: 용접 비드
12: 타격흔군
13: 타격 영역
17: 타격 공구
18: 타격 공구 보유 지지부
19: 볼트
20: 점탄성체

Claims

타격 공구의 선단에 부착한 타격 핀을 이용하여, 중첩 필렛 용접 조인트의 용접 지단부로 타격을 부가하는 피닝 처리 방법으로서,
상기 타격 핀의 선단의 용접 방향에 직각인 방향의 수직 단면에 있어서의 곡률 반경이, 0.05∼0.50㎜이고, 또한, 상기 용접 지단부의 곡률 반경 이하이고,
또한, 상기 타격 핀에 의한 타격을, 일련의 타격으로 하여, 상기 용접 지단부를 사이에 끼우고 용접 방향으로부터 경사지는 방향으로 연속적으로 부가함과 함께,
상기 일련의 타격을, 용접 방향으로 반복하여 행하는 것으로 하고,
그 때, 상기 일련의 타격에 의해 형성되는 복수의 타격흔으로 이루어지는 타격흔군은, 인접하는 타격흔군과 적어도 일부에서 서로 중첩하는 한편, 당해 타격흔군의 용접 방향에 직각인 방향의 단부는, 당해 인접하는 타격흔군의 용접 방향에 직각인 방향의 단부와 이간하는 것을 특징으로 하는 중첩 필렛 용접 조인트의 피닝 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 일련의 타격을 행할 때의, 용접 방향으로부터의 경사 각도를 30∼45°로 하는 것을 특징으로 하는 중첩 필렛 용접 조인트의 피닝 처리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 타격 공구의 보유 지지부에 있어서, 당해 타격 공구를 점탄성체로 협지(挾持)하는 것을 특징으로 하는 피닝 처리 방법.
중첩 필렛 용접 조인트를 구비하는 용접 구조물로서,
상기 용접 구조물은, 상기 중첩 필렛 용접 조인트의 용접 지단부를 사이에 끼우고, 복수의 타격흔이 용접 방향으로부터 경사져 늘어서는 타격흔군을 복수 구비하고,
상기 타격흔의 용접선 방향에 수직인 단면에서의 곡률 반경은 0.05∼0.50㎜이고,
또한, 상기 타격흔군은, 인접하는 타격흔군과 적어도 그 일부에서 서로 중첩하는 한편, 당해 타격흔군의 용접 방향에 직각인 방향의 단부는, 당해 인접하는 타격흔군의 용접 방향에 직각인 방향의 단부와 이간하는 것을 특징으로 하는 용접 구조물.
제4항에 있어서,
상기 타격흔군에 있어서, 상기 타격흔이 용접 방향으로부터 30∼45°경사져 늘어서는 것을 특징으로 하는 용접 구조물.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 중첩 필렛 용접 조인트의 모재의 인장 강도가 780㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 용접 구조물.
타격 공구의 선단에 부착한 타격 핀을 이용하여, 중첩 필렛 용접 조인트의 용접 지단부로 타격을 부가하는 피닝 처리 방법으로서,
상기 타격 핀의 선단의 용접 방향에 직각인 방향의 수직 단면에 있어서의 곡률 반경이, 0.05∼0.50㎜이고, 또한, 상기 용접 지단부의 곡률 반경 이하이고,
상기 타격 핀을, 용접 지단부를 사이에 끼우고 용접 방향에 직각인 방향으로 요동시키면서, 용접 방향으로 진행시켜, 상기 타격 핀에 의해 타격을 부가하고,
그 때, 상기 용접 지단부를 중심으로 하는 상기 타격 핀의 요동폭을, 1타점당의 타격흔의 폭의 2배 이상으로 하고, 또한, 상기 타격 핀의 요동폭에 응하여 획정되는 타격 영역에 있어서, 당해 타격 영역의 폭 단부에 위치하는 타격흔의 용접 방향에 직각인 방향의 단부가, 당해 타격흔과 서로 중첩하는 타격흔에 있어서의 용접 방향에 직각인 방향의 단부와 이간하거나, 또는, 당해 타격 영역의 폭 단부에 위치하여 용접 방향에 직각인 방향의 단부에 있어서의 타격흔끼리의 늘어섬을 3타점 이하로 하는 것을 특징으로 하는 중첩 필렛 용접 조인트의 피닝 처리 방법.
제7항에 있어서,
상기 타격 공구의 보유 지지부에 있어서, 당해 타격 공구를 점탄성체로 협지하는 것을 특징으로 하는 피닝 처리 방법.
중첩 필렛 용접 조인트를 구비하는 용접 구조물로서,
상기 용접 구조물은, 상기 중첩 필렛 용접 조인트의 용접 지단부를 사이에 끼우고, 또한, 늘어선 복수의 타격흔을 갖는 타격 영역을 구비하고,
상기 타격 영역에서는,
상기 타격흔의 용접 지단부상에서의 합계 길이가, 상기 용접 지단부의 전체 길이의 50％ 이상이고, 또한
상기 타격 영역의 폭이, 1타점당의 타격흔의 폭의 2배 이상이고,
또한, 상기 타격 영역에 있어서, 상기 타격 영역의 폭 단부에 위치하는 타격흔의 용접 방향에 직각인 방향의 단부가, 당해 타격흔과 서로 중첩하는 타격흔에 있어서의 용접 방향에 직각인 방향의 단부와 이간하거나, 또는, 상기 타격 영역의 폭 단부에 위치하여 용접 방향에 직각인 방향의 단부에 있어서의 타격흔끼리의 늘어섬이 3타점 이하인 것을 특징으로 하는 용접 구조물.
제9항에 있어서,
상기 중첩 필렛 용접 조인트의 모재의 인장 강도가 780㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 용접 구조물.