KR20210023874A - 강재의 맞대기 용접 이음매 및 그 제조 방법 - Google Patents

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히로유키 오쿠히라
리키야 이시카와
타쿠야 타다노
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에스엠시 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 우수한 피로 강도를 갖는 강재의 맞대기 용접 이음매 및 그 제조 방법을 제공한다.
[해결수단] 맞대어진 한 쌍의 강재를 모재(2, 2)로 하고, 이들의 모재에 걸치는 용접부(3)를 갖고, 모재의 탄소 농도는 0.1질량% 이상 0.35질량% 이하이며, 용접부는 키홀 용접으로 제 1 가열한 후에 열전도 용접으로 재가열함으로써 형성된 것으로, 키홀 용접에 의해 모재를 용융·응고시킨 용융 응고부(3d)와, 열전도 용접으로 용융 응고부를 재가열함으로써 용융 응고부의 조직을 변화시킨 응고 재가열부(4)와, 마찬가지로 재가열에 의해 용융 응고부를 재용융·재응고시킨 재용융 응고부(5)를 가지고 있으며, 용융 응고부의 폭(W0) 및 깊이(d0)와, 재용융 응고부(5)의 폭(W1) 및 깊이(d1)가 0.46W0≤W1, 0.14d0≤d1≤0.73d0인 관계를 갖는다.

Description

강재의 맞대기 용접 이음매 및 그 제조 방법
본 발명은 강재끼리를 용접한 강재의 맞대기 용접 이음매 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터, 피용접재끼리를 용접하는 용접 이음매에 있어서 이음매 강도의 개선이 요구되고 있으며, 이 이음매 강도를 개선시키기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는 용접 비드의 표면 찌꺼기를 재용융시킴으로써, 용접 비드의 표면의 형상을 매끄럽게 하고, 용접부의 피로 강도를 향상시킨 T 이음매가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는 레이저 광선을 금속판에 조사함으로써 용융 응고한 접합부의 내측에 대하여 레이저 광선을 더 재조사하고, 접합부의 용융 경계 근방에 인성이 우수한 응고 재가열부를 설치함으로써, 이음매부의 十자 인장 강도를 향상시킨 겹침 접합 이음매가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 3에는 용접부의 표면에 대하여 급속 가열 및 급속 냉각을 반복하여 실시함으로써, 용접부의 결정 조직을 미세화시켜 피로 강도 불균일을 개선시킨 것이 개시되어 있다. 한편, 체결되는 강재를 맞대서 용접하는 맞대기 용접 이음매의 피로 강도에 대해서, 한층 더 개선이 요구되고 있는 바, 그러한 맞대기 용접 이음매의 피로 강도의 개선에 착목한 용접 구조나 그 제조 방법에 대해서는 아직 밝혀지지 않았다.
(특허문헌 1) 일본 특허 공개 소 59-110490호 공보
(특허문헌 2) 일본 특허 공개 2017-52006호 공보
(특허문헌 3) 일본 특허 공개 2002-256335호 공보
본 발명의 기술적 과제는 우수한 피로 강도를 갖는 강재의 맞대기 용접 이음매, 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 의한 강재의 맞대기 용접 이음매는 단부가 맞대어진 한 쌍의 강재를 모재로 하고, 이들 모재의 표면으로부터 내부를 향해서 상기 단부에 걸치도록 형성된 용접부를 갖는 강재의 맞대기 용접 이음매로서, 상기 모재에 있어서의 탄소 농도는 0.1질량% 이상 0.35질량% 이하이며, 상기 용접부는 상기 한 쌍의 모재의 단부를 상기 표면으로부터의 제 1 가열에 의해 용융해서 응고시킨 용융 응고부와, 상기 용융 응고부를 그 표면으로부터 재가열함으로써 상기 용융 응고부를 재용융해서 재응고시킨 재용융 응고부와, 상기 재용융 응고부보다 내부측에 형성되어 있고, 상기 재가열에 의해 용융을 수반하지 않고 상기 용융 응고부의 조직을 변화시킨 응고 재가열부를 가지고 있으며, 상기 용융 응고부의 폭(W0)과, 상기 용접부의 표면으로부터 상기 용융 응고부의 최심부까지의 깊이(d0)와, 상기 재용융 응고부의 폭(W1)과, 상기 용접부의 표면으로부터 상기 재용융 응고부의 최심부까지의 깊이(d1)가,
0.46W0≤W1
0.14d0≤d1≤0.73d0
인 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
이 때, 상기 응고 재가열부의 비커스 경도의 평균값이 상기 재용융 응고부의 비커스 경도의 평균값보다 낮은 것이 바람직하다.
또한, 상기 재용융 응고부의 표면의 잔류 응력이 그 폭방향의 중심부에서 압축 응력으로 되어 있는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 용접부의 둘레방향에 있어서의 종단부에 있어서, 상기 재용융 응고부에 형성된 오목부의 상기 용접부의 표면으로부터의 깊이(h)와, 상기 재용융 응고부의 상기 깊이(d1)가,
0.32d1≥h
인 관계를 가지고 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서 바람직하게는 상기 용융 응고부는 키홀 용접에 의해 형성되고, 상기 재용융 응고부 및 응고 재가열부는 열전도 용접에 의해 형성되어 있다.
또한, 본 발명에 의한 강재의 맞대기 용접 이음매는 강재로 이루어지는 한 쌍의 모재의 단부끼리를 맞대고, 이들 모재의 표면으로부터 내부를 향해서 상기 단부에 걸치도록 용접부를 형성하는 강재의 맞대기 용접 이음매의 제조 방법으로서, 상기 모재에 있어서의 탄소 농도는 0.1질량% 이상 0.35질량% 이하이며, 상기 용접부는 상기 한 쌍의 모재의 단부를 상기 표면으로부터의 제 1 가열에 의해 용융해서 응고시킴으로써 용융 응고부를 형성하는 제 1 스텝과, 상기 용융 응고부를 그 표면으로부터 재가열함으로써, 상기 용융 응고부를 재용융해서 재응고시키는 것으로 재용융 응고부를 형성함과 아울러, 상기 재용융 응고부보다 내부측에 용융을 수반하지 않고 상기 용융 응고부의 조직을 변화시킨 응고 재가열부를 형성하는 제 2 스텝에 의해 형성되고, 이 때, 상기 용융 응고부의 폭(W0)과, 상기 용접부의 표면으로부터 상기 용융 응고부의 최심부까지의 깊이(d0)와, 상기 재용융 응고부의 폭(W1)과, 상기 용접부의 표면으로부터 상기 재용융 응고부의 최심부까지의 깊이(d1)가,
0.46W0≤W1
0.14d0≤d1≤0.73d0
인 관계를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 방법에 의해 제조할 수 있다.
이 때, 상기 제 1 스텝에 있어서 용융 응고부는 키홀 용접에 의해 형성되고, 상기 제 2 스텝에 있어서 재용융 응고부 및 응고 재가열부는 열전도 용접에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면, 모재보다 우수한 피로 강도를 갖는 강재의 맞대기 용접 이음매를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 강재의 맞대기 용접 이음매의 용접부 부근을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 용접부의 단면 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3의 (a)는 키홀 용접을 행할 때의 레이저 조사를 모식적으로 나타내는 도면이며, (b)는 열전도 용접을 행할 때의 레이저 조사를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 맞대기 용접에 의해 용접된 시료를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 나타내어지는 시료의 제작시에 있어서, 키홀 용접을 행하고 있는 상태를 모식적으로 나타내는 단면도다.
도 6은 도 4에 나타내어지는 시료의 제작시에 있어서, 열전도 용접을 하고 있는 상태를 모식적으로 나타내는 단면도다.
도 7은 일체 성형에 의해 제작된 시료를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 제 1 실시예에 있어서, 키홀 용접만으로 용접한 시료의 경도 분포를 나타내는 도면이다.
도 9는 제 1 실시예에 있어서, 키홀 용접과 열전도 용접으로 용접한 시료의 경도 분포를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9에 나타내는 경도 분포의 평가와 상이한 열전도 용접의 조건으로 용접한 시료의 경도 분포를 나타내는 도면이다.
도 11은 도 9 및 도 10에 나타내는 경도 분포의 평가와 상이한 열전도 용접의 조건으로 용접한 시료의 경도 분포를 나타내는 도면이다.
도 12는 도 9∼도 11에 나타내는 경도 분포의 평가와 상이한 열전도 용접의 조건으로 용접한 시료의 경도 분포를 나타내는 도면이다.
도 13은 도 9∼도 12에 나타내는 경도 분포의 평가와 상이한 열전도 용접의 조건으로 용접한 이음매의 경도 분포를 나타내는 도면이다.
도 14는 도 9∼도 13에 나타내는 경도 분포의 평가와 상이한 열전도 용접의 조건으로 용접한 이음매의 경도 분포를 나타내는 도면이다.
도 15는 도 9∼도 14에 나타내는 경도 분포의 평가와 상이한 열전도 용접의 조건으로 용접한 이음매의 경도 분포를 나타내는 도면이다.
도 16은 제 1 실시예에 있어서, 키홀 용접을 행한 후의 용접부의 응고 종단부를 촬영한 확대 사진이다.
도 17은 도 16에 나타내는 응고 종단부의 오목부 깊이를 측정한 그래프이다.
도 18은 제 1 실시예에 있어서, 열전도 용접을 행한 후의 용접부의 응고 종단부를 촬영한 확대 사진이다.
도 19는 도 18에 나타내는 응고 종단부의 오목부 깊이를 측정한 그래프이다.
도 20은 제 2 실시예의 S10C에 있어서, 키홀 용접만으로 용접한 시료의 경도 분포를 나타내는 도면이다.
도 21은 제 2 실시예의 S10C에 있어서, 키홀 용접과 열전도 용접으로 용접한 시료의 경도 분포를 나타내는 도면이다.
도 22는 제 2 실시예의 S15C에 있어서, 키홀 용접만으로 용접한 시료의 경도 분포를 나타내는 도면이다.
도 23은 제 2 실시예의 S15C에 있어서, 키홀 용접과 열전도 용접으로 용접한 시료의 경도 분포를 나타내는 도면이다.
도 24는 제 2 실시예의 S20C에 있어서, 키홀 용접만으로 용접한 시료의 경도 분포를 나타내는 도면이다.
도 25는 제 2 실시예의 S20C에 있어서, 키홀 용접과 열전도 용접으로 용접한 시료의 경도 분포를 나타내는 도면이다.
도 26은 제 2 실시예의 S25C에 있어서, 키홀 용접만으로 용접한 시료의 경도 분포를 나타내는 도면이다.
도 27은 제 2 실시예의 S25C에 있어서, 키홀 용접과 열전도 용접으로 용접한 시료의 경도 분포를 나타내는 도면이다.
도 28은 제 2 실시예의 S35C에 있어서, 키홀 용접만으로 용접한 시료의 경도 분포를 나타내는 도면이다.
도 29는 제 2 실시예의 S35C에 있어서, 키홀 용접과 열전도 용접으로 용접한 시료의 경도 분포를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 의한 강재의 맞대기 용접 이음매의 일 실시형태에 대해서, 도 1∼도 7을 사용해서 상세하게 설명한다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 의한 강재의 맞대기 용접 이음매(1)(이하, 간단히 「이음매(1)」라고 기재함)는 원기둥 상으로 형성된 한 쌍의 같은 강재를 모재(2, 2)로 하고, 이들 모재(2, 2)의 단부(2a, 2a)끼리를 용접부(3)에 의해 결합한 것이다. 즉, 상기 용접부(3)는 상기 모재(2, 2)의 단부(2a, 2a)의 끝면(2b, 2b)끼리를 맞대서(대향시켜) 접촉시키고, 상기 모재(2, 2)의 표면(외주면)(2c, 2c)으로부터 내부를 향해 접촉된 상기 끝면(2b, 2b)을 따라 이들 단부(2a, 2a)에 걸치도록 환 형상으로 용접함으로써 형성되어 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 이 용접부(3)는 모재(2, 2)의 단부(2a, 2a)에 대하여 표면(외주면)(2c, 2c)으로부터 환 형상으로 키홀 용접을 행한 후, 그 키홀 용접을 행한 부분에 대하여 그 표면으로부터 환 형상으로 열전도 용접을 겹쳐서 행함으로써 형성되어 있다. 이 때, 이들 키홀 용접 및 열전도 용접은 도 3(a) 및 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 모두 고파워 밀도 빔(7) 등의 조사에 의해 행해지지만, 여기에서는 레이저(7)를 사용한 경우에 대해서 설명한다. 상기 키홀 용접으로는 고파워 밀도의 레이저(7)로 가열(제 1 가열)됨으로써, 모재(2, 2)의 단부(2a, 2a)에 오목부(키홀)가 형성된다. 그리고, 그 오목부를 통과해서 모재(2, 2)의 내부까지 상기 레이저(7)가 닿음으로써 보다 깊은 용접이 가능해진다. 이 때, 이 키홀 용접에 의해 용융한 부분은 그 후의 냉각에 의해 응고함으로써 용융 응고부(3d)를 형성하고, 그 경도는 용접 전보다 높아진다.
한편, 상기 열전도 용접으로는 키홀 용접보다 낮은 파워 밀도의 레이저(7)가 사용된다. 이 열전도 용접에 의해, 상기 단부(2a, 2a)에 있어서의 용융 응고부(3d)의 표면(2c, 2c) 부근이 재가열(제 2 가열)됨으로써 재용융·재응고해서 재용융 응고부(5)가 되고, 그것과 동시에, 그 재용융 응고부(5)보다 내부측의 부분(표면으로부터의 깊이가 보다 깊은 부분)이 상기 재가열에 의해 용융을 수반하지 않고 개질되어 응고 재가열부(4)가 된다. 그리고, 이들 키홀 용접 및 열전도 용접의 결과, 상기 상기 모재(2, 2)의 단부(2a, 2a)에 걸치도록 용접부(3)가 형성된다.
즉, 상기 용접부(3)는 상기 한 쌍의 모재(2, 2)의 단부(2a, 2a)를 상기 표면(2c, 2c)으로부터의 제 1 가열(키홀 용접)에 의해 용융해서 응고시킴으로써 형성된 용융 응고부(3d)와, 상기 용융 응고부(3d)를 상기 표면으로부터 재가열(열전도 용접)함으로써 상기 용융 응고부(3d)를 재용융시킴과 아울러, 재응고시킨 재용융 응고부(5)와, 상기 재용융 응고부(5)보다 모재(2, 2)의 내부측 부분(표면으로부터의 깊이가 보다 깊은 부분)에 형성되어 있고, 상기 재가열에 의해 용융을 수반하지 않고 상기 용융 응고부(3d)의 조직을 변화시킨 응고 재가열부(4)에 의해 형성되어 있다. 이 때, 상기 응고 재가열부(4)의 조직은 키홀 용접에 의해 마르텐사이트화된 용융 응고부(3d)의 조직을 열전도 용접에 의해 담금질함으로써 개질한 것이기 때문에, 상기 용융 응고부(3d)와 비교해서 경도가 작아지고 인성이 향상된다. 한편, 상기 재용융 응고부(5)의 조직은 상기 용융 응고부(3d)가 열전도 용접에 의해 재용융되고, 그 후의 냉각에 의해 재응고된 것이기 때문에, 상기 응고 재가열부(4)와 비교해서 경도가 보다 커진다.
여기에서, 상기 용융 응고부(3d)는 그 폭방향 중심(도 2의 일점 쇄선으로 나타내는 위치이며, 본 실시형태에서는 모재(2, 2)의 끝면(2b, 2b)의 접촉 위치와 실질적으로 일치하고 있음)에 있어서 가장 깊어지고 있고, 용접부(3)의 표면(3a)(즉, 재용융 응고부(5)의 표면(5a))으로부터 그 최심부까지의 깊이가 d0이 되고 있다. 또한, 상기 재용융 응고부(5)도, 그 폭방향 중심(용융 응고부(3d)의 폭방향 중심과 실질적으로 일치하고 있음)에 있어서 가장 깊어지고 있고, 용접부(3)의 표면(3a)(재용융 응고부(5)의 표면(5a))으로부터 그 최심부까지의 깊이가 상기 d0보다 작은 d1이 되고 있다. 즉, 상기 용접부(3), 용융 응고부(3d) 및 재용융 응고부(5)는 폭방향 중심을 실질적으로 서로 일치시켜 형성되고 있으며, 그 중심에 관해서 폭방향에 실질적으로 대칭을 이루고 있다.
그런데, 크롬몰리브덴강이나 기계 구조용 탄소강 등의 강재의 일반적인 성질로서, 탄소 농도(즉, 탄소 함유율, 구체적으로는 모재에 포함되는 탄소의 질량%)가 높은 경우에는 강재의 경도는 높아지지만 인성은 낮아지고, 그 한편으로 탄소 농도가 낮은 경우에는 강재의 경도는 낮아지지만 인성은 높아지는 것이 알려져 있다. 따라서, 강재를 모재로 하는 이음매(1)의 피로 강도를 향상시키기 위해서는 모재의 경도와 인성 중 어느 한 쪽이 낮아지는 것을 막기 위해 강재의 탄소 농도를 어느 소정의 범위 내로 할 필요가 있다. 그 때문에, 여기에서는 모재(2, 2) 전체에 차지하는 탄소 농도(탄소 함유율)를 0.1질량% 이상 0.35질량% 이하로 했다.
그리고, 후술하는 실험의 결과, 상술의 탄소 농도를 갖는 모재(2, 2)를 사용했을 때, 용융 응고부(3d)의 폭(W0)과, 상기 용융 응고부(3d)의 상기 깊이(d0)와, 재용융 응고부(5)의 폭(W1)과, 상기 재용융 응고부(5)의 상기 깊이(d1)가, 하기의 식(1) 및 식(2)의 관계를 충족시키는 경우에, 모재(2, 2)보다 높은 회전 굽힘 피로 강도를 갖는 맞대기 용접 이음매(1)가 얻어지는 것이 발견되었다.
0.46W0≤W1···(1)
0.14d0≤d1≤0.73d0···(2)
또한, 키홀 용접과 열전도 용접을 겹쳐서 행함으로써 형성된 재용융 응고부(5)의 표면(5a)(즉, 용접부(3)의 표면(3a))의 부분에는 잔류 응력이 발생하고 있다. 이 잔류 응력은 재용융 응고부(5)의 폭방향 중심부(즉, 용접부(3)의 폭방향 중심부)에서 압축 응력으로 되어 있고, 상기 중심부보다 폭방향 외측에서 인장 응력으로 되어 있다. 그 때문에, 재용융 응고부(5)의 표면(5a)에 있어서, 용접부(3)의 폭방향 중심 부근에서 균열이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 키홀 용접 및 열전도 용접은 모두 둘레방향에 있어서의 용접의 시단부와 종단부(도 16, 도 18에 나타내는 응고 종단부(6))가 같은 위치에서 겹치도록 용접되어 있다. 키홀 용접시에는, 상기 키홀 용접의 종료시에 이 종단부에 레이저(7)의 조사에 의한 오목부가 형성된다(도 17 참조). 용접부 표면으로부터의 상기 오목부의 깊이(최대 깊이)(h)는 열전도 용접에 의해, 키홀 용접에 의한 용접부(즉, 용융 응고부(3d))를 재용융·응고시킴으로써 감소시킬 수 있고, 그것에 의해 응고 종단부(6)에 작용하는 응력의 집중을 억제할 수 있다. 그리고, 후술하는 실험의 결과, 용접부(3)의 표면(3a)으로부터의 오목부의 깊이(h)와 상기 재용융 응고부(5)의 깊이(d1)가,
0.32d1≥h···(3)
인 관계를 가지고 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 이음매(1)에 있어서는 맞대어지는 모재(2, 2)의 끝면(2b, 2b)의 형상이 원형으로 형성되어 있지만, 거기에 한정되는 것은 아니고, 맞대어지는 모재(2)의 끝면(2b, 2b)이 실질적으로 서로 같은 모양 같은 크기인 등, 맞대어진 모재(2, 2)의 표면(2c, 2c)이 실질적으로 동일면 상에 배합되어 있으면 좋다.
실시예
다음에, 본 발명의 제 1 실시예(표 1 및 표 2의 시험 조건 2∼7) 및 제 2 실시예(표 3 및 표 4의 시험 조건 10, 12, 14, 16, 18)를, 제 1 비교예(표 1 및 표 2의 시험 조건 1, 8) 및 제 2 비교예(표 3 및 표 4의 시험 조건 9, 11, 13, 15, 17)의 비교에 있어서 각각 설명한다. 우선, 이들 제 1 및 제 2 실시예에 사용되고 있는 시험편(8)은 도 4∼도 6에 나타내는 바와 같이, 중공에서 원통 형상의 본체부(9a)와, 이 본체부(9a)로부터 선단측을 향해서 앞이 가늘어지는 중공의 단부(9b)에 의해 일체로 형성된 상기 모재(2)로서의 시료(10)를 사용하고, 한 쌍의 상기 시료(10)의 단부(9b)끼리를 상술한 바와 같이, 키홀 용접 및 열전도 용접으로 맞대기 용접함으로써 제작했다.
그리고, 제 1 실시예에서는 상기 열전도 용접에 있어서의 레이저 용접 조건을 변화시켜 재용융 응고부(5)의 크기를 변화시킴으로써, 그것에 따라 변화되는 용접부(3)의 각종 물성값을 상기 시험편(8)을 사용해서 측정하여 평가했다. 한편, 제 2 실시예에서는 시료(10)의 탄소 농도(탄소 함유율)를 변화시킴으로써, 그것에 따라 변화되는 용접부(3)의 각종 물성값을 상기 시험편(8)을 사용해서 측정하여 평가했다.
또한, 상기 시료(10)로서는 그 전체 길이가 80㎜, 본체부(9a)의 외경이 20㎜, 단부(9b)의 선단면의 외경이 14㎜, 본체부(9a) 및 단부(9b)의 내경이 12㎜인 것을 사용했다.
제 1 실시예에서 사용한 시료(10)는 크롬 몰리브덴강 강재(SCM415)로 이루어지는 것이며, C를 0.13질량%∼0.18질량%, Si를 0.15질량%∼0.35질량%, Mn을 0.60질량%∼0.90질량%, P 및 S를 각각 0.030질량% 이하, Ni를 0.25질량% 이하, Cr를 0.90질량%∼1.20질량%, Mo를 0.15질량%∼0.25질량% 포함하고 있다. 이 제 1 실시예에서는 키홀 용접의 레이저 출력, 용접 속도, 초점 직경(스폿 직경)을 고정한(즉, 용융 응고부(3d)의 폭(W0) 및 깊이(d0)을 고정한) 조건 하에서, 열전도 용접의 레이저 출력, 용접 속도, 초점 직경(스폿 직경)을 변화시키고 재용융 응고부(5)의 폭(W1) 및 깊이(d1)을 변화시킴으로써, 용접부(3)의 표면(3a) 및 그 근방의 잔류 응력, 상기 용접부(3)의 평균 경도, 상기 용접부(3)의 응고 종단부(6)의 오목부 깊이(h), 제작한 시험편(8)의 회전 굽힘 피로 강도를 측정했다.
여기에서는 키홀 용접 및 열전도 용접시에 있어서 화이버 레이저 용접기를 사용하고 있으며, 이 용접기를 사용해서 레이저(7)를 조사함으로써 모재(2)로서의 시료(10)의 용접을 행했다. 키홀 용접과 열전도 용접의 스위칭은 이 용접기의 집광 렌즈를 이음매(1)의 축선(L)방향, 즉 맞대기방향에 대하여 수직방향으로 이동시키고, 한 쌍의 시료(10, 10)의 단부(9b, 9b)의 맞대기 부분(끝면의 접촉 부분)에 조사되는 레이저(7)의 초점 직경을 변화시킴으로써 행했다. 키홀 용접을 행할 때에는 보다 높은 파워 밀도가 필요로 하기 때문에, 도 3(a)에 나타내지는 바와 같이, 초점 직경을 작게 좁힌 레이저(7)를 사용했다. 한편, 열전도 용접을 행할 때에는 키홀 용접용의 레이저(7)보다 파워 밀도를 낮게 할 필요가 있기 때문에, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 초점 직경이 상기 키홀 용접보다 큰 레이저(7)를 사용했다.
또한, 제 1 비교예(조건 1 및 조건 8)의 시험편(8)은 제 1 실시예에서 사용한 시료(10)과 같은 모양 같은 크기인 같은 재료(SCM415)로 이루어지는 시료에 의해 제작했다. 이 때, 조건 1의 시험편(8)은 한 쌍의 시료(10)를 키홀 용접만으로 맞대기 용접함으로써 제작했다. 한편, 조건 8의 시험편(8)은 키홀 용접 후에 행하는 열전도 용접의 레이저 출력, 용접 속도, 초점 직경을 변경하고, 재용융 응고부(5)의 폭과 깊이를 제 1 실시예의 시험편(8)보다 작게 한 용접 조건 하에서, 한 쌍의 시료(10)를 맞대기 용접함으로써 제작했다. 그리고, 이 제 1 비교예에서는 이들 제작한 시험편(8)에 대해서, 용접부의 표면(3a) 및 그 근방의 잔류 응력, 용접부(3)의 평균 경도, 용접부(3)의 응고 종단부(6)의 오목부 깊이, 회전 굽힘 피로 강도를 각각 측정했다. 이하의 표 1 및 표 2에, 제 1 실시예 및 제 1 비교예의 용접 조건과 측정 결과를 나타낸다.
Figure pct00001
Figure pct00002
표 1에 나타내는 바와 같이, 조건 1∼8 중 어느 하나에 있어서도, 키홀 용접시의 용접 조건인 레이저 출력을 850W, 용접 속도를 50㎜/s, 초점 직경을 0.5㎜으로 해서 용접 개소를 대기로부터 차단하기 위한 실드 가스에 질소를 사용함으로써, 폭(W0)이 1㎜, 깊이(d0)이 1㎜인 용융 응고부(3d)를 형성했다. 또한, 조건 2∼8에 있어서는 열전도 용접을 행할 때의 용접 조건인 레이저 출력을 350W∼850W, 용접 속도를 50㎜/s 또는 200㎜/s, 레이저의 초점 직경을 0.4㎜∼2.2㎜ 사이에서 조절하고 실드 가스에 질소를 사용함으로써, 서로 상이한 폭(W1)과 깊이(d1)를 갖는 재용융 응고부(5)를 형성했다.
용접부(3) 및 그 근방의 표면에 있어서의 잔류 응력은 시험편(8)의 표면에 특정한 파장의 X선을 조사하는 X선 응력 측정법을 사용해서 측정했다. 조건 1∼조건 8에서는 도 6에 나타내는 바와 같이, 용접부(3)의 폭방향의 중심의 표면(3a)에 위치하는 측정점 A1과, 측정점 A1로부터 시료(10)의 기단측(시험편(8)의 일단측)에 1.5㎜ 떨어진 측정점 A2와, 측정점 A2로부터 같은 기단측에 1㎜ 더 떨어진 측정점 A3의 3점에 있어서, 상기 잔류 응력을 각각 측정했다. 이 때, 조건 1에 있어서, 측정점 A1에서는 용융 응고부(3d)의 폭방향의 중심점에 있어서의 잔류 응력을 측정하고, 측정점 A2 및 측정점 A3에서는 용접에 의해 조직이 변화되어 있지 않는 점에 있어서의 잔류 응력을 측정하고 있다. 또한, 조건 2∼조건 8에 있어서, 측정점 A1에서는 재용융 응고부(5)의 폭방향의 중심점에 있어서의 잔류 응력을 측정하고, 측정점 A2 및 측정점 A3에서는 용접에 의해 조직이 변화되어 있지 않는 점에 있어서의 잔류 응력을 측정하고 있다.
그 결과, 조건 2∼8에 있어서, 측정점 A1의 잔류 응력은 음의 값이 되고, 측정점 A1 부근에서 압축 응력을 가지고 있는 것이 명백하게 되었다. 따라서, 조건 2∼조건 8에서는 재용융 응고부(5)의 측정점 A1 부근에 있어서 균열의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 조건 2∼조건 7에서는 측정점 A1에 있어서의 잔류 응력이 -100㎫ 이하로 되어 있고, 이들의 조건 하에서는 후술하는 바와 같이, 시험편(8)의 회전 굽힘 피로 강도가 상기 시험편(8)과 같은 모양 같은 크기이고, 또한 시료(10)와 같은 재료(SCM415)에 의해 이음매 없이 일체 성형된 비교용 시험편 11(즉, 모재 자체)보다 높아졌다. 한편, 조건 1의 시험편(8)에 있어서는 용융 응고부(3d)의 측정점 A1의 잔류 응력이 양의 값이 되고, 측정점 A1 부근에서 인장 응력을 가지고 있는 것이 명백하게 되었다. 따라서, 조건 1에서는 측정점 A1 부근에 있어서의 균열의 발생을 억제할 수 없을뿐만 아니라, 균열의 발생·진전을 촉진시킬 가능성이 있다.
시험편(8)의 경도에 대해서는 시험편(8)에 있어서의 응고 재가열부(4) 및 재용융 응고부(5)를 포함하는 모재의 비커스 경도를 측정해서 평가했다. 비커스 경도의 측정에는 일반적인 마이크로 비커스 경도계가 사용되어 시험편(8)을 축방향으로 절단하고, 이 절단면 상에 있어서 길이방향(도8∼도 15에 있어서의 횡방향)과 폭방향(도8∼도 15에 있어서의 종방향)에 대하여 0.1㎜ 간격으로 측정했다. 그 결과, 도9∼도 15에 나타내는 바와 같이, 조건 2∼조건 8에 있어서, 응고 재가열부(4)의 비커스 경도의 평균값이 재용융 응고부(5)의 비커스 경도의 평균값보다 낮아졌다.
여기에서, 조건 1의 비커스 경도를 측정한 바, 도 8에 나타내는 바와 같이, 키홀 용접에 의해 용융해서 응고한 용융 응고부(3d)의 비커스 경도가 이음매의 다른 부분의 비커스 높이보다 높은 수치가 되었다. 이것은 용융 응고부(3d)의 조직이 키홀 용접에 의해 마르텐사이트화되는 것에 기인하는 것으로 생각된다. 또한, 이 이음매의 비커스 경도는 도 8에 나타내는 (종, 횡)이 (0.1㎜,0.7㎜)인 지점과, (0.2㎜,0.5㎜)인 지점에서 660Hv가 되고, 다른 지점과 비교해서 매우 높은 수치가 되었다. 이것은 이 2지점이 키홀 용접에 의한 용융부와, 키홀 용접을 할 때의 가열의 영향을 받아 담금질되는 열 영향부와의 경계 부근에 위치하고 있으며, 키홀 용접 후의 냉각 속도가 빨라지기 때문에, 경계 부근의 조직이 마르텐사이트화되는 것에 기인하는 것으로 생각된다.
또한, 도 16∼도 19에도 나타내는 바와 같이, 용접부(3)의 응고 종단부(6)의 오목부 깊이(h)는 모재(2, 2)끼리를 용접했을 때의, 레이저가 최후에 조사된 개소에 형성되는 크레이터(오목부)의 최대 고저차이다. 응고 종단부(6)의 오목부 깊이(h)는 키홀 용접만을 행한 조건 1에서는 0.14㎜가 되었지만, 키홀 용접 후에 열전도 용접을 행한 조건 2∼조건 8에서는 0.01㎜∼0.06㎜이 되었다. 그리고, 재용융 응고부(5)의 응고 종단부(6)의 오목부 깊이(h)와 재용융 응고부(5)의 깊이(d1)는 조건 2∼조건 8에 있어서, 상술의 식(3)의 관계를 가지고 있다.
이와 같이, 키홀 용접 후에 열전도 용접을 행함으로써, 응고 종단부(6)의 오목부 깊이(h)를 보다 작게 할 수 있고, 그 결과 응고 종단부(6)에 작용하는 응력의 집중을 억제할 수 있다.
회전 굽힘 피로 강도를 측정하는 회전 굽힘 피로 시험(Rotating bending Fatigue Test(ISO1143:2010))에 대해서는 4점 굽힘 부하 형식의 오노식 회전 굽힘 피로 시험 장치를 사용했다. 그리고, 상기 시험 장치에 있어서의 한 쌍의 스핀들의 선단에 시험편의 양단을 파지시키고, 2000rpm의 회전수로 2000만회 회전시킨 경우에 파탄할 때의 부하(즉, 시험편(8)의 축방향 중앙부(용접부(3))로 작용하는 반복 응력의 최대값)를 측정했다. 또한, 측정한 시험편(8)의 회전 굽힘 피로 강도를 평가하기 위해서, 상술의 비교용 시험편 11에 대해서도 마찬가지로 해서 회전 굽힘 피로 강도를 측정했다. 그 결과, 조건 1에서는 시험편(8)의 회전 굽힘 피로 강도는 비교용 시험편 11의 회전 굽힘 피로 강도보다 낮은 값이 되었다. 이것은 키홀 용접만으로는 용접부의 조직이 마르텐사이트화되어 무른 조성이 되는 것에 기인하는 것으로 생각된다.
또한, 조건 2∼조건 7의 경우, 즉 용융 응고부(3d)의 폭(W0)과, 상기 용융 응고부(3d)의 깊이(d0)와, 재용융 응고부(5)의 폭(W1)과, 상기 재용융 응고부(5)의 깊이(d1)가, 상술한 식(1) 및 식 (2)의 관계를 동시에 충족시키는 경우에, 시험편(8)의 회전 굽힘 피로 강도는 모두 비교용 시험편 11의 회전 굽힘 피로 강도(즉, 모재 자체의 회전 굽힘 피로 강도(모재 강도))보다 높아졌다. 이것은 키홀 용접 부분에 열전도 용접을 겹쳐서 행함으로써, 용접부(3)에 있어서의 재용융 응고부(5)보다 내부측 부분(표면(3a)으로부터의 깊이가 보다 깊은 부분)에 형성된 응고 재가열부(4)에서, 상기 용접부(3)의 표면(3a) 측부분에 형성된 상기 재용융 응고부(5)보다 경도가 낮아져 인성이 높아지기 때문에, 가령 용접부(3)의 표면(3a)에 크랙이 들어가도 크랙이 내부로 전파되기 어려워지는 것에 기인하는 것으로 생각된다. 한편, 조건 8에서는 시험편(8)의 회전 굽힘 피로 강도는 비교용 시험편 11의 회전 굽힘 피로 강도보다 낮은 값으로 되어 있다. 이것은 열전도 용접을 행할 때의 레이저의 에너지 밀도가 다른 조건과 비교해서 낮고, 응고 재가열부(4)가 용접부의 내부 깊숙히 형성되어 있지 않는 것에 기인하는 것으로 생각된다.
이상의 측정 결과로부터, 조건 2∼조건 7에서는 모재(2, 2)로서의 시료(10, 10)끼리를 맞대기 용접함으로써 제작한 시험편(8)의 회전 굽힘 피로 강도가, 단일인 모재에서 일체 성형된 비교용 시험편 11(모재 자체)의 회전 굽힘 피로 강도보다 높아지기 때문에, 피로 강도가 개선되어 있다고 판정했다. 또한, 조건 1 및 조건 8에서는 한 쌍의 시료(10, 10)를 맞대기 용접함으로써 형성된 시험편(8)의 회전 굽힘 피로 강도가, 비교용 시험편 11의 회전 굽힘 피로 강도보다 낮아지기 때문에, 피로 강도가 개선되어 있지 않다고 판정했다.
다음에, 본 발명의 제 2 실시예를 제 2 비교예와의 비교에 있어서 설명한다. 이 제 2 실시예에서는 모재(2)로서의 시료(10)를 기계 구조용 탄소강에 의해 형성하고, 한 쌍의 시료(10, 10)를 키홀 용접 및 열전도 용접에 의해 맞대기 용접한 시험편(12)이 사용되고 있다. 이 때, 시료(10)로서는 제 1 실시예에서 사용한 것과 같은 모양 같은 크기의 것을 사용했다. 또한, 이 시료(10)를 형성하는 기계 구조용 탄소강으로서는 Si를 0.15질량%∼0.35질량%, Mn을 0.30질량%∼0.60질량%, P를 0.030질량% 이하, S를 0.035질량% 이하, C를 0.08질량%∼0.13질량% 갖는 S10C와, Si, Mn, P, S에 대해서 S10C와 같은 질량%를 갖고 또한 C를 0.13질량%∼0.18질량% 갖는 S15C와, Si, Mn, P, S에 대해서 S10C와 같은 질량%를 갖고 또한 C를 0.18질량%∼0.23질량% 갖는 S20C와, Si, Mn, P, S에 대해서 S10C와 같은 질량%를 갖고 또한 C를 0.22질량%∼0.28질량% 갖는 S25C, 및 Si, P, S에 대해서 S10C와 같은 질량%를 갖고 또한 Mn을 0.60질량%∼0.90질량%, C를 0.32질량%∼0.38질량% 갖는 S35C를 사용했다.
한편, 제 2 비교예의 각 시험편(12)은 제 2 실시예의 각 용접 조건에서 사용한 시료(10)와 같은 모양 같은 크기로, 또한 같은 기계 구조용 탄소강으로 이루어지는 한 쌍의 시료(10, 10)를 키홀 용접만으로 맞대기 용접함으로써 제작했다. 그리고, 제 2 실시예의 각 시험편(12)과 제 2 비교예의 각 시험편(12)에 대해서, 용접부(3)의 표면(3a) 및 그 근방의 잔류 응력, 용접부(3)의 평균 경도, 용접부(3)의 응고 종단부의 오목부 깊이(h), 회전 굽힘 피로 강도를 각각 측정하여 평가했다. 이하의 표 3 및 표 4에, 제 2 실시예 및 제 2 비교예의 용접 조건과 측정 결과를 나타낸다. 또한, Si, Mn, P, S에 대해서 S35C와 같은 질량%를 갖고 또한 C를 0.42질량%∼0.48질량% 갖는 S45C에 대해서는, 키홀 용접의 용융 부분이 응고한 단계에서 용접부에 균열이 들어가 깨지기 쉽게 되어 있기 때문에, 이 단계에서 명백히 피로 강도에 열악하다고 판단되어 각종 측정 및 그것에 근거하는 평가를 행하지 않았다.
Figure pct00003
Figure pct00004
용접부(3)의 표면(3a)의 잔류 응력은 상기 제 1 실시예와 같은 측정법을 사용함으로써 측정된다. 이 때, 비교예로서의 조건 9, 조건 11, 조건 13, 조건 15 및 조건 17에 있어서는, 측정점 A1에서는 용융 응고부(3d)의 폭방향의 중심점에 있어서의 잔류 응력을 측정하고, 측정점 A2 및 측정점 A3에서는 용접에 의해 조직이 변화되어 있지 않는 점에 있어서의 잔류 응력을 측정하고 있다. 또한, 실시예로서의 조건 10, 조건 12, 조건 14, 조건 16, 조건 18에 있어서는, 측정점 A1에서는 재용융 응고부(5)의 폭방향의 중심점에 있어서의 잔류 응력을 측정하고, 측정점 A2 및 측정점 A3에서는 용접에 의해 조직이 변화되어 있지 않는 점에 있어서의 잔류 응력을 측정하고 있다.
그 결과, 조건 9∼조건 18의 모두에 있어서, 측정점 A1의 잔류 응력이 음의 값이 되고, 측정점 A1 부근에서 압축 응력을 가지고 있는 것이 명백하게 되었다. 또한, 조건 10, 조건 12, 조건 14 및 조건 16의 시험편(12)의 측정점 A1에 있어서의 잔류 응력, 즉 키홀 용접 후에 열전도 용접을 행한 시험편(12)의 측정점 A1에 있어서의 잔류 응력은 조건 9, 조건 11, 조건 13 및 조건 15의 시험편(12)의 측정점 A1에 있어서의 잔류 응력, 즉 키홀 용접만을 행한 시험편(12)의 측정점 A1에 있어서의 잔류 응력보다 각각 작은 음의 값이 되었다. 따라서, 키홀 용접 후에 열전도 용접을 행한 조건 10, 조건 12, 조건 14 및 조건 16에서는 키홀 용접만을 행한 조건 9, 조건 11, 조건 13 및 조건 15보다 측정점 A1 부근에 있어서의 균열의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 조건 17 및 조건 18의 경우, 즉, 시험편(12)이 S35C에 의해 형성되어 있는 경우에 있어서는, 키홀 용접 후에 열전도 용접을 행한 실시예(조건 18)의 측정점 A1에 있어서의 잔류 응력이 키홀 용접만을 행한 비교예(조건 17)의 측정점 A1에 있어서의 잔류 응력보다 약간 큰 음의 값이 되어 있다. 그렇지만, 다른 비교예인 조건 13, 조건 15 및 조건 17보다 작은 음의 값을 가지고 있는 것으로 보면, S35C를 사용한 조건 18의 실시예에 대해서도, S10C∼S25C를 사용한 다른 실시예와 마찬가지로, 측정점 A1 부근에서의 균열의 발생을 억제하는 것을 기대할 수 있다.
조건 9∼조건 18에 있어서의 이음매(1)의 경도에 관해서는 제 1 실시예의 조건 1∼조건 8과 같은 방법으로, 시험편(12)에 있어서의 응고 재가열부(4) 및 재용융 응고부(5)를 포함하는 모재의 비커스 경도를 측정하여 평가했다. 그 결과, 도 21, 도 23, 도 25, 도 27 및 도 29에 나타내는 바와 같이, 조건 10, 조건 12, 조건 14, 조건 16 및 조건 18에 있어서, 응고 재가열부(4)의 비커스 경도의 평균값이 재용융 응고부(5)의 비커스 경도의 평균값보다 낮아졌다. 또한, 도 20, 도 22, 도 24, 도 26 및 도 28에 나타내는 바와 같이, 조건 9, 조건 11, 조건 13, 조건 15, 조건 17에 있어서, 용융 응고부(3d)의 비커스 경도가 키홀 용접에 의해 용융되어 있지 않는 이음매의 다른 부분보다 높은 수치가 되었다.
여기에서, 도 27에 나타내는 바와 같이, 조건 16에 있어서 (종, 횡)이 (0.3㎜, 0.4㎜)인 지점에서 경도가 726Hv가 되고, (0.3㎜, 0.5㎜)인 지점에서 경도가 655Hv로 되어 있고, 다른 지점과 비교해서 매우 높은 수치가 되었다. 상기 2지점에서 비커스 경도가 높아지는 이유는 조건 1에 있어서의 경도가 높은 지점이 생기는 이유와 마찬가지라고 생각된다. 즉, 이들의 2지점이 키홀 용접에 의한 용융부와, 키홀 용접을 할 때의 가열의 영향을 받아 담금질되는 열 영향부와의 경계 근방에 있고, 경계 근방의 조직이 마르텐사이트화된 것에 기인하는 것으로 생각된다.
또한, 용접부(3)의 응고 종단부(6)의 오목부 깊이(h)는 키홀 용접만을 행한 조건 9, 조건 11, 조건 13, 조건 15 및 조건 17에서는 0.1㎜이 되지만, 키홀 용접 후에 열전도 용접을 행한 조건 10, 조건 12, 조건 14, 조건 16 및 조건 18에서는 0.01㎜∼0.06㎜가 된다. 그리고, 재용융 응고부(5)의 응고 종단부(6)의 오목부 깊이(h)와 재용융 응고부(5)의 깊이(d1)의 수치는 조건 10, 조건 12, 조건 14, 조건 16, 조건 18 중 어느 것에 있어서도, h=0.05㎜, d1=0.23㎜가 되었다. 따라서, 재용융 응고부(5)의 응고 종단부(6)의 오목부 깊이(h)와 재용융 응고부(5)의 깊이(d1)는 상기 식(3)의 관계를 가지고 있다. 이와 같이, 제 2 실시예에 있어서도, 키홀 용접 후에 열전도 용접을 행함으로써 응고 종단부(6)의 오목부 깊이(h)를 보다 적게 할 수 있고, 그 결과 응고 종단부(6)에 작용하는 응력의 집중을 억제할 수 있다.
회전 굽힘 피로 강도에 대해서는 S10C∼S35C의 각 재료로 이루어지는 시험편(12)을 제작하고, 상기 제 1 실시예와 마찬가지로, 상기 시험편(12)을 상기 오노식 회전 굽힘 피로 시험 장치에 부착하여, 2000rpm의 회전수로 2000만회 회전시킨 경우에 파탄할 때의 부하(즉, 시험편(12)의 축방향 중앙부(용접부(3))에서 작용하는 반복 응력의 최대값)를 측정했다. 또한, 측정한 시험편(12)의 회전 굽힘 피로 강도를 평가하기 위해서 상기 시험편(12)과 같은 모양 같은 크기이고, 또한 S10C∼S35C의 각 재료에 의해 이음매 없이 일체 성형된 각 비교용 시험편 13에 대해서도, 마찬가지로 해서 회전 굽힘 피로 시험을 행하고, 모재 자체의 회전 굽힘 피로 강도(모재 강도)를 측정했다.
그 결과, 조건 10, 조건 12, 조건 14, 조건 16, 조건 18 중 어느 시험편(12)에 있어서도, 용융 응고부(3d)의 폭(W0)과, 용융 응고부(3d)의 깊이(d0)와, 재용융 응고부(5)의 폭을 W1, 재용융 응고부(5)의 깊이를 d1이, 상술한 식(1) 및 식(2)의 관계를 충족시키고, 일체 성형으로 이루어지는 시료 13(즉, 모재 자체)보다 높은 회전 굽힘 피로 강도를 얻을 수 있었다. 이것은 제 1 실시예의 시험편(8)의 경우와 마찬가지로, 본 제 2 실시예의 시험편(12)에 있어서, 용접부(3)에 있어서의 재용융 응고부(5)보다 내부측 부분에 형성된 응고 재가열부(4)가 상기 용접부(3)의 표면(3a) 측부분에 형성된 재용융 응고부(5)보다 낮은 경도를 가지고, 보다 높은 인성을 갖기 때문에, 가령 용접부(3)의 표면(3a)에 크랙이 들어가 크랙이 내부로 전파되기 어려워진 것에 기인하는 것으로 생각된다.
이상의 측정 결과로부터, 제 2 실시예인 곳의 조건 10, 조건 12, 조건 14, 조건 16 및 조건 18에서는 모재(2, 2)로서의 시료(10, 10)끼리를 맞대기 용접함으로써 제작한 시험편(12)의 회전 굽힘 피로 강도가 단일 모재로 일체 성형된 비교용 시험편 13(모재 자체)의 회전 굽힘 피로 강도보다 높아지기 때문에, 탄소 농도(탄소 함유율)가 0.1질량%∼0.35질량%인 범위의 강재 모두에 있어서, 피로 강도가 개선되어 있다고 판정했다. 한편, 제 2 비교예인 곳의 조건 9, 조건 15 및 조건 17에서는 시험편(12)의 회전 굽힘 피로 강도가 비교용 시험편 13의 회전 굽힘 피로 강도보다 높아져 피로 강도가 개선되어 있다고 판정될 수 있지만, 조건 11 및 조건 13에서는 시험편(12)의 회전 굽힘 피로 강도가 비교용 시험편 13보다 낮아져 피로 강도가 개선되어 있다고 말할 수 없다. 따라서, 키홀 용접만의 시험편(12)에 대해서는 탄소 농도(탄소 함유량)가 0.1질량%∼0.35질량%의 범위의 강재의 반드시 모두에 있어서, 피로 강도가 개선되어 있다고 말할 수 없다.
1 맞대기 용접 이음매 2 모재
3 용접부 3d 용융 응고부
4 응고 재가열부 5 재용융 응고부
6 응고 종단부 8, 12 시험편
10 시료 11, 13 비교용 시험편

Claims (7)

  1. 단부가 맞대어진 한 쌍의 강재를 모재로 하고, 이들 모재의 표면으로부터 내부를 향해서 상기 단부에 걸치도록 형성된 용접부를 갖는 강재의 맞대기 용접 이음매로서,
    상기 모재에 있어서의 탄소 농도는 0.1질량% 이상 0.35질량% 이하이며,
    상기 용접부는 상기 한 쌍의 모재의 단부를 상기 표면으로부터의 제 1 가열에 의해 용융해서 응고시킨 용융 응고부와, 상기 용융 응고부를 그 표면으로부터 재가열함으로써 상기 용융 응고부를 재용융해서 재응고시킨 재용융 응고부와, 상기 재용융 응고부보다 내부측에 형성되어 있고, 상기 재가열에 의해 용융을 수반하지 않고 상기 용융 응고부의 조직을 변화시킨 응고 재가열부를 가지고 있으며,
    상기 용융 응고부의 폭(W0)과, 상기 용접부의 표면으로부터 상기 용융 응고부의 최심부까지의 깊이(d0)와, 상기 재용융 응고부의 폭(W1)과, 상기 용접부의 표면으로부터 상기 재용융 응고부의 최심부까지의 깊이(d1)가,
    0.46W0≤W1
    0.14d0≤d1≤0.73d0
    인 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 강재의 맞대기 용접 이음매.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 응고 재가열부의 비커스 경도의 평균값이 상기 재용융 응고부의 비커스 경도의 평균값보다 낮은 것을 특징으로 하는 강재의 맞대기 용접 이음매.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 재용융 응고부의 표면의 잔류 응력이 그 폭방향의 중심부에서 압축 응력으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 강재의 맞대기 용접 이음매.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접부의 둘레방향에 있어서의 종단부에 있어서, 상기 재용융 응고부에 형성된 오목부의 상기 용접부의 표면으로부터의 깊이(h)와, 상기 재용융 응고부의 상기 깊이(d1)가,
    0.32d1≥h
    인 관계를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 강재의 맞대기 용접 이음매.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융 응고부는 키홀 용접에 의해 형성되고, 상기 재용융 응고부 및 응고 재가열부는 열전도 용접에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 강재의 맞대기 용접 이음매.
  6. 강재로 이루어지는 한 쌍의 모재의 단부끼리를 맞대고, 이들 모재의 표면으로부터 내부를 향해서 상기 단부에 걸치도록 용접부를 형성하는 강재의 맞대기 용접 이음매의 제조 방법으로서,
    상기 모재에 있어서의 탄소 농도는 0.1질량% 이상 0.35질량% 이하이며,
    상기 용접부는,
    상기 한 쌍의 모재의 단부를 상기 표면으로부터의 제 1 가열에 의해 용융해서 응고시킴으로써 용융 응고부를 형성하는 제 1 스텝과,
    상기 용융 응고부를 그 표면으로부터 재가열함으로써, 상기 용융 응고부를 재용융해서 재응고시킴으로써 재용융 응고부를 형성함과 아울러, 상기 재용융 응고부보다 내부측에 용융을 수반하지 않고 상기 용융 응고부의 조직을 변화시킨 응고 재가열부를 형성하는 제 2 스텝에 의해 형성되고,
    이 때, 상기 용융 응고부의 폭(W0)과, 상기 용접부의 표면으로부터 상기 용융 응고부의 최심부까지의 깊이(d0)와, 상기 재용융 응고부의 폭(W1)과, 상기 용접부의 표면으로부터 상기 재용융 응고부의 최심부까지의 깊이(d1)가,
    0.46W0≤W1
    0.14d0≤d1≤0.73d0
    인 관계를 가지고 있는 것 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 스텝에 있어서 용융 응고부는 키홀 용접에 의해 형성되고, 상기 제 2 스텝에 있어서 재용융 응고부 및 응고 재가열부는 열전도 용접에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 맞대기 용접 이음매의 제조 방법.
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