KR20210078859A - Laser welding method of high carbon steels material - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a laser welding method of a high carbon steel material. The laser welding method of the high carbon steel material according to one embodiment of the present invention comprises the following steps of: forming a welded unit by performing laser arc hybrid welding on the high carbon steel material; and performing heat treatment on the welded unit. The step of performing the laser arc hybrid welding to form the welded unit includes the following steps of: performing MIG arc welding in advance based on the welding direction; and performing laser welding following the Mig arc welding. In the step of performing the MIG arc welding, a filler metal having a carbon content of equal to or less than 0.07 % is used. An object of the present invention is to provide the laser welding method of the high carbon steel material capable of reducing pores inside the welded unit.

Description

고탄소강 소재의 레이저 용접 방법{LASER WELDING METHOD OF HIGH CARBON STEELS MATERIAL}LASER WELDING METHOD OF HIGH CARBON STEELS MATERIAL

본 발명은 고탄소강 소재의 레이저 용접 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laser welding method of a high carbon steel material.

탄소 함유량이 0.5% 이상으로 높은 고탄소강(C)을 레이저 용접하는 경우, 용접부 내부에 다량의 기공이 발생하고 열영향부(Heat Affect Zone) 또는 용접부에서 균열이 발생하게 되어 양호한 용접이 어렵다. When laser welding high carbon steel (C) with a carbon content of 0.5% or more, a large amount of pores are generated inside the weld zone and cracks occur in the heat affected zone or weld zone, making good welding difficult.

특히 열간 압연으로 제조되는 고탄소강의 경우, 표면에 산화 스케일(Scale) 이 존재하고 있어 용접 시에 내부 기공이 발생하여 인장 강도가 저하되고, 성형성에 나쁜 영향을 미치게 된다. In particular, in the case of high-carbon steel manufactured by hot rolling, oxide scale is present on the surface, and internal pores are generated during welding, which lowers tensile strength and adversely affects formability.

또한, 레이저 용접 시 고온의 액체 용융 금속에서 급속히 냉각이 되면서 응고가 일어나는데 탄소 당량(CEQ) 이 높은 고탄소강의 경우 마르텐사이트(Martensite) 변태가 높은 비율로 발생이 된다. 이러한 마르텐사이트 변태 과정에서 미세 금속 조직인 결정립(Grain) 내부에서 응력이 발생하게 되고 응력 차이에 의해 미세 균열이 발생하게 된다. In addition, during laser welding, the high-temperature liquid molten metal is rapidly cooled and solidification occurs. In the case of high-carbon steel having a high carbon equivalent (CEQ), martensite transformation occurs at a high rate. In this martensitic transformation process, stress is generated inside the grain, which is a fine metal structure, and microcracks are generated due to the stress difference.

본 발명에서는 용접부 내부의 기공을 감소시킬 수 있는 고탄소강 소재의 레이저 용접 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a laser welding method of a high-carbon steel material capable of reducing pores inside a welding part.

본 발명의 일 실시예에 따른 고탄소강 소재의 레이저 용접 방법은 고탄소강 소재에 레이저 아크 하이브리드 용접을 진행하여 용접부를 형성하는 단계; 그리고 상기 용접부에 열처리를 진행하는 단계를 포함하고, 상기 레이저 아크 하이브리드 용접을 진행하여 용접부를 형성하는 단계는 용접 방향을 기준으로 선행하여 미그(MIG) 아크 용접을 진행하는 단계, 그리고 상기 미그 아크 용접에 후행하여 레이저 용접을 진행하는 단계를 포함하고, 상기 미그 아크 용접을 진행하는 단계에서 탄소 함유량 0.07 % 이하의 용가재를 사용한다.A laser welding method of a high carbon steel material according to an embodiment of the present invention comprises the steps of performing laser arc hybrid welding on a high carbon steel material to form a weld; and performing heat treatment on the weld, wherein the forming of the weld by performing the laser arc hybrid welding is preceded by performing MIG arc welding based on the welding direction, and the MIG arc welding and performing laser welding following the , using a filler metal having a carbon content of 0.07% or less in the step of performing the MIG arc welding.

상기 열처리를 진행하는 단계는 200 내지 800℃의 예열 온도로 진행하는 제1 열처리 단계, 그리고 800 내지 1100℃의 후열 온도로 진행하는 제2 열처리 단계를 포함할 수 있다.The step of performing the heat treatment may include a first heat treatment step of performing a preheating temperature of 200 to 800°C, and a second heat treatment step of performing a postheating temperature of 800 to 1100°C.

상기 미그 아크 용접은 10 내지 50V의 전압, 20 내지 500 A의 전류로 진행 할 수 있다.The MIG arc welding may be performed with a voltage of 10 to 50V and a current of 20 to 500 A.

상기 레이저 용접은 1 내지 10KW의 레이저 파워로 진행할 수 있다.The laser welding may be performed with a laser power of 1 to 10KW.

상기 레이저 아크 하이브리드 용접은 1 내지 20 mpm의 레이저 접합 속도로 진행할 수 있다. The laser arc hybrid welding may be performed at a laser bonding speed of 1 to 20 mpm.

본 발명의 일 실시예에 따른 고탄소강 소재의 레이저 용접 방법은 고탄소강 소재의 용접부 내부의 기공을 감소시켜 용접부 불량을 최소화할 수 있다. The laser welding method of the high carbon steel material according to an embodiment of the present invention can minimize the defects of the welding portion by reducing the pores inside the welding portion of the high carbon steel material.

또한, 고탄소강 소재의 용접부 및 열영향부 근처에서 발생하는 균열을 최소화하여 인장 강도 및 성형성을 향상시킬 수 있다.In addition, it is possible to improve tensile strength and formability by minimizing cracks occurring near the weld zone and heat-affected zone of the high carbon steel material.

따라서, 제철소 및 다양한 산업 현장에서의 좋은 품질의 고탄소강을 제조할 수 있다. Therefore, it is possible to manufacture high-quality high-carbon steel in steel mills and various industrial sites.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고탄소강 소재의 레이저 용접 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고탄소강 소재의 레이저 용접 방법의 개략적인 도면이다.1 is a flowchart of a laser welding method of a high carbon steel material according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of a laser welding method of a high carbon steel material according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고탄소강 소재의 레이저 용접 방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고탄소강 소재의 레이저 용접 방법의 개략적인 도면이다.1 is a flowchart of a laser welding method of a high carbon steel material according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic view of a laser welding method of a high carbon steel material according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고탄소강 소재의 레이저 용접 방법은 탄소 함유량 0.5% 이상의 고탄소강 소재(10)에 레이저 아크 하이브리드 용접(Laser Arc Hybrid)을 진행하여 용접부(12)를 형성한다(S10).1 and 2, in the laser welding method of a high carbon steel material according to an embodiment of the present invention, laser arc hybrid welding is performed on a high carbon steel material 10 with a carbon content of 0.5% or more. to form the welding part 12 (S10).

레이저 아크 하이브리드 용접은 용접 방향(X)을 기준으로 선행하여 진행하는 미그(Metal Inert Gas, MIG) 아크 용접과, 미그 아크 용접에 후행하여 진행하는 레이저 용접을 포함한다. Laser arc hybrid welding includes MIG (Metal Inert Gas, MIG) arc welding that precedes the welding direction (X) based on the welding direction (X), and laser welding that proceeds following the MIG arc welding.

미그 아크 용접은 미그 아크 용접 열원(20)을 이용하여 10 내지 50V의 전압, 20 내지 500 A의 전류로 진행할 수 있다. 이 때, 미그 아크 용접 열원은 고탄소강 소재(10) 표면에 얕은 용융지(Weld pool)(11)를 형성하여 고탄소강 소재(10) 표면의 산화막(Scale)의 파편들을 증발 및 제거시킬 수 있다. 따라서, 고탄소강 소재(10) 표면의 산화막이 내부로 흘러 들어가지 않게 되고, 기공 발생이 저감될 수 있다. Mig arc welding may be performed at a voltage of 10 to 50 V and a current of 20 to 500 A using the Mig arc welding heat source 20 . At this time, the MIG arc welding heat source forms a shallow molten pool 11 on the surface of the high carbon steel material 10 to evaporate and remove fragments of the oxide film (Scale) on the surface of the high carbon steel material 10 . . Accordingly, the oxide film on the surface of the high carbon steel material 10 does not flow into the inside, and the occurrence of pores can be reduced.

또한, 미그 아크 용접 시, 탄소 함유량 0.07 % 이하의 저탄소 계열의 용가재(Filler wire)(2)를 사용할 수 있다. 용가재(2)는 저탄소계열의 솔리드 와이어(Solid wire)을 포함할 수 있다. 용가재(2)는 0.07% 의 탄소, 0.86% 의 실리콘(Si), 1.53% 의 망간(Mn), 0.012% 의 인(P), 0.007%의 황(S)으로 이루어질 수 있다. 이러한 용가재(2)의 직경은 1.2mm 일 수 있다. 따라서, 고탄소강 소재(10) 내부의 용접부(12)의 탄소 함유량을 저감시킬 수 있으므로, 균열 감수성이 저하되어 고탄소강의 균열을 억제시킬 수 있다.In addition, during MIG arc welding, a low-carbon filler wire 2 having a carbon content of 0.07% or less may be used. The filler metal 2 may include a low-carbon solid wire. The filler metal 2 may be composed of 0.07% carbon, 0.86% silicon (Si), 1.53% manganese (Mn), 0.012% phosphorus (P), and 0.007% sulfur (S). The diameter of this filler metal 2 may be 1.2 mm. Therefore, since the carbon content of the welding part 12 inside the high carbon steel material 10 can be reduced, crack susceptibility falls and it can suppress the crack of high carbon steel.

레이저 용접은 레이저 열원(30)을 이용하여 1 내지 10KW의 레이저 파워로 레이저 빔(1)을 고탄소강 소재(10)에 조사할 수 있다. 또한, 레이저 용접은 1 내지 20 mpm의 레이저 접합 속도로 진행할 수 있다. 이 때, 레이저 열원(30)에 의해 고탄소강 소재(10)의 내부에 키 홀(Key hole)이 형성되면서 용입 깊이가 깊은 용접부(12)가 형성될 수 있다. 따라서, 고탄소강 소재(10) 표면의 산소(O)와 고탄소강 소재(10)의 탄소(C)간의 결합을 억제시켜서 일산화 탄소(CO)에 의한 기공 발생을 더욱 감소시킬 수 있다. In the laser welding, a laser beam 1 may be irradiated to the high carbon steel material 10 with a laser power of 1 to 10KW using a laser heat source 30 . In addition, laser welding may be performed at a laser bonding speed of 1 to 20 mpm. At this time, the welding part 12 having a deep penetration depth may be formed while a key hole is formed in the high carbon steel material 10 by the laser heat source 30 . Therefore, by suppressing the bonding between oxygen (O) on the surface of the high carbon steel material 10 and carbon (C) of the high carbon steel material 10, it is possible to further reduce the generation of pores due to carbon monoxide (CO).

다음으로, 레이저 아크 하이브리드 용접에 의해 고탄소강 소재(10)에 형성된 용접부(12)에 열처리를 진행한다(S20). Next, heat treatment is performed on the welded portion 12 formed on the high carbon steel material 10 by laser arc hybrid welding (S20).

열처리는 200 내지 800℃의 예열 온도로 제1 열처리하고, 800 내지 1100℃의 후열 온도로 제2 열처리한다.In the heat treatment, the first heat treatment is performed at a preheating temperature of 200 to 800°C, and the second heat treatment is performed at a postheating temperature of 800 to 1100°C.

이러한 열처리는 고탄소강 소재(10)가 고온에서 용융 및 냉각 되는 과정에서 발생하는 마르텐사이트(Martensite) 변태 비율을 낮게 하여 균열 감수성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 고탄소강 소재(10)의 용접부(12)와 열영향부(HAZ)의 균열을 억제할 수 있다. This heat treatment can reduce the crack susceptibility by lowering the martensite transformation rate that occurs in the process of melting and cooling the high carbon steel material 10 at a high temperature. Accordingly, it is possible to suppress cracks in the welded portion 12 and the heat affected zone (HAZ) of the high carbon steel material 10 .

본 개시를 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.Although the present disclosure has been described through preferred embodiments as described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and variations are possible without departing from the scope of the claims set forth below. Those in the field will understand easily.

2: 용가재 3: 레이저 빔
10: 고탄소강 소재 20: 미그 아크 용접 열원
30: 레이저 열원 2: filler metal 3: laser beam
10: high carbon steel material 20: Mig arc welding heat source
30: laser heat source

Claims (5)

고탄소강 소재에 레이저 아크 하이브리드 용접을 진행하여 용접부를 형성하는 단계; 그리고
상기 용접부에 열처리를 진행하는 단계
를 포함하고,
상기 레이저 아크 하이브리드 용접을 진행하여 용접부를 형성하는 단계는
용접 방향을 기준으로 선행하여 미그(MIG) 아크 용접을 진행하는 단계, 그리고
상기 미그 아크 용접에 후행하여 레이저 용접을 진행하는 단계를 포함하고,
상기 미그 아크 용접을 진행하는 단계에서 탄소 함유량 0.07 % 이하의 용가재를 사용하는 고탄소강 소재의 레이저 용접 방법.forming a weld by performing laser arc hybrid welding on a high carbon steel material; And
performing heat treatment on the welded part
including,
The step of forming a weld by performing the laser arc hybrid welding is
Proceeding with MIG (MIG) arc welding in advance based on the welding direction, and
and performing laser welding following the Mig arc welding,
A laser welding method of a high carbon steel material using a filler metal having a carbon content of 0.07% or less in the step of performing the MIG arc welding. 제1항에 있어서,
상기 열처리를 진행하는 단계는
200 내지 800℃의 예열 온도로 진행하는 제1 열처리 단계, 그리고
800 내지 1100℃의 후열 온도로 진행하는 제2 열처리 단계를 포함하는 고탄소강 소재의 레이저 용접 방법.According to claim 1,
The heat treatment step is
A first heat treatment step proceeding to a preheating temperature of 200 to 800 °C, and
A laser welding method of a high carbon steel material comprising a second heat treatment step proceeding to a post-heating temperature of 800 to 1100 °C. 제1항에 있어서,
상기 미그 아크 용접은 10 내지 50V의 전압, 20 내지 500 A의 전류로 진행하는 고탄소강 소재의 레이저 용접 방법.According to claim 1,
The MIG arc welding is a laser welding method of a high carbon steel material that proceeds with a voltage of 10 to 50V, and a current of 20 to 500 A. 제1항에 있어서,
상기 레이저 용접은 1 내지 10KW의 레이저 파워로 진행하는 고탄소강 소재의 레이저 용접 방법.According to claim 1,
The laser welding is a laser welding method of a high carbon steel material that proceeds with a laser power of 1 to 10KW. 제1항에 있어서,
상기 레이저 용접은 1 내지 20 mpm의 레이저 접합 속도로 진행하는 고탄소강 소재의 레이저 용접 방법.According to claim 1,
The laser welding is a laser welding method of a high carbon steel material that proceeds at a laser bonding speed of 1 to 20 mpm.
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