KR20210107495A - 맞대기 이음 편면용접 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 상갑판 및 탱크정판 부위의 용접을 위한 맞대기 이음 편면용접 방법에 관한 것으로,
플럭스 코어드 아크 용접(CO2 용접) 공정의 시행 후에 서브머지드 아크 용접(SAW) 공정을 시행할 때에 두
강재(1)의 접합부에 용접용 와이어를 가늘게 절단한 와이어 절단가루(101)를 살포하고(S140), 그 위에
플럭스(4)를 도포하며 그 속에 용접 와이어(2)를 연속적으로 송급하면서 용접 와이어(2) 선단과 강재(1)
와의 사이에 아크를 발생시켜 그 열로 두 강재(1)를 용접함으로써(S150), 와이어 절단가루의 용융에 의
해 용착량이 증가되므로 요구되는 용접 시공회수가 감소되며, 이에 작업시수가 크게 감소되는 이점이 있
다.

Description

맞대기 이음 편면용접 방법{b}

본 발명은 선박의 상갑판(upper deck) 및 탱크정판(tank top) 부위의 용접을 위한 맞대기 이음 편면용접

방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강재를 맞대기 이음 편면용접으로 플럭스 코어드 아크 용접(flux

cored arc welding; CO2 용접) 공정의 시행 후에 와이어 절단가루(cut wire)를 이용한 서브머지드 아크

용접(submerged arc welding; SAW) 공정을 시행하여 용접 공법의 효율성이 향상되도록 한 조합 용접 공

법에 관한 것이다.

주지와 같이, 맞대기 이음은 강재끼리 맞대어진 상태, 즉 일직선으로 나란히 된 상태로 접합하는 이음으

로서, 용접부를 따라 용착 금속이 메워지도록 개선(beveling)을 형성하여야 하며, 강재의 V자형 개선 사

이에 루트 캡(root cap)을 두고 용접한다.

이러한 맞대기 이음은 강재의 맞대기 이음부를 양면에서 용접하는 양면용접과 상부만을 용접하는 편면용

접(one-side welding)으로 나뉘어 지며, 양면용접은 상판 용접 후에 판재를 뒤집어야 하는 단점이 있으

므로 편면용접이 다양하게 개발되어 널리 사용되는 추세이다.

아울러, 편면용접은 강재 이면에 세라믹 뒷댐재를 부착하여 용융금속의 용락을 방지하면서 편면용접을

시행하는 공법과, 강재의 두께 증가에 의한 용착량의 증가와 이에 따른 발생열에 의한 세라믹 뒷댐재의

탈착을 방지하고자 전자석이나 지그를 이용하여 세라믹 뒷댐재를 강재 이면에 부착하고 이를 아래 보기

용접하는 공법이 있다.

그리고, SAW는 강재의 접합부에 입상의 용제, 즉 플럭스를 도포하고 그 속에 용접 와이어를 연속적으로

송급하면서 와이어 선단과 강재와의 사이에 아크를 발생시켜 그 열로 강재를 용접하는 방법이다. 이때

발생된 아크 열은 와이어, 강재 및 플럭스를 용융시키며 용융된 플럭스는 슬래그로 형성되고 용융금속은

용접비드를 형성하게 된다.

이러한 SAW는 대전류 용접이 가능하여 각종 용접 방법과 비교할 때 열효율이 매우 높으며 피복 아크 용

접(SMAW)에 비하여 약 4∼5배 이상의 융착속도를 발생시킬 수 있다.

아울러, SAW를 사용하기 위해서는 자동화된 용접장비가 필요하며 이는 용접전원, 와이어 송급장치, 주행

대차, 제어장치, 플럭스 살포 및 회수장치로 이루어진다. 이러한 용접장비에 의하면 와이어 송급장치의

와이어 릴(reel)에 설치된 코일 형상의 용접 와이어가 송급모터의 롤러 회전구동에 의해 연속적으로 접

속부에 송급되고, 와이어 송급장치를 탑재한 주행대차는 레일 위를 일정한 속도로 이동하면서 용접선을

따라 아크를 이동시켜 용접을 진행한다.

한편, 상기와 같은 맞대기 이음 및 SAW를 이용하여 선박의 상갑판 및 탱크정판 부위의 용접을 하기 위한

종래의 공법들은 다음과 같다.

1. 도 1에 나타낸 바와 같이 강재(1)의 최대 두께가 20㎜, 개선각이 40∼50°, 루트 캡이 6∼10㎜의 조

건일 때에는 직경이 1.4㎜인 와이어(2)를 사용하며, 먼저 강재(1) 이면에 세라믹 뒷댐재(3)를

부착하고(S11), CO2 용접 공정을 2회의 시공회수에 걸쳐 시행한 후(S12∼S13), 접합부에 플럭스(4)를 도

포하여 SAW 공정을 2회의 시공회수에 걸쳐 시행하는 공법(S14∼S15).

2. 강재의 두께가 20t 이상인 강판은 CO2 용접 공정을 2회의 시공회수에 걸쳐 시행한 후 SAW 공정을 3∼4

회의 시공회수에 걸쳐 시행하는 공법.

그러나, 상기와 같은 종래의 용접 공법에서 SAW 공정은 판재가 비교적 얇은 판일 경우에는 와이어 직경

에 따라 적정 용접 전류를 사용하여 단회에 용착량을 채울 수 있으나, 두꺼운 판의 경우에 개선각이 크고 루트 캡이 증가되면 와이어 직경이 증가되고 이에 따라 적정 전류로 융착속도를 감소시키면서 여러

차례 편면용접을 시행하여야 하므로 용접 공법의 효율이 낮아져 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 제안한 것으로서, 두 강재를 맞대기 이음

편면용접으로 CO2 용접 공정의 시행 후 SAW 공정을 시행하기 이전에 강재의 접합부에 와이어 절단가루를

먼저 도포한 후에 용접 공정을 시행함으로써, 용접 시공회수를 감소시켜 용접 공법의 효율성이 향상되게

하는 데 그 목적이 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은, SAW 공정에서 미리 도포된 와이어 절단가루의 용융에 의해 용착량이 증가

되므로 요구되는 용접 시공회수가 감소되며, 이에 작업시수가 크게 감소되는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 맞대기 이음 편면용접 방법의 공정도.
도 2는 본 발명에 따른 맞대기 이음 편면용접의 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 맞대기 이음 편면용접 방법의 공정도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 강재 2 : 용접 와이어
3 : 세라믹 뒷댐재 4 : 플럭스(flux)
101 : 와이어 절단가루

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 맞대기 이음 편면용접 방법은, 두 강재를 맞대기 이음 편

면용접으로 플럭스 코어드 아크 용접(CO2 용접) 공정의 시행 후에 서브머지드 아크 용접(SAW) 공정을 시

행하는 조합 용접 공법에 있어서:

상기 SAW 공정은 상기 두 강재의 접합부에 용접용 와이어를 가늘게 절단한 와이어 절단가루를 살포하는

단계와, 상기 살포된 와이어 절단가루 위에 플럭스를 도포하고 그 속에 용접 와이어를 연속적으로 송급

하면서 상기 용접 와이어 선단과 강재와의 사이에 아크를 발생시켜 그 열로 상기 두 강재를 용접하는 단

계를 포함한다.

바람직하기로, 상기 접합부의 조건은 강재두께 10∼30㎜, 개선각 40∼50°, 루트 캡 3∼15㎜로 규정되

고, 상기 와이어 절단가루는 입자의 직경이 0.5∼1.5㎜로 규정된다.

이와 같이 하면, SAW 공정에서 미리 도포된 와이어 절단가루의 용융에 의해 용착량이 증가되므로 요구되

는 용접 시공회수가 감소되며, 이에 작업시수가 크게 감소되는 것이다.

본 발명의 실시예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 가장 바람직한

실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

이 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 맞대기 이음 편면용접의 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 맞대기 이음 편면용

접 방법의 공정도이다. 도 2에서 개선각(θ)은 그 도시의 편의를 위하여 맞각으로 대체하여 표기하였다.

이에 나타낸 바와 같이 본 발명에 의한 조합 용접 공정은, 소정 두께(t)의 두 강재(1) 이면에 세라믹 뒷

댐재(3)를 부착하는 단계(S110)와, 적정한 직경(ψ)의 용접 와이어(2)를 사용하여 강재(1)를 CO2 용접하

는 단계(S120∼S130)와, 강재(1)의 접합부에 용접용 와이어를 가늘게 절단한 와이어 절단가루(101)를 살

포하는 단계(S140)와, 그 위에 플럭스(4)를 도포하고 그 속에 용접 와이어(2)를 연속적으로 송급하면서

용접 와이어(2)의 선단과 강재(1)와의 사이에 아크를 발생시켜 그 열로 두 강재(1)를 용접(SAW)하는 단

계(S150)로 이루어진다.

상기와 같은 용접 공정을 갖는 본 발명의 맞대기 이음 편면용접 방법을 각 단계별로 보다 상세히 설명하

면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 작용 효과를 언급하면 SAW 공정에서 실제적인 용접 과정 이전에 도포된 와이어 절단가

루(101)는 이후의 본 용접(SAW)에 의해 용융되어 용접 시의 용착량을 증가시키며, 이에 용접의 시공회수

가 감소된다.

이와 같은 시공회수 감소 효과는 해당 용접 조건에 따라 차이를 가지는데, 그 조건이 강재두께(t) 20㎜

이하, 개선각(θ) 40∼50°, 루트 캡(d) 6∼10㎜의 경우에는 SAW 시공회수가 1회 이상 감소되고, 강재두

께(t) 20㎜이상인 경우에는 SAW 시공회수가 2∼3회 이상 감소됨을 기초 실험을 통해 알 수 있었다.

아울러, 기초 실험 결과에 의하면 강재두께(t) 10∼30㎜, 개선각(θ) 40∼50°, 루트 캡(d) 3∼15㎜의

조건에서 입자의 직경이 0.5∼1.5㎜인 와이어 절단가루(101)를 사용할 때에 바람직한 결과가 기대된다.

도 3은 강재두께(t) 20㎜이하, 개선각(θ) 40∼50°, 루트 캡(d) 6∼10㎜인 조건에서 수행된 본 발명의

공정도이다.

먼저, CO2 용접 공정은 종래 기술에서와 마찬가지로 두 강재(1) 이면에 세라믹 뒷댐재(3)를 부착하여 용

융금속의 용락을 방지한 상태에서 직경(ψ)이 1.4㎜인 와이어(2)를 사용하여 2회의 시공회수에 걸쳐 CO2

용접한다(S110∼S130).

다음으로, 용접 작업 중인 강재(1)의 성분과 가장 유사한 용접용 와이어를 가늘게 절단, 즉 그 직경이

0.5∼1.5㎜인 와이어 절단가루(101)를 만들어 접합부의 상부에서 표면까지 살포한다(S140).

이후의 SAW 공정은 단 1회의 시공회수에 걸쳐 시행되는데, 플럭스 살포 및 회수장치가 와이어

절단가루(101) 위에 플럭스(4)를 도포하고, 와이어 송급장치는 와이어 릴에 설치된 용접 와이어(2)를 플

럭스(4) 내의 접속부에 연속적으로 송급하며, 와이어 송급장치를 탑재한 주행대차는 레일 위를 일정한

속도로 이동, 즉 용접선을 따라 이동한다.

그러면, 용접 와이어(2)의 선단과 강재(1)와의 사이에 아크가 발생되며, 이 아크열로 아크단 부근의 와

이어, 강재, 와이어 절단가루(101), 그리고 플럭스를 급속히 용융하여 국부적 야금반응이 이루어져 용융

플럭스와 용융금속을 형성한다. 즉 플럭스의 하부층은 용융됨과 동시에 용융금속에 대한 야금적 작용을

마치고 슬래그로 되어 비드(bead)표면에 떠올라 비드를 피복한다(S150).

여기서, 도 1과 도 3을 비교하여 보면 모두 동일한 용접 조건의 공정도이나 도 1의 종래 기술은 SAW가 2

회에 걸쳐 시행되는데 도 3의 본 발명은 SAW가 단 1회에 걸쳐서만 시행되는 것을 쉽게 알 수 있다.

Claims (1)

1. 두 강재를 맞대기 이음 편면용접으로 플럭스 코어드 아크 용접(CO2 용접) 공정의 시행 후에 서브머지드
   아크 용접(SAW) 공정을 시행하는 조합 용접 공법에 있어서:
   상기 SAW 공정은
   상기 두 강재의 접합부에 용접용 와이어를 가늘게 절단한 와이어 절단가루를 살포하는 단계와,
   상기 살포된 와이어 절단가루 위에 플럭스를 도포하고 그 속에 용접 와이어를 연속적으로 송급하면서 상
   기 용접 와이어 선단과 강재와의 사이에 아크를 발생시켜 그 열로 상기 두 강재를 용접하는 단계를 포함
   하여 된 맞대기 이음 편면용접 방법.

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