KR20210144379A - 유리섬유 백킹재를 이용한 파이프의 이음매 용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파이프와 파이프 사이의 이음매(girth seam) 부분의 맞대기 용접시 고기량의 용접공이 아닌 저기량의 용접공도 용이하게 용접이 이루어질 수 있음은 물론 특히 백 퍼징(back purging)이 필요 없을 뿐만 아니라 우수한 품질로의 용접이 원활하게 이루어질 수 있도록 파이프 사이의 이음매 부분에 개선을 가공하는 단계; 상기 각 파이프를 회전시켜 가면서 상기 개선에 적어도 두 지점 이상에 가 용접부를 형성하는 가 용접 단계; 상기 가 용접된 각 파이프의 이음매 부분의 내면에 유리섬유 백킹재를 부착하는 단계; 상기 유리섬유 백킹재가 부착된 개선에 가 용접부를 덧씌워지면서 가 용접부와 가 용접부 사이에 초층 용접을 수행하는 단계; 상기 초층 용접 후 그 초층 용접 부위의 상부에 각 파이프를 회전시켜 가면서 개선 부분을 메우는 중층 및 표층 용접을 순차적으로 행하는 단계; 및 상기 표층 용접이 완료된 후 각 파이프의 내면에 부착된 유리섬유 백킹재를 제거하는 단계;를 포함하는 유리섬유 백킹재를 이용한 파이프의 이음매 용접방법을 제공한다.
그에 따라 고기량의 용접공이 아닌 저기량의 용접공 또한 번거롭거나 복잡한 과정 없이 용접 시간을 현저하게 단축하여 수행할 수 있는 효과와 함께 용접 부위 또한 높은 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 가진다.

Description

유리섬유 백킹재를 이용한 파이프의 이음매 용접방법{Pipe seam welding method using glass fiber backing material}

본 발명은 유리섬유 백킹재를 이용한 파이프의 이음매 용접방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 파이프와 파이프 사이의 이음매(girth seam) 부분의 맞대기 용접시 고기량의 용접공이 아닌 저기량의 용접공도 용이하게 용접이 이루어질 수 있음은 물론 특히 백 퍼징(back purging)이 필요 없을 뿐만 아니라 우수한 품질로의 용접이 원활하게 이루어질 수 있도록 한 유리섬유 백킹재를 이용한 파이프의 이음매 용접방법에 관한 것이다.

일반적으로 파이프의 원주 이음매(girth seam) 맞대기 용접을 수행함에 있어, Stainless Steel, Duplex Stainless Steel, Super Duplex Stainless Steel 등과 같이 용접 열에 의해 급격하게 산화되는 재질은 용접 이면부에 산화방지를 위하여 용접부를 가운데 두고 파이프 양쪽을 막고 질소(N2), 아르곤(Ar) 등과 같은 불화성 가스를 파이프 내부로 주입하여 퍼징(purging) 후 산소량이 기준치 이하가 되었을 때 용접한다.

상기와 같이 파이프의 이음매 부분의 맞대기 용접시 퍼징하는 종래의 선행기술에는 대한민국 등록특허공보 제10-1561162호, 대한민국 등록실용신안공보 제20-0479434호(이하 '선행기술문헌들 1'이라 한다) 등에 게시된 바 있다.

이러한 선행기술문헌들 1은 퍼징 기술에 관한 것일 뿐, 이음매 용접에 대한 기술적 기재되지 않았다.

아울러, 파이프 사이의 이음매 맞대기 용접시 초층 back bead를 형성하기 위한 가장 일반적인 방법은 "V" 개선으로 가공 후 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW)으로 키 홀(Key hole) 용접을 하는 것이나, 이때 고기량의 용접공이 요구되는 단점을 가진다.

또, Square groove의 경우에는 플라즈마 아크 용접(Plasma Arc welding, PAW)로 키 홀 용접을 하는 것이 통상적이나 초기 장비 투자비가 고가인 단점을 가진다.

상기한 파이프의 이음매 맞대기 용접시 퍼징과 그 맞닿는 이음매 부분을 용접하는 선행 대한민국 등록특허공보 제10-1767988호(이하 '선행기술문헌 2'라 한다)에 게시된 바와 같이 이음매 부분을 다층으로 용접하는 기술도 제안된 바 있다.

상기한 선행기술문헌 2는 키 홀 용접을 수행하는 과정에서 고기량의 용접공이 요구되는 단점을 가진다.

한편, 플레이트(plate) 형태의 맞대기 용접하는 과정에서 유리섬유 백킹제를 사용하여 GTAW, 탄산가스 아크 용접(Flux cored Arc Welding, FCAW), 탄산가스 아크 용접(Gas Metal Arc Welding, GMAW) 등의 프로세스로 용접하여 백 비드를 형성하는 방법이 제시된 바, 이러한 선행기술에는 다음과 같다.

대한민국 등록특허공보 제10-357723호, 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0073574호, 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0112294호(이하 '선행기술문헌들 3'이라 한다) 등에 게시된 바 있다.

이러한 선행기술문헌들 3은 플레이트 형태의 맞대기 용접에는 적합할 수 있으나, 파이프와 같은 용접대상에는 적용할 수 없는 단점을 가진다.

대한민국 등록특허공보 제10-1561162호 대한민국 등록실용신안공보 제20-0479434호 대한민국 등록특허공보 제10-1767988호 대한민국 등록특허공보 제10-357723호 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0073574호 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0112294호

상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 본 발명의 구체적인 기술적 해결과제는 파이프와 파이프 사이의 이음매(girth seam) 부분의 맞대기 용접시 고기량의 용접공이 아닌 저기량의 용접공도 용이하게 용접이 이루어질 수 있음은 물론 특히 백 퍼징(back purging)이 필요 없을 뿐만 아니라 우수한 품질로의 용접이 원활하게 이루어질 수 있도록 한 유리섬유 백킹재를 이용한 파이프의 이음매 용접방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 구체적인 기술적 해결과제는 가 용접부와 초층 용접 부위 사이의 결함을 극소화할 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 구체적인 기술적 해결과제는 초층 용접 부위의 신뢰성을 극대화할 수 있도록 하는 데 있다.

상기와 같은 구체적인 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 구체적인 기술적 해결수단은 파이프와 파이프 사이의 이음매 부분에 브이("V) 형태의 개선을 가공하는 단계; 상기 각 파이프를 회전시켜 가면서 상기 브이 형태의 개선에 적어도 두 지점 이상에 백 비드(back bead)를 형성하면서 가 용접부를 형성하는 가 용접 단계; 상기 가 용접된 각 파이프의 이음매 부분의 내면에 유리섬유 백킹재를 부착하는 단계; 상기 유리섬유 백킹재가 부착된 개선에 각 파이프를 회전시켜 가면서 가 용접부를 덧씌워지면서 가 용접부와 가 용접부 사이에 초층 용접을 수행하는 단계; 상기 초층 용접 후 그 초층 용접 부위의 상부에 각 파이프를 회전시켜 가면서 개선 부분을 메우는 중층 및 표층 용접을 순차적으로 행하는 단계; 및 상기 표층 용접이 완료된 후 각 파이프의 내면에 부착된 유리섬유 백킹재를 제거하는 단계;를 포함한다.

상기 가 용접부는 개선의 서로 마주보는 위치에 동일간격을 갖도록 복수 개로 마련된다.

상기 가 용접부의 시단부(시작되는 부분)와 종단부(끝나는 부분)를 그라인딩(grinding) 가공에 의해 곡면으로 가공하는 것을 포함한다.

상기 초층 용접시 초층 용접부위에 슬래그(slag)가 잔존할 경우, 그 슬래그를 제거하는 과정을 거친 후 그 슬래그가 제거된 부분에 재차 초층 용접이 수행되는 것을 더 포함한다.

본 발명은 파이프와 파이프 사이의 이음매(girth seam) 부분의 맞대기 용접시 고기량의 용접공이 아닌 저기량의 용접공도 용이하게 용접이 이루어질 수 있음은 물론 특히 백 퍼징(back purging)이 필요 없을 뿐만 아니라 우수한 품질로의 용접이 원활하게 이루어질 수 있도록 함으로써, 고기량의 용접공이 아닌 저기량의 용접공 또한 번거롭거나 복잡한 과정 없이 용접 시간을 현저하게 단축하여 수행할 수 있는 효과와 함께 용접 부위 또한 높은 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 가 용접부와 초층 용접 부위 사이의 결함을 극소화할 수 있도록 함으로써, 용접 부위의 신뢰성을 더욱더 높일 수 있는 효과도 가진다.

또, 초층 용접 부위의 신뢰성을 극대화할 수 있도록 함으로써, 용접 부위의 결함 또한 극소화할 수 있는 효과도 가진다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 블록도,
도 2는 본 발명의 용접 과정을 설명하기 위한 일부 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 가 용접 부위에 형성된 초층의 매크로를 촬영한 사진(a)과 가 용접부위 사이에 형성되는 초층의 매크로를 촬영한 사진(b)이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 블록도이며, 도 2는 본 발명의 용접 과정을 설명하기 위한 일부 개념도이고, 도 3은 본 발명에 따른 가 용접 부위에 형성된 초층의 매크로를 촬영한 사진(a)과 가 용접부위 사이에 형성되는 초층의 매크로를 촬영한 사진(b)이다.

도시된 바와 같이 통상적인 파이프와 파이프의 이음매 부분의 맞대기 용접은 발명의 배경이 되는 기술에 기재한 바와 같이 퍼징 과정을 거쳐 용접하는 것이나, 이는 오랜 작업시간과 노력 및 퍼징에 필요한 가스 등이 소요되는 단점을 가진다.

더욱이, 파이프 사이의 이음매 맞대기 용접시 초층 back bead를 형성하기 위한 가장 일반적인 방법은 "V" 개선으로 가공 후 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW)으로 키 홀(Key hole) 용접을 하는 것이나, 이때 고기량의 용접공이 요구되는 단점을 가진다.

본 발명은 파이프와 파이프 사이의 이음매(girth seam) 부분의 맞대기 용접시 고기량의 용접공이 아닌 저기량의 용접공도 용이하게 용접이 이루어질 수 있음은 물론 특히 백 퍼징(back purging)이 필요 없을 뿐만 아니라 우수한 품질로의 용접이 원활하게 이루어질 수 있도록 한 유리섬유 백킹재를 이용한 파이프의 이음매 용접방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 유리섬유 백킹재를 이용한 파이프의 이음매 용접방법은 다음과 같은 과정이 수행된다.

먼저, 파이프(P)와 파이프 사이의 원주 이음매 부분에 브이("V) 형태의 개선(10)을 통상적인 가공기나 가공방식 등을 통하여 가공하는 단계(S1)를 수행한다. 이는 종래 파이프와 파이프 사이의 원주 이음매 부분의 맞대기 용접시 행해지는 과정으로 상세한 설명은 생략한다.

다음에, 상기 각 파이프(P)를 통상적인 파이프 로테이터(pipe rotator) 등에 의해 회전시켜 가면서 상기 브이 형태의 개선(10)에 적어도 두 지점 이상에 백 비드(back bead)를 형성하면서 가 용접부(20)를 형성하는 가 용접 단계(S2)를 행한다. 상기 가 용접부는 공지된 티그용접(inert-gas tungsten arc welding, TIG welding) 등에 의해 이루어진다.

다시 말해서, 파이프와 파이프의 원주 이음매 부분을 가 용접에 의해 일정 거리를 유지하면서 초층 용접시 고기량의 용접공이 아닌 저기량의 용접공 또한 초층 용접이 원활하게 이루어질 수 있는 기반이 되는 기술적 구성요소이다.

여기서, 상기 가 용접부(20)는 개선의 서로 마주보는 위치에 동일간격을 갖도록 복수 개로 마련된다. 즉, 도시된 바와 같이 가 용접부를 일 예로 90°의 간격을 갖도록 함으로써, 파이프와 파이프 사이의 일정한 간격 유지할 수 있도록 함은 물론 초층 용접이 더욱더 편리하고 쉽게 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 가 용접부위 서로 대응되는 180°에 위치할 경우, 가 용접부 사이의 초층의 용접이 불편할 수 있는 것이며, 너무 좁은 간격으로 형성시에는 가 용접이 번거로움을 가질 수 있다.

또한, 상기 가 용접부(20)의 시단부(시작되는 부분)와 종단부(끝나는 부분)를 통상적인 가공방식인 그라인딩(grinding) 가공에 의해 곡면(22)으로 가공하는 것이 바람직하다.

이는 후술하는 초층 용접시 가 용접부와 초층 용접 부위 사이의 결함을 최소화할 수 있는 기술적 구성요소이다.

다시 말해서, 상기 가 용접부는 티그 용접에 따른 시단부와 종단부가 불규칙함에 따라 초층 용접시 그로 인한 서로 접하는 부분에 결함이 발생할 수 있는 관계로, 초층 용접이 용이하면서 그 접하는 부위의 결함을 최소화할 수 있도록 곡면 가공하는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 가 용접된 각 파이프(P)의 이음매 부분의 내면에 유리섬유 백킹재(30)를 부착하는 단계(S3)를 행한다. 상기 유리섬유 백킹재는 파이프의 내면에 통상적인 지그(jig) 등을 사용하여 고정할 수 있음은 물론 알루미늄 테이프 등으로 부착 고정될 수 있다.

즉, 파이프의 이음매 부분의 내면에 유리섬유 백킹재를 부착함으로써, 파이프 이음매 맞대기 용접에 따른 퍼징 과정을 수행하지 않고도 원활하게 수행될 수 있는 조건을 가진다. 이는 발명의 배경이 되는 기술 선행기술문헌들 3에 기재된 사항과 대등소유하므로 상세한 설명은 생략한다.

그리고 나서 상기 유리섬유 백킹재(30)가 부착된 개선에 각 파이프를 회전시켜 가면서 가 용접부(20)를 덧씌워지면서 가 용접부와 가 용접부 사이에 초층(40) 용접을 수행하는 단계(S4)를 행한다. 상기 초층 용접은 통상 FCAW 또는 GMAW에 의해 이루어진다.

다시 말해서, 본 발명에서의 상기 초층 용접은 파이프 사이의 이음매 부분에 일정 간격으로 형성되어 있는 가 용접부가 형성되어 있는 관계로, 고기량의 용접공이 아니더라도 저기량의 용접공 또한 손쉽고 간편하게 행할 수 있는 것이다.

여기서, 상기 초층 용접시 초층 용접부위에 슬래그(slag)가 잔존할 경우, 그 슬래그를 제거하는 과정을 거친 후 그 슬래그가 제거된 부분에 재차 초층 용접이 수행하는 것이 바람직하다.

즉, 초층 용접을 수행하는 과정에서 파이프가 회전되는 과정에서 이루어지면서 일부의 슬래그는 낙하 또는 제거되지만 혹여 일부의 슬래그는 잔존할 수 있는 관계로, 슬래그 잔존시에는 용접 불량의 원인을 제공하는 것이므로 슬래그를 제거 후 초층 용접을 이어가는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 초층(40) 용접 후 그 초층 용접 부위의 상부에 각 파이프를 회전시켜 가면서 개선 부분을 메우는 통상적인 중층(40A) 및 표층(40B) 용접을 순차적으로 행하는 단계(S5)를 행한다.

마지막으로, 상기 표층 용접이 완료된 후 각 파이프의 내면에 부착된 유리섬유 백킹재(30)를 제거하는 단계(S6)를 수행함으로써, 일련의 유리섬유 백킹재를 이용한 파이프의 이음매 용접이 완료된다.

이렇게, 본 발명은 복잡한 과정을 거치는 것이 아니라 파이프 사이의 이음매 부분에 가 용접부 형성과 유리섬유 백킹재를 사용함으로써, 퍼징 과정을 생략할 수 있음으로 인한 작업시간 단축과 우수한 경제성을 가진다.

특히, 고기량의 용접공이 아닌 저기량의 용접공에 의해서도 우수한 신뢰성을 가지는 파이프 용접이 행해질 수 있는 조건 또한 가진다.

10 : 개선 20 : 가 용접부
22 : 곡면 30 : 유리섬유 백킹재
40 : 초층 40A : 중층
40B : 표층

Claims (4)

1. 파이프와 파이프 사이의 이음매 부분에 브이("V) 형태의 개선을 가공하는 단계;
   상기 각 파이프를 회전시켜 가면서 상기 브이 형태의 개선에 적어도 두 지점 이상에 백 비드(back bead)를 형성하면서 가 용접부를 형성하는 가 용접 단계;
   상기 가 용접된 각 파이프의 이음매 부분의 내면에 유리섬유 백킹재를 부착하는 단계;
   상기 유리섬유 백킹재가 부착된 개선에 각 파이프를 회전시켜 가면서 가 용접부를 덧씌워지면서 가 용접부와 가 용접부 사이에 초층 용접을 수행하는 단계;
   상기 초층 용접 후 그 초층 용접 부위의 상부에 각 파이프를 회전시켜 가면서 개선 부분을 메우는 중층 및 표층 용접을 순차적으로 행하는 단계; 및
   상기 표층 용접이 완료된 후 각 파이프의 내면에 부착된 유리섬유 백킹재를 제거하는 단계;를 포함하는 유리섬유 백킹재를 이용한 파이프의 이음매 용접방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가 용접부는 개선의 서로 마주보는 위치에 동일간격을 갖도록 복수 개로 마련되는 유리섬유 백킹재를 이용한 파이프의 이음매 용접방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 가 용접부의 시단부(시작되는 부분)와 종단부(끝나는 부분)를 그라인딩(grinding) 가공에 의해 곡면으로 가공하는 것을 포함하는 유리섬유 백킹재를 이용한 파이프의 이음매 용접방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 초층 용접시 초층 용접부위에 슬래그(slag)가 잔존할 경우, 그 슬래그를 제거하는 과정을 거친 후 그 슬래그가 제거된 부분에 재차 초층 용접이 수행되는 것을 더 포함하는 유리섬유 백킹재를 이용한 파이프의 이음매 용접방법.
   

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