KR20220157770A - 중공형 용가재의 예열과 진동을 동반한 티그용접 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모재에 대한 티그용접 방법에 있어서: 상기 모재와 토치(10)에 송급제어기(20)와 용접제어기(30)를 연결하고 중공부(16)를 갖춘 용가재(15)를 송급하면서 전류를 인가하여 용접하되, 상기 용가재(15)의 단부 발열로 예열을 유발하면서 설정된 진폭과 주파수의 진동을 부가하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 중공형 단면을 갖는 용가재를 기반으로 하여 안정적인 송급이 가능한 전류를 통전시키면서 용가재를 예열시키고 적절한 진동을 부가하는 방식으로, 용가재의 원가상승이 없고 일정한 송급으로 생산성을 향상하며 요구되는 다양한 용접 조건을 적용하기 용이한 효과가 있다.

Description

중공형 용가재의 예열과 진동을 동반한 티그용접 방법 {Tig welding method with preheat and vibration of hollow filler metal}

본 발명은 티그용접 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 중공형 단면을 갖는 용접용 용가재를 예열과 진동을 시키면서 송급시키는 중공형 용가재의 예열과 진동을 동반한 티그용접 방법에 관한 것이다.

일반적으로 발전설비, 해양플랜트 또는 석유화학 플랜트의 배관설비 등에는 탄소강, 스테인리스 강 및 인코넬 등이 모재로 사용되고 그 이음부를 동일 재질의 동일하거나 혹은 높은 기계적 성질을 갖는 금속을 재료로 사용하여 이어 붙여 사용한다. 이러한 용접에는 보통 맞대기용접과 필릿 용접이라 한다.

TIG용접의 생산성을 높이기 위해서는 전류를 높이고 용접속도를 증가시켜야 하지만 대전류를 사용하게 되면 아크 압력에 의한 강한 아크력에 의해 용융 표면에 심한 압입현상이 생기며, 언더컷, 험핑비드, 터널비드 그리고 분리비드와 같은 용접결함이 발생하게 된다.

또한, 용착속도를 높여 생산성을 향상시키기 위해서는 원형 와이어 송급속도를 높여야 하지만 이는 1.0 또는 1.2 mm의 가는 와이어를 사용할 경우 높은 와이어 송급속도로 인해 아크열을 흡수할 수 있는 시간적 여유가 부족하고 아크중심에서 조금만 어긋나게 송급되어도 와이어가 용융되지 못하고 용융풀 밖으로 빠져나와 미용융 와이어가 형성되고, 이 경우 용접이 중단되어 생산성이 낮아지므로 현장에서는 충분히 높은 전류로 용접해야 하는 문제가 발생된다.

이와 관련하여 하기의 한국 공개특허공보 제2013-0028392호, 한국 등록특허공보 제1431734호 등과 같은 선행기술문헌을 참조할 수 있다.

전자는 와이어형 부가 용가재를 포함하는 아크 용접 장치에 있어서, 용접 전극은 용접기의 양극(+극)에 연결하고, 용접부재 및 용가재는 각각 용접기의 음극(-극)에 연결하여, 용접 전극으로부터 용접부재로 흐르는 전류의 일부를 용가재로 우회시켜 용가재가 예열되도록 한다.

후자는 TIG 용접용 용가재로서, 횡단면적이 1 내지 8㎟, 두께 0.2 내지 2mm, 폭 2 내지 8mm이며 종횡비는 2 내지 40이고, 횡단면이 직사각형의 형상을 갖으며, 용가재의 송급속도는 5 내지 30mm/sec의 범위, 용접전류는 100 내지 400A의 범위, 아크길이는 3 내지 8mm의 범위로 한다.

다만, 상기한 선행문헌과 같은 용접조건 설정이나 용가재 물성만으로 TIG용접의 생산성을 높이기 한계성을 보이는 측면에서 개선의 여지가 있다.

한국 공개특허공보 제2013-0028392호 "우회전류를 이용한 핫 와이어 아크 용접 장치 및 이를 이용한 핫 와이어 아크 용접 방법" (공개일자 : 2013.03.19.) 한국 등록특허공보 제1431734호 "TIG 용접용 용가재 및 이를 이용한 TIG 용접방법" (공개일자 : 2014.03.12.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 중공형 단면을 갖는 용가재를 기반으로 하여 안정적인 송급이 가능한 전류를 통전시키면서 용가재를 예열시키고 적절한 진동을 부가하는 중공형 용가재의 예열과 진동을 동반한 티그용접 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 모재에 대한 티그용접 방법에 있어서: 상기 모재와 토치에 송급제어기와 용접제어기를 연결하고 중공부를 갖춘 용가재를 송급하면서 전류를 인가하여 용접하되, 상기 용가재의 단부 발열로 예열을 유발하면서 설정된 진폭과 주파수의 진동을 부가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 용가재는 0.5 내지 10㎟의 단면적을 갖고, 중공부는 0.785 내지 8.038㎟의 단면적으로 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 용가재의 예열 상태를 유지하도록 0 내지 200A의 전류를 인가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 용가재에 대한 진동은

10mm 범위 내에서 0 내지 30Hz 범위로 부가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 용가재는 송급성 조절을 위해 시임부를 저입열 브레이징 처리하는 구성 및 외면에 일정한 표면거칠기의 산화막을 형성하는 구성 중의 적어도 하나를 적용하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 중공형 단면을 갖는 용가재를 기반으로 하여 안정적인 송급이 가능한 전류를 통전시키면서 용가재를 예열시키고 적절한 진동을 부가하는 방식으로, 용가재의 원가상승이 없고 일정한 송급으로 생산성을 향상하며 요구되는 다양한 용접 조건을 적용하기 용이한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 티그용접 모식도
도 2는 본 발명에 따른 방법에 적용되는 용가재의 일예의 모식도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 발전설비, 해양플랜트 또는 석유화학 플랜트 등의 배관설비에 적용되는 모재에 대한 티그용접 방법에 관하여 제안한다. 배관용 탄소강, 스테인리스 강 및 인코넬 등의 모재에 대한 티그용접을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.

본 발명에 따르면 상기 모재와 토치(10)에 송급제어기(20)와 용접제어기(30)를 연결하고 중공부(16)를 갖춘 용가재(15)를 송급하면서 전류를 인가하여 용접하는 방식을 기반으로 한다.

도 1을 참조하면, 모재에 연계되는 토치(10), 송급제어기(20), 용접제어기(30) 등이 나타난다. 토치(10)는 텅스텐 소재의 전극(12)을 갖추고 용가재(15)를 송급 가능하게 지지한다. 송급제어기(20)는 모재와 용가재(15)에 전원을 인가하고, 용가재(15)에 대한 송급을 수행한다. 용접제어기(30)는 모재와 토치(10)에 전원을 인가하고 송급제어기(20)와 연계하여 설정된 티그용접을 수행한다.

이때, 본 발명은 중공형의 용가재(15)를 송급제어기(20)에 탑재한 상태에서 송급한다. 중공부(16)를 갖춘 중공형 용가재(15)는 공지의 플럭스 코어드 와이어처럼 포밍ㆍ드로잉을 거쳐 인발 성형하거나 다수의 성형롤러에 원료(빌렛, 스트립)를 통과시켜 제관하는 방식으로 형성된다. 다만, 도 2처럼 용가재(15)의 중공부(16)에는 어떠한 소재(분말)도 넣지 않는다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 용가재(15)는 0.5 내지 10㎟의 단면적을 갖고, 중공부(16)는 0.785 내지 8.038㎟의 단면적으로 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 중공형 용접용 용가재는 공지의 방식으로 제조가 편리하고, 분말이 포함되지 않아 제조 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다. 원료를 다양한 조합으로 선택할 수 있으므로 다양한 특성의 용가재를 제조할 수 있다. 또한 중공 구조에 의해 강성이 낮아지므로 송급이 유연하여 불균일이 발생하지 않으므로 생산속도를 향상하기 유리하다. 특히 용가재(15)의 제시된 0.5 내지 10㎟의 단면적과 중공부(16)의 제시된 0.785 내지 8.038㎟의 단면적은 송급성과 후술하는 예열 작용을 비롯하여 전반적인 용접성 최적화에 부합되는 설계 요소이다.

또한, 본 발명에 따르면 상기 용가재(15)의 단부 발열로 예열을 유발하면서 설정된 진폭과 주파수의 진동을 부가하는 것을 특징으로 한다.

도 1에서, 모재를 +극성으로 중공형 용가재를 모재 극성과 반대되는 ??극성에 연결하여 용가재 단부에서 발열에 의한 예열을 유발하는 상태를 나타낸다. 물론 모재와 용가재의 극성을 상호 반대로 연결할 수도 있다. 중공형 용가재(15)의 경우 단면적이 축소되어 전류밀도(전류/용가재 단면적)가 높아지므로 큰 저항발열을 발생시켜 예열할 수 있다. 이로 인하여 용착량이 증가하여 생산속도가 향상되는 효과가 있다. 중공형 용가재(15)에 예열과 더불어 설정된 진폭과 주파수의 진동을 부여하는 것은 후술하는 것처럼 중요한 작용효과를 나타낸다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 용가재(15)의 예열 상태를 유지하도록 0 내지 200A의 전류를 인가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 예열에 필요한 전류의 변경이 가능하고 진동을 부여하므로 요구되는 상황에 따라 다양한 방법의 용접조건을 선택하여 용접할 수 있다. 용가재의 끝단부에서 용접 열에 의해 성장하는 용적(Weld droplet)이 텅스텐 전극(12)과 접촉하여 용접 아크가 소멸되는 현상을 막아준다. 용가재의 진동과 용접 아크의 마그네틱 핀치 이펙트(Magnetic pinch effect)의 상호 작용에 의해 용가재(15)의 끝단부에서 용적이 떨어지기 때문이다. 이에, 진동의 패턴(진폭과 주파수)에 대응하여 제어기(20)(30)에서 전류를 0~200A 범위로 증감시킴에 따라 용접 아크가 소멸되는 현상 없이 안정적인 상태의 용접이 가능하게 된다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 용가재(15)에 대한 진동은

10mm 범위 내에서 0 내지 30Hz 범위로 부가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 송급제어기(20)를 이용하여 중공형 용접용 용가재를 송급 진행방향으로

10mm 범위 내에서 0 내지 30Hz로 진동시킨다. 용가재가 진동에 의해 3000~50000℃의 용접 아크에 진동 시간만큼 머무르게 되면서, 용가재 끝단부에서 녹지 않은 용가재 부분이 아크열에 의해 추가적으로 예열되는 효과를 나타낸다. 이를 통해 핫와이어 전원을 통해서도 예열되고 진동에 의해서도 예열되므로, 용가재 단부의 용적(Weld droplet)의 성장이 빨라지고 용가재의 용착량이 증가하기 때문에 궁극적으로 용접 생산성이 향상된다.

현장 적용에 있어서 송급제어기(20)와 용접제어기(30)를 연계하여 압입현상, 언더컷, 험핑비드, 터널비드, 분리비드 등의 결함이 발생하지 않을 정도의 전류를 유지하면서 이에 대응하여 설정된 범위의 진동을 용가재(15)에 부가하여 생산성 향상을 도모하는 것이 바람직하다.

본 발명의 변형예로서, 상기 용가재(15)는 송급성 조절을 위해 시임부(17)를 저입열 브레이징 처리하는 구성 및 외면에 일정한 표면거칠기의 산화막을 형성하는 구성 중의 적어도 하나를 적용하는 것을 특징으로 한다.

도시에는 생략하나, 용가재(15)의 시임부(17)를 브레이징하거나 표면에 산화막을 형성할 수도 있다. 용가재(15)가 제관을 거친 경우 축방향으로 시임부(17)가 형성되며, 시임부(17)를 저입열 접합에 의하여 적어도 부분적으로 봉합하여 강성을 조절할 수 있다. 용가재(15)의 표면에 마그네타이트(Magnetite, Fe3O4) 등의 산화막을 형성하면 송급제어기(20)에서 안정적 접촉이 가능하여 정확한 진동을 실현하는 송급성이 향상된다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 토치 12: 전극
15: 용가재 16: 중공부
17: 시임부 20: 송급제어기
30: 용접제어기

Claims (5)

1. 모재에 대한 티그용접 방법에 있어서:
   상기 모재와 토치(10)에 송급제어기(20)와 용접제어기(30)를 연결하고 중공부(16)를 갖춘 용가재(15)를 송급하면서 전류를 인가하여 용접하되,
   상기 용가재(15)의 단부 발열로 예열을 유발하면서 설정된 진폭과 주파수의 진동을 부가하는 것을 특징으로 하는 중공형 용가재의 예열과 진동을 동반한 티그용접 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 용가재(15)는 0.5 내지 10㎟의 단면적을 갖고, 중공부(16)는 0.785 내지 8.038㎟의 단면적으로 갖는 것을 특징으로 하는 중공형 용가재의 예열과 진동을 동반한 티그용접 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 용가재(15)의 예열 상태를 유지하도록 0 내지 200A의 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 중공형 용가재의 예열과 진동을 동반한 티그용접 방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 용가재(15)에 대한 진동은

   

   10mm 범위 내에서 0 내지 30Hz 범위로 부가하는 것을 특징으로 하는 중공형 용가재의 예열과 진동을 동반한 티그용접 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 용가재(15)는 송급성 조절을 위해 시임부(17)를 저입열 브레이징 처리하는 구성 및 외면에 일정한 표면거칠기의 산화막을 형성하는 구성 중의 적어도 하나를 적용하는 것을 특징으로 하는 중공형 용가재의 예열과 진동을 동반한 티그용접 방법.

Images