KR20240064271A - Arc welding method of cladding material using keyhole - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모재와 상기 모재의 상면에 상기 모재와 다른 소재의 클래드가 접합된 클래드재의 맞대기 이음부를 용접하는 방법에 관한 것으로서, 용접토치 내에 설치된 냉각수단에 의해 냉각되는 텅스텐 전극에 500~650A의 고전류를 인가하여 중심부에 압력이 집중된 아크를 상기 맞대기 이음부에 인가함으로써, 상기 맞대기 이음부에 상기 아크에 의한 용융에 의해 상하를 관통하는 상광하협의 키홀 구조를 갖는 용접부를 형성함과 동시에 상기 용접부로 실드가스를 공급하여 상기 아크를 중심방향으로 가이드하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 아크를 발생시키는 텅스텐 전극이 미리 설정된 각도를 갖는 첨단부를 구비함과 아울러 수냉노즐에 의해 냉각되는 구조로 형성됨에 따라 500~650A의 고전류를 인가할 수 있으므로 클래드재의 맞대기 이음부에 중심부에 압력이 집중된 아크를 발생시켜 1회의 완전용입으로 상하를 관통하는 상광하협의 키홀 구조를 갖는 용접부를 형성함에 따라 신속한 용접작업이 이루어져 제품의 생산성이 크게 향상된다.
또한, 본 발명은 아크에 의해 용융되는 용접부가 상광하협의 키홀 구조로 형성되어 클래드재의 하부로 갈수록 모재의 용융면적이 감소되므로 용융된 용접부의 모재를 구성하는 화학성분이 클래드로 침투하여 희석되는 것을 최소화할 수 있으므로 용접부의 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
아울러, 본 발명은 용접부로 공급되는 용접와이어의 송급속도를 적절하게 제어함으로써, 1회의 완전용입이 가능한 입열량을 충족시키면서도 용융된 용접부의 클래드를 구성하는 화학성분을 충족시킬 수 있으므로 용접부의 품질을 클래드재와 동일하게 유지하면서도 신속한 용접작업이 가능하다.The present invention relates to a method of welding a butt joint of a base material and a clad material where the base material and a clad of a different material are joined to the upper surface of the base material. A high current of 500 to 650 A is applied to a tungsten electrode cooled by a cooling means installed in a welding torch. By applying an arc with pressure concentrated at the center to the butt joint, a weld having a keyhole structure of upper and lower penetrating through the upper and lower sides is formed by melting by the arc in the butt joint, and at the same time, the weld is connected to the weld. It is characterized by supplying shield gas to guide the arc toward the center.
According to the present invention as described above, the tungsten electrode that generates the arc has a tip having a preset angle and is cooled by a water cooling nozzle, so that a high current of 500 to 650 A can be applied, so that the butt of the clad material By generating an arc where pressure is concentrated at the center of the joint, a weld zone with a keyhole structure that penetrates the top and bottom with one complete penetration is formed, allowing rapid welding work and greatly improving product productivity.
In addition, the present invention prevents the chemical components constituting the base material of the molten weld area from penetrating into the clad and being diluted because the weld area melted by the arc is formed in a keyhole structure with upper and lower ends, and the melting area of the base material decreases toward the bottom of the clad material. Since this can be minimized, the quality of the welded area can be prevented from deteriorating.
In addition, the present invention appropriately controls the feeding speed of the welding wire supplied to the welding zone, thereby improving the quality of the welding zone by satisfying the heat input required for one complete penetration and satisfying the chemical components constituting the cladding of the molten welding zone. Fast welding work is possible while maintaining the same quality as the clad material.
Description
본 발명은 클래드재의 아크 용접방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아크를 발생시키는 텅스텐 전극이 미리 설정된 각도를 갖는 첨단부를 구비함과 아울러 수냉노즐에 의해 냉각되는 구조로 형성됨에 따라 500~650A의 고전류를 인가할 수 있으므로 클래드재의 맞대기 이음부에 중심부에 압력이 집중된 아크를 발생시켜 1회의 완전용입으로 상하를 관통하는 상광하협의 키홀 구조를 갖는 용접부를 형성할 수 있도록 한 키홀을 이용한 클래드재의 아크 용접방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for arc welding of clad materials. More specifically, the tungsten electrode that generates the arc has a tip with a preset angle and is cooled by a water-cooled nozzle, so that a high current of 500 to 650 A can be used. Arc welding of clad materials using a keyhole that generates an arc with pressure concentrated in the center of the butt joint of the clad material, allowing the formation of a weld with a keyhole structure of the top and bottom penetrating through the top and bottom with one complete penetration. It's about method.
일반적으로 모재와 모재의 상면에 모재와 다른 소재의 클래드가 접합된 클래드재(접합판재)의 맞대기 이음부를 용접하는 용접방식 중 가스 텅스텐 아크용접(Gas Tungsten Arc Welding, GTAW) 방식은 낮은 설비 가격으로 제품을 제조할 수 있는 장점 때문에 가장 일반적으로 적용되고 있는 방식이다.In general, among the welding methods that weld the butt joint of clad materials (laminated plates) where the base material and the clad of a different material are joined to the upper surface of the base material, the Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) method is used at a low equipment price. This is the most commonly applied method due to its advantages in manufacturing products.
그러나, 상기한 가스 텡스텐 아크용접 방식은 느린 용접속도로 인한 낮은 생산성이 가장 큰 단점으로 지적되고 있어 용접속도를 높이는 것이 제품의 생산성을 높이기 위해 우선적으로 해결해야 할 문제이다.However, the gas tungsten arc welding method mentioned above is pointed out as the biggest disadvantage of low productivity due to slow welding speed, so increasing the welding speed is a problem that must be solved first to increase product productivity.
도 1은 종래 텅스텐 아크 용접방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating a conventional tungsten arc welding method.
도 1을 참조하면, 용접대상물인 클래드재(200)는 모재(201)와 모재(201)의 상면에 모재(201)와 다른 소재의 클래드(202)가 접합된 형태로 이루어진다.Referring to FIG. 1, the clad material 200, which is an object to be welded, is made up of a base material 201 and a clad 202 made of a different material joined to the upper surface of the base material 201.
그리고, 클래드재(200)의 맞대기 이음부를 용접하기 위한 종래 용접토치(100)가 일정길이를 갖고 상하방향으로 배치되되 하단부에 원추형상의 첨단부(101a)가 형성된 텅스텐 전극(101)과, 상기 텅스텐 전극(101)의 외주를 감싸도록 설치되고 상기 텅스텐 전극(101)을 지지하는 콜릿(102)과, 상기 콜릿(102)의 외주 둘레를 따라 설치되고 상기 콜릿(102)의 외측에 실드가스 공급로(S')를 형성하며 하단이 개방된 실드가스 노즐(103)을 포함하여 구성된다.In addition, a conventional welding torch 100 for welding the butt joint of the clad material 200 is disposed in the vertical direction with a certain length and has a cone-shaped tip 101a at the lower end, the tungsten electrode 101, and the tungsten electrode 101. A collet 102 installed to surround the outer circumference of the electrode 101 and supporting the tungsten electrode 101, and a shield gas supply path installed along the outer circumference of the collet 102 and outside the collet 102. It forms (S') and includes a shield gas nozzle 103 with an open bottom.
여기서, 텅스텐 전극(101)은 클래드재(200)의 맞대기 이음부에 아크를 발생시켜 클래드재(200)의 용융에 의한 용접부를 형성하고, 실드가스 노즐은(103) 클래드재(200)의 맞대기 이음부에 형성된 용접부의 산화를 방지하기 위한 실드가스를 분사하는 역할을 한다.Here, the tungsten electrode 101 generates an arc at the butt joint of the clad material 200 to form a weld by melting the clad material 200, and the shield gas nozzle 103 is used to form a welded portion at the butt joint of the clad material 200. It serves to spray shield gas to prevent oxidation of the weld zone formed at the joint.
상기한 종래 텅스텐 아크 용접장치는 도 1의 확대도에 도시된 바와 같이, 텅스텐 전극(101)을 냉각시키기 위한 별도의 냉각구조가 구비되어 있지 않아, 텡스텐 전극에 500~650A의 고전류를 인가하는 경우, 텅스텐 전극(101)의 과열로 인한 열화로 텅스텐 전극(101)이 손상되는 문제가 발생한다.As shown in the enlarged view of FIG. 1, the above-described conventional tungsten arc welding device is not equipped with a separate cooling structure for cooling the tungsten electrode 101, so it is necessary to apply a high current of 500 to 650 A to the tungsten electrode. In this case, a problem occurs in which the tungsten electrode 101 is damaged due to deterioration due to overheating of the tungsten electrode 101.
이에 따라, 종래 텅스텐 아크 용접장치는 통상 200~300A 범위의 비교적 저전류를 텅스텐 전극(101)에 인가하여 용접 작업을 하게 되는데, 텅스텐 전극(101)에 저전류를 인가하는 용접 방식은 텅스텐 전극(101)에서 발생되는 아크의 열전자 방출이 첨단부(101a)에 형성된 경사면을 통해 측방으로 분산되는 문제가 있다.Accordingly, the conventional tungsten arc welding device performs welding by applying a relatively low current, usually in the range of 200 to 300 A, to the tungsten electrode 101. The welding method of applying a low current to the tungsten electrode 101 is a tungsten electrode ( There is a problem in that the thermionic emission of the arc generated at 101) is laterally dispersed through the inclined surface formed at the tip 101a.
이러한 이유로 종래 텅스텐 아크 용접장치는 용입 깊이를 증가시키기 위해 텅스텐 전극(101)의 첨단부 각도(R')를 45°이상으로 형성하여 텅스텐 전극(101)의 첨단부(101a) 경사면을 통해 방출되는 아크가 최대한 하방으로 집중되도록 함으로써, 클래드재(200)의 맞대기 이음부에 높은 입열량이 인가될 수 있도록 하고 있다.For this reason, the conventional tungsten arc welding device forms the angle (R') of the tip of the tungsten electrode 101 to 45° or more to increase the penetration depth, so that the tip 101a of the tungsten electrode 101 is emitted through the inclined surface. By concentrating the arc as downward as possible, a high amount of heat input can be applied to the butt joint of the clad material 200.
그러나, 위와 같은 종래 텅스텐 아크 용접장치는 텅스텐 전극(101)의 첨단부(101a) 각도를 조절하여 발생되는 아크를 최대한 하방으로 집중시킨다 하더라도 인가되는 저전류에 의해 발생되는 아크로는 클래드재(200)의 맞대기 이음부에 충분한 입열량을 인가하기에 한계가 있어 클래드재(200)의 맞대기 이음부에 상하를 관통하는 용입 깊이를 갖는 용접부를 형성하기 위해 용접 횟수를 필연적으로 증가시킬 수 밖에 없는데 이는 결국 제품의 생산성을 저하시키는 결과를 초래하게 된다.However, in the conventional tungsten arc welding device as described above, even if the arc generated by adjusting the angle of the tip 101a of the tungsten electrode 101 is concentrated as downward as possible, the arc generated by the applied low current is not connected to the clad material 200. There is a limit to applying sufficient heat input to the butt joint of the clad material 200, so the number of welds must inevitably be increased to form a weld with a penetration depth that penetrates the top and bottom of the butt joint of the clad material 200. This results in a decrease in product productivity.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 아크를 발생시키는 텅스텐 전극이 미리 설정된 각도를 갖는 첨단부를 구비함과 아울러 수냉노즐에 의해 냉각되는 구조로 형성됨에 따라 500~650A의 고전류를 인가할 수 있으므로 클래드재의 맞대기 이음부에 중심부에 압력이 집중된 아크를 발생시켜 1회의 완전용입으로 상하를 관통하는 상광하협의 키홀 구조를 갖는 용접부를 형성할 수 있도록 한 키홀을 이용한 클래드재의 아크 용접방법을 제공함에 있다.The present invention was devised to solve the above problems. The purpose of the present invention is to form a structure in which a tungsten electrode that generates an arc has a tip having a preset angle and is cooled by a water cooling nozzle. Since a high current of ~650A can be applied, an arc with pressure concentrated in the center of the butt joint of the clad material is generated, which uses a keyhole to form a weld with a keyhole structure that penetrates the top and bottom with one complete penetration. To provide a method for arc welding of clad materials.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 모재와 상기 모재의 상면에 상기 모재와 다른 소재의 클래드가 접합된 클래드재의 맞대기 이음부를 용접하는 방법에 있어서, 용접토치 내에 설치된 냉각수단에 의해 냉각되는 텅스텐 전극에 500~650A의 고전류를 인가하여 중심부에 압력이 집중된 아크를 상기 맞대기 이음부에 인가함으로써, 상기 맞대기 이음부에 상기 아크에 의한 용융에 의해 상하를 관통하는 상광하협의 키홀 구조를 갖는 용접부를 형성함과 동시에 상기 용접부로 실드가스를 공급하여 상기 아크를 중심방향으로 가이드하는 것을 특징으로 하는 키홀을 이용한 클래드재의 아크 용접방법이 제공된다.According to the present invention for achieving the above object, in the method of welding a butt joint of a base material and a clad material where the base material and a clad of a different material are joined to the upper surface of the base material, tungsten cooled by a cooling means installed in a welding torch By applying a high current of 500 to 650 A to the electrode and applying an arc with pressure concentrated at the center to the butt joint, a welded portion having a keyhole structure of upper and lower penetrating through the upper and lower sides is formed at the butt joint by melting by the arc. An arc welding method of a clad material using a keyhole is provided, characterized in that shielding gas is supplied to the welded portion at the same time as forming to guide the arc toward the center.
여기서, 상기 실드가스의 공급량이 2L/min 이상인 것을 특징으로 한다.Here, the supply amount of the shield gas is 2 L/min or more.
그리고, 상기 용접부로 상기 클래드와 상기 모재가 미리 설정된 비율로 혼합된 소재의 용접와이어를 더 공급하되, 상기 용접와이어는 직경 1.2φ이고, 송급속도가 2~4.5m/min인 것을 특징으로 한다.In addition, a welding wire made of a mixture of the clad and the base material at a preset ratio is supplied to the welding zone, and the welding wire has a diameter of 1.2 ϕ and a feeding speed of 2 to 4.5 m/min.
또한, 상기 텅스텐 전극은 하단부에 원추형상의 첨단부가 형성되되, 상기 첨단부는 상기 텅스텐 전극의 축 중심을 기준으로 25~35°경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the tungsten electrode is formed with a cone-shaped tip at the lower end, and the tip is inclined at an angle of 25 to 35 degrees with respect to the axial center of the tungsten electrode.
아울러, 상기 용접부는 1회의 완전용입에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the welded portion is characterized in that it is formed by one complete penetration.
그리고, 상기 용접토치는 일정길이를 갖고 상하방향으로 배치되는 텅스텐 전극 및 상기 텅스텐 전극의 외주를 감싸도록 설치되고, 상기 텅스텐 전극을 지지하는 콜릿 및 상기 콜릿의 외주를 감싸도록 설치되고 내부에 냉각수가 이동하는 통로가 형성된 수냉노즐 및 상기 수냉노즐의 외주 둘레를 따라 설치되고 상기 수냉노즐의 외측에 실드가스 공급로를 형성하며, 하단이 개방된 실드가스 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the welding torch is installed to surround a tungsten electrode disposed in an upward and downward direction with a certain length and the outer circumference of the tungsten electrode, a collet supporting the tungsten electrode and an outer circumference of the collet, and has coolant inside. It is characterized by comprising a water-cooling nozzle having a moving passage, a shield gas nozzle installed along the outer circumference of the water-cooling nozzle, forming a shield gas supply path on the outside of the water-cooling nozzle, and having an open lower end.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 아크를 발생시키는 텅스텐 전극이 미리 설정된 각도를 갖는 첨단부를 구비함과 아울러 수냉노즐에 의해 냉각되는 구조로 형성됨에 따라 500~650A의 고전류를 인가할 수 있으므로 클래드재의 맞대기 이음부에 중심부에 압력이 집중된 아크를 발생시켜 1회의 완전용입으로 상하를 관통하는 상광하협의 키홀 구조를 갖는 용접부를 형성함에 따라 신속한 용접작업이 이루어져 제품의 생산성이 크게 향상된다.According to the present invention as described above, the tungsten electrode that generates the arc has a tip having a preset angle and is cooled by a water cooling nozzle, so that a high current of 500 to 650 A can be applied, so that the butt of the clad material By generating an arc where pressure is concentrated at the center of the joint, a weld zone with a keyhole structure that penetrates the top and bottom with one complete penetration is formed, allowing rapid welding work and greatly improving product productivity.
또한, 본 발명은 아크에 의해 용융되는 용접부가 상광하협의 키홀 구조로 형성되어 클래드재의 하부로 갈수록 모재의 용융면적이 감소되므로 용융된 용접부의 모재를 구성하는 화학성분이 클래드로 침투하여 희석되는 것을 최소화할 수 있으므로 용접부의 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.In addition, the present invention prevents the chemical components constituting the base material of the molten weld area from penetrating into the clad and being diluted because the weld area melted by the arc is formed in a keyhole structure with upper and lower ends, and the melting area of the base material decreases toward the bottom of the clad material. Since it can be minimized, the quality of welded parts can be prevented from deteriorating.
아울러, 본 발명은 용접부로 공급되는 용접와이어의 송급속도를 적절하게 제어함으로써, 1회의 완전용입이 가능한 입열량을 충족시키면서도 용융된 용접부의 클래드를 구성하는 화학성분을 충족시킬 수 있으므로 용접부의 품질을 클래드재와 동일하게 유지하면서도 신속한 용접작업이 가능하다.In addition, the present invention appropriately controls the feeding speed of the welding wire supplied to the welding zone, thereby improving the quality of the welding zone by satisfying the heat input required for one complete penetration and satisfying the chemical components constituting the cladding of the molten welding zone. Rapid welding work is possible while maintaining the same quality as the clad material.
도 1은 종래 텅스텐 아크 용접방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 클래드재의 아크 용접방법에 사용되는 용접토치를 개략적으로 도시한 것.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 클래드재의 아크 용접방법을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 클래드재의 아크 용접방법의 전류에 따른 용입깊이 및 용접부 특성을 도시한 것.
도 도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 클래드재의 아크 용접방법의 용접 와이어 송급량에 따른 용입깊이 및 용접부 특성을 도시한 것.1 is a diagram schematically illustrating a conventional tungsten arc welding method.
Figure 2 schematically shows a welding torch used in the arc welding method of clad material according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram for explaining a method of arc welding a clad material according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows penetration depth and weld zone characteristics according to current in the arc welding method of clad material according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows the penetration depth and weld zone characteristics according to the amount of welding wire supplied in the arc welding method of clad material according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. It should be noted that like elements in the drawings are represented by like symbols wherever possible. Additionally, detailed descriptions of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the invention are omitted.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 클래드재의 아크 용접방법에 사용되는 용접토치를 개략적으로 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 클래드재의 아크 용접방법을 설명하기 위한 도면이다.Figure 2 schematically shows a welding torch used in the arc welding method of clad material according to an embodiment of the present invention, and Figure 3 is a diagram for explaining the arc welding method of clad material according to an embodiment of the present invention. .
본 발명의 일 실시예에 따른 클래드재의 아크 용접방법은 도 3에서 보는 바와 같이, 탄소강으로 이루어진 모재(21)와 모재(21)의 상면에 스테인리스강 소재의 클래드(22)가 접합된 클래드재(20)의 맞대기 이음부를 용접하기 위한 방법에 관한 것으로서, 먼저 도 2를 참조하여 이를 용접하기 위한 용접토치의 구성을 설명하도록 한다.As shown in FIG. 3, the arc welding method of a clad material according to an embodiment of the present invention is a clad material in which a base material 21 made of carbon steel and a clad 22 made of stainless steel are joined to the upper surface of the base material 21 ( Regarding the method for welding the butt joint of 20), the configuration of the welding torch for welding it will first be described with reference to FIG. 2.
먼저 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 클래드재의 아크 용접방법에 사용되는 용접토치(10)는 텅스텐 전극(11), 콜릿(12), 수냉노즐(13), 실드가스 노즐(14)을 포함한다.First, referring to Figure 2, the welding torch 10 used in the arc welding method of clad material according to an embodiment of the present invention includes a tungsten electrode 11, a collet 12, a water cooling nozzle 13, and a shield gas nozzle ( 14) Includes.
텅스텐 전극(11)은 일정길이를 갖는 원통형상으로 형성되고, 용접토치(10) 내에 상하방향으로 배치된다. 이러한 텅스텐 전극(11)은 외부전원으로부터 전류를 공급받아 클래드재의 맞대기 이음부에 아크를 발생시키는 역할을 한다.The tungsten electrode 11 is formed in a cylindrical shape with a certain length and is disposed in the vertical direction within the welding torch 10. This tungsten electrode 11 receives current from an external power source and serves to generate an arc at the butt joint of the clad material.
여기서, 텅스텐 전극(11)은 하단부에 원추형상의 첨단부(11a)가 형성되는데, 이러한 첨단부(11a)는 하부에 발생되는 아크 중심부에 압력이 집중되도록 하는 역할을 한다.Here, the tungsten electrode 11 has a cone-shaped tip 11a formed at the bottom, and this tip 11a serves to concentrate pressure at the center of the arc generated at the bottom.
이러한 첨단부(11a)는 확대도에 도시된 바와 같이, 축 중심으로부터 측방으로 경사지게 형성되는데, 경사각도 R이 25°미만이면 아크 중심부에 충분한 압력은 제공되나 전극의 열화에 취약해져 용접 중 전극의 열화로 인한 용접불량이 발생될 수 있고, 35°를 초과하면 아크 중심부에 충분한 압력이 집중되지 않으므로 25°~ 35°범위로 형성되는 것이 바람직하다.As shown in the enlarged view, the tip portion 11a is formed to be inclined laterally from the center of the axis. If the inclination angle R is less than 25°, sufficient pressure is provided to the center of the arc, but it is vulnerable to deterioration of the electrode, causing damage to the electrode during welding. Welding defects may occur due to deterioration, and if it exceeds 35°, sufficient pressure is not concentrated in the center of the arc, so it is preferable to form it in the range of 25° to 35°.
위와 같이, 본 발명은 위와 같은 첨단부(11a)가 형성된 텅스텐 전극(11)의 구조를 통해 클래드재(20)의 맞대기 이음부에 중심부의 압력이 집중된 아크를 제공할 수 있으므로 클래드재(20)의 맞대기 이음부에 용융에 의해 상하를 관통하는 상광하협의 키홀 구조를 갖는 용접부(20a)를 형성할 수 있게 된다.As described above, the present invention can provide an arc in which the pressure at the center is concentrated at the butt joint of the clad material 20 through the structure of the tungsten electrode 11 having the tip 11a as described above. It is possible to form a welded portion (20a) having a keyhole structure of upper and lower narrowing penetrating the upper and lower sides by melting at the butt joint of.
콜릿(12)은 텅스텐 전극(11)의 외주를 감싸도록 설치되고, 텅스텐 전극(11)을 지지하는 역할을 한다.The collet 12 is installed to surround the outer circumference of the tungsten electrode 11 and serves to support the tungsten electrode 11.
수냉노즐(13)은 콜릿(12)의 외주를 감싸도록 설치되고, 내부에 냉각수가 이동하는 통로가 형성되어 통로를 순환하는 냉각수를 통해 텅스텐 전극(11)을 냉각시켜 텅스텐 전극(11)이 일정 온도 이상으로 과열되어 열화되는 것을 방지하는 역할을 한다.The water cooling nozzle 13 is installed to surround the outer periphery of the collet 12, and a passage through which the coolant moves is formed inside, so that the tungsten electrode 11 is kept constant by cooling the tungsten electrode 11 through the coolant circulating through the passage. It serves to prevent deterioration by overheating beyond the temperature.
본 발명은 위와 같은 수냉노즐(13)에 의해 텅스텐 전극(11)의 냉각이 지속적으로 이루어짐에 따라 텅스텐 전극(11)에 500~650A의 고전류를 인가하더라도 텅스텐 전극이 열화되는 문제가 발생되지 않는다.In the present invention, since the tungsten electrode 11 is continuously cooled by the water cooling nozzle 13 as described above, the problem of deterioration of the tungsten electrode does not occur even when a high current of 500 to 650 A is applied to the tungsten electrode 11.
실드가스 노즐(14)은 수냉노즐(13)의 외주 둘레를 따라 설치되고, 수냉노즐(13)의 외측에 실드가스 공급로(S)를 형성하며, 실드가스가 하부로 공급될 수 있도록 하단이 개방된다.The shield gas nozzle 14 is installed along the outer circumference of the water-cooled nozzle 13, forms a shield gas supply path (S) on the outside of the water-cooled nozzle 13, and has a lower end so that the shield gas can be supplied to the bottom. It is open.
여기서, 실드가스는 텅스텐 전극(11)에서 발생되는 아크가 중심방향으로 집중되도록 가이드함과 아울로, 아크에 의해 용융되는 용접부가 산화되는 것을 방지하는 역할을 하는 것으로서, 아르곤 가스가 사용될 수 있으며, 이러한 아르곤 가스는 입열량에 비해 아크력이 강하여 용접속도가 빠르면 언더컷과 같은 결함이 발생할 수 있으므로, 2L/min 이상의 공급량이 공급되는 것이 바람직하다.Here, the shield gas guides the arc generated from the tungsten electrode 11 to be concentrated in the center direction and also serves to prevent the weld zone melted by the arc from being oxidized. Argon gas can be used. This argon gas has a strong arc force compared to the heat input, so defects such as undercut may occur when the welding speed is fast, so it is desirable to supply it at a supply rate of 2 L/min or more.
전술한 용접토치를 이용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 클래드재의 아크 용접방법은 도 3에서 보는 바와 같이, 용접토치(10) 내에 설치된 텅스텐 전극(11)에 500~650A의 고전류를 인가하면, 클래드재(20)의 맞대기 이음부에 아크가 발생된다.As shown in FIG. 3, in the arc welding method of a clad material according to an embodiment of the present invention using the above-described welding torch, when a high current of 500 to 650 A is applied to the tungsten electrode 11 installed in the welding torch 10, the clad material is An arc is generated at the butt joint of the material 20.
이 때, 본 발명은 수냉노즐(13)을 순환하는 냉각수를 통해 용접과정에서 텅스텐 전극(11)이 과열되지 않도록 냉각시킴에 따라 텅스텐 전극(11)에 500~650A의 고전류를 인가할 수 있으며, 텅스텐 전극(11)에 고전류를 인가하는 방식의 경우, 텅스텐 전극(11)에서 발생되는 아크의 열전자가 첨단부(11a)의 중심방향으로 집중되어 방출되게 된다.At this time, the present invention can apply a high current of 500 to 650 A to the tungsten electrode 11 by cooling the tungsten electrode 11 from overheating during the welding process through the coolant circulating through the water cooling nozzle 13. In the case of applying a high current to the tungsten electrode 11, hot electrons of the arc generated in the tungsten electrode 11 are concentrated toward the center of the tip 11a and are emitted.
이러한 이유로 본 발명은 텅스텐 전극(11)의 첨단부(11a) 각도 R을 25~35°범위로 형성하여 텅스텐 전극(11)의 첨단부(11a)를 보다 예리하게 형성함으로써, 인가되는 고전류에 의해 발생되는 아크가 텅스텐 전극(11)의 첨단부(11a) 중심방향으로 보다 집중되도록 하여 클래드재(20)의 맞대기 이음부에 중심부에 충분한 압력이 집중된 아크를 인가할 수 있도록 하고 있다.For this reason, in the present invention, the angle R of the tip 11a of the tungsten electrode 11 is formed in the range of 25 to 35° to make the tip 11a of the tungsten electrode 11 sharper, so that the tip 11a is sharpened by the applied high current. By concentrating the generated arc more toward the center of the tip 11a of the tungsten electrode 11, an arc with sufficient pressure concentrated at the center can be applied to the butt joint of the clad material 20.
이에 따라, 본 발명은 클래드재(20)의 중심부에 충분한 압력이 집중된 아크를 클래드재(20)의 맞대기 이음부에 인가하여 클래드재(20)의 맞대기 이음부에 1회의 완전용입에 의한 상광하협의 키홀 구조를 갖는 용접부(20a)를 형성할 수 있게 된다.Accordingly, the present invention applies an arc with sufficient pressure concentrated in the center of the clad material (20) to the butt joint of the clad material (20) to form a top layer of light by one complete penetration into the butt joint of the clad material (20). It is possible to form a welded portion 20a having a narrow keyhole structure.
아울러, 본 발명은 용접 과정에서 용접토치(10)의 실드가스 공급로(S)로부터 용접부(20a)로 실드가스가 공급되는데, 이러한 실드가스는 텅스텐 전극(11)에서 발생되는 아크가 중심방향으로 집중되도록 가이드하면서 용융된 용접부(20a)가 산화되는 것을 방지하게 된다.In addition, in the present invention, during the welding process, a shield gas is supplied from the shield gas supply passage (S) of the welding torch (10) to the welding portion (20a), and this shield gas is directed toward the center of the arc generated at the tungsten electrode (11). While guiding the focus, the molten welded portion 20a is prevented from being oxidized.
또한, 본 발명은 용융되는 용접부(20a)가 상광하협의 키홀 구조로 형성됨에 따라 하부로 갈수록 모재(21)의 용융면적이 감소되므로 용접부(20a)의 모재(21)를 구성하는 화학성분이 클래드(22)로 침투하여 희석되는 것을 최소화할 수 있으므로 용접부(20a)의 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.In addition, in the present invention, as the melted welded portion 20a is formed in a keyhole structure with upper and lower narrows, the melted area of the base material 21 decreases toward the bottom, so the chemical components constituting the base material 21 of the welded portion 20a are clad. Since penetration into (22) and dilution can be minimized, the quality of the welded portion (20a) can be prevented from being deteriorated.
그러나, 이를 보다 최소화하기 위해 본 발명은 용접 과정에서, 2Φ의 직경을 갖는 용접와이어를 용접부(20a)로 추가적으로 공급하게 된다.However, in order to further minimize this, the present invention additionally supplies a welding wire with a diameter of 2Φ to the welding portion 20a during the welding process.
이 때, 용접와이어(W)는 모재(21)와 클래드(22)의 용접이 동시에 이루어지는 이종용접을 고려하여, 모재(21)와 클래드(22)가 적정 비율로 혼합된 소재로 이루어지고, 용접부(20a)의 화학성분을 만족시키며 클래드재(20)의 완전용입을 만족할 수 있도록 2~4.5mm/min로 송급속도(V)로 공급되는 것을 특징으로 한다.At this time, considering the heterogeneous welding in which the base material 21 and the clad 22 are simultaneously welded, the welding wire W is made of a material in which the base material 21 and the clad 22 are mixed in an appropriate ratio, and the welded portion is It satisfies the chemical composition of (20a) and is supplied at a feed speed (V) of 2 to 4.5 mm/min to satisfy complete penetration of the clad material (20).
위와 같이, 용접와이어(W)의 송급속도(V)를 2~4.5mm/min로 설정하는 이유는, 용접와이어(W)의 송급속도가 2mm/min 미만이면, 모재(21)와 클래드(22)를 포함하는 용접부(20a)의 화학성분을 만족하기 어렵고, 용접와이어(W)의 송급속도가 4.5mm/min를 초과하면, 아크에 의해 발생되는 입열량의 대부분이 용접와이어(W)의 용융에 사용되어 용접부(20a)의 완전용입을 만족할 수 없기 때문이다.As above, the reason for setting the feeding speed (V) of the welding wire (W) to 2 to 4.5 mm/min is that, if the feeding speed of the welding wire (W) is less than 2 mm/min, the base material 21 and the clad (22) ), it is difficult to satisfy the chemical composition of the welding portion 20a including This is because complete penetration of the welded portion 20a cannot be satisfied.
본 발명에서는 모재(21)로 탄소강(ASTM A516)과 클래드(22)로 스테인리스강(304L)가 용접되는 이종용접을 고려하여 309L의 용접와이어를 사용하였다. In the present invention, a 309L welding wire was used in consideration of dissimilar welding in which carbon steel (ASTM A516) as the base material (21) and stainless steel (304L) as the clad (22) are welded.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 클래드재의 아크 용접방법의 전류에 따른 용입깊이 및 용접부 특성을 도시한 것이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 클래드재의 아크 용접방법의 용접 와이어 송급량에 따른 용입깊이 및 용접부 특성을 도시한 것이다.Figure 4 shows the penetration depth and weld zone characteristics according to the current of the arc welding method of the clad material according to an embodiment of the present invention, and Figure 5 shows the welding wire wire of the arc welding method of the clad material according to an embodiment of the present invention. It shows the penetration depth and weld zone characteristics according to the amount of penetration.
이하에서는 탄소강 소재의 모재 상면에 스테인리스강 소재(Fe+Cr+Ni)의 클래드가 접합된 8~10mm인 클래드재에 대해 실험을 실시하였다.Below, an experiment was conducted on a clad material measuring 8 to 10 mm in which a clad made of stainless steel (Fe+Cr+Ni) was bonded to the upper surface of the base material made of carbon steel.
도 4는 전류에 따른 클래드재의 용입깊이 및 용접부 특성을 도시한 것으로서, (a)를 참조하면, 텅스텐 전극에 인가되는 전류가 500A 미만이면, 클래드재의 용입깊이(Pernetration)가 11mm 미만으로 본 발명의 클래드재의 두께가 8~10mm 인 것을 고려할 때, 클래드재의 용입깊이가 충분하게 형성되지 않을 수 있고, 텅스텐 전극에 인가되는 전류가 650A를 초과하면, 탄소강인 모재의 희석영역(CS Dilution Area)가 40mm2을 초과하여 희석영역이 과도하게 증가하므로 용접부의 품질이 저하될 수 있다.Figure 4 shows the penetration depth of the clad material and the weld zone characteristics according to the current. Referring to (a), if the current applied to the tungsten electrode is less than 500A, the penetration depth of the clad material is less than 11 mm, which is less than 11 mm. Considering that the thickness of the clad material is 8 to 10 mm, the penetration depth of the clad material may not be sufficiently formed, and if the current applied to the tungsten electrode exceeds 650 A, the dilution area (CS Dilution Area) of the carbon steel base material is 40 mm. If it exceeds 2 , the dilution area increases excessively, and the quality of the weld may deteriorate.
또한, 도 4의 (b)를 참조하면, 텅스텐 전극에 인가되는 전류가 650A를 초과하면, 탄소강인 모재가 스테인리스강인 클래드로 침투되어 희석되는 Ni(니켈) 및 Cr(크롬)의 양이 과도하게 증가하여 용접부의 품질이 저하될 수 있다.In addition, referring to (b) of FIG. 4, when the current applied to the tungsten electrode exceeds 650A, the carbon steel base material penetrates into the stainless steel clad and the amount of diluted Ni (nickel) and Cr (chromium) is excessive. As this increases, the quality of the weld may deteriorate.
위와 같은 사정을 감안하여 본 발명은 텅스텐 전극에 500~650A의 전류가 인가되는 것이 가장 효율적이라는 것을 확인할 수 있었다.Considering the above circumstances, it was confirmed that the present invention is most efficient when a current of 500 to 650 A is applied to the tungsten electrode.
도 5는 용접 와이어 송급량에 따른 클래드재의 용입깊이 및 용접부 특성을 도시한 것으로서, (a)를 참조하면, 용접와이어의 송급속도가 2mm/min 미만이면, 용접부의 희석량(Dilution)이 80% 이상으로 과도하여 용접부의 품질이 저하될 수 있고, 용접와이어의 송급속도가 4.5mm/min를 초과하면, 클래드재의 용입깊이가 8mm 미만으로 본 발명의 클래드재의 두께가 8~10mm 인 것을 고려할 때, 클래드재의 용입깊이가 충분하게 형성되지 않을 수 있다.Figure 5 shows the penetration depth of the clad material and the characteristics of the weld zone according to the welding wire feeding amount. Referring to (a), if the feeding speed of the welding wire is less than 2 mm/min, the dilution of the weld zone is 80%. If it is excessive, the quality of the weld zone may deteriorate, and if the feeding speed of the welding wire exceeds 4.5 mm/min, the penetration depth of the clad material is less than 8 mm, and considering that the thickness of the clad material of the present invention is 8 to 10 mm, The penetration depth of the clad material may not be sufficiently formed.
또한, 도 5의 (b)를 참조하면, 용접와이어의 송급속도가 2mm/min 미만이면, 용접부로 공급되는 Ni(니켈) 및 Cr(크롬)의 양이 충분하지 않아 용접부의 품질이 저하될 수 있고, 용접와이어의 송급속도가 4.5mm/min를 초과하면, 용접부로 공급되는 Ni(니켈) 및 Cr(크롬)의 양이 필요 이상으로 과도하게 증가하여 용접부의 품질에 문제가 발생될 수 있다.In addition, referring to (b) of FIG. 5, if the feeding speed of the welding wire is less than 2 mm/min, the amount of Ni (nickel) and Cr (chromium) supplied to the welding zone is insufficient, and the quality of the welding zone may deteriorate. In addition, if the feeding speed of the welding wire exceeds 4.5 mm/min, the amount of Ni (nickel) and Cr (chromium) supplied to the welded area may increase excessively than necessary, which may cause problems with the quality of the welded area.
위와 같은 사정을 감안하여 본 발명은 용접와이어의 송급속도가 2~4.5m/min 인 것이 가장 효율적이라는 것을 확인할 수 있었다.Considering the above circumstances, it was confirmed that the present invention is most efficient when the welding wire feeding speed is 2 to 4.5 m/min.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 클래드재의 아크 용접방법은 아크를 발생시키는 텅스텐 전극이 미리 설정된 각도를 갖는 첨단부를 구비함과 아울러 수냉노즐에 의해 냉각되는 구조로 형성됨에 따라 500~650A의 고전류를 인가할 수 있으므로 클래드재의 맞대기 이음부에 중심부에 압력이 집중된 아크를 발생시켜 1회의 완전용입으로 상하를 관통하는 상광하협의 키홀 구조를 갖는 용접부를 형성함에 따라 신속한 용접작업이 이루어져 제품의 생산성이 크게 향상된다.As described above, the arc welding method of a clad material according to an embodiment of the present invention is formed in a structure in which the tungsten electrode that generates the arc has a tip having a preset angle and is cooled by a water cooling nozzle, thereby forming a structure in which the tungsten electrode that generates the arc is cooled by a water cooling nozzle. Since a high current of 650A can be applied, an arc with pressure concentrated in the center of the butt joint of the clad material is generated, forming a weld zone with a keyhole structure that penetrates the top and bottom with one complete penetration, thereby enabling rapid welding work. Productivity is greatly improved.
또한, 본 발명은 아크에 의해 용융되는 용접부가 상광하협의 키홀 구조로 형성되어 클래드재의 하부로 갈수록 모재의 용융면적이 감소되므로 용융된 용접부의 모재를 구성하는 화학성분이 클래드로 침투하여 희석되는 것을 최소화할 수 있으므로 용접부의 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.In addition, the present invention prevents the chemical components constituting the base material of the molten weld area from penetrating into the clad and being diluted because the weld area melted by the arc is formed in a keyhole structure with upper and lower ends, and the melting area of the base material decreases toward the bottom of the clad material. Since it can be minimized, the quality of welded parts can be prevented from deteriorating.
아울러, 본 발명은 용접부로 공급되는 용접와이어의 송급속도를 적절하게 제어함으로써, 1회의 완전용입이 가능한 입열량을 충족시키면서도 용융된 용접부의 클래드를 구성하는 화학성분을 충족시킬 수 있으므로 용접부의 품질을 클래드재와 동일하게 유지하면서도 신속한 용접작업이 가능하다.In addition, the present invention appropriately controls the feeding speed of the welding wire supplied to the welding zone, thereby improving the quality of the welding zone by satisfying the heat input required for one complete penetration and satisfying the chemical components constituting the cladding of the molten welding zone. Rapid welding work is possible while maintaining the same quality as the clad material.
비록 본 발명이 상기 바람직한 실시 예들과 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허 청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.Although the present invention has been described in relation to the above preferred embodiments, various modifications and variations can be made without departing from the gist and scope of the invention. Accordingly, the appended patent claims are intended to cover such modifications or variations as fall within the subject matter of the present invention.
10 : 용접토치 11 : 텅스텐 전극
11a : 첨단부 12 : 콜릿
13 : 수냉노즐 14 : 실드가스 노즐
20 : 클래드재 20a : 용접부
21 : 모재 22 : 클래드
S : 실드가스 공급로 W : 용접와이어10: welding torch 11: tungsten electrode
11a: tip 12: collet
13: water cooling nozzle 14: shield gas nozzle
20: Clad material 20a: Welded portion
21: Base material 22: Clad
S: Shield gas supply path W: Welding wire
Claims (6)
용접토치 내에 설치된 냉각수단에 의해 냉각되는 텅스텐 전극에 500~650A의 고전류를 인가하여 중심부에 압력이 집중된 아크를 상기 맞대기 이음부에 인가함으로써, 상기 맞대기 이음부에 상기 아크에 의한 용융에 의해 상하를 관통하는 상광하협의 키홀 구조를 갖는 용접부를 형성함과 동시에 상기 용접부로 실드가스를 공급하여 상기 아크를 중심방향으로 가이드하는 것을 특징으로 하는 키홀을 이용한 클래드재의 아크 용접방법.
In the method of welding a butt joint of a base material and a clad material in which a clad material of a different material is joined to the upper surface of the base material,
By applying a high current of 500 to 650 A to the tungsten electrode cooled by the cooling means installed in the welding torch and applying an arc with pressure concentrated at the center to the butt joint, the top and bottom of the butt joint are melted by the arc. An arc welding method of a clad material using a keyhole, characterized in that forming a welding portion having a penetrating upper and lower keyhole structure and simultaneously supplying shield gas to the welding portion to guide the arc toward the center.
상기 실드가스의 공급량이 2L/min 이상인 것을 특징으로 하는 키홀을 이용한 클래드재의 아크 용접방법.
According to paragraph 1,
An arc welding method for cladding using a keyhole, characterized in that the supply amount of the shield gas is 2L/min or more.
상기 용접부로 상기 클래드와 상기 모재가 미리 설정된 비율로 혼합된 소재의 용접와이어를 더 공급하되,
상기 용접와이어는 직경 1.2φ이고, 송급속도가 2~4.5m/min인 것을 특징으로 하는 키홀을 이용한 클래드재의 아크 용접방법.
According to paragraph 1,
A welding wire made of a material in which the clad and the base material are mixed at a preset ratio is further supplied to the welding zone,
An arc welding method for clad materials using a keyhole, characterized in that the welding wire has a diameter of 1.2 ϕ and a feeding speed of 2 to 4.5 m/min.
상기 텅스텐 전극은 하단부에 원추형상의 첨단부가 형성되되,
상기 첨단부는 상기 텅스텐 전극의 축 중심을 기준으로 25~35°경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 키홀을 이용한 클래드재의 아크 용접방법.
According to paragraph 1,
The tungsten electrode has a cone-shaped tip at the bottom,
An arc welding method of a clad material using a keyhole, characterized in that the tip is formed to be inclined at 25 to 35 degrees with respect to the axial center of the tungsten electrode.
상기 용접부는 1회의 완전용입에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 키홀을 이용한 클래드재의 아크 용접방법.
According to paragraph 1,
An arc welding method of a clad material using a keyhole, characterized in that the welded portion is formed by one complete penetration.
상기 용접토치는
일정길이를 갖고 상하방향으로 배치되는 텅스텐 전극과;
상기 텅스텐 전극의 외주를 감싸도록 설치되고, 상기 텅스텐 전극을 지지하는 콜릿과;
상기 콜릿의 외주를 감싸도록 설치되고 내부에 냉각수가 이동하는 통로가 형성된 수냉노즐과;
상기 수냉노즐의 외주 둘레를 따라 설치되고 상기 수냉노즐의 외측에 실드가스 공급로를 형성하며, 하단이 개방된 실드가스 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 키홀을 이용한 클래드재의 아크 용접방법.
According to paragraph 1,
The welding torch is
A tungsten electrode having a certain length and arranged in the vertical direction;
a collet installed to surround the outer periphery of the tungsten electrode and supporting the tungsten electrode;
a water-cooling nozzle installed to surround the outer periphery of the collet and having a passage through which coolant moves therein;
An arc welding method of a clad material using a keyhole, comprising a shield gas nozzle installed along the outer circumference of the water cooling nozzle, forming a shield gas supply path on the outside of the water cooling nozzle, and having an open lower end.
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