KR800000217B1 - 다전극 가스 시일드 아아크 용접으로 하는 강재의 맞대기 용접법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

다전극 가스 시일드 아아크 용접으로 하는 강재의 맞대기 용접법

제1도는 각 패스(Pass)에 있어서의 용접 금속의 희석화(稀釋化)를 도시하는 설명도.

제2도는 본 발명의 실시예에 있어서 용접선의 홈 형상 및 샤르피 시험편 노치(notch) 가공위치의 설명도.

본 발명은 다전극(多電極) 가스 시일드 아아크 용접으로 하는 강재의 맞대기 용접(butt welding)법의 창안에 관한 것으로 각 패스마다 용접 금속의 화학조성을 근사하게 하여 용접 금속내 각 위치에서 재질을 균질화할 수 있도록 하는 적당한 맞대기 용접법을 얻으려 하는데 있다.

강재를 맞붙이는 용접을 위한 자동 아아크 용접법의 하나로서 가스 시일드 아아크 용접법이 있다.

이 방법은 일반적으로 순 앨곤(Algon)이나 탄산가스와 같은 순 가스나 산소를 첨가한 혼합가스를 사용하여 산소나 질소의 친입을 차단하면서 용접선홈 경사면(beveling)의 강재를 맞붙이는 아아크 용접으로서, 그 특징은 용접 입열이 낮으므로 다른 아아크 용접법, 예를 들면 잠수 아아크 용접법에 비하여 용접 커플링의 재질은 좋으나, 그 반면에 용접능율이 나쁜 문제점이 있으며, 이로 인하여 용접능율의 향상을 도모하기 위하여 2개 이상의 동일한 화학 조정의 전극을 직선상으로 배치하여서 연속 다전극 용접하는 방법이 채택되고 있다. 이 방법에 의하면 용접 능률면에서는 다소 개선되지만, 반면에 1패스와 2패스 등 각 패스마다 용접 금속의 화학적 조성의 차이가 있으며 그 때문에 용접 금속내의 각 위치에서 재질마다 충격 특성이 크게 다르므로 균질 맞대기 용접부를 얻기에는 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 다전극 가스 시일드 아아크 용접으로 하는 강재의 맞대기 용접법의 문제점을 해소하기 위하여 연구 창안된 것이다.

즉 본 발명자가 검토한 바에 의하면 다전극 가스 시일드 아아크로 맞대기 용접을 하였을 경우, 상술한 바와 같이 각 패스마다에서 용접 금속의 화학 조성의 차이가 있는 것은 하나는 용접 금속이 모재(母材)에 의하여 희석되는 것이 원인이며, 또 다른 하나는 다전극화에 수반되는 예열효과에 의하여 탈산반응이 촉진되는 것이 원인으로 된다는 것을 알았다.

그리하여 우선 희석상의 문제점이란 예를 들면 제1도의 (a), (b)와 같이 후판(厚板)을 2패스로 맞대기 용접을 할 경우 1패스째의 희석율은

, 2패스째의 희석율은

로 되지만, 1패스째와 2패스째에서는 용접선홈의 깊이와 폭의 차이로 용융된 모재금속에 의한 용접금속의 희석 정도는 P＞P'로 되며, 그 때문에 1패스째와 2패스째에서 동일한 화학 조성의 용접 재료를 사용하여도 용접금속의 화학 조성이 위치에 따라서 차이가 있게 된다. 한편 모재 및 용접 재료에는 C, Mn, Si, Cr, Al, Ti, Sr, B와 같은 산소와 친화력이 강한 합금원소가 포함되어(이것은 고장력강이나 저온용강 등의 고급강일수록 많다)그것들 합금원소는 용접시에 예를 들면 아아크 주변의 대기나 시일드 가스속의 산소와 결합하여서 탈산생성물(슬랙(slag))이나 가스로 되어 용접 표면에 부상하거나 기재물로서 용접금속속에 잔류한다. 그리고 상기한 바와 같은 각 원소는 상기한 희석율의 관계로 1패스째와 2패스째에서 양적으로 차이가 있게 되므로 반응에 따라 슬랙이나 개재물로 되어 손실되는 양과 용접 금속내에 잔류되어서 고용(固溶)원소 또는 탄화물, 질화물을 생성하므로 용접 금속의 재료를 고정하는 부분으로서 잔류하는 양과의 상대적인 단계가 1패스째와 2패스째에서 다르며 그 때문에 1패스째와 2패스째에서 용접금속은 엄밀하게는 조성의 차이가 있는 합금으로 되어 동등한 재질을 기대할 수 없게 된다. 또 한편에서는 용접재료나 모재에는 상기한 바와 같이 산소와 결합하기 쉬운 합금원소외, 예를 들면 Mi, Mo와 같이 산소와 결합하기 어려운 합금원소도 포함되며, 이들 원소도 상기한 산소와의 반응(탈산, 산화, 결합)과는 관계없이 역시 희석의 영향을 받으며, 즉 1패스째와 2패스째의 모재에 의한 희석율의 차이로 각 패스마다 포함되는 그들 원소의 양이 변하며, 이로 인하여서도 용접 금속의 재질이 각 위치에서 변화하게 된다.

다음에 예열 효과로 인한 탈산 반응 촉진이 문제와는 상술한 탈산반응은 아아크로 인하여 용용된 전극 와이어의 선단부로부터 용적(溶滴)이 아아크속을 통과하는 과정 및 용융지내(溶融池內)에서 응고하기전 일부는 응고후에 생기는 것이지만 이 반응은 용접 입열이 클수록 모재의 예열 및 층간(層間) 온도가 높으며 고온에서의 유지 시간이 길수록 많이 촉진되는 경향을 나타낸다. 그리고 이와같은 열은 다전극 방식으로 연속적으로 다층 용접을 할 경우에 현저한 것이며, 특히 후행(後行)패스는 선행 전극에 의한 열에너지로 예열되므르 용접시의 탈산 반응에 의하여 촉진되며, 후행 패스로 인한 용접 금속은 보다 많은 합금원소를 상실하게 된다.

이와갈은 일로 고장력강이나 저온 용강 등 모재측에 합금원소가 다량으로 함유되어 있을 경우에는 그 모재의 다층 용접을 다전극 자동 가스 시일드 아아크 용접으로 맞대기 용접을 하면 상술한 예열상의 문제와 희석율의 차이로 인한 작용이 중량으로 되어, 1패스째와 2패스째의 용접 금속의 화학조성의 차이가 한층 현전하게 되어 용접 금속내의 각 위치에서 심한 재질의 불균일화가 생기는 것이다.

이와같이 본 발명은 다전극 가스 시일드 아아크 용접으로 강재의 맞대기 용접을 하는데 있어서, 선행하는 전극 또는 전극군과 이에 연속되는 후행전극 또는 전극군의 전극 와이어의 화학조성을 모재의 화학조성과의 관계에 있어서 차이가 있게하여 즉, 모재에 대하여 선행전극 와이어의 화학 조성이 동등하게 또는 저합금계(低合金系)의 경우에는 후행전극 또는 전극군의 와이어보다 고합금계(高合金系)로 하며, 모재에 대하여 선행전극 와이어의 화학조성이 고합금계인 경우에는 후행전극 또는 전극군 와이어의 화학조성을 선행전극 또는 전극군보다 저합금계로 하여서 다전극 가스 시일드 아아크 용접하도록 한 것이다.

이하 본 발명을 구체적으로 설명하면, 본 발명의 가스시일드 아아크 용접으로 하는 강재의 맞대기 용접법은, 우신 2개이상의 전극 와이어를 사용하는 것이 필수 조건이다. 그러나 그 전극 와이어는 경(徑)이 굵은 것이나, 가는 것에 제한하지 않는다. 또한 용접전류 대전류 방식이라도 좋고 소전류 방식이라도 좋다. 더구나 아아크 전압이나 용접 속도 역시 특발한 조건도 없으며, 통상적으로 행하여지는 다전극 가스 시일드 아아크 용접 경우의 조건과 동등하여도 좋다. 또한 시일드 가스의 종류도 특별한 제한은 없으며, 예를 들면, 순 앨곤, 탄산가스, 또는 앨곤에 산소 또는 탄산가스를 소정된 량을 혼합한 혼합가스를 사용할 수가 있으며, 또한 시일드 가스의 유량(流量)도 통상의 조건으로 무방하다.

그러므로 본 발명은 상기한 여러개의 전극 와이어에 있어서 화학 조성을 선행전극 또는 전극군과 이에 연속되는 후행 전극 또는 전극군하고 동일하게 하지 않으며, 그들의 양전극 또는 전극군간에 변화시키는 것이나 이와같이 단순히 선행전극 또는 전극군과 후행전극 또는 전극군의 조성을 바꾸는 것만으로는 본 발명의 목적으로 하는 용접부내 각 위치에서 균질화는 얻어지지 않는다. 즉 본 발명의 특징은 특히 모재의 화학조성과의 상대관계에 있어서, 전극 와이어의 화학조성을 선행전극 또는 전극군과 후행전극 또는 전극군에서 변화시키는데 있다. 더 구체적으로는 모재의 화학조성에 대하여 용접재료의 화학조성이 저 합금제이거나 고합금계에 따라서 설정되는 것이며, 그 지표로서는 모재와 용접재료(전극 와이어)에 있어서 산소화 결합하기 쉬운 합금원소가 어느 것에 많이 포함되는가, 또는 탈산 반응과 관계없이 산소와 결합하기 어려운 원소가 모재에 의하여 어느정도 희석되는가 등에 따라야 할 것이다.

즉, 본 발명에 있어서 모재에 대하여 용접 와이어의 화학조성이 저합금계라 함은 용접 와이어속의 산소와 결합하기 쉬운 원소와 산소와 결합하기 어려운 원소에 있어서, 그 어느것 쌍방이 (1) 원소 종류의 총화 (2) 개개 원소의 함유량, (3) 각 원소의 함유량 총화의 어느 것으로 모재보다 적은 경우를 말하는 것이다. 그리고 반대로 모재에 대하여 용접 와이어의 화학 조성이 고합금계라 함은, 용접 와이어속의 산소와 결합하기 쉬운 원소와, 산소와의 결합하기 어려운 원소에 있어서, 그 어느 것이든 쌍방의 원소가 (1)각 원소 종류의 총화 (2) 개개 원소의 함유량 총화의 어느 것으로 모재보다 많은 경우를 말하는 것이다. 이와같은 것은 선행과 후행의 전극 와이어 또는 전극군 와이어의 사이에 있어서도 같으며, (1) 각원소 종류의 총화 (2) 개개 원소의 함유량 (3) 각 원소 함유량의 총화를 기준으로 하여 결정되는 것이다.

그리고 상기한 바와 같이 모재에 대하여 용접 와이어가 고합금계인지 저합금계인가는 구체적인 용접을 함으르 선행 전극 와이어 또는 전극군 와이어와 모재의 관계에 의하여 판정되는 것이다.

그러므로 모재에 비하여 선행전극 와이어의 화학 조성이 동등하거나 또는 저합금계일 때에는 후행전극 또는 전극군 와이어를 선행전극 또는 전극군 와이어보다도 고합금계로 하는 것이다. 그렇게 하므로서 1패스째와 2패스째의 탈산성 원소량이 정확하제 조정되어 2패스째에 비하여 희석율이 높은 1패스째 원소의 탈산반응이 촉진되는 한편 선행전극 또는 전극군에 의한 열에너지로 예열된 2패스째에 있어서는 탈산반응이 억제되어서 1패스째와 2패스째에서 얻어지는 용접 금속의 화학 조성을 서로 근사하게 할 수가 있다. 또한 산소와 결합하기 어려운 원소에 관하여서도, 후행전극을 고합금제로 하므로서 후행패스의 용접 금속에서 손실되는 합금 원소를 정확하게 보충할 수가 있으며, 이로서 각 패스마다의 용접 금속의 화학조성을 근사한 것으로 할 수가 있다.

한편 반대로 모재의 화학조성에 비하여 선행전극 와이어의 화학조성이 높은 고합금계일 때에는, 후행전극 또는 전극군 와이어를 선행전극 또는 전극군 와이어보다도 저합금계로 하는 것이며, 이 경우에도 각 패스에 있어서 용접 금속의 탈산성 원소량 및 비탈산성 원소량을 정확하게 조정할 수가 있는 것이다.

다음에 본 발명의 구체적인 실시예를 종래법과 비교하여서 표시한다.

[실시예 1]

제2도에 표시한 판두께 및 용접선홈 조건의 강재(두꺼운 모재)를 2패스로 다전극 자동가스 시일드 아아크용접

또한 용접 조건은 다음과 같다.

(i) 전극 와이어의 경 : 선행, 후행 공히 4mm

(ii) 전류×전압×용접속도 : 선행 800A ×30V ×600mm/min 후행 760A ×31V ×600mm/min

(ii) 시일드 가스 : Ar+CO₂(선행, 후행 공히 각 15% CO₂)

그러므로 상기한 용접 조건과 화학조성에 따라서 선행전극과 후행전극의 와이어를 동일하게 하였을 경우 (종래법)과 바꾸었을 경우(본 발명법)의 용접 결과는 제2표와 같다.

(주의) 샤르피 시험을 2mmV의 표준 샤르피 시험편을 사용하였다.

표중의 N1, N2는 각각 제2도와 같이 1패스째가 대부분을 점유하는 위치에 노치가공하였다.

상기한 제2표로서 명백한 바와 같이 본 발명에 의하면 종래법에 비하여 용접금속중 각 위치의 재질을 현저하게 균질화할 수가 있는 것을 알 수가 있다. 그와 함께 모재에 비하여서 선행전극 와이어가 저합금일 경우에는 후행 와이어를 선행전극 와이어보다 고합금계로 하게 되면, 각 패스에 있어서 충격치를 서로 접근시킬 수 있다는 것을 알 수가 있다. 더욱, 본 발명 1의 효과 Ti, B, Al와 산소와의 반응을 조정한데 기인하는 것이며, 본 발명 2는 주로 Ni, Mn, Mo가 산소반응과 무관하게 넣어지며 이로서 전기한 각 원소의 부족분이 보충되었기 때문이다.

[실시예 2]

모재의 화학조성(%)을 C : 0.07, Si : 0.23, Mn : 0.54, P : 0.013, S : 0.006, Ni:3.45로 하며 그 밖의 것을 실시예 1과 같은 조건으로 하여서 다층 용접을 하였다. 그 결과를 표시하면 하기 제3표와 같다.

이 제3표는 모재에 비하여서 선행전극 와이어가 고합금계일 경우의 예이나, 이 유형에 있어서도 본 발명은 종래법에 비하여 용접 금속중 각 위치에서 재질의 균질화에 효과가 매우 크다는 것을 알 수 있다.

이상 설명한 본 발명에 의할 때에는 선행전극 또는 전극군과 이에 연속되는 후행전극 또는 전극군을 사용하여서 가스시일드 아아크 용접에 의하여 강재의 맞대기 용접을 할 경우에 각 패스마다의 용접 금속의 화학조성을 서로 근사한 것으로 할 수 있으며, 이로서 용접 금속 각위치의 적절한 균질화를 도모할 수 있는 특징이 있으므로 판 두께가 두꺼운 고급강과 같은 것에 대한 맞대기 용접법으로서 공업상 그 효과가 큰 발명 이다.

Claims (1)

1. 다전극 가스 시일드 아아크 용접으로 강재를 맞대기 용접하는데 있어서 모재에 대하여 선행전극 와이어의 화학조성을 동등하게 또는 저합금계(低合金系)의 경우에는 후행전극 또는 전극군의 전극 와이어의 화학조성을 선행전극 또는 전극군의 전극 와이어보다 고합금계로 하며 모재에 대하여 선행전극 와이어의 화학조성이 고합금계인 경우에는 후행전극 또는 전극군의 전극 와이어의 화학조성을 선행전극 또는 전극군의 전극 와이어보다 저합금계로 하여서 그들 선행전극 또는 전극군과 그에 연속되는 후행전극 또는 전극군에 의하여 모재를 다층 용접하는 것을 특징으로 하는 다전극 가스 시일드 아아크 용접으로 하는 강재의 맞대기 용접법.

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