KR920007690B1

KR920007690B1 - 두꺼운 강판을 대입열(大入熱)로 서브머지드 아크 용접하는 방법

Info

Publication number: KR920007690B1
Application number: KR1019890019861A
Authority: KR
Inventors: 슈이찌 사까구찌; 타다마사 야마구찌; 이따루 야마시다
Original assignee: 가와사끼 세이데쯔 가부시끼가이샤; 야기 야스 히로
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1989-12-27
Publication date: 1992-09-15
Also published as: KR900009201A; US5004884A; CA2006695A1; CA2006695C

Abstract

내용 없음.

Description

두꺼운 강판을 대입열(大入熱)로 서브머지드 아크 용접하는 방법

제1도는 본 발명에 따른 복수 단계 절개를 나타낸 모식도.

제2도는 2단계 절개를 사용한 2패스 용접에 있어서 적층 상태를 나타낸 도면.

제3a,b도는 본 발명에 따른 다른 복수단 절개를 나타낸 도면.

제4a,b도는 실시예 1에 있어서, 본 발명의 복수단 절개 및 종래 절개의 형상치수를 나타낸 도면.

제5a,b도는 실시예 2에 있어서, 본 발명의 복수단 절개 및 종래 절개의 형상치수를 나타낸 도면.

제6a도는 상자형 시험체에 본 발명의 복수단 절개를 적용한 모식도.

제6b도는 제6a도의 복수단 절개의 확대도.

제7a도는 상자형 시험체에 용접을 한 모식도.

제7b,c도는 본 발명의 복수단 절개 및 종래 절개의 형상 치수의 확대도이다.

본 발명은 판 두께가 30mm를 넘는 두꺼운 강판에 대입열로 서브머지드 아크용접(Submerged arc welding)하는 방법 및 서브머지드 아크 용접용 플럭스(flux)에 관한 것이다.

최근 고층 빌딩등의 구조물에 판두께가 30mm를 초과하는 두꺼운 강판이 건축 부재로서 사용되는 경우가 많다.

이와같이 30mm를 넘는 두꺼운 강판을 용접하는 경우, 양호한 비이드 외관 및 내부 결함이 없는 연결을 고능률로 얻을 필요가 있다.

종래 이들 두꺼운 강판의 용접 방법으로서 CO₂용접에 의한 하부 용접을 실시한 후 서브머지드 아크 용접을 실시해서 마무리하는 방법이 일반적으로 실시되어 왔다.

그러나 이 방법은 하부의 CO₂용접에 많은 공정을 필요로 하기 때문에 능률이 현저하게 낮고, 다량의 두꺼운 부재를 용접하는 경우에는 적당하지 않다.

또한 용접을 고 능률로 행하기 위해서는 상당한, 예를들면 100KH/cm의 대입열하에서, 가능하년 1층 1패스 용접으로 만족한 용접이 되면 바람직하고, 또 그것을 적용할 수 없는 경우, 예를들면 판두께가 1층 1패스용접으로 가능한 한계를 넘고 있는 경우에는 1층 다패스 용접 또는 다층 용접을 효율적으로 행하도록 하는 것이 바람직하다.

여기서 예를들면 일본 특개소 53-108839호 공보에 제안되어 있는 것처럼 철분을 첨가한 플러스를 이용해서 용착량을 늘리고, 다전극의 대입열 용접을 행함으로서 35mm이상의 두꺼운 강판을 1층 1패스 용접하는 것도 검토되고 있다.

그러나 이 방법에서도 1패스로 용접가능한 판두께는 자연히 한계가 있고, 또한 용접 입열이 증대하기 때문에 연결부 열영향부의 특성이 열화한다는 문제가 있다.

한편 통상의 대입열 서브머지드 아크 용접의 다층 용접에서는 입열을 증대하면 슬래그의 두께가 증대할 뿐만 아니라 슬래그의 박리성이 악화하기 때문에, 다층 용접시의 슬래그의 박리에 시간이 걸리고, 혹은 슬래그가 잔류해서 용접 결함을 일으키거나 한다.

이 문제를 해결하기 위해 출분의 첨가와 슬래그 조성의 조정을 행해서 슬래그의 박리성을 개선하는 방법이 일본 특개소 63-1925593에 제안되어 있다.

그러나 이 방법도 입열의 증가에 따라 슬래그의 두께가 두꺼워 지는 것을 피할 수 없고, 또 절개의 폭에 따라 적절한 입열 범위가 정해지기 때문에 이 방법만으로 두꺼운 강판의 다층 용접을 효율좋게 행하기는 곤란했다.

즉, 이러한 방법을 써도 슬래그의 박리를 용이하게 하기 위해서는 절개 각도를 40°이상으로 할 필요가 있고, 그렇게 하면 단면 용접 시공의 경우에는 판두께의 증가에 동반하는 절개 단면적이 현저하게 크게 되어, 그 결과 입열량이 크게 되어 용접열 영향부의 강도, 인성이 열화하는 문제를 일으킨다.

한편 절개 각도를 작게하면 대입열 다층 용접의 초층에서는 용입깊이(용접 금속의 높이)에 비해 폭이 좁게 되기 때문에 응고 되어 부서지기 쉽게 된다.

이런 모순 때문에 대입열 용접에 의한 다층 용접시공을 실용적으로는 거의 이용되지 않는다.

본 발명은 두꺼운 강판의 단면 서브 머지드 아크 용접에 있어서 1패스 용접시공의 판두께 한계를 효과적으로 상승시키고, 또 대입열 다층 용접시의 문제로 되는 슬래그 박리성 및 내응고 균열성을 개선시키는 것이다.

또 본 발명의 목적은 박스형 기둥의 조립 용접을 고능률로 행하는 방법을 제공하는 것이다.

즉 본 발명의 목적은 두꺼운 강판에 용접 입열, 100-1000KJ/cm의 조건하에서 완전 용입 단면 서브 머지드 아크 용접을 실시할 때 이하에 나타낸 플럭스를 이용해서, 절개 형성을 절개 각도가 걱어도 2단계로 넓혀진 복수단 절개로하며, 제1단계 절개각도를 25°-45°, 제2단계 절개각도를 30°-90°로 하며, 또한 제2단계 절개각도를 제1단계 절개각도보다 크게 함으로서 이루어지는 두꺼운 강판의 대입열 서브 머지드 아크 용접 방법에 있다.

플럭스

SiO₂: 5-28wt(이하 %로 나타낸다)

MgO : 15-35%

CaO : 5-15%

CaF₂: 2-20%

Al₂O₃: 5-15% 및

TiO₂: 2-10%를 주성분으로 하고,

Fe : 30%이하 및

Si 및 Mn 가운데 선택한 1종 또는 2종 : 10% 이하를 함유하는 조성으로 되고, 특히 입경 36메시보다 가는 것이 20% 이하이고, 또 14메시 이하이며 36메시보다 굵은 것이 60% 이상의 입도 분포로 되는 서브머지드 아크 용접용 플럭스.

이하 본 발명을 구체적으로 설명한다.

본 발명의 요건의 하나인 두꺼운판의 단면 서브머지드 아크 용접에 있어서 절개 각도가 적어도 2단계로 넓혀가는 복수단 절개를 사용함으로써 절개 단면적이 감소해서 용접 입열량이 상승하는 것을 억제할 수 있다.

또 용접 비이드 폭의 적정화, 즉 용접금속의 형상을 조정함으로서 내응고 균열성이 개선된다.

즉 제1도에 나타낸 것처럼 통상의 절개에 대해 절개폭은 동등하나 저부에서 좁고 상부에서 넓은 절개 각도를 이루는 2단계 이상의 각도를 갖는 절개로 함으로서 잘개 단면적이 감소하고 용접금속의 형상을 내응고 균열성에 있어서 양호한 형상으로 유지할 수 있다.

이 경우 2단계로 넓혀진 복수단 절개는 제1단계 절개 각도를 25°-45°, 제1단계 절개 각도를 30°-90°로, 또한 제2단계 절개 각도를 제1단계 절개 각도보다 크게하는 것이 필요하다.

제1단계 절개각도를 25°-45°로 한정한 이유는 절개각도가 너무 적으면 용해 부족이 발생하므로 25°이상이 필요하고, 역으로 절개 각도가 너무크면 절개단면적이 크개되어 용접능율이 나빠지므로 45°이하가 바람직하다.

또한 제2단계 절개 각도를 30°-90°로 한정한 이유는 제2단계 절개각도를 제1단계 절개각도보다 크게하는 것이 필요하고 적어도 절개각도가 30°이상이 아니면 효과가 없기 때문이다.

한편 절개 각도가 너무 크면 절개폭이 넓어지고 절개 단면적이 커져서 용접 능률이 나빠지므로 균열성과 양호한 직업성이 만족되는 90°이하가 바람직하다. 이와 같이 복수단 절개로 함으로서 단면 1패스 서브머지드 아크 용접의 판두께 한계를 향상 시킬 수 있고, 뒤에서 나타내는 적절한 플럭스의 사용이 가능해 약 60mm 두께를 1패스로 용접하여 연결을 완성할 수 있다.

그러나 판두께가 너무 두꺼우면 입열 증대를 피할 수 없게 되기 때문에 판두께 및 필요한 연결부 특성에 따라서는 다층 용접에 의한 시공이 필요로 되는 경우가 있고, 이런 경우에는 대입열 다층 서브머지드 아크 용접이 채용되나, 플럭스의 박리성과 응고 균열의 2개의 문제를 동시에 해결하지 않으면 안된다.

이와같은 대입열 다층 서브머지드 아크 용접의 문제점에 대해서도 2단이상의 각도를 이루는 절개를 적용한 것은 절개 단면적을 종래의 단일의 각도를 이루는 절개에 비교해서 현저하게 감소시킴과 동시에 최종 절개 각도를 크게 하는데 대단히 유효하다.

즉 제2도에 나타낸 것처럼 저부측을 좁은 각도로 함으로서 절개 단면적의 절감 및 입열량의 절감을 도모하고, 1층 1패스에 의한 초층 비이드 표면이 제1단계의 절개보다 상방으로 닿도록 함으로서 용접 금속의 형성을 정리해서 응고균열이 발생하기 어려게 함과 동시에 절개 내부의 폭을 크게 함으로서 절개면내의 언더 컷트를 억제해서 슬래그 박리성을 확보하는 것이다.

또 이와 같은 다층 용접을 행하는데는 1층 1패스 용접을 반복하는 것이 능률의 향상 및 용접 결함의 발생방지에 유리하다.

즉 본 발명에 있어서 다단 절개의 사용은 1층 1패스에 의한 다층 용접과의 조합에 있어서 가장 효과를 발휘한다.

그러나 1층 1패스 용접 비이드의 후속으로 1층 다패스 비이드를 절개면내에 시공하는 경우에는 슬래그가 절개의 한쪽가 용접 금속과의 사이에 들어가기 쉽고, 이것을 방지하기 위해서는 입열을 억제할 필요가 있다.

따라서 이와 같은 시공은 최총층의 마무리 및 대입열에서도 비이드의 확장에 대해 충분히 넓은 절개폭으로 된 경우에 채용해야 하는 적어도 2층은 1층 1패스 용접을 반복하는 것이 소기의 효과를 얻는데 바람직하다.

또 본 발명에 따른 복수 단계 절개는 전술한 제1도에 나타낸 것과 같은 V형 절개에만 적용되는 것은 아니고 제3a,b도에 나타낸 것처럼 L형 절개 및 I형 절개에 대해서도 유리하게 적용된다.

본 발명에서 이용하는 플럭스로서는 특히 두꺼운 강판의 단면 1패스 용접과 같은 대입열 용접에 있어서 용접 결함을 일으키지 않고 비이드외관 및 박리성에 우수한 것이 중요하다.

이와 같은 조건을 만족하는 플럭스로서는 이하 서술하는 성분 조성의 것이어야 한다.

먼저 SiO₂는 앙금 형성제로서 중요한 성분이고, 5% 미만에서는 생성 슬래그의 융점이 상승할 수 없을 뿐아니라 점성이 낮아져 양호한 비이드 외관을 유지할 수 없게 된다.

30%넘게 포함되면 융점이 낮게 되어 비이드 외관이 혼란스럽게 되고, 용접 합금중의 산소량이 증가해서 인성이 열화하는 등의 문제가 있다.

MgO는 융점의 조정에 유효할 뿐 아니라 염기도를 높혀서 용접 금속증의 산소량을 절감하고 인성을 확보하는데 유용한 성분이나 15% 미만에서는 충분한 효과를 기대할 수 없고, 35%를 초과하여 함유되면 융점이 너무 상승해서 비이드 외관이 열화한다.

CaO도 융점을 향상시켜 용융 금속의 인성을 향상시키는 효과를 가지나 5% 미만에서는 충분한 효과를 기대할 수 없고 15%를 넘으면 슬래그의 박리성을 해친다.

CaF₂는 융점을 상승시키지 않고 염기도를 높일 수 있어서, 용접 금속의 산소량 조정에 유효하게 기여하나 2% 미만에서는 그 첨가 효과가 부족하고 한편 20%를 넘어서 다량으로 함유되면 점성이 너무 저하하여 비이드 외관이 악화한다.

Al₂O₃는 점성을 저하시키지 않고 융점을 상승시킬 수 있어서 융점의 조정에 유효하게 기여하나 5% 미만에서는 점성 조정 효과가 부족하고, 15%를 초과하면 슬래그의 융점이 너무 높아져서 비이드 외관의 열하를 초래한다.

TiO_2는슬래그의 융점을 변화시키지 않고 점성을 효과적으로 조정할 수 있을 뿐만 아니라 슬래그의 박리성의 개선에 있어서도 유용한 원소이다.

그러나 2% 미만에서는 그 첨가 효과가 부족하고, 10%를 넘으면 첨가해도 이와 같은 효과는 증진되지 않고 도리어 비이드 외관을 해한다.

Fe는 용접입열량에 대한 용착량을 증가시켜서 용접 능률을 향상시키기 위해서 첨가하나 30%를 초과해서 첨가하면 도리어 비이드 외관이 손상된다.

Si 및 Mn은 용접 금속의 산소량을 절감해서 용접 금속의 인성을 확보하기 위해서 필요한 성분이나 단독 첨가 및 복합 첨가 어느 경우도 10%를 넘어 대량으로 첨가하면 산소량이 너무 낮아져서 도리어 인성을 열화시키기 때문에 염기도에 따라 10% 이하의 범위에서 첨가할 필요가 있다.

이상 플럭스의 특정 성분에 관해 서술했으나 이것 이외에도 통상 플럭스로 이용되는 것을 첨가해도 상관없다.

이러한 성분으로서는 BaO, MnO, B₂O_3,알칼리 금속 산화물 (K₂O, Na₂O 등)이 있고, BaO는 5% 이하의 범위에서 또는 MnO는 10% 이하의 범위 B₂O₃가 0.5% 이하에서 또 알칼리 금속 산화물은 합계 5% 이하의 범위에서 각각 함유시킬 수 있다.

그런데 본 발명에서는 사용 플럭스에 대해 단지 전술한 성분 조성 범위를 만족시키는 것만으로는 불충분하여 입도 분포를 36메쉬(미만)보다 밀접한 것이 20% 이하에서, 또 14메쉬 이하에서 36메쉬(이상)보다 거친 것을 60% 이상으로 하는 것이 중요하다.

이것은 입도 분포는 대입열 용접시의 가스배출을 양호하게 유지하기 위해 중요한 요소이고, 특히 대입열 다층 용접의 초층의 가스의 배출 방향이 절개에 의해 좁아지는 경우 입경의 균일한 입자가 주체를 이루는 구성으로 하는 것이 중요하다.

즉 14메쉬 이하에서 36메쉬보다 거친 입자가 60%에 미달하는 경우 가스 배출이 불충분하여 용접시공을 계속해서 행할 수 없게 되거나 비이드 표면의 기복이 심하게 되어 외관을 손상하거나 슬래그 박리성을 손상한다.

또한 36메쉬 이하의 것이 20%를 넘으면 가스 배출이 나빠져 슬래그가 눌어 붙기 쉬워진다.

[실시예1]

시료로서 표 1에 나타낸 조성의 강판, 표 2에 나타낸 조성 및 입도 분포로 되는 플럭스 및 2% Mn계 와이어를 이용해서 2전극 방식에 의해 표3에 나타낸 하여금 접 조건하에서 단면 1패스 용접응 행했다.

또 절개 형상은 제4a,b도에 나타낸 대로이다. 이때의 용접 결과를 표 4에 나타낸다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

[표 4]

실시번호 1,2는 본 발명에 따른 적합예로 양호한 형상의 용접 비이드를 결함 없이 얻을 수 있었다.

실시번호 3은 플럭스의 조성이 적정 범우를 벗어나고 있기 때문에 비이드 폭이 좁고, 종료부의 형상이 충분하다고는 말할 수 없었다.

실시번호 4는 절개 형상의 종래의 것으로 절개 단면적이 넓고 입열량이 크게 되어 용접 열영향부의 인성이 나빴다.

[실시예 2]

시료로서 표5에 나타낸 조성으로 되는 강판, 표 6에 나타낸 조성 및 입도 분포로 되는 플럭스 및 2% Mn계 와이어를 이용하여 2전극 방식에 의해 표7에 나타낸 용접 조건하에서 다층 용접을 행했다.

또 절개 형상은 제5a,b도에 나타낸 바와 같다. 이때의 용접 결과를 제8도에 나타낸다.

실시번호 5-8은 본 발명에 따른 적합예이고, 어느것도 2패스로 용접을 완료하고 있고, 작업성도 양호했다. 실시번호 9은 통상의 절개를 이용해서 대입열 다층 용접을 적용한 것이나 슬래그 박리성에 열화한 결함이 발생했다. 실시번호 10-11은 플럭스 조성이 적정범위에서 벗어나 있기 때문에 작업성이 불량했다. 실시번호12는 플럭스의 입도 분포가 적업범위를 벗어나고 있기 때문에 초층의 비이드 형성이 고르지 않고 슬래그는 박리성이 나쁜 결함이 발생했다. 실시번호 13은 통상의 절개를 이용한 예이나 능률의 면에서 현저하게 나빴다.

[표 5]

[표 6]

[표 7]

[표 8]

[실시예 3]

시료로서 표9에 나타낸 조성으로 되는 강판, 표 10에 나타내는 조성 및 입도 분포로 되는 플럭스 및 2% Mn계 와이어를 이용해서 제6a도, (b)에 단면 형상을 나타낸 상자 모양 시험체의 각부를 표 11에 나타낸 용접 조건하에서 단면 1패스 용접을 행했다.

이때의 용접 결과를 표 12에 나타낸다. 실시번호 14는 본 발명에 따른 적합예로 양호한 형상의 용접 비이드가 얻어졌다. 실시번호 15는 플럭스의 조성이 적정 범우를 벗어나 있기 때문에 비이드 폭이 좁고, 강판 표면의 절개에 일부 융합 불량이 발생했다.

[표 9]

[표 10]

[표 11]

[표 12]

[실시예 4]

시료로서 표13에 나타낸 조성의 강판, 표14에 나타낸 조성 및 입도 분포로 되는 플럭스 및 2%의 Mn계 와이어를 이용해서 제7a도, (b), (c)에 단면 형상을 나타내는 상자 모양 시험체의 모퉁이부를 표 15에 나타낸 용접 조건하에서 다층 용접을 행했다.

이때의 용접 결과를 표 16에 나타낸다. 실시번호 16은 본 발명에 따른 1패스 단면 용접으로 양호한 결과가 얻어지고 있다. 실시번호 17은 종래 절개에 의한 비교예를 본 발명에 따른 플럭스를 이용해서도 이 판두께에서는 내부 결함이 발생했다. 실시번호 18은 본 발명에 따른 다층 용접으로 양호한 결과가 얻어지고 있다. 실시번호 19는 종래 절개에 의한 비교예이고, 슬래그 박리성에 어려움이 었어 응고 균열이 발생했다.

[표 13]

[표 14]

[표 15]

[표 16]

이상 서술한 것처럼 본 발명의 용접법에 의하면 1패스 용접의 적용 범위가 넓고 다층 용접의 패스수의 삭감이 가능하게 되어 두꺼운 강판의 단면 용접, 특히 박스형 기둥의 모퉁이 연결 용접과 같은 용접선의 길이 부재의 서브머지드아크용접을 비약적으로 고능률화할 수있다.

Claims

두꺼운 강판에 용접 입열:100-1000KJ/CM의 조건하에서 완전용입단면 서브머드 아크용접을 실시하는데 있어서, 절개형상을 절개각도가 적어도 2단계로 넓혀진 복수단 절개로 하고, 제1단계의 절개각도를 25°-45°, 제2단계의 절개각도를 30°-90°의 범위로 하면서 제2단계의 절개각도를 제1단계의 절개 각도보다 크게함과 동시에 SiO₂: 5-28wt%, MgO : 15-35wt%, CaO : 5-15wt%, CaF₂: 2-20wt%, Al₂O₃: 5-15wt% 및 TiO₂: 2-10%를 주성분으로 하고, Fe : 30wt%이하 및 Si 및 Mn 가운데 선택한 1종 또는 2종 : 10wt% 이하를 함유하는 조성으로 되고, 입경 36메시보다 가는 것이 20wt% 이하이고, 또 14메시 이하이며 36메시보다 긁은 것이 60wt% 이상의 입도분포로 되는 서비머지드 아크용접용 플럭스를 이용해서 용접하는 것을 특징으로 하는 두꺼운 강판의 대입열 서브머지드 아크 용접 방법.