KR101888780B1

KR101888780B1 - 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법

Info

Publication number: KR101888780B1
Application number: KR1020167032422A
Authority: KR
Inventors: 도키히코 가타오카; 나오야 하야카와
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2014-06-02
Filing date: 2015-05-19
Publication date: 2018-08-14
Anticipated expiration: 2035-05-19
Also published as: CN106488825B; KR20160144494A; JPWO2015186544A1; CN106488825A; WO2015186544A1; JP5884209B1

Abstract

본 발명은, 고기능이며 또한 고정밀도의 용접 자동화 기술을 활용하여 개선 형상이나 용접 자세 등에 따른 정밀한 용접 토치의 위빙을 실시함으로써, 후강재, 특히는 판두께가 40 ㎜ 이상인 후강재의 용접에 적용할 수 있는, 고품질이며 또한 고능률적인 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 소정의 개선 조건으로서, 판두께 : 40 ㎜ 이상의 2 장의 후강재를, 위빙을 사용하는 수직 방향 다층 용접에 의해 접합하는 가스 실드 아크 용접 방법에 있어서, 초층 용접 조건, 특히 용접 토치 각도나 용접 입열량, 위빙 조건을 적정하게 제어하고, 초층 용접에 있어서의 접합 깊이를 20 ㎜ 이상 50 ㎜ 이하로 한다.

Description

수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법{VERTICAL NARROW GAP GAS SHIELDED ARC WELDING METHOD}

본 발명은, 협개선 (狹開先) 가스 실드 아크 용접 방법에 관한 것으로서, 특히 2 장의 후 (厚) 강재의 맞댐 용접에 적용할 수 있는, 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법에 관한 것이다.

본 발명에 있어서, 「협개선」이란, 개선 각도가 25°이하이고 또한 피용접재가 되는 강재 간의 최소 개선폭이, 당해 강재의 판두께의 50 ％ 이하인 것을 의미한다.

강의 용접 시공에 사용되는 가스 실드 아크 용접은, CO₂ 단독의 가스, 혹은 Ar 과 CO₂ 의 혼합 가스를 용융부의 실드에 사용하는 소모 전극식이 일반적이고, 자동차, 건축, 교량 및 전기 기기 등의 제조 분야에 있어서 폭넓게 사용되고 있다.

그런데 최근, 강 구조물의 대형화·후육화에 수반하여, 제작 과정에서의 용접, 특히 강재의 맞댐 용접에 있어서의 용착량이 증대하고, 나아가서는 용접 시공에 많은 시간이 필요해져, 시공 비용의 증대를 초래하고 있다.

이것을 개선하는 방법으로서, 판두께에 대해 작은 간극의 개선을 아크 용접법에 의해 다층 용접하는, 협개선 가스 실드 아크 용접의 적용을 생각할 수 있다. 이 협개선 가스 실드 아크 용접은, 통상적인 가스 실드 아크 용접과 비교하여 용착량이 적어지므로, 용접의 고능률화·에너지 절약화를 달성할 수 있고, 나아가서는 시공 비용의 저감을 가져올 것으로 기대된다.

한편, 수직 방향의 고능률 용접에는, 통상적으로 일렉트로슬래그 용접이 적용되고 있는데, 1 패스 대입열 용접이 기본이고, 판두께가 60 ㎜ 를 초과하는 용접에서는 입열 과다가 되어 인성 (靭性) 저하가 우려되고 있다. 또, 1 패스 용접에는 판두께의 한계가 있어, 특히 판두께가 65 ㎜ 를 초과하는 용접은, 아직 기술 확립되어 있지 않은 것이 현 상황이다.

이 때문에, 협개선 가스 실드 아크 용접을 수직 방향 용접에 적용한, 고품질이며 또한 고능률적인 용접 방법을 개발하는 것이 요망되고 있다.

이와 같은 협개선 가스 실드 아크 용접을 수직 방향 용접에 적용한 용접 방법으로서, 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 양면 U 형 개선 이음매를 대상으로 하는 양측 다층 용접 방법이 개시되어 있다. 이 용접 방법에서는, 이너트 가스를 사용한 TIG 용접에 의한 적층 용접을 실시하고 있고, 이너트 가스를 사용함으로써 슬래그나 스퍼터의 발생을 억제하여, 적층 결함을 방지하는 것으로 하고 있다.

그러나, 비소모 전극식인 TIG 용접은, 소모 전극인 강 와이어를 사용하는 MAG 용접이나 CO₂ 용접과 비교하여, 용접법 그 자체의 능률이 크게 떨어진다.

또, 특허문헌 2 에는, 스퍼터나 융합 불량을 억제하기 위하여 용접 토치의 위빙을 실시하는, 협개선의 수직 방향 용접 방법이 개시되어 있다.

그러나, 이 용접 방법에서는, 용접 토치의 위빙 방향이, 개선 깊이 방향이 아니라, 강판 표면 방향이기 때문에, 용융 금속이 늘어지기 전에 용접 토치를 위빙 시킬 필요가 있고, 용접 전류를 150 A 정도의 저전류로 하고, 1 패스당 용착량 (≒ 입열량) 을 억제할 필요가 발생한다.

그 때문에, 이 용접 방법을 판두께가 큰 후강재의 용접에 적용하는 경우에는, 소량 다패스의 적층 용접이 되고, 용입 불량 등의 적층 결함이 많아지는 것 외에, 용접 능률이 크게 저하된다.

또한, 특허문헌 3 에는, 특허문헌 2 와 마찬가지로, 융합 불량을 억제하기 위하여 용접 토치의 위빙을 실시하는, 수직 방향 용접 방법이 개시되어 있다.

여기서 개시되는 면 각도 (개선 각도) 는 26.3 ∼ 52°로 넓기는 하지만, 여기서의 용접 토치의 위빙은 개선 깊이 방향에 대해서도 실시되기 때문에, 1 패스당 용착량을 비교적 많이 취하는 것이 가능하다.

그러나, 개선 깊이 방향의 위빙량이 작고, 또 용접 금속 및 용접 와이어 조성이 고려되고 있지 않기 때문에, 1 패스당의 용착량 (≒ 입열량) 을 억제할 필요가 발생하여, 1 패스당의 용접 깊이는 10 ㎜ 정도로 얕아진다.

그 때문에, 이 용접 방법을 판두께가 큰 후강재의 용접에 적용하는 경우에는, 역시 소량 다패스의 적층 용접이 되어, 용입 불량 등의 적층 결함이 많아지는 것 외에, 용접 능률이 저하된다.

또, 특허문헌 4 에는, 극후재의 1 패스 용접을 가능하게 한 2 전극의 일렉트로 가스 아크 용접 장치가 개시되어 있다.

이 2 전극의 일렉트로 가스 아크 용접 장치의 사용에 의해, 판두께 : 70 ㎜ 정도까지의 후강재의 접합이 가능해지기는 하지만, 2 전극화에 의해 입열량이 360 kJ/㎝ 정도로 대폭 증가되기 때문에, 강판으로의 열 영향이 크고, 이음매에 높은 특성 (강도, 인성) 이 요구되는 경우, 이와 같은 특성을 만족시키는 것은 매우 곤란하다.

또, 이 2 전극의 일렉트로 가스 아크 용접 장치에서는, 개선에 있어서, 이면측에는 세라믹의 백킹 스트립을, 표면 (용접기측) 에는 수랭식의 구리 스트랩의 가압 기구를 형성하는 것이 불가결하고, 용융 금속의 늘어짐의 걱정이 없는 반면, 용접 장치가 복잡해진다.

또한, 이 2 전극의 일렉트로 가스 아크 용접 장치에서는, 표면 (용접기측) 에 구리 스트랩의 가압 기구를 형성하는 것이 불가결하기 때문에, 1 패스 용접이 기본이고, 다패스의 적층 용접으로서 저입열화를 도모하는 것은 곤란하다.

일본 공개특허공보 2009-61483호 일본 공개특허공보 2010-115700호 일본 공개특허공보 2001-205436호 일본 공개특허공보 평10-118771호

상기한 바와 같이, 후강재의 용접에 적용할 수 있는, 고품질이며 또한 고능률적인 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법은, 아직 개발되지 않은 것이 현 상황이다.

한편, 용접 자동화 기술 (용접 로봇) 의 경량·고기능·고정밀화가 진행되어, 지금까지 곤란하였던 개선 형상과 용접 자세에 적합한 용접 토치의 위빙이 가능해지고, 이것을 활용함으로써, 강재, 개선 형상, 용접 자세 및 용접 재료 (와이어) 에 적절한 용접 시공 (조건 설정) 이 가능해지고 있다.

본 발명은, 고기능이며 또한 고정밀도의 용접 자동화 기술을 활용하여 개선 형상이나 용접 자세 등에 따른 정밀한 용접 토치의 위빙을 실시함으로써, 후강재, 특히 판두께가 40 ㎜ 이상인 후강재의 용접에 적용할 수 있는, 고품질이며 또한 고능률적인 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그런데, 발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위하여, 후강재에 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접을 적용하는 경우의 용접 조건에 대해, 예의 연구를 거듭하였다.

그 결과, 후강재의 수직 방향의 협개선 가스 실드 아크 용접을 실시할 때에, 용접 금속 및 열 영향부에 있어서 원하는 기계적 특성을 얻음과 함께, 용접의 고능률화를 실현하려면, 2 패스 이상의 다층 용접으로 하여 1 패스당의 용접 입열량을 억제하고, 초층 용접에 있어서의 접합 깊이 (용접 깊이) 를 20 ㎜ 이상 50 ㎜ 이하로 하는 것이 중요한 것을 지견하였다.

그리고, 상기한 2 패스 이상의 다층 용접으로 하여 1 패스당의 용접 입열량을 억제하고, 초층 용접에 있어서의 소정의 접합 깊이를 얻기 위한 용접 조건에 대해, 더욱 연구를 진행시켰다. 그 결과, 개선 조건을 소정의 조건으로 한 후, 초층의 용접 조건, 특히 용접 토치 각도 및 위빙 조건을 적정하게 제어함으로써, 수직 방향 용접에 있어서 문제가 되는 용융 금속의 늘어짐의 억제를 포함하는 비드 형상의 안정화와 용접 결함의 발생 방지를 도모하면서, 상기한 초층 용접에 있어서의 접합 깊이를 달성할 수 있었다. 이로써, 판두께가 40 ㎜ 이상인 후강재여도, 고품질이며 또한 고능률적인 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접을 실시하는 것이 가능해진다는 지견을 얻었다.

본 발명은, 상기의 지견에 입각하는 것이다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

1. 개선 각도를 25°이하, 개선 갭을 20 ㎜ 이하로 하여, 판두께가 40 ㎜ 이상인 2 장의 후강재를, 위빙을 사용하는 수직 방향 다층 용접에 의해 접합하는 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법에 있어서,

초층 용접시에, 용접 토치의 각도를 수평 방향에 대해 25°이상 75°이하, 용접 입열을 30 kJ/㎝ 이상 170 kJ/㎝ 이하로 함과 함께, 판두께 방향으로의 위빙 깊이를 15 ㎜ 이상 50 ㎜ 이하, 또한 초층 용접에 있어서의 용접 비드폭을 W 로 한 경우에, 판두께 방향 및 용접선에 직각인 방향으로의 위빙 최대폭을 (W - 6) ㎜ 이상 W ㎜ 이하로 하여, 용접 토치의 위빙을 실시하고,

상기 초층 용접에 있어서의 접합 깊이를 20 ㎜ 이상 50 ㎜ 이하로 하는 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.

2. 상기 초층 용접의 위빙에 있어서, 용접선 방향에서 본 용접 토치의 위빙 패턴이 コ 자형인 상기 1 에 기재된 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.

3. 상기 초층 용접에 있어서의 용접 금속의 S 량 및 O 량의 합계가 450 질량ppm 이하이고, 또한 N 량이 120 질량ppm 이하인 상기 1 또는 2 에 기재된 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.

4. 상기 초층 용접에서 사용하는 용접 와이어의 Si 량 및 Mn 량의 합계가 1.5 질량％ 이상 3.5 질량％ 이하인 상기 1 ∼ 3 중 어느 하나에 기재된 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.

5. 상기 초층 용접에서 사용하는 용접 와이어의 Ti 량, Al 량 및 Zr 량의 합계가 0.08 질량％ 이상 0.5 질량％ 이하인 상기 1 ∼ 4 중 어느 하나에 기재된 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.

6. 실드 가스로서 20 체적％ 이상의 CO₂ 가스를 함유하는 가스를 사용하는 상기 1 ∼ 5 중 어느 하나에 기재된 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.

7. 상기 초층 용접에 있어서, 평균 용접 전류가 270 A 이상 360 A 이하의 범위인 청구항 1 ∼ 6 중 어느 하나에 기재된 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.

본 발명에 의하면, 판두께가 40 ㎜ 이상인 후강재를 용접하는 경우여도, 수직 방향 용접에 있어서 문제가 되는 용융 금속의 늘어짐 억제를 포함하는 비드 형상의 안정화와 용접 결함을 방지하면서, 고품질이며 또한 고능률적인 협개선 가스 실드 아크 용접을 실시할 수 있다.

그리고, 본 발명의 용접 방법은, 통상적인 가스 실드 아크 용접과 비교하여 용착량이 적고, 용접의 고능률화에 의한 에너지 절약화도 달성할 수 있으므로, 용접 시공 비용의 대폭적인 저감이 가능해진다.

또, 본 발명의 용접 방법에서는, 특허문헌 4 에 나타낸 일렉트로 가스 아크 용접 장치와 같은 용융 금속이 늘어져 떨어지는 것을 방지하는 수랭식의 구리 스트랩의 가압 기구는 불필요하기 때문에, 장치의 복잡화를 회피할 수 있고, 나아가서는, 다패스에서의 용접 시공에 의해 1 패스당의 용접 입열을 억제할 수 있기 때문에, 용접 금속 및 강재 열 영향부에서 원하는 기계적 특성의 확보가 용이해진다.

도 1 은 본 발명의 용접 방법에 있어서의 각종 개선 형상을 나타내는 것이다.
도 2 는 V 형의 개선 형상에 있어서, 본 발명의 용접 방법에 의해 초층 용접을 시공할 때의 시공 요령을 나타내는 것이다.
도 3 은 V 형의 개선 형상에 있어서, 본 발명의 용접 방법에 의해 초층 용접을 실시한 후의 개선 단면을 나타내는 것이다.
도 4 는 초층 용접의 위빙에 있어서의, 용접선 방향에서 본 용접 토치의 위빙 패턴을 나타내는 것이고, (a) 가 コ 자형, (b) 가 사다리꼴, (c) 가 V 자형, (d) 가 삼각형인 것이다.
도 5 는 본 발명의 발명예 (No.7) 에 있어서, 본 발명의 용접 방법에 의해 초층 용접을 실시한 후의 사진이고, (a) 는 전체의 외관을, (b) 는 개선 단면을 나타내는 것이다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

도 1 의 (a) ∼ (c) 는, 본 발명의 용접 방법에서 대상으로 하는 각종 개선 형상을 나타내는 것이다. 도면 중, 부호 1 이 후강재, 2 가 후강재의 개선면, 3 이 (Y 형 개선에 있어서의) 강재 하단부의 개선이고, 기호 θ 로 개선 각도를, G 로 개선 갭을, t 로 판두께를, h 로 (Y 형 개선에 있어서의) 강재 하단부의 개선 높이를 나타낸다.

동 도면에서 나타내는 바와 같이, 본 발명의 용접 방법에 있어서의 개선 형상은 V 형 개선 (I 형 개선 및 レ 형 개선을 포함한다) 및 Y 형 개선 중 어느 것으로 하는 것도 가능하고, 또 도 1 의 (c) 에 나타내는 바와 같이 다수 단의 Y 형 개선으로 하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명에 있어서는, 도 1 의 (b) 및 (c) 에 나타내는 바와 같이, Y 형 개선인 경우의 개선 각도 및 개선 갭을, 강재 하단부의 개선에 있어서의 개선 각도, 개선 갭으로 한다. 여기서, 강재 하단부의 개선이란, 용접시에 이면 (용접 장치 (용접 토치) 측의 면을 표면, 그 반대측의 면을 이면으로 한다) 이 되는 강재면으로부터 판두께의 20 ∼ 40 ％ 정도까지의 영역을 의미한다.

또, 도 2 는, V 형의 개선 형상에 있어서, 본 발명의 용접 방법에 있어서의 초층 용접을 시공할 때의 시공 요령을 나타내는 것이다. 도면 중, 부호 4 가 용접 토치, 5 가 용접 와이어, 6 이 백킹 스트립재이고, φ 가 수평 방향에 대한 용접 토치의 각도이다. 또한, 용접선, 용융지 (溶融池) 및 용접 비드에 대해서는, 도 시를 생략하고 있다.

여기에, 본 발명의 용접 방법은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 소정의 판두께가 되는 2 장의 후강재를 맞대고, 이들 후강재끼리를 위빙을 사용한 수직 방향 용접에 의해 접합하는 가스 실드 아크 용접으로서, 진행 방향을 상측 방향으로 하는 상진 (上進) 용접을 기본으로 한다.

또한, 여기서는, V 형의 개선 형상을 예로 하여 나타냈지만, 다른 개선 형상에서도 마찬가지이다.

또한, 도 3 은, V 형의 개선 형상에 있어서, 본 발명의 용접 방법에 의해 초층 용접을 실시한 후의 개선 단면을 나타내는 것이다. 도면 중, 부호 7 이 용접 비드이고, 기호 D 로 초층 용접에 있어서의 접합 깊이를, W 로 초층 용접에 있어서의 용접 비드폭 (초층 용접 후의 개선 간의 갭) 을 나타낸다.

또한, 초층 용접에 있어서의 접합 깊이 (D) 는, 용접시에 이면이 되는 강재면을 기점으로 한 경우의 초층 용접 비드 높이의 최소치 (기점의 강재면으로부터 가장 가까운 (낮은) 초층 용접 비드 높이) 로서 정의된다.

여기서는, V 형의 개선 형상을 예로 하여 나타냈지만, 다른 개선 형상에서도 D 및 W 는 동일하다.

다음으로, 본 발명의 용접 방법에 있어서, 바닥부 개선 각도, 바닥부 개선 갭 및 강재의 판두께를 상기의 범위로 한정한 이유에 대해 설명한다.

개선 각도θ : 25°이하

강재의 개선부는 작을수록 보다 빨리 고능률적인 용접을 가능하게 하는 반면, 융합 불량 등의 결함이 발생하기 쉽다. 또, 개선 각도가 25°를 초과하는 경우의 용접은, 종래의 시공 방법으로도 실시 가능하다. 이 때문에, 본 발명에서는, 종래의 시공 방법으로는 시공이 곤란하고, 또한 한층 더 고능률화가 예상되는 개선 각도 : 25°이하의 경우를 대상으로 한다.

또한, V 형 개선에 있어서, 개선 각도가 0°인 경우에는 이른바 I 형 개선으로 불리고, 용착량 면에서는 이 0°인 경우가 가장 효율적이지만, 용접 열변형에 의해 용접 중에 개선이 닫히기 때문에, 이것을 예상하여, 판두께 (t) (단, Y 형 개선의 경우에는 강재 하단부의 개선 높이 (h)) 에 따른 개선 각도를 설정하는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 개선 각도는 (0.5 × t/20) ∼ (2.0 × t/20)°의 범위로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 (0.8 × t/20) ∼ (1.2 × t/20)°의 범위이다. 예를 들어, 판두께 (t) 가 100 ㎜ 인 경우, 개선 각도는 2.5 ∼ 10°의 범위가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 4 ∼ 6°의 범위이다.

단, 판두께 (t) 가 100 ㎜ 를 초과하면, 적합 범위의 상한은 10°를 초과하게 되지만, 이 경우의 적합 범위의 상한은 10°로 한다.

개선 갭 G : 20 ㎜ 이하

강재의 개선부는 작을수록, 보다 빨리 고능률적인 용접을 가능하게 한다. 또, 개선 갭이 20 ㎜ 를 초과하는 경우의 용접은, 용융 금속이 늘어지기 쉬워 시공이 곤란하다. 그 대책으로는, 용접 전류를 낮게 억제하는 것이 필요해지지만, 슬래그 혼입 등의 용접 결함이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, 개선 갭은 20 ㎜ 이하인 경우를 대상으로 한다. 바람직하게는 4 ㎜ 이상 12 ㎜ 이하의 범위이다.

판두께 (t) : 40 ㎜ 이상

강재의 판두께는 40 ㎜ 이상으로 한다. 그렇다는 것은, 강재의 판두께가 40 ㎜ 미만이면, 종래의 용접 방법, 예를 들어, 특허문헌 4 의 일렉트로 가스 아크 용접과 같은 1 패스 용접을 사용해도, 용접 입열량을 억제할 수 있기 때문이다.

예를 들어, 판두께 (t) : 35 ㎜ 이고, 개선 각도 : 20°, 개선 갭 : 8 ㎜ 의 V 형 개선인 경우, 특허문헌 4 의 일렉트로 가스 아크 용접을 사용한 1 패스 용접에 의한 입열량은 150 kJ/㎝ 정도가 된다.

또한, 일반의 압연 강재를 대상으로 하는 경우, 판두께는 일반적으로 100 ㎜ 가 상한이다. 따라서, 본 발명에서 대상으로 하는 강재의 판두께의 상한은 100 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 대상으로 하는 강종으로는, 고장력강 (예를 들어, 조선용 극후 YP460 ㎫ 급 강 (인장 강도 570 ㎫ 급 강) 이나 건축용 TMCP 강 SA440 (인장 강도 590 ㎫ 급 강)) 이 특히 바람직하다. 그렇다는 것은, 고장력강은, 용접 입열 제한이 엄격하고, 용접 금속에 균열이 발생하기 쉬운 것 외에, 용접 열 영향에 의해 요구되는 이음매 강도나 인성이 얻어지지 않는다. 이에 반하여 본 발명에서는, 입열량 : 170 kJ/㎝ 이하로 효율적으로 용접이 가능하고, 590 ㎫ 급 고장력 강판, 고합금계가 되는 590 ㎫ 급 내식강의 용접도 가능하다. 당연히 연강에도 문제없이 대응할 수 있다.

이상, 본 발명의 용접 방법에 있어서, 개선 각도, 개선 갭 및 강재의 판두께를 한정한 이유에 대해 설명했지만, 본 발명에서는, 후강재를 협개선에 적절한 입열량으로 효율적으로 용접하기 위하여 2 패스 이상의 다층 용접으로 하고, 초층 용접 조건을 적정하게 제어하면서 초층 용접에 있어서의 접합 깊이를 소정의 범위로 하는 것이 중요하다.

이하, 이들 초층 용접에 있어서의 접합 깊이의 한정 이유 및 초층 용접 조건에 대해 설명한다.

초층 용접에 있어서의 접합 깊이 (D) : 20 ㎜ 이상 50 ㎜ 이하

본 발명에서 대상으로 하는 판두께 : 40 ㎜ 이상의 후강재를 2 패스 이상의 다층 용접으로 용접하려면, 초층 용접에 있어서의 접합 깊이를 20 ㎜ 이상으로 할 필요가 있다. 초층 용접에 있어서의 접합 깊이가 20 ㎜ 미만에서는, 용접열이 집중되기 때문에, 용융 금속의 늘어짐이 발생한다. 한편, 초층 용접에 있어서의 접합 깊이가 50 ㎜ 를 초과하면, 용접 입열이 과다가 되기 쉬운 것 외에, 고온 균열이나, 용접 중의 열이 분산되는 것에 의한 개선면의 융합 불량, 슬래그 혼입 등의 용접 결함이 발생한다. 따라서, 초층 용접에 있어서의 접합 깊이는 20 ㎜ 이상 50 ㎜ 이하로 한다. 바람직하게는, 25 ㎜ 이상 40 ㎜ 이하이다.

용접 토치 (급전 팁 선단) 의 각도 φ : 수평 방향에 대해 25°이상 75°이하

용접 토치의 각도는 수직보다 수평에 근접시킴으로써, 아크가 용접 비드 표면보다 이면 방향이 되어, 용융 금속의 늘어짐을 억제할 수 있다. 여기서, 용접 토치의 각도가 수평 방향에 대해 25°미만에서는 용접 비드의 형성이 곤란하고, 용접 토치의 각도가 수평 방향에 대해 75°초과에서는 용융 금속의 늘어짐을 억제하는 것이 곤란해진다. 따라서, 용접 토치의 각도는 수평 방향에 대해 25°이상 75°이하로 할 필요가 있다. 바람직하게는 30°이상 45°이하이다.

용접 입열량 : 30 kJ/㎝ 이상 170 kJ/㎝ 이하

다층 용접에서는, 1 패스당의 입열량 (＝ 용착량) 을 크게 함으로써 패스 수를 줄여, 용접 적층 결함을 저감시킬 수 있다. 그러나, 용접 입열량이 지나치게 커지면, 용접 금속의 강도, 인성의 확보가 어려워지는 것 외에, 강재 열 영향부의 연화 억제, 결정립 조대화에 의한 인성의 확보가 어려워진다. 특히, 용접 입열량이 170 kJ/㎝ 를 초과하면, 용접 금속의 특성 확보를 위하여, 강재 희석을 고려한 전용 와이어가 불가결해지고, 또한, 강재에서도, 용접 입열에 견딜 수 있는 설계의 강재가 불가결해진다. 한편, 용융 금속을 확보하고, 용접 결함이 없는 용접부를 얻기 위해서는, 용접 입열량은 높은 쪽이 유리하고, 협개선에 있어서 용접 입열 30 kJ/㎝ 미만에서는 개선면의 용융이 부족하고, 적층 결함의 발생을 피할 수 없다.

따라서, 용접 입열량은 30 kJ/㎝ 이상 170 kJ/㎝ 이하로 한다. 바람직하게는 90 kJ/㎝ 이상 160 kJ/㎝ 이하이다.

용접 토치의 위빙에 있어서의 판두께 방향으로의 위빙 깊이 (L) : 15 ㎜ 이상 50 ㎜ 이하

본 발명의 용접 방법은 용접 토치의 위빙을 실시하는 것이지만, 이 용접 토치의 위빙에 있어서의 판두께 방향으로의 위빙 깊이 (L) 그리고 후술하는 판두께 방향 및 용접선에 직각인 방향으로의 위빙 최대폭 (M) 을 적정하게 제어하는 것이 중요하다.

또한, 각종 위빙 패턴에 있어서의 판두께 방향으로의 위빙 깊이 (L) 그리고 판두께 방향 및 용접선에 직각인 방향으로의 위빙 최대폭 (M) 은, 도 4 의 (a) ∼ (d) 에 나타내는 바와 같이 된다.

여기서, 본 발명의 용접 방법에서 기본으로 하는 수직 방향 상진 용접에 있어서는, 접합 깊이와 판두께 방향의 위빙폭은 동일한 정도가 되기 때문에, 판두께 방향으로의 위빙 깊이가 15 ㎜ 미만에서는, 초층 용접에 있어서의 접합 깊이를 20 ㎜ 이상으로 하는 것이 곤란하다. 한편, 판두께 방향으로의 위빙 깊이가 50 ㎜ 를 초과하면, 초층 용접에 있어서의 접합 깊이를 50 ㎜ 이하로 하는 것이 곤란해질 뿐만 아니라, 용접 입열량이 과다해져, 용접 금속이나 강재의 열 영향부에 있어서 원하는 기계적 특성을 얻는 것이 곤란해지는 것 외에, 고온 균열이나, 용접 중의 열이 분산되는 것에 의한 개선면의 융합 불량, 슬래그 혼입 등의 용접 결함이 발생하기 쉬워진다.

따라서, 판두께 방향으로의 위빙 깊이는 15 ㎜ 이상 50 ㎜ 이하로 한다. 바람직하게는 25 ㎜ 이상 35 ㎜ 이하의 범위이다.

용접 토치의 위빙에 있어서의 판두께 방향 및 용접선에 직각인 방향으로의 위빙 최대폭 (M) : (W - 6) ㎜ 이상 W ㎜ 이하 (W : 초층 용접에 있어서의 용접 비드폭)

개선면의 미용융을 방지하기 위해서는, 판두께 방향 및 용접선에 직각인 방향으로의 위빙 최대폭을 (W - 6) ㎜ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, 판두께 방향 및 용접선에 직각인 방향으로의 위빙 최대폭이 W ㎜ 를 초과하면, 용융 금속이 늘어져 용접이 이루어지지 않는다.

따라서, 판두께 방향 및 용접선에 직각인 방향으로의 위빙 최대폭은, (W - 6) ㎜ 이상 W ㎜ 이하의 범위로 한다. 바람직하게는 (W - 4) ㎜ 이상 (W - 1) ㎜ 이하의 범위이다.

또, 용접 토치의 위빙 패턴에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 도 4 의 (a) ∼ (d) 에 나타내는 바와 같이, 용접선 방향 (용접 진행 방향과 일치하고, 통상적으로는 연직 방향) 에서 보아 コ 자형, V 자형, 사다리꼴 및 삼각형 등으로 할 수 있다. 또한, 도 4 의 (a) ∼ (d) 중, 용접 토치의 방향이 바뀌는 각 점 (도 4 의 (a) 에서 말하면 B 점 및 C 점) 에서의 용접 토치의 궤적은, 모나게 해도 되고, 둥그스름하게 해도 된다.

단, 수직 방향 상진 용접에 있어서는, 용접 표면측에 가까운 지점에서의 위빙은 용융 금속이 늘어져 떨어지는 것을 발생시키기 쉽고, 또한 용접 토치 동작이 개선면과 어긋나면, 개선면의 균일한 용융이 얻어지지 않아, 융합 불량 등의 용접 결함이 발생하기 쉽다. 특히, 반전 동작을 필요로 하지 않는 일반적인 사다리꼴 및 삼각형의 위빙 패턴은, 장치 부하가 작은 반면, 용접 표면측에 가까운 지점에서의 용접 토치 동작 (도 4 의 (b) 에 있어서의 사다리꼴 위빙 패턴의 D 점 → A 점, 도 4 의 (d) 에 있어서의 삼각형 위빙 패턴의 C 점 → A 점) 에 의해, 용융 금속이 늘어져 떨어지는 것이 발생하기 쉽다. 이 때문에, 용융 금속이 늘어져 떨어지는 것을 억제한다는 관점에서는, 용접 표면측에서의 토치 동작이 없는 コ 자형 또는 V 자형의 위빙 패턴으로 하는 것이 바람직하다.

또한, V 자형이나 삼각형의 위빙 패턴에서는, 개선 갭이 큰 (예를 들어, 6 ㎜ 이상) 경우, 용접 토치 동작이 개선면과 어긋나 (예를 들어, 도 4 의 (c) 에 있어서의 A 점 → B 점의 동작에 있어서, 용접 토치 선단의 궤적이 개선면 (용접 토치에 가까운 쪽) 과 평행하지 않게 되는 등), 개선면의 균일한 용융이 얻어지지 않아, 융합 불량 등의 용접 결함이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 이와 같은 경우에는, 개선면과 평행하게 용접 토치를 동작시키는 것이 가능한 コ 자형의 위빙 패턴으로 하는 것이 최적이다.

또한, 판두께 방향에 있어서의, 위빙시의 용접 토치 선단의 최심점 (예를 들어, 도 4 의 (a), (b) 에 있어서의 B 점 및 C 점, 도 4 의 (c), (d) 에 있어서의 B 점) 의 강재 이면으로부터의 거리 (a) 는, 통상적으로 2 ∼ 5 ㎜ 정도이다.

또, 본 발명에서 대상으로 하는 개선 형상에 대해, コ 자형 위빙이나 사다리꼴 위빙을 적용하는 경우, 도 4 의 (a), (b) 중의 M₁, M₂, M₃ 은, 각각 2 ∼ 18 ㎜, 0 ∼ 10 ㎜, 0 ∼ 10 ㎜ 정도가 된다.

또한, 위빙시의 주파수나 정지 시간 (도 4 에 나타내는 A 점 등의 각 점에 있어서의 정지 시간) 은 특별히 한정되는 것이 아니며, 예를 들어 주파수는 0.25 ∼ 0.5 ㎐ (바람직하게는 0.4 ∼ 0.5 ㎐), 정지 시간은 0 ∼ 0.5 초 (바람직하게는 0.2 ∼ 0.3 초) 정도로 하면 된다.

이상, 기본 조건에 대해 설명했지만, 본 발명의 용접 방법에서는, 이하의 조건을 추가로 만족시킴으로써, 특히 수직 방향 용접에 있어서 문제가 되는 용융 금속의 늘어짐을 억제하고, 비드 형상의 안정화를 한층 더 도모할 수 있다.

초층 용접에 있어서의 용접 금속의 S 량 및 O 량의 합계량 : 450 질량ppm 이하

안정적인 수직 방향 상진 용접을 실현하려면, 용융 금속의 늘어짐을 방지하고, 또한 안정적인 용접 비드 형상 (요철이 없는 평활한 비드) 을 얻을 필요가 있고, 특히, 용융 금속의 늘어짐을 방지하려면, 용융 금속의 표면 장력과 점성을 저하시키는 S 량 및 O 량을 낮게 관리하는 것이 중요하다.

여기에, 용접 금속의 S 량 및 O 량의 합계량이 450 질량ppm (이하, 간단히 ppm 이라고도 한다) 을 초과하면, 표면 장력과 점성의 저하에 더하여 용접 금속의 대류가 표면에서 외측 방향이 되고, 고온의 용접 금속이 중앙에서 주변을 향하여 대류하여, 용융 금속이 확산성을 가져, 용융 금속의 늘어짐이 발생하기 쉬워진다. 이 때문에, 용융 금속의 표면 장력과 점성, 유체성을 지배하는, 용접 금속의 S 량 및 O 량은, 이것들의 합계량으로 450 ppm 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 400 ppm 이하이다.

또, 용접 와이어에는, 표면 장력을 낮춰, 용접 비드를 평탄화할 목적으로, 통상적으로 S 가 0.010 ∼ 0.025 질량％ 함유되어 있다. 용접 금속의 S 량의 저감에는, 이와 같은 용접 와이어 자체의 S 량의 저감에 더하여, 강재 중의 S 량을 낮추는 것이 유효하다.

또한, 용접 금속의 O 량은, 실드 가스 중의 CO₂ 의 산화에 의해 증가한다. 예를 들어, 실드 가스로서 100 ％ CO₂ 가스를 사용하는 경우, 용접 금속 중의 O 량은 0.040 ∼ 0.050 질량％ 정도 증가한다. 이와 같은 용접 금속의 O 량의 저감에는, 용접 와이어 자체에 통상적으로 0.003 ∼ 0.006 질량％ 정도 함유되는 O 의 저감에 더하여, 용접 와이어로의 Si 및 Al 첨가가 유효하다. 또, 용접 전류 및 아크 전압을 높게 하고, 용융 금속 중의 슬래그 메탈 반응 (탈산 반응) 과 슬래그의 응집, 용접 비드 표면으로의 부상을 충분히 실시하게 하는 것도 유효하다.

초층 용접에 있어서의 용접 금속의 N 량 : 120 ppm 이하

용접 금속 중의 질소 (N) 은, 응고시에 용접 금속으로부터 배출되어 기포가 된다. 이 기포의 발생이 탕면의 진동을 초래하여, 용융 금속의 늘어짐의 원인이 된다. 특히, 용접 금속 중의 N 량이 120 ppm 을 초과하면, 용융 금속의 늘어짐이 발생하기 쉬워지는 점에서, 초층 용접에 있어서의 용접 금속의 N 량은 120 ppm 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 60 ppm 이하이다.

또, 통상적으로 용접 와이어에는 불순물로서 질소 (N) 이 50 ∼ 80 ppm 함유되어 있고, 여기에서부터, 실드 가스의 불순물과 대기의 혼입에 의해, 용접 금속 중의 N 량이 20 ∼ 120 ppm 정도 증가한다. 한편, 통상적으로 아크 용접의 노즐 내경은 16 ∼ 20 ㎜ 정도이기 때문에, 이와 같은 노즐을 사용하여, 이 노즐 내경을 초과하는 접합 깊이가 되는 용접 금속 부분을 완전하게 실드하는 것은 곤란하고, 결과적으로, 용접 금속 중의 N 량이 200 ppm 을 초과하는 경우도 있다.

이와 같은 N 량의 증가를 방지하여, 초층 용접에 있어서의 용접 금속의 N 량을 120 ppm 이하, 나아가서는 60 ppm 이하로 하려면, 통상적인 아크 용접의 노즐과는 다른 가스 실드 계통을 형성하고, 이로써, 용접 금속으로의 대기의 혼입을 억제하는 것이 유효하다.

또한, 용접시의 강재 희석에 의해, 강재로부터 용접 금속에 S, O 및 N 이 용출되기 때문에, S : 0.005 질량％ 이하, O : 0.003 질량％ 이하 및 N : 0.004 질량％ 이하의 강재를 사용하는 것이, 상기한 초층 용접에 있어서의 용접 금속의 S 량, O 량 및 N 량을 억제하는 데에 있어서는 바람직하다.

초층 용접에서 사용하는 용접 와이어의 Si 량 및 Mn 량의 합계 : 1.5 질량％ 이상 3.5 질량％ 이하

상기한 용융 금속의 늘어짐을 방지하고 또한 안정적인 용접 비드 형상의 외관을 얻으려면, 적정량의 슬래그를 형성하는 것이 중요하다. 슬래그는 주로 SiO₂ 와 MnO 로 구성되어 있고, 이 슬래그량은, 용접 와이어의 Si 량 및 Mn 량의 합계에 크게 좌우된다.

여기에, 용접 와이어의 Si 량 및 Mn 량의 합계가 1.5 질량％ 미만에서는, 용융 금속의 늘어짐을 방지하기에 충분한 슬래그량이 얻어지지 않는다. 한편, 용접 와이어의 Si 량 및 Mn 량의 합계가 3.5 질량％ 를 초과하면, 슬래그가 덩어리가 되어 다음 층 이후의 용접에 지장을 주는 경우가 있다. 따라서, 초층 용접에서 사용하는 용접 와이어의 Si 량 및 Mn 량의 합계는, 1.5 질량％ 이상 3.5 질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1.8 질량％ 이상 2.8 질량％ 이하이다.

초층 용접에서 사용하는 용접 와이어의 Ti 량, Al 량 및 Zr 량의 합계 : 0.08 질량％ 이상 0.5 질량％ 이하

상기한 용융 금속의 늘어짐을 방지하고 또한 안정적인 용접 비드 형상의 외관을 얻는 데에 중요한 역할을 다하는 슬래그의 물성 (점성) 에 크게 영향을 주는 것이, TiO₂, Al₂O₃, Zr₂O₃ 이다.

여기에, 용접 와이어의 Ti 량, Al 량 및 Zr 량의 합계가 0.08 질량％ 미만에서는, 용융 금속의 늘어짐을 방지하는 데에 유효한 슬래그의 점성이 얻어지지 않는다. 한편, 용접 와이어의 Ti 량, Al 량 및 Zr 량의 합계가 0.5 질량％ 를 초과하면, 슬래그의 제거, 재용융 모두 곤란해져, 다음 층 이후의 용접에 지장이 발생한다.

따라서, 초층 용접에서 사용하는 용접 와이어의 Ti 량, Al 량 및 Zr 량의 합계는, 0.08 질량％ 이상 0.5 질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.15 질량％ 이상 0.25 질량％ 이하이다.

또한, 상기한 것 이외의 용접 와이어의 성분에 대해서는, 용접하는 후강재의 성분에 따라 적절히 선택하면 되는데, 상기한 용접 금속 중의 S 량, O 량 및 N 량을 억제하는 관점에서는, S : 0.03 질량％ 이하, O : 0.01 질량％ 이하, N : 0.01 질량％ 이하로 하고, 추가로 Si : 0.05 ∼ 0.80 질량％, Al : 0.005 ∼ 0.050 질량％ 의 범위로 한 용접 와이어 (예를 들어, JIS Z 3312 YGW18 이나 JIS Z 3319 YFEG-22C 등) 를 사용하는 것이 바람직하다.

실드 가스 조성 : CO₂ 가스를 20 체적％ 이상

용접부의 용입은, 아크 그 자체에 의한 가우징 효과와 고온 상태에 있는 용접 금속의 대류에 의해 지배되고 있다. 용접 금속의 대류가 내측 방향이 되는 경우, 고온의 용접 금속이 위로부터 하방향으로 대류하므로 아크 바로 아래의 용입이 증가한다. 한편, 용접 금속의 대류가 외측 방향이 되는 경우, 고온의 용접 금속이 중앙에서 좌우 방향으로 대류하고, 용접 비드가 확산성을 가짐과 함께 개선면의 용입이 증가한다. 따라서, 본 발명의 목표로 하는 후강재의 수직 방향 다층 가스 실드 아크 용접에 있어서, 용융 (용접) 금속의 늘어짐을 억제하여 균일한 용접 비드 형상을 얻으려면, 용접 금속의 대류를 내측 방향으로 하는 것이 바람직하다.

여기서, 용접 금속의 뜨거운 물의 흐름을 지배하는 산소 (O) 를 저감시키는 관점에서 말하면, CO₂ 가스를 낮게 억제하는 편이 유리하지만, CO₂ 가스는 해리 흡열 반응에 의해 아크 그 자체를 긴축시켜, 용접 금속의 대류를 보다 내측 방향으로 하는 효과가 있다.

이 때문에, 실드 가스 조성으로는, CO₂ 가스를 20 체적％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 60 체적％ 이상이다. 또한, CO₂ 가스 이외의 잔부는, Ar 등의 불활성 가스를 사용하면 된다. 또, CO₂ 가스 : 100 체적％ 여도 된다.

또, 용접부의 용입은, 아크의 지향성 및 가우징 효과에도 영향을 받는다. 따라서, 용접의 극성은, 아크의 지향성 및 가우징 효과가 보다 큰 와이어 마이너스 (정극성) 로 하는 것이 바람직하다.

상기 이외의 조건에 대해서는, 특별히 규정할 필요는 없지만, 평균 용접 전류 270 A 미만에서는, 용융지가 작고, 표면측에서는 토치 위빙마다 용융과 응고를 반복하는 다층 용접과 같은 상태가 되어 융합 불량, 슬래그 혼입이 발생하기 쉽다. 한편, 평균 용접 전류가 360 A 를 초과하면, 용융 (용접) 금속의 늘어짐이 발생하기 쉬워지는 것 외에, 용접 흄과 스퍼터에 의해 아크점의 확인이 곤란해지기 때문에 시공 중의 조정이 어려워진다. 이 때문에, 평균 용접 전류는, 270 ∼ 360 A 로 하는 것이 바람직하다. 또, 평균 용접 전류를 270 ∼ 360 A 로 함으로써, 용접 흄, 스퍼터의 발생을 억제하면서 안정적인 용입이 얻어지는 점에서 본 발명의 용접을 실시하는 데에 있어서 한층 더 유리해진다.

이외의 조건에 대해서는 정법에 따르면 되고, 예를 들어, 용접 전압 : 32 ∼ 37 V (전류와 함께 상승), 용접 속도 (상진) : 3 ∼ 15 ㎝/분 (바람직하게는 4 ∼ 9 ㎝/분), 와이어 돌출 길이 : 20 ∼ 45 ㎜, 와이어 직경 : 1.2 ∼ 1.6 ㎜ 정도로 하면 된다.

또한, 초층 이외의 각 층에 있어서의 용접 조건에 대해서는, 특별히 한정되지 않고, 기본적으로는 상기한 초층의 용접 조건과 마찬가지로 하면 된다.

또, 용접 완료까지의 적층수는, 적층 결함을 방지하는 관점에서 2 내지 4 층 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 용접 방법에서는, 1 층당 1 패스의 적층 용접을 기본으로 한다.

실시예

표 1 에 나타내는 개선 형상으로 한 2 장의 강재에, 표 2 에 나타내는 용접 조건으로 협개선의 수직 방향 상진 다층 가스 실드 아크 용접을 실시하였다.

여기서, 강재는 모두, S : 0.005 질량％ 이하, O : 0.003 질량％ 이하, N : 0.004 질량％ 이하인 것을 사용하였다. 또한, 강재의 개선 가공에는, 가스 절단을 사용하고, 개선면에는 연삭 등의 손질은 실시하지 않았다.

또, 용접 와이어는, 강재 강도용 또는 그것보다 1 랭크 상 (上) 용의 그레이드인 1.2 ㎜φ 의 솔리드 와이어를 사용하였다. 또한, 사용한 용접 와이어 중의 성분 조성은 모두, S : 0.005 질량％ 이하, O : 0.003 질량％ 이하, N : 0.005 질량％ 이하, Si : 0.6 ∼ 0.8 질량％, Al : 0.005 ∼ 0.03 질량％ 였다.

또한, 용접 전류는 270 ∼ 360 A, 용접 전압은 32 ∼ 37 V (전류와 함께 상승), 평균 용접 속도는 3 ∼ 15 ㎝/분 (용접 중에 조정), 평균의 와이어 돌출 길이는 30 ㎜ 로 하고, 용접 길이는 400 ㎜ 로 하였다. 또, No.11 을 제외하고, 통상적인 아크 용접의 노즐과는 다른 가스 실드 계통을 형성하여, 용접을 실시하였다.

또한, 초층 이외의 각 층에 있어서의 용접에 대해서는, 기본적으로 초층 용접과 동일한 입열 조건으로 하였다.

초층 용접 후, 임의로 선택한 5 점의 단면 매크로 조직 관찰에 의해, 비드폭 및 접합 깊이를 측정하였다. 또한, 비드폭에 대해서는, 측정한 값의 최대치를 초층 용접 비드폭 (W) 으로 하고, 접합 깊이에 대해서는, 측정한 값의 최소치를 초층 용접 접합 깊이 (D) 로 하였다.

또, 초층 용접시에 있어서의 용융 금속의 늘어짐을, 육안으로 다음과 같이 평가하였다.

◎ : 용접 금속의 늘어짐 없음

○ : 용접 금속의 늘어짐 2 개 지점 이하

× : 용접 금속의 늘어짐 5 개 지점 이상, 또는 용접 중단

또한, 최종적으로 얻어진 용접 이음매에 대해, 초음파 탐상 검사를 실시하여, 다음과 같이 평가하였다.

◎ : 검출 결함 없음

○ : 결함 길이가 3 ㎜ 이하인 합격 결함만을 검출

× : 결함 길이가 3 ㎜ 를 초과하는 결함을 검출

이들의 결과도 아울러 표 2 에 나타낸다.

표 2 에 나타낸 바와 같이, 발명예인 No.1 ∼ 14 에서는, 초층 용접 금속의 늘어짐은 없거나, 있더라도 2 개 지점 이하였다. 또, 초음파 탐상 검사에서도 검출 결함이 없거나, 있더라도 결함 길이가 3 ㎜ 이하였다.

한편, 비교예인 No.15 ∼ 19 는, 5 개 지점 이상의 용접 금속의 늘어짐이 있거나, 및/또는 초음파 탐상 검사에 있어서 결함 길이가 3 ㎜ 초과인 결함이 검출되었다.

또, 도 5 의 (a) 에 발명예인 No.7 의 초층 용접 후의 표 (용접 시공측) 의 외관 사진을, 도 5 의 (b) 에 단면 매크로 조직 사진의 일례를 나타낸다. 동 도면으로부터, 위빙 조건 등을 적정하게 제어한 No.7 의 발명예에서는, 초층 용접에 있어서의 접합 깊이 (D) 가 28 ㎜ 정도로 원하는 접합 깊이가 얻어지고 있는 것을 알 수 있다. 또, 동시에 안정적인 용접 비드 형상도 얻어지고 있었다.

1 : 후강재
2 : 후강재의 개선면
3 : 강재 하단부의 개선
4 : 용접 토치
5 : 용접 와이어
6 : 백킹 스트립재
7 : 용접 비드
θ : 개선 각도
G : 개선 갭
h : 강재 하단부의 개선 높이
t : 판두께
φ : 수평 방향에 대한 용접 토치의 각도
D : 초층 용접에 있어서의 접합 깊이
W : 초층 용접에 있어서의 용접 비드폭
L : 판두께 방향으로의 위빙 깊이
M : 판두께 방향 및 용접선에 직각인 방향으로의 위빙 최대폭

Claims

개선 각도를 25°이하, 개선 갭을 20 ㎜ 이하로 하여, 판두께가 40 ㎜ 이상인 2 장의 후강재를, 위빙을 사용하는 수직 방향 다층 용접에 의해 접합하는 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법에 있어서,
초층 용접시에, 용접 토치의 각도를 수평 방향에 대해 25°이상 75°이하, 용접 입열을 30 kJ/㎝ 이상 170 kJ/㎝ 이하로 함과 함께, 판두께 방향으로의 위빙 깊이를 15 ㎜ 이상 50 ㎜ 이하, 또한 초층 용접에 있어서의 용접 비드폭을 W 로 한 경우에, 판두께 방향 및 용접선에 직각인 방향으로의 위빙 최대폭을 (W - 6) ㎜ 이상 W ㎜ 이하로 하여, 용접 토치의 위빙을 실시하고,
상기 초층 용접에 있어서의 접합 깊이를 20 ㎜ 이상 50 ㎜ 이하로 하는 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 초층 용접의 위빙에 있어서, 용접선 방향에서 본 용접 토치의 위빙 패턴이 コ 자형인 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 초층 용접에 있어서의 용접 금속의 S 량 및 O 량의 합계가 450 질량ppm 이하이고, 또한 N 량이 120 질량ppm 이하인 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 초층 용접에서 사용하는 용접 와이어의 Si 량 및 Mn 량의 합계가 1.5 질량％ 이상 3.5 질량％ 이하인 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 초층 용접에서 사용하는 용접 와이어의 Ti 량, Al 량 및 Zr 량의 합계가 0.08 질량％ 이상 0.5 질량％ 이하인 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
실드 가스로서 20 체적％ 이상의 CO₂ 가스를 함유하는 가스를 사용하는 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 초층 용접에 있어서, 평균 용접 전류가 270 A 이상 360 A 이하의 범위인 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법.