KR100318081B1 - 용접방법 - Google Patents

Abstract

적어도 5mm 두께의 금속 판체들(1) 사이에서 판체들의 오직 한 면으로부터만 버트 조인트(butt joint) 용접에 의하여 형성되는 용접 홈(2)에서 10미터 길이 이상의 용접점(18)을 형성하는 방법으로서, 용접 홈(2)이, 예를들어 용접될 판체들의 가장자리 부분의 성형 분쇄기(form-milling)에 의하여, 홈의 크기 및 모양에 있어서의 높은 정확도와 부드러운 홈 표면을 가진 것이 형성되는 것을 포함한다, 홈(2)은 상기의 한 면으로부터 연장되어 판체 두께의 오직 일부분만을 통과하여 용접될 판체(1)들이 어떠한 필연적인 사이의 틈 없이 서로 지지를 받게 되는 뿌리부(10)를 남긴다. 홈(2) 근처에 있으나 상기 한 면의 반대편에 있는 판체들(1)은, 용접될 판체들(1)을 상대적으로 정확한 위치에 있도록 하기 위한, 그 자체로서 알려져 있는, 흡입 고정 장치들(6,7,8,9)을 포함하는 베드(19)에 의하여 고정된다.

Description

용접 방법

본 발명은 극도로 긴 금속판들을 대량 용접하는 것에 대한 특허청구의 범위 제 1 항의 전문에 따른 방법과 그 방법에 의하여 함께 용접된 판체들로부터 생산되는 동체에 관한 것이다.

조선 산업에서는 많은 수의 편평한 판체들이 함께 용접되어 선박의 갑판, 선체와 같은 조립품을 형성한다. 제조되어야 할 판체의 동체들은 굉장히 큰 면적을 가지므로, 가능한 한 큰 판체 덩어리를 가지고 작업하는 것이 경제적이며 "극도로 긴 금속판"이라고 하는 용어는 적어도 10미터(또는 판재제조자들이 더 긴 물건을 생산하지 않으므로, 상용적으로 이용 가능한 최대길이)의 길이를 가지는 판재에 대하여 언급하는 것이다. 선박 건조 산업에서 사용되는 전형적인 판체 덩어리는 10미터 이상의 길이이며, 종종 20미터 가까이 된다, 이러한 크기의 판체 덩어리들을 용접에 의하여 서로 접합하는 작업이 요구되는데, 이는 용접에 의하여 발생하는 고온이 용접 작업 자체를 하는 동안 및 또는 용접 작업 후, 예를 들어, 용접 수축이 판체들에 있어 불균일을 일으킬 때 판체에 있어 변형을 가져오는데, 예를들어, 화염 평탄화 방법에 의한 그것의 제거는 어렵고도 시간이 많이 소요된다.

또한, 용접에 의하여 극도로 긴 판체들을 접합하기 위한 종래의 예비적인 조치는 큰 공간과 많은 시간의 소모를 요구한다. 통상적으로는, 함께 용접되는 두 판체들 사이에 작은 틈이 남겨지는데, 이는 판체들 중 오직 한면으로부터만 전체 용접면 이 수행되도록 하기 위한 것이다. 틈의 형성은 틈의 정확한 폭의 조정을 가능하게 하도록 서로에 대한 판체들의 정확한 위치 결정을 요한다. 전체 용접 홈을 따른 틈 폭의 균일성의 제어는 용접될 판체들의 지지 기초에 대한 견고한 부착이 요구된다. 기초에 의한 확고한 판체들의 지지에 부가하여 택(tack) 용접법이 사용되는데, 즉, 판체들이 용접홈을 따라서 사이를 두고 떨어진 짧은 택 용접에 의하여 상호 결합되는 것으로 이는 시간이 많이 걸리는 수작업이다. 만약 택 용접이 주용접 자체를 위한 자리와는 다른 장소에서 실시된다면, 이를 위하여 용접 공정에 필요한 만큼의 큰 면적을 확보하여야만 하고, 이는 그 용접 공정이 전체적으로 모든 고정이 한 작업장에서 수행될 수 있다면 요구되는 작업 공간의 두배를 요구한다는 것을 의미한다.

본 발명의 한 목적은 균일한 품질 및 강도로 다수개의 용접을 할 수 있으며, 특히 적어도 5mm 두께의 극도로 긴 일련의 금속판을 그 금속판의 한 측면으로부터 만의 용접홈내에서의 버트 조인트 용접에 의하여 제조된 판체 동체의 품질 뿐만 아니라 용접의 질도 개선하고자 하는 것이다.

본 발명의 목적은 특허청구 범위 제 1 항에 설명된 것과 같은 방법으로 달성될 수 있다. 전체 길이에 있어서의 용접 홈 형태의 균일성과 용접 홈 표면의 매끄러움과 질에 대하여 충분한 관심을 두는 것에 의하여, 전체 용접 공정은 종래의 판체들 사이의 틈을 남기지 않고 전체 용접 공정을 완성할 수 있으며, 그것의 제거는 함께 용접되는 각 판체들이 용접홈의 뿌리부(root area)를 통하여 다른 하나의 판체로부터 상호 지지될 수 있다는 장점을 제공하며, 이는 조정작업을 쉽게 하고 정확한 조정과 판체들을 미리 고정시키는데 대한 요구를 감소시킬 수가 있다. 판체들은 흡입 장치에 의하여 그 판체들 아래에 있는 베드(bed)에 고정될 수 있는데, 이것의 활성화 및 제거는 빠르고도 간단하게 이루어질 수 있다. 함께 용접홈을 형성하는 판재의 모서리를 형성하기 위하여, 성형분쇄기(form-milling)가 유리하게 사용될 수 있지만, 충분히 정확한 형태를 가진 매끄러운 표면이 형성될 수 있다면, 다른 작업 방법도 배제되지는 않는다.

본 발명에 따른 방법을 사용함으로써, 용접된 큰 판체의 동체가 종래의 방법을 사용하였을 때보다 훨씬 낮은 비용으로 더욱 빨리 생산될 수 있다는 것을 발견하였다. 또한 많은 경우에 있어서, 측정 가능한 용접속도가 종래의 선행 기술에 의한 방법과 비교하여 대략 두배 정도가 될 수 있다. 또한 필요한 장치에 대한 자본금도 현저히 감소 될 수 있다. 작업장 당 약 200,000 미국 달러 정도의 절약이 가능하다.

본 발명에 따른 방법에서 사용되는 흡입 고정 장치는 용접에 의하여 발생하는 고온이 흡입 고정 장치의 밀폐에 나쁜 영향을 주지 않도록 조절되어 있다. 따라서, 바람직하게는, 용접 홈에 가장 가까이 있는 각 흡입 고정 장치 부분은 용접 홈으로부터 적어도 50mm 거리의 간격이 주어진다.

용접 과정의 조정은, 만약 높은 열 전도성의 물질, 바람직하게는 구리로서 만들어진 뿌리 지지체(root support)가 용접될 판체들 아래에 위치하고, 그 뿌리 지지체는, 용접 홈의 바로 아래에서 보호 개스 또는 용접 분말을 수용하기 위하여 홈과 같은 방향으로 연장된 만곡부(recess)를 가진다면, 더 쉬워진다. 강철이 용접될 때에는, 뿌리 지지체의 홈은 그들의 용접 위치에 있는 판체들을 고정시키기 전에 용접 분말로서 채워질 수 있다. 알루미늄 또는 스테인레스 스틸이 용접될 때에는, 뿌리 지지체에서는 그 만곡부(recess)로 보호 개스가 유입될 수 있다. 스테인레스 스틸을 용접할 때에는, 이 목적을 위하여 개발된 용접 분말을 사용할 수도 있으나, 이것은 일반적인 것은 아니다, 여기서 논의된 방법으로의 보호 개스 또는 분말의 사용은 용접의 질을 개선한다는 것이 발견되었다.

뿌리 지지체는 예를 들어, 물 또는 다른 액상 냉각제에 의하여 유리하게 냉각될 수 있다. 편리하게는, 냉각관이 뿌리 지지체 속에 형성된다.

가장 유리한 해결책은 보통, 냉각제의 순환이 그 순환 냉각제의 온도가 모니터되고 조정될 수 있도록 배열되는 것이다, 뿌리 지지체의 냉각에 의하여 용접 중에 야기되는 열 스트레스(heat stress)를 순조롭게 조정할 수 있다.

용접 홈의 바닥에 있는 뿌리부, 즉 용접될 판체들이 상호 접촉하고 있는 곳은 비교적 낮은 높이를 가지며, 전형적으로 2와 4mm로서, 판체들의 두께에 의존하며, 낮은 값들이 물론, 얇은 판체들에 사용되며, 높은 값을 갖는 것이 두꺼운 판체들에 사용된다. 그러나, 판체의 두께가 5내지 25mm 범위내에 있을 때에는, 뿌리의 높이가 3mm이상인 것을 사용하는 것은 결코 보장될 수는 없다. 용접 홈의 유리한 형태는 V자 모양으로서, V자의 옆 표면 사이의 각도는 50° 에서 60° 사이로서, 바람직하게는 55° 에서 60° 이다. V자형은 제작이 쉬우므로 유리하다. 대형 조립체의 대량생산적인 성공적인 용접을 위한 최적의 조건을 형성하기 위하여 표기한 홈의 각도가 선택되었다.

강철이 용접될 때는, 소위 트윈-아크(twin-arc) 또는 더블 와이어(double wire) 방법을 사용하는 것이 유리한데, 거기서 서로 가까이에 위치한 두 개의 용접 와이어들은 같은 접촉 노즐을 통하여 같은 용접 푸울로 유도되어, 같은 용접 파워 소오스로부터 전류를 받는다. 용접 와이어들은 바람직하게는 용접 홈의 방향으로 줄지어 있는 푸울에 유도된다. 이러한 용접 방법에 의하여 용접 속도는 분당 1미터 정도로 되도록 현저하게 증가될 수 있다.

본 발명은 또한 본 발명의 용접 방법에 의하여 결합된 극도록 긴 금소판의 조립체, 특히 선박의 갑판 또는 덥개의 측면등에 까지 연장된다.

본 발명은 이제 첨부된 도면들을 참고하여 보다 상세히 설명될 것이다.

도면들에 있어서, 1은 한 면으로부터 함께 용접되어 버트 조인트(butt joint)로 되는 판체를 나타내고, 2는 판체들(1)사이에 형성되는 용접 홈이며, 3은 홈에 대한 지지체이고, 4는 홈(2) 방향으로 연장되어 있는 지지체 속의 만곡부(recess)이다. 지지체(3)속에는 냉각관(5)이 형성되어 있는데, 그것을 통하여 유동적인 냉각제, 예를들어, 물과 같은 것이 순환 될 수 있다, 지지체(3)는 열 전도성이 좋은 물질, 예를들어 구리 등으로 만들어진다.

판체(1)는 요구되는 각 위치에서, 흡입 홈들(6)과 탄성 물질로 된 가장자리의 고정장치의 부분(7)(이 고정장치는 밀봉조각인 것이 유리하다. 이하 같다)이 있는 단단한(예를 들어 강철)흡입 지지 단위(20)를 가진 베드(19)를 포함하는 흡입 설비 수단에 의하여 지지된다. 각 고정장치의 부분(7)내에 관(21)이 형성되어 있으며, 흡입 고정 단위(20)의 공기의 압착을 향상시기키 위해서 그곳으로 압축된 공기가 용접 공정의 초기부터 유입된다. 흡입 홈들(6)은 각 흡입관(8)을 경유하여 진공 펌프(9)와 연락되며, 그것을 통하여 충분히 강력한 부분진공이 판체들(1)을 제자리에 고정시키기 위하여 흡입 홈(6)에서 요구될 때에 생성된다. 흡입 홈들(6) 사이에 있는 이랑들(22)은 각각의 흡입 고정 부분에서 각 판체(1)를 지지한다. 용접될 판체들의 흡입 고정은 예를 들어 독일특허 A-2236936와 같이 그 자체로서 알려져 있다.

용접 홈(2) 가까이에 있는 고정장치의 부분(7)은 적어도 약간의 온도 상승을 견딜 수 있어야 한다. 고정 장치의 각각의 부분(7)은 적어도 300℃의 온도를 견딜 수 있을 것이 권장된다. 밀봉부의 온도는 너무 높이 않아야 하고, 용접 홈(2)의 중앙선으로부터 가장 가까운 고정장치의 부분(7)에 이르는 거리 L은 적어도 50mm일 것이 권장된다.

지지체(3)내의 만곡부(4)는 용접하는 동안 용접 분말에 의하여 채워지나, 예를 들어 용접 알루미늄이 관으로서 사용될 수 있다면, 그것을 통하여 용접 홈 아래로 보호 개스가 유입될 수 있다. 만곡부(4)는 깊을 필요는 없으며, 몇 밀리미터 정도의 깊이만으로 보통 충분하다.

제 2 도에서는 용접 홈(2)에 대한 바람직한 형태가 보다 상세히 나타나 있다. 홈은 V자형이며 그 V형의 각도는 50°에서 65°의 범위에 있다. V자형의 홈(2)의 바닥에는 뿌리부(10)가 있고, 그것의 높이 k는 2내지 4mm사이에서 용접될 판체(1)의 두께에 의존하는데, 바람직하게는 3mm를 넘지 않는다. 강철의 용접용 판체의 두께 s는 바람직하게는 5에서 25mm범위 내에 있으나, 알루미늄 용접용으로는판체(1)의 두께는 훨씬 클 수 있다. 뿌리부(10)에서 판체들은 서로 지지하며, 이것은 판체들(1) 각각의 위치잡이를 용이하게 하는데, 이는 지지체(3)에 대한 일정한 위치에서 판체들의 정확한 고정이 중요한 것이 아니고 그들의 서로에 대한 상대적인 위치는 뿌리부(10)의 접촉면들에 의하여 정해지는 것이기 때문이다.

가스절단(gas cutting) 또는 산소절단(oxygen cutting) 등 화열절단법(flame cutting)에 의하여 판체(1)의 모서리를 깍는 것은, 적절한 용접홈(2)을 형성하기에 충분한 정확한 모서리를 생산하기 어려우며, 일반적으로 어떠한 가공(예를 들면 밀링 또는 그라인딩)이 요구된다. 홈을 따른 형상에 있어서의 균일성은 매우 중요하며, 최대한 20%의 폭(홈의 가장 넓은 부분에서)에서의 변화, 바람직하게는 10%이내의 변화가 허용될 수 있다. 일반적으로 모서리 성형이 균일할수록, 용접의 질이 개선 될 수 있다.

제 1 도는 본 발명에 따른 용접 방법을 실시하기 위한 용접 설비의 단면을 개략적으로 나타낸다.

제 2 도는 본 발명의 방법을 위하여 창작된 용접 홈의 단면을 나타내며, 그리고

제 3 도는 본 발명의 따른 방법에 적용되는 트윈-아크 용접의 개략적인 투시도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 판체 2 : 용접홈

3 : 지지체 4 : 만곡부

5 : 냉각관 6 : 흡입 홈

7 : 밀봉조각 8 : 흡입관

9 : 진공펌프 10 : 뿌리부

11 : 용접 와이어 12 : 공급롤러

13 : 접촉노즐 14 : 화살표

15 : 관 16 : 용접분말

17 : 용접 푸울 18 : 용접점

Claims (11)

1. 판체들의 오직 한 측면으로부터 용접홈(2)내에 버트 조인트(butt joint) 용접에 의하여 각각 5mm이상의 두께인 극도로 긴 일련의 금속 판체들(1)을 접합하기 위하여 균일한 질과 강도로 다수개의 용접점을 형성하기 위한 방법에 있어서, 용접홈(2)은, 예를들어 성형 밀링(form-milling)에 의한 금속절단공구의 수단에 의하여, 홈의 크기 및 모양과, 홈 표면의 평탄성에 관하여 정확하게 형성되며, 홈(2)은 상기의 한 측면으로부터 판체 두께의 일부만을 통하여 연장되고 용접될 판체(1)들의 중간 틈새가 없이 상호간으로부터 지지를 받는 뿌리부(10)를 남기게 되며, 홈(2)의 근처이면서 상기 한 측면의 반대측면에 있는 판체들(1)이, 용접될 판체들(1)을 상대적으로 정확한 위치에 있도록 하기위한 흡입 고정 장치들(6,7,8,9)을 포함하는 베드(19)에 의하여 걸어맞춤되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 용접 홈(2)에 가장 가까운 각 흡입 고정 장치의 부분(7)이 그로부터 50mm(L) 이상의 간격을 두고 위치하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 뿌리부(10)의 근방에서 베드(19)는 열 전도성을 가지는 재료로 된 뿌리 지지대(3)를 포함하며, 그 뿌리지지대는 용접 홈(2)의 바로 아래에 용접 분말 또는 보호 개스를 받아들이기 위한 만곡부(14)를 포함하며,그 만곡부는 용접 홈(2)의 길이 방향으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 강철 판체들(1)의 용접 과정 동안에는, 뿌리 지지대(3)의 만곡부(4)에 그 판체들(1)을 용접에 필요한 위치에 놓기 전에 용접 분말이 채워지는 것을 특징으로 하는 방법,
5. 제 3 항에 있어서, 뿌리 지지대(3)는, 그 뿌리 지지대(3)의 관(5)내를 흐르도록 만들어진 유동 냉각제에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 뿌리부(10)의 높이(k)가 2내지 4mm인 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 뿌리부(10)의 높이(k)가 3mm이상이 되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 용접 홈(2)은, 측면들 사이의 각이 50° 내지 65° 의 범위인 V자형상을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 측면들 사이의 각이 55° 내지 60°의 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 1 항에 있어서, 판체들(1)이 강철인 경우, 동일한 접촉 노즐(13)을 통하여 동일한 용접 푸울(17)에 들어가도록 상호간에 밀접하게 고정된 두 개의 용접 와이어들(11)에 의해 용접이 이루어지며, 용접 와이어들(11)은 동일한 용접 전원으로부터 전류를 공급받는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 판체 단위체들이 상기 제 1 항에 의한 방법을 사용하여 함께 용접된 것을 특징으로 하는, 용접에 의하여 결합되고 선박의 갑판 또는 선박 덮개의 측면 부분에 사용하도록 의도된 대형 판체(1,1).