KR100671037B1

KR100671037B1 - 강재의 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상방법

Info

Publication number: KR100671037B1
Application number: KR1020057007741A
Authority: KR
Inventors: 다다시 이시카와; 기요타카 나카시마; 데쓰로 노세
Original assignee: 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2007-01-19
Also published as: EP3199648A1; EP1559796B1; EP1559796A4; US20060137777A1; US7754033B2; JP4189201B2; CN100523230C; EP1559796A1; KR20050065665A; CN1708593A; WO2004040023A1; AU2003280611A1; JP2004149843A; ES2624352T3

Abstract

강재의 다층 용접 이음부, 모서리 용접 이음부, 1 패스 또는 수 패스의 대입 열 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법을 제공함으로써, 강재의 다층 용접 이음부의 최종 패스에 의하여 형성된 열 영향부의 표면에, 초음파 진동 단자에 의한 타격 처리 또는 초음파 진동 강구에 의한 쇼트 피닝 처리를 실시함으로써, 상기 최종 패스에 의하여 형성된 열 영향부에 있어서의 용접 금속과 모재와의 퓨전 라인(FL)에 인접하는 금속 조직에 대하여, 상기 강재 표면으로부터 2 mm 이상의 깊이까지의 각 결정의 긴 지름의 평균을, 그 강재 표면으로부터 판 두께 t의 1/4의 깊이에 있어서의 용접전의 모재의 결정립경 상당하게 하는 것을 특징으로 하는 강재의 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법.

용접 이음부, 모재, 결정립경, 열 영향부, 다층 용접 이음부, 모서리 용접 이음부

Description

강재의 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법{METHOD OF INCREASING TOUGHNESS OF HEAT-AFFECTED PART OF STEEL PRODUCT WELDED JOINT}

본 발명은 건축, 조선, 교량, 건설 기계, 해양 구조물 등의 용접 구조물에 사용되는 강재의 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법에 관한 것이다. 구체적으로는 다층 용접 이음부, 모서리 용접 이음부, 1 패스 또는 수 패스의 대입열 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법에 관한 것이다.

일반적으로 건축, 조선, 교량, 건설 기계, 해양 구조물 등의 용접 구조물에 사용되는 용접 이음부로서 다수의 패스에 의하여 용접을 실시하는 다층 용접 이음부, 강재끼리를 수직으로 조합한 코너부를 용접하는 모서리 용접 이음부, 대입열의 용접에 의한 1 패스 또는 수 패스의 용접 이음부가 있다. 이하에 각각의 용접 이음부의 열 영향부의 인성에 관한 종래의 문제점에 대하여 상술한다.

<다층 용접 이음부>

다층 용접 이음부에서는 용접에 의한 입열에 의하여 강재의 금속 조직이 조대화되지만, 후속되는 용접 패스에 의하여, 결정립이 조대화된 영역이 재차 가열되기 때문에 세립화되므로, 열 영향부(HAZ부, 이하 같음)에 있어서도 높은 인성이 확보되고 있다. 그러나, 강재 표면에 가까운 최종 패스에 의하여 형성된 열 영향부(HAZ)는 후속되는 용접 패스가 없기 때문에, 재가열에 의한 세립화가 이루어지지 않고, 결정립은 조대화된 채로, 파괴 인성이 크게 열화된다.

예를 들면, 금속 경람, 일본금속학회 편(개정 5판), 마르젠 가부시키가이샤, P1072, 도16-50에, 용접 열 영향부의 금속 조직에 대하여, 금속 조직은 가열에 의하여 한 번 완전히 오스테나이트가 되고, 그것이 극히 조립화되어, 경화되기 쉽고, 균열이 생기기 쉬운 것이 개시되고 있다.

이를 해결하기 위하여, 종래는 소정의 용접이 종료된 후에도, 이어서 용접을 실시하여, 당해부를 북돋운 상태까지 용접하여 금속 조직을 세립화시킨 후에, 불필요한 잉여 부분을 그라인더 등으로 연삭함으로써, 재차 열을 받아 세립화된 열 영향부(HAZ)만 존재하게 하는 대책을 필요로 하기도 하였다. 그러나, 이러한 대책으로는 여분의 용접 작업이 필요하게 되고, 그라인더 등에 의한 연삭 작업이 추가적으로 필요하기 때문에, 시공 비용, 공정 부하가 크다는 문제점이 있어 현실적이지 못하였다.

<모서리 용접 이음부>

강재끼리를 수직으로 조합한 코너부를 용접하는 모서리 용접 이음부에 있어서도, 지단부 근방의 열 영향부(HAZ)는 결정립이 조대화되고 있어, 상술한 다층 용접 이음부와 같은 문제점이 있었다.

<대입열 용접 이음부>

대입열의 용접에 의한 1 패스 또는 수 패스의 용접 이음부를 적용하는 강재는 일반적으로 후속되는 용접 패스에 의한 재입열을 받지 않아도 열 영향부(HAZ) 조직의 조립화를 방지할 수 있도록, 모재중의 TiN나 산화물 등을 미세 분산시킴으로써, 오스테나이트입의 성장을 TiN나 산화물 등에 의한 핀닝 효과에 의하여 억제할 수 있도록 설계되고 있다. 그러나, 용접의 입열량이 크면 열 영향부(HAZ) 조직이 조대화되기 쉽기 때문에 입열량을 제한하거나, 또한 용접 효율을 향상시키기 위하여, 개방된 선단을 좁고 또한 수직에 가깝게 하는 경우에는 모재가 충분히 용융 되지 않고 용접 금속이 보다 빨리 응고되어 버리기 때문에, 용접의 융합 불량이 생기기 쉽고, 특히 지단부에 언더 컷이 발생하고 이 부분이 응력 집중부가 되어 파괴의 기점이 되기 때문에 파괴 인성이 지나치게 저하된다는 문제점이 있었다.

또한, 용접부에 초음파 진동을 주는 방법에 관한 종래 기술로서는 예를 들면, 미국 특허 제 6,171,415호 명세서에 아크 용접 직후에 용접 아크에 의하여 가열된 용접 심부를 따라 초음파 진동을 부여하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 종래 기술은 초음파 진동자로 타격함으로써 피로 강도를 향상시키는 방법이며, 본 발명이 목적으로 하는 열 영향부(HAZ)의 금속 조직의 세립화나 융합 불량부의 압착에 의한 인성 향상에 대하여서는 전혀 개시되어 있지 않다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고, 강재의 다층 용접 이음부, 모서리 용접 이음부, 1 패스 또는 수 패스의 대입열 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여서 예의 검토한 결과 이루어진 것이고, 강재의 용접 이음부의 지단부의 근방에 초음파 진동 단자에 의한 타격 처리 또는 초음파 진동 강구에 의한 쇼트 피닝(shot peening) 처리를 함으로써, 강재의 다층 용접 이음부, 모서리 용접 이음부, 1 패스 또는 수 패스의 대입열 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법을 제공하는 것이고, 그 요지로 하는 것은 아래와 같다.

(1) 강재의 다층 용접 이음부의 최종 패스에 의하여 형성된 열 영향부의 표면에 초음파 진동 단자에 의한 타격 처리 또는 초음파 진동 강구에 의한 쇼트 피닝 처리를 함으로써, 상기 최종 패스에 의하여 형성된 열 영향부에 있어서의 용접 금속과 모재의 퓨전 라인(FL)(Fusion line)에 인접하는 금속 조직에 있어서, 상기 강재 표면으로부터 2 mm 이상의 깊이까지의 각 결정의 긴 지름의 평균을, 그 강재 표면으로부터 판 두께 t의 1/4 깊이에 있어서의 용접 전의 모재의 결정립경에 상당하게 하는 것을 특징으로 하는 강재의 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법.

(2) 강재의 모서리 용접 이음부의 지단부 근방에 초음파 진동 단자에 의한 타격 처리 또는 초음파 진동 강구에 의한 쇼트 피닝 처리를 함으로써, 상기 지단부 근방의 열 영향부에 있어서의 용접 금속과 모재의 융합선에 인접하는 금속 조직에 있어서, 상기 강재 표면으로부터 2 mm 이상의 깊이까지의 각 결정의 긴 지름의 평균을 그 강재 표면으로부터 판 두께 t의 1/4 깊이에 있어서의 용접 전의 모재의 결정립경에 상당하게 하는 것을 특징으로 하는 강재의 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법.

(3) 상기 강재 표면으로부터 2 mm 이상의 깊이까지의 각 결정의 긴 지름의 평균이 30㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 강재의 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법.

(4) 강재의 1 패스 또는 수 패스의 대입열 용접 이음부의 지단부 근방에 초음파 진동 단자에 의한 타격 처리 또는 초음파 진동 강구에 의한 쇼트 피닝 처리를 함으로써, 상기 지단부에 형성된 융합 불량부의 길이를 0.3 mm 이하로 하는 것을 특징으로 하는 강재의 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법.

(5) 상기 초음파 진동 단자에 의한 타격 처리 또는 초음파 진동 강구에 의한 쇼트 피닝 처리의 처리 전 또는 처리 중에, 상기 강재를 보조 가열하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (4)의 어느 항에 기재된 강재의 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법.

도1은 본 발명의 강재의 다층 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법인 제1 실시 형태를 나타내는 도면이다.

도2는 도1에 있어서의 열 영향부(HAZ)(5)의 상세도이다.

도3은 본 발명의 강재의 모서리 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법인 제2 실시 형태를 나타내는 도면이다.

도4는 본 발명의 강재의 1 패스 또는 수 패스의 대입열 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법인 제3 실시 형태를 나타내는 도면이다.

도5는 초음파 충격 처리 또는 초음파 쇼트 피닝 처리를 하기 전의 융합 불량부를 나타내는 도면이다.

도6은 초음파 충격 처리 또는 초음파 쇼트 피닝 처리를 한 후의 융합 불량부 를 나타내는 도면이다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

본 발명의 실시 형태에 대하여, 도1 내지 도6을 사용하여 상세하게 설명한다.

<제1의 실시 형태>

도l는 본 발명의 강재의 다층 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법인 제1의 실시 형태를 나타내는 도면이며, 도1에 있어서, 강재(1)과 강재(2)가 다층 용접 이음부에 의하여 접합되고 있어 도면부호(3)는 용접 금속, 도면부호(4)는 최종의 용접 패스, 도면부호(5)는 최종의 용접 패스에 의하여 형성된 열 영향부(HAZ), 도면부호(6)는 초음파 진동 단자, 도면부호(7)는 모재와 용접 금속과의 퓨전 라인(FL), 도면부호(t)는 모재의 판 두께를 나타낸다.

다층 용접 이음부에 있어서는 용접의 입열에 의하여 열 영향부(HAZ)의 금속 조직이 조대화되어도, 후속되는 패스에 의하여 재차 가열되므로, 열 사이클에 의하여 결정이 세립되고 높은 인성이 유지된다. 그러나, 도1의 최종의 용접 패스(4)에 의하여 가열된 열 영향부(HAZ)(5)는 후속되는 패스가 없기 때문에, 결정립은 조대화한 상태 그대로 남아있다.

그래서, 초음파 진동 단자(해머)(6)에 의하여, 열 영향부(HAZ)(5)의 표면을 타격하는 초음파 충격 처리에 의하여, 열 영향부(HAZ)의 금속 조직을 세립화시켜, 그 결과로서 인성을 현저하게 향상시킬 수 있다.

이 메카니즘은 분명하지 않지만, 초음파 진동 단자(6)에 의한 고주파 타격에 의하여, 강재의 표면이 소성 변형하고, 그 가공 발열에 의하여, 열 영향부(HAZ)의 금속 조직이 재결정하여 세립화되는 것으로 생각된다. 또한, 이 가공 발열에 의한 재결정을 촉진하기 위하여, 초음파 진동 단자에 의한 타격 처리 또는 초음파 진동 강구에 의한 쇼트 피닝 처리의 처리 전 또는 처리 중에 강재를 보조 가열하는 것이 바람직하고, 이 보조 가열 방법은 어느 것이든 무방하나, 대규모 설비가 불필요한 유도 가열 방법 또는 가열 방법이 바람직하다.

본 발명에 사용하는 초음파 발생 장치는 어느 것이든 무방하나, 200w 내지 3kw의 전원을 사용하여 트랜스듀서(transducer)에 의하여 19kHz 내지 60kHz의 초음파 진동을 발생시키고, 웨이브 가이드에서 증폭시킴으로써, φ5mm 내지 φ30mm의 핀으로 이루어지는 초음파 진동 단자를 20 내지 6O㎛의 진폭으로 진동시키는 장치가 바람직하다. 또한, 초음파 진동 단자(6) 대신에, 초음파에 의하여 진동을 가한 직경 1 내지 3mm의 강구를 강재 표면에 충돌시키는 초음파 쇼트 피닝 처리하여도 된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 강재(2) 측의 열 영향부(HAZ)의 표면에 초음파 충격 처리 또는 초음파 쇼트 피닝 처리를 하고 있으나, 강재(1) 측의 열 영향부(HAZ)의 표면에 초음파 충격 처리 또는 초음파 쇼트 피닝 처리를 하여도 된다.

도2는 도1에 있어서의 열 영향부(HAZ)(5)의 상세도이며, 도2에 있어서는, 도면부호(3)는 용접 금속, 도면부호(7)는 용접 금속과 모재와의 퓨전 라인(FL), 도면부호(8)는 퓨전 라인(FL)에 인접하는 결정립, 도면부호(10)는 지단부를 나타낸다.

도2에 있어서, 최종 패스에 의하여 형성된 열 영향부(HAZ)(5)에 있어서의 용접 금속(3)과 모재와의 퓨전 라인(FL)(7)에 인접하는 결정립(8)에 있어서, 강재 표면으로부터의 깊이 t의 2mm 이상의 깊이까지의 각 결정의 긴 지름의 평균을 강재 표면으로부터 판 두께t의 1/4 깊이에 있어서의 용접 전의 모재의 결정립경에 상당하게 한다.

또한, 여기서의 모재의 결정 조직으로서는 사용되는 강재에 의하여, 페라이트 조직, 페라이트-펄라이트 조직, 베이나이트 조직, 마르텐사이트 조직 등의 하나 또는 둘 이상이 조합된 금속 조직이 허용된다.

또한, 모재의 결정립경에 상당하는 상한으로서는 열 영향부의 인성 향상의 목적을 만족하기 위하여, 모재의 결정립경의 120% 이하까지 허용할 수 있도록 하고, 결정립이 미세할수록 인성이 향상되기 때문에 하한은 정하지 않는다. t0를 2mm 이상의 깊이까지로 한정하는 이유는 2mm 미만에서는 인성 향상 효과가 불충분하기 때문이다.

또한, 각 결정의 긴 지름의 평균을 강재 표면으로부터 판 두께 t의 1/4 깊이에 있어서의 용접 전 모재의 결정립경에 상당하게 하는 이유는 용접 전의 모재에 있어서의 대표적인 장소에 있어서의 인성과 동등한 인성을 확보할 수 있으면 충분하기 때문이고, 이 인성 향상 효과를 충분히 발휘시키기 위하여는 각 결정의 긴 지름의 평균을 30㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 파괴의 단위 척도로서 파괴 인성과 보다 높은 상관관계에 있는 결정의 긴 지름을 채용하였다.

또한, 여기서의 열 영향부(HAZ) 퓨전 라인에 인접하는 결정립은 사용되는 강재에 의하여 모재와 같은 종류인 결정 조직 외에 이 조직들이 입계 페라이트나 페라이트 사이드 플레이트에서 일부 또는 전부를 테를 두른 결정 조직으로 이루어진 것으로 한다.

<제2의 실시 형태>

도3은 본 발명의 강재의 모서리 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법인 제2의 실시 형태를 나타내는 도면이며, 도3에 있어서, 강재(1)과 강재(2)가 수직으로 조합된 코너부를 모서리 용접에 의하여 접합되고 있고, 도면부호(3)는 용접 금속, 도면부호(4)는 지단부에 인접하는 용접 패스, 도면부호(5)는 지단부에 인접하는 패스에 의하여 형성된 열 영향부(HAZ부), 도면부호(6)는 초음파 진동 단자, 도면부호(7)는 모재와 용접 금속과의 퓨전 라인(FL), 도면부호(t)는 모재의 판 두께, 도면부호(10)는 지단부를 나타낸다.

도2에 나타내는 모서리 용접 이음부에 있어서는 주응력이 부가되는 강재(1)의 지단부(10)이 가장 응력이 집중되기 쉽고 파단의 기점이 되는 경우가 많기 때문에, 파괴 인성이 요구되는 부분이다. 이 모서리 용접 이음부는 상술한 다층 용접 이음부와는 비드 형상이 다르기 때문에, 용접 패스(4)의 뒤에 이어지는 용접 패스의 입열에 의한 열 영향부(HAZ)의 세립화 효과는 비교적 작다.

그래서, 가장 파괴 인성이 요구되는 지단부의 근방을 초음파 진동 단자(해머)(6)에 의하여 타격하는 초음파 충격 처리에 의하여, 열 영향부(HAZ)의 금속 조직을 세립화시키고, 그 결과, 인성을 현저하게 향상시킬 수 있다. 이 메카니즘은 분명하지 않지만, 초음파 진동 단자(6)에 의한 고주파 타격에 의하여, 강재의 표면이 소성 변형하고, 그 가공 발열에 의하여, 열 영향부(HAZ)의 금속 조직이 재결정하여서 세립화되는 것으로 생각된다.

또한, 이 가공 발열에 의한 재결정을 촉진하기 위하여, 초음파 진동 단자에 의한 타격 처리 또는 초음파 진동 강구에 의한 쇼트 피닝 처리의 처리 전 또는 처리 중에 강재를 보조 가열하는 것이 바람직하고, 이 보조 가열 방법은 어느 것이나 무방하나, 대규모 설비의 불필요한 유도 가열 방법 또는 가열 방법이 바람직하다.

본 발명에 사용하는 초음파 발생 장치는 어느 것이나 무방하나, 200w 내지 3kw의 전원을 사용하여, 트랜스듀서에 의하여 19kHz 내지 60kHz의 초음파 진동을 발생시켜, 웨이브 가이드로 증폭시킴으로써, φ5mm 내지 φ30mm의 핀으로 이루어진 초음파 진동 단자를 20 내지 6O㎛의 진폭으로 진동시키는 장치가 바람직하다. 또한, 초음파 진동 단자(6) 대신에, 초음파에 의하여 진동을 가한 직경 1 내지 3mm의 강구를 강재 표면에 충돌시키는 초음파 쇼트 피닝 처리를 하여도 된다.

또한, 지단부의 근방의 열 영향부에 있어서의 용접 금속과 모재의 융합선에 인접하는 금속 조직에 있어서, 상기 강재 표면으로부터 2 mm 이상의 깊이까지의 각 결정의 긴 지름의 평균을 그 강재 표면으로부터 판 두께 t의 1/4 깊이에 있어서의 용접 전의 모재의 결정립경 상당으로 하는 열 영향부(HAZ)의 세립화의 조건 및 이유는 다층 용접 이음부의 경우와 같다.

<제3의 실시 형태>

도4는 본 발명의 강재의 1 패스 또는 수 패스의 대입열 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법인 제3의 실시 형태를 나타내는 도면이며, 도4에 있어서, 강재(1)과 강재(2)가 대입열 용접 이음부에 의하여 접합되어 있고, 도면부호(3)는 용접 금속, 도면부호(4)는 최종 용접 패스, 도면부호(6)는 초음파 진동 단자, 도면부호(7)는 모재와 용접 금속과의 퓨전 라인(FL), 도면부호(9)는 융합 불량부(언더 컷), 도면부호(10)는 지단부, 도면부호(t)는 모재의 판 두께를 나타낸다.

1 패스 또는 수 패스의 대입열 용접 이음부에 있어서는 용접의 입열량이 크면 열 영향부(HAZ) 조직이 조대화되기 때문에, 가능한 한 입열량을 줄이기 위하여, 또한 용접 효율을 향상시키기 위하여, 개방된 선단을 좁고 수직에 가깝게 하는 경우가 있고, 이러한 경우에는 모재가 충분히 용융하기 전에 용접 금속이 빨리 응고되어 버릴 위험성이 있고, 용접의 융합 불량이 생기기 쉽다. 특히, 지단부(10)에 융합 불량부(언더 컷)(9)가 발생하고, 이 부분이 응력 집중부가 되어 파괴의 기점이 되기 때문에 파괴 인성이 현저하게 저하된다.

이에, 대입열 용접 이음부의 지단부(10)의 근방에, 초음파 진동 단자(6)에 의한 타격을 가하는 초음파 충격 처리 또는 초음파 진동 강구에 의한 초음파 쇼트 피닝 처리를 함으로써, 지단부(10)에 형성된 융합 불량부의 길이를 0.3mm 이하로 한다.

또한, 초음파 충격 처리 장치 및 초음파 쇼트 피닝 처리 장치는 다층 용접 이음부나 모서리 용접 이음부의 경우와 같다. 융합 불량부의 길이를 0.3mm 이하로 하는 이유는 융합 불량부의 길이가 0.3mm 초과에서는 용접 이음부에 인장 응력이 작용된 경우에 융합 불량부의 절결부가 파단의 기점이 되기 쉽고, 파괴 인성치가 현저하게 저감되기 때문이다.

도5 및 도6에 의하여 본 발명의 제3의 실시 형태에 있어서, 초음파 충격 처리 또는 초음파 쇼트 피닝 처리에 의하여 인성이 향상되는 메카니즘을 설명한다.

도5 및 도6은 각각 초음파 충격 처리 또는 초음파 쇼트 피닝 처리를 하는 전후의 융합 불량부를 나타내는 도면이며, 도면부호(7)는 모재와 용접 금속과의 퓨전 라인(FL), 도면부호(9)는 융합 불량부(언더 컷)를 나타내는 것으로서, 도5에 나타내는 바와 같이, 초음파 충격 처리 또는 초음파 쇼트 피닝 처리를 하기 전의 융합 불량부(9)는 깊이 방향으로 길어져 있다.

한편, 초음파 충격 처리 또는 초음파 쇼트 피닝 처리를 실시한 후의 융합 불량부(9)는 도 6에 나타내는 바와 같이 강재의 두께 방향으로 눌려져, 현저하게 짧아진 상태로 압착되어 있기 때문에, 용접 이음부에 인장 응력이 작용되었을 경우에도, 파단의 기점이 되기 어려워, 파괴 인성은 현저하게 향상한다.

또한, 이 융합 불량부의 압착 효과를 촉진하기 위하여, 초음파 진동 단자에 의한 타격 처리 또는 초음파 진동 강구에 의한 쇼트 피닝 처리의 처리 전 또는 처리 중에 강재를 보조 가열하는 것이 바람직하고, 이 보조 가열 방법은 어느 것이나 무방하며, 대규모 설비의 불필요한 유도 가열 방법 또는 통전 가열 방법이 바람직하다.

본 발명의 강재의 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법의 실시예를 아래에 나타낸다.

<제1 및 제2의 실시예>

또한, 표1 및 표2가 상술한 제1 및 제2의 실시 형태에 대응하고, 표3 및 표4가 제3의 실시 형태에 대응하는 실시예이다.

표1에 나타내는 성분, 판 두께, 강도의 강재끼리를 맞대기 용접 또는 모서리 용접을 실시하였다. 용접 방법은 표2에 나타내는 바와 같이, SAW 용접(Submerged Arc Welding), CO₂ 용접(CO₂ Arc Welding), MAG 용접(Metal Arc Welding) 중 어느 하나로 하고, 최종 패스(모서리 용접의 경우에는 지단부에 인접하는 패스)에 의하여 형성된 열 영향부(HAZ) 조직의 결정립경(긴 지름의 평균)을 측정한 바, 모두 100㎛ 이상이었다.

다음으로 No.1 내지 No.7의 본 발명예에 있어서는 해머 지름 φ10 내지 30mm의 초음파 진동 단자로 초음파 충격 처리를 한 바, 퓨전 라인에 인접하고 최종의 용접 패스(모서리 용접의 경우는 지단부의 근방의 용접 패스)에 의하여 형성된 열 영향부(HAZ) 조직의 결정립경(긴 지름의 평균)은 모두 강재 표면으로부터 2mm 이상의 깊이까지 용접 전의 모재의 결정립경에 상당하는 30㎛ 이하가 되었고, 그 결과, 모두 평균 170J 이상의 높은 인성치를 나타내었다. 또한, No.3, No.5, No.7에서는 초음파 충격 처리시에 유도 가열에 의하여 보조 가열을 실시하였다.

또한, 인성의 평가는 샤르피 충격 흡수 에너지에 의하여, 9개의 시험편의 평균치로 하고, 시험편은 열 영향부(HAZ)의 표층부로부터 채취하여 표면의 흑피를 제거하고 사용하고, 절결 위치는 퓨전 라인(FL)으로 하였다.

다음으로, No.8 내지 No.14의 비교예에 있어서는 초음파 충격 처리를 생략한 바, 열 영향부(HAZ) 조직의 결정립경(긴 지름의 평균)은 모두 100㎛ 이상이 되었고, 그 결과, 모두 110J 이하의 낮은 인성치를 나타내었다.

<제3의 실시례>

표3에 나타내는 성분, 판 두께, 강도의 강재끼리를 2 패스의 대입열 용접을 실시하였다.

표3에 나타내는 No.25 및 No.30 이외의 강재 성분은 Ca, Mg 등의 미세 산화물을 분산시켜 용접 입열에 의한 결정립경의 조대화를 핀닝 효과로 억제하는 화학 성분으로 하였다.

용접 방법은 표4에 나타내는 바와 같이, 90kJ/cm의 대입열 용접이 가능한 FAB(Flux Asbestos Backing) 용접, FCB(Flux Cupper Backing) 용접, VEGA(Vibrated Electro-Gas Arc Welding) 용접, SEG-ARC(Sinko Electro-Gas Arc Welding) 용접 등의 대입열 용접 방법을 대상으로 하고, 지단부의 융합 불량 길이를 측정한 바, 모두 0.5 mm 이상이었다.

다음으로, No.21 내지 No.25의 본 발명예에 있어서는 해머경 φ10 내지 30mm의 초음파 진동 단자에서 초음파 충격 처리를 한 바, 지단부의 융합 불량 길이는 모두 0.lmm 이하가 되었고, 그 결과, 모두 평균 80J 이상의 대입열 용접으로서는 높은 인성치를 나타내었다.

또한, No.23 및 No.25에서는 초음파 충격 처리시에 유도 가열에 의하여 보조 가열을 실시하였다.

다음으로, No.26 내지 No.30의 비교예에 있어서는 초음파 충격 처리를 생략 한 바, 지단부의 융합 불량의 길이는 모두 0.5mm 이상이 되었고, 그 결과, 모두 40J 이하의 낮은 인성치를 나타내었다.

특히, No.30은 대입열 용접용의 강재가 아니기 때문에, 열 영향부(HAZ) 조직의 퓨전 라인(FL)에 인접하는 표면으로부터 2mm 이상의 깊이까지의 각 결정의 긴 지름의 평균은 800㎛ 이상으로 조대하고, 용접의 융합 불량도 존재하므로 샤르피 흡수 에너지는 +20℃의 시험 온도에서도 9J으로 극히 낮은 값이었다.

본 발명에 의하면, 강재의 용접 이음부의 지단부의 근방에, 초음파 진동 단자에 의한 타격 처리 또는 초음파 진동 강구에 의한 쇼트 피닝 처리를 함으로써, 강재의 다층 용접 이음부, 모서리 용접 이음부, 1 패스 또는 수 패스의 대입열 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법을 제공할 수 있다.

Claims

강재의 다층 용접 이음부의 최종 패스에 의하여 형성된 열 영향부의 표면에, 초음파 진동 단자에 의한 타격 처리 또는 초음파 진동 강구에 의한 쇼트 피닝 처리를 함으로써, 상기 최종 패스에 의하여 형성된 열 영향부에 있어서의 용접 금속과 모재와의 퓨전 라인(FL)에 인접하는 금속 조직에 있어서, 상기 강재 표면으로부터 2mm 이상의 깊이까지의 각 결정의 긴 지름의 평균을, 그 강재 표면으로부터 판두께 t의 1/4의 깊이에 있어서의 용접 전의 모재의 결정립경의 120% 이하로 하는 것을 특징으로 하는 강재의 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법.
강재의 모서리 용접 이음부의 지단부의 근방에, 초음파 진동 단자에 의한 타격 처리 또는 초음파 진동 강구에 의한 쇼트 피닝 처리를 실시함으로써, 상기 지단부의 근방의 열 영향부에 있어서의 용접 금속과 모재와의 융합선에 인접하는 금속 조직에 대하여, 상기 강재 표면으로부터 2mm 이상의 깊이까지의 각 결정의 긴 지름의 평균을, 그 강재 표면으로부터 판두께 t의 1/4의 깊이에 있어서의 용접 전의 모재의 결정립경의 120% 이하로 하는 것을 특징으로 하는 강재의 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강재 표면으로부터 2 mm 이상의 깊이까지의 각 결정의 긴 지름의 평균이 30㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 강재의 용접 이음 부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법.
강재의 1 패스 또는 수 패스의 대입 열 용접 이음부의 지단부의 근방에, 초음파 진동 단자에 의한 타격 처리 또는 초음파 진동 강구에 의한 쇼트 피닝 처리를 실시함으로써, 상기 지단부에 형성된 융합 불량부의 길이를 0.3 mm 이하로 하는 것을 특징으로 하는 강재의 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법.
제1항, 제2항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 초음파 진동 단자에 의한 타격 처리 또는 초음파 진동 강구에 의한 쇼트 피닝 처리의 처리 전 또는 처리 중에, 상기 강재를 보조 가열하는 것을 특징으로 하는 강재의 용접 이음부에 있어서의 열 영향부의 인성 향상 방법.