KR20160112294A

KR20160112294A - 용접용 세라믹 백킹재

Info

Publication number: KR20160112294A
Application number: KR1020150037666A
Authority: KR
Inventors: 구창용
Original assignee: 구창용
Priority date: 2015-03-18
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2016-09-28

Abstract

본 발명은 맞대기 용접되는 두 모재의 용접선을 따라 두 모재의 용접부 이면에 부착되는 용접용 세라믹 백킹재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세라믹 재질로 이루어지는 세라믹 본체의 기계적 강도를 대폭 증대시킴으로써 백킹재의 취급시 충격을 가하거나 부착작업시 모재의 용접부 이면에 세게 밀착시킬 경우 균열이 생기거나 쉽게 파손되는 문제점을 해소할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 세라믹 본체의 내부 기포 형성을 억제함으로써 용접시 세라믹 본체의 내부 기포에 함유된 수분 등과 같은 불순물의 기화로 인한 용접층 내부의 기포 발생을 방지하여 용접성을 대폭 향상시키는 동시에 용접결함을 대폭 감소시킬 수 있도록 하는 용접용 세라믹 백킹재에 관한 것이다.

Description

용접용 세라믹 백킹재{Ceramic backing material for welding}

일반적으로 모재의 용접은 양면에서 용접하는 양면 용접과 일면에서만 용접하는 일면 용접으로 구분되는데, 양면 용접은 처음 일면 용접의 최초 용접층에 용접불량이 발생할 우려가 높아 반드시 제거해야 할 뿐만 아니라 이면 용접시 모재 또는 구조물을 뒤집어서 작업해야 하는 단점이 있으므로, 일면에서의 용접만으로 이면비드(back bead)까지 형성할 수 있는 일면 용접이 널리 이용되고 있다.

이러한 일면 용접법은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 용접하고자 하는 모재(10)(11)의 용접부 이면에 세라믹 백킹재(21)를 부착시킨 후 용접하게 되는데, 모재(10)(11)의 용접부 이면에 부착되는 세라믹 백킹재(21)는 용융금속의 용락(burn through)을 방지하는 동시에 이면비드의 생성을 도와주는 역할을 하게 된다.

종래의 용접용 세라믹 백킹재(21)는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 맞대기 용접되는 두 모재(10)(11)의 용접선을 따라 두 모재(10)(11)의 용접부 이면에 밀착되는 세라믹 본체(22)와, 상기 세라믹 본체(22)를 두 모재(10)(11)의 용접부 이면에 고정시키기 위한 알루미늄 테이프(23)를 포함하여 구성된다.

그러나, 이와 같이 구성되는 종래의 용접용 세라믹 백킹재(21)는 내화재 역할을 하는 세라믹 본체(22)의 강도가 취약하여 백킹재의 취급시 충격을 가하거나 부착작업시 모재의 이면에 세게 밀착시킬 경우 균열이 생기거나 쉽게 파손되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 용접용 세라믹 백킹재(21)는 세라믹 본체(22)를 구성하는 이산화규소(SiO₂)의 함량이 높아 내부에 기포가 많이 형성되는데, 이러한 기포에는 수분과 같은 불순물이 함유됨에 따라 용접시 발생하는 고열에 의해 기포에 함유되어 있는 수분과 같은 불순물이 기화되면서 용접층의 내부에 기포를 발생시키게 되므로, 용접성을 저하시키거나 용접결함을 유발하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 세라믹 재질로 이루어지는 세라믹 본체의 기계적 강도를 대폭 증대시킴으로써 백킹재의 취급시 충격을 가하거나 부착작업시 모재의 용접부 이면에 세게 밀착시킬 경우 균열이 생기거나 쉽게 파손되는 문제점을 해소할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 세라믹 본체의 내부 기포 형성을 억제함으로써 용접시 세라믹 본체의 내부 기포에 함유된 수분 등과 같은 불순물의 기화로 인한 용접층 내부의 기포 발생을 방지하여 용접성을 대폭 향상시키는 동시에 용접결함을 대폭 감소시킬 수 있도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 맞대기 용접되는 두 모재의 용접선을 따라 두 모재의 용접부 이면에 밀착되는 세라믹 본체와, 상기 세라믹 본체를 두 모재의 용접부 이면에 부착하기 위한 알루미늄 테이프를 포함하는 용접용 세라믹 백킹재에 있어서, 상기 세라믹 본체는 산화알루미늄 16 ~ 26wt%, 이산화규소 50 ~ 69wt%, 산화마그네슘 6 ~ 16wt%, 산화칼슘 2 ~ 12wt%로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 세라믹 본체의 상면에는 0.3 ~ 0.7mm 두께의 유리섬유시트가 접착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 알루미늄 테이프에는 상기 유리섬유시트의 양측단부와 접하는 부분에 다수의 가스배출공이 일정 간격으로 관통형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 유리섬유시트의 상면중앙부에는 유리섬유시트를 직조하는 실과는 다른 색상의 실에 의해 중심선이 직조되는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 구성되는 본 발명에 의한 용접용 세라믹 백킹재에 의하면, 세라믹 재질로 이루어지는 세라믹 본체의 기계적 강도를 대폭 증대시킴으로써 백킹재의 취급시 충격을 가하거나 부착작업시 모재의 용접부 이면에 세게 밀착시킬 경우 균열이 생기거나 쉽게 파손되는 문제점을 완전히 해소할 수 있게 될 뿐만 아니라, 세라믹 본체의 내부 기포 형성을 억제함으로써 용접시 세라믹 본체의 내부 기포에 함유된 수분 등과 같은 불순물의 기화로 인한 용접층 내부의 기포 발생을 방지하여 용접성을 대폭 향상시키는 동시에 용접결함을 대폭 감소시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 용접용 세라믹 백킹재의 사용상태를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 수동 용접용 세라믹 백킹재를 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 자동 용접용 세라믹 백킹재를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 자동 용접용 세라믹 백킹재의 다른 실시예를 나타내는 평면도.

이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 용접용 세라믹 백킹재는 맞대기 용접되는 두 모재(10)(11)의 용접선을 따라 두 모재(10)(11)의 용접부 이면에 밀착되는 세라믹 본체(2)와, 상기 세라믹 본체(2)를 두 모재(10)(11)의 용접부 이면에 부착하기 위한 알루미늄 테이프(3)를 포함하여 구성된다.

이 때, 본 발명에 의한 용접용 세라믹 백킹재를 구성하는 세라믹 본체(2)는 산화알루미늄(Al₂O₃) 16 ~ 26wt%, 이산화규소(SiO₂) 50 ~ 69wt%, 산화마그네슘(MgO) 6 ~ 16wt%, 산화칼슘(CaO) 2 ~ 12wt%로 이루어진 것을 특징으로 한다.

산화알루미늄(Al₂O₃)은 중성물질로서 세라믹 본체(2)의 용융점을 높이는 동시에 이면비드(back bead)를 균일하게 형성시키는 역할을 한다.

이산화규소(SiO₂)는 산성물질로서 이면비드의 표면을 매끄럽게 형성시키는 작용을 한다.

산화마그네슘(MgO)은 용융 플럭스의 양과 이면비드를 균일하게 형성시키는 역할을 한다.

산화칼슘(CaO)는 고온에서 세라믹 본체(2) 내에 존재하는 다른 화학성분 등의 내화도를 저하시키는 융제(Flux)역할을 하는 동시에 세라믹 본체(2)의 기계적 강도를 증가시키는 역할을 한다.

그리고, 상기 알루미늄 테이프(3)는 알루미늄시트에 도포되는 점착층에 내열보강재, 난연재, 응집보강재가 배합되도록 구성됨으로써, 450℃ 이상의 내열성을 구현하는 동시에 난연 3급 이상의 난연성을 충족하며, 또 세라믹 백킹재의 제거 작업시 모재에 잔사를 남기지 않게 되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 용접용 세라믹 백킹재는 세라믹 본체(2)의 기계적 강도가 대폭 증대됨에 따라 백킹재의 취급시 충격을 가하거나 부착작업시 모재의 용접부 이면에 세게 밀착시킬 경우 균열이 생기거나 쉽게 파손되는 문제점을 완전히 해소할 수 있게 될 뿐만 아니라, 세라믹 본체(2)의 내부 기포 형성이 억제됨에 따라 용접시 내부 기포에 함유된 수분 등과 같은 불순물의 기화로 인한 용접층 내부의 기포 발생을 방지하여 용접성을 대폭 향상시키는 동시에 용접결함을 대폭 감소시킬 수 있게 된다.

한편, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 용접용 세라믹 백킹재는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 두 모재(10)(11) 사이에 형성되는 용접비드를 다층으로 형성하는 수동 용접용으로 사용하거나, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 두 모재(10)(11) 사이에 형성되는 용접비드를 단층으로 형성하는 자동 용접용으로 사용할 수 있다.

즉, 본 발명에 의한 용접용 세라믹 백킹재를 수동 용접에 사용할 경우에는, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 맞대기 용접하고자 하는 두 모재(10)(11)의 용접선을 따라 두 모재(10)(11)의 용접부 이면에 세라믹 본체(2)를 밀착시킨 후, 알루미늄 테이프(3)를 부착함으로써 간편하게 설치하여 사용하게 된다.

그리고, 본 발명에 의한 용접용 세라믹 백킹재를 SAW(Submerged Arc Welding) 등과 같은 자동 용접에 사용할 경우에는, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 세라믹 본체(2)의 상면에 0.3 ~ 0.7mm 두께의 유리섬유시트(4)를 접착하여 사용하게 되는데, 자동 용접은 수동 용접보다 입열량이 크기 때문에 세라믹 본체(2)의 상면에 내열성이 우수한 유리섬유시트(4)를 접착하여 자동 용접시 발생하는 고열에 의해 세라믹 본체(2)가 용융되는 것을 방지하게 된다.

상기 유리섬유시트(4)는 연화온도 850℃, 비중 2.57, 유전율 6.70의 물성을 가지는 E-GLASS FIBER로 직조된 것으로, 필수성분인 이산화규소(SiO₂) 52 ~ 56wt%, 산화알루미늄(Al₂O₃) 12 ~ 16wt%, 산화칼슘(CaO) 21 ~ 25wt%, 산화마그네슘(MgO) 1 ~ 2wt%과, 임의성분인 산화나트륨(Na₂O) 0 ~ 2wt%, 산화칼륨(K₂O) 0 ~ 2wt%, 이산화티탄늄(TiO₂) 0 ~ 0.5wt%, 산화제이철(Fe₂O₃) 0 ~ 0.5wt%로 이루어진다.

상기 유리섬유시트(4)의 두께를 0.3 ~ 0.7mm로 한정한 이유는, 두께가 0.3mm 미만일 경우 단열효과가 떨어져 용접 비드가 균일하게 나오지 않고 용접결함이 발생되며, 두께가 0.7mm를 초과할 경우에는 세라믹 백킹재를 모재의 용접부 이면에 부착할 때 밀착성이 현저히 저하되기 때문이다.

또한, 본 발명에 의한 세라믹 백킹재를 자동 용접용으로 사용할 경우에는, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 상기 알루미늄 테이프(3)에는 상기 유리섬유시트(4)의 양측단부와 접하는 부분에 다수의 가스배출공(5)을 일정 간격으로 관통형성하는 것이 바람직하다.

이와 같이 상기 알루미늄 테이프(3)가 상기 유리섬유시트(4)의 양측단부와 접하는 부분에 다수의 가스배출공(5)을 일정 간격으로 관통형성하게 되면, 자동 용접시 발생하는 용접가스가 가스배출공(5)을 통해 원활하게 배출될 수 있게 되므로 용접가스의 압력에 의해 모재(10)(11)의 이면에 부착된 알루미늄 테이프(3)가 떨어져 세라믹 백킹재(1)가 이탈하게 되는 것을 효과적으로 예방할 수 있게 된다.

아울러, 본 발명에 의한 세라믹 백킹재를 자동 용접용으로 사용할 경우에는, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 세라믹 본체(2)의 상면에 접착되는 유리섬유시트(4)의 상면중앙부에 유리섬유시트(4)를 직조하는 실과는 다른 색상의 실에 의해 중심선(6)을 직조 형성하는 것이 바람직하다.

종래에는 맞대기 용접되는 두 모재(10)(11)의 용접선을 따라 두 모재(10)(11)의 용접부 이면에 세라믹 백킹재(1)를 설치하고자 할 경우, 용접부의 중심과 세라믹 백킹재(1)의 중심을 정확히 일치시키기 위해 세라믹 본체(2)의 상면중심부에 수성사인펜 등으로 중심선을 표시해 왔으나, 이렇게 수성사인펜 등으로 표시된 중심선은 수분이나 습기로 인해 쉽게 지워지게 되므로 작업성이 현저히 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 상기 유리섬유시트(4)의 상면중앙부에 유리섬유시트(4)를 직조하는 실과는 다른 색상의 실을 이용하여 중심선(6)을 직조 형성하게 되면, 세라믹 백킹재(1)의 취급시 수분이나 습기로 인해 중심선(6)이 지워지게 되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 되므로 작업성을 더욱더 향상시킬 수 있게 된다.

1 : 세라믹 백킹재
2 : 세라믹 본체
3 : 알루미늄 테이프
4 : 유리섬유시트
5 : 가스배출공
6 : 중심선
10, 11 : 모재
12 : 용접비드

Claims

맞대기 용접되는 두 모재의 용접선을 따라 두 모재의 용접부 이면에 밀착되는 세라믹 본체와, 상기 세라믹 본체를 두 모재의 용접부 이면에 부착하기 위한 알루미늄 테이프를 포함하는 용접용 세라믹 백킹재에 있어서,
상기 세라믹 본체는 산화알루미늄 16 ~ 26wt%, 이산화규소 50 ~ 69wt%, 산화마그네슘 6 ~ 16wt%, 산화칼슘 2 ~ 12wt%로 이루어진 것을 특징으로 하는 용접용 세라믹 백킹재.
제 1항에 있어서, 상기 세라믹 본체의 상면에는 0.3 ~ 0.7mm 두께의 유리섬유시트가 접착되는 것을 특징으로 하는 용접용 세라믹 백킹재.
제 2항에 있어서, 상기 알루미늄 테이프에는 상기 유리섬유시트의 양측단부와 접하는 부분에 다수의 가스배출공이 일정 간격으로 관통형성되는 것을 특징으로 하는 용접용 세라믹 백킹재.
제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 유리섬유시트의 상면중앙부에는 유리섬유시트를 직조하는 실과는 다른 색상의 실에 의해 중심선이 직조되는 것을 특징으로 하는 용접용 세라믹 백킹재.