KR20210121340A - A laser-arc hybrid welding method for low-carbon steel - Google Patents

Abstract

The present invention relates to a laser-arc hybrid welding method for low-carbon steel. The laser-arc hybrid welding method is based on the rules on the effects of laser-arc bonding characteristics and laser-arc hybrid welding parameters, and is developed by optimizing the groove size of welded joints in each layer (path) of multilayer welding performed through the welding parameters and an orthogonal arrangement test method. The laser-arc hybrid welding method for low-carbon steel has advantages such as low heat input, wide melting depth, insignificant welding deformation, and high welding speed. In addition, the laser-arc hybrid welding method can reduce the area of joints and the width of heat-affected parts and reduce the emission of harmful gases, smoke, dust, and the like, thereby increasing welding quality and welding efficiency, reducing production costs, increasing product quality, and reducing environmental pollution. The laser-arc hybrid welding method comprises the steps of: forming low-carbon steel joints; performing laser-arc hybrid multilayer welding processes; and protecting welded parts during the laser-arc hybrid multilayer welding processes.

Description

저탄소강에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접 방법{A LASER-ARC HYBRID WELDING METHOD FOR LOW-CARBON STEEL}A LASER-ARC HYBRID WELDING METHOD FOR LOW-CARBON STEEL

본 발명은 금속공학, 기계, 조선, 자동차, 파이프라인, 석유화학제품, 조선 기자재, 압력 용기, 군사 산업 등 소재의 용접(연결)에 관한 기술분야에 사용되는 저탄소강에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접 기술에 관한 것이다. The present invention relates to laser-arc hybrid welding for low-carbon steel used in the technical field of welding (connection) of materials such as metallurgy, machinery, shipbuilding, automobiles, pipelines, petrochemicals, shipbuilding equipment, pressure vessels, and military industries. It's about technology.

저탄소강(low-carbon steel)은 높은 내구도, 높은 강도와 종합적으로 뛰어난 성질들을 가지고 있어 산업계에서 널리 사용된다. 잘 알려진 바와 같이 어떤 금속 구조 물질의 광범위한 응용 여부는 그 물질의 성능 특성뿐만 아니라 용접(연결) 기술의 정도에 따라 달라진다.Low-carbon steel is widely used in industry because of its high durability, high strength and overall excellent properties. As is well known, the widespread application of any metal structural material depends on the degree of welding (jointing) technique as well as the performance characteristics of the material.

레이저-아크 하이브리드 용접은 높은 퀄리티와 효율을 가지고 있는 새로운 용접 방법이다. 이 방법은 레이저와 아크의 특성이 복합(hybrid)되어 용접 열원을 형성하여 높은 에너지밀도와 낮은 열 입력(heat input), 넓은 용융 심도(melt depth), 높은 용접 속도, 작은 용접 변형(deformation)과 높은 용접 간격의 여유도(assembly gap adaptability)를 제공하여 향상된 용접 퀄리티, 생산 효율 및 제품 퀄리티를 얻을 수 있게 한다. 또한 이 방법은 중간이나 큰 두께의 판을 용접하는데 더욱 좋다. 따라서, 레이저-아크 결합 특성과 레이저-아크 하이브리드 용접 파라미터들이 미치는 영향에 관한 규칙에 근거하여, 저탄소강에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접 방법은 중요한 실용적 가치가 있으며 금속공학, 기계, 조선, 자동차, 파이프라인, 석유화학제품, 조선 기자재, 압력 용기, 군사 산업 등의 분야에서 폭넓게 응용될 수 있다.Laser-arc hybrid welding is a new welding method with high quality and efficiency. This method combines the characteristics of laser and arc to form a welding heat source, resulting in high energy density, low heat input, wide melt depth, high welding speed, and small welding deformation. It provides high assembly gap adaptability, resulting in improved weld quality, production efficiency and product quality. This method is also better for welding medium to large thickness plates. Therefore, based on the rules on the effects of laser-arc bonding properties and laser-arc hybrid welding parameters, the laser-arc hybrid welding method for low-carbon steel has important practical value and is of great practical value in metallurgy, machinery, shipbuilding, automobile, pipe It can be widely applied in fields such as line, petrochemical products, shipbuilding equipment, pressure vessel, and military industry.

본 발명의 목적은 종래의 용접 방법에 의한 저탄소강 용접 시 현존하는 문제점을 해결하는 것 및 레이저-아크 결합 특성을 기반으로 용접 열 입력, 용융 심도, 용접 조인트(welded joint)의 미세구조 및 기계적 특성 등의 레이저-아크 하이브리드 용접 파라미터들이 용접에 미치는 영향에 관한 규칙에 대하여 체계적인 연구를 수행하고, 이에 근거하여 용접 파라미터들 및 직교 배열 시험 방법(orthogonal design test method)을 통해 다층 용접의 각 층(경로)에 있는 용접 조인트의 홈 크기를 최적화하는 것을 목표로 하는, 저탄소강에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접 방법을 제공하는 것이다. 제1 경로 조인트의 최적화 목적은 용융 심도를 증가시키고 불충분한 관통(inadequate penetration), 기공(air pore)과 같은 용접 결함을 회피하며 조인트의 구조, 특성 및 후면 형성을 향상시키는 것이다. 다층 용접의 후속 경로 조인트의 최적화 목적은 용접 퇴적물의 양을 증가시키고 불완전한 결합, 언더컷(undercut)과 같은 용접 결함을 회피하며 조인트의 구조, 특성 및 표면 형성을 향상시키는 것이다. 용접 홈 크기의 최적화 목적은 절단 엣지의 높이 및 홈의 각도를 최적화하고 층(경로)의 개수 및 용접 퇴적물의 양과 열 입력을 감소시켜 용접 퀄리티와 용접 생산 효율을 향상시키는 것이다.It is an object of the present invention to solve the existing problems in welding low carbon steel by the conventional welding method, and based on the laser-arc bonding characteristics, welding heat input, depth of fusion, microstructure and mechanical properties of the welded joint A systematic study is conducted on the rules on the effect of laser-arc hybrid welding parameters such as, etc. on welding, and based on this, each layer of multilayer welding (path ) to provide a laser-arc hybrid welding method for low-carbon steel, which aims to optimize the groove size of the weld joint in The purpose of optimizing the first path joint is to increase the melt depth, avoid welding defects such as insufficient penetration, air pores, and improve the structure, properties and backside formation of the joint. The purpose of optimizing the subsequent path joint of multi-layer welding is to increase the amount of weld deposits, avoid welding defects such as imperfect joints, undercuts, and improve the structure, properties and surface formation of the joint. The purpose of optimizing the weld groove size is to optimize the height of the cut edge and the angle of the groove, and to reduce the number of layers (paths) and the amount of weld deposits and heat input to improve the weld quality and weld production efficiency.

이상 본 발명의 목적은 이하 상술할 기술적인 해결책에 의해 달성된다.The above object of the present invention is achieved by the technical solution to be described in detail below.

저탄소강에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접 방법은 다음의 공정 단계를 포함하여 특정된다.The laser-arc hybrid welding method for low carbon steel is specified including the following process steps.

홈 가공 단계: Y자형 홈 맞댐 조인트(groove butt joint)의 형상으로 저탄소강을 형성한다. 이 때 홈의 각도(θ)는 28 내지 32°, 절단 엣지의 높이(h)는 5 내지 8mm이고, 이 범위에서 용접 퀄리티와 용접 생산 효율은 절단 엣지의 높이를 증가시키고 홈의 각도, 층(경로)의 개수, 용접 퇴적물의 양 및 열 입력을 감소시키면 향상될 수 있다.Grooving step: Low carbon steel is formed in the shape of a Y-shaped groove butt joint. At this time, the angle (θ) of the groove is 28 to 32°, and the height (h) of the cutting edge is 5 to 8 mm. In this range, the welding quality and welding production efficiency increase the height of the cutting edge, and the angle of the groove, the layer ( This can be improved by reducing the number of paths), the amount of weld deposits, and the heat input.

용접 공정 단계: 1.0mm 이하인 절단 엣지의 갭(gap)(a), 0 내지 6kW인 레이저 전력, -1 내지 -3mm인 디포커스 양(defocus amount), 1 내지 3mm인 레이저-아크 간격, 230 내지 290A인 용접 전류, 0.4 내지 1.2 m/min인 용접 속도의 조건에서, 레이저-아크 하이브리드 다층 용접 공정을 사용한다. H, O, N 등의 영향에 의한 조인트의 구조나 특성에 대한 부작용을 방지하여 조인트의 형성 및 용접 퀄리티를 향상시키기 위해, 아르곤 가스(Ar) 또는 80 내지 85% 아르곤 및 15 내지 20% 이산화탄소를 포함하는 활성 가스(active gas)가 레이저-아크 하이브리드 용접 과정에서 용접 부위를 보호한다.Welding process steps: gap (a) of the cutting edge less than or equal to 1.0 mm, laser power of 0 to 6 kW, defocus amount of -1 to -3 mm, laser-arc spacing of 1 to 3 mm, 230 to Under the conditions of a welding current of 290A and a welding speed of 0.4 to 1.2 m/min, a laser-arc hybrid multilayer welding process is used. Argon gas (Ar) or 80 to 85% argon and 15 to 20% carbon dioxide is used to prevent side effects on the structure or properties of the joint due to the influence of H, O, N, etc. and improve the joint formation and welding quality. The containing active gas protects the welding site in the laser-arc hybrid welding process.

본 발명의 장점은 다음과 같다.Advantages of the present invention are as follows.

(1) 잠수 아크 용접(submerged arc welding), 가스 실드 아크 용접(gas-shielded arc welding) 등 종래의 용접 방법에 비하여, 본 발명의 저탄소강에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접 기술은 낮은 열 입력, 넓은 용융 심도, 작은 용접 변형, 높은 용접 속도 등의 장점이 있다. 또한 본 발명의 용접 발명은 조인트부의 면적과 열 영향부의 너비를 감소시키고, 유해 가스와 연기, 먼지 등의 방출을 줄일 수 있어서 용접 퀄리티와 용접 효율을 향상시키고 생산 비용이 감소하며 제품 퀄리티를 향상시키는 동시에 환경 오염을 완화할 수 있다.(1) Compared with conventional welding methods such as submerged arc welding and gas-shielded arc welding, the laser-arc hybrid welding technology for low-carbon steel of the present invention has a low heat input, wide It has the advantages of melting depth, small welding deformation, and high welding speed. In addition, the welding invention of the present invention can reduce the area of the joint part and the width of the heat affected zone, and can reduce the emission of harmful gases, smoke, dust, etc., thereby improving welding quality and welding efficiency, reducing production cost, and improving product quality. At the same time, environmental pollution can be mitigated.

(2) 두께가 16mm인 저탄소강판의 용접은 다음과 같은 실시예로서 제공된다: 네 층(경로)의 조인트는 통상 종래의 가스 실드 아크 용접 방법이 요구되고, 오직 세 층(경로)의 조인트만이 레이저-아크 하이브리드 용접 기술이 필요했다. 종래의 가스 실드 아크 용접에 비하여, 레이저-아크 하이브리드 용접의 열 입력은 30% 가량 감소되고 이는 잔류 응력, 용접 변형 및 크랙(crack)의 발생 경향을 감소시켜 용접 퀄리티를 향상시키는 이점이 있다. 종래의 가스 실드 아크 용접에 비하여, 레이저-아크 하이브리드 용접의 조인트부의 넓이는 60% 가량 감소되고 조인트 층(경로)의 개수는 세 층(경로)으로 감소되는데 이는 용접 퇴적물의 양, 연마 작업량 및 유해 가스와 연기, 먼지 등의 방출을 상당히 감소시켜 용접 비용을 감소시키고 환경 오염을 완화할 수 있다. 종래의 가스 실드 아크 용접에 비하여, 레이저-아크 하이브리드 용접의 조인트부의 넓이와 열 영향부의 너비는 각각 60%, 50% 감소되고 이는 조인트의 기계적인 특성을 향상시키는 이점이 있다. 종래의 가스 실드 아크 용접에 비하여, 레이저-아크 하이브리드 용접의 용접 속도는 80% 가량 향상되고 용접 층(경로)의 개수는 감소되어 용접 생산 효율이 현저히 향상된다.(2) Welding of a low-carbon steel sheet having a thickness of 16 mm is provided as the following example: A four-layer (path) joint is usually required by a conventional gas shielded arc welding method, and only three-layer (path) joint is provided. This laser-arc hybrid welding technique was required. Compared to the conventional gas shielded arc welding, the heat input of laser-arc hybrid welding is reduced by about 30%, which has the advantage of improving welding quality by reducing residual stress, welding deformation, and the tendency to generate cracks. Compared to the conventional gas shielded arc welding, the joint area of laser-arc hybrid welding is reduced by about 60% and the number of joint layers (paths) is reduced to three layers (paths), which are related to the amount of welding deposits, the amount of abrasive work and harmful effects. By significantly reducing emissions of gases, smoke and dust, welding costs can be reduced and environmental pollution can be mitigated. Compared to the conventional gas shielded arc welding, the width of the joint part and the width of the heat affected zone of laser-arc hybrid welding are reduced by 60% and 50%, respectively, which has the advantage of improving the mechanical properties of the joint. Compared to the conventional gas shielded arc welding, the welding speed of laser-arc hybrid welding is improved by about 80% and the number of welding layers (paths) is reduced, so that welding production efficiency is significantly improved.

이하 본 발명의 구체적인 내용을 실시예를 제공하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the specific content of the present invention will be described in detail by providing examples.

실시예 1Example 1

저탄소강판에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접을 수행하기 위해 독창적인 방법이 사용된다. 이 때 강판의 두께는 10mm이다. 용접 조인트은 Y자형 홈 맞댐 조인트이고 이 때 홈의 각도(θ)는 32°이고, 절단 엣지의 높이(h)는 5mm 이다. 외경(Φ)이 1.2mm인 H10MnSiCuNiⅡ 용접 와이어 및 두 층/두 경로의 용접 공정이 레이저-아크 하이브리드 용접에 사용된다. 제1 경로 용접 조인트는 5kW인 레이저 전력, 230A인 용접 전류, 1.2m/min인 용접 속도를 포함하는 용접 파라미터들 하에서 형성된다. 제2 경로 용접 조인트는 2kW인 레이저 전력, 230A인 용접 전류, 0.7m/min인 용접 속도를 포함하는 용접 파라미터들 하에서 형성된다. 용접 중에 80%의 아르곤 및 20%의 이산화탄소를 포함하는 용접 보호 가스가 유량 20L/min으로 적용된다. 용접 조인트는 레이저-아크 하이브리드 용접에 의해 잘 형성되며 크랙, 기공, 언더컷, 불충분한 관통, 불완전한 결합 등과 같은 종류의 결함이 발생하지 않는다. 용접 조인트는 평균적인 인장 강도(tensile strength), 항복 강도(yield strength), 신장률(elongation)을 지니고 충격에너지는 각각 558.6MPa, 409.16MPa, 22.8%, 70J(-20℃)이다. 또한 용접 조인트는 180°로 휘어진 후에 표면에서 크랙이 생기지 않고, 비금속 영역에서 인장 파괴가 발생한다. 레이저-아크 하이브리드 용접에 의한 용접 조인트의 기계적인 특성은 강철 기반 물질의 기계적 특성의 최솟값보다 높아서 실용성에 대한 요구 조건을 만족한다. Ingenious methods are used to perform laser-arc hybrid welding on low-carbon steel sheets. At this time, the thickness of the steel plate is 10mm. The weld joint is a Y-shaped groove butt joint, wherein the angle (θ) of the groove is 32°, and the height (h) of the cut edge is 5 mm. A H10MnSiCuNiII welding wire with an outer diameter (Φ) of 1.2 mm and a two-layer/two-path welding process are used for laser-arc hybrid welding. A first path weld joint was formed under welding parameters including a laser power of 5 kW, a welding current of 230 A, and a welding speed of 1.2 m/min. A second path weld joint was formed under welding parameters including a laser power of 2 kW, a welding current of 230 A, and a welding speed of 0.7 m/min. During welding, a welding protection gas containing 80% argon and 20% carbon dioxide is applied at a flow rate of 20 L/min. Welded joints are well formed by laser-arc hybrid welding and are free from defects such as cracks, voids, undercuts, insufficient penetration, and incomplete bonding. The weld joint has average tensile strength, yield strength, and elongation, and the impact energy is 558.6 MPa, 409.16 MPa, 22.8%, and 70 J (-20°C), respectively. In addition, the weld joint does not crack at the surface after being bent at 180°, and tensile failure occurs in the non-metal area. The mechanical properties of the weld joint by laser-arc hybrid welding are higher than the minimum value of the mechanical properties of steel-based materials, thus satisfying the requirements for practicality.

실시예 2Example 2

저탄소강판에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접을 수행하기 위해 독창적인 방법이 사용된다. 이 때 강판의 두께는 12mm이다. 용접 조인트는 Y자형 홈 맞댐 조인트이고 이 때 홈의 각도(

θ)는 30°이고, 절단 엣지의 높이(h)는 6mm 이다. 외경(Φ)이 1.2mm인 NiCu1-IG 용접 와이어 및 두 층/두 경로의 용접 공정이 레이저-아크 하이브리드 용접에 사용된다. 제1 경로 용접 조인트는 6kW인 레이저 전력, 230A인 용접 전류, 1.2m/min인 용접 속도를 포함하는 용접 파라미터들 하에서 형성된다. 제2 경로 용접 조인트는 2kW인 레이저 전력, 240A인 용접 전류, 0.6m/min인 용접 속도를 포함하는 용접 파라미터들 하에서 형성된다. 용접 중에 아르곤 가스(Ar)를 포함하는 용접 보호 가스가 유량 16L/min으로 적용된다. 용접 조인트는 레이저-아크 하이브리드 용접에 의해 잘 형성되며 크랙, 기공, 언더컷, 불충분한 관통, 불완전한 결합 등과 같은 종류의 결함이 발생하지 않는다. 용접 조인트는 평균적인 인장 강도, 항복 강도, 신장률을 지니고 충격에너지는 각각 540.0MPa, 389.1MPa, 23.5%, 78J(-20℃)이다. 또한 용접 조인트는 180°로 휘어진 후에 표면에서 크랙이 생기지 않고, 비금속 영역에서 인장 파괴가 발생한다. 레이저-아크 하이브리드 용접에 의한 용접 조인트의 기계적인 특성은 강철 기반 물질의 기계적 특성의 최솟값보다 높아서 실용성에 대한 요구 조건을 만족한다. Ingenious methods are used to perform laser-arc hybrid welding on low-carbon steel sheets. At this time, the thickness of the steel plate is 12 mm. The weld joint is a Y-shaped groove butt joint, and the angle of the groove (

θ) is 30°, and the height h of the cutting edge is 6 mm. A NiCu1-IG welding wire with an outer diameter (Φ) of 1.2 mm and a two-layer/two-path welding process are used for laser-arc hybrid welding. A first path weld joint was formed under welding parameters including a laser power of 6 kW, a welding current of 230 A, and a welding speed of 1.2 m/min. A second path weld joint was formed under welding parameters including a laser power of 2 kW, a welding current of 240 A, and a welding speed of 0.6 m/min. During welding, a welding protection gas containing argon gas (Ar) is applied at a flow rate of 16 L/min. Welded joints are well formed by laser-arc hybrid welding and are free from defects such as cracks, voids, undercuts, insufficient penetration, and incomplete bonding. The weld joint has average tensile strength, yield strength, and elongation, and the impact energy is 540.0 MPa, 389.1 MPa, 23.5%, and 78 J (-20°C), respectively. In addition, the weld joint does not crack at the surface after being bent at 180°, and tensile failure occurs in the non-metal area. The mechanical properties of welded joints by laser-arc hybrid welding are higher than the minimum values of mechanical properties of steel-based materials, thus satisfying the requirements for practicality.

실시예 3Example 3

저탄소강판에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접을 수행하기 위해 독창적인 방법이 사용된다. 이 때 강판의 두께는 16mm이다. 용접 조인트는 Y자형 홈 맞댐 조인트이고 이 때 홈의 각도(θ)는 30°이고, 절단 엣지의 높이(h)는 7mm 이다. 외경(Φ)이 1.2mm인 H10MnSiCuNiⅡ 용접 와이어 및 세 층/세 경로의 다층 용접 공정이 레이저-아크 하이브리드 용접에 사용된다. 제1 경로 용접 조인트는 6kW인 레이저 전력, 240A인 용접 전류, 1.2m/min인 용접 속도를 포함하는 용접 파라미터들 하에서 형성된다. 제2 경로 용접 조인트는 2kW인 레이저 전력, 270A인 용접 전류, 0.4m/min인 용접 속도를 포함하는 용접 파라미터들 하에서 형성된다. 제3 경로 용접 조인트는 2kW인 레이저 전력, 290A인 용접 전류, 0.4m/min인 용접 속도를 포함하는 용접 파라미터들 하에서 형성된다. 용접 중에 85%의 아르곤 및 15%의 이산화탄소를 포함하는 용접 보호 가스가 유량 18L/min으로 적용된다. 용접 조인트는 레이저-아크 하이브리드 용접에 의해 잘 형성되며 크랙, 기공, 언더컷, 불충분한 관통, 불완전한 결합 등과 같은 종류의 결함이 발생하지 않는다. 용접 조인트는 평균적인 인장 강도, 항복 강도, 신장률을 지니고 충격에너지는 각각 515.6MPa, 382.9MPa, 21.4%, 56.3J(-20℃)이다. 또한 용접 조인트는 180°로 휘어진 후에 표면에서 크랙이 생기지 않고, 비금속 영역에서 인장 파괴가 발생한다. 레이저-아크 하이브리드 용접에 의한 용접 조인트의 기계적인 특성은 강철 기반 물질의 기계적 특성의 최솟값보다 높아서 실용성에 대한 요구 조건을 만족한다.Ingenious methods are used to perform laser-arc hybrid welding on low-carbon steel sheets. At this time, the thickness of the steel plate is 16mm. The weld joint is a Y-shaped groove butt joint, wherein the angle (θ) of the groove is 30°, and the height (h) of the cut edge is 7 mm. A H10MnSiCuNiII welding wire with an outer diameter (Φ) of 1.2 mm and a three-layer/three-path multi-layer welding process are used for laser-arc hybrid welding. A first path weld joint was formed under welding parameters including a laser power of 6 kW, a welding current of 240 A, and a welding speed of 1.2 m/min. A second path weld joint was formed under welding parameters including a laser power of 2 kW, a welding current of 270 A, and a welding speed of 0.4 m/min. A third path weld joint was formed under welding parameters including a laser power of 2 kW, a welding current of 290 A, and a welding speed of 0.4 m/min. During welding, a welding protection gas containing 85% argon and 15% carbon dioxide is applied at a flow rate of 18 L/min. Welded joints are well formed by laser-arc hybrid welding and are free from defects such as cracks, voids, undercuts, insufficient penetration, and incomplete bonding. The weld joint has average tensile strength, yield strength, and elongation, and the impact energy is 515.6 MPa, 382.9 MPa, 21.4%, and 56.3 J (-20°C), respectively. In addition, the weld joint does not crack at the surface after being bent at 180°, and tensile failure occurs in the non-metal area. The mechanical properties of the weld joint by laser-arc hybrid welding are higher than the minimum value of the mechanical properties of steel-based materials, thus satisfying the requirements for practicality.

실시예 4Example 4

저탄소강판에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접을 수행하기 위해 독창적인 방법이 사용된다. 이 때 강판의 두께는 20mm이다. 용접 조인트은 Y자형 홈 맞댐 조인트이고 이 때 홈의 각도(θ)는 28°이고, 절단 엣지의 높이(h)는 8mm 이다. 외경(Φ)이 1.2mm인 1-IG 용접 와이어 및 네 층/네 경로의 다층 용접 공정이 레이저-아크 하이브리드 용접에 사용된다. 제1 경로 용접 조인트는 6kW인 레이저 전력, 240A인 용접 전류, 1.0m/min인 용접 속도를 포함하는 용접 파라미터들 하에서 형성된다. 제2 경로 용접 조인트는 2kW인 레이저 전력, 270A인 용접 전류, 0.6m/min인 용접 속도를 포함하는 용접 파라미터들 하에서 형성된다. 제3 경로 용접 조인트는 2kW인 레이저 전력, 290A인 용접 전류, 0.4m/min인 용접 속도를 포함하는 용접 파라미터들 하에서 형성된다. 제4 경로 용접 조인트는 270A인 용접 전류, 0.4m/min인 용접 속도를 포함하는 용접 파라미터들 하에서 형성된다. 용접 중에 아르곤 가스(Ar)를 포함하는 용접 보호 가스가 유량 20L/min으로 적용된다. 용접 조인트는 레이저-아크 하이브리드 용접에 의해 잘 형성되며 크랙, 기공, 언더컷, 불충분한 관통, 불완전한 결합 등과 같은 종류의 결함이 발생하지 않는다. 용접 조인트는 평균적인 인장 강도, 항복 강도, 신장률을 지니고 충격에너지는 각각 498.8MPa, 379.9MPa, 20.4%, 65.2J(-20℃)이다. 또한 용접 조인트는 180°로 휘어진 후에 표면에서 크랙이 생기지 않고, 비금속 영역에서 인장 파괴가 발생한다. 레이저-아크 하이브리드 용접에 의한 용접 조인트의 기계적인 특성은 강철 기반 물질의 기계적 특성의 최솟값보다 높아서 실용성에 대한 요구 조건을 만족한다.Ingenious methods are used to perform laser-arc hybrid welding on low-carbon steel sheets. At this time, the thickness of the steel plate is 20 mm. The weld joint is a Y-shaped groove butt joint, wherein the angle (θ) of the groove is 28°, and the height (h) of the cut edge is 8 mm. A 1-IG welding wire with an outer diameter (Φ) of 1.2 mm and a four-layer/four-path multi-layer welding process are used for laser-arc hybrid welding. A first path weld joint was formed under welding parameters including a laser power of 6 kW, a welding current of 240 A, and a welding speed of 1.0 m/min. A second path weld joint was formed under welding parameters including a laser power of 2 kW, a welding current of 270 A, and a welding speed of 0.6 m/min. A third path weld joint was formed under welding parameters including a laser power of 2 kW, a welding current of 290 A, and a welding speed of 0.4 m/min. A fourth path weld joint was formed under welding parameters including a welding current of 270 A and a welding speed of 0.4 m/min. During welding, a welding protection gas containing argon gas (Ar) is applied at a flow rate of 20 L/min. Welded joints are well formed by laser-arc hybrid welding and are free from defects such as cracks, voids, undercuts, insufficient penetration, and incomplete bonding. The weld joint has average tensile strength, yield strength, and elongation, and the impact energy is 498.8 MPa, 379.9 MPa, 20.4%, and 65.2 J (-20℃), respectively. In addition, the weld joint does not crack at the surface after being bent at 180°, and tensile failure occurs in the non-metal area. The mechanical properties of welded joints by laser-arc hybrid welding are higher than the minimum values of mechanical properties of steel-based materials, thus satisfying the requirements for practicality.

Claims (5)

홈의 각도(θ)는 28 내지 32°, 절단 엣지의 높이(h)는 5 내지 8mm인 Y자형 홈 맞댐 조인트의 형상으로 저탄소강 조인트를 형성하는 단계;
1.0mm 이하인 절단 엣지 갭(a), 0 내지 6kW인 레이저 전력, -1 내지 -3mm인 디포커스 양, 1 내지 3mm인 레이저-아크 간격, 230 내지 290A인 용접 전류, 0.4 내지 1.2m/min인 용접 속도의 조건 하에서 레이저-아크 하이브리드 다층 용접 공정을 수행하는 단계; 및
아르곤 가스(Ar), 또는 85 내지 80%의 아르곤 및 15 내지 20%의 이산화탄소를 포함하는 활성가스를 적용하여 상기 레이저-아크 하이브리드 용접 공정 중에 용접부를 보호하는 단계를 포함하는, 저탄소강에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접 방법.
forming a low-carbon steel joint in the shape of a Y-shaped groove butt joint having an angle (θ) of the groove of 28 to 32° and a height (h) of the cut edge of 5 to 8 mm;
Cutting edge gap (a) of 1.0 mm or less, laser power of 0-6 kW, defocus amount of -1 to -3 mm, laser-arc spacing of 1-3 mm, welding current of 230-290 A, 0.4-1.2 m/min performing a laser-arc hybrid multilayer welding process under conditions of welding speed; and
A laser for low carbon steel comprising applying argon gas (Ar) or an active gas comprising 85 to 80% argon and 15 to 20% carbon dioxide to protect the weld during the laser-arc hybrid welding process. - Arc hybrid welding method.
청구항 1에 있어서, 4 내지 6kW인 레이저 전력, 230 내지 250A인 용접 전류, 0.8 내지 1.2m/min인 용접 속도를 포함하는 용접 파라미터들 하에서 다층 용접의 제1 경로 용접 조인트가 형성되고,
0 내지 2kW인 레이저 전력, 230 내지 290A인 용접 전류, 0.4 내지 0.7m/min인 용접 속도를 포함하는 용접 파라미터들 하에서 다층 용접의 후속 용접 조인트들이 형성되는, 저탄소강에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접 방법.
The method according to claim 1, wherein the first pass weld joint of the multilayer weld is formed under welding parameters comprising a laser power of 4 to 6 kW, a welding current of 230 to 250 A, and a welding speed of 0.8 to 1.2 m/min,
Laser-arc hybrid welding method for low-carbon steel, in which subsequent weld joints of multi-layer welding are formed under welding parameters including a laser power of 0-2 kW, a welding current of 230-290 A, and a welding speed of 0.4-0.7 m/min. .
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 저탄소강의 판 두께는 10mm이고,
홈의 각도(θ)는 32°, 절단 엣지의 높이(h)는 5mm인 Y자형 홈 맞댐 조인트의 형상으로 형성되는 조인트를 포함하고,
상기 레이저-아크 하이브리드 용접에 있어 외경(Φ)이 1.2mm인 H10MnSiCuNiⅡ 용접 와이어 및 두 층/두 경로의 용접 공정이 사용되고,
5kW인 레이저 전력, 230A인 용접 전류, 1.2m/min인 용접 속도를 포함하는 용접 파라미터들 하에서 형성되는 제1 경로 용접 조인트; 및
2kW인 레이저 전력, 230A인 용접 전류, 0.7m/min인 용접 속도를 포함하는 용접 파라미터들 하에서 형성되는 제2 경로 용접 조인트;를 포함하고,
용접 중에 80%의 아르곤 및 20%의 이산화탄소를 포함하는 용접 보호 가스가 유량 20L/min으로 적용되는, 저탄소강에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접 공법.
The method according to claim 1 or 2, the plate thickness of the low carbon steel is 10mm,
The angle (θ) of the groove is 32° and the height (h) of the cutting edge is 5 mm, including a joint formed in the shape of a Y-shaped groove butt joint,
In the laser-arc hybrid welding, an H10MnSiCuNiII welding wire having an outer diameter (Φ) of 1.2 mm and a welding process of two layers/two paths are used,
a first path weld joint formed under welding parameters including a laser power of 5 kW, a welding current of 230 A, and a welding speed of 1.2 m/min; and
a second path weld joint formed under welding parameters including a laser power of 2 kW, a welding current of 230 A, and a welding speed of 0.7 m/min;
Laser-arc hybrid welding method for low-carbon steel, in which a welding protection gas containing 80% argon and 20% carbon dioxide is applied during welding at a flow rate of 20L/min.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 저탄소강의 판 두께는 12mm이고,
홈의 각도(θ)는 30°, 절단 엣지의 높이(h)는 6mm인 Y자형 홈 맞댐 조인트의 형상으로 형성되는 조인트를 포함하고,
외경(Φ)이 1.2mm인 NiCu1-IG 용접 와이어 및 두 층/두 경로의 용접 공정이 사용되고,
6kW인 레이저 전력, 230A인 용접 전류, 1.2m/min인 용접 속도를 포함하는 용접 파라미터들 하에서 형성되는 제1 경로 용접 조인트;
2kW인 레이저 전력, 240A인 용접 전류, 0.6m/min인 용접 속도를 포함하는 용접 파라미터들 하에서 형성되는 제2 경로 용접 조인트;를 포함하고,
용접 중에 아르곤 가스(Ar)를 포함하는 용접 보호 가스가 유량 16L/min으로 적용되는, 저탄소강에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접 공법.
The method according to claim 1 or 2, the plate thickness of the low-carbon steel is 12mm,
The angle (θ) of the groove is 30° and the height (h) of the cutting edge is 6 mm, including a joint formed in the shape of a Y-shaped groove butt joint,
A NiCu1-IG welding wire with an outer diameter (Φ) of 1.2 mm and a two-layer/two-path welding process are used,
a first path weld joint formed under welding parameters including a laser power of 6 kW, a welding current of 230 A, and a welding speed of 1.2 m/min;
a second path weld joint formed under welding parameters including a laser power of 2 kW, a welding current of 240 A, and a welding speed of 0.6 m/min;
A laser-arc hybrid welding method for low-carbon steel, in which a welding protection gas containing argon gas (Ar) is applied at a flow rate of 16 L/min during welding.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 저탄소강의 판 두께는 16mm이고,
홈의 각도(θ)는 30°, 절단 엣지의 높이(h)는 7mm인 Y자형 홈 맞댐 조인트의 형상으로 형성되는 조인트를 포함하고,
외경(Φ)이 1.2mm인 H10MnSiCuNiⅡ 용접 와이어 및 세 층/세 경로의 다층 용접 공정이 사용되고,
6kW인 레이저 전력, 240A인 용접 전류, 1.2m/min인 용접 속도를 포함하는 용접 파라미터들 하에서 형성되는 제1 경로 용접 조인트;
2kW인 레이저 전력, 270A인 용접 전류, 0.4m/min인 용접 속도를 포함하는 용접 파라미터들 하에서 형성되는 제2 경로 용접 조인트; 및
2kW인 레이저 전력, 290A인 용접 전류, 0.4m/min인 용접 속도를 포함하는 용접 파라미터들 하에서 형성되는 제3 경로 용접 조인트;를 포함하고,
용접 중에 85%의 아르곤 및 15%의 이산화탄소를 포함하는 용접 보호 가스가 유량 18L/min으로 적용되는, 저탄소강에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접 공법.
The method according to claim 1 or 2, the plate thickness of the low-carbon steel is 16mm,
The angle (θ) of the groove is 30° and the height (h) of the cutting edge is 7 mm, including a joint formed in the shape of a Y-shaped groove butt joint,
H10MnSiCuNiII welding wire with an outer diameter (Φ) of 1.2 mm and a three-layer/three-path multi-layer welding process are used,
a first path weld joint formed under welding parameters including a laser power of 6 kW, a welding current of 240 A, and a welding speed of 1.2 m/min;
a second path weld joint formed under welding parameters including a laser power of 2 kW, a welding current of 270 A, and a welding speed of 0.4 m/min; and
a third path weld joint formed under welding parameters including a laser power of 2 kW, a welding current of 290 A, and a welding speed of 0.4 m/min;
Laser-arc hybrid welding method for low carbon steel, in which a welding shielding gas containing 85% argon and 15% carbon dioxide is applied during welding at a flow rate of 18L/min.