KR20210122386A - A laser-arc hybrid welding method for stainless steel - Google Patents

Abstract

The present invention relates to a laser-arc hybrid welding method for stainless steel. Based on the laser-arc coupling characteristics and the influence rules of the laser-arc hybrid welding parameters, by using an orthogonal design test method, the laser-arc hybrid welding method is developed to optimize the welding parameters and groove size of the weld joint of each layer (pass) in multi-layer welding. The laser-arc hybrid welding method for stainless steel comprises steps of: forming a Y-shaped groove butt joint shape of stainless steel; adopting a laser-arc hybrid multi-layer welding process; and adopting an active gas.

Description

스테인리스강에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접 방법{A LASER-ARC HYBRID WELDING METHOD FOR STAINLESS STEEL}A LASER-ARC HYBRID WELDING METHOD FOR STAINLESS STEEL

본 발명은 야금학(metallurgy), 기계, 선박, 자동차, 파이프라인, 석유화학, 해양 장비, 압력 용기, 군수 산업 등의 기술 분야에서 스테인리스강에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접(laser-arc hybrid welding) 기술에 관한 것으로, 재료 용접(접합)의 기술 분야에 속한다. The present invention relates to a laser-arc hybrid welding technology for stainless steel in technical fields such as metallurgy, machinery, ships, automobiles, pipelines, petrochemicals, marine equipment, pressure vessels, and military industries. It belongs to the technical field of material welding (joint).

스테인리스강은 고강도, 고인성(high toughness)의 특징 및 종합적으로 우수한 성질을 가지며, 산업 분야에서 널리 사용된다. 잘 알려진 바와 같이, 임의의 금속 구조 물질의 광범위한 응용은 자체적인 성능 특징뿐만 아니라 용접(접합)기술의 발전에 달려 있다.Stainless steel has characteristics of high strength, high toughness, and overall excellent properties, and is widely used in industrial fields. As is well known, the wide application of any metallic structural material depends not only on its performance characteristics, but also on advances in welding (jointing) technology.

레이저-아크 하이브리드 용접은 고품질, 고효율의 새로운 용접 기술이다. 레이저와 아크(arc)의 특징을 이용해 하이브리드 용접 열원(heat source)을 생성하고, 높은 에너지 밀도, 낮은 입열(heat input), 넓은 용융 깊이, 높은 용접 속도, 적은 변형 및 높은 어셈블리 갭(assembly gap) 적응성이라는 이점을 가짐으로써 용접 품질, 생산 효율 및 제품 품질의 개선을 용이하게 하며; 중간 두께나 넓은 두께의 판 용접에는 더욱 유용하다. 따라서, 레이저-아크 커플링(coupling) 특징 및 레이저-아크 하이브리드 용접 파라미터의 영향 규칙에 기초하여 스테인리스강을 위한 레이저-아크 하이브리드 용접 방법을 개발하는 것은 중요한 실용적 가치 및 야금학, 기계, 선박, 자동차, 파이프라인, 석유화학, 해양 장비, 압력 용기, 군수 산업 분야 등에서의 광범위한 응용 전망을 가지고 있다.Laser-arc hybrid welding is a high-quality, high-efficiency new welding technology. It uses the characteristics of laser and arc to create a hybrid welding heat source, with high energy density, low heat input, wide melt depth, high welding speed, low deformation and high assembly gap. It facilitates the improvement of welding quality, production efficiency and product quality by having the advantage of adaptability; It is more useful for welding of medium or wide thickness plates. Therefore, developing a laser-arc hybrid welding method for stainless steel based on the influence rules of laser-arc coupling characteristics and laser-arc hybrid welding parameters has important practical values and benefits in metallurgy, machinery, ships, automobiles, It has broad application prospects in pipelines, petrochemicals, marine equipment, pressure vessels, and military industries.

본 발명의 목적은, 종래의 용접 방법에 따른 스테인리스강 용접에 내재된 문제점들을 해결하고, 레이저-아크 커플링 효과의 특징에 기초해 레이저-아크 하이브리드 용접 파라미터가 용접 입열, 용융 깊이 및 용융 폭, 용접 결함, 용접 점 형성, 조인트의 미세 구조 및 기계적 성질 등에 가지는 영향 규칙에 대해 체계적인 연구를 수행하고, 이를 기반으로, 직교(orthogonal) 설계 시험 방법을 통해 용접 파라미터 및 멀티 레이어 용접의 각 레이어(패스(pass))의 용접 조인트의 용접 홈(groove) 크기를 최적화하는 것이다: 제1 패스 용접 조인트의 최적화 목표는, 용융 깊이를 증가시키고, 불충분한 침투, 기공 등과 같은 용접 결함을 피하며 용접 조인트의 구조, 특성 및 후면 형성을 개선하는 것이다; 멀티 레이어 용접에서 후속 용접 조인트의 최적화 목표는, 용착량(welding deposition amount)을 증가시키고, 불완전 융합과 언더컷(undercuts)과 같은 용접 결함을 피하며 용접 조인트의 구조, 특성 및 표면 형성을 개선하는 것이다; 또한 용접 홈 크기의 최적화 목표는, 트렁케이트된(truncated) 모서리 높이 및 홈의 각도를 최적화하고, 레이어(패스)수와 용착량 및 입열을 감소시킴으로써, 용접 품질 및 용접 생산 효율을 개선하는 것이다.An object of the present invention is to solve the problems inherent in stainless steel welding according to the conventional welding method, and based on the characteristics of the laser-arc coupling effect, laser-arc hybrid welding parameters are determined by welding heat input, melting depth and melting width, A systematic study is conducted on the influence rules on welding defects, welding point formation, microstructure and mechanical properties of joints, etc., and based on this, welding parameters and each layer (pass (pass) to optimize the weld groove size of the weld joint: The goal of optimizing the first pass weld joint is to increase the melt depth, avoid weld defects such as insufficient penetration, porosity, etc. to improve the structure, properties and backside formation; The goal of optimization of subsequent weld joints in multi-layer welding is to increase the amount of welding deposition, avoid welding defects such as incomplete fusions and undercuts, and improve the structure, properties and surface formation of the weld joint. ; In addition, the goal of optimizing the weld groove size is to improve the weld quality and weld production efficiency by optimizing the truncated edge height and groove angle, and reducing the number of layers (passes), deposition amount, and heat input.

본 발명의 상기 목적은 다음과 같은 기술적 해결책에 의해 달성된다:The above object of the present invention is achieved by the following technical solutions:

스테인리스강에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접은:Laser-arc hybrid welding to stainless steel is:

홈(groove) 프로세싱: 홈의 각도가 θ=28~32°이고 트렁케이트된 모서리 높이가 h=5~8mm인 Y형 홈 버트 조인트(Y-shaped Groove Butt Joint) 형태의 스테인리스강 조인트를 형성하되, 트렁케이트된 모서리 높이를 증가시키고 홈의 각도를 줄이며 레이어(패스)의 수와 용착량 및 입열을 감소시킴으로써 용접 품질 및 용접 생산 효율이 향상되는 단계;Groove processing: Form a stainless steel joint in the form of a Y-shaped Groove Butt Joint with groove angle θ=28-32° and truncated edge height h=5-8mm. , improving the welding quality and welding production efficiency by increasing the truncated edge height, reducing the angle of the groove, and reducing the number of layers (passes) and the amount of deposition and heat input;

용접 프로세스: 트렁케이트된 모서리 갭(Gap)이 a≤1.0mm, 레이저 전력이 0~6kW, 디포커스(Defocus) 양이 (-1)~(-3mm), 레이저-아크 거리가 1~3mm, 용접 전류가 230~290A, 용접 속도가 0.4~1.2m/min인 레이저-아크 하이브리드 멀티 레이어 용접 프로세스를 채택하는 단계; 및Welding process: truncated edge gap a≤1.0mm, laser power 0~6kW, defocus amount (-1)~(-3mm), laser-arc distance 1-3mm, Adopting a laser-arc hybrid multi-layer welding process with a welding current of 230-290A and a welding speed of 0.4-1.2 m/min; and

레이저-아크 하이브리드 용접 중 용접 부위를 보호함으로써, H, O, N 등이 용접 조인트의 구조와 성질에 미치는 역효과를 방지하고 용접 조인트 형성과 용접 품질을 향상시키기 위해 아르곤 가스(Ar) 또는 85~80%(Ar)+15~20%(CO2)의 활성 가스를 채택하는 단계를 포함하는 특징을 가진다.By protecting the weld area during laser-arc hybrid welding, argon gas (Ar) or 85~80 %(Ar)+15-20%(CO2) of active gas.

본 발명의 주된 이점은 다음과 같다:The main advantages of the present invention are:

(1) 서브머지드 아크 용접(submerged arc welding), 가스 실드 아크 용접(gas-shielded arc welding)등과 같은 종래의 용접과 비교했을 때, 본 발명의 스테인리스 강에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접 기술은 낮은 입열, 넓은 용융 깊이, 적은 변형 및 높은 용접 속도 등의 이점을 가지고 있으며; 용접 조인트 영역과 열 영향 구역(heat affected zone)의 폭 그리고 유해 가스 및 매진(smoke dust)의 방출을 줄임으로써 용접 품질, 용접 효율 및 제품 품질을 개선하고 생산 비용을 줄이며 환경 오염을 완화한다.(1) Compared with conventional welding such as submerged arc welding, gas-shielded arc welding, etc., the laser-arc hybrid welding technology for stainless steel of the present invention is low It has the advantages of heat input, wide melting depth, small deformation and high welding speed; By reducing the width of the weld joint area and heat affected zone, and the emission of harmful gases and smoke dust, it improves weld quality, welding efficiency and product quality, reduces production costs and mitigates environmental pollution.

(2) 두께가 16mm인 스테인리스 강판의 용접을 예로 들면: 종래의 가스 실드 아크 용접 방법에 일반적으로 4개 레이어(패스)의 용접 조인트가 필요한 반면, 레이저-아크 하이브리드 용접 기술에는 3개 레이어(패스)만이 필요하다. 종래의 가스 실드 아크 용접과 비교했을 때, 레이저-아크 하이브리드 용접의 입열은 30% 감소하여, 잔류 응력(residual stress), 용접 변형 및 균열 발생 경향을 감소시켜 용접 품질을 향상시키는 이점을 가지고 있다; 용접 조인트 영역이 60% 감소하고 용접 조인트 레이어(패스)의 수가 3개 레이어(패스)로 감소하는 만큼, 용착량, 연마 작업량(polishing workload) 그리고 유해 가스 및 매진의 배출이 크게 줄어들고, 이에 따라 용접 비용이 감소하며 환경 오염이 완화된다; 용접 조인트 영역과 열 영향 구역의 폭은 각각 60%와 50%씩 줄어들고 이는 조인트의 기계적 성질을 개선하는 데 유리하다; 또한 용접 속도가 80% 증가하고 용접 레이어(패스)의 수가 감소함에 따라 용접 생산 효율이 크게 향상된다. (2) Taking the welding of stainless steel sheet with a thickness of 16 mm as an example: The conventional gas shielded arc welding method generally requires a weld joint of 4 layers (passes), whereas the laser-arc hybrid welding technique requires 3 layers (passes). ) is required only. Compared with the conventional gas shielded arc welding, the heat input of laser-arc hybrid welding is reduced by 30%, which has the advantage of improving welding quality by reducing residual stress, welding deformation and cracking tendency; As the weld joint area is reduced by 60% and the number of weld joint layers (passes) is reduced to three layers (passes), the amount of deposits, polishing workload and emissions of harmful gases and dusts are significantly reduced, thus Costs are reduced and environmental pollution is mitigated; The width of the weld joint area and the heat affected zone is reduced by 60% and 50%, respectively, which is beneficial for improving the mechanical properties of the joint; In addition, the welding production efficiency is greatly improved as the welding speed increases by 80% and the number of welding layers (passes) decreases.

이하 본 발명의 구체적인 내용 및 실시예를 예로 들어 상세하게 설명한다.Hereinafter, specific contents and embodiments of the present invention will be described in detail with reference to examples.

예1Example 1

본 발명의 방법은 스테인리스 강판에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접을 수행하는 데 사용되었으며, 강판의 두께는 10mm였다. 조인트는 Y형 홈 버트 조인트의 형태였고, 홈의 각도는 θ=32°, 트렁케이트된 모서리 높이는 h=5mm였고; 레이저-아크 하이브리드 용접에는 H10MnSiCuNiⅡ 용접 와이어 (Φ1.2mm)와 2 단 레이어 2단 패스(two-layer two-pass) 용접 프로세스가 채택되었다; 제 1 패스 용접 조인트는 레이저 전력이 5kW, 용접 전류가 230A이며 용접 속도가 1.2m / min인 용접 파라미터 하에서 형성되었다; 제 2 패스 용접 조인트는 레이저 전력이 2kW, 용접 전류가 230A이며 용접 속도가 0.7m / min인 용접 파라미터 하에서 형성되었다; 또한 용접 중에 가스 흐름이 20L / min 인 80%(Ar)+20%(CO2)의 보호 가스가 채택되었다. 용접 조인트는 레이저-아크 하이브리드 용접으로 잘 형성되었으며, 균열이나 기공, 언더컷, 불충분한 침투, 불완전 융합 등의 용접 결함이 없었다; 조인트의 인장 강도(tensile strength), 항복 강도(yield strength), 신장률(elongation)은 평균이었고, 충격에너지는 각각 558.6 MPa, 409.16MPa, 22.8%, 및 70J(-20℃)이었다; 또한, 조인트는 180°로 구부러진 후에도 표면에 균열이 없었으며, 조인트의 인장파괴(tensile fracture)는 비금속 계열에서 발생했다. 레이저-아크 하이브리드 용접 조인트의 기계적 성질이 강철 기반 소재의 기계적 성질의 하한값보다 높았으므로 사용성 기준을 충족시킨다.The method of the present invention was used to perform laser-arc hybrid welding on a stainless steel sheet, and the thickness of the steel sheet was 10 mm. The joint was in the form of a Y-shaped groove butt joint, the angle of the groove was θ=32°, and the height of the truncated edge was h=5mm; For laser-arc hybrid welding, H10MnSiCuNiII welding wire (Φ1.2mm) and two-layer two-pass welding process were adopted; The first pass welded joint was formed under the welding parameters of a laser power of 5kW, a welding current of 230A, and a welding speed of 1.2m/min; The second pass weld joint was formed under the welding parameters of a laser power of 2kW, a welding current of 230A, and a welding speed of 0.7m/min; In addition, a shielding gas of 80%(Ar)+20%(CO2) with a gas flow of 20L/min during welding was adopted. The weld joint was well formed by laser-arc hybrid welding, and there were no welding defects such as cracks, pores, undercuts, insufficient penetration, and incomplete fusion; The tensile strength, yield strength, and elongation of the joint were average, and the impact energy was 558.6 MPa, 409.16 MPa, 22.8%, and 70J (-20°C), respectively; Also, the joint had no cracks on the surface even after being bent at 180°, and tensile fracture of the joint occurred in the non-metal type. The mechanical properties of the laser-arc hybrid welded joint were higher than the lower limit of the mechanical properties of the steel-based material, thus meeting the usability criteria.

예 2Example 2

본 발명의 방법은 스테인리스 강판에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접을 수행하는 데 사용되었으며, 강판의 두께는 12mm였다. 조인트는 Y형 홈 버트 조인트의 형태였고, 홈의 각도는 θ=30°, 트렁케이트된 모서리 높이는 h=6mm였고; 레이저-아크 하이브리드 용접에는 NiCu1-IG 용접 와이어 (Φ1.2mm)와 2 단 레이어 2단 패스 용접 프로세스가 채택되었다; 제 1 패스 용접 조인트는 레이저 전력이 6kW, 용접 전류가 230A 이며 용접 속도가 1.2m / min인 용접 파라미터 하에서 형성되었다; 제 2 패스 용접 조인트는 레이저 전력이 2kW, 용접 전류가 240A이며 용접 속도가 0.6m / min인 용접 파라미터 하에서 형성되었다; 또한 용접 중에 가스 흐름이 16L / min 인 아르곤 가스(Ar)의 보호 가스가 채택되었다. 용접 조인트는 레이저-아크 하이브리드 용접으로 잘 형성되었으며, 균열이나 기공, 언더컷, 불충분한 침투, 불완전 융합 등의 용접 결함이 없었다. 조인트의 인장 강도, 항복 강도, 신장률은 평균이었고, 충격에너지는 각각 540.0MPa, 389.1MPa, 23.5%, 및 78J(-20℃)이었다. 또한, 조인트는 180°로 구부러진 후에도 표면에 균열이 없었으며, 조인트의 인장파괴는 비금속 계열에서 발생했다. 레이저-아크 하이브리드 용접 조인트의 기계적 성질이 강철 기반 소재의 기계적 성질의 하한값보다 높았으므로 사용성 기준을 충족시킨다.The method of the present invention was used to perform laser-arc hybrid welding on a stainless steel sheet, and the thickness of the steel sheet was 12 mm. The joint was in the form of a Y-shaped groove butt joint, the angle of the groove was θ=30°, and the height of the truncated edge was h=6mm; For laser-arc hybrid welding, NiCu1-IG welding wire (Φ1.2mm) and two-layer two-pass welding process were adopted; The first pass weld joint was formed under welding parameters of a laser power of 6kW, a welding current of 230A, and a welding speed of 1.2m/min; The second pass welded joint was formed under welding parameters of laser power of 2kW, welding current of 240A, and welding speed of 0.6m/min; In addition, a protective gas of argon gas (Ar) with a gas flow of 16L/min during welding was adopted. The weld joint was well formed by laser-arc hybrid welding, and there were no welding defects such as cracks, pores, undercuts, insufficient penetration, and incomplete fusion. The tensile strength, yield strength, and elongation of the joint were average, and the impact energy was 540.0 MPa, 389.1 MPa, 23.5%, and 78 J (-20°C), respectively. In addition, the joint had no cracks on the surface even after being bent at 180°, and tensile failure of the joint occurred in the non-metal type. The mechanical properties of the laser-arc hybrid welded joint were higher than the lower limit of the mechanical properties of the steel-based material, thus meeting the usability criteria.

예3Example 3

본 발명의 방법은 스테인리스 강판에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접을 수행하는 데 사용되었으며, 강판의 두께는 16mm였다. 조인트는 Y형 홈 버트 조인트의 형태였고, 홈의 각도는 θ=30°, 트렁케이트된 모서리 높이는 h=7mm였고; H10MnSiCuNiⅡ 용접 와이어 (Φ1.2mm)와 3 단 레이어 3단 패스(three-layer three-pass) 멀티 레이어 용접 프로세스가 채택되었다; 제 1 패스 용접 조인트는 레이저 전력이 6kW, 용접 전류가 240A이며 용접 속도가 1.2m / min인 용접 파라미터 하에서 형성되었다; 제 2 패스 용접 조인트는 레이저 전력이 2Kw, 용접 전류가 270A이며 용접 속도가 0.4m / min인 용접 파라미터 하에서 형성되었다; 제 3 패스 용접 조인트는 레이저 전력이 2kW, 용접 전류가 290A이며 용접 속도가 0.4m / min인 용접 파라미터 하에서 형성되었다; 또한 용접 중에 가스 흐름이 18L / min 인 85%(Ar)+15%(CO2)의 보호 가스가 채택되었다. 용접 조인트는 레이저-아크 하이브리드 용접으로 잘 형성되었으며, 균열이나 기공, 언더컷, 불충분한 침투, 불완전 융합 등의 용접 결함이 없었다. 조인트의 인장 강도, 항복 강도, 신장률은 평균이었고, 충격에너지는 각각 515.6MPa, 382.9MPa, 21.4%, 및 56.3J(-20℃)이었다. 또한, 조인트는 180°로 구부려진 후에도 표면에 균열이 없었으며, 조인트의 인장파괴는 비금속 계열에서 발생했다. 레이저-아크 하이브리드 용접 조인트의 기계적 성질이 강철 기반 소재의 기계적 성질의 하한값보다 높았으므로 사용성 기준을 충족시킨다.The method of the present invention was used to perform laser-arc hybrid welding on a stainless steel sheet, and the thickness of the steel sheet was 16 mm. The joint was in the form of a Y-shaped groove butt joint, the angle of the groove was θ=30°, and the height of the truncated edge was h=7mm; H10MnSiCuNiII welding wire (Φ1.2mm) and three-layer three-pass multi-layer welding process are adopted; The first pass welded joint was formed under welding parameters of a laser power of 6kW, a welding current of 240A, and a welding speed of 1.2m/min; The second pass welded joint was formed under the welding parameters of laser power of 2Kw, welding current of 270A, and welding speed of 0.4m/min; The third pass welded joint was formed under welding parameters with a laser power of 2kW, a welding current of 290A, and a welding speed of 0.4m/min; In addition, a shielding gas of 85%(Ar)+15%(CO2) with a gas flow of 18L/min during welding was adopted. The weld joint was well formed by laser-arc hybrid welding, and there were no welding defects such as cracks, pores, undercuts, insufficient penetration, and incomplete fusion. The tensile strength, yield strength, and elongation of the joint were average, and the impact energy was 515.6 MPa, 382.9 MPa, 21.4%, and 56.3 J (-20°C), respectively. In addition, the joint had no cracks on the surface even after being bent at 180°, and tensile failure of the joint occurred in the non-metal type. The mechanical properties of the laser-arc hybrid welded joint were higher than the lower limit of the mechanical properties of the steel-based material, thus meeting the usability criteria.

예4Example 4

본 발명의 방법은 스테인리스 강판에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접을 수행하는 데 사용되었으며, 강판의 두께는 20mm였다. 조인트는 Y형 홈 버트 조인트의 형태였고, 홈의 각도는 θ=28°, 트렁케이트된 모서리 높이는 h=8mm였고; 1-IG 용접 와이어 (Φ1.2mm)와 4 단 레이어 4단 패스(four-layer four-pass) 멀티 레이어 용접 프로세스가 채택되었다; 제 1 패스 용접 조인트는 레이저 전력이 6kW, 용접 전류가 240A이며 용접 속도가 1.0m / min인 용접 파라미터 하에서 형성되었다; 제 2 패스 용접 조인트는 레이저 전력이 2kW, 용접 전류가 270A이며 용접 속도가 0.6m / min인 용접 파라미터 하에서 형성되었다; 제 3 패스 용접 조인트는 레이저 전력이 2kW, 용접 전류가 290A이며 용접 속도가 0.4m / min인 용접 파라미터 하에서 형성되었다; 제 4 패스 용접 조인트는 용접 전류가 270A이며 용접 속도가 0.4m / min인 용접 파라미터 하에서 형성되었다; 또한 용접 중에 가스 흐름이 20L / min 인 아르곤 가스(Ar)의 보호 가스가 채택되었다. 용접 조인트는 레이저-아크 하이브리드 용접으로 잘 형성되었으며, 균열이나 기공, 언더컷, 불충분한 침투, 불완전 융합 등의 용접 결함이 없었다. 조인트의 인장 강도, 항복 강도, 신장률은 평균이었고, 충격에너지는 각각 498.8MPa, 379.9MPa, 20.4%, 및 65.2J(-20℃)이었다. 또한, 조인트는 180°로 구부려진 후에도 표면에 균열이 없었으며, 조인트의 인장파괴는 비금속 계열에서 발생했다. 레이저-아크 하이브리드 용접 조인트의 기계적 성질이 강철 기반 소재의 기계적 성질의 하한값보다 높았으므로 사용성 기준을 충족시킨다.The method of the present invention was used to perform laser-arc hybrid welding on a stainless steel sheet, and the thickness of the steel sheet was 20 mm. The joint was in the form of a Y-groove butt joint, the angle of the groove was θ=28°, and the height of the truncated edge was h=8mm; 1-IG welding wire (Φ1.2mm) and four-layer four-pass multi-layer welding process were adopted; The first pass weld joint was formed under the welding parameters of a laser power of 6kW, a welding current of 240A, and a welding speed of 1.0m/min; The second pass welded joint was formed under welding parameters of a laser power of 2kW, a welding current of 270A, and a welding speed of 0.6m/min; The third pass welded joint was formed under welding parameters with a laser power of 2kW, a welding current of 290A, and a welding speed of 0.4m/min; A fourth pass welded joint was formed under welding parameters of a welding current of 270A and a welding speed of 0.4m/min; Also, a shielding gas of argon gas (Ar) with a gas flow of 20L/min during welding was adopted. The weld joint was well formed by laser-arc hybrid welding, and there were no welding defects such as cracks, pores, undercuts, insufficient penetration, and incomplete fusion. The tensile strength, yield strength, and elongation of the joint were average, and the impact energy was 498.8 MPa, 379.9 MPa, 20.4%, and 65.2 J (-20°C), respectively. In addition, the joint had no cracks on the surface even after being bent at 180°, and tensile failure of the joint occurred in the non-metal type. The mechanical properties of the laser-arc hybrid welded joint were higher than the lower limit of the mechanical properties of the steel-based material, thus meeting the usability criteria.

Claims (5)

스테인리스강에 대한 레이저-아크 하이브리드 용접(Laser-arc Hybrid Welding) 방법에 있어서,
홈의 각도가 θ=28~32°이고 트렁케이트된(Truncated) 모서리 높이가 h=5~8mm인 Y형 홈 버트 조인트(Y-shaped Groove Butt Joint) 형태의 스테인리스강을 형성하는 단계;
트렁케이트된 모서리 갭(Gap)이 a≤1.0mm, 레이저 전력이 0~6kW, 디포커스(Defocus) 양이 (-1)~(-3mm), 레이저-아크 거리가 1~3mm, 용접 전류가 230~290A, 용접 속도가 0.4~1.2m/min인 레이저-아크 하이브리드 멀티 레이어 용접 프로세스를 채택하는 단계; 및
레이저-아크 하이브리드 용접 중 용접 부위를 보호하기 위해 아르곤 가스(Ar) 또는 85~80%(Ar)+15~20%(CO2)의 활성 가스를 채택하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.In the laser-arc hybrid welding method for stainless steel,
Forming a Y-shaped Groove Butt Joint type stainless steel with a groove angle of θ=28~32° and a truncated edge height of h=5~8mm;
Trunked edge gap a≤1.0mm, laser power 0~6kW, defocus amount (-1)~(-3mm), laser-arc distance 1-3mm, welding current Adopting laser-arc hybrid multi-layer welding process with 230~290A, welding speed of 0.4~1.2m/min; and
Adopting an active gas of argon gas (Ar) or 85-80% (Ar)+15-20% (CO2) to protect the weld site during laser-arc hybrid welding
A method comprising a. 제1항에 있어서,
상기 멀티 레이어 용접의 제1 패스 용접 조인트(First-pass Welded Joint)는, 레이저 전력이 4~6kW, 용접 전류가 230~250A, 용접 속도가 0.8~1.2m/min인 용접 파라미터 조건 하에서 형성되고;
상기 멀티 레이어 용접의 후속 용접 조인트는, 레이저 전력이 0~2kW, 용접 전류가 230~290A, 용접 속도가 0.4~0.7m/min인 용접 파라미터 조건 하에서 형성되는 방법.According to claim 1,
The first-pass welded joint of the multi-layer welding is formed under conditions of welding parameters such as 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;
The subsequent weld joint of the multi-layer welding is formed under conditions of welding parameters of which the laser power is 0 to 2 kW, the welding current is 230 to 290 A, and the welding speed is 0.4 to 0.7 m/min. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 스테인리스강은 판의 두께가 10mm고; 상기 조인트는 홈의 각도가 θ=32°이고, 트렁케이트된 모서리 높이가 h=5mm인 Y형 홈 버트 조인트 형태이고; Φ1.2mm인 H10MnSiCuNiⅡ 용접 와이어 및 2단 레이어 2단 패스(Two-pass) 용접 프로세스가 상기 레이저-아크 하이브리드 용접을 위해 채택되었고; 제1 패스 용접 조인트는 레이저 전력이 5kW, 용접 전류가 230A, 용접 속도가 1.2m/min인 용접 파라미터 조건 하에서 형성되고; 제2 패스 용접 조인트는 레이저 전력이 2kW, 용접 전류가 230A, 용접 속도가 0.7m/min인 용접 파라미터 조건 하에서 형성되고; 상기 용접 작업 동안 가스 흐름이 20L/min인 80%(Ar)+20%(CO2)의 보호 가스(Protection Gas)가 채택되는 방법.3. The method of claim 1 or 2,
The stainless steel plate has a thickness of 10 mm; The joint is in the form of a Y-shaped groove butt joint with a groove angle of θ=32° and a truncated edge height of h=5mm; H10MnSiCuNiII welding wire of Φ1.2 mm and a two-layer two-pass welding process were adopted for the laser-arc hybrid welding; The first pass welded joint is formed under the conditions of welding parameters of a laser power of 5 kW, a welding current of 230 A, and a welding speed of 1.2 m/min; The second pass weld joint is formed under the conditions of welding parameters of a laser power of 2 kW, a welding current of 230 A, and a welding speed of 0.7 m/min; A method in which a protection gas of 80% (Ar)+20% (CO2) with a gas flow of 20 L/min is employed during the welding operation. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 스테인리스강은 판의 두께가 12mm고; 상기 조인트는 홈의 각도가 θ=30°이고, 트렁케이트된 모서리 높이가 h=6mm인 Y형 홈 버트 조인트 형태이고; Φ1.2mm인 NiCu1-IG 용접 와이어 및 2단 레이어 2단 패스 용접 프로세스가 채택되었고; 제1 패스 용접 조인트는 레이저 전력이 6kW, 용접 전류가 230A, 용접 속도가 1.2m/min인 용접 파라미터 조건 하에서 형성되고;
제2 패스 용접 조인트는 레이저 전력이 2kW, 용접 전류가 240A, 용접 속도가 0.6m/min인 용접 파라미터 조건 하에서 형성되고; 상기 용접 작업 동안 가스 흐름이 16L/min인 아르곤 가스(Ar)의 보호 가스(Protection Gas)가 채택되는 방법.3. The method of claim 1 or 2,
The stainless steel plate has a thickness of 12 mm; The joint is in the form of a Y-shaped groove butt joint with a groove angle of θ=30° and a truncated edge height of h=6mm; NiCu1-IG welding wire with Φ1.2mm and two-layer two-pass welding process were adopted; The first pass welded joint is formed under the conditions of welding parameters of a laser power of 6kW, a welding current of 230A, and a welding speed of 1.2m/min;
The second pass welded joint is formed under the conditions of welding parameters of a laser power of 2 kW, a welding current of 240 A, and a welding speed of 0.6 m/min; A method in which a protection gas of argon gas (Ar) with a gas flow of 16 L/min during the welding operation is employed. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 스테인리스강은 판의 두께가 16mm고; 상기 조인트는 홈의 각도가 θ=30°이고, 트렁케이트된 모서리 높이가 h=7mm인 Y형 홈 버트 조인트 형태이고; Φ1.2mm인 H10MnSiCuNiⅡ 용접 와이어 및 3단 레이어 3단 패스 멀티 레이어 용접 프로세스가 채택되었고; 제1 패스 용접 조인트는 레이저 전력이 6kW, 용접 전류가 240A, 용접 속도가 1.2m/min인 용접 파라미터 조건 하에서 형성되고; 제2 패스 용접 조인트는 레이저 전력이 2kW, 용접 전류가 270A, 용접 속도가 0.4m/min인 용접 파라미터 조건 하에서 형성되고; 제3 패스 용접 조인트는 레이저 전력이 2kW, 용접 전류가 290A, 용접 속도가 0.4m/min인 용접 파라미터 조건 하에서 형성되고; 상기 용접 작업 동안 가스 흐름이 18L/min인 85%(Ar)+15%(CO2)의 보호 가스가 채택되는 방법.3. The method of claim 1 or 2,
The stainless steel plate has a thickness of 16 mm; The joint is in the form of a Y-shaped groove butt joint in which the angle of the groove is θ=30° and the height of the truncated edge is h=7mm; H10MnSiCuNiII welding wire of Φ1.2mm and three-layer three-pass multi-layer welding process are adopted; The first pass weld joint is formed under the conditions of welding parameters of a laser power of 6 kW, a welding current of 240 A, and a welding speed of 1.2 m/min; The second pass welded joint is formed under the conditions of welding parameters of a laser power of 2 kW, a welding current of 270 A, and a welding speed of 0.4 m/min; The third pass welded joint is formed under the conditions of welding parameters of a laser power of 2 kW, a welding current of 290 A, and a welding speed of 0.4 m/min; 85% (Ar)+15% (CO2) shielding gas with a gas flow of 18 L/min during the welding operation is employed.