KR20140008532A

KR20140008532A - T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법

Info

Publication number: KR20140008532A
Application number: KR1020137033803A
Authority: KR
Inventors: 쉬동 쟝; 에이지 아시다; 쇼오 다라사와; 유키히로 소가
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2014-01-21
Also published as: JP2013006203A; CN103635283A; WO2013001934A1; JP5496152B2; US20140124489A1

Abstract

에너지 소비량의 증가나 용접 효율의 저하를 회피하여, T형 조인트의 플랜지와 리브의 접착면에 깊은 용입을 얻음과 함께 용해 형상이 안정된 용접 조인트를 얻는 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법을 실현하기 위해서, 한쪽의 피용접재인 플랜지(1)의 면 상에 다른 쪽의 피용접재인 리브(2)를 직교하도록 접촉한 T형 조인트를 용접하는 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에 있어서, T형 조인트를 구성하는 리브(2)와 플랜지(1)의 접촉부로 되는 상기 리브의 측면에 그루브부(A)를 형성하고, 상기 리브의 플랜지와의 접촉부에 형성한 그루브부(A)의 저부에 평탄부(4)를 형성하고, 이 평탄부(4)를 형성한 상기 그루브부(A)에 레이저광을 조사하는 레이저 용접과 아크 용접의 양쪽을 병용한 복합 용접을 실시하여 상기 그루브부(A)에 용접 금속의 용접 비드(71, 72)를 형성하여, T형 조인트를 구성하는 상기 플랜지와 리브를 용접한다.

Description

T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법{HYBRID WELDING METHOD FOR T-JOINT USING LASER BEAM WELDING AND ARC WELDING}

본 발명은, 2개의 부재를 접합시켜 T형 조인트를 형성하는 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에 관한 것이다.

2개의 금속 부재를 접합시키는 용접 조인트의 형상은, 제품의 형상과 성능의 요구에 따라서 상이하다. 판재와 판재를 용접시키는 경우, 한쪽의 판재(이하 플랜지라 칭함)의 면 상에 다른 쪽의 판재(이하 리브라 칭함)를 설치한 구성의 T형 조인트는 그 중 하나이다.

이 T형 조인트는 아크 용접에 의해 접합하여 형성하는 경우가 많다. 그러나, 아크 용접은 용접 속도가 낮고, 변형이 크다는 문제점이 있다.

따라서, 최근에는, T형 조인트의 용접에 아크에 비해 에너지 밀도가 높은 레이저광을 이용한 레이저 용접이나, 레이저광과 아크를 병용한 레이저ㆍ아크 복합 용접이 행해지고 있다.

일본 특허 출원 공개 제2008-272826호 공보(특허 문헌 1)의 도 4 및 도 7에는, T형 조인트를 구성하는 플랜지와 리브 사이에 간극을 두지 않는 그루브 형상으로 레이저 용접을 시공하는 레이저 단독 용접이, 및 도 9 및 도 10에는 플랜지와 리브 사이의 그루브에 레이저 용접과 아크 용접을 병용한 레이저ㆍ아크 복합 용접을 시공하는 용접 방법의 기술이 각각 개시되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2006-224137호 공보(특허 문헌 2)에는, T형 조인트를 구성하는 플랜지와 리브 사이의 간극에 편측 경사형 또는 J형 그루브를 형성하고, 상기 편측 경사형 또는 J형 그루브의 루트부에 레이저 용접을 시공함과 함께, 상기 편측 경사형 또는 J형 그루브의 확대 개방부에 아크 용접을 시공하도록 한, 레이저 용접과 아크 용접을 조합한 용접 방법의 기술이 개시되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2009-82980호 공보(특허 문헌 3)의 도 2에는, T형 조인트를 구성하는 플랜지와 리브 사이에 간극을 두지 않는 그루브 형상의 한쪽의 편측에 아크 용접을 실시하여 접합하고, 플랜지와 리브 사이의 상기 그루브 형상의 다른 쪽의 편측에 레이저 용접을 마무리 용접으로서 실시하여 접합하는, 레이저 용접과 아크 용접을 조합한 용접 방법의 기술이 개시되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2008-272826호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-224137호 공보 일본 특허 출원 공개 제2009-82980호 공보

그런데, 일본 특허 출원 공개 제2006-224137호 공보에 개시된 바와 같은 레이저 용접과 아크 용접을 조합한 용접 방법에 관한 기술에서는, 리브의 두께가 십수㎜ 이상인 T형 조인트에 대하여, 플랜지와 리브의 접촉부에 그루브를 형성하지 않는 경우에 T형 조인트의 플랜지와 리브의 접촉부를 용융 접합시키는 판 두께에 한계가 있다. 그 때문에, 상기 T형 조인트의 플랜지와 리브의 접촉부에 편측 경사형 그루브 또는 J형 그루브를 형성하여 용접이 행해지고 있다.

그러나, T형 조인트에 편측 경사형 그루브 또는 J형 그루브를 형성한 레이저 용접과 아크 용접을 조합한 용접 방법은 용접부의 용입 깊이가 불충분하여, 용입 깊이가 안정된 용접부가 얻어지지 않는다는 문제가 있다.

이것은, 비교예의 도 4에 도시한 바와 같이, 레이저 용접의 레이저광(3)을 조사하는 레이저 조사 위치(6)(레이저광(3)과 피용접 대상의 작용점) 부근의 국부적인 그루브 형상은, 그루브 루트부(41)의 상방의 V형 부분이 예각이기 때문에, 레이저 조사에 의한 용융된 용융 금속이, 표면 장력의 효과에 의해 그루브 루트부(41)의 상방의 V형 부분의 측벽으로 인장되어, 이 용융 금속이 용접 방향의 후방으로 유동하는 것이 저해되는 것에 의한 것이다.

그 결과, 레이저 조사에 있어서의 용융 금속의 양이 증가하여, 비교예의 도 5에 도시한 바와 같이, 레이저 조사 위치(6)를 기점으로 하여 형성되는 용접부(7)의 용입 깊이(11)가 얕아짐과 함께, 용접부(7)의 용입 형상이 불안정해진다는 과제가 있다.

따라서, 레이저 출력을 증가시키거나, 용접 속도를 저감시킴으로써, 상술한 용접부(7)의 용입 깊이를 증가시키는 것은 가능하지만, 이 경우, 레이저 출력 증대에 의한 에너지의 소비량의 증가나, 용접 속도 감소에 의한 용접 효율의 저하를 초래한다는 과제가 있다.

본 발명의 목적은, 에너지 소비량의 증가나 용접 효율의 저하를 회피하여, T형 조인트의 플랜지와 리브의 접착면에 깊은 용입을 얻음과 함께 용입 형상이 안정된 용접 조인트를 얻도록 한 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법은, 한쪽의 피용접재인 플랜지의 면 상에 다른 쪽의 피용접재인 리브를 직교하도록 접촉한 T형 조인트를 용접하는 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에 있어서, 상기 T형 조인트를 구성하는 상기 리브와 상기 플랜지의 접촉부로 되는 상기 리브의 측면에 그루브부를 형성하고, 상기 리브의 플랜지와의 접촉부에 형성한 상기 그루브부의 저부에 평탄부를 형성하고, 이 평탄부를 형성한 상기 그루브부에 레이저광을 조사하는 레이저 용접과 아크 용접의 양쪽을 병용한 복합 용접을 실시하여 상기 그루브부에 용접 금속의 용접 비드를 형성하여, T형 조인트를 구성하는 상기 플랜지와 리브를 용접하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법은, 한쪽의 피용접재인 플랜지의 면 상에 다른 쪽의 피용접재인 리브를 직교하도록 접촉한 T형 조인트를 용접하는 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에 있어서, 상기 T형 조인트를 구성하는 상기 리브와 상기 플랜지의 접촉부로 되는 상기 리브재의 양측의 측면에 그루브부를 각각 형성하고, 상기 리브의 플랜지와의 접촉부에 형성한 상기 양쪽의 그루브부의 저부에 평탄부를 형성하고, 이들 평탄부를 형성한 상기 양쪽의 그루브부에 레이저광을 조사하는 레이저 용접과 아크 용접의 양쪽을 병용한 복합 용접을 실시하여 상기 양쪽의 그루브부에 용접 금속의 용접 비드를 각각 형성하여, T형 조인트를 구성하는 상기 플랜지와 리브를 용접하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법은, 한쪽의 피용접재인 플랜지의 면 상에 다른 쪽의 피용접재인 리브를 직교하도록 접촉한 T형 조인트를 용접하는 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에 있어서, 상기 T형 조인트를 구성하는 상기 리브와 상기 플랜지의 접촉부로 되는 상기 리브의 측면에 그루브부를 형성하고, 상기 리브의 플랜지와의 접촉부에 형성한 상기 그루브부는 원호부와 상기 원호부에 연결되는 경사각을 갖는 경사면에 의해 형성되고, 이 원호부와 상기 원호부에 연결되는 상기 경사면에 의해 형성된 상기 그루브부에 레이저광을 조사하는 레이저 용접과 아크 용접의 양쪽을 병용한 복합 용접을 실시하여 상기 그루브부에 용접 비드를 형성한 용접부를 형성함으로써, T형 조인트를 구성하는 상기 플랜지와 리브를 용접하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 에너지의 소비량의 증가나 용접 효율의 저하를 회피하여, T형 조인트의 플랜지와 리브의 접착면에 깊은 용입을 얻음과 함께 용입 형상이 안정된 용접 조인트를 얻도록 한 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법을 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 용접 대상의 T형 조인트를 도시하는 개략도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 T형 조인트의 그루브 형상을 도시하는 개략도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 T형 조인트의 용접 결과를 도시하는 개략도.
도 4는 비교예의 T형 조인트의 그루브 형상을 도시하는 개략도.
도 5는 비교예의 T형 조인트의 용접 결과를 도시하는 개략도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 T형 조인트의 그루브 형상을 도시하는 개략도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 T형 조인트의 용접 결과를 도시하는 개략도.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 있어서의 T형 조인트의 그루브 형상을 도시하는 개략도.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 있어서의 T형 조인트의 용접 결과를 도시하는 개략도.

본 발명의 실시예인 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에 대하여, 도면을 인용하여 이하에 상세를 설명한다.

실시예 1

본 발명의 제1 실시예인 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에 대하여, 도 1 및 도 2를 사용하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예인 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에 있어서의 용접 대상의 T형 조인트를 나타내는 것이다.

그 용접 대상은, 길이 400㎜×폭 400㎜×두께 20㎜의 플랜지(1)를 형성하는 탄소강 판재 상에, 길이 400㎜×폭 200㎜×두께 20㎜의 리브(2)를 형성하는 탄소강 판재가 용접되어 T형 조인트를 구성한 것이다.

플랜지(1)와 리브(2)를 접합시켜 T형 조인트를 형성하는 용접은, 레이저광(3)과 아크(100)를 병용한 레이저ㆍ아크 복합 용접으로 실시하였다. 또한, 화살표는 용접 방향을 나타낸다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예인 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에 있어서의 용접 대상의 T형 조인트의, 플랜지(1)와 리브(2)의 접촉부에 형성한 그루브 형상을 도시한다.

도 2에 있어서, T형 조인트의 상기 플랜지(1)와 리브(2)의 접촉부로 되는 저부에 평탄부(4)를 형성한 그루브부 A에 있어서의 평탄부(4)는, 도시되어 있지 않은 다른 공정에서 기계 가공에 의해 형성된 것이다.

상기 T형 조인트의 상기 플랜지(1)와 리브(2)의 접촉부로 되는 저부에 평탄부(4)를 형성한 그루브부 A에 있어서의 평탄부(4)의 폭은, 실험에 의해 확인한 바, 1㎜ 이하의 폭에서는, 레이저 용접 특유의 깊은 용입 형상이 안정적으로 얻어지지 않고, 또한, 본 발명의 대상의 T형 조인트와 같은, 플랜지(1)와 리브(2)의 접촉부를 용융 접합시키기 위해서는, 레이저는 플랜지(1)의 면과 각도를 갖고 리브(2)측에 조사시킬 필요가 있다.

이 때문에, 상기 플랜지(1)와 리브(2)의 접촉부로 되는 저부에 평탄부(4)를 형성한 그루브부 A의 저부에 형성하는 평탄부(4)의 폭은, 적어도 1㎜ 이상으로 할 필요가 있다. 또한, 그루브부 A의 저부에 형성하는 평탄부(4)의 폭이 지나치게 넓으면 그루브부 A를 매립하는 데에 많은 용접 금속을 필요로 하기 때문에, 그루브부 A의 평탄부(4)의 폭은 5㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 실시예의 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에서는, T형 조인트의 상기 플랜지(1)와 리브(2)의 접촉부로 되는 저부에 평탄부(4)를 형성한 상기 그루브부 A의 평탄부(4)의 폭을 2㎜로 하였다. 또한, 이 그루브부 A의 상기 평탄부(4)는 상기 플랜지(1)와 리브(2)의 접촉면과 수직으로 되도록 형성되어 있다. 또한, 상기 평탄부(4)는 후술하는 레이저광(3)의 중심선(31)과 직행하도록 형성해도 된다.

T형 조인트를 형성하는 상기 플랜지(1)와 리브(2)의 접촉면으로 되는 도 2에 도시한 그루브 루트부(41)의 치수는, 레이저광(3)의 소정의 레이저 출력과 용접 속도 등의 용접 조건에 의해 정하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 상기 루트부(41)의 치수를 12㎜로 하였다.

상기 플랜지(1)와 리브(2)는 T형 조인트를 형성하도록 조립된 후, 구속 지그(도시 생략)를 사용하여 플랜지(1)와 리브(2) 각각을 고정하고, 상기 플랜지(1)와 리브(2)의 접촉면으로 되는 그루브 루트부(41)에 간극이 없도록 보유 지지되어 있다.

도시되어 있지 않은 레이저 발진기로부터 출력된 레이저광(3)은, 광 파이버(도시 생략)에 의해 도광되어, 레이저 가공 헤드의 집광 렌즈(도시 생략)에서 집광된다. 집광된 레이저광(3)은 리브(2)에 형성한 상기 그루브부 A의 평탄부(4)의 표면에 조사된다.

본 실시예의 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에서는, 레이저 용접을 위한 레이저광(3)은 리브(2)에 형성한 그루브부 A의 평탄부(4)가 형성된 측으로부터 조사되고 있지만, 상기 레이저광(3)과 상기 평탄부(4)의 작용점인 도 2에 도시한 레이저 조사 위치(6)는, 상기 그루브부 A의 평탄부(4)의 리브(2)측의 단부[평탄부(4)가 플랜지(1)에 접하는 위치]로부터의 거리가 상기 평탄부(4)의 폭의 1/2 또는 그 이상으로 되도록 설정하였다. 또한, 레이저 조사 위치(6)의 상한의 거리는, 조사되는 레이저광(3)이 그루브부 A의 벽면과 간섭하지 않는 위치로 된다.

또한, 레이저광(3)을 조사하는 레이저 조사 각도는, 도 2에 일점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 레이저광(3)의 중심선(31)이, 상기 레이저 조사 위치(6)와, 상기 리브(2)의 이면 단부와 상기 플랜지(1)의 표면의 교차점(5)을 통과하도록 설정하였다.

본 실시예의 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에서는, 레이저 용접과 아크 용접을 병용하여 용접을 행하였다. 아크 용접은 도시되어 있지 않은 아크 용접 전원, 실드 가스 공급 장치, 용접 와이어 송급 장치와 용접 토치(100)로 구성되어 있다. 또한, 본 실시예의 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에서는, 용접 방향에 대하여 레이저광(3)을 선행시키고 있지만, 아크를 선행시켜도 된다.

플랜지(1)와 리브(2)를 용접할 때에는, 용융 금속의 산화를 방지하기 위해서 실드 가스가 사용되고 있다. 실드 가스는, 아르곤, 헬륨, 질소, 산소 및 이산화탄소 등으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 포함하는 가스를 사용한다.

일반적으로는, 레이저ㆍ아크 복합 용접에 대하여, 아크 용접의 안정성에 유리한 실드 가스 1종을 사용하고 있지만, 레이저광과 아크간 거리가 큰 경우, 상이한 2종류의 실드 가스를 사용해도 된다.

이것은, 레이저광의 조사에 의해 키 홀이 형성되어 실드 가스가 도입되어도 다공성이 발생하기 어려운 실드 가스와, 아크 용접 과정을 안정시키는 실드 가스는 반드시 일치하는 것은 아니기 때문이다.

본 실시예의 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에서는, Ar+20％CO₂ 가스를 사용하였다.

도 3은 본 실시예인 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에 의해 제작된 T형 조인트의 용접부의 단면 형상을 도시하는 것이다. T형 조인트의 필렛 용접에 있어서, 상기 플랜지(1)와 리브(2)의 접촉부로 되는 저부에 평탄부(4)를 형성한 그루브 A를 사용함으로써, 1회의 용접에 의해 리브(2)의 표측의 그루브부 A에 아크 용접에 의해 표측의 용접 비드(71)가 형성된 용접부(7)가 형성됨과 동시에, 레이저광(3)을 조사하는 레이저 용접에 의해 리브(2)를 관통하여 플랜지(1)와 리브(2)가 용접되어, 리브(2)의 이측에도 형상이 안정된 이측의 용접 비드(72)를 형성한 용접부(7)를 형성할 수 있다.

다음에, 본 실시예의 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법의 효과를 나타내기 위해서, 비교예로서, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, T형 조인트를 구성하는 플랜지(1)와 리브(2) 사이의 그루브부에 평탄부(4)를 구비하고 있지 않은 편측 경사형 그루브를 사용하여 레이저ㆍ아크 복합 용접을 실시하였다.

도 4는, 비교예로서 T형 조인트를 구성하는 플랜지(1)와 리브(2) 사이의 그루브부에 평탄부(4)를 구비하고 있지 않은 편측 경사형 그루브(4b)를 사용하여 레이저ㆍ아크 복합 용접을 실시한 편측 경사형 그루브 형상을 도시한다. 상기 플랜지(1)와 리브(2)의 접촉면으로 되는 그루브 루트부(41)의 치수는 제1 실시예의 T형 조인트의 레이저 용접 방법 및 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에 사용한 그루브부 A와 마찬가지인 12㎜이다.

도 4 및 도 5에 도시한 비교예의 레이저ㆍ아크 복합 용접은, 제1 실시예의 T형 조인트의 레이저 용접 방법 및 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에 사용한 것과 마찬가지의 구성의 레이저ㆍ아크 복합 용접법에 의해 실시한 것이다.

도 4에 도시한 비교예의 레이저ㆍ아크 복합 용접에서는, 상기한 바와 같이 T형 조인트를 구성하는 플랜지(1)와 리브(2) 사이에 평탄부를 구비하고 있지 않은 편측 경사형 그루브(4b)를 형성하고, 이 편측 경사형 그루브에 레이저ㆍ아크 복합 용접을 실시한 경우에 있어서의 비교예의 용접 결과를 도 5에 도시하는 것이다.

도 5에 도시한 비교예의 레이저ㆍ아크 복합 용접에서는, 도 4에 도시한 T형 조인트의 상기 편측 경사형 그루브(4b)에 레이저ㆍ아크 복합 용접을 실시한 경우의 비교예의 용접 결과를 도시하는 것이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 이 비교예에 있어서는, 용접된 T형 조인트의 리브(2)의 표측은 양호한 표측의 용접 비드를 형성한 용접부(7)가 형성되어 있지만, 리브(2)가 레이저광(3)에 의해 관통 용융되지 않았기 때문에 용접부(7)의 용입 깊이(11)는 불충분해져 플랜지(1)와 리브(2)의 접촉부가 완전히 용융되지 않아, 플랜지(1)와 리브(2)의 접촉부에 일부 미용융부가 발생하고 있다.

이에 반해 본 실시예의 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에서는, 전술한 도 3에 도시한 바와 같이, T형 조인트의 필렛 용접에 있어서, 상기 플랜지(1)와 리브(2)의 접촉부로 되는 저부에 평탄부(4)를 형성한 그루브 A를 사용함으로써, 1회의 용접에 의해 리브(2)의 표측의 그루브부 A에 아크 용접에 의해 표측의 용접 비드(71)를 형성한 용접부(7)가 형성됨과 동시에, 레이저광(3)에 의해 리브(2)를 표측으로부터 이측으로 관통하여 플랜지(1)와 리브(2)가 용접되어, 리브(2)의 이측에도 형상이 안정된 이측의 용접 비드(72)를 형성한 용접부(7)가 형성되기 때문에, T형 조인트의 플랜지(1)와 리브(2)의 접착면에 리브(2)의 표면으로부터 이면에 이르는 깊은 용입을 얻음과 함께, 용입 형상이 안정된 용접 조인트를 얻을 수 있다.

상기한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 에너지의 소비량의 증가나 용접 효율의 저하를 회피하여, T형 조인트의 플랜지와 리브의 접착면에 깊은 용입을 얻음과 함께, 용입 형상이 안정된 용접 조인트를 얻도록 한 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법을 실현할 수 있다.

실시예 2

다음에, 본 발명의 제2 실시예인 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에 대하여 도 6과 도 7을 사용하여 상세하게 설명한다.

본 실시예의 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법은, 앞서 설명한 제1 실시예의 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법과 기본적인 구성은 공통되어 있으므로, 양자에 공통된 구성의 설명은 생략하고, 상이한 부분에 대해서만 이하에 설명한다.

본 실시예의 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에서는, 플랜지(1)와 리브(2)의 접촉부를 리브(2)의 양측으로부터 용접을 행한 예이다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예인 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에 사용한 T형 조인트의 그루브 형상을 도시한다. 용접 대상은, 길이 400㎜×폭 400㎜×두께 30㎜의 스테인리스강 판재의 플랜지(1) 상에, 길이 400㎜×폭 400㎜×두께 30㎜의 스테인리스강 판재의 리브(2)가 용접되는 T형 조인트이다.

상기 T형 조인트의 상기 플랜지(1)와 리브(2)의 접촉부로 되는 저부에는, 리브(2)의 양측에 평탄부(4 및 9)를 구비한 그루브부 A를 각각 형성하고 있고, 상기 각 그루브부 A에 있어서의 평탄부(4 및 9)의 폭은 각각 3㎜로 하였다.

실시하는 용접은, 제1 실시예에 있어서의 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법과 마찬가지의 구성인 레이저ㆍ아크 복합 용접법에 의해 행하였다. 실드 가스는 제1 실시예와 상이한 Ar+2％O₂ 가스를 사용하였다.

레이저광(3)의 레이저 조사 위치(6)는, 상기 리브(2)의 양면 모두, 도 2에 도시한 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 각 그루브부 A의 저부의 평탄부(4 및 9)의 폭 방향의 중심점[상기 평탄부(4, 9)의 폭의 1/2로 되는 점]으로 하였다.

또한, 레이저광(3)의 레이저 조사 각도에 대해서도, 도 2에 도시한 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 레이저광(3)의 중심선(31)의 연장선이, 레이저 조사 위치(6)와, 리브(2)와 플랜지(1)의 접촉부로 되는 리브(2)의 이면 단부와 플랜지(1)의 표면의 교점(5)을 통과하도록 설정하였다.

본 실시예의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법은, 리브(2)의 양측에 형성한 양쪽의 그루브 A로부터 동시에 상기 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법을 실시해도 되고, 혹은 상기 그루브 A의 한쪽씩에 상기 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법을 실시해도 된다.

도 7에 T형 조인트를 구성하는 리브(2)의 양측에 평탄부(4)와 평탄부(9)를 각각 구비한 그루브부 A에 본 실시예인 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법을 적용한 용접 결과를 도시한다.

도 7에 도시한 바와 같이, 리브(2)의 양측으로부터 상기 양쪽 그루브부 A에 실시한 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접을 실시하여, 표측의 용접 비드(71)를 형성한 용접부(7) 및 표측의 용접 비드(81)를 형성한 용접부(8)를 형성함으로써, 상기 용융부(7) 및 용융부(8)의 용입이 중앙부에서 연결되어, 리브(2)와 플랜지(1)의 접촉부에 미용융 잔여물이 없는 양호한 용입 형상이 얻어져, 용접 결함이 없는 고품질의 T형 용접 조인트가 얻어졌다.

실시예 3

다음에, 본 발명의 제3 실시예인 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에 대하여 도 8을 사용하여 설명한다.

본 실시예의 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에서는, 제1 실시예와 동일한 용접 대상에 대하여, 그루브부의 형상이 상이한 예이다.

도 8은 본 실시예의 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법의 그루브부 B의 형상을 도시한다. 본 실시예에 있어서의 그루브부 B는, 리브(2)와 플랜지(1)의 접촉부의 일단부에 형성된 반경 R의 원호부(10)와, 이 원호부(10)에 연결되는 경사각 θ를 갖는 경사면(12)에 의해 구성된 그루브부의 형상으로 된다.

상기 그루브부 B를 구성하는 상기 원호부(10)를 형성하는 반경 R의 곡률 반경은 1㎜, 상기 그루브부 B를 구성하는 상기 경사면(12)의 폭은 1㎜이다. 또한, 그루브부 B의 그루브 각도로 되는 상기 경사면(12)의 경사각 θ는 20도로 하였지만, 상기 경사각 θ는 5 내지 45도의 범위에서 설정 가능하다.

또한, 리브(2)의 그루브가 설정되어 있지 않은 루트부(41)의 치수는, 실시예 1의 경우의 루트부(41)와 동일한 12㎜로 하였다.

본 실시예의 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에서는, 상기한 바와 같이 반경 R의 원호부(10)와, 이 원호부(10)에 연결되는 경사각 θ를 갖는 경사면(12)에 의해 구성되는 그루브부 B를 사용하고 있다.

그리고, 우선 처음에, 상기 그루브부 B에 레이저광(3)을 조사하는 레이저 용접을 단독으로 실시하여, 플랜지(1)와 리브(2)의 접촉부의 루트부(41)를 용융 접합하여 그루브부 B와 반대측의 면에 이측의 비드(72)를 형성한 용접부(81)를 형성한다.

다음에, GMAW(Gas Metal Arc Welding)라 불리는 아크 용접을 사용하여 그루브부 B에 매립 복원 용접을 실시하여 표측의 비드(72)를 형성한 용접부(82)를 형성한다.

이 결과, 도 9에 도시한 바와 같은 용접부(81) 및 용접부(82)를 각각 형성할 수 있다. 즉, 본 실시예에 있어서는, 원호부(10)와 상기 원호부(10)에 연결되는 경사각 θ를 갖는 경사면(12)에 의해 구성되는 그루브부 B에 레이저 용접을 실시함으로써 루트부(41)는 완전 용융되고 리브(2)는 이측까지 관통되어, 리브(2)에 이측의 용접 비드(72)를 형성한 용접부(81)를 형성할 수 있다.

또한, 상기 그루브부 B에 아크 용접을 실시함으로써, 그루브부 B가 완전히 매립 복원되어 양호한 표측의 용접 비드(71)를 형성하는 용접부(82)를 형성할 수 있다.

본 실시예에 있어서는, 레이저 용접의 경우에 용접 재료의 첨가는 행하지 않고 레이저만으로 용접하였지만, 용접 재료를 첨가하면서 용접을 행해도 된다. 또한, 그루브부 B의 매립 복원 용접은 GMAW에 한정되는 것은 아니고, GTAW(Gas Tungsten Arc Welding), 플라즈마 용접이나, 용접 재료를 첨가하면서의 레이저 용접이어도 되는 것은 물론이다.

본 발명은 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에 적용 가능하지만, 특히 중후판 및 후판의 T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에 유효하다.

1 : 플랜지
2 : 리브
3 : 레이저광
31 : 레이저광의 중심선
4 : 평탄부
41 : 그루브 루트부
5 : 플랜지 표면과 리브 이면 단부의 교점
6 : 레이저 조사 위치
7, 8 : 용접부
71 : 표측의 용접 비드
72 : 이측의 용접 비드
81, 82 : 용접부
9 : 평탄부
10 : 원호부
11 : 용입 깊이
12 : 경사면
100 : 아크 용접 토치

Claims

한쪽의 피용접재인 플랜지의 면 상에 다른 쪽의 피용접재인 리브를 직교하도록 접촉한 T형 조인트를 용접하는 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에 있어서,
상기 T형 조인트를 구성하는 상기 리브와 상기 플랜지의 접촉부로 되는 상기 리브의 측면에 그루브부를 형성하고,
상기 리브의 플랜지와의 접촉부에 형성한 상기 그루브부의 저부에 평탄부를 형성하고,
이 평탄부를 형성한 상기 그루브부에 레이저광을 조사하는 레이저 용접과 아크 용접의 양쪽을 병용한 복합 용접을 실시하여 상기 그루브부에 용접 비드를 형성한 용접부를 형성함으로써, T형 조인트를 구성하는 상기 플랜지와 리브를 용접하는 것을 특징으로 하는, T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법.
한쪽의 피용접재인 플랜지의 면 상에 다른 쪽의 피용접재인 리브를 직교하도록 접촉한 T형 조인트를 용접하는 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에 있어서,
상기 T형 조인트를 구성하는 상기 리브와 상기 플랜지의 접촉부로 되는 상기 리브재의 양측의 측면에 그루브부를 각각 형성하고,
상기 리브의 플랜지와의 접촉부에 형성한 상기 양쪽의 그루브부의 저부에 평탄부를 형성하고, 이들 평탄부를 형성한 상기 양쪽의 그루브부에 레이저광을 조사하는 레이저 용접과 아크 용접의 양쪽을 병용한 복합 용접을 실시하여 상기 양쪽의 그루브부에 용접 금속의 용접 비드를 형성한 용접부를 각각 형성함으로써, T형 조인트를 구성하는 상기 플랜지와 리브를 용접하는 것을 특징으로 하는, T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 그루브부의 저부에 형성하는 평탄부의 폭은 1㎜ 이상이며 5㎜ 이하로 되도록 설정하는 것을 특징으로 하는, T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 그루브부에 레이저광을 조사하는 레이저 조사 위치로 되는 상기 레이저광과 상기 평탄부의 교차점으로부터 상기 평탄부의 리브측의 단부로부터의 거리가 상기 평탄부의 폭의 1/2 이상으로 되도록 설정하는 것을 특징으로 하는, T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 그루브부에 레이저광을 조사하는 레이저 조사 각도는, 상기 레이저광의 중심선의 연장선이 상기 레이저 조사 위치(6)와 상기 리브의 이면 단부와 상기 플랜지의 표면의 교차점을 통과하도록 설정하는 것을 특징으로 하는, T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법.
한쪽의 피용접재인 플랜지의 면 상에 다른 쪽의 피용접재인 리브를 직교하도록 접촉한 T형 조인트를 용접하는 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법에 있어서,
상기 T형 조인트를 구성하는 상기 리브와 상기 플랜지의 접촉부로 되는 상기 리브의 측면에 그루브부를 형성하고,
상기 리브의 플랜지와의 접촉부에 형성한 상기 그루브부는 원호부와 상기 원호부에 연결되는 경사각을 갖는 경사면에 의해 형성되고,
이 원호부와 상기 원호부에 연결되는 상기 경사면에 의해 형성된 상기 그루브부에 레이저광을 조사하는 레이저 용접과 아크 용접의 양쪽을 병용한 복합 용접을 실시하여 상기 그루브부에 용접 비드를 형성한 용접부를 형성함으로써, T형 조인트를 구성하는 상기 플랜지와 리브를 용접하는 것을 특징으로 하는, T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법.
제6항에 있어서,
원호부와 상기 원호부에 연결되는 경사면에 의해 형성된 상기 그루브부의 상기 경사면의 경사각은 5 내지 45도로 되도록 설정하는 것을 특징으로 하는, T형 조인트의 레이저 용접과 아크 용접의 복합 용접 방법.