KR0122297B1 - 서브머지드 아크 용접용 합금 플럭스 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 육성 용접시공시에 용접성의 저하 없이 융착 금속내로의 코발트를 균일하게 첨가하여 융착금속의 인성향상을 부여할 수 있는 서브머지드 아크 용접용 합금 플럭스의 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 코발트 아세테이트 화합물을 알코올로 용해한 다음, 여기에 알코올과 증류수 혼합용액을 첨가한 후, 상기 코발트 아세테이트 1몰당 2-2.5몰의 산을 첨가하고, 용액의 점도를 3~5cps로 조절하여 코발트 피복용액을 제조하는 단계; 상기 코발트 피복 용액에 통상의 플럭스를 넣어 상기 플럭스에 코발트 화합물을 흡착 피복하는 단계; 및 상기 피복용액을 여과한 후 코발트 화합물이 피복된 플럭스를 200~250℃의 온도에서 가열하여 건조하는 단계를 포함하여 구성되는 서브머지드 아크용접용 합금 플럭스의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

서브머지드 아크 용접용 합금 플럭스 제조방법

제1도 (가)는 종래의 플럭스를 사용했을때의 용접부의 미세조직을 나타내는 사진.

(나)는 본 발명에 따른 플럭스를 사용했을때의 용접부의 미세조직을 나타내는 사진.

본 발명은 서브머지드 아크 용접(submerged arc welding)용 합금 플럭스의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용접부의 인성이 우수하도록 코발트 산화물을 피복시킨 합금 플럭스의 제조방법에 관한 것이다.

서브머지드 아크 용접에 사용되는 플럭스는 아크의 안정, 용융금속의 정련작용, 대기로부터의 용착부 보호작용을 하여 우수한 특성을 가진 용착 금속을 얻을 수 있게 하는 필수적인 용접소재이다. 특히, 합금 플럭스내에 합금원소가 첨가된 것으로 용접작용중 융착 금속과 반응하여 기지금속에 함유되게 된다. 이러한 합금 플럭스는 용접봉내에 합금원소를 첨가하지 않고, 플럭스에 첨가됨으로써 비싼 합금용접봉 제조할 필요가 없는 장점이 있다. 이러한 장점때문에 종래부터 합금 플럭스에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔는데, 예로서, 일본 특개소 61-71196호에 제시된 바에 의하면 용접 금속내에 바나듐과 티타늄을 첨가하기 위하여 플럭스내에 금속 Fe-V, Fe-Ti을 소량 함유시킨 방법이 제시되어 있으며, 또한 미국특허 제4,338,142호에 의하면 융착 금속의 인성향상을 목적으로 플럭스내에 0.1~1.5%의 산호 보론(B₂O₃)를 첨가한 방법이 있었다.

특히, 마르텐사이트계 스테인레스 강은 높은 경도와 우수한 내마모성을 나타내어 심한 마모가 일어나는 곳이나 고온 분위기에 노출된 곳에 육성용접되어 많이 사용되고 있다. 그러나, 마르텐사이트 스테인레스 강은 육성 용접시 재료의 취약성 때문에 사용도중 균열이 쉽게 발생한다. 이를 방지하기 위한 하나의 방법으로 육성용접시 융착 금속내 통상 코발트를 5% 이상 첨가하게 되면 잔류 오스테나이트를 효과적으로 제거할 수 있게 되어 인성을 크게 향상시킬 수 있다.

그러나 이와 같은 서브 머지드 아크 용접 시공시 5% 이상의 코발트를 첨가하기 위해서는 메탈 코어드(metal cored)용접봉에 코발트 분말을 첨가하여야만 하는데, 이러한 방법은 코발트 분말이 매우 비싸기 때문에 용접봉의 가격상승을 초래하는 단점이 있을 뿐만 아니라 또한, 소량 첨가할 경우 분말들이 균일하게 혼합되지 않으면 융착금속의 부위별 편석을 일으키게 된다. 따라서, 최적의 방법은 합금 플럭스를 사용하는 것이며, 특히 합금 플럭스를 사용할 경우 기존 용접봉을 계속하여 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 용접전압을 조절함에 따라 코발트의 함량을 자유로이 조정할 수 있는 장점이 있다. 그러나 플럭스내에 금속 코발트가 다량 혼입되면 아크가 불안정해지고 슬래그의 박리성이 매우 나빠지게 되기 때문에 이 문제를 해결하는 것이 가장 중요하다.

이에 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 육성 용접시공시에 용접성의 저하없이 용착 금속내로의 코발트를 균일하게 첨가하여 용착금속의 인성향상을 부여할 수 있는 서브머지드 아크 용접용 합금 플럭스의 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 서브머지드 아크 용접시에 코발트 화합물이 포함된 합금플럭스를 사용하며, 합금플러스 제조방법으로 기존의 플럭스에 쉽게 환원가능한 코발트 산화물(CO₃O₄)을 졸-겔법에 의해 균일하게 피복하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 코발트 아세테이트 화합물을 알코올로 용해한 다음, 여기에 알코올과 증류수 혼합용액을 첨가한 후, 상기 코발트 아세테이트 1몰당 2-2.5몰의 산을 첨가하고 용액의 점도를 3~5cps로 조절하여 코발트 피복 용액을 제조하는 단계; 상기 코발트 피복 용액에 통상의 플럭스를 넣어 상기 플럭스에 코발트 화합물을 흡착 피복하는 단계; 및 상기 피복용액을 여과한 후 코발트 화합물이 피복된 플럭스를 200~250℃의 온도에서 가열하여 건조하는 단계를 포함하여 구성되는 서브머지드 아크용접용 합금 플럭스의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 다른 합금 플럭스 제조방법은 우선 코발트 유기화합물과 에탄올, 증류수의 혼합용액을 투명한 졸 용액으로 만들고 적정 반응조건에서 겔화된 용액에 기존 플럭스를 침적시켜 피복후 소정의 온도에서 건조함으로써 제조되는데 이러한 본 발명의 제조방법은 피복용액의 제조, 플럭스 피복, 건조의 세단계를 거치게 된다.

먼저, 피복용액을 제조하기 위하여 졸-겔 반응에 적합한 코발트 아세테이트화합물을 알코올과 혼합한 후, 증류수를 적정량 첨가한다.

더욱 바람직하게는 증류수를 첨가시 알코올과 혼합하여 첨가하는 것이다.

이 혼합 용액을 일정온도로 유지된 반응용기에서 계속 교반하면 혼합용액이 가수분해와 축합반응을 일으킨다. 이때, 코발트 아세테이트의 급속한 가수분해로 인하여 횐색의 미세한 침전물이 용액내에 생성되며, 이로인해 용액은 더이상 겔화되지 않는다. 이를 방지하기 위하여 일정량의 산 촉매(질산 또는 염산)를 코발트 아세테이트 1몰당 2~2.5몰을 첨가하면 용액의 투명도가 향상되면서 침전물의 생성이 억제된다. 만일 겔화를 촉진시키기 위해 첨가되는 산의 첨가량이 2몰 이하로 첨가되면 침전물의 생성 억제효과가 미흡하며, 2.5몰 이상으로 첨가하는 것은 불필요하다.

산이 첨가된 혼합용액은 시간이 지남에 따라 겔화가 진행되며, 용액의 점도가 증가되는데, 이때 용액의 점도에 따라 코발트 화합물이 흡착되는 양이 결정되므로 본 발명에서는 피복 용액의 점도를 3~5cps로 함이 바람직하다. 만약 용액의 점도가 3cps 이하이면 흡착되는 양이 적어 합금플럭스로의 역활을 하지 못하게 되고, 또한 5cps를 초과하게 되면 피복후 플럭스들간의 결합이 발생하여 이를 다시 파쇄하여야 하기 때문에 코발트 산화물의 피복층이 손상된다.

그 다음,상기와 같이 제조된 피복 용액에 통상의 플럭스를 침적시켜 일정시간 유지한 후 길러내면 플럭스 내부 또는 표면에 코발트 화합물이 흡착된다. 이때 피복용액에 침적되는 플럭스는 서부머지드 아크 용접용 플럭스이면 어느것을 사용하여도 무방하다.

마지막 단계로서, 상기 코발트 화합물이 피복된 플럭스를 피복 용액으로부터 여과한다음, 상기 플럭스를 200~250℃의 온도에서 가열하게 되면, 코발트 화합물은 코발트 산화물(CO₃O₄)로 변화되며 잔류 용액을 제거할 수 있다. 그러나, 가열시 200℃ 이하에서 행하면 코발트 산화물로 환원되는 것이 미흡하며, 250℃를 초과하여 행하여도 환원은 가능하나 이 이상의 온도가 올리는 것은 무의미하다.

이와 같은 방법으로 종래의 플럭스에 쉽게 환원 가능한 코발트 산화물이 피복된 합금 플럭스를 제조할 수 있다.

본 발명에 의해 제조된 합금 플럭스를 서브머지드 아크 용접에 사용하면 기존 용접봉의 개조없이 용착금속의 코발트 함량을 5% 이상 첨가할 수 있으며, 이로인해 용접금속의 인성을 향상시킬 수 있다. 또한 개개의 플럭스에 코발트 화합물의 피복층이 형성되어 있기 때문에 용접시공때 용융금속으로의 코발트 첨가가 매우 균일하게 된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세히 설명한다.

(실시예 1)

코발트 아세테이트 화합물을 에탄올과 1 : 10몰비로 혼합한 후, 여기에 상기 코발트 아세테이트 1몰당 증류수를 10몰을 첨가하고, 이 혼합용액을 60℃로 유지된 반응용기에서 계속 교반하면서, 상기 코발트 아세테이트 1몰당 2.5몰의 질산을 첨가하여 피복용액을 제조하였다. 이때 용액의 점도는 5cps였다.

이 피복 용액에 하기 표 1과 같은 조성을 갖는 기존 플럭스인 Lincoln 880M을 침적시켜 60℃에서 1시간 유지한 후 플럭스 내부 또는 표면에 코발트 화합물을 흡착시킨 다음 이 용액을 여과하였다. 이때 여과된 플럭스에 피복된 화합물은α-Co(NO₃)₂6H₂O 이었다.

이후, 상기 플럭스를 250℃의 온도에서 가열하여 코발트 산화물 피복층을 형성한 다음 잔류 용액을 제거하였다.

이와 같이 제조한 합금 플럭스, 성분을 분석하고; 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

[표 1]

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 처리된 합금 플럭스에는 Co₃O₄가 약 5% 정도 함유량을 알 수 있다.

(실시예 2)

종래의 플럭스와 본 발명에 따른 합금 플럭스의 효과를 살펴보기 위하여 실시예 1과 같은 방법으로 제조된 합금 플럭스를 이용하여 판 두께 25mm의 S35C 모재에 스테인레스 420용접봉(metal cored wire, 지름 3.2mm)으로 단전극 4층 서브머지드 아크 용접을 행하였다. 이때, 종래의 플럭스와 비교하여 용접비드의 외관과 슬래그 박리성이 우수하였다.

이와 같이 용접된 용접부에 대하여 충격시험을 행하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 종래 플럭스와 본 발명에 따른 합금 플럭스를 사용하여 용접된 용접부의 조직을 관찰하고 그 결과를 제1도에 나타내었다.

[표 2]

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 합금 플럭스를 사용한 용접부의 충격치는 종래의 경우보다도 높음을 알 수 있으며, 이로 미루어 볼때 본 발명의 합금플럭스를 사용한 경우 육성 용접부의 인성이 향상됨을 알 수 있다.

또한, 제 1도에 나타난 바와 같이, 본 발명의 경우(나)가 종래의 플럭스를 사용한 육성 용접부의 조직(가)보다 미세함을 보여주고 있으며 잔류 오스테나이트의 양도적음을 알 수 있다.

특히, 본 발명의 합금 플럭스를 사용한 경우의 육성 용접부에는 코발트가 5% 정도 함유되어 있음을 성분 분석을 통하여 확인하였다. 이는 용접시 합금 플럭스에서 용착금속으로의 코발트의 전이가 성공적으로 이루어졌음을 나타내는 것이다.

즉, 합금 플럭스에서 용착 금속으로의 코발트가 첨가됨에 따라 용착금속의 조직이 미세화되고 잔류 오스테나이트의 양이 감소되어 용접부에 우수한 인성이 확보되는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 용접성이 저하없이 용착금속내로 코발트가 균일하게 첨가된 합금플럭스가 제공되어, 서브머지드 아크 용접시 용접부의 인성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 코발트 아세테이트 화합물을 알코올로 용해한 다음, 여기에 알코올과 증류수 혼합용액을 첨가한 후, 상기 코발트 아세테이트 1몰당 2-2.5몰의 산을 첨가하고, 용액의 점도를 3~5cps로 조절하여 코발트 피복용액을 제조하는 단계; 상기 코발트 피복 용액에 통상의 플럭스를 넣어 상기 플럭스에 코발트 화합물을 흡착 피복하는 단계; 및 상기 피복용액을 여과한 후 코발트 화합물이 피복된 플럭스를 200~250℃의 온도에서 가열하여 건조하는 단계를 포함하여 구성되는 서브머지드 아크용접용 합금 플럭스의 제조방법.