KR0125262B1 - 다전극용 가스 시일드 아아크용접 플럭스 충전 와이어 및 용접법 - Google Patents

다전극용 가스 시일드 아아크용접 플럭스 충전 와이어 및 용접법

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KR0125262B1
KR0125262B1 KR1019940001380A KR19940001380A KR0125262B1 KR 0125262 B1 KR0125262 B1 KR 0125262B1 KR 1019940001380 A KR1019940001380 A KR 1019940001380A KR 19940001380 A KR19940001380 A KR 19940001380A KR 0125262 B1 KR0125262 B1 KR 0125262B1
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가즈오 이케모토
츠요시 구로카와
시게오 나가오카
도시히코 나카노
가즈유키 스에나가
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가메다카 소키치
가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

특히 1m/min 이상의 고용접 속도의 다전극에서의 하향 및 수평 필립용접에 있어서, 피트, 가스홈 등이 발생이 없고, 우수한 비드외관, 형상의 용접부를 부여할 수 있는 다전극용 가스 시일드 아아크 용접 플럭스 충전 와이어 및 용접작업성이 양호하고 또한 내기공성이 우수한 고속도 가스 시일드 아아크 수평 필릿용접법을 제공한다.
강제외피에 플럭스를 충전하여 이루어진 플럭스 충전 와이어에 있어서, 와이어 전중량당 산화물(단, 알칼리 금속산화물은 제외) : 1.5~4.5%, 알칼리금속화합물(단 알칼리 금속산화물로 환산한 양) : 0.01~0.07%, 알칼리 금속화합물(단, 알칼리 금속 산화물로 환산한 양)/산화물(단, 알칼라금속산화물은 제외) : 0.005~0.028), Mg : 0.1~0.7%, Si : 0.4~1.2%, Mn : 1.5~4.0%(단, Mn/Mg : 3.0~22.5)를 함유하고 있는 것을 특징으로 하고 있다. 알칼리 금속화합물로서는 Li, Na, K, Rb, Cs 등의 산화물, 플루오르화물, 탄산염 등을 들수 있다. 탄소강 및 저합금강의 수평 및 하향 필릿용접에 적합하고 특히 용접속도가 1m/min 이상의 고속용접이나 다리길이가 8.0mm 이상인 큰 다리길이를 얻는 용접에 적합하다.
상기의 플럭스 충전 와이어를 선행 및 후행전극으로 사용하고, 선행극과 후행극과의 극간을 15~50mm로하여 용접하는 것을 특징으로 하고 있다. 선행극에 있어서, 와이어의 직경 : 1.2~2.4mmψ 전진ㆍ후퇴각 : 0~후퇴각 15°, 토치각도 : 40~60°, 전류 : 250Amp 이상(DCEP)로하고, 후행극에 있어서, 와이어의 직경 : 1.2~2.4mmψ(단, 후행극의 와이어의 직경선행극의 와이어의 직경), 전진ㆍ후퇴각 : 0~전진각 25°, 토치각도 : 40~60°, 전류 : 200Amp 이상(DCEP)(단, 후행극의 전극선행극의 전류)로 하는 것이 바람직하다. 입판을 사이에 끼운 양 선행극ㆍ후행극의 시프트 간격이 0~30mm 또는 70mm 이상인 것이 바람직하다.
프리머 도장 강판에 있어서도 양호한 용접부가 얻어진다.

Description

다전극용 가스 시일드 아아크용접 플럭스 충전 와이어 및 용접법
제1도는 본 발명의 각 실시예에 있어서의 토치각도, 겨냥위치, 전진ㆍ후퇴각; 극간을 나타내는 개략도로서 측면도이다.
제2도는 본 발명의 각 실시예에 있어서의 토치각도, 겨냥위치, 전진ㆍ후퇴각; 극간을 나타내는 개략도로서 상면도이다.
제3도는 본 발명에 있어서, 용접부 근방에서의 페인트의 분해ㆍ연소에 의한 가스의 발생 및 방출을 나타낸 개략도로서 상부 도면은 측면도이고, 하부 도면은 상면도이다.
제4도는 본 발명의 다른 실지령에 있어서, 트윈 탠덤(twin tandem) 용접에서의 시프트 간격과 스패터(spatter) 발생과의 관계를 도시하는 도면.
제5도는 시프트 간격을 설명하는 도면.
(산업상의 이용분야)
본 발명은 다전극용 가스 시일드 아아크용접 플럭스 충전 와이어 및 용접법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소강 및 저합금강의 수평 및 하향 필릿(fillet) 용접에 적합하고, 특히 용접속도가 1m/분 이상의 고속용접이나 용접부의 다리(leg) 길이가 8.0mm 이상인 큰 다리길이를 얻는 용접에 있어서 우수한 비드형상, 외관 및 내프라이머성(내기공성)을 갖는 다 전극용 가스 시일드 아아크용접 플럭스 충전 와이어, 및 용접 작업성이 양호하고, 또한 숍 프라이머(shop primer) 등의 일차 방청도료를 도포한 강판이나 흑피강판에 있어서, 우수한 내기공성을 얻을 수 있는 고속가스 시일드 아아크용접법(특히 두전극으로 하나의 용접지를 형성하는 가스 시일드 아아크용접법)에 관한 것이다.
[종래의 기술]
최근의 용접분야에 있어서, 용접능률의 향상 및 용접시공의 합리화 등의 이유로 인하여 가스 시일드 아아크용접법이 널리 적용되고 있다.
특히 조선ㆍ철구조물 등의 건조부문에서는 용접선 전체의 길이에 대한 필릿용접의 비율이 매우 높고, 또 최근에는 공정의 합리화의 이유로 인하여 숍 프라이머 등의 일차 방청 도료를 도포한 그대로 용접하는 경우가 많아지고 있다.
더욱이, 조선부분에서는 이중선각(船殼)ㆍ이중저(二重底) 등의 이중구조가 발달하고 있기 때문에, 전(前)용접선의 길이가 이전의 1.5배 정도로 되어 있다.
상기와 같은 이유 때문에 수평 필릿용접에 있어서의 내프라이머성이 우수하고 또한 고속용접이 가능한 가스 시일드 아아크용접법이 강하게 요망되고 있고, 이를 해소하는 것이 용접구조물의 용접능력을 높이는점에서의 최대의 과제로 되어 있다.
단전극의 가스 시일드 아아크용접에 있어서는, 용접속도가 커지면 ①언더컷(undercut)이 발생하기 쉬워지고, ②비드 형상이 볼록하게 되며, ③내프라이머성이 나빠진다는 등의 이유 때문에 우수한 건전한 용접부를 얻는 것이 어렵고 용접속도는 0.7m/분 정도인 것이 현실정이다.
여기서, 다전극에서의 가스 시일드 아아크용접이 고려되는데, 다전극 고속가스 시일드 아아크용접법은 일본특개소 63-235077호, 일본특개평 2-280968호 및 일본특개소 63-154266호 등에 개시되어 있다.
전자의 두 발명은 최종 전극으로 타탄계의 플럭스 충전 와이어를 사용하는 것이고, 후자는 선행 및 후행 전극에 금속계 플럭스 충전 와이어를 사용하고, 각 전극간의 전류에 위상차를 갖게 하여 용접을 행하는 것이다.
[발명이 해결하려고 하는 과제]
그런데, 후생 전극(최종전극)으로 티탄계의 플럭스 충전 와이어를 사용하여, 용접을 행하면 ① 내브파이머성이 약화되고, ②후행전극에 있어서의 슬래그(slag) 량이 많기 때문에 용접속도가 빠르게 되면 슬래그의 포피성(包被性)이 불안정하게 되고 비드의 가지런함이 화된다는 등의 문제가 있다.
또, 각 전극간에 위상차를 갖게 하여 용접을 행하기 때문에 ① 장치 자체가 대규모의 것으로 되어버리거나, ②일반적으로 가스 시일드 아아크용접에서는 직류 전원이 사용되고 잇기 때문에 막대한 설비투자가 요구되는 등의 문제가 있다.
더욱이, 상기 플럭스 충전 와이어는 단전극용으로 설계된 것이고, 이 와이어를 사용하여 다전극 탠덤에 의하여 용접을 행하는 경우, 하기와 같은 문제점이 발생한다.
(1) 스패터(spatter) 발생량이 많기 때문에 용접토치의 노즐에 스패터가 부착하고, 시일드 불량에 의한 피트(pit) 등의 용접결함이 발생하기 쉽다.
(2) 프라이머의 막두께가 과대하게 되면 피트가 다발하기 쉽다.
(3) 용접전류, 전압의 적정범위가 좁고, 설정조건이 다소 변동하는 것만으로 비드 형상, 외관이 악화되고 언더컷도 발생하기 쉽다.
본 발명은 이와같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로 1m/분 이상의 고속용접에 있어서, 상기 종래기술의 불리한 결범을 해소하고 다전극에서의 하향 및 수평 필릿용접에 있어서 피트, 가스 홈 등의 발생이 없고, 우수한 비드 외관, 형상의 용접부를 부여할 수 있는 다전극용 가스 시일드 아아크용접 플럭스 충전 와이어 및 용접작업성이 양호하고 또한 내기공성이 우수한 고속도 가스 시일드 아아크용접법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
통상의 플럭스 충전 와이어를 다전극 용접 및 단전극 용접에 사용한 경우의 작업성 등에 대하여 비교하면, 다전극 용접의 경우는 아아크 안정성, 비드외관, 형상등은 적용 와이어 본래의 특성이 얻어지지만, 다전극 용접의 경우에는 아아크 안정성, 비드외관, 형상이 본래의 특성을 얻을 수 없는 경우가 있고, 특히 필릿용접 등에서는 용접속도가 커질수록 현저히 열화하는 경향이 있다.
이는 다전극에서의 아아크 취부력(吹付力)의 변화, 슬래그의 양, 점성의 변화, 용접 금속의 점성, 친수성의 변화등이 크게 기인하는 것이라고 생각된다.
본 발명자는 이들의 점에 착안하여 상기 문제점을 해결하기 위하여 다전극 용접에 대하여 예의 연구를 거듭한 결과 본 발명을 하게 된 것이다.
즉 본 발명은 강제 외피에 플럭스를 충전하여 이루어진 플럭스 충전 와이어에 있어서, 이 플럭스중에 와이어 전중량당 산화물(단, 알칼리금속 산화물은 제외) : 1.5~4.5%, 알칼리금속 화합물(단, 알칼리금속 산화물로 환산한 양) : 0.01~0.07%, ma : 0.1~0.7%, Si : 0.4~1.2%, Mn : 1.5~4.0%가 함유되고 있고, 상기 알칼리금속 화합물과 산화물의 함량비율은 하기와 같고;
상기 Mg와 Mn의 함량비율은 하기와 같은;
인 것을 특징으로 하는 다전극용 가스 시일드 아아크용접 플럭스 충전 와이어이다. 또한, 본 발명은 상기 플럭스 충전 와이어를 선행 및 후행 전극으로 사용하고 선행극과 후행극과의 극간을 15~50mm로 하여 용접하는 것을 특징으로 하는 2전극 탠덤(twin tandem) 가스 시일드 아아크 수평 필릿용접 시공법을 요지로 하고 있다.
이하에 본 발명을 더욱 상술한다.
(작용)
본 발명에 있어서의 플럭스 성분의 한정이유는 다음과 같다.
각 성분의 함유량은 와이어 중량에 대한 중량%이다.
산화물(알칼리금속 산화물은 제외한다) : 1.5~4.5%
플럭스 충전 와이어에서의 산화물은 슬래그 형성제 및 아아크 안정제로서 널리 사용되고 있다. 본 발명 와이어도 동일한 목적으로 사용하지만, 특히 다전극 용접에서는 슬래그의 양 및 질이 용접부의 성과에 대하여 크게 영향을 미친다.
즉, 산화물이 1.5% 미만에서는 비드표면을 덮는 슬래그가 얼룩지게 되고, 비드외관, 형상이 악화된다. 한편 4.5%를 초과하면 슬래그량의 과잉으로 되고 슬래그의 유동성이 크게 되기 때문에 비드 지단부(止端部)의 가지런함은 악화하다.
따라서 산화물(알칼리금속 산화물은 제외한다)은 1.5~4.5%의 범위로 한다.
더욱이, 산화물의 원료로서는 루틸, 일루미나이트, 지르콘샌드, 알루미나, 마그네시아, 규사 등을 들 수 있다.
알칼리금속 화합물(단, 알칼리금속 산화물로 환산한 양) : 0.01~0.07%.
Li, Na, K, Pb, Cs 등의 알칼리 성분은 아아크를 안정시키는 효과가 극히 크다.
특히 다전극 용접은 경우, 전극과 전극간에서의 아아크 간섭이 생기기 쉽기 때문에 아아크의 안정성이 극히 중요하다.
즉, 알칼리금속 화합물(단, 알칼리금속 산화물로 환산한 양)이 0.01% 미만일 경우는 아아크의 안정성을 얻을 수 없다. 한편 0.07%를 초과하면 아아크의 취부력이 지나치게 강하게 되어 용융풀(molten pool)이 안정되지 않는다. 이 때문에, 비드 형상이 악화된다. 따라서, 알칼리금속 화합물(단, 알칼리금속 산화물로 환산한 양)은 0.01~0.07%의 범위가 바람직하다.
또한 알칼리금속 화합물로서는 Li, Na, K, Pb, Cs 등의 산화물, 플루오로화물, 탄산염 등을 들 수 있고, 상기 함유량은 이들 산화물, 플루오르화물, 탄산염의 형으로 첨가된 것을 각각 Li2O, Na2O, K2O, Cs2O, Pb2O로 환산한 양이다.
예를 들면 K, Na, Li 등의 알칼리 성분의 원료로서는 장석, 나트륨유리, 칼륨유리 등을 들 수 있고 각각 K2O, Na2O, Li2O 등의 화합물로 환산한 값으로 첨가한다.
Mg : 0.1~0.7%
Mg는 강력 탈산제일뿐만 아니라 아아크의 퍼짐을 크게 하고, 동시에 슬래그의 박리성을 개선하는 등 폭넓은 효과를 가져온다. 특히 Mg는 융착 금속중의 산소량을 저하시키고 용융금속의 유동성을 저하시키는 작용을 갖고 있다.
용융금속중의 유동성을 조정함으로써, 다전극 용접에서의 용융풀을 안정화시킨다.
그러나 Mg가 0.1% 미만일 경우는 용융금속의 유동성 낮추어 줄이는 효과가 없고 비드가 가지런 하지 않거나 비드가 퍼지지 않고 볼록형 비드로 된다.
한편 Mg가 0.7%를 초과하면 용융금속의 유동성이 과잉으로 되기 때문에 언더컷이 발생하기 쉬워진다. 따라서 Mg량은 0.1~0.7%의 범위가 바람직하다.
또한 Mg의 원료는 M-Mg, Al-Mg, Si-Mg, Ni-Mg 등을 들 수 있다.
Si : 0.4~1.2%
Si는 탈산제, 용착금속의 강도 및 용착금속의 친밀성을 조정하는 작용이 있다.
그러나 0.4% 미만일 경우는 비드가 볼록형으로 되기 쉽고, 또 탈산 부족에 의한 기공이 발생한다. 한편 1.2%를 초과하면 용착금속의 강도가 과대하게 됨과 동시에 인성(靭性)이 저하된다. 따라서 Si량은 0.4~1.2%의 범위가 바람직하다.
또한, Si원료로서는 Fe-Si, Fe-Si-Mn 등을 들 수 있다.
그리고 강제 외피중에 Si를 함유시켜 플럭스중의 함유량과 합해서 와이어 전중량당 0.4~1.2%로 하여도 좋다.
Mn : 1.5~4.0%
Mn는 Si와 동일한 작용을 한다.
그러나 1.5% 미만일 경우는 융착금속에 관하여 탈산 작용의 부족에 의한 가공이 다발함과 동시에 고온 균열성능도 저하한다. 한편 4.0%를 초과하면 융착금속의 강도가 과대하게 된다. 따라서 Mn량은 1.5~4.0%의 범위가 바람직하다.
또한 Mn 원료로서는 금속 Mn난 Fe-Mn, Fe-Si-Mn의 합금 등을 들 수 있다.
그리고 강제 외피중에 Mn을 함유시켜, 플럭스중의 함유량과 합해서 와이어의 전중량당 1.5~4.0%로 하여도 좋다.
다만, 상기 플럭스 성분중 산화물(알칼리금속 산화물은 제외한다), 알칼리금속 화합물, Mn 및 Mg에 대하여는 이하의 설명하는 바와 같이 알칼리금속 화합물과 산화물의 중량비 및 Mn과 Mg의 중량비를 각각 특정의 범위로 규제할 필요가 있다.
알칼리금속 화합물(단, 알칼리금속 화합물로 환산한 양)/산화물(단,알칼리금속 산화물은 제외) : 0.005~0.028
다전극 용접의 경우, 아아크를 어떻게 안정시킬 것인가가 큰 포인트이다.
특히 직류전극끼리의 조합의 경우, 아아크가 극히 불안정하게 되기 쉽다.
본 발명자는 다전극 용접에서의 아아크 안정을 보다 좋게하기 위하여, 각종의 시험연구를 행한 결과, 알칼리금속 화합물(단, 알칼리금속 산화물로 환산한 양)/산화물(단, 알칼리금속 산화물은 제외한다)의 중량비를 0.005~0.028의 범위로 조정하는 것이 다전극 용접에 있어서 아아크를 안정시키고, 또한 스패터를 감소시키는데 극히 유효한 것으로 확인되었다. 그러나, 알칼리금속 화합물(단, 알칼리금속 산화물로 환산한 양)/산화물(단, 알칼리금속 산화물은 제외한다)의 중량비가 0.005 미만이거나 또는 0.028를 초과하면, 아아크가 불안정하게 되고 스패터가 많아지므로 바람직하지 않다는 것이 관찰되었다.
Mn/Mg : 3.0~22.5
다전극 용접에서의 고속 수평용접에 있어서의 내프라이머성(내기공성)은 고능률로 시공하는 점에서 극히 중요하다. 본 발명자는 내프라이머성을 더욱더 향상시키기 위하여 각종의 시험연구를 행한 결과, Mn/Mg의 중량비를 3.0~22.5의 범위로 조정함으로써 1.5m/분의 고속도의 수평 필릿용접에서 프라이머의 도막(塗膜)두께가 통상의 2배의 도막 두께(40-50㎛)인 경우에도 피트 및 블로우홀(가공) 발생량이 격감하는 것이 판명되었다.
그러나, Mn/Mg의 중량비가 3.0 미만이거나 22.5를 초과하면 프라이머의 도막드께가 증가함에 다라 피트, 블로우홀(blowhole)의 발생량이 현저히 증대하기 쉬우므로 바람직하지 않다는 것을 알았다.
본 발명의 다전극용 가스 시일드 아아크용접 플럭스 충전 와이어는 이상과 같이 구성되지만 이들외에 용착효율을 높이기 위하여 철분말을 화이어의 전중량비로 15%까지 첨가하거나 또는 알칼리금속 이외의 플루오르화물이나 탄산염 예를들면 CaF2, CaCO3, MgCO3등을 와이어 전중량비로 0.5%까지 첨가하여도 좋다.
더욱이, 플럭스 충전 와이어의 플럭스율, 강제외피의 재질, 와이어 단면형상, 와이어 직경 등의 조건은 적절히 선택된다. 또 다전극 용접에 있어서의 전극수, 용접전압, 전류, 시일드 가스의 종류, 유량, 용접자세 등의 조건도 특히 제한되지 않는다.
또 피용접 재료의 재질 등도 특히 제한되는 것은 아니다.
다음에 상기 언급한 바와 같이 성분조성을 규제한 가스 시일드 아아크용접 플럭스 충전 와이어를 사용하여 상기 목적을 달성하기 위하여 더욱 연구를 거듭한 결과, 이하에 나타낸 시공상의 제조건이 가능하다는 것을 확인하였다.
전술한 바와같이 본 발명은 소정의 조성의 플럭스 충전 와이어를 사용한 두전극으로 하나의 용융지를 형성하는 것인데 그 이유는 다음과 같다.
플라이머를 도포한 강판의 필립용접을 행하는 경우, 기공의 발생에 가장 영향을 미치는 프라이머의 도포부분은 루트(root)로부터 상판 내부방향의 용입부분 근방의 영역이다.
기공의 방생을 방지하기 위해서는 용접시에 이 영역으로부터 발생하는 프라이머의 분해 및 연소가스가 용융지로부터 방출된 후에 용융지가 응고하도록 용융지의 응고시간을 길게 하면 좋다고 생각된다.
이를 만족시키기 위하여 두 전극으로 하나의 용융지를 형성한 것이다.
즉, 각 전극의 역할은 제3도(상부 도면이 측면도, 하부 도면이 상면도)에 도시하는 바와 같이, 선행전극의 용입부분 근방에 있어서의 프라이머의 소각을 행하고, 후행전극이 용융지의 응고시간을 지연시킴으로써 가스방출을 촉진하는 것이다.
제3도중, 굵은선은 페인트 분해ㆍ연소전극(前線)을 표시하고 사선부는 페인트가 분해ㆍ연소한 영역을 나타내고 있다.
①극간 :
본 발명에 있어서는 선행극과 후행극의 극간이 15~50mm인 것이 필수이다.
여기서 극간이란 각 전극에 있어서의 와이어 선단간의 거리이다.
DC 전원을 사용하여 용접을 행하는 경우, 아아크 간섭 및 하나의 용융지 형성의 점으로 부터 선행극 및 후행극의 극간거리가 문제로 된다.
15mm보다 작으면 선행극, 후행극이 함께 아아크가 안정되지 않고 비드 외관ㆍ형상이 악화된다. 또한 스패터의 발생량이 많아진다.
한편 50mm보다 크면 두 전극으로 하나의 용융지를 형성하는 것이 불가능하고 내피트성이 나빠진다. 따라서, 선행극과 후행극의 극간을 15~50mm의 범위로 하는 것이 바람직하다.
이하의 제조건은 필요에 따라 규제하는 것이 바람직하다.
②와이어 직경 :
선행극의 와이어의 직경(와이어 직경이라함)을 1.2~2.4mm, 후행극의 와이어 직경을 1.2~2.4mm로 하고, 또한(선행극의 와이어직경)(후행극의 와이어직경)의 관계로 하는 것이 바람직하다. 와이어 직경은 아아크의 안정성, 용융지의 안정성 및 비드외관에 크게 영향을 미치고 특히 다전극의 경우에는 선행극 및 후행극의 와이어 직경의 밸런스도 중요하다.
즉, 선행극의 와이어 직경이 1.2mm보다 작으면 아아크가 안정되지 않고, 비드형상이 악화되며, 2.4mm보다 크면 선행극으로부터 스패터 발생량이 많아진다.
또한 후행극의 와이어 직경이 1.2mm보다 작으면 아아크의 퍼짐이 없어지고 비드외관ㆍ형상이 악화된다. 또한 선행극 보다 크면 후행극에 있어서의 아아크 및 용융지가 불안정하게 되고, 호행극으로부터 스패터 발생량이 많아진다.
또한, 선행극 및 후행극의 와이어 직경 및 양자의 관계를 상기와 같이 한다.
더욱이, 선행극의 와이어 직경의 보다 바람직한 범위는 1.6~2.4mm, 후행극의 와이어 직경의 보다 바람직한 범위는 1.4~2.4mm이다.
③전진ㆍ후퇴각 :
선행극의 와이어의 각도를 0~후퇴각 15°로하고, 후행극의 와이어의 각도를 0~전진각25°로 하는 것이 바람직하다.
전진각 및 후퇴각은 스패터의 발생량, 비드형상에 크게 영향을 미친다.
선행극이 전진각으로 되면 선행극에서 스패터 발생량이 많아지고, 후퇴각의 15°보다 커지면 언더컷 발생하기 쉬워진다.
후행극의 후퇴각으로 되면 아아크가 안정되지 않고(스패터 발생이 많아진다), 전진각이 25°보다 크게 되면 비드외관ㆍ형상이 악화된다.
따라서 선행극 및 후행극의 와이어 각도를 상기와 같이 한다.
④토치각도 :
선행극 및 후행극 모두 토치각도를 40~60°로 하는 것이 바람직하다.
토치각도는 비드형상 및 비드외관에 크게 영향을 미친다.
40°보다 작으면 하판에 언더컷이 발생하기 쉬워지고, 60°보다 크면 상판에 언더컷이 발생하기 쉬워진다. 따라서 선행극 및 후행극 모두 토치각도를 상기와 같이 한다.
⑤용접전류 :
선행극의 전류를 250Amp 이상(DCEP), 후행극의 전류를 200Amp 이상(DCEP)으로 하고, 또(선행극의 전류)(후행극의 전류)의 관계로 하는 것이 바람직하다.
이는 일반적으로 용접 구조물의 필릿용접부에 필요로 되는 다리(leg) 길이 4.0mm를 확보하기 위하여 필요한 전류이고, 상기 전류를 하회하면 아아크가 안정되지 않는다.
또한 선행극의 전류가 후행극의 전류보다도 작으면 선행극과 후행극에 있어서의 아아크의 간섭에 의하여 선행극의 아아크가 교란되므로 비드의 외관 및 형상이 악화된다.
따라서 선행극과 후행극의 전류 및 양자의 관계를 상기와 같이 한다.
또한 특히 상기 시공법을 트윈으로 행하는 경우 이하에 나타낸 조건에 있어서 상기 목적의 달성이 가능한 것이 판명되었다.
⑥시프트 간격 :
입판을 사이에 끼운 선행극ㆍ후행극의 시프트 간격을 0~30mm 또는 70mm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 시프트 간격이 30mm~70mm 범위일때는 용접작업성이 나쁘므로(스패터의 발생이 많아진다)이 범위를 제외한 시프트 간격으로 한다.
여기서 시프트 간격이란 제5도에 도시하는 바와같이 각 선행극의 어긋남의 거리를 나타낸다.
또한 본 발명을 효과적으로 실시하기 위해서는, 겨냥위치(즉, 와이어 선단으로부터의 상판까지의 거리)의 조정이 중요한 포인트로 된다.
즉, 겨냥위치는 용입확보, 외관ㆍ형상이 양호한 비드의 형성, 용융지의 안정성 및 내기공성에 크게 영향을 미친다. 그렇기 위해서는 선행극의 겨냥위치는 루트로부터 하판측 0~2mm, 후행극의 겨냥위치는 루트로부터 하판측 1~3mm로 하고, 또한 선행극의 겨냥 위치가 후행극의 겨냥위치 보다도 루트가 가깝게 되는 동일하게 하는 것이 바람직하다.
선행극의 겨냥위치는 용입을 확보하기 위하여 조정할 필요가 있고, 겨냥이 입판측이면 입판에 언더컷이 발생하기 쉬워지고, 비드형상의 약화되며, 또한 겨냥이 하판측 2mm보다도 크면, 루트부의 용입을 확보할 수 없으며, 비드가 동일한 다리로 되지 않기 때문에 필릿용접의 강도를 확보할 수 없다.
또한 후행극의 겨냥위치는 비드외관ㆍ형상을 좋게 하기 위하여 조정할 필요가 있고, 겨냥이 하판측 1mm보다도 작던가 또는 3mm보다 크면, 용융지는 안정되지 않고, 비드외관ㆍ형상이 나빠지고, 또 스패터의 발생량이 많아진다.
또한 후행극의 겨냥위치가 선행극의 겨냥위치보다도 루트에 가까우면 내기공성이 나빠지고, 또 용융지가 안정되지 않고 비드외관ㆍ형상이 나빠진다.
따라서 선행극 및 후행극의 겨냥위치 및 양자의 관계를 상기와 같이 한다.
더욱이, 플럭스 충전 와이어의 다른 조건(외피금속, 플럭스 충전율, 와이어직경, 와이어단면ㆍ형상등)이나, 시일드 가스의 종류, 조성, 유량, 적용모재 등에 대하여는 특히 제한되지 않는다.
다음은 본 발명의 실시예를 나타낸다.
[실시예 1]
본 실시예는 플럭스 충전 와이어의 성분조성의 영향에 대한 예이다.
우선, 표 1에 표시하는 성분조성의 플럭스를 플럭스율 10%로 연강제 케이싱내에 충전하여 1.4mmψ, 1.6mmψ의 플럭스 충전 와이어를 제조하고 이하의 조건으로 용접실험을 행하였다. 용접조건은 아래와 같다.
(1) 공시강판 및 이음(繼手)형상…12mm×100mm×1000mm의 무기 아연 프라이머 강판(도막두께 40~50㎛)을 사용하여 T형 필림용접 이음을 형성하였다.
(2) 용접자제…2전극 수평 필릿용접
(3) 시일드가스…100% CO2, 유량 25리터/분
(4) 와이어 돌출길이…25mm
(5) 전원특성…DC 와이어(+)
(6) 와이어 직경…선행극 : 1.6mmψ, 후행극 : 1.4mmψ
(7) 용접전류ㆍ전압…선행극 : 400A×32V
후행극 : 320A×32V
(8) 토치각도…선행극 : 50°, 후행극 : 50°
(9) 전진ㆍ후퇴각…선행극 : 후퇴각 10°, 후행극 : 전진각 10°
(10) 겨냥위치…선행극 : 0mm, 후행극 : 2mm
(11) 극간거리…25mm
(12) 용접속도…1.8m/분
표 1로부터 명백한 바와 같이 본 발명의 실시예(No.O~No.W)는 극히 양호한 용접 작업성 및 내기공성을 얻는다.
한편 비교예(No.A~No.N)에서는 본 발명에서 규정하는 요건중 어느것이 결여되었으므로 다음과 같은 문제가 있다.
즉, No.A는 산화물이 하한치를 벗어나기 때문에 비드외관, 형상이 나쁘다.
No.B는 산화물이 상한치를 벗어나고 Mg는 상한치를 벗어나기 때문에 비드가 볼록형으로 되고 언더컷이 발생하였다.
No.C는 알칼라금속 화합물(K2O+Na2O+Li2O)이 하한치를 벗어나고 Mg는 상한을 벗어나고, Si, Mn도 본 발명 범위를 벗어나고 있기 때문에 ㅏㅇ아크가 불안정하고 스패터가 많다. 또한, 비드의 형상외관이 나쁘다.
No.D는 K2O+Na2O+Li2O가 상한치를 벗어나고, Mn는 상한치를 벗어나고 있기 때문에 스패터가 많고 비드형상이 나쁘다. No.E는 Mg가 하한치를 벗어나고 있기 때문에 비드외관이 나쁘고, 언더컷이 많이 발생하였다.
No.F는 Mg가 상찬치를 벗어나고 있기 때문에 비드가 매우 볼록형으로 되어버렸다.
No.G는 Si가 하한치를 벗어나고 있기 때문에 비드가 볼록형으로 되고 피트도 많이 발생하였다. No.H는 Si가 상한치를 벗어나고 알칼리금속 화합물(K2O+Na2O+Li2O)이 상한치를 벗어나고 있기 때문에 아아크가 불안정하게 되고 스패터도 증가하고 비드형상은 볼록형이었다. No.I는 Mn가 하한치를 벗어나고, K2O+Na2O+Li2O가 상한치를 벗어나고, 또한 Mg도 상한치를 벗어나고 있기 때문에 스패터가 많고 비드가 매우 볼록형으로 되고 언더컷도 발생하였다.
No.J는 Mn이 상한치를 벗어나고 산화물이 하한치를 벗어나고 있기 때문에 비드외관, 형상이 나쁘다.
No.K, No.L은 각각의 플럭스 성분은 본 발명 범위내에 있지만 알칼리금속 화합물(K2O+Na2O+Li2O)/산화물 비가 본 발명 범위의 상한 및 하한을 벗어나고 있기 때문에 아아크가 불안정하여 극히 스피터가 많다.
No.M, No.N도 각각의 플럭스 성분은 본 발명 범위내이지만, Mn/Mg비가 본 발명 범위의 상한 및 하한치를 벗어나기 때문에 내기공성이 그다지 양호하지 않았다.
[실시예 2]
본 실시예는 용접 조건 및 시공상의 제조건의 영향에 대한 예이다.
표 1에 있어서의 기호 R의 플럭스 충전 와이어를 사용하고, 표 2, 표 3 및 이하에 표시하는 용접조건으로 용접시험을 행하였다.
표 2, 표 3이외의 용접조건은 아래와 같다.
(1) 공시강판 및 이음형상…12mm×100mm×1000mm의 무기 아연 프리머 강판(도막두께 40~50㎛)를 사용하여 T형 필립용접 이음을 형성하였다.
(2) 용접자제…2전극 수평 필릿용접
(3) 시일드가스…100% CO2, 유량 25리터/분
(4) 와이어 돌출길이…25mm
(5) 전원특성…DC 와이어(+)
용접시험의 결과를 표 2, 표 3에 나타냈다.
표 2의 제3으로부터 명백한 바와 같이 본 발명의 실시예(No.12~21)는 극히 양호한 용접작업성 및 내기 공성을 얻는다. 한편 비교예(No.1~11)에서는 본 발명에서 규정하는 요건중 어느것을 결여하므로 다음과 같은 문제가 있다.
즉, 비교예 No.1에서는 선행극의 와이어 직경이 본 발명의 하한치를 벗어나고 있고, 선행극의 토치각도가 본 발명의 하한치를 벗어나고 있기 때문에 아아크가 불안정하고 언더컷이 발생하였다. 비교예 No.2는 후행극의 와이어 직경이 본 발명의 하한치를 벗어나고 있고, 선행극의 전진ㆍ후퇴각이 본 발명의 범위를 벗어나고 있기 때문에 아아크가 퍼지지 않고 스패터도 많다.
비교예 No.3는 선행극의 와이어 직경이 본 발명의 상한치를 벗어나고 있고 후행극의 토치각도가 본 발명의 하한치를 벗어나고 있기 때문에 스패터가 많고 언더컷이 발생하였다. 비교예 No.4는 후행극의 와이어 직경이 선행극의 와이어 직경 보다도 크고 선행극의 겨냥위치가 상판겨냥으로 되어있기 때문에 아아크가 불안정하고 언더컷이 발생하였다. 비교예 No.5는 선행극의 토치각도가 본 발명의 상한치를 벗어나고 있기 때문에 언더컷이 발생하였다. 비교예 No.6은 선행극의 전진ㆍ후퇴각이 본 발명의 범위를 벗어나고 있고 선행극의 전류가 본 발명의 하한치를 벗어나고 있기 때문에 아아크가 불안정하여 언더컷이 발생하였다.
비교예 No.7은 선행극의 토치각도가 본 발명의 상한치를 벗어나고 있고 후행극의 전류가 본 발명의 하한치를 벗어나고 있기 때문에 아아크가 불안정하고 언더컷이 발생하였다. 비교예 No.8은 후행극의 전진ㆍ후퇴각이 본 발명의 범위를 벗어나고 있고 언더컷이 발생하고 비드의 외관ㆍ형상도 나쁘다.
비교예 No.9는 후행극의 전진ㆍ후퇴각이 본 발명의 범위를 벗어나고 있고 극간거리가 본 발명의 상한치를 벗어나고 있기 때문에 비드형상이 나쁘고, 내기공성이 나쁘다.
비교예 No.10은 후행극 전류가 선행극 전류 보다 크고 아아크가 불안정하고 내기공성이 나쁘다. 비교예 No.11은 극간거리가 본 발명의 하한치를 벗어나고 있기 때문에 아아크가 불안정하고 스패터가 많다.
[실시예 3]
본 실시예는 시프트 간격의 영향에 대한 실시예이다.
표 1에 있어서의 기호 R의 플럭스 충전 와이어를 사용하고 표 3에 있어서의 No.12의 용접조건 및 하기에 나타내는 용접조건에 의하여 트윈전극에서의 용접시험을 수행하였다. 표 3에 있어서의 No.12 이외의 용접조건은 이하와 같다.
(1) 공시강판 및 이음형상…12mm×100mm×1000mm의 강판을 사용하여 T형 필립용접 이음을 형성하였다.
(2) 용접자제…2전극 수평 필릿용접
(3) 시일드가스…100% CO2, 유량 25리터/분
(4) 와이어 돌출길이…25mm
(5) 전원특성…DC 와이어(+)
(6) 시프트 간격…10~100mm
용접시험의 결과를 제4도에 표시하였다.
제4도로부터 명백한 바와 같이 시프트 간격이 30~70mm 범위일때는 스패터의 발생량이 많아지기 때문에 상기와 같은 용접와이어 및 용접조건에 있어서 트위전극용접을 수행하는 경우 시프트 간격은 0~30mm 또는 70mm 이상인 것이 바람직하다는 것을 확인하였다.
표 1
(주 1) 산화물의 난은 알칼리금속을 제외한 산화물이다.
(주 2) 기타의 성분 : 철분, 플루오르화물 등이다.
(주 3) 성능평가기준 : ◎(우수)→○(양호)→(약간 좋음)→△(약간 나쁨)→×(나쁨)
(주 4) No. A~No. U는 알칼리금속 화합물로서 K, Na 및 Li의 화합물을 사용하였다.
No. V~No. W는 알칼리금속 화합물로서 K, Na, Li, Cs 및 Rb의 화합물을 사용하였다.
표 2
(주) 성능평가기준 : ◎(우수)→○(양호)→(약간 좋음)→△(약간 나쁨)→×(나쁨)
[발명의 효과]
이상 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 용접속도는 1m/분을 초과하는 고속가스 시일드 아아크 수평 필릿용접에 있어서 아아크가 안정하고 스패터가 적고 비드외관 및 형상이 양호하고 또한 프라이머 도장강판에 있어서도 양호한 용접부를 부여할 수 있다.

Claims (8)

  1. 강제 외피에 플럭스를 충전하여 이루어진 플럭스 충전 와이어에 있어서, 이 플럭스중에 와이어 전중량당 루틸, 일루미나이트, 지르콘샌드, 알루미나, 마그네시아 및 규사로 이루어진 군으로부터 선택되는 산화물 원료로부터 얻어지는 산화물 : 1.5~4.5%, Li, Na, K, Rb 및 Cs의 산화물로 구성된 군으로부터 1종 이상 선택되는 알칼리금속 화합물(단, 알칼리금속 산화물로 환산한 양) : 0.01~0.07%, Mg : 0.1~0.7%, Si : 0.4~1.2%, 및 Mn : 1.5~4.0%가 함유되고 있고, 상기 알칼리금속 화합물과 상기 산화물의 함량비율은 하기와 같고;
    상기 Mg와 Mn의 함량비율은 하기와 같은;
    인 것을 특징으로 하는 다전극용 가스 시일드 아아크용접 플럭스 충전 와이어.
  2. 제1항에 있어서, 상기 알칼리금속 화합물은 알칼리금속이 K, Na 및 Li 중 1중 이상인 알칼리금속 화합물이며, 이 알칼리금속 화합물을 K2O, Na2O 및 Li2O로 환산한 양이 K2O+Na2O+Li2O : 0.01~0.07%이고, 알칼리금속 화합물의 함량비율이 하기와 같은;
    인 것을 특징으로 하는 다전극용 가스 시일드 아아크용접 플럭스 충전 와이어.
  3. 제1항의 가스 시일드 아아크용접용 플럭스 충전 와이어를 선행 및 후행 전극으로 사용하고, 선행극과 후행극과의 극간의 15~50mm로 하여 용접하는 것을 특징으로 하는 2전극 탠덤 가스 시일드 아아크 수평 필릿용접시공법.
  4. 제3항에 있어서, 선행극은 와이어의 직경 : 1.2~2.4mmψ, 전진ㆍ후퇴각 : 0~후퇴각 15°, 토치각도 : 40~60°, 및 전류 : 250Amp 이상(DCEP)인 것을 특징으로 하고, 후행극은, 와이어의 직경 : 1.2~2.4mmψ, (단, 후행극의 와이어의 직경≤선행극의 와이어의 직경), 전진ㆍ후퇴각 : 0~전진각 25°, 토치각도 : 40~60°, 및 전류 : 200Amp 이상(DCEP), (단 후행극의 전류≤선행극의 전류)인 것을 특징으로 하는 2전극 탠덤 가스 시일드 아아크 수평 필릿용접시공법.
  5. 제3항 또는 4항에 있어서, 압판을 사이에 끼운 양 선행극ㆍ후행극의 시프트 간격이 0~30mm 또는 70mm 이상인 것을 특징으로 하는 2전극 탠덤 가스 시일드 아아크 수평 필릿용접시공법.
  6. 제2항의 가스 시일드 아아크용접용 플럭스 충전 와이어를 선행 및 후행전극으로 사용하고, 선행극과 후행극과의 극간을 15~50mm로 하여 용접하는 것을 특징으로하는 2전극 탠덤 가스 시일드 아아크 수평 필릿용접시공법.
  7. 제6항에 있어서, 선행극은 와이어의 직경 : 1.2~2.4mmψ, 전진ㆍ후퇴각 : 0~후퇴각 15°, 토치각도 : 40~60°, 및 전류 : 250Amp 이상(DCEP)인 것을 특징으로 하고, 후행극은, 와이어의 직경 : 1.2~2.4mmψ, (단, 후행극의 와이어의 직경≤선행극의 와이어의 직경), 전진ㆍ후퇴각 : 0~전진각 25°, 토치각도 : 40~60°, 및 전류 : 200Amp 이상(DCEP), (단 후행극의 전류≤선행극의 전류)인 것을 특징으로 하는 2전극 탠덤 가스 시일드 아아크 수평 필릿용접시공법.
  8. 제6항 또는 7항에 있어서, 입판을 사이에 끼운 양 선행극ㆍ후행극의 시프트 간격이 0~30mm 또는 70mm 이상인 것을 특징으로 하는 2전극 탠덤 가스 시일드 아아크 수평 필릿용접시공법.
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