KR100252422B1 - 이산화탄소 용접용 가연성 혼합개스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박을 건조시 각각의 블록을 서로 용접하는데 사용되는 이산화탄소(CO2) 용접장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이산화탄소 용접장치에 사용되는 개스를 가연성 혼합개스로 사용하여 유해개스인 흄(Fume)을 적게 발생시키도록 하는 이산화탄소 용접용 가연성 혼합개스에 관한 것이다.
본 발명의 목적은, 이산화탄소 용접시 발생되는 유해개스인 흄을 적게 발생시켜 장시간 용접 작업을 하는 작업자들의 직업병을 예방하도록 하기 위하여 산소와 친화력이 큰 개스를 첨가하여 용접작업을 하는 이산화탄소 용접용 가연성 혼합개스를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 이산화탄소(CO2) 개스 아크용접에서 차폐(Shlid Gas)용 개스로 사용되는 이산화탄소 개스 또는 이산화탄소 혼합개스 등을 사용하여 선박의 블록을 용접하는 용접작업에 있어서, 용접 와이어가 녹으면서 발생하는 흄을 억제하기 위하여 이산화탄소 개스에 가연성 개스인 프로판 개스(C3H8Gas)를 1-10% 혼합하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 용접용 가연성 혼합개스를 제공한다.

Description

이산화탄소 용접용 가연성 혼합개스
본 발명은 선박을 건조시 각각의 블록을 용접하는 이산화탄소 용접장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가연성 혼합가스를 사용하여 유해가스인 흄을 적게 발생시키는 이산화탄소 용접용 가연성 혼합가스에 관한 것이다.
일반적으로 국내,외 산업 현장에서는 값싼 이산화탄소(CO2) 개스를 사용하여 용접작업을 실시하고 있으나, 상기 이산화탄소(CO2) 개스는 불활성 개스가 아니므로 고온 상태의 아아크 중에서는 산화성이 큰 결점을 가지고 있다.
그래서, 상기 이산화탄소 개스 아크 용접시에는 용접부에 생기는 블로우 홀(Blow Hole) 및 그 밖의 결함이 생기기 쉬우므로 이와 같은 결점을 제거하기 위하여 탈산제(Mn, Si)를 첨가하여 사용하게 되는데, 일반적으로 탈산제로 사용되는 망간(Mn)의 양은 1.38-1.93%를 첨가하고, 탈산제로 사용되는 규소(Si)의 양은 0.48-0.85%를 첨가하여 사용한다.
상기 이산화탄소 개스를 이용한 용접 작업시 사용되는 용접 재료는, 솔리드 와이어(Solid Wire), 프럭스 코리드 와이어(Flux Cored Wire), 메탈 코리드 와이어(Metal Cored Wire) 등이 있다. 상기 용접 재료를 사용하다 보면, 용접 중에 고온의 아크(ARC) 열에 의한 고온의 물질에서 증기 또는 승화한 증기의 응축으로 생긴 부유 입자인 흄(FUME)이 생성되며, 특히 상기 흄의 크기는 통상적으로 0.1μ에서 수 μ정도의 크기가 보통이다.
상기 흄의 성분은 용접 와이어 및 용접조건에 따라 다소 차이는 있으나 솔리드 와이어의 경우 Fe2O375.84%, SiO210.69%, MnO 14.71%, 기타 1.27%이며, 프럭스 코리드 와이어의 경우에는 Fe2O366.48%, SiO28.80%, MnO 14.71%, TiO22.76%, Al2O31.34%, CaO 0.40%, MgO 0.71%, Na2O 1.08%, K2O 3.56%, 기타 6.16%로서 상기와 같이 복잡하고 다양한 성분을 가지고 있다.
상기와 같이, 이산화탄소(CO2) 개스 아크용접은 용접 아크 열에 의해 다양한 화학반응을 일으키며, 건전한 용접 품질을 얻을 수 있기도 한다.
제1도는 종래의 일반적인 이산화탄소(CO2) 개스를 사용하는 용접원리를 나타내는 개략도로서, 용접물(30)을 용접시 노즐(40)의 최말단에 형성된 팁(TIP)(50)에 와이어(60)를 송급하는데, 상기 용접 재료로 사용되는 와이어(60)는 와이어 송급롤러(70)를 통하여 연속적으로 송급되고, 상기 노즐(40)의 일단으로 이산화탄소 개스 유입구(80)를 설치하여 상기 이산화탄소 개스 유입구(80)에 이산화탄소 개스를 공급하여 공기를 차단하는 차폐 개스(Shlid Gas)(90)를 형성하면서 용접 작업을 하도록 구성된다.
상기한 구성의 이산화탄소 개스 용접시는 대기중의 산소와 질소가 용착 금속에 들어가서 용접부의 기계적 성질에 악영향(기공발생)을 미치게 되고, 이를 방지하기 위해 공기를 차폐하는 목적으로 용접 중에 이산화탄소(CO2) 개스를 공급하나 이산화탄소(CO2) 개스는 고온의 아크 열에 의해 다음과 같이 반응하게 된다.
① CO2←→ CO+O로 해리하여
② Fe+O ←→ FeO로 반응을 일으켜
③ FeO+C ←→ Fe+CO로 철강 중에 존재하는 탄소와 결합한다.
상기 ②,③ 반응은 응고중 용착 금속에 기포와 통기공(Blow Hole) 등을 발생시킨다.
전술한 종래의 일반적인 이산화탄소(CO2) 개스 아크용접을 하는 경우는 흄 및 스패터 등이 발생되어 용접 능률이 저하되고, 특히 상기 흄에 작업자들이 장기간 노출되면 유해가스에 의한 직업병이 발생되어 사회적인 문제로 대두되며, 상기와 같은 연유로 인해 유해 환경을 개선하기 위하여 기업들은 많은 투자를 제공하고 있는 실정이다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은, 각각의 블록에 대해 이산화탄소 용접시 유해가스인 흄을 적게 발생시킬 수 있어 장시간 용접 작업을 하는 작업자들에게 발병될 수 있는 직업병을 예방하도록 산소와 친화력이 큰 개스를 첨가한 이산화탄소 용접용 가연성 혼합가스를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 이산화탄소(CO2) 개스 아크용접에서 차폐(Shlid Gas)용 개스로 사용되는 이산화탄소 개스 또는 이산화탄소 혼합개스 등을 사용하여 선박의 블록을 용접하는 용접작업에 있어서, 용접와이어가 녹으면서 발생하는 흄을 억제하기 위하여 이산화탄소 개스에 가연성 개스인 프로판 개스(C3H8Gas)를 1~10% 혼합하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 용접용 가연성 혼합개스를 제공한다.
제1도는 종래의 일반적인 이산화탄소(CO2) 개스를 사용하는 용접 원리를 나타내는 개략도.
제2도는 본 발명의 이산화탄소(CO2) 개스와 가연성 개스를 혼합하여 용접 작업을 하도록 구성하는 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 용접기 본체 3 : 혼합개스 공급라인
5 : 이산화탄소 개스용기 7 : 개스 혼합기
9 : 가연성 개스 용기 11 : 싱글 케이블
13 : 와이어 송급기 15 : 용접 토오치
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 구성과 작용상태를 설명하면 다음과 같다.
제2도는 본 발명의 이산화탄소(CO2) 개스와 가연성 개스를 혼합하여 용접작업을 하도록 구성하는 개략도로서, 용접기 본체(1)는 일측에 혼합개스 공급라인(3)을 설치하여 개스 혼합기(7)에 연결설치하고, 상기 개스 혼합기(7)는 이산화탄소 개스용기(5)와 가연성 개스용기(9)의 중간에 연결설치하여 작업시 혼합개스를 공급하도록 구성한다.
상기 용접기 본체(1)는 하부 일단에 싱글 케이블(11)을 설치하여 와이어 송급기(13)에 연결설치하고, 또한 상기 와이어 송급기(13)의 일측에 연결되는 싱글 케이블(11)과 용접 토오치(15)를 연결설치하여 용접작업을 한다.
상기 이산화탄소 개스 아크용접시에는 가연성이 좋은 프로판 개스를 함께 사용할 수 있도록 개스 혼합기(7)로 적정량(1-10%)을 혼합한 혼합 개스를 공급하게 되면 간단하게 용접물인 블록과 기타 기자재를 용접할 수 있게 된다.
상기 용접 작업시 발성되는 기포 및 블로우 홀(Blow Hole)의 발생을 방지하기 위해 용접 와이어중 망간(Mn), 규소(Si) 등의 탈산제를 첨가하여 다음과 같이 반응시키면 용접결함을 방지하고 만족스러운 기계적 성질을 얻을 수 있다.
FeO+Mn ←→ FeO+MnO
2FeO+Si ←→ 2Fe+SiO2
일반적인 이산화탄소(CO2) 개스 아크용접은 용접 아크 열에 의해 다양한 화학반응이 일어나는데, 이산화탄소(CO2) 개스 아크용접 작업시 흄을 발생시키는 문제점을 해결하기 위하여, 상기 이산화탄소(CO2) 개스에 가연성 개스를 소량 혼합하여 용접 품질에는 영향을 미치지 않으면서 흄 및 스패터의 발생량을 최소화시킬 수 있도록 프로판 개스를 소량(1-10%) 이산화탄소(CO2) 개스와 혼합하여 사용한다.
상기 이산화탄소 개스는 분자량이 44%이고 비중은 공기기준에 대해 1.521이며, 프로판 개스(C3H8)는 분자량이 44.04이므로 이산화탄소(CO2) 개스와 분자량이 비슷하여 이산화탄소 개스와 프로판 개스를 혼합 개스로 사용할 때 아무런 문제가 없고, 또한 상기 식에서 알수 있듯이 프로판 개스가 아크 분위기 중에서 불안정한 화합물과 반응하여 안전한 화합물로 산화, 환원함으로서 흄 발생량을 억제할 수 있게 되는 것이다. 즉, 이산화탄소(CO2) 개스가 고온 아크 열에서 해리되어 불완전 원소로 되는 것이다.
불완전 원소 연소 안전한 물질 생성
CO CO2
O H2O
FeO Fe
MnO + C3H8→ Mn
SiO2+ C3H8→ Si
상기와 같이 프로판 개스를 혼합 개스로 사용함으로서, 상기 프로판 개스가 연소에 의한 탄산 작용으로 인하여 일산화 망간(MnO), 규사(SiO2)의 생성을 억제하게 된다. 상기 이산화탄소 개스에 프로판 개스를 혼합했을 때 와이어에 첨가되는 탈산제(Mn, Si)의 양은, 망간(Mn)은 전체 와이어를 구성하는 성분중 0.88-1.30%를 첨가하고, 규소(Si)는 전체 와이어를 구성하는 성분중 0.21-0.52%를 첨가하여 사용하게 된다.
결과적으로, 산소와 친화력이 큰 프로판 개스를 첨가함으로 산화에 의해 발생되는 금속 화합물을 최소화시킴으로서, 융착 금속량을 증가시키고 흄 발생량을 최소화 시킬 수 있게 되는 것이다.
전술한 구성과 작용에 의해 나타나는 본 발명의 효과를 알아 보면, 본 발명에 의해 용접 작업시에 이산화탄소 개스 아크용접에 사용되는 차폐 개스(Shield Gas), 즉 이산화탄소(CO2) 개스에 연소성이 큰 프로판 개스(C3H8Gas)를 혼합(이산화탄소(CO2) 개스+연소성 개스)시켜 사용하므로 인체에 유해한 물질인 흄과 용접 결함을 일으킬 수 있는 스패터의 발생량을 최소화시켜 용접능률 향상 및 직업병 예방에 큰 효과를 얻을 수 있다.

Claims (1)

  1. 이산화탄소(CO2) 개스 아크용접에서 차폐(Shlid Gas)용 개스로 사용되는 이산화탄소 개스 또는 이산화탄소 혼합개스 등을 사용하여 선박의 블록을 용접하는 용접작업에 있어서, 용접 와이어가 녹으면서 발생하는 흄의 발생을 억제하기 위하여 이산화탄소 개스에 가연성 개스인 프로판 개스(C3H8Gas)를 1-10% 혼합시켜 혼합개스로 사용하는 한편, 용접 와이어에는 흄 또는 스패터의 발생을 억제하기 위하여 0.88-1.30%의 망간(Mn)과 0.21-0.52%의 규소(Si)를 첨가시켜 사용하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 용접용 가연성 혼합개스.
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