KR100316343B1

KR100316343B1 - 용접지지구

Info

Publication number: KR100316343B1
Application number: KR1019990027648A
Authority: KR
Inventors: 윤소희
Original assignee: 노병휘; 동일엔지니어링 주식회사
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2001-12-12
Also published as: KR200164051Y1; KR19990078619A

Abstract

본 발명은 편면 용접시 모재의 이면에 백-비드가 형성되게 모재의 이면에 부착하는 용접지지구에 관한 것으로서, 플럭스들이 용접 와이어를 이용하여 버티컬-업(vertical-up;수직 상향) 자세로 용접할 때, 모재 사이의 개선(開先)을 통해 용융 플럭스가 흘러 넘치는 것을 방지할 수 있고, 또한 고전압·고전류로 용접할 때 발생되는 스패터의 백-비드 부착을 억제시킬 수 있는 용접지지구에 관한 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 용접지지구는, 받침 플럭스(2)의 융점이 1500∼1850℃(바람직하게는 1600∼1850℃)가 되도록, 상기 받침 플럭스의 조성을 Al₂O₃: 38∼75 중량, SiO₂: 20∼48 중량, MgO : 10 중량이하, 기타 불순물(Fe₂O₃, CaO, Na₂O, K₂O)로 한 것을 특징으로 한다.

Description

용접지지구{BACKING FLUX TILE FOR WELDING WORKS}

본 발명은, 선박의 선각(HULL) 등을 구성하기 위해, 여러 장의 강판을 편면 용접할 때, 모재의 이면에 백-비드(back bead)가 형성되도록 상기 모재의 이면에 부착하는 용접지지구에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 플럭스들이 용접 와이어(flux cored wire electrode)를 이용하여 버티컬-업(vertical-up;수직 상향) 자세로 용접할 때, 상호 대향시켜 둔 모재 사이의 개선(開先)을 통해 용융 플럭스가 흘러 넘치는 것을 방지하고, 고전압·고전류로 용접할 때 발생되는 스패터의 백-비드 부착을 억제시킨 용접지지구에 관한 것이다.

첨부도면중 도1은, 편면 용접시 사용하는 용접지지구의 사시도이다.

상기의 도면을 통해 알 수 있듯이, 편면 용접용의 용접지지구는, 양측 상면이 이형지(4)로 보호되고 있는 알루미늄 재질의 접착테이프(5) 위에, 상면 중앙에 오목한 홈 형상으로 슬래그 포켓(6)을 요설한 블록 형태의 받침 플럭스(2)가 일렬로 배열되어 구성된다.

상기 구성의 용접지지구는, 도2에 도시된 형태처럼 사용된다.

즉, 받침 플럭스(2) 상에 형성되어 있는 오목한 홈 형상의 슬래그 포켓(6)을 따라, 'V'자 형태의 개선이 나타나도록 일 측면이 경사지게 가공된 모재(1)를 배치한 후, 상기 개선(開先)부위에 용접을 실시하는 형태로 사용된다.

이와 같이 하면, 용융시킨 용접 와이어의 용융 플럭스가 모재 이면측으로 흘러 내리고, 모재의 이면측으로 흘러 내린 용융 플럭스는 받침 플럭스(2)의 상면에 형성된 슬래그 포켓(6)을 따라, 모재(1)의 이면에 백-비드(3)를 형성하게 된다.

이때, 상기의 용접 와이어에서 발생된 용융 플럭스의 열이 받침 플럭스의 표면에 열입(熱入)되어, 상기 받침 플럭스의 표면 일부도 용융된다.

일반적으로, 용접작업의 진행속도와 용접부의 품질은, 용접자세(아래보기 용접, 수평 용접, 버티컬-업 용접)와 사용하는 용접기구의 품질 및 작업자의 기량에 따라 심한 차이가 생기게 되는데, 특히 용접작업에서 사용하는 용접기구의 품질은 용접부의 강도나 외관성, 작업속도 등에 가장 큰 영향을 미친다.

이에 본 출원인은, 용접기구 중에서 편면 용접시 사용하는 용접지지구의 품질을 개선하여 작업 안전성을 향상하고, 미진하나마 용접산업분야의 발전에 이바지하고자 본 발명을 안출하게 되었다.

특히, 본 출원인이 국내의 기술동향을 조사하면서 알게 된 사실은, 용접지지구의 경우에, 일본에서 약 10여년 전에 개발된 제품(일본 특허공보 소63-6318호)이 아직도 원형 그대로 사용되고 있으며, 이 제품에 대해서 용접 작업자가 많은 불편을 느끼고 있다는 것이었다.

이것과 관련하여 좀 더 상세히 설명하면, 일본 특허공보에 기재된 특허기술은, 플럭스의 융점이 1350℃∼1500℃로 가장 낮은 영역에 있도록, SiO₂-Al₂O₃-MgO계 고형(固形) 플럭스의 조성을 SiO₂: 45∼70중량, Al₂O₃: 15∼40중량, MgO: 5∼30중량의 범위로 하고, 또한 SiO₂, Al₂O₃및 MgO의 합계도 90중량이상으로 하며, 겉보기기공율(見掛氣孔率)은 5∼40가 되도록 제조하여서, 이 플럭스가 내화재의 역할과 비드 형성층의 역할을 동시에 수행할 수 있게 한 것을 특징으로 하고 있다.

그러나, 상기 조성의 용접지지구(특히, 받침 플럭스)는, 그 당시 사용되고 있던 φ0.9∼1.2㎜의 플럭스들이 용접 와이어에 21V-190A의 에너지를 가하는 경우에 알맞도록 구성된 것이어서, 최근 사용되고 있는 φ1.4㎜이상의 용접 와이어에 동일한 조건을 적용하는 경우, 충분한 용융 플럭스를 얻을 수 없어 용접속도가 느리다는 단점이 있었다.

반면, φ1.4㎜이상의 용접 와이어를 충분히 용융시킬 수 있을 만큼의 고전류와 고전압(25V∼28V)을 인가하는 경우, 용접속도는 거의 2배로 향상하지만, 용접 와이어와 개선(開先) 사이에서 발생된 스패터(불똥의 튀김)가 용융 플럭스 속에 잠긴 상태로 응고되어 용접 결함을 야기하는 단점이 있었고, 용접자세에 따라서는, 예를 들어 버티컬-업 자세로 편면 용접을 하는 경우에는, 용융 플럭스가 개선 밖으로 흘러 넘쳐서 안전사고를 일으키는 문제가 있었다.

뿐만 아니라, 이러한 코젤라이트계(또는 코디어라이트계)의 플럭스를 사용하는 경우, 고전류·고전압하에서, 받침 플럭스가 필요 이상으로 용융되어 백-비드가 과대해지는 문제가 있고, 동시에 상술한 버티컬-업 자세에서의 용접시, 슬래그와 함께 스패터가 백-비드에 많이 달라붙어, 추후 그라인더로 연마작업을 해야 하는 문제가 있었다.

게다가, 상기의 받침 플럭스가 고열에 의해서 쉽게 녹기 때문에, 예를 들면 3㎜ 높이로, 백-비드의 높이를 균일하게 형성하기 어렵다는 단점이 있었다.

이에, 실제의 작업현장에서는, 가혹한 작업조건에서도 사용할 수 있는 새로운 용접지지구의 요구가 비등해지고 있다.

본 발명은 전술한 종래 용접지지구의 제반 문제점과, 작업자의 요구사항 등을 고려하여 안출된 것으로서, 편면 용접작업을 어떠한 자세(예를 들면, 아래보기, 버티컬-업, 수평)로 실시하든지 고효율로 실시할 수 있으며, 모재 이면에 균일한 높이와 품질로서 백-비드를 형성할 수 있게 한 용접지지구를 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 용접지지구의 사시도,

도2는 용접지지구가 사용되는 편면 용접시의 작업상태를 도시한 설명도.

〔도면 부호의 설명〕

1...모재(모판), 2...받침 플럭스(타일),

3...백-비드, 4...이형지,

5...접착테이프, 6...슬래그 포켓.

이하, 본 발명에 따른 용접지지구의 구성 및 작용에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 용접지지구는, 양측면이 이형지(4)로 덮여 있고 중앙은 그대로 노출되어 있는 접착테이프(5)상에, 오목한 홈 형태의 슬래그 포켓(6)이 상면 중앙에 요설된 받침 플럭스(2)를 배설하여 구성되는 용접지지구에 있어서,

상기 받침 플럭스(2)의 융점이 1500∼1850℃가 되도록,

Al₂O₃: 38∼75 중량,

SiO₂: 20∼48 중량,

MgO : 10 중량이하,

기타 불순물(Fe₂O₃, CaO, Na₂O, K₂O)

로 조성한 것을 특징으로 한다.

이하에서는, 각 조성물의 역할과 상·하한값의 의미에 관해서 설명한다.

Al ₂ O ₃ : 38∼75 중량

중성물질로서, 받침 플럭스의 용융점을 높이는 역할과 함께, 백-비드를 균일하게 형성시키는 역할을 한다.

한편, Al₂O₃의 양이 38미만이 되면, 플럭스의 용융성이 나빠지게 되어 용접성이 하락한다.

반면, Al₂O₃의 양이 75이상이 되면, 용접성은 향상하나 재료비용이 증가하는 비경제적인 문제가 있다.

상기 Al₂O₃의 원료로는, 알루미나와 카오린, 샤모트, 뮬라이트, 납석, 장석,홍수석, 보오크사이트 등이 있다.

SiO ₂ : 20∼48 중량

산성물질로서, 백-비드의 표면을 매끄럽게 하는 작용이 있다.

그러나, SiO₂가 20미만이 되면 내화도가 너무 높아져서, 용융 플럭스의 양이 적어지고, 슬래그 형성이 원활하게 이루어지지 않게 된다.

반면, SiO₂의 함유량이 48이상이 되면 용융 플럭스가 과다해지고, 이로 인해 스패터와 슬래그가 용융 플럭스에 잠긴 상태로 응고될 가능성이 높아져 용접부위에 결함이 생긴다는 문제가 있다.

상기 SiO₂의 원료로는, 규석, 규사, 도석, 석영, 탈크 등이 있다.

MgO : 10 중량이하

용융 플럭스의 양과 백-비드의 균일성에 영향을 주며, 사용 전류량에 따라서 그 비율을 임의로 정할 수 있다.

그러나, MgO의 양을 10이상으로 하면 스패터가 백-비드에 더 많이 달라붙게 되는 문제가 생긴다.

상기 MgO의 원료로는, 활석과 마그네시아, 마그네사이트 등이 있다.

이하, 실시예를 통해 본 발명의 작용을 설명한다.

예	용접지지구의 받침 플럭스의 조성물(중량)
예	Al₂O₃	SiO₂	MgO	기타 불순물	합계
실험(1)	41	44	7	8	100
실험(2)	42	43	5	10	100
실험(3)	62	30	2	6	100
실험(4)	67	25	1.5	6.5	100
실험(5)	26	48	12	14	100
실험(6)	32	51.6	14.4	2	100
실험(7)	30	50.7	16.7	2.6	100

상기 표 1에 제시된 조성으로, 26㎜ ×25㎜ ×1000㎜ 규격의 플럭스를 제작하고, 이것을 80㎜ ×1020㎜ 규격의 접착테이프에 부착하여 용접지지구를 만든 다음, 아래와 같은 용접조건하에서 버티컬-업 자세로 용접을 실시한 결과, 표 2와 같은 결과를 얻었다.

(용접조건)

㈎ 플럭스들이 용접 와이어 : φ1.4㎜

㈏ 용접전류 : 190∼250A

㈐ 용접전압 : 22∼28V

㈑ 와이어 노출길이 : 22㎜

㈒ 시일드 가스 : CO₂가스, 15ℓ/min

㈓ 용접자세 : 버티컬-업 자세

㈔ 용접시편(모재) : 350㎜ ×500㎜ ×19㎜(t)

㈕ 개선 각(ANGLE) : 양면합 40°

㈖ 루트 갭, 페이스 : 6∼7㎜, 1㎜이하

㈗ 용접기 : H사, 500A

실험예	백-비드의 상태와 스패터의 발생량
실험예	비드 외관	비드 모양	비드 높이	슬래그 제거성	핫크랙 발생	스패터 개수
실험(1)	양호	균일	적정	양호	없음	-
실험(2)	양호	균일	적정	양호	없음	-
실험(3)	양호	균일	적정	양호	없음	-
실험(4)	양호	균일	적정	양호	없음	-
실험(5)	과대	파형(물결모양)	과대	불량	없음	90여개
실험(6)	과대	파형(물결모양)	과대	불량	없음	70여개
실험(7)	과대	울퉁불퉁	과대	불량	없음	120여개

상기의 표 1과 표 2에서 보듯이, 종래의 예에 속하는 실험(5), 실험(6), 실험(7)의 용접지지구는, 버티컬-업 용접자세에서, 스패터와 슬래그가 백-비드에 많이 달라붙었으며, 백-비드의 형상도 파형이고, 특히 백-비드의 높이도 적정 수준인 3㎜를 훨씬 초과하는 것을 알 수 있었다.

반면, 본 발명의 조성에 따른 실험(1)∼실험(4)에서는, 스패터와 슬래그가 백-비드에 거의 달라붙지 않았으며, 백-비드의 외관, 모양, 높이도 적정하였다.

게다가, 슬래그의 박리성이 탁월하여, 용접능률이 최대화되는 것을 알 수 있었다.

상술한 본 발명의 작용 및 그에 따른 이점에 관하여 좀 더 설명을 하자면 다음과 같다.

즉, 종래의 순수한 코젤라이트계 물질(Al₂O₃-SiO₂-MgO)로 만든 용접지지구는, 1.4㎜ 이상의 플럭스들이 용접 와이어에 210A이상의 고전류를 흘려 두께 15㎜ 이상의 강판을 CO2 가스 분위기에서 용접하는 경우, 받침 플럭스의 용융점이 낮아, 용접 와이어에서 유래한 용융 플럭스와 받침 플럭스에서 유래한 용융 플럭스가 합쳐질 경우, 전체적으로 용융 플럭스의 양이 너무 많아지는 경향이 있었다.

이러한 이유로 인해, 버티컬-업 자세로 용접을 실시하게 되면, 개선(開先) 밖으로 용융 플럭스가 넘쳐서 흘러 내리게 된다.

또한, 고전압·고전류로 용접할 때 발생되는 스패터가 용융 플럭스에 잠긴 상태로 부유하기 때문에, 용접열이 용융 플럭스에 가해지더라도, 스패터 전부를 녹여주지는 못하여, 슬래그와 함께 백-비드에 덕지덕지 달라붙게 되었다.

특히, 슬래그와 스패터가 뒤범벅된 채, 백-비드에 달라붙어서 응고되면, 백-비드의 외관이 매끄럽지 못할 뿐아니라 그 높이도 일정치가 않으므로 그라인더로서 재수정 연마작업을 해주어야 하는 단점이 있게 된다.

이러한 이유 때문에, 편면 용접에서 용접지지구를 사용하는 취지가 무색하게 되었을 뿐아니라, 오히려 비능률적이라는 문제가 제기되었다.

그러나, 본 발명의 용접지지구에 의하면, 받침 플럭스의 내화성이 우수하기 때문에, φ1.4㎜이상의 용접 와이어에 고전압을 가하여 용접을 할 경우, 상기 용접 와이어에서 유래한 용융 플럭스가 개선 내에 용접되어 가면서 일정한 두께의 슬래그를 백-비드에 형성시켜 주게 되며, 특히 스패터가 받침 플럭스에 달라붙어 있어도 용접열에 의해 쉽게 녹아버리므로 종래처럼 백-비드에 달라붙는 일이 없다. 이는 용융 플럭스의 양이 적절하여 용접열로서 스패터를 녹이는데 간섭을 받지 않기 때문이다.

이와 같이, 받침 플럭스에 달라붙어 있는 스패터를 고온의 용접열로 즉시 녹여 주면서 용접을 실시하게 됨으로, 깨끗한 백-비드를 얻을 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 용접지지구는, 플럭스들이 용접 와이어(flux cored wire electrode)를 이용하여 편면 용접을 할 때, 용접자세(예를 들면, 아래보기, 버티컬-업, 수평)에 상관없이, 용접을 고효율로 실시할 수 있으며, 모재 이면에 균일한 높이와 품질로 백-비드를 형성할 수가 있었다.

특히, 상호 대향시켜 둔 모재 사이의 개선(開先)을 통해 용융 플럭스가 흘러 넘치는 일이 없었으며, 고전압·고전류로 용접을 하더라도 스패터(spatter)가 백-비드에 부착되는 경우가 적었다.

Claims

양측이 이형지(4)로 덮여 있고 중앙은 그대로 노출되어 있는 접착테이프(5)상에, 오목한 홈 형태의 슬래그 포켓(6)이 상면 중앙에 요설된 받침 플럭스(2)를 배설하여 구성되는 용접지지구에 있어서,

상기 받침 플럭스(2)는 그 융점이 1500∼1850℃가 되도록,

Al₂O₃: 38∼75 중량,

SiO₂: 20∼48 중량,

MgO : 10 중량이하,

기타 불순물(Fe₂O₃, CaO, Na₂O, K₂O)

로 조성한 것을 특징으로 하는 용접지지구.