KR100322369B1

KR100322369B1 - 용접용 와이어 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100322369B1
Application number: KR1019990023218A
Authority: KR
Inventors: 정정호; 김우열; 김보국; 노경도
Original assignee: 현대종합금속 주식회사
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2002-12-06
Also published as: KR20010003071A

Abstract

본 발명은 용접용 와이어 및 그 제조방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 구리도금하지 않은 용접용 와이어 표면에 부착된 윤활제에 일정량의 구리분말이 함유되도록 함으로서, 송급성 및 통전성이 향상된 용접와이어을 제공하고자 하는데 있으며, 또한 그 제조방법을 제공하고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 용접용 와이어의 표면에 Cu분말이 상기 와이어의 중량에 대해 3 ×10^-5∼1 ×10^-2wt%의 범위로 함유되도록 하는 용접용와이어 및 그 와이어의 제조방법에 관한 것을 요지로 한다.

Description

용접용 와이어 및 그 제조방법{A Welding Wire and Method for Manufacturing It}

본 발명은 아아크 용접에 사용되는 용접용 와이어 및 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면에 구리(Cu)분말이 부착되어 아아크 안정성 향상 및 송급저항을 감소시키는 용접용 와이어 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래의 용접용 와이어는 표면에 화학반응 또는 전해반응으로 구리가 도금되어 있는 것이 일반적이다. 이러한 용접용 와이어는 0.6mm에서 2.0mm까지의 직경으로, 플라스틱 보빈 또는 원통형 용기에 수납되어 있어, 10cm/분 에서 200cm/분 까지의 속도로 120A에서 500A까지 광범위한 용접전류를 용접용 팁으로 부터 용접용 와이어에 통전시켜 용접용 와이어와 피용접부를 녹여서 붙이는 방법이 일반적이다. 전류공급부인 용접용 팁은 구리 또는 그 합금으로 이루어져 있어, 구리도금된 용접용 와이어는 전류의 통전성, 용접용 와이어의 송급성을 향상시키는데 유효하다고 알려져 있다.

특히, 최근에 작업능률 향상의 관점에서 용접의 자동화, 고속화가 이루어지고 있으며 장시간 연속용접으로 고능률을 필요로 하게 되어 용접용 와이어의 송급성, 전류공급부와 와이어간의 통전성 및 용접용 팁의 마모특성이 중요시 되고 있다.

그러나, 구리도금을 시행한 용접용 와이어에 있어서도 송급성의 불안정에 문제점이계속 지적되고, 이것이 원인이 되어 용접 아아크의 불안정과 스패터 증가의 문제점이 근본적으로 해결되지 않은 것이 지적되어 왔다. 이것은 용접용 와이어의 제조공정중 신선작업시 신선성을 향상시키기 위하여 용접용 와이어의 성분과 신선속도에 따라 연화온도(softening point)가 서로 다른 칼슘, 나트륨, 아연, 알루미늄, 리튬 등이 함유된 금속비누계 신선용 윤활제를 사용하여 왔으며, 구리도금 전 구리의 도금밀착성을 향상시키기 위하여 신선가공후 잔존하는 신선용 윤활제를 제거한 후 화학반응 또는 전해반응으로 구리를 도금하는 것이 일반적이었다. 그런데, 도금하는 과정중 잔존하는 신선용 윤활제가 완전히 제거되지 않아, 신선용 윤활제중의 금속비누가 구리도금을 방해하는 인자로 작용하므로 불균질한 구리도금으로 진행된다. 따라서, 용접작업중 콘듀이트 튜브내의 스프링 라이너와 용접용 와이어와의 마찰로 용접용 와이어 표면의 불균질한 구리도금이 박리되고 용접용 와이어의 철표면이 노출되어 안정한 통전성을 유지할 수 없으며, 박리된 구리도금 가루가 콘듀이트 튜브내의 스프링 라이너와 용접용 팁에 축적되어 송급저항의 증가와 더불어 송급성 및 아아크 불안정의 원인이 되는 것으로 알려져 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 두꺼운 구리도금을 하거나 여러번 구리도금을 하는 것이 고려될 수 있으나, 이러한 경우에는 오히려 구리도금이 박리되기 쉽고 용접시에 구리 또는 구리산화물을 함유하는 유해가스가 많이 발생하여 용접작업자의 건강을 해치고, 용접금속중의 구리함량의 증가로 고온균열의 원인이 되거나, 용접작업시 고온에서 발생된 구리 산화물이 용접용 팁에 축적되어 아아크의 불안정과 단락으로 용접작업이 중단되는 문제가 발생되므로 대단히 바람직하지 못하며, 문제해결의 대책이 될 수 없었다.

또한, 콘듀이트 튜브내의 스프링 라이너와 구리도금한 용접용 와이어의 마찰을 감소시켜 구리도금의 박리를 방지하고자 용접용 와이어 표면에 방청유 또는 왁스 등을 도포하는 방법도 일반적으로 시행되고 알려져 있다. 그러나, 콘듀이트 튜브내의 스프링 라이너와 마찰을 감소시키는 효과는 다소 있으나 근본적으로 송급저항의 감소 및 통전성, 아아크의 안정성을 향상시키는데는 도움을 주지 못하고 있다. 반대로, 구리도금을 0.1㎛이하의 두께로 아주 얇게 하는 방법도 고려되고 있으나, 용접용 와이어의 철표면에 신선시 늘어난 입계의 틈으로 거칠고 불균질한 구리도금층이 생성되어 구리도금의 박리가 쉽게 일어나고, 철표면과 구리도금층의 전위차에 의한 방청성의 문제도 지적되고 있다.

이러한 여러 가지 문제점을 고려하건데, 구리도금이 존재하는 자체가 문제가 될 수 있다. 따라서, 구리도금한 용접용 와이어 대신에 구리도금의 장점을 고려한 적절한 표면처리가 필요 불가결하게 된다. 그러므로, 구리도금이 되어 있지 않으면서도 제성능을 만족하는 적절한 표면처리를 시행하는 것이 필수적이다.

구리도금이 되어 있지 않은 용접용 와이어에 관해서는 일본국 특공소55-128395호, 특공소53-6247호, 특공소53-3940호, 특개소49-91950호 등이 제안되어 있다.

이와 같은 종래기술에 있어서는 구리도금을 하지 않고 용접용 와이어 표면에 이황화 몰리브덴, 그라파이트, 윤활제 등을 적당량 부착시켜 송급성을 향상시키려 하고 있다. 특히 일본국 특개평6-262389호에서는 용접용 와이어 표면에 유기 몰리브덴을 도포한 용접용 와이어가 개시되어 있다. 그러나, 이러한 것들은 일반적인 신선용 윤활제 또는 윤활유에 함유된 것들이 대부분이며 구리도금을 하지 않고, 이들을 도포하는 적절한 표면처리로 송급성능 측면에서 미소한 효과를 얻을 수 있었다. 또한, 통전성 및 아아크의 안정성은 효과를 거둘 수 없었을 뿐만 아니라, 특히 이황화 몰리브덴(MoS₂)은 용접작업시 약400-600℃범위에서 MoS₃의 산화물을 형성하며, 약800℃이상에서는 구리도금된 용접용 와이어와 같이 승화현상을 나타내었다. 그리고, 고온에서 승화된 이황화 몰리브덴은 공기중의 수분과 반응하여 황산(H₂SO₄)을 형성하므로 전류공급부인 용접용 팁을 부식시켜 용접용 팁의 마모현상이 현저히 크게 나타나므로 장시간 용접작업시 아아크가 불안정하게 된다.

또한, 통전성면에서 구리도금이 없기 때문에 오히려 전류공급부의 용접용 팁과 용접용 와이어간의 통전저항이 증가하고, 스패터 및 송급저항이 증가하여 아아크가 불안정한 것으로 나타나 그 효과가 인정되지 않고 있다.

이에 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적하는 바는 구리도금하지 않은 용접용 와이어 표면에 부착된 윤활제에 일정량의 구리분말이 함유되도록 함으로서, 송급성 및 통전성이 향상된 용접와이어를 제공하고자 하는데 있으며, 또한, 구리도금하지 않은 용접용 와이어 표면에 이황화 몰리브덴, 그라파이트, 방청제 등이 함유된 신선용 윤활제에 구리분말을 혼합하여 도포함으로서, 송급저항의 감소 및 통전성 향상에 따른 아아크 안정성을 갖음과 동시에 방청성을 만족하는 용접용와이어의 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 용접작업의 일례를 보이는 모식도

도 2는 송급성을 측정한 그래프

도 3은 Cu부착량에 따른 송급모터의 부하전류를 보이는 그래프

도 4는 Cu부착량에 따른 송급저항편차를 보이는 그래프

도 5는 Cu부착량에 따른 흄 발생량을 보이는 그래프

도 6은 용접용 팁의 마모상태를 보이는 사진

도 7은 용접용 팁의 마모상태를 마모율로 계산하기 위한 분할선을 표시한 사진

*도면의 주요분분에 대한 부호의 설명*

1...용접재 2...용접용 로봇

3...콘듀이트 튜브 4...송급장치

5...송급롤러 6...용접용 와이어

7...직경 500mm로 1회전한 구조 8...용접용 토치(수냉식)

9...용접전압(×1V) 10...용접전류(×1000A)

11...송급모터의 부하전류(×10A)

본 발명자들은 용접용 와이어 표면에 적당량의 Cu가 분말상으로 균일하게 존재하고 있을 때에는 송급저항이 감소하여 양호한 송급성을 보이고, 또한 팁-와이어간의 통전 안정성이 확보됨에 따라 아아크의 안정화가 달성된다는 것을 알아내었으며, 또한, 용접와이어의 신선시 신선용 윤활제가 와이어 표면에 묻어 신선용 다이스를 통과할 때 강하게 압착된다는 것을 알아내었다. 이같은 사실에 착안하여 Cu분말을 포함한 신선용 윤활제를 압착하여 부착시켰는데, 일반적으로 용접용 와이어 표면은 신선시 늘어난 입계조직의 수 많은 요철이 형성되어 있기 때문에, Cu분말을 함유한 신선용 윤활제를 압착하여 강제 부착시키는데 매우 효과적이었다.

상기한 바와 같은 관점으로부터 출발한 본 발명은 표면에 윤활제가 부착되어 있으며 구리도금하지 않은 용접용 와이어에 있어서, 상기 와이어 표면에 부착된 윤활제에, Cu분말이 상기 와이어의 중량에 대해 3 ×10^-5∼1 ×10^-2wt%의 범위로 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 용접용 와이어에 관한 것이며,

또한, 본 발명은 금속비누계 윤활제를 이용하여 와이어로 신선한 다음; Cu분말이 함유되고, 이황화 몰리브덴과 그라파이트를 주성분으로 하는 윤활제를 이용하여 상기 와이어의 중량에 대하여 Cu분말이 3 ×10^-5∼1 ×10^-2wt%의 함량으로 와이어 표면에 부착되도록 하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접용 와이어 제조방법에 관한 것이며,

또한, 본 발명은 금속비누계 윤활제를 이용하여 와이어로 신선한 다음; 알칼리계 윤활제를 이용하여 재차 신선한 후; Cu분말이 함유되고, 이황화 몰리브덴과 그라파이트를 주성분으로하는 윤활제를 이용하여 상기 와이어의 중량에 대하여 Cu분말이 3 ×10^-5∼1 ×10^-2wt%의 함량으로 와이어 표면에 부착되도록 하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접용 와이어의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서는 Cu분말이 용접용 와이어의 표면에, 와이어의 중량에 대해 3 ×10^-5∼1 ×10^-2wt%의 비율로 부착되도록 한다.

상기 Cu분말의 부착비율이 3 ×10^-5wt%보다 작으면, Cu분말을 부착시킴으로서 얻어지는 효과 즉, 아아크 안정성 향상 및 송급저항 감소에 대한 효과를 얻을 수 없으며, 1 ×10^-2wt%보다 많으면, 송급시 콘듀이트 튜브내의 스프링 라이너에 Cu 분말이 축적되어 송급을 방해하는 인자로 작용하고, Cu가 두껍게 도금된 경우는 용접용 와이어의 도금피막에 의해 유연성을 잃게 되어, 송급의 안정성을 확보하기가 어렵기 때문에, Cu의 부착량을 와이어의 중량에 대해 3 ×10^-5∼1 ×10^-2wt%의 비율로 하는 것이다.

또한, 본 발명에서 적용하는 Cu분말은 그 입자크기가 38-63㎛인 것이 바람직한데, 이는 보다 우수한 송급성 및 통전성을 얻기 위해서이다.

또한, 본 발명에 의해 제공되는 용접용 와이어는 표면의 pH가 7.0-12.0인 것이 바람직한데, 그 이유는 와이어의 표면이 산성인 경우, 방청성이 불량하기 때문이다. 즉, 본 발명에서는 와이어의 표면을 중성 또는 알칼리성으로 유지하는 것이 방청성면에서 유리하다.

한편, 본 발명에서는 금속비누계 윤활제를 이용하여 신선하는 과정을 거치고, 알칼리계 윤활제를 이용하여 신선하는 과정을 필요에 따라 선택적으로 거친 후, 이황화 몰리브덴과 그라파이트를 주성분으로 하는 윤활제를 이용하여, Cu분말이 와이어 표면에 부착되도록 하는 방법을 제공한다.

상기 이황화 몰리브덴과 그라파이트를 주성분으로 하는 윤활제는 이황화 몰리브덴이 5-13wt%, 그라파이트가 5-15wt% 함유된 칼슘스테아린산계 윤활제인 것이 바람직하다. 상기 칼슘스테아린산계 윤활제는 와이어의 신선성 향상과 강한 산성을 나타내는 MoS₂의 부착량 제어에 유리하고, 이황화 몰리브덴과 그라파이트가 각각 5-13wt%와 5-15wt%의 함량으로 함유되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 이황화 몰리브덴과 그라파이트를 주성분으로 하는 윤활제 중에는 1∼5%의 알카리계 방청제가 함유되어 있는 것을 사용하는 것이, 와이어 표면의 pH를 알칼리성으로 하는데 유리하다.

이때, 상기 알칼리계 방청제는 알칼리계 기화성 부식억제제를 사용할 수도 있다.

또한, 상기 이황화몰리브덴은 최종적으로 얻어지는 상기 와이어의 표면에, 와이어의 중량에 대하여, 5 ×10^-5∼5 ×10^-3wt%의 함량으로 부착되는 것이 바람직한데, 그 부착량이 5 ×10^-5wt%보다 적으면 첨가효과가 너무 미미하고, 5 ×10^-3wt% 보다 많으면 콘듀이트 튜브내의 스프링 라이너에 축적되어 송급을 방해하는 문제가 발생하기 때문이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예

일반적인 탄소강용 용접와이어를 제조함에 있어, 먼저, 금속비누계 윤활제를 이용하여 와이어로 신선(일부는 알칼리계 윤활제를 이용하여 재차 신선함)한 다음, Cu분말이 함유된 여러종류의 윤활제를 이용하여, Cu분말이 부착되도록 하여 용접용와이어를 얻었다.

얻어진 와이어의 여러 가지 특성 및 물성치를 측정하였는데, 다음에서는 ①Cu, MoS₂부착량의 측정, ②연속용접성과 용접시 용접용 팁의 평균마모율(δ%)의 조사, ③방청성 조사, ④흄(fume)발생량(mg/min)의 조사로 구분하여, 그 측정방법과 측정결과를 나타내었다. 또한, 그 측정결과를 비교하기 위해, 하기 표1에 나타내었다.

(Cu, MoS₂부착량의 측정)

Cu 및 MoS₂의 부착량를 측정하는 방법은 다음과 같다.

즉, ①우선 용접용 와이어에서 길이가 3cm의 시험편을 여러개 잘라내어 총무게가 50g이 되도록 하여 100ml의 비이커에 옮긴다.

②클로로 포름을 용매로 하여 30ml를 정량한 후 시험편이 있는 비이커에 옮겨 붓고 5분동안 초음파 세척한다.

③초음파 세척된 용액을 다른 비어커에 옮겨 붓는다.

④상기 ②③의 작업을 2회 반복한다.

⑤클로로 포름 30ml를 다시 정량하여 시험편이 있는 비이커에 옮겨 붓고 세척한 후 초음파 세척된 용액의 비이커에 옮긴다.

⑥상기 ⑤의 작업을 2회 반복한다.

⑦100g의 왕수{HCl(36wt%)25.6g + HNO₃(60wt%)74.4g}를 제조하여 세척된 용액이 있는 비이커에 넣고 끓인후 냉각시킨다.

⑧이 용액중의 Cu와 Mo농도를 유도결합 플라즈마(ICP)법에 의해 측정하였다.

⑨측정에 의해 얻은 Cu와 Mo농도를 용접용 와이어의 중량비로 환산하여 Cu(wt%)와 MoS₂(wt%)를 산출하였다.

이와 같은 방법에 의해 산출된 Cu값은 하기 표1에 나타내었다.또한, 하기표 1의 Cu부착량(wt%)에서 발명예(1-12) 및 비교예(1-11)는 도금이 되어 있지 않은 용접용 와이어 표면에 Cu분말이 부착된 것으로, 상기의 방법으로 Cu부착량을 산출하였으며, 비교예(12) 및 종래예(1-7)는 구리도금이 이루어진 용접용 와이어의 도금층을 암모니아수로 용해하여 Cu부착량(wt%)을 산출하였다.(연속용접성과 용접시 용접용 팁의 평균마모율(δ%)의 조사)

도 1과 같은 용접장치를 준비하였으며, 이와 같은 용접장치는 송급장치(4)에 용접용 와이어(6)을 장착하고, 송급롤러(5)에 의해 콘듀이트 튜브(3)로 용접용 와이어가 이송되면서 용접용 토치(8)의 팁을 통과함으로서 용접재(1)에 용접이 된다. 이때, 콘듀이트 튜브(3)가 직경 500mm(7)로 감겨져 있어 용접용 와이어 송급시 송급롤러(5)를 회전시키는 송급모터의 부하전류(A)가 증가한다.

도 1과 같은 방법으로 15분, 60분 동안 연속용접하여, 각각의 용접성을 ◎>○>△>×와 같은 순으로 평가하여 하기 표1에 보이고, 또한 용접전류(×1000A)(10) 및 용접전압(×1V)(9)의 변동과 송급모터의 부하전류(×10A)(11)를 디지탈 오실로그래픽 레코더(Digital Oscillographic Recorder)로 측정하고, 얻어진 송급모터의 부하전류와, 송급저항편차를 계산하여 그 결과를 하기 표1에 나타내었다. 특히, 하기표1에서 발명예1에 대한 오실로그래픽 레코더의 결과치를 도 2에 나타내었다.

또한, 연속용접시 용접용 팁의 평균마모율(δ%)도 동시에 측정하고 변화율을 하기표1에 나타내었다. 이때, 용접후 팁의 평균마모율(δ%)을 측정하기 위해 도 6과 같은 마모부위의 종단면을 10배율로 확대하여, 도 7과 같이 마이크로 스케일로 마모된 팁의 내경을 측정하고 하기식 1로 부터 평균마모율(δ%)을 산출하였다. 도 6 및 도 7에서 (a)는 종례품이며 (b)는 본 발명에 의한 것이다.

(여기서, δ: 연속용접시 용접용 팁의 평균마모율(%),

Φ_a: 용접전 용접용 팁의 초기내경(mm),

Φ_b: 용접후 용접용 팁의 나중내경(mm),

n: 용접용 팁의 내경을 등분한 횟수)

이와같은 측정으로 용접용 와이어를 금속비누계 신선용 윤활제로 신선후 알카리계 윤활제로 재차 신선하고 이황화 몰리브덴, 그라파이트계 윤활제에 Cu분말과 알카리계 방청제를 혼합하여 용접용 와이어에 강하게 압착하여 도포하므로서, 용접용 와이어 표면에 MoS₂가 5 ×10^-5(wt%)에서 5 ×10^-3(wt%)으로 부착되어 있고, Cu가 3 ×10^-5(wt%)에서 1 ×10^-2(wt%)으로 부착되어 있어 용접작업시 송급모터의 부하전류가 0.3A∼1.5A로 송급저항이 감소하였다. 도 3은 Cu부착량(wt%)에 따른 송급모터의 부하전류(×10A)관계를 도시한 그래프이다. 횡축은 Cu의 부착량을 중량비(wt%)로 나타내고, 종축은 도 2에서의 송급모터 부하전류(×10A)를 나타내었다.

도 3에서 알 수 있는 바와같이, 도금이 시행되어 있지 않은 용접용 와이어에 구리분말이 적량존재하는 경우, 송급모터의 부하전류(×10A)는 극히 작다. 송급모터의 부하전류(×10A)가 높은 경우는 구리가 도금되어 Cu의 부착량(wt%)이 높은 경우이며, Cu의 부착량(wt%)이 전혀 없거나, 극히 적은 경우이다. 이는 하기 표1로 부터도 알 수 있었다. Cu의 분말 부착량(wt%)이 높으면 송급시 콘듀이트 튜브내의 스프링 라이너에서 Cu의 분말이 축적되어 송급을 방해하는 인자로 작용하고, Cu가 두껍게 도금된 경우는 용접용 와이어의 도금피막에 의해 유연성을 잃게 되므로, 도 1의 복잡한 용접조건에서는 송급의 안정성을 확보하기가 어렵다. 또한, MoS₂의 부착유무에 따라 송급모터의 부하전류(×10A)는 미소한 차이가 있으나, 용접전 와이어 송급시 송급모터의 부하전류(A)와 용접시 송급모터의 부하전류(A)의 편차인 송급저항편차(ΔC)는 크게 감소한다.

이는 MoS₂가 송급시 콘듀이트 튜브내의 스프링 라이너와 용접용 와이어간의 윤활작용을 도와주는 역할을 하고, MoS₂의 Mo는 용접시 고온의 아아크 기둥속에서 활성화된 아아크 에너지를 감소한다. MoS₂의 S₂는 그라파이트계 윤활제의 C성분과 함께 높은 이온화 전위를 가지고 있는 표면활성화 원소로 용접시 용융금속의 표면장력을 감소시켜 아아크 온도가 상승되므로 스패터 발생감소에는 다소 효과가 있으나, 고온증기의 양이 증가되므로 장시간 연속용접시 용접용 팁의 과열로 아아크 단락이 발생한다.

그러나, 용접용 와이어 표면에 C, S가 미량으로 존재하며 Mo가 활성화된 에너지를 감소시켜 아아크 전류(A) 및 전압(V)의 변동폭이 감소함에 따라 아아크 단락을 방지하고 안정화한다.

다음은 용접전 와이어 송급시 송급모터의 부하전류(A)와 용접시 송급모터의 부하전류(A)의 편차인 송급저항편차(ΔC)에 대한 관계이다.

ΔC(A) = Csf(A) - Cnf(A)

(여기서, ΔC:송급저항편차(A),

C_sf:용접시 송급모터의 부하전류(A)),

C_nf:용접전 와이어 송급시 송급모터의 부하전류(A)

도 1의 인위적인 까다로운 송급조건을 연출하여 자동화, 고속화되고 있는 복잡한 구조물에 장시간 연속용접시 상기식 2에서 C_sf(A)와 ΔC(A)값이 낮아야만 가능하다는 것은 하기 표1로 부터 분명하다. 장시간 연속용접시 용접팁의 평균마모율(δ%) 역시 15% 이내로 향상되었다. 이는 하기표1의 용접팁의 평균마모율(δ%)이 증가할 때 용접용 와이어와 용접용 팁간의 불안정한 통전성으로 용접전류(×1000A)(10)와 용접전압(×1V)(9)의 변동폭이 커짐에 따라 용접 아아크도 불안정하게 되어 장시간 연속용접이 어려워 진다. 따라서, 하기 표1의 결과로 부터 용접팁의 평균마모율(δ%)을 15% 이내로 한정하는 것이 바람직하다.

근본적으로 연속용접성과 용접용 팁의 마모율(δ%)은 Cu와 MoS₂의 부착량에 따라 큰 차이가 있는 것이 명백함으로, 하기 표1로 부터 Cu의 부착량을 3 ×10^-5(wt%)에서 1 ×10^-2(wt%)로 한정하고, MoS₂의 부착량은 부착 유무에 따라 연속용접성을 조사하였으나, 그 양이 많을 경우 콘듀이트 튜브내의 스프링 라이너에 축적되어 송급을 방해하며, 적을 경우 MoS₂부착 본연의 목적을 달성할 수 없으므로 MoS₂의 부착량을 5 ×10^-5(wt%)에서 5 ×10^-3(wt%)으로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 송급모터의 부하전류가 높거나, 송급저항 편차인 ΔC가 클 경우 안정적인 용접 아아크성과 연속용접성을 기대할 수 없게 되므로 송급모터의 부하전류(11)는 0.3A에서 1.5A로, ΔC(A)는 0.5A이하로 한다.

(흄(fume)발생량(mg/min)의 조사)

흄발생량(mg/min)은 JIS Z 3930에 따라 측정했고 Cu부착량에 따라 포집하였다. 용접작업시 고온의 아아크 분위기에서 고온증기의 양은 Cu의 승화현상에 비례한다. 이는 C와 함께 Cu의 양이 증가될수록 고온증기의 양이 증가되므로 이들 성분은 스스로가 흄증대를 도와준다. 따라서, Cu부착량의 제어로 고온증기를 감소시켜, 흄발생량이 160(mg/min)∼ 250(mg/min)으로 감소되었다.

하기 표1에 측정결과를 나타내고 도 5에 Cu부착량에 따른 흄 발생량(mg/min)의 관계를 도식화 하였다. 흄은 인체에 유해한 성분임은 틀림없는 사실이며, Cu부착량 증가에 따른 고온증기로 승화된 흄은 연속 용접시 용접용 팁에 증착되고 이들 Cu증기 및 그 산화물이 계속 누적됨에 따라 장시간 용접시 아아크가 불안정해 진다. 따라서, 용접용 와이어에 Cu부착량을 제한함과 동시에 흄발생량도 도 5의 용접조건에서 160-250mg/min이 바람직하다.

(방청성 조사)

얻어진 용접용 와이어를 50℃-80RH-72HR과 같은 항온항습 조건으로 방치하고, 또한, 15일간 대기에서 방치한 후, 방청성을 조사하여 그 결과를 ◎>○>△>×와 같은 순으로 평가하여 하기 표1에 나타내었다.

본 발명의 용접용와이어는 도금하지 않은 와이어표면에 이황화 몰리브덴, 그라파이트계 윤활제에 구리분말과 방청제를 적량 혼합하여 압착 부착되어 있는 것이 특징이므로 상온에서 대단히 불안정하여 공기중의 수분과 반응하여 녹발생이 유도될 수도 있다. 특히, MoS₂의 유황성분이 용접용 와이어표면을 산화시키는데 도움을 준다.

따라서, 본 발명에서는 용접용 와이어를 금속비누계 신선용 윤활제로 신선후 알칼리계 윤활제로 재차 신선하여 이황화 몰리브덴, 그라파이트계 윤활제에 구리분말과 방청제를 적량 혼합하여 압착 부착함으로서 용접용 와이어 표면을 알칼리화하여 상온에서 불활태 또는 부동태화시켰다. 용접용 와이어의 철 및 구리성분은 알칼리 상태에서 불활태 또는 부동태화되어 산화, 부식을 방지 또는 억제할 수 있다.

다음은 본 발명의 용접용 와이어의 표면을 pH-meter로 pH를 측정하여 알칼리성을 확인하였다.

①용접용 와이어에서 길이가 3cm인 시험편을 여러개 잘라내어 총무게가 50g이 되도록 하여 100ml의 비이커에 옮긴다.

②증류수를 용매로 하여 시험편이 있는 비이커에 채워 붓고 3분간 끓인다.

③상온으로 냉각후 pH-meter로 pH를 측정한다.

측정된 용접용 와이어 표면의 pH는 하기 표1에 나타내었다. 이들을 각각 항온항습 및 대기중 방치시험으로 녹발생 유무와 정도를 조사하였다. 이때, pH 7.0 - pH12.0의 알칼리에서 우수한 방청효과를 얻을 수 있었다. 따라서, 용접용 와이어 표면의 pH를 7.0 - 12.0으로하여 장기간 유통이나 사용할 때 우수한 방청성을 유지할 수 있는 것이다.

	Cu부착량(wt%)	MoS₂부착유무	송급모터의부하전류(×10A)	ΔC(A)	흄발생량(mg/min)	pH	방청성	연속용접성	δ(%)
	Cu부착량(wt%)	MoS₂부착유무	송급모터의부하전류(×10A)	ΔC(A)	흄발생량(mg/min)	pH	항온항습	대기방치	δ(%)	15분	60분
비교예1	-	유	0.15	0.67	232	6.5	×	×	◎	×	43.2
비교예2	1.1×10^-5	유	0.15	0.70	221	10.0	◎	◎	◎	△	28.5
비교예3	1.5×10^-5	무	0.14	0.60	196	8.5	○	◎	○	○	32.1
비교예4	2.1×10^-5	유	0.14	0.57	227	7.0	×	△	○	△	18.8
발명예1	4.9×10^-5	유	0.12	0.43	219	8.6	◎	◎	◎	○	9.4
발명예2	5.7×10^-5	유	0.08	0.30	194	8.8	◎	◎	◎	○	10.1
발명예3	6.4×10^-5	유	0.09	0.30	193	9.2	◎	◎	◎	◎	4.5
발명예4	7.3×10^-5	유	0.09	0.40	224	8.4	◎	◎	◎	○	3.6
발명예5	8.6×10^-5	유	0.08	0.33	204	8.7	◎	○	◎	◎	2.6
비교예5	9.7×10^-5	무	0.12	0.57	224	8.9	◎	◎	◎	○	9.6
발명예6	1.4×10^-4	유	0.09	0.37	236	9.4	◎	◎	◎	◎	5.7
발명예7	2.5×10^-4	유	0.11	0.43	253	8.5	◎	◎	○	○	8.2
발명예8	4.0×10^-4	유	0.12	0.40	249	8.4	○	◎	○	△	9.9
발명예9	6.3×10^-4	유	0.12	0.47	231	8.0	○	○	◎	○	7.6
발명예10	9.3×10^-4	유	0.10	0.30	254	8.7	◎	◎	◎	◎	2.9
발명예11	2.1×10^-3	유	0.11	0.43	249	10.5	◎	◎	◎	○	8.2
발명예12	5.5×10^-3	유	0.12	0.47	275	4.5	×	×	○	○	9.3
비교예6	1.2×10^-2	무	0.14	0.63	242	5.8	×	×	○	△	16.4
비교예7	1.9×10^-2	무	0.13	0.60	261	12.0	△	○	△	△	12.8
비교예8	3.9×10^-2	무	0.15	0.70	259	8.5	◎	◎	△	△	17.1
비교예9	5.8×10^-2	유	0.12	0.43	242	11.8	△	○	◎	◎	8.8
비교예10	7.7×10^-2	무	0.18	0.87	258	6.6	×	△	△	×	14.7
비교예11	9.6×10^-2	무	0.16	0.63	243	9.1	◎	◎	◎	△	9.5
종래예1	1.2×10^-1	무	0.16	0.80	257	7.2	×	△	△	×	18.3
종래예2	1.3×10^-1	무	0.17	0.87	261	7.5	△	○	○	△	5.7
종래예3	1.5×10^-1	무	0.20	1.00	267	6.6	△	△	×	×	-
종래예4	1.7×10^-1	무	0.19	0.97	267	7.8	△	○	△	×	13.8
종래예5	1.9×10^-1	무	0.18	0.90	273	8.1	○	◎	○	×	7.6
종래예6	2.1×10^-1	무	0.19	0.97	282	7.6	◎	◎	○	×	10.8
종래예7	2.3×10^-1	무	0.20	0.97	294	7.4	○	○	△	×	6.9
비교예12	3.5×10^-1	무	0.21	1.10	310	4.5	×	△	×	×	-

상기 표1에서 알 수 있는 바와같이, Cu의 부착량이 본 발명의 조건을 만족하고,MoS₂가 부착된 용접와이어인 발명예(1-12)는 송급모터의 부하전류, 송급저항 편차(ΔC), 흄발생량 등이 우수하였다. 그리고, 방청성이나 연속용접성, 용접팁의 평균마모율(δ) 등에 있어서도 전반적으로 우수하였는데, 발명예 (12)의 경우에는 pH가 4.5를 보여 방청성 측면에서는 조금 부족하였다. 이는, 제조시 알카리계 방청제의 사용이 조금 부족하여 MoS₂의 강한 산성을 중화시키지 못하였음을 의미하나, 그 외의 조건들은 본발명을 만족 하였다.

상술한 바와같이, 본 발명에 의하면, 구리도금하지 않은 용접용 와이어 표면에 부착된 윤활제에 일정량의 구리분말이 함유되도록 함으로서, 용접시 용접와이어의 송급성이 보다 우수해지고, 또한 통전성이 향상되어 우수한 용접제품을 얻을 수 있는 효과가 제공된다. 또한, 본 발명에 의한 용접와이어는 아아크 용접용 솔리드 와이어 및 플럭스 코어드 와이어에 적용할 수 있다.

Claims

표면에 윤활제가 부착되어 있으며 구리도금하지 않은 용접용 와이어에 있어서,

상기 와이어 표면에 부착된 윤활제가 이황화 몰리브덴이 5-13wt%, 그라파이트가 5-15wt% 함유된 칼슘스테아린산계 윤활제이고, 이 윤활제에 Cu분말이 함유되어 상기 와이어의 총 중량에 대해 3×10^-5∼1×10^-2wt%의 범위로 부착되고 이황화몰리브덴이 5 ×10^-5∼5 ×10^-3wt%의 함량으로 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 용접용 와이어.
제 1 항에 있어서,

상기 와이어의 표면 pH가 7.0-12.0인 것을 특징으로 하는 용접용 와이어.
제 1 항에 있어서,

상기 와이어는 연속용접작업시, 용접용 팁의 마모가, 하기식 1과 같은 계산방식에 의해 계산된 평균마모율(δ)로서 15% 이내로 유지되는 것임을 특징으로 하는 용접용 와이어.

[수학식 1]

(여기서, δ: 연속용접시 용접용 팁의 평균마모율(%),

Φ_a: 용접전 용접용 팁의 초기내경(mm),

Φ_b: 용접후 용접용 팁의 나중내경(mm),

n: 용접용 팁의 내경을 등분한 횟수)
금속비누계 윤활제를 이용하여 와이어로 신선한 다음,

Cu분말이 함유되고, 이황화 몰리브덴이 5-13wt%, 그라파이트가 5-15wt% 함유된 칼슘스테아린산계 윤활제를 이용하여, Cu분말이 상기 와이어의 총 중량에 대해 3×10^-5∼1×10^-2wt%의 범위로 와이어의 표면에 부착되고 이황화몰리브덴이 5 ×10^-5∼5 ×10^-3wt%의 함량으로 와이어 표면에 부착되도록 하는 과정을 포함하는 용접용 와이어의 제조방법.
제 6 항에 있어서,

상기 와이어는 연속용접작업시, 용접용 팁의 마모가, 하기식 1과 같은 계산방식에 의해 계산된 평균마모율(δ)로서 15% 이내로 유지되는 것임을 특징으로 하는 용접용 와이어의 제조방법.

[수학식 1]

(여기서, δ: 연속용접시 용접용 팁의 평균마모율(%),

Φ_a: 용접전 용접용 팁의 초기내경(mm),

Φ_b: 용접후 용접용 팁의 나중내경(mm),

n: 용접용 팁의 내경을 등분한 횟수)
제 6 항 또는 제 13에 있어서,

최종적으로 얻어지는 상기 와이어의 표면 pH가 7.0-12.0인 것을 특징으로 하는 용접용 와이어의 제조방법.
금속비누계 윤활제를 이용하여 와이어로 신선한 다음,

알칼리계 윤활제를 이용하여 재차 신선한 후,

Cu분말이 함유되고, 이황화 몰리브덴이 5-13wt%, 그라파이트가 5-15wt% 함유된 칼슘스테아린산계 윤활제를 이용하여, Cu분말이 상기 와이어의 총 중량에 대해 3×10^-5∼1×10^-2wt%의 범위로 와이어의 표면에 부착되고 이황화몰리브덴이 5 ×10^-5∼5 ×10^-3wt%의 함량으로 와이어 표면에 부착되도록 하는 과정을 포함하는 용접용 와이어의 제조방법.
제 15 항에 있어서,

상기 와이어는 연속용접작업시, 용접용 팁의 마모가, 하기식 1과 같은 계산방식에 의해 계산된 평균마모율(δ)로서 15% 이내로 유지되는 것임을 특징으로 하는 용접용 와이어의 제조방법.

[수학식 1]

(여기서, δ: 연속용접시 용접용 팁의 마모율(%),

Φ_a: 용접전 용접용 팁의 초기내경(mm),

Φ_b: 용접후 용접용 팁의 나중내경(mm),

n: 용접용 팁의 내경을 등분한 횟수)
제 15 항 또는 제 23 항에 있어서,

최종적으로 얻어지는 상기 와이어의 표면 pH가 7.0-12.0인 것을 특징으로 하는 용접용 와이어의 제조방법.