KR100347292B1

KR100347292B1 - 편면 서브머지드 용접용 플럭스

Info

Publication number: KR100347292B1
Application number: KR1019990064394A
Authority: KR
Inventors: 이병원
Original assignee: 현대종합금속 주식회사
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 1999-12-29
Publication date: 2002-08-07
Also published as: KR20010061852A

Abstract

편면 서브머지드 용접용 플럭스가 제공된다.

본 발명의 편면 서브머지드 용접용 플럭스는, 중량%로 SiO₂5~10%, CaO 4~8%, MgO 20~30%, TiO₂6~10%, CaF₂10~18%, 철분 20~30%, 그리고 Fe-Si 2~5%, Si-Mn 3~8%, Fe-Ti 1~5% 및 B₂O₅1~5%로 이루어진 그룹중 선택된 1종이상의 성분의 합 5~10%, 잔여 불가피한 불순물을 포함하고; 중량%로 그 입경이 840㎛를 초과하는 입자가 10% 미만, 297~840㎛의 입자가 80%이상, 297㎛미만의 입자가 10%미만이며; 그리고 (CaF₂/CaO)로 정의되는 중량 조성비가 1.5~1.8;로 제어되어 있는 것이다.

본 발명의 편면 서브머지드 용접용 플럭스는 건전한 표면비드와 이면비드의 확보와 용접금속의 충격강도를 향상시킴에 유용하다.

Description

편면 서브머지드 용접용 플럭스{Flux for using one side submerged arc welding}

본 발명은 편면 서브머지드 용접용 플럭스에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 건전한 표면비드 및 이면비드를 얻을 수 있으며 저온 충격인성이 우수한 용접금속을 얻을 수 있는 편면 서브머지드 용접용 플럭스에 관한 것이다.

편면 서브머지드 용접은 일반적으로 고속용접이 곤란하다고 알려져 있다. 그리고, 이러한 편면 서브머지드 용접은 표면쪽에서 용접하여 이면비드까지 동시에 형성해야 하므로 그 용입형상이 세로로 깊어지는 문제가 있다. 아울러 고속의 용접속도에서는 용융 풀(pool)이 용접선방향으로 길어지게 되며, 이에따라 냉각속도 또한 빨라서 금속의 응고속도도 빨라진다는 문제가 있다. 특히, 편면 서브머지드 용접의 경우, 표면쪽 비드의 폭이 넓어지지 않고 형상이 불완전할뿐만 아니라 언더-컷(under cut)이 발생하기 쉽다는 문제가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 기술의 예들로써 일본 특개평3-328174등을 들 수 있다. 이러한 방법들은 모두 와이어의 선경, 와이어 경사각도, 전극수,전극간거리 및 전압등 실제 시공조건을 주 제어인자로 규정한 것으로서 상술한 문제점을 충분히 해결함에는 한계가 있었다.

상기 문제를 해결하기 위한 또다른 기술의 예로서 일본 특개평 6-277878이 있다. 상기 특허공보에서는 편면 서브머지드 용접에 따른 제반 문제점을 플럭스의 성분과 플럭스의 입도를 제어하므로써 해결함을 특징으로 한다. 상술하면, 상기 특허공보는, SiO₂,CaO,MgO,TiO₂,F 및 철분으로 이루어진 플럭스를 제시하고 있으며, 아울러 그 플럭스의 입도분포를 소정범위로 제한하므로써 양호한 비드외관을 확보할 수 있음을 제시하고 있다. 그러나 상기 방법 또한 건전한 비드외관을 충분히 확보함에는 한계가 있으며, 특히 용접금속의 충격강도가 좋지 않다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기 종래기술의 한계를 극복하기 위한 것으로, 플럭스의 조성과 그 입도분포뿐만 아니라 CaO에 대한 CaF₂의 조성비를 규정하므로써 건전한 표면비드와 이면비드를 신뢰성 있게 확보할 수 있을뿐만 아니라 용접금속의 충격강도를 향상시킬 수 있는 편면 서브머지드 용접용 플럭스를 제공함을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로 SiO₂5~10%, CaO 4~8%, MgO 20~30%, TiO₂6~10%, CaF₂10~18%, 철분 20~30%, 그리고 Fe-Si 2~5%, Si-Mn 3~8%, Fe-Ti 1~5% 및 B₂O₅1~5%로 이루어진 그룹중 선택된 1종이상의 성분의 합 5~10%, 잔여 불가피한 불순물을 포함하고; 중량%로 그 입경이 840㎛를 초과하는 입자가 10% 미만, 297~840㎛의 입자가 80%이상, 297㎛미만의 입자가 10%미만이며; 그리고 (CaF₂/CaO)로 정의되는 조성비가 1.5~1.8;로 제어됨;을 특징으로 하는 편면 서브머지드 용접용 플럭스에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 15~40cm/min의 고속용접을 위한 편면 서브머지드 용접에 있어서, 상술한 바와같은 문제점들을 효과적으로 해결하기 위하여 수많은 연구결과, 플럭스의 성분과 입도뿐만 아니라 (CaF₂/CaO)의 조성비를 일정범위내로 제어하므로써 건전한 비드를 얻을 수 있음과 아울러, 50(J)이상의 충격강도를 갖는 용접금속을 확보할 수 있음을 발견하고 본 발명을 제안하는 것이다.

먼저 본 발명의 플럭스 조성성분 제한사유를 설면한다.

SiO₂는 유리화성분으로 슬래그 형성제로써 첨가하는데, 본 발명에서는 그 첨가량을 중량%(이하, %는 중량%임)로 5~10%로 제한한다. 왜냐하면 그 첨가량이 5%미만에서는 슬래그의 점성이 낮아지기 때문에 유동성이 증가하여 용접비드의 균일성이 떨어지며, 10%를 초과하면 플럭스의 소비는 감소되지만 용착금속내에 산소함량이 증가하여 인성을 감소시키기 때문이다.

CaO는 융점을 향상시켜 용착금속의 인성을 향상시키는 효과를 나타낸다. 본 발명에서는 그 첨가량을 4~8%로 제한하는데, 이는 4%미만에서는 충분한 첨가효과를 기대할 수 없으며 8%를 초과하면 슬래그 박리성이 열화되기 때문이다.

MgO는 슬래그가 연소되어 붙는 것을 방지하고 적정 슬래그점도를 유지하기 위해 첨가하는데, 본 발명에서는 그 첨가량을 20~30%로 제한한다. 왜냐하면 그 첨가량이 20%미만이면 용접비드 표면에 슬래그가 융착되어 슬래그 박리성이 열화되며, 30%를 초과하면 용융온도가 너무 높아 용접비드의 폭이 좁아지고 그 표면이 거칠어 지기 때문이다.

TiO₂는 슬래그 박리성과 아크 발생을 안정화시키므로써 양호한 용접비드 외관을 얻게하는 역할을 하는데, 본 발명에서는 그 첨가량을 6~10%로 제한한다. 왜냐하면, 6%미만이면 슬래그 박리성이 열화되며, 10%를 초과하면 플럭스의 점도가 높게 되어 비드외관이 나빠질뿐만 아니라 플럭스의 소비량이 증가하기 때문이다.

CaF₂는 슬래그의 유동성을 조절하고 가스결함 발생을 억제할뿐만 아니라 용접금속내 O₂함량을 제어하는 역할을 하는데, 본 발명에서는 그 첨가량을 10~18%로 제한한다. 왜냐하면 10%미만에서는 용접금속의 실드(shield)효과가 부족하며, 18%를 초과하면 슬래그 박리성이 열화되며 아크 안정성이 떨어지기 때문이다.

본 발명에서 철분은 20~30%범위내로 그 함량을 제한함이 바람직한데, 이는 그 함량이 20%미만에선 충분한 용착금속량을 얻을 수 없으며, 30%를 초과하면 용접금속의 응고가 빨라져 비드표면에 철분이 부착되기 쉽고 소정의 비드폭을 확보할 수 없기 때문이다.

또한 본 발명의 플럭스는 그 외의 성분으로 작업성보완측면에서 Al₂O₃5~10%, Na₂O 1~5%를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

또한, 본 발명의 플럭스는 용접금속의 목표로 하는 기계적성질 확보를 위하여, Fe-Si 2~5%, Si-Mn 3~8%, Fe-Ti 1~5%, B₂O₅1~5%로 이루어진 그룹중 선택된 1종이상의 성분을 5~10%범위내로 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

한편, 편면 서브머지드 용접에 있어서, 플럭스의 겉보기밀도는 비드의 폭 및 그 형상의 안정성에 영향을 미친다. 따라서 본 발명에서는 상기 플럭스의 겉보기밀도를 1.05~1.20g/㎤으로 제한함이 바람직하다. 왜냐하면, 그 밀도가 1.05미만이면 가스에 의한 용융금속의 솟구침이 많아져 비드외관이 조악해지며, 1.20을 초과하면 용융금속의 유동성이 저해되고 표면 비드폭이 넓어지기 때문이다.

다음으로, 본 발명 플럭스의 입도분포를 설명한다.

상기와 같이 조성된 플럭스의 이용으로 건전한 용접비드 및 높은 충격강도를 얻기 위해서는 그 입도분포를 소정으로 제어해야 한다. 상세하게 설명하면, 만일 미세한 플럭스 입자가 과도하게 많을 경우에는 용착금속내 가스결함이 발생하는 문제가 있으며, 반대로 조대한 입자가 과다하면 고속 편면 서브머지드 용접시 플럭스의 균일한 용융성을 확보할 수 없는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 플럭스는 중량%로 그 입경이 840㎛를 초과하는 입자가 10% 미만이며, 297~840㎛의 입자가 80%이상, 그리고 297㎛미만의 입자가 10%미만으로 이루어져 있음이 바람직하다.

또한, 본 발명의 플럭스는 상술한 조성과 입도분포뿐만 아니라 (CaF₂/CaO)의 중량 조성비를 일정범위내로 제어함을 그 특징으로 한다.

상세하게 설명하면, 상술한 바와같이 CaF₂는 용접금속내 O₂함량을 제어하고 용융슬래그의 점성과 응고온도를 낮추어서 가스발생을 역할을 하므로써 핏(pit)와 블로우 홀과 같은 결함이 없는 용접부를 얻게하는 역할을 한다. 그러나 CaF₂는 하기의 화학식 1과같이 분해하여 일부가 CaO로 변하게 된다. 따라서 용재중의 CaO가

CaF₂+ H₂O → CaO + HF

CaF₂에 비하여 상대적으로 많으면 상기 화학식 1에서 CaF₂의 분해가 억제되어 내피트성이 저하되어 건전한 용접부를 얻을 수 없다는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 이를 고려하여 (CaF₂/CaO)로 정의되는 조성비를 1.5~1.8로 제한한다. 왜냐하면, 상기 조성비가 1.5미만에서는 CaO의 첨가량이 CaF₂에 비해 상대적으로 과다하여 상기 화학식 1의 정반응을 억제하므로 내피트성이 저하되어 용접금속의 충격강도가 열화되며, 1.8을 초과하면 비드외관이 나빠지는 문제가 있기 때문이다.

한편, 상기 화학식 1에서 CaF₂의 분해로 HF가스가 발생하는데, 이는 자극적이며 독성이 있으므로 그 발생을 억제할 것을 요한다. 이를 위하여 CaO와 화학적으로 비슷한 반응을 하는 MgO를 함유시키므로써 CaF₂분해를 촉진시켜 CaO가 형성되도록 하여 건전한 용접부를 얻음과 동시에 HF가스를 효과적으로 제어할 수 있다. 그러나 MgO도 CaO와 동일하게 용융슬래그의 점성을 높이는 성분으로 그 첨가량이 많을 경우 그 용접비드 폭이 좁아지고 표면이 거칠어진다. 이를 고려하여 본 발명의 플럭스는 ((CaF₂/(CaO+0.5MgO))로 정의되는 조성비가 0.5~0.8로 제어됨이 보다 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예 1)

모 재	두께(mm)	화학성분(중량%)
모 재	두께(mm)	C	Si	Mn	P	S
SM400	20	0.11	0.28	1.06	0.015	0.007

와이어경(mm)	화학성분(중량%)
와이어경(mm)	C	Si	Mn	P	S
4.8, 6.4	0.11	0.08	1.98	0.017	0.012

전 극	전 류 (A)	전압(V)	용접속도	개선각도
AC	1050	36	20cpm	40

상기 표1에 나타난 용접모재에 상기 표 2에 나타난 와이어를 사용하여, 상기 표 3과 같은 용접조건으로 편면 서브머지드 용접을 실시하였다. 이때 서브머지드 용접에 사용된 플럭스는 하기 표 3과 같으며, 상기 각 플럭스는 표 4에 나타난 바와같이 그 입도분포를 달리함과 동시에 (CaF₂/CaO)의 조성비를 달리하면서 편면 서브머지드 용접에 이용되었다.

상기와 같이 마련된 플럭스를 이용한 편면 서브머지드 용접후 용접비드외관을 평가하여 하기 표 5에 나타내었으며, 아울러 용접금속의 충격강도를 측정하여 그 결과 또한 하기 표 5에 나타내었다.

구 분	플럭스 조성(중량%)
구 분	SiO₂	CaO	MgO	TiO₂	CaF₂	철분	기타
플럭스 No.	1	8	6	28	8	10	28	12
	2	5	7	29	9	12	27	11
	3	5	8	30	6	13	25	13
	4	5	7	29	9	11	27	12
	5	12	5	20	6	8	20	27

플럭스No.	플럭스의 입경(중량%)	CaF₂/CaO	비드 외관	충격강도(I.V-20℃)	비 고
플럭스No.	840㎛~	CaF₂/CaO	840~297㎛	충격강도(I.V-20℃)	비 고	297㎛ ~	표면	이면
1	8	83	7	1.67	○	○	○	발명예 1
1	8	83	7	1.3	△	○	△	비교예 1
2	9	85	6	1.71	○	○	○	발명예 2
2	9	85	6	1.36	△	○	△	비교예 2
3	6	86	8	1.63	○	○	○	발명예 3
4	13	71	16	1.59	×	△	△	비교예 3
5	8	84	6	1.62	○	△	△	비교예 4

*단, 표에서 ○는 양호, △는 보통, ×는 불량을 의미한다.

상기 표5에 나타난 바와같이, 그 조성 및 입도분포뿐만 아니라 (CaF₂/CaO)조성비도 소정범위내인 발명예(1~3)의 경우에는 양호한 비드외관을 얻을 수 있었으며, 아울러 용접금속의 충격강도 또한 모두 50(J)이상으로 우수하였다.

한편, (CaF₂/CaO)조성비가 본 발명의 벗어난 비교예(1~2)의 경우에는 양호한 표면비드 외관을 얻을 수 없었으며, 특히 그 충격강도가 양호하지 않았다. 또한, 플럭스의 입도분포가 본 발명의 범위를 벗어난 비교예 3의 경우에는 전반적으로 그 평가치가 좋지 않았다. 그리고 플럭스의 조성이 본 발명의 범위를 벗어난 비교예 4의 경우에는 용접금속의 충격강도가 양호하지 않았다.

상술한 바와같이, 본 발명은 플럭스의 조성과 그 입도분포뿐만 아니라 CaO에 대한 CaF₂의 조성비를 규정하므로써 건전한 표면비드와 이면비드를 신뢰성 있게 확보할 수 있을뿐만 아니라 용접금속의 충격강도를 향상시킬 수 있는 편면 서브머지드 용접용 플럭스를 제공함에 유용한 효과가 있다.

Claims

중량%로 SiO₂5~10%, CaO 4~8%, MgO 20~30%, TiO₂6~10%, CaF₂10~18%, 철분 20~30%,그리고 Fe-Si 2~5%, Si-Mn 3~8%, Fe-Ti 1~5% 및 B₂O₅1~5%로 이루어진 그룹중 선택된 1종이상의 성분의 합 5~10%, 잔여 불가피한 불순물을 포함하고; 중량%로 그 입경이 840㎛를 초과하는 입자가 10% 미만, 297~840㎛의 입자가 80%이상, 297㎛미만의 입자가 10%미만이며; 그리고 (CaF₂/CaO)로 정의되는 중량 조성비가 1.5~1.8로 제어됨;을 특징으로 하는 편면 서브머지드 용접용 플럭스
제 1항에 있어서, ((CaF₂/(CaO+0.5MgO))로 정의되는 중량 조성비가 0.5~0.8로 제어됨을 특징으로 하는 편면 서브머지드 용접용 플럭스