KR100347294B1

KR100347294B1 - 일렉트로가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어

Info

Publication number: KR100347294B1
Application number: KR1019990062595A
Authority: KR
Inventors: 김용덕
Original assignee: 현대종합금속 주식회사
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2002-08-07
Also published as: KR20010058341A

Abstract

일렉트로가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어가 제공된다.

본 발명의 일렉트로가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어는, 상기 와이어에 대한 중량%로 상기 플럭스가 산화물과 불화물로 이루어진 비금속원료: 0.2~0.5%, Ca+Si+Mn: 2.0~3.1%, Ti,Mg 1종이상: 0.15~0.5%, B: 0.002~0.004% 및 잔여 철분말을 포함하여 이루어진다.

본 발명의 와이어는 용접부 개선단면적이 400㎟를 초과하는 넓은 경우에도 용접금속의 높은 인성과 강도를 제공한다.

Description

일렉트로가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어{Flux cored wire for electro gas arc welding}

본 발명은 일렉트로가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 용접부 개선단면적이 400~600㎟의 경우에도 안정적으로 용접부금속의 우수한 인성을 확보할 수 있는 일렉트로가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 관한 것이다.

일렉트로가스 아크 용접법은 일반적으로 조선, 철구조물, 대형탱크 구조제작을 위한 용접에 일반적으로 널리 이용되고 있다. 이러한 일렉트로가스 아크 용접법은 보호가스 아래에서 용접을 실시하므로, 통상 그 용접속도가 빨라 용접효율을 향상시킬 수 있고 용접부 결함발생을 효과적으로 제어할 수 있으며, 아울러 박판용접을 용이하게 할 수 있다는 이점이 있다. 그러나 상술한 방법에 의해 용접을 할 경우, 해당 용접부에 높은 열투입이 있으므로 용접부 금속결정입의 조대화가 초래되어 인성이 높은 용접부를 얻을 수 없다는 문제가 있었다.

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 기술의 일예로서 일본 특개소61-259894를 들 수 있다. 상기 일본공개특허에서는 플럭스가 충전된 일렉트로가스 아크 용접용 와이어에 있어서, 그 플럭스의 조성을 상기 와이어에 대한 중량%로 적어도 비금속물질 0.5~2.2%, Zr 0.05~0.25%, Mn 1~3% 및 Ti,Si,Mg로 이루어진 그룹중 1종 또는 2종이상의 합이 0.2~0.8%로 제어함을 그 특징으로 하고 있다.

그러나 상술한 일렉트로 가스 용접용 플럭스 충전 와이어는 비교적 용접부 개선단면적이 작은 경우(예컨데 400㎟이하)에는 인성이 우수한 용접금속을 얻을 수 있으나, 그 용접부 개선단면적이 커질경우 용접금속의 인성을 효과적으로 유지할 수 없어 대형구조물등의 용접을 위해 그 사용이 제한될 수밖에 없다는 현실적인 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 용접부 개선단면적이 400㎟를 초과하는 넓은 경우에도 용접금속이 높은 인성과 강도를 가질 수 있는 일렉트로가스 아크 용접용 플럭스 충전 와어어를 제공함을 그 목적으로 한다.

도 1 a,b는 본 발명의 실시예에 사용된 플럭스 충전된 와이어의 단면형상 개략도이며;

도 2는 본 발명의 실시예에 사용된 용접모재의 용접개선 단면적을 나타내고 있는 설명도이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 플럭스가 충전되어 있는 일렉트로가스 아크 용접용 와이어에 있어서, 상기 와이어에 대한 중량%로 상기 플럭스가 산화물과 불화물로 이루어진 비금속원료: 0.2~0.5%, Ca+Si+Mn: 2.0~3.1%, Ti,Mg 1종이상의 합: 0.15~0.5%, B: 0.002~0.004% 및 잔여 철분말을 포함하여 이루어진 플럭스 충전 와이어를 제공한다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명자들은 일렉트로가스 아크용접법에 있어서, 용접부 개선단면적이 400㎟를 초과하는 경우에도 우수한 기계적 특성을 나타내는 플럭스 충전된 와이어를 개발하기 위하여 수많은 연구와 실험을 하였으며, 그 결과 본 발명을 안출하게 되었다. 즉, 본 발명자는 용접금속내 산소량, 질소량 및 수소량과 비금속 플럭스조성과의 관계성, 그리고 용접금속내 미량 존재하는 침입성 개재물과 금속조직의 영향성연구등을 통하여 용접부 금속의 인성향상 방안을 얻을 수 있었으며, 이러한 연구결과로 부터 하기와 같은 최적 플럭스의 조성을 도출할 수 있었다.

이하, 본 발명의 일렉트로가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어를 구성하는 플럭스의 구체적인 조성성분 제한이유를 설명한다.

비금속원료는 슬라그 형성에 의한 양호한 용접비드 외관형성 및 용접 아크 안정화를 위한 목적으로 첨가된다. 이러한 비금속원료는 SiO₂, Al₂O₃, TiO₂등의 산화물과 CaF₂, NaF등과 같은 불화물을 적절하게 혼합하여 사용함이 좋다. 그러나 상기 비금속원료의 량이 적으면 슬라그 생성이 작아 양호한 비드외관을 얻을 수 없으며, 아울러 그 량이 너무 과도하면 용접금속의 불순개재물 형성을 촉진하여 용접금속의 인성이 저하되는 문제가 발생하기 쉽다. 따라서, 본 발명에서는 상기 비금속원료 함량을 상기 와이어에 대한 중량%로 0.2~0.5%로 제한함이 바람직하다.

Ca,Si 및 Mn은 탈산제로서 첨가되는데, 바람직하게는 상기 와이어에 대한 중량% 그 전체첨가량을 2.0~3.1%로 제한함이 바람직하다. 왜냐하면, 만일 그 전체함량이 2.0%미만에서는 용접금속내 산소량을 저감하는 효과가 적어 요구하는 정도의 인성과 강도를 갖는 용접부를 얻을 수 없으며, 3.1%를 초과하면 용접금속의 인성이 저하될 뿐만아니라 고온균열이 발생하기 쉽기 때문이다.

Ti와 Mg는 강탈산제 및 강탈질제로써 용접금속내 산소나 질소를 제거하기 위해 첨가된다. 본 발명에서는 이들을 최소한 1종이상 첨가될 것이 요구되는데, 바람직하게는 그 첨가량을 상기 와이어에 대한 중량%로 0.15~0.5%로 제한하는 것이다. 왜냐하면 만일 그 첨가량이 0.15%미만이면 용접금속의 탈산 및 탈질부족으로 인성향상의 효과가 적으며, 0.5%를 초과하면 과도한 슬라그의 형성으로 아크 안정성을 해치기 때문이다.

B는 용접금속의 조직미세화를 촉진시켜 용접금속의 인성향상을 도모할 목적으로 첨가되며 본 발명에서 매우 중요한 원소이다. 본 발명에서는 그 첨가되는 B의 함량을 상기 와이어에 대한 중량%로 0.002~0.004%로 제한함이 바람직한데, 이는 0.002%미만에서는 조직미세화효과가 적고, 0.004%를 초과하면 용접금속의 항복점과 인장강도의 격차를 좁게하는 요인이 되어 바람직하지 않기 때문이다.

상기와 같이 그 성분이 제어된 플럭스가 충전된 본 발명의 와이어는 용접개선 단면적이 넓은 경우에도 효과적으로 이용되어 인성이 우수한 용접금속을 얻을 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에서는 상기와 같이 구성된 플럭스에 Ni,Mo을 첨가하므로써 보다 우수한 용접부 금속의 인성을 확보할 수 있다.

Ni은 용접금속조직을 인정화시키는 작용을 하는 것으로 인성을 안정적으로 유지하는 효과를 가진다. 그러나 그 첨가량이 과다하면 강도상승을 초래하여 인성을 해칠수 있다. 그리고 Mo은 용접금속의 고온화상태에서 그 조직열화를 방지하는 작용을 하며, 더불어 용접금속의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 그러나 그 첨가량이 과도하면 강도가 상승하여 인성저하를 초래할 수 있다.

따라서 본 발명에서는 용접금속의 고온균열방지와 인성확보측면에서 보다 바람직하게는, 상기 Ni,Mo를 1종이상첨가하고 그 첨가량을 상기 와이어에 대한 중량%로 1%이내로 제한하는 것이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예 1)

하기 표1과 같이 그 조성을 달리하는 일렉트로가스 아크 용접용 플럭스를 각각 마련하였다. 그리고 도 1a에 나타난 바와같이, 상기와 같이 마련된 각 플럭스를 외피내에 충전시켜 그 선경이 1.6mm인 용접용 와이어를 제조하였다. 그 다음으로 상기로부터 제조된 각 와이어를 이용하여 도 2와같은 두께 35mm의 SM490 용접모재를 용접하였다. 이때 용접조건은 하기 표 2와 같다. 하기 표 2에 나타난 바와같이, 용접부개선 단면적이 600㎟가 되도록 용접조건을 고려하였다.

구 분	발 명 예	비 교 예
와이어 번호	1	2	3	4	5	6	1	2	3	4	5	6	7	8
플럭스조성(중량%)	비금속원료	CaF₂	-	0.2	0.2	0.1	-	0.15	0.2	-	0.2	-	0.2	0.1	-	0.2
		NaF	0.2	0.05	0.05	0.05	0.05	0.1	0.05	0.1	0.05	0.1	0.05	0.1	0.05	0.1
		SiO₂	0.2	-	0.1	-	0.2	0.1	0.1	0.2	-	0.1	-	0.1	0.05	-
		Al₂O₃	0.05	0.1	-	-	0.05	-	-	-	0.2	0.2	0.2	-	0.05	0.5
		TiO₂	0.05	-	0.1	0.05	-	-	0.1	0.1	-	0.1	-	-	-	-
		합계	0.5	0.35	0.45	0.2	0.3	0.35	0.45	0.4	0.45	0.5	0.45	0.3	0.15	0.8
	Ca	0.15	0.2	0.2	0.1	0.2	0.1	0.15	0.1	0.15	0.1	0.1	0.3	0.2	0.25
	Si	0.35	0.4	0.4	0.2	0.4	0.2	0.35	0.5	0.35	0.5	0.2	0.8	0.2	0.35
	Mn	2.05	1.85	1.9	2.0	2.1	2.0	2.25	2.4	2.25	2.1	1.6	2.5	2.2	2.15
	Ca+Si+Mn	2.55	2.4	2.5	2.3	2.7	2.3	2.75	3.0	2.75	2.7	1.9	3.6	2.6	2.75
	Ti	0.1	-	0.2	0.3	0.1	0.2	0.1	-	0.1	0.4	0.1	0.2	0.2	0.3
	Mg	0.1	0.2	0.2	0.2	0.1	0.1	0.1	0.2	-	0.2	0.1	0.2	0.1	-
	Ti+Mg	0.2	0.2	0.4	0.5	0.2	0.3	0.2	0.2	0.1	0.6	0.2	0.4	0.3	0.3
	Ni	-	-	-	-	0.7	0.5	-	-	-	-	-	-	-	-
	Mo	-	-	-	-	-	0.2	-	-	-	-	-	-	-	-
	Ni+Mo	-	-	-	-	0.7	0.7	-	-	-	-	-	-	-	-
	B	0.002	0.003	0.004	0.002	0.002	0.004	0.001	0.01	0.003	0.002	0.003	0.003	0.004	0.003
	Fe 분말	16.7	17.0	16.6	17.0	16.1	16.3	16.6	16.4	16.7	16.2	17.4	15.7	16.9	16.1

모재 강종	모재두께(mm)	개선각도	이면 Gap(mm)	용접전류(A)	용접전압(V)	개선 단면적(㎟)	보호가스유량(ℓ/min)
SM490	35	20°(2θ)V	11	420	40	600	35(CO₂)

상기의 용접조건으로 각 와이어들을 용접한후, 도 2에 나타난 용접부 금속의 용접성과 인장특성 및 충격인성을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다. 또한, 상기 측정된 각 특성들을 종합평가하여 그 결과를 하기 표3에 나타내었다.

구 분	발 명 재	비 교 재
와이어 No.	1	2	3	4	5	6	1	2	3	4	5	6	7	8
용접성	비드외관	○	○	○	○	○	○	○	△	○	△	○	○	X	△
	슬라그박리성	○	○	○	○	○	○	○	○	△	○	○	○	X	△
	스파터성	○	○	○	○	○	○	△	○	○	○	○	○	△	△
인장특성	항복점(N/㎟)	462	480	455	476	495	486	441	490	425	480	405	540	486	485
	인장강도(N/㎟)	540	564	535	543	562	564	510	530	502	590	480	625	564	546
	연신율(%)	26	26	27	26	25	25	26	24	27	23	29	21	26	27
충격흡수에너지(J)	vE 0	108	103	105	107	164	165	61	56	45	38	42	34	132	48
충격흡수에너지(J)	vE-20	85	79	81	84	131	124	45	38	28	22	25	61	106	32
종 합 평 가	○	○	○	○	◎	◎	△	△	△	X	△	△	△	X

단, 표에서 ◎는 매우 우수, ○는 우수, △는 보통, X는 불량을 나타낸다.

상기 표 3에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명재(1~4)을 이용하여 일렉트로가스 아크 용접법으로 용접하는 경우, 용접성과 인장특성뿐만 아니라 충격인성도 우수함을 알 수 있다. 또한, 발명재 5와 6은 Ni,Mo을 1%이하의 범위로 1종이상 첨가한 경우로서 발명재(1~4)에 비하여 충격인성이 보다 우수해짐을 알 수 있다.

이에 반하여, B의 함량이 본 발명 범위에 벗어나는 비교재 1과 2을 이용하여 일렉트로가스 아크 용접을 할 경우, 비록 인장특성은 양호하나 그 충격인성이 열화되며 비교재 2의 경우 항복점과 인장강도의 격차가 좁아지는 문제가 있어 용접개선단면적이 넓은 경우의 용접와이어로 적절하지 않음을 알 수 있다.

또한, Ti,Mg의 첨가량 측면에서 본 발명과 구별되는 비교재 3과 4은 그 충격인성이 나쁨을 알 수 있으며, 아울러 Ca+Si+Mn의 전체함량에서 본 발명과 구별되는 비교재 5와 6의 경우에도 전반적으로 그 충격인성이 열화되어 용접개선 단면적이 넓은 경우의 용접재로 적절하지 않음을 알 수 있다.

또한, 비금속원료함량측면에서 본 발명과 구별되는 비교재 7과 8을 이용하여 용접하는 경우, 비록 인장특성과 충격인성은 양호하나 슬라그 박리성이 나빠 건전한 용접비드를 얻을 수 없음을 알 수 있다.

한편, 도 1b에서와 같이, 표1의 용접용 플럭스를 외피내에 충전시켜 그 선경이 1.6mm인 용접용 와이어를 제조하고, 이들을 사용하여 상술한 바와같은 조건으로 용접을 실시한 경우에도 상기 표 3과 유사한 결과를 얻을 수 있었다.

상술한 바와같이, 본 발명은 일렉트로가스 아크 용접용 와이어를 구성하는 플럭스의 성분을 최적으로 제어함으로써 용접부 개선단면적이 400㎟를 초과하는 넓은 경우에도 고인성과 강도를 나타내는 일렉트로가스 아크 용접용 플럭스 충전 와어어의 제조에 그 유용한 효과가 있다.

Claims

플럭스가 충전되어 있는 일렉트로가스 아크 용접용 와이어에 있어서, 상기 와이어에 대한 중량%로 상기 플럭스가 산화물과 불화물로 이루어진 비금속원료: 0.2~0.5%, Ca+Si+Mn: 2.0~3.1%, Ti,Mg 1종이상의 합: 0.15~0.5%, B: 0.002~0.004% 및 잔여 철분말을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 플럭스 충전 와이어
제 1항에 있어서, 상기 플럭스는 Ni,Mo 1종이상을 1%이내로 추가로 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 플럭스 충전 와이어