KR100350048B1 - Titania based flux cored wire and a welding method using it - Google Patents
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Abstract
본 발명은 티타니아계 플럭스 충전 와이어 및 그 용접방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 용접와이어에 함유되는 성분을 적절하게 제어함으로서, 용접후 얻어지는 용착금속의 이면충격치가 표면부 또는 중앙부의 충격치와 거의 동등한 값을 보이는 티타니아계 플럭스 충전와이어를 제공하고, 상기 티타니아계 플럭스 충전와이어를 사용하여 용접하는 방법을 제공하고자 하는데 있다.The present invention relates to a titania-based flux-filled wire and a welding method thereof, and an object of the present invention is to appropriately control the components contained in the welded wire so that the back impact value of the weld metal obtained after welding is almost equal to that of the surface or center portion. An object of the present invention is to provide a titania-based flux filled wire having an equivalent value, and to provide a welding method using the titania-based flux filled wire.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 강 외피에 플럭스를 충전하여 제조되는 아아크 용접용 티타니아계 플럭스 충전와이어에 있어서, 상기 플럭스가 충전된 와이어가, 와이어의 총중량에 대해 원소 환산량으로 C: 0.01∼0.055%, Ti: 2.5∼6.5%, Mn: 1.5∼3.5%, B: 0.002∼0.02%, Mg: 0.1∼0.5%, Si: 0.5∼1.5%, Al: 0.1∼0.5%, Na: 0.05∼1.25%, P: 0.03%이하, S: 0.03%이하를 포함하고, 여기에 F: 0.05∼0.15%, Zr: 0.05∼0.45%, K:0.00008∼0.008%, Ca: 0.02%이하를 선택적으로 함유시키고, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물로 조성되는 티타니아계 플럭스 충전와이어에 관한 것을 요지로 하며, 또한, 상기의 티타니아계 플럭스 충전와이어를 이용하여 고전류 조건으로 용접하는 용접방법에 관한 것을 그 요지로 한다.The present invention for achieving the above object is a titania-based flux filling wire for arc welding, which is prepared by filling the steel shell with flux, wherein the flux-filled wire is C: 0.01 to element-equivalent to the total weight of the wire. 0.055%, Ti: 2.5-6.5%, Mn: 1.5-3.5%, B: 0.002-0.02%, Mg: 0.1-0.5%, Si: 0.5-1.5%, Al: 0.1-0.5%, Na: 0.05-1.25 %, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, including F: 0.05 to 0.15%, Zr: 0.05 to 0.45%, K: 0.00008 to 0.008%, Ca: 0.02% or less The present invention relates to a titania-based flux filled wire composed of remaining Fe and unavoidable impurities, and also to a welding method for welding under high current conditions using the titania-based flux filled wire.
Description
본 발명은 고능률의 고입열용 티타니아계 플럭스 충전 와이어 및 이를 이용한 용접방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용접부 이면의 충격인성을 개선한 티타니아계 플럭스 충전 와이어 및 이를 이용한 용접방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high efficiency high heat input titania-based flux filling wire and a welding method using the same, and more particularly, to a titania-based flux filling wire having improved impact toughness on the back side of a welded portion and a welding method using the same.
종래, 티타니아계 플럭스 충전 와이어를 적용하면서 탄산가스, 아르곤, 헬륨등과 같은 시일드 가스를 사용하는 가스 시일드 아아크 용접방법은 탁월한 비이드 외관과 용접성능 및 용접효율의 우수성으로 인하여 폭넓게 사용되고 있는데, 대표적으로 연강과 50kgf/mm2급의 고장력강의 구조물을 용접하는 것을 들 수 있다. 그러나, 티타니아계 플럭스 충전 와이어를 사용하여 얻어진 용접금속은 일반적으로 낮은 충격인성을 가지고 있어, 조선소와 같이 충격강도를 엄격히 제한하는 경우 사용하기가 곤란하였으며, 특히 고입열이 요구되는 25mm 이상의 후판에의 적용은 더욱 곤란하였다.Conventionally, a gas shield arc welding method using a shield gas such as carbon dioxide, argon, helium while applying titania-based flux filling wire has been widely used due to its excellent bead appearance, welding performance and welding efficiency. Representatively, welding the structure of mild steel and high tensile steel of class 50kgf / mm 2 is mentioned. However, weld metals obtained using titania-based flux-filled wires generally have low impact toughness, which makes them difficult to use when the impact strength is severely limited, such as shipyards. Application was more difficult.
이에, 일본국 특개소58-16796호에서는 티타니아계 플럭스 충전와이어의 총중량을 기준으로 TiO2, Mg, Ti, B, Mn, Si와 금속불화물, 산화물등을 일정 조성으로 하여 저온에서 용착금속의 우수한 충격특성을 얻을 수 있는 방안에 대하여 개시하고 있으며, 일본국 특공평9-277087호에서는 티타니아계 플럭스 충전와이어의 총중량을 기준으로 TiO2, Mg, B, Mn, Si등이 함유됨과 동시에 Nb 및 V 과 금속철의 조성을 조절하여 웰드사양 및 PWHT 사양에 대해 저온에서 높은 샤르피 흡수에너지 및 우수한 CTOD특성을 갖고 갖고 전자세에서 우수한 용접작업성을 갖는 티타니아계 아크 용접용 플럭스 충전와이어를 제시하고 있다. 이들 종래기술에서와 같은 티타니아계 플럭스 충전와이어는 Ti, B, Mg, Mn등을 기본 조성으로 하여 저온에서 우수한 충격인성을 제공하고, 탁월한 비이드 외관과 우수한 용접성능 등으로 널리 사용되어 왔다. 뿐만아니라 앞으로도 티타니아계 플럭스 충전와이어의 사용량이 점차적으로 증가할 것으로 보인다.Therefore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-16796 has excellent composition of the weld metal at low temperature by using TiO 2 , Mg, Ti, B, Mn, Si, metal fluoride, oxide, etc. as a constant composition based on the total weight of the titania flux filled wire. A method of obtaining impact characteristics is disclosed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-277087 contains TiO 2 , Mg, B, Mn, Si, and the like based on the total weight of the titania-based flux filled wire, and at the same time Nb and V The flux filling wire for titania-based arc welding, which has high Charpy absorption energy and excellent CTOD characteristics at low temperature and excellent workability in the electronic world, has been proposed for the weld specification and the PWHT specification by controlling the composition of iron and metal. Titania-based flux-filled wires, such as those in the prior art, have excellent impact toughness at low temperatures, based on Ti, B, Mg, and Mn, and have been widely used for excellent bead appearance and excellent welding performance. In addition, the usage of titania flux charging wire is expected to increase gradually.
따라서, 대용량화 및 보다 우수한 용접효율, 생산성 향상을 위하여, 고전류에 따른 고입열의 현장 작업이 절실히 요구되고 있다. 그러나, 티타니아계 플럭스 충전와이어는 티타니아계 플럭스의 기본적인 조성을 이루고 있는 TiO2중 일부가 용접과정에서 슬래그로서 부유하지 못하고, 비금속 개재물로 용착금속중에 잔류하는 경향이 있는 한편, 탄산가스나 다른 산화성가스를 시일드 가스로 사용함으로써 용착금속중의 잔존 산소가 증가하여 충격인성이 매우 떨어지는 문제가 있다고 알려져 있다. 그런데, 이같이 떨어지는 충격인성을 향상시키기 위해, 용착금속의 산소 함유량을 550ppm이하로 제어하고자 과도한 탈산제를 첨가하면 아아크의 안정성이 저하되는 문제가 있었다. 그리고 편면용접시 초층부에서는 피용접재에 의해 구속된 초층용착금속이 응고되면서 수축되는 성질로 인해 용착금속부에 고온균열이 발생하는 문제점이 심각하게 나타나고, 고전류에 의한 고입열로 용접하는 경우 이면의 충격인성이 매우 낮기 때문에, 저입열의 저전류 저속용접등으로 초층부를 형성한후 다층용접을 하는 것이 일반적이었다.Therefore, in order to increase the capacity, better welding efficiency, and improved productivity, field work of high input heat according to high current is urgently required. However, titania flux filled wires do not float as a slag during the welding process because some of TiO 2 , which constitutes the basic composition of titania flux, tends to remain in the deposited metal as a non-metallic inclusion, while It is known that there is a problem that the residual oxygen in the deposited metal increases and impact toughness is very poor by using as a shield gas. However, in order to improve the impact toughness dropped in this way, there is a problem in that the stability of the arc is deteriorated when an excessive deoxidizer is added to control the oxygen content of the deposited metal to 550 ppm or less. In case of single sided welding, the problem that high temperature crack occurs in the weld metal due to the property that the superlayer weld metal constrained by the welded material solidifies and shrinks is severely observed. Since the impact toughness of was very low, it was common to perform multi-layer welding after forming an upper layer part by low current low-temperature low-speed welding etc.
이에, 본 발명자들은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 용접와이어에 함유되는 Mn의 함유량에 따른 B 함유량을 일정범위로 제어함과 동시에, Na계 아아크 안정제를 첨가함으로서, 용접후 얻어지는 용착금속의 이면충격치가 표면부 또는 중앙부의 충격치와 거의 동등한 값을 보이는 티타니아계 플럭스 충전와이어를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있으며;Accordingly, the present inventors have repeatedly studied and experimented to solve the problems of the prior art, and proposed the present invention based on the results. The present invention provides a constant B content according to the Mn content in the welded wire. By controlling the range and adding Na-based arc stabilizer, it is intended to provide a titania-based flux filled wire in which the back impact value of the deposited metal obtained after welding shows a value almost equal to that of the surface or center portion. ;
또한, 본 발명은 상기 티타니아계 플럭스 충전와이어를 사용하고, 편면용접시 이당재의 융점이 약1500~2000℃인 것을 사용하여, 초층용접에서 고전류에 의한 고입열로 고능율의 용접을 행하는 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.In addition, the present invention provides a method for performing high-efficiency welding with high heat input by high current in superlayer welding using the titania-based flux-filled wire and using a melting point of about 1,500 to 2000 ° C. for one-side welding. There is a purpose.
도 1은 이당재를 배설하여 다층용접한 형상을 나타낸 모식도Figure 1 is a schematic diagram showing the shape of the multi-layer welding by excreting disaccharides
도 2는 표면부와 이면부의 충격시편을 채취하는 위치를 나타내는 모식도Figure 2 is a schematic diagram showing the position of collecting the impact specimen of the front and rear parts
도 3은 천이온도에 따른 표면부와 이면부의 충격강도를 보이는 그래프3 is a graph showing the impact strength of the front and rear parts according to the transition temperature
도 4는 용착금속의 Mn과 B의 함유량 변화에 따른 표면의 충격강도를 보이는 그래프4 is a graph showing the impact strength of the surface according to the change in the content of Mn and B of the weld metal
도 5는 용착금속의 Mn과 B의 함유량 변화에 따른 이면의 충격강도를 보이는 그래프5 is a graph showing the impact strength of the back surface according to the change in the content of Mn and B of the weld metal
*도면의 주요분분에 대한 부호의 설명** Explanation of symbols for main parts of drawing *
1...피용접재 2...이당재1 ... welding material 2 ... Lee
3...표면부의 충격시편 4...이면부의 충격시편3. Impact specimen on the surface 4. Impact specimen on the back
5...개선각 6...루트폭5 ... improved angle 6 ... root width
7...표면과 이면에서 충격시편 채취위치(2mm)7.Impact specimen collection position (2mm) on the front and back
8...초층부 9...다층용접부8 ... Superlayer 9 ... Multilayer Welding
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 강 외피에 플럭스를 충전하여 제조되는 아아크 용접용 티타니아계 플럭스 충전와이어에 있어서, 상기 플럭스가 충전된 와이어가, 와이어의 총중량에 대해 원소 환산량으로 C: 0.01∼0.055%, Ti: 2.5∼6.5%, Mn: 1.5∼3.5%, B: 0.002∼0.02%, Mg: 0.1∼0.5%, Si: 0.5∼1.5%, Al: 0.1∼0.5%, Na: 0.05∼1.25%, P: 0.03%이하, S: 0.03%이하를 포함하고, 여기에 F: 0.05∼0.15%, Zr: 0.05∼0.45%, K:0.00008∼0.008%, Ca: 0.02%이하를 선택적으로함유시키고, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물로 조성된 것임을 특징으로 하는 티타니아계 플럭스 충전와이어에 관한 것이며,The present invention for achieving the above object is a titania-based flux filling wire for arc welding, which is prepared by filling the steel shell with flux, wherein the flux-filled wire is C: 0.01 to element-equivalent to the total weight of the wire. 0.055%, Ti: 2.5-6.5%, Mn: 1.5-3.5%, B: 0.002-0.02%, Mg: 0.1-0.5%, Si: 0.5-1.5%, Al: 0.1-0.5%, Na: 0.05-1.25 %, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, including F: 0.05 to 0.15%, Zr: 0.05 to 0.45%, K: 0.00008 to 0.008%, Ca: 0.02% or less , Titania-based flux filled wire, characterized in that it is composed of the remaining Fe and unavoidable impurities,
또한, 본 발명은 융점이 1500℃ ~ 2000℃인 이당재를 피용접재의 이면에 배설한 후, 상기의 티타니아계 플럭스 충전와이어를 이용하여 용접전류가 초층에서는 250A 이상, 다층용접에서는 350A 이상의 고전류 조건으로 용접하는 것을 특징으로 하는 티타니아계 플럭스 충전와이어의 용접방법에 관한 것이다.In addition, the present invention, after the diluent having a melting point of 1500 ° C. to 2000 ° C. is disposed on the back side of the welded material, using the titania flux filling wire, the welding current is 250 A or more in the first layer and 350 A or more in the multilayer welding. It relates to a welding method of titania-based flux filled wire, characterized in that the welding.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에서 제공되는 티타니아계 플럭스 충전와이어는 그 직경이 1.4mm 내지 2.0mm인 것이 보다 바람직하다.More preferably, the titania-based flux filled wire provided in the present invention has a diameter of 1.4 mm to 2.0 mm.
일반적인 티타니아계 플럭스 충전와이어는 1.2mm가 대부분이고, 플럭스 충전와이어 뿐만아니라 솔리드 와이어에 까지 가장 보편적인 직경이다. 그런데, 본 발명은 25mm이상인 후판에 있어 고전류의 고입열로 고능율을 얻는 것이 목적이므로, 1.4mm이하인 경우는 고전류에 의한 고능률을 기대할 수 없을 뿐만아니라, 두꺼운 후판의 경우는 다층용접시 적층횟수가 많아지기 때문이다. 물론 전류와 송급속도를 상승시켜 고용착량을 얻을수 있으나, 융합불량등의 용접결함으로 사용하기 곤란하다. 또한, 2.0mm이상인 경우에는 고용착량을 얻을수 있는 효과는 있으나, 와이어 자체의 강성으로 인해 송급의 안정화를 얻을 수 없으며 아아크의 불안정등으로 기공 및 융합불량등의 용접결함이 발생하기 때문이다. 상기와 같은 와이어 직경범위 밖으로도 사용할 수는 있는데, 이때에는 그에 맞는 용접시공을 고려해야 한다.The typical titania-based flux filling wire is mostly 1.2mm, and is the most common diameter not only for flux filling wire but also for solid wire. However, the present invention is intended to obtain a high efficiency at high input heat of high current in the thick plate of 25mm or more, so if it is 1.4mm or less, high efficiency cannot be expected by high current. Because there are many. Of course, it is possible to obtain a solid solution by increasing the current and supply speed, but it is difficult to use due to welding defects such as poor fusion. In addition, in the case of more than 2.0mm, there is an effect that can obtain a solid solution, but due to the rigidity of the wire itself it is not possible to obtain a stabilized supply, because the welding defects such as pore and fusion failure due to instability of the arc. It can also be used outside the diameter range of the wire, in which case the welding construction should be considered.
본 발명은 이면충격강도가 우수한 용착금속이 얻어지는 것이 특징이고, 이를 얻기위한 티타니아계 플럭스 충전와이어에 있어 플럭스의 조성을 제어하고 있는 것이다. 상기 플럭스 충전와이어를 구성하는 원소는 총와이어의 무게에 대한 환산량으로 한정하였는데, 그 한정이유는 다음과 같다.The present invention is characterized in that a deposited metal having excellent back impact strength is obtained, and the composition of the flux in the titania-based flux filling wire for obtaining the same is controlled. The element constituting the flux-filled wire was limited to the conversion amount based on the weight of the total wire, and the reason for limitation is as follows.
C : 0.01% 내지 0.055%C: 0.01% to 0.055%
상기 C(탄소)는 본 발명의 와이어를 구성하는 강 외피와 그에 충전된 플럭스의 조성물에 잔존되는 량으로서, 통상 인위적으로 첨가하지는 않지만 용접금속의 기계적 성능에 영향을 주는 중요한 인자 이므로 함유 범위를 엄격히 제어해야만 한다.The C (carbon) is the amount remaining in the steel shell constituting the wire of the present invention and the composition of the flux filled therein, is not usually added artificially but is an important factor affecting the mechanical performance of the weld metal, so the content range is strictly You must control it.
상기 C가 0.01%미만인 경우는 용접금속의 인성 및 인장성능이 열화되고, 0.055%를 초과하게되면 강도가 과도하게 높아지고 균열 감수성을 증가시켜 고온균열이 발생하기 쉽다. 이 때문에 강 외피를 포함하여 0.01% 내지 0.055%가 바람직하고, 적정량을 조절하는 것이 필요하다. 따라서, C량을 감안하여 강 외피를 선택적으로 사용해야 하며, 잔존 탄소를 함유하는 플럭스인 철분, 페로실리콘등의 조성범위를 적절히 조절하는 것이 필요하다.If the C is less than 0.01%, the toughness and tensile performance of the weld metal deteriorates, and if it exceeds 0.055%, the strength is excessively high and the crack susceptibility is increased to easily cause high temperature cracking. For this reason, 0.01%-0.055% are preferable including a steel shell, and it is necessary to adjust an appropriate amount. Therefore, it is necessary to selectively use the steel shell in consideration of the amount of C, and it is necessary to appropriately adjust the composition range of iron powder, ferrosilicon, etc., which is a flux containing residual carbon.
Ti : 2.5% 내지 6.5%Ti: 2.5% to 6.5%
상기 Ti(티탄)은 탈산제로 이미 알려져 있으며, 조직을 미세화함으로서 인성을 증가 시킨다. 따라서, 티타니아계 플럭스 충전와이어의 조성에는 티탄산화물과 함께 사용된다. Ti이 2.5%미만인 경우에는 용적의 표면장력을 감소시킴과 동시에 아아크가 불안정하고, 슬라그의 형성이 부족해 비드의 외관이 거칠어진다. 반면에 6.5%를 초과하여 함유되면 슬라그의 형성이 과다하고 용융성도 저하될 뿐만아니라 유동성도 떨어지고, 과탈산에 의한 고온균열을 촉진시킬 염려도 있다. 상기 Ti의 공급원으로서 예를들면 메탈티탄, 페로티탄, 루타일샌드, 소디움티타나이트 등이 있다.The Ti (titanium) is already known as a deoxidizer and increases toughness by miniaturizing tissue. Therefore, the composition of the titania-based flux filled wire is used together with the titanium oxide. When Ti is less than 2.5%, the surface tension of the volume is reduced, the arc is unstable, and the formation of slag is insufficient, resulting in a rough appearance of the beads. On the other hand, when the content exceeds 6.5%, the slag is excessively formed and the meltability is lowered as well as the fluidity is lowered, and there is a fear of promoting high temperature cracking due to peroxidation. Examples of the Ti source include metal titanium, ferro titanium, rutile sand, sodium titanite and the like.
Mn : 1.5% 내지 3.5%Mn: 1.5% to 3.5%
상기 Mn(망간)은 탈황제로서 알려져 있으며, S와 반응하여 FeS보다 먼저 MnS를 형성하기 때문에 S의 편석에 의한 저융점 화합물의 형성을 방지할 수 있다. 또, 용착금속내에 잔류하여 강도를 증가시키면서 탈산을 촉진시키는 효과는 물론 비이드의 외관과 형상을 개선함과 동시에 양호한 작업성을 얻을 수 있다.The Mn (manganese) is known as a desulfurization agent, and reacts with S to form MnS before FeS, thereby preventing the formation of a low melting point compound due to segregation of S. In addition, the effect of promoting deoxidation while increasing the strength by remaining in the deposited metal, as well as improving the appearance and shape of the beads, and at the same time obtains good workability.
상기 Mn이 1.5%미만인 경우에는 그 효과를 얻을수 없으며, 3.5%를 초과하면 아아크의 안정성과 용융성이 감소하고 강도가 증가하여 고온균열이 발생하기 쉽다. 상기 Mn의 공급원으로서 예를 들면 전해망간, 페로망간, Fe-Si-Mn합금 등이 있다.If the Mn is less than 1.5%, the effect is not obtained. If the Mn is more than 3.5%, the stability and meltability of the arc decreases and the strength increases, which is likely to cause high temperature cracking. Examples of the source of Mn include electrolytic manganese, ferro-manganese, Fe-Si-Mn alloy, and the like.
B : 0.002% 내지 0.02%B: 0.002% to 0.02%
상기 B(보론)은 Ti과 함께 첨가되고 조직의 미세화와 더불어 인성을 증가시키는 것으로 알려져 있다. 그러나, 상기 B은 붕화물(Boride)에 의해 결정입계에 분포되어분리된 개재물로 형성되므로 균열원으로 작용할 수 있다. 따라서, Ti을 다량 함유하는 금속에서 B의 첨가는 Mn의 기본적인 매트릭스가 형성됨과 동시에 B의 분산을 도와주어야 하며, Ti/B와 Mn/B를 적절히 조절하고 용융금속을 충분히 교반하여 B이 결정입계에서 개재물로서 집적되지 않도록 해야한다.The B (boron) is known to be added with Ti and increase toughness with micronization of the tissue. However, since B is formed as discrete inclusions distributed at grain boundaries by borides, it may act as a crack source. Therefore, the addition of B in the metal containing a large amount of Ti should help to disperse B as well as form a basic matrix of Mn, and properly adjust Ti / B and Mn / B and stir the molten metal sufficiently so that B becomes a grain boundary. It should not be accumulated as inclusions in.
상기 B이 0.002%미만인 경우에는 용접금속의 미세조직을 얻을 수 없으며, 인성강화 효과가 발휘되지 않는다. 또한, 0.02%를 초과하는 경우에는 붕화물(Boride)이 연속적인 망상으로 형성되며, 경화에 의한 충격치의 감소가 일어나며, 인성도 열화되고, 용융성의 저하와 고온균열이 발생할 수 있다. 상기 B의 공급원으로서 예를 들면 산화보론, 페로보론, Fe-Si-B 합금, B이 함유된 특수유리 등이 있다.When B is less than 0.002%, the microstructure of the weld metal cannot be obtained, and the toughening effect is not exhibited. In addition, when the content exceeds 0.02%, borides are formed in a continuous network, a decrease in the impact value due to curing, deterioration of toughness, deterioration of meltability and high temperature cracking may occur. Examples of the source of B include boron oxide, ferroboron, Fe-Si-B alloys, special glass containing B, and the like.
Mg : 0.1% 내지 0.5%Mg: 0.1% to 0.5%
상기 Mg(마그네슘)은 강탈산제이기 때문에 그 첨가에 의해 용접금속의 산소량을 저감하고 인성을 향상시킬 수 있다. 그 함량이 0.1%미만이면 탈산효과가 적으며, 0.5%를 초과하는 경우에는 아아크 안정성이 저하되고 스패터 발생량이 증가되어 용접 작업성이 열화되고, 슬라그가 증가하여 용융성도 감소한다. 상기 Mg의 공급원으로서 예를 들면 마그알류미늄, 마그네시아크링커, Fe-Si-Mg합금 등이 있다.Since Mg (magnesium) is a strong deoxidizer, the addition can reduce the amount of oxygen in the weld metal and improve the toughness. If the content is less than 0.1%, there is little deoxidation effect. If the content exceeds 0.5%, the arc stability is deteriorated, the amount of spatter generated is increased, the welding workability is deteriorated, and the slag is increased to decrease the meltability. As the source of the Mg, for example, magnesium aluminum, magnesia clinker, Fe-Si-Mg alloy, and the like can be given.
Si : 0.5% 내지 1.5%Si: 0.5% to 1.5%
상기 Si(실리콘)은 Ti와 같이 슬라그 형성을 도와주고 비드퍼짐성이 향상되어 비이드 외관을 양호하게 한다. 또한, 탈산효과와 페라이트 안정화 원소로 고온균열을 방지하는 역할을 한다. 그 함량이 0.5%미만이면 첨가효과가 미미하며, 1.5%를 초과하면 인성이 열화되고 Fe-S-Si-O의 화합물을 형성하여 고온균열을 조장할 수 있다. 상기 Si의 공급원으로서 예를 들면 장석, 쿼츠, 규석분, 페로실리콘, Fe-Si-Mn합금 등이 있다.The Si (silicon) helps the slag formation like Ti and improves the bead spreadability to improve the appearance of the beads. In addition, it serves as a deoxidation effect and a ferrite stabilizing element to prevent high temperature cracking. If the content is less than 0.5%, the effect of addition is insignificant, and if it exceeds 1.5%, the toughness deteriorates, and a compound of Fe-S-Si-O may be formed to promote high temperature cracking. Examples of the Si source include feldspar, quartz, silica powder, ferrosilicon, Fe-Si-Mn alloy, and the like.
Al : 0.1% 내지 0.5%Al: 0.1% to 0.5%
상기 Al(알루미늄)은 Mg와 같이 강탈산제로서, 용접금속의 산소량을 저감하고 인성을 향상시킬 수 있다. 그 함량이 0.1%미만이면 탈산효과가 적으며, 0.5%를 초과하면 아아크 안정성이 저하되고 용융성도 감소한다. 또한, 용융금속중의 Al2O3를 형성하여 고온균열을 촉진할수도 있으며, Mg와 함께 아아크중의 증기압을 과도하게 상승시켜 흄(FUME)의 발생을 증가시킬 수 있다. 상기 Al의 공급원으로서 예를 들면 마그알루미늄, 장석, 크롤라이트 등이 있다.Al (aluminum) is a strong deoxidizer like Mg, and can reduce the amount of oxygen in the weld metal and improve toughness. If the content is less than 0.1%, there is little deoxidation effect. If the content exceeds 0.5%, the arc stability is lowered and the meltability is also reduced. In addition, it is possible to promote high temperature cracking by forming Al 2 O 3 in the molten metal, and to increase the generation of fume (FUME) by excessively increasing the vapor pressure in the arc with Mg. Examples of the Al source include mag aluminum, feldspar, crawlite and the like.
Na : 0.05% 내지 1.25%Na: 0.05% to 1.25%
상기 Na(나트륨)은 K, Ce등과 같이 아아크 안정제이나, 본 발명에서의 Na의 역할은 아아크의 안정제 뿐만아니라, 아아크의 집중성을 향상시키고 깊은 용입과 더불어 용융금속을 충분히 교반하여 Mn 매트릭스내에 B을 골고루 분산시키는 역할을 한다. Ti-Mn-B에 의해 미세화된 조직은 강한 인성을 나타내지만, 입계를 따라 분포되는 붕화물 및 티탄산화물에 의한 입계균열의 용접금속의 이면에서 발생할 확율이 높으며, 충격인성도 매우 낮다. 그러나 매트릭스내에 B를 골고루 분산시키므로 인해 입계균열을 방지할 수 있으며, 티탄산화물 형성의 감소와 미세화에 의한 높은 인성을 유지할 수 있다.The Na (sodium) is an arc stabilizer, such as K, Ce, etc., but the role of Na in the present invention is not only a stabilizer of the arc, but also improves the concentration of the arc, and deeply infiltrate the molten metal with sufficient agitation so that the B is contained in the Mn matrix. It distributes evenly. The microstructures microstructured by Ti-Mn-B exhibit strong toughness, but the probability of occurrence on the back side of the weld metal of grain boundary cracks by borides and titanium oxides distributed along the grain boundaries is high, and the impact toughness is also very low. However, since B is evenly dispersed in the matrix, grain boundary cracking can be prevented and high toughness due to reduction and refinement of titanium oxide formation can be maintained.
상기 Na을 0.05% 미만으로 첨가하면 아아크 안정제로서의 효과가 부족하고, Na 대신에 K 또는 Ce 등이 첨가되면 용접금속의 이면충격치는 매우 낮아진다. 반면에 K는 Na와 함께 극미량이 함유되면 우수한 아아크 안정성을 얻을수 있다. 또, Na을 1.25%를 초과하여 첨가하면 아아크의 증기압이 높아져 아아크가 불안정해지고 유동성이 감소하는 한편, 비이드 외관이 매우 불균일해 진다. 상기 Na의 공급원으로서 예를 들면 금속나트륨, 장석, 불화소다, 소디움티타나이트, 크롤라이트 등이 있다.If Na is added below 0.05%, the effect as an arc stabilizer is insufficient, and if K or Ce is added instead of Na, the back impact value of the weld metal is very low. On the other hand, when K contains a very small amount together with Na, excellent arc stability can be obtained. In addition, when Na is added in excess of 1.25%, the vapor pressure of the arc is increased, so that the arc is unstable and the fluidity is decreased, while the appearance of beads is very uneven. Examples of the Na source include metal sodium, feldspar, sodium fluoride, sodium titanite, crawlite and the like.
K : 0.00008 내지 0.008%K: 0.00008 to 0.008%
상기 K(칼륨)은 선택적으로 첨가되는 것으로, 첨가되는 경우는 산화물로 첨가되며 Na와 함께 극미량이 첨가되면 월등한 아아크 안정성을 얻을수 있는 효과가 있다. 그 함량이 K 원소 환산량으로 0.00008%미만이면 그 효과를 기대할수 없으며, 0.008%를 초과하는 경우는 용접금속의 이면 충격치는 매우 낮아진다.The K (potassium) is to be selectively added, if added to the oxide and when added with a very small amount with Na has the effect of obtaining excellent arc stability. If the content is less than 0.00008% in terms of K element, the effect cannot be expected. If the content exceeds 0.008%, the impact value of the back surface of the weld metal is very low.
F : 0.05% 내지 0.15%F: 0.05% to 0.15%
상기 F(불소)는 선택적으로 첨가되는 것으로, 첨가되는 경우는 금속플루오르화물로 첨가되며 용접금속의 아아크 안정을 도와주는 역할과 동시에 탈산효과도 있다. 금속플루오르화물의 양이 F 환산량으로 0.05%미만이면 아아크가 불안정해지고 인성도 열화한다. 또한, 0.15%를 초과하면 증기압이 높기 때문에 흄(FUME) 발생량이 증가하고 용접작업성도 열악해진다. 상기 금속플루오르화물의 공급원으로서 예를 들면 불화리튬, 불화소다, 불화칼슘, 크롤라이트 등이 있다.The F (fluorine) is optionally added, if added to the metal fluoride and also serves to help stabilize the arc of the weld metal and also has a deoxidation effect. If the amount of the metal fluoride is less than 0.05% in terms of F, the arc becomes unstable and the toughness deteriorates. In addition, if the content exceeds 0.15%, since the vapor pressure is high, the amount of fume (FUME) is increased and the workability of welding is poor. Examples of the source of the metal fluoride include lithium fluoride, sodium fluoride, calcium fluoride, crawlite and the like.
Zr : 0.05% 내지 0.45%Zr: 0.05% to 0.45%
상기 Zr(지르코늄)은 선택적으로 첨가되는 원소로서, 첨가하는 경우에는 용착성을 향상시킴과 동시에 슬라그의 응고속도를 향상시켜 비이드의 형상을 제어할 수 있는 효과가 있다. 그 함량이 0.05%미만인 경우는 그 효과가 미흡하고, 0.45%를 초과하면 용융성이 저하됨과 동시에 비이드의 퍼짐성이 감소한다. 상기 Zr의 공급원으로서 예를 들면 바델라이트가 대표적이다.The Zr (zirconium) is an element to be selectively added, when added to improve the weldability and to improve the solidification rate of the slag to control the shape of the bead. If the content is less than 0.05%, the effect is insufficient. If the content is more than 0.45%, the meltability decreases and the spreadability of the beads decreases. As a source of Zr, for example, Badelite is representative.
Ca : 0.02% 이하Ca: 0.02% or less
상기 Ca(칼슘)은 선택적으로 첨가되는 원소로서, 첨가되는 경우에는 강탈산제로서 작용하기는 하나, 과다하게 첨가되면 슬라그가 과다생성되며 아아크가 불안정해지기 때문에, 그 함량을 0.02%이하로 한다. 상기 Ca의 공급원으로서 예를 들면 불화칼슘, Ca-Si합금 등이다.The Ca (calcium) is an element to be selectively added, if added, but acts as a strong deoxidizer, but if excessively added, the slag is excessively generated and the arc becomes unstable, so the content thereof is made 0.02% or less. As a source of said Ca, it is calcium fluoride, Ca-Si alloy, etc., for example.
P, S : 0.03% 이하P, S: 0.03% or less
상기 P 및 S는 불순물로서 엄격히 제어되어야 하나, 플럭스의 충전물에서 미량 혼입되므로 플럭스의 공급원을 P, S가 적은 것으로 적절하게 선택하고, 과다 투입되지 않도록 그 조성범위를 0.03%이하로 엄격히 제한해야 한다.The P and S should be strictly controlled as impurities, but since the traces are mixed in the filling of the flux, the source of the flux should be appropriately selected to be less P and S, and the composition range should be strictly limited to 0.03% or less so as not to be excessively added. .
다음에서는 상술한 바와같은 티타니아계 플럭스 충전와이어를 이용한 용접방법에 대하여 상세히 설명한다.Next, the welding method using the titania-based flux filling wire as described above will be described in detail.
일반적인 이당재는 이면부에서 용락을 방지하고 편면용접이 가능하게 하는 목적이 있으나, 대부분의 융점이 1350℃ ~ 1500℃로 용융금속보다 낮은 온도범위에 있으므로, 고입열로 용접하는 경우 소착으로 인한 이면 비이드의 불량과 다량의 가스발생과 산화성 슬라그에 의해 이면부의 강도가 매우 취약해지곤 하여, 편면용접에서의 미려한 이면 비이드의 형성을 위해 저전류, 저입열로 초층용접을 조심스럽게 행하여 왔으나, 이러한 방법도 만족할만한 결과를 얻을수 없었다.In general, disaccharides have the purpose of preventing melting on the back side and enabling one side welding, but since most melting points are in the temperature range of 1350 ° C to 1500 ° C lower than molten metal, the back ratio due to sintering when welded with high heat input The strength of the back surface is very weak due to poor defects, a large amount of gas and oxidizing slag, and superficial welding has been carefully performed with low current and low heat input to form a beautiful back surface bead in one side welding. The method did not produce satisfactory results.
하지만, 본 발명에서는 상기 티타니아계 플럭스 충전와이어와 융점이 높은 이당재를 사용함으로서 초층용접에서 고전류에 의한 고입열의 용접조건을 만족시킬 수 있는 것이다.However, in the present invention, by using the titania-based flux filling wire and a high melting point disaccharide, it is possible to satisfy the welding condition of high heat input by high current in the first layer welding.
즉, 편면용접에 있어서 1500-2000℃의 고융점을 갖는 이당재를 선택적으로 사용함에 따라 본발명의 티타니아계 플럭스 충전와이어의 효과를 충분히 발휘할 수 있다. 상기 이당재는 1500-2000℃의 고융점을 갖는 것이면 어느 것이나 적용할 수 있으나, 보다 우수한 효과를 얻을 수 있는 것으로 바람직한 것은 Al2O3-SiO2-MgO계와 ZrO2-CaO계를 들 수 있다. 상기 Al2O3-SiO2-MgO계를 이당재로 적용하는 경우, 그 이당재는 중량%로, Al2O35% ~ 75%, SiO220% ~ 70%, MgO 0.01% ~ 20%, 기타 ZrO2및 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지도록 제어되며, 보다 바람직하게는 이들의 합을 90%이하로 제어하는 것이다.That is, by selectively using a disaccharide having a high melting point of 1500-2000 ° C. in single-sided welding, the effect of the titania-based flux filled wire of the present invention can be sufficiently exhibited. The disaccharide material can be applied whichever as long as it has a high melting point of 1500-2000 ℃ However, there may be mentioned more preferable that it can be obtained an excellent effect based Al 2 O 3 -SiO 2 -MgO, and ZrO 2 -CaO-based . When the Al 2 O 3 -SiO 2 -MgO system is applied as a disaccharide, the disaccharide is by weight, Al 2 O 3 5% to 75%, SiO 2 20% to 70%, MgO 0.01% to 20% And other ZrO 2 and unavoidable impurities, and more preferably 90% or less of the sum thereof.
상기 ZrO2-CaO계를 이당재로 적용하는 경우는 ZrO20.01% ~ 20%, CaO 0.01% ~ 40%임과 동시에 함유된 Al2O3와 SiO2가 각각 50% 이내인 이당재가 바람직하다.In the case of applying the ZrO 2 -CaO system as a disaccharide, a disaccharide having 0.01% to 20% of ZrO 2 and 0.01% to 40% of CaO and at least 50% of Al 2 O 3 and SiO 2 contained therein is preferable. .
상기 이당재로서 선택되는 조성물은 티타니아계 플럭스 충전와이어의 용융금속에 영향을 줄 수 있는 유해한 원소가 함유된 것은 배재하는 것이 바람직하다. 상기 이당재의 불순물(Fe2O3, Na2O, K2O)은 최소의 범위가 좋으나, Na2O는 적량 함유되어도 효과적이며, K2O는 허용하지 않는 편이 바람직하다.The composition selected as the disaccharide is preferably excluded from the harmful elements that may affect the molten metal of the titania-based flux filled wire. The impurities (Fe 2 O 3 , Na 2 O, K 2 O) of the disaccharide are good in a minimum range, but Na 2 O is preferably contained in an appropriate amount, and K 2 O is preferably not allowed.
상기 이당재의 융점은 1500℃ ~ 2000℃를 만족하여야 하는데, 1500℃미만이면 용접시 고입열을 적용하기 곤란하며 소착현상을 일으키는 문제가 있고, 2000℃를 초과하는 이당재의 제조는 어렵고 효용성이 떨어지기 때문이다. 상기 이당재는 1620℃ ~ 2000℃의 융점을 갖는 것이 보다 바람직하다.Melting point of the disaccharide material should satisfy 1500 ℃ ~ 2000 ℃, if less than 1500 ℃ difficult to apply high heat input during welding, there is a problem causing sintering phenomenon, the production of disaccharides exceeding 2000 ℃ difficult and less effective Because. As for the said disaccharide, it is more preferable to have melting | fusing point of 1620 degreeC-2000 degreeC.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
실시예 1Example 1
강 외피에 티타니아계 플럭스를 충전하여 티타니아계 플럭스 충전와이어를 제조하여 준비하였다. 이때, 상기 플럭스 충전와이어는 와이어의 총중량에 대해 원소 환산량으로 하기 표2와 같은 조성을 갖는 것이었다.Titania-based flux filled wire was prepared by filling titania-based flux into the steel shell. In this case, the flux-filled wire had a composition as shown in Table 2 in terms of the element equivalent to the total weight of the wire.
또한, 융점이 1500℃ ~ 2000℃이고 화학성분이 하기 표2와 같은 이당재를 준비하였다.In addition, a melting point of 1500 ℃ ~ 2000 ℃ and the chemical composition was prepared disaccharides as shown in Table 2 below.
하기 표1 및 하기 표2에 제시된 바와 같은 용접와이어 및 이당재를 이용하여, 도 1과 같이 이당재를 용접부 이면에 배설하고, 고전류의 고입열을 적용하여 용접와이어로 초층 또는 다층용접하였다. 이때의 용접조건은 다음과 같았다.Using the welding wire and the disaccharide material as shown in Table 1 and Table 2 below, the disaccharide material was disposed on the back side of the welded portion as shown in FIG. 1, and the first layer or multilayer welding was performed by applying a high current high input heat. The welding conditions at this time were as follows.
- 모재규격:AH36 - 모재두께:T 25mm - 개선각:40°-Base material specification: AH36-Base material thickness: T 25mm-Improvement angle: 40 °
- 루트폭:6mm - 다층수:6 Pass - 보호가스:CO2 -Root width: 6mm-Multi-layered water: 6 Pass-Protective gas: CO 2
- 가스유량:20ℓ/분 - 용접방법:후퇴(15~30°) - 용접기:SCH500A DC(+)-Gas flow rate: 20ℓ / min-Welding method: Retreat (15 ~ 30 °)-Welding machine: SCH500A DC (+)
- 용접전류/전압, 입열량(kJ/cm):초층부(1Pass) 250A-32V 이상, 27kJ/cm이상-Welding current / voltage, heat input (kJ / cm): super pass (1Pass) 250A-32V or more, 27kJ / cm or more
다층부(2Pass) 320A-35V 이상, 30 ~ 35kJ/cmMulti-layer (2 Pass) 320A-35V or more, 30 ~ 35kJ / cm
다층부(3~6Pass) 350A-36V 이상, 30 ~ 35kJ/cm 이상Multi-layer (3 ~ 6 Pass) 350A-36V or more, 30 ~ 35kJ / cm or more
용접후, 용접금속의 표면과 이면의 충격강도를 조사하였는데, 시편은 도 2에 보인 바와 같이, 표면과 이면에서 2mm떨어진 위치(7)의 것으로 하였다. 즉, 표면으로 부터 2mm부분의 충격시편(표면부 충격시편, 3)과 이면으로 부터 2mm부분의 충격시편(이면부 충격시편, 4)을 이용하여 충격강도를 측정하고 그 결과를 하기 표3에 나타내었다.After welding, the impact strengths of the front and back surfaces of the weld metal were examined. As shown in FIG. 2, the specimens were positioned at a position 7 away from the front and back surfaces 2 mm. In other words, the impact strength was measured by using the impact specimen (surface portion 3, 2 mm) from the surface and the impact specimen (surface side 4, 2 mm) from the back side, and the results are shown in Table 3 below. Indicated.
상기 표1과 표2에서 알 수 있는 바와 같이, 티타니아계 플럭스 충전와이어의 조성이 본 발명을 만족하고, Ti/Mn/B/Na의 비율이 적절한 조성을 이루고 있는 발명예(1-6)은 용접시 고전류에서 매우 효과적으로 용접이 가능했으며, 충격강도도 매우 우수 하였는데, 발명예(1)와 발명예(5)의 경우에는 이당재가 바람직한 함량범위를 벗어난 경우로서, 용접금속 표면의 충격강도는 우수한 반면, 이면의 충격강도는 다소 만족되지 않았지만 전반적으로 우수하였다.As can be seen from Table 1 and Table 2, Inventive Example (1-6), in which the composition of the titania flux-filled wire satisfies the present invention, and the ratio of Ti / Mn / B / Na forms an appropriate composition is welded. It was possible to weld very effectively at high current and the impact strength was very good. In the case of Inventive Example (1) and Inventive Example (5), the disaccharide was out of the desirable content range, while the impact strength of the weld metal surface was excellent. On the other hand, the impact strength on the back was somewhat unsatisfactory, but was excellent overall.
한편, 상기 발명예(3) 및 비교예(1)와 같은 조건에 의해 얻어진 용접부에 대하여 천이온도에 따른 표면부와 이면부의 충격강도를 측정하여 도 3에 나타내었다.On the other hand, the weld strength obtained by the same conditions as the invention example (3) and Comparative Example (1) was shown in Figure 3 by measuring the impact strength of the front and rear parts according to the transition temperature.
도 3에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명의 조건을 만족하는 발명예(3)의 경우가 충격강도가 보다 우수하였다.As can be seen from Fig. 3, the case of invention example (3) which satisfies the conditions of the present invention was more excellent in impact strength.
실시예 2Example 2
본 실시예에서는 와이어의 성분중 B과 Mn의 함량이 용접부의 충격강도에 미치는 영향을 알아보기 위해, B과 Mn의 함량이 다른 여러 가지의 용접봉을 사용하여 얻어진 용접부의 표면부와 이면부의 충격강도를 측정하고, 용착금속의 성분을 분석하여 B과 Mn의 함량을 알아내었다. 이때, 용접방법은 상기 실시예 1과 동일하였다.In this embodiment, in order to determine the effect of the B and Mn content of the wire component on the impact strength of the weld, the impact strength of the surface and the back of the welded portion obtained by using various welding rods having different B and Mn content The content of B and Mn was determined by analyzing the components of the deposited metal. At this time, the welding method was the same as in Example 1.
얻어진 용착금속의 B과 Mn 함량에 따른 충격강도를 표면부의 경우는 도 4에 나타내었고, 이면부의 경우는 도 5에 나타내었다.The impact strength according to the B and Mn contents of the obtained weld metal is shown in FIG. 4 for the front part and in FIG. 5 for the back part.
이같은 방법으로 여러번 실험을 행한 결과, 만족할 만한 충격강도를 보이기 위해서는 용착금속내의 B과 Mn의 함량이 일정함량이상이 필요하며, 이를 역으로 산출한 결과, 용접와이어에는 B이 0.002-0.02%, Mn이 1.5-3.5%의 범위로 함유되는 것이 바람직함을 알 수 있었다.As a result of several experiments in this way, in order to show satisfactory impact strength, the content of B and Mn in the weld metal needs to be above a certain content, and vice versa, B is 0.002-0.02%, Mn in the welding wire. It turned out that it is preferable to contain in 1.5 to 3.5% of range.
상술한 바와같이, 본 발명에 의한 Ti/Mn/B/Na의 비율이 적절한 조성을 이루게 함으로서, 용접금속의 충격강도가 보다 우수해지고, 편면용접에서 고융점의 이당재를 배설함으로서 고전류에 의한 고입열의 고능율의 용접작업을 할 수 있는 효과가 제공된다.As described above, by making the ratio of Ti / Mn / B / Na according to the present invention achieve an appropriate composition, the impact strength of the weld metal becomes more excellent, and the high melting point heat of the high current is generated by disposing a high melting point disaccharide in single side welding. The effect of high welding efficiency can be provided.
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