KR100359483B1

KR100359483B1 - 가스 쉴드 아아크 용접용 플럭스 코어드 와이어

Info

Publication number: KR100359483B1
Application number: KR1020000062520A
Authority: KR
Inventors: 김종원
Original assignee: 고려용접봉 주식회사
Priority date: 2000-10-24
Filing date: 2000-10-24
Publication date: 2002-10-31
Also published as: KR20020031787A

Abstract

본 발명은 가스 쉴드 아아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 관한 것으로서, 아아크의 안정성을 높여 스패터의 발생량을 줄여주며 저온 샤르피 충격특성이 우수해지고, 용접부위의 균열 발생 위험을 감소시킨 가스 쉴드 아아크 용접용 플럭스 코어드 와이어를 제공한다.

본 발명에서는 금속제 외피에, 와이어 전체 중량에 대하여, 0.01 ~ 0.1 중량%의 C, 0.5 ~ 10 중량%의 SiO₂, 1.0 ~ 3.0 중량%의 Mn, 0.1 ~ 2.0 중량%의 MgO, 0.5 ~ 3.0 중량%의 Al₂O₃, 5.0 ~ 15 중량%의 TiO₂및 0.5 ~ 5.0 중량%의 Ni를 함유하고, Mn과 Si의 중량비(Mn/Si)가 1.2 ~ 2.0의 범위에 있는 조성을 갖는 플럭스를 충전하여 가스 쉴드 아아크 용접용 플럭스 코어드 와이어를 제조한다.

Description

가스 쉴드 아아크 용접용 플럭스 코어드 와이어{Flux cored wire for gas shield arc welding}

본 발명은 플럭스 코어드 와이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 C, Si, Mn, Mg, Al 등의 비금속이나 금속 및 그의 산화물로 구성된 플럭스를 충전하여, 작업성과 용접성 및 저온 충격 성능을 개선시킨 가스 쉴드 아아크 용접용 플럭스 코어드 와이어(이하, 플럭스 코어드 와이어라 함)에 관한 것이다.

최근들어, 에너지 자원의 개발이 먼 극지방과 깊은 심해로까지 확대되어 감에 따라 우수한 저온 샤르피 충격특성을 갖는 용접재료의 개발이 강하게 요구되고 있다. 즉 해양 구조물, LNG 운반선, 저장탱크 등과 같이 저온에서 사용되는 알루미늄 킬드 강 또는 저온용 강의 용접에 적합한 용접재료에 관한 관심이 날로 고조되고 있는 것이다.

한편, 종래의 용접 현장에서 사용되어 오던 용접재료들은 하향 또는 수평 필렛에 한하여 적용되어 왔기 때문에, 용접작업의 용이성 측면에서 상당히 불리하였다. 이에 따라 한정된 용접자세로 인한 작업 능률의 저하는 전자세에서의 용접이 가능한 용접재료의 개발을 요구하고 있다.

플럭스 코어드 와이어는 우수한 저온 샤르피 충격특성, 용접 작업의 용이성 면에서 그 수요가 급격히 늘고 있으나, 입향상진 용접에서 비이드의 처짐 현상, 용접시 아아크 안정성의 열세에 의해 발생되는 스패터 및 용접흄의 과다 발생 등으로 인한 사용상의 어려움, 루-트 Gap이 약 6 ~ 8 mm 정도의 V형 개선 맞대기 용접에서 초층부 비이드 균열의 잦은 발생, 저온(-60℃)에서 샤르피 충격특성의 불안정성은 보다 뛰어난 용접재료의 개발을 필요로 하고 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점들을 감안하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 뛰어난 아아크 안정성과 스패터 및 용접흄의 발생을 감소시켜 용접작업 환경을 향상시키는 플럭스 코어드 와이어를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 낮은 저온(-60℃)에서도 높은 샤르피 충격특성 및 저온 내크랙성을 나타내는 플럭스 코어드 와이어를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 하향 및 수평 필렛 용접자세 뿐만 아니라 입향상진 자세에서도 우수한 비이드 형상을 얻을 수 있는, 전자세에서의 용접을 용이하게 하는 플럭스 코어드 와이어를 제공함에 있다.

도1은 U형 저온 균열 시험의 시편 형상을 도시한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

금속제 외피에 플럭스를 충전하여 이루어진 가스 쉴드 아아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 특정범위의 금속 및 금속성 산화물로 이루어진 플럭스를 충전하는 것에 의해 달성될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 가스 쉴드 아아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는 상기 플럭스가 와이어 전체 중량에 대하여, 0.01 ~ 0.1 중량%의 C, 0.5 ~ 10 중량%의 SiO₂, 1.0 ~ 3.0 중량%의 Mn, 0.1 ~ 2.0 중량%의 MgO, 0.5 ~ 3.0 중량%의 Al₂O₃, 5.0 ~ 15 중량%의 TiO₂및 0.5 ~ 5.0 중량%의 Ni를 함유하고, 상기 Mn과 상기 Si의 중량비(Mn/Si)가 1.2 ~ 2.0의 범위에 있는 것임을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 플럭스 코어드 와이어는 파이프 또는 냉간압연 강재와 같은 통상의 강재를 금속제 외피로 하며, 그 내부에 본 발명이 제안한 조성을 갖는 플럭스를 충전한다.

이하, 본 발명의 플럭스를 구성하는 성분들을 첨가하는 이유 및 조성 한정 이유에 대하여 설명한다. 하기에서 각 성분의 %는 와이어 전체 중량을 기준으로 한 중량%이다.

플럭스 성분 중의 C는 용융금속의 유동성을 좋게 하며, 용접금속의 강도를 증가시켜 주고, 오스테나이트(austenite)를 생성시키는 원소로써, 첨가량을 0.01 ~ 0.1%로 한다. 0.01% 미만 첨가할 경우 그 효과가 미미하며, 0.1%를 초과하여 첨가하면 용접금속의 인성이 감소되고, 작업성 측면에서도 스패터 및 용접흄의 발생량이 증가되므로, C의 함유량은 0.01 ~ 0.1%가 바람직하다.

SiO₂는 슬래그의 점성이나 아아크의 취부력을 조정하는 성분으로써, 0.5% 미만에서는 아아크가 약하고 슬래그의 점성이 적어지기 때문에 슬래그의 피포성이 안정하지 못하고 비이드의 형성이 불규칙하게 된다. 반면 10%를 초과하면 슬래그의 점성이 과대하게 되어 아아크의 취부력이 강하게 되어 언더 컷트의 발생과 스패터 발생량의 증가를 가져오므로, SiO₂의 함유량은 0.5 ~ 10%가 바람직하다.

Mn은 탈산제로 작용하여 용접금속의 내기공성을 강화하며 용접금속의 기계적 성능인 인장강도와 인성을 향상시키는데 중요한 성분 원소로써, 1.0%미만에서는 탈산 부족 현상에 의한 블루홀, 핏트 등의 기공이 생성되며, 3.0%를 초과하면 과탈산 현상에 의한 기공과 스패터 및 용접흄의 발생 과다로 작업성이 저하된다. 따라서 Mn의 함유량은 1.0 ~ 3.0%로 하는 것이 바람직하다.

Al₂O₃는 용적을 미세화시켜 스프레이 아아크를 형성시키며 비이드의 파형을 적게하고 슬래그 박리성을 향상시키는 성분으로써, 0.5%미만에서는 그 효과가 미미하며, 3.0%를 초과하면 용적이행이 불안정하게 되어 비이드의 파형이 거칠어질뿐만 아니라 2단으로 형성되어 불규칙해지고 아아크도 거칠어져서 슬래그 발생량이 증가되므로, Al₂O₃의 함유량은 0.5 ~ 3.0%로 하는 것이 바람직하다.

TiO₂는 아아크의 안정성과 슬래그의 피포성 및 유동성 등을 조정하는 중요한 성분으로써, 5.0%미만에서는 슬래그의 유동성이 부족하고 피포성이 나빠지며 비이드의 형상도 볼록형으로 언더컷트 되기 쉬운 반면, 15%이상에서는 슬래그의 양이 많이지며 피포도 두텁게 되어 비이드가 처지거나 슬래그가 용융지를 과잉으로 덮기 때문에 운봉속도의 조절이 어렵게 된다. 따라서 TiO₂의 함유량은 5.0 ~ 15%로 하는 것이 바람직하다.

Ni는 기계적 강도, 저온 인성을 향상시켜 주는 원소로써, 0.5%미만에서는 그 효과가 미미하며, 5.0%이상에서는 아아크가 불안정해져 스패터 발생이 증가하므로 작업성을 떨어뜨린다. 따라서 Ni의 함유량은 0.5 ~ 5.0%가 바람직하다.

MgO는 탈산제 및 슬래그 형성제로 사용되는 성분으로써, 0.1% 미만에서는 탈산 부족에 의하여 인성이 향상되지 않으며, 2%이상에서는 아아크가 불안정해져 스패터 발생량이 증가하게 된다. 따라서 MgO의 함유량은 0.1 ~ 2%인 것이 바람직하다.

또한 Mn/Si의 비가 1.2 이하인 경우에는 아아크가 불안정하여 스패터 발생량이 증가함에 따라 작업성이 떨어지고 저온 샤르피 충격특성이 불량해진다. 반면 Mn/Si의 비가 2.0 이상인 경우에는 작업성이 떨어지며, 용접부의 경도가 상승하여 균열의 위험성이 높아진다. 따라서 Mn/Si의 비는 1.2 ~ 2.0으로 하는 것이 바람직하다.

상기한 필수 성분 이외에 철분말을 플럭스에 첨가할 수 있으며, 철분의 첨가는 아아크의 안정성 및 용착효율을 높이기 위한 것으로, 5 ~ 15%의 철분을 첨가하면 조관과 선의 인발 신선과정에서 강-스트립(steel-strip) 내부에 충전된 플럭스의 유동성을 증가시켜 일부 쏠림 현상을 방지할 수 있다.

한편, 사용 플럭스간의 비중 차가 너무 크거나 입도의 분포가 지나치게 미립자 또는 큰입자로 치우쳐 있다면 유동성의 부족으로 인하여 충전율의 변화를 가져오거나 신선공정에서 단선이 발생하는 등의 문제점 뿐 만 아니라, 용접 작업시에도 아아크가 불안정해져 스패터의 발생량이 증가하는 등의 문제가 발생된다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해서 플럭스를 금속제 외피 내부에 충전하기 전에 조합 소결하거나 조립을 통하여 일정한 크기의 분립상으로 만들어 사용할 수도 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 설명한다.

먼저 표1의 조성을 갖는 플럭스를 충전한 플럭스 코어드 와이어를 제조하였다.

제조된 와이어의 작업성과 용착금속의 인장강도, 항복강도, 샤르피 충격특성을 KS, AWS의 시험절차에 따라 실시하고 그 결과를 표3과 표4에 나타내었으며, 실시에 적용된 용접조건은 표2에 나타내었다. 또한 용접부의 저온 균열시험은 도1과 같은 JIS Z3157의 U형 용접균열시험방법에 따라 실시하였으며 그 결과를 표4에 나타내었다.

구분	번호	플럭스의 배합 조성비(와이어 전체에 대한 중량%)
구분	번호	C	TiO₂	SiO₂	Mn	MgO	Al₂O₃	Ni	T-Fe	Mn/Si
실시예	1	0.05	5.0	2.5	1.5	0.5	1.5	1.0	10.0	1.29
	2	0.04	6.5	3.0	2.0	0.5	1.5	1.5	15.0	1.43
	3	0.04	6.5	2.0	1.5	0.5	1.5	1.5	15.0	1.61
	4	0.06	7.0	3.5	2.5	0.5	1.0	1.5	15.0	1.53
	5	0.04	5.5	3.0	2.0	0.5	1.0	2.0	10.0	1.43
	6	0.05	6.0	3.5	3.0	0.5	1.0	2.0	5.0	1.84
비교예	7	0.05	3.0	2.5	1.5	0.5	3.5	1.5	10.0	1.29
	8	0.05	5.0	3.5	1.5	0.5	1.5	1.5	1.0	0.92
	9	0.15	5.0	2.5	2.0	0.5	1.5	1.5	15.0	1.72
	10	0.15	6.0	2.5	2.0	0.5	1.5	1.5	15.0	1.72
	11	0.05	6.0	5.0	2.0	0.5	1.5	2.5	10.0	0.85
	12	0.04	6.5	3.0	3.0	3.0	1.5	3.0	10.0	2.14

항 목	용 접 조 건
시험편 치수(mm)	20t × 300ℓ × 150w
와이어 선경(mm)	1.2
사용가스 유량(ℓ/min)	20 (CO₂100%)
용접전류(A)	200 ~ 260
용접전압(V)	26 ~ 30
용접속도(cm/min)	20 ~ 30
층간온도(℃)	120 ~ 150
용접입열(kJ)	15 ~ 20

구분	번호	작업성 평가 결과
구분	번호	슬래그 박리성	아아크 안정성	스패터 발생량	비이드 외관	상향자세
실시예	1	◎	◎	O	◎	O
	2	◎	◎	O	O	O
	3	◎	◎	◎	O	O
	4	◎	◎	O	O	O
	5	◎	◎	◎	O	O
	6	◎	◎	◎	◎	O
비교예	7	◎	△	O	△	△
	8	O	X	X	O	X
	9	△	△	X	X	△
	10	△	△	X	X	△
	11	O	X	X	△	X
	12	O	△	△	△	O

◎ : 우수 ○ : 보통 △ : 약간열세 X : 불량

구분	번호	기 계 물 리 시 험 결 과
구분	번호	인장강도	항복강도	샤르피충격	U형균열
실시예	1	합격	합격	합격	균열 무
	2	합격	합격	합격	균열 무
	3	합격	합격	합격	균열 무
	4	합격	합격	합격	균열 무
	5	합격	합격	합격	균열 무
	6	합격	합격	합격	균열 무
비교예	7	합격	합격	합격	균열 무
	8	합격	합격	불합격	균열 유
	9	불합격	불합격	불합격	균열 유
	10	불합격	불합격	불합격	균열 유
	11	합격	합격	불합격	균열 유
	12	합격	합격	합격	균열 유

표 1, 3 및 4에서 1 ~ 6은 본 발명에 따른 예이며, 7 ~ 12는 비교예이다. 실시예 1 ~ 6은 본 발명이 제안한 플럭스의 조성비를 따르고 있으며, 특히 Mn/Si의 비가 1.2 ~ 2.0 범위내에 있다. 실시예 1 ~ 6은 슬래그 박리성, 아아크 안정성, 스패터 발생량, 비이드 외관 및 상향자세에서의 용접 등과 같은 작업성 측면에서 우수한 결과를 나타낸 반면, 비교예 7 ~ 12는 매우 불량한 작업성을 나타냈다.

또한 실시예 1 ~ 6은 인장강도, 항복강도 및 샤르피 충격 성능이 우수할 뿐만 아니라 U형 균열 시험에서도 균열을 발견할 수 없었으나, 비교예 7 ~ 12는 상당히 불량한 기계물리적 특성을 갖고 있는 것으로 나타났다.

비교예 7은 Al₂O₃의 함유량이 본 발명의 범위를 초과한 것으로, 아아크 안정성이 떨어지며 비이드의 형상이 오목하고 거칠게 나타났다. 비교예 8과 비교예 11은 Mn/Si의 비가 본 발명의 범위에 미달된 경우로서 아아크가 불안정하여 스패터발생량이 많을 뿐만 아니라 저온 샤르피 충격특성이 매우 불량한 것으로 나타났다. 비교예 9 ~ 10은 C의 함유량이 초과된 경우로서 스패터의 발생량이 많아졌으며 U형 균열 시험에서 균열이 발견되었다. 비교예 12는 Mn/Si의 비가 본 발명의 범위를 초과한 경우로서 작업성은 다소 불량하며 균열이 발생한 것으로 나타났다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 플럭스 코어드 와이어는, 뛰어난 아아크 안정성과 스패터 및 용접흄의 발생을 감소시켜 용접작업 환경을 향상시키고, 낮은 저온(-60℃)에서도 높은 샤르피 충격특성 및 저온 내크랙성을 나타내며, 하향 및 수평 필렛 용접자세 뿐만 아니라 입향상진 자세에서도 우수한 비이드 형상을 얻을 수 있는, 전자세에서의 용접을 용이하게 한다.

Claims

금속제 외피에 플럭스를 충전하여 이루어진 가스 쉴드 아아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 있어서,

상기 플럭스는 와이어 전체 중량에 대하여, 0.01 ~ 0.1 중량%의 C, 0.5 ~ 10 중량%의 SiO₂, 1.0 ~ 3.0 중량%의 Mn, 0.1 ~ 2.0 중량%의 MgO, 0.5 ~ 3.0 중량%의 Al₂O₃, 5.0 ~ 15 중량%의 TiO₂및 0.5 ~ 5.0 중량%의 Ni를 함유하고, 상기 Mn과 상기 Si의 중량비(Mn/Si)가 1.2 ~ 2.0의 범위에 있는 것임을 특징으로 하는 가스 쉴드 아아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.