KR100359954B1

KR100359954B1 - 피복아크 용접봉용 도포제

Info

Publication number: KR100359954B1
Application number: KR1019990062596A
Authority: KR
Inventors: 공병철; 이죽성
Original assignee: 현대종합금속 주식회사
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2002-11-04
Also published as: KR20010057542A

Abstract

피복아크 용접봉의 선단에 도포되는 선단도포제가 제공된다.

본 발명의 도포제는 흑연 90~99%, 알루미늄 분말 1~10%를 포함하여 이루어진 분말혼합물과; 그 몰비[SiO₂몰수/(Na₂O몰수 + K₂O몰수)]가 2.9~3.5인 물유리로된 고착제로 이루어진다.

본 발명의 도포제는 아크 스타트성의 향상 및 아크의 조기안정화를 도모할 수 있으며, 건전한 용접부를 얻게함에 유용하다.

Description

피복아크 용접봉용 도포제{Tip end coating material for coated electrode}

본 발명은 피복아크 용접봉의 선단에 도포되는 선단도포제에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 흑연분말에 소정량의 알루미늄 분말을 혼합한 분말혼합물에 적정몰비의 물유리를 고착제로 첨가하므로써 아크 스타트성 및 아크의 조기안정화를 도모할 수 있으며, 아울러 건전한 용접부를 얻을 수 있는 피복아크 용접봉용 도포제에 관한 것이다.

아크 스타트(Arc start)성을 개선하기 위해서는 통전저항을 극소화할 필요가 있으므로 용접봉의 선단에 도포제를 피복하여 사용함이 일반적이다. 즉, 용접봉은 심선이라고 불리우는 금속봉의 주위에 피복제가 도포되어 있는데, 상세하게 설명하면, 용접봉의 한쪽 끝은 홀더에 물리는 부분(머리 노출부)으로써 심선이 20~30mm정도 노출되어 용접전류가 공급될 수 있도록 되어 있고, 반대쪽 끝은 아크 발생이 용이하도록 피복제를 비스듬히 가공하여 심선을 조금 노출시켜 두었다.

특히, 저수소계 피복 아크 용접봉은 석회석(CaCO₃)이나 형석(CaF₂)이 그 용접봉의 주성분으로 되어 있기 때문에 용착금속중의 수소량이 다른 용접봉에 비하여현저하게 작다. 이는 연강용 용접봉에서는 용착금속 100g당 최대 15㎖의 확산성 수소량이 허용되고, 고장력강에서는 강도에 따라 6~15㎖ 범위내에서 그 최대치가 규제되는 것과 확연히 구별된다. 따라서 용착금속중 확산성 수소량이 극소량으로 제어가능한 저수소계 용접봉은 용접부의 내균열성이 우수하기 때문에 중요 강도부재, 고압용기, 후판 중구조물, 탄소당량이 높은 기계 구조용강 및 구속이 큰 용접부등의 용접에 일반적으로 이용되고 있다. 그러나, 상기 저수소계 아크 용접봉의 경우, 그 용접시 아크가 불안하여 용접개시부에 기공이 발생하기 쉽다는 문제가 있다.

아크 스타트성 및 아크 안정성을 위한 도포제의 일예로서 일본공개공보 58-000392가 있다. 상기 방법에서는 중량%로 철분 30~70%, 흑연 8~15%, 이산화망간 20~60%, 그리고 고착제(binder)로서 물유리 8~20%로 이루어진 도포제를 제시하고 있으나, 그 철분의 함량이 높아 일반적으로 아크 스타트성이 나쁘다는 문제가 있다.

또다른 도포제의 일예로서, 일본공개공보59-156600를 들 수 있는데, 이 방법에서는 중량%로 흑연 7~20%, 초미립 철분 15~40%, 초미립 산화철 40~65%등으로 구성된 도포제를 제시하고 있다. 그러나 이 방법에서는 미세립의 분말이 혼합되어 있는 까닭에 도포제의 건조시 균열이 발생할 우려가 있으며, 또한 아크 스타트성도 좋지 않다는 문제가 있다.

아크 스타트성 및 용접부 내균열성 향상을 위한 또다른 도포제가 일본특개평 10-202392에 제시되어 있다. 이 방법에서는 중량%로 흑연 10~40%, 철분 5~35% 및 물유리로 구성된 도포제를 제시하고 있으며, 그 흑연 및 철분의 입도분포를 소정치로 제한함을 그 특징으로 하고 있다. 그러나 상기 방법은 기본적으로 혼합되는 철분의 함량이 높아 우수한 아크 스타트성을 담보할 수 없으며, 이에따라 궁극적으로 건전한 용접부를 신뢰성있게 얻을 수 없다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래기술의 한계를 극복하기 위한 것으로, 흑연분말에 알루미늄 분말을 혼합하여 구성된 분말혼합물(도포제 플럭스)을 제공하므로써 아크 스타트성의 향상 및 아크의 조기안정화를 도모할 수 있으며, 건전한 용접부를 얻을 수 있는 피복아크 용접봉용 도포제를 제공함을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 분말혼합물과 고착제인 물유리로 구성된 도포제에 있어서, 상기 분말혼합물은 중량%로 흑연 90~99%, 알루미늄 분말 1~10%를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 피복아크 용접봉용 도포제를 제공한다.

이하, 본 발명을 설명한다.

종래의 피복아크 용접봉용 도포제는 상술한 바와같이 흑연에 철분 내지 산화철분말을 혼합하고, 여기에 고착제를 소정량 첨가하여 마련된다. 이에 대하여 본 발명의 도포제는 철분의 사용을 배제하고 흑연분말에 알루미늄 분말을 혼합한 분말혼합물(도포제 플럭스)로 이루어진 도포제를 제공함을 그 특징으로 한다.

상기 흑연은 아크 스타트성의 향상에 유익하나, 혼합되는 알루미늄 분말에 대하여 그 첨가량이 적으면 용접을 시작할때 발화력(폭발력)이 너무 커서 용탕 폭발등 아크 불안정을 야기한다. 그리고 그 첨가량이 많으면 용접개시기에 발화력(폭발력)이 너무 작아 아크 발생이 되지 않는다는 문제가 있다. 이런 연유로 본 발명에서는 흑연분말의 양을 중량%로 90~99%로 제한한다.

한편, 본 발명에서는 상기 혼합되는 흑연입자의 입경이 44㎛이하인 것이 상기 흑연의 전체중량에 대하여 90%이상으로 제한함이 바람직하다. 왜냐하면, 만일 그 입경이 44㎛를 초과하는 흑연입자가 많아질 경우, 용접시 용접금속중 탄소(C)의 편석을 야기하여 용접부의 균열을 초래할뿐만 아니라 우수한 통전성을 확보할 수 없기 때문이다.

본 발명의 도포제를 구성하는 알루미늄 분말은 발화성 및 통전성이 우수하여 아크 스타트성을 개선함에 보다 효과적이다. 또한 알루미늄 분말은 탈산제로서 용접개시부의 결함발생을 효과적으로 억제하는 작용을 한다. 그러나, 상기 흑연분말양에 대하여 그 첨가량이 너무 많으면 용접을 시작할때 발화력(폭발력)이 너무 커서 용탕 폭발등 아크 불안정을 야기한다. 그리고 그 첨가량이 적으면 용접개시기에 발화력(폭발력)이 너무 작아 아크 발생이 되지 않으며, 아울러 탈산력 부족으로 용접개시부에 기공결함이 발생한다는 문제가 있다. 이런 연유로 본 발명에서는 알루미늄분말의 양을 중량%로 1~9%로 제한한다.

아크 스타트성과 아크 안정성 및 용접부 결함발생측면에서 가장 바람직하게는 상기 알루미늄의 양을 중량%로 2~4%로 제한하는 것이다.

상기의 구성비로 혼합된 분말혼합물(도포제 플럭스)에 첨가되어 도포제를 형성하는 고착제로서, 본 발명에서는 통상의 경우처럼 물유리(SiO₂+ Na₂O + K₂O + H₂O)를 사용하는데, 상기 Na₂O와 K₂O는 아크를 안정화시켜 용접개시부에서의 피트(pit)나 블루홀(blow hole)의 형성을 방지하는 역할을 한다. 이때 우수한 도포제 특성을 확보하기 위해선 상기 물유리에서의 몰비[SiO₂몰수/(Na₂O몰수 + K₂O몰수)]를 2.9~3.5로 제한함이 바람직하다. 왜냐하면, 그 몰비가 2.9미만이면, 전반적으로 아크안정성이 열화되는 경향이 있으며, 3.5를 초과하면 고착제의 농도가 너무 묽어서 적절한 도포성을 확보할 수 없기 때문이다. 보다 바람직하게는 상기 물유리의 점도(25℃에서)를 20~150cps로 제한하는 것이다.

한편, 보다 바람직하게는 상기 분말혼합물의 전체중량의 40~60%범위로 상기 물유리의 첨가량을 제한하는 것이데, 이는 그 첨가량이 40%미만이면 고착력이 저하되어 도포제가 탈락되는 문제가 있으며, 그리고 60%를 초과하면 그 농도가 묽어서 우수한 도포성을 확보할 수 없기 때문이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예 1)

하기 표 1과 같이 조성된 도포제 플럭스를 각각 마련하였다. 그리고 이들에 물유리를 첨가하여 도포제를 제조하였으며, 이때 물유리에서의 몰비[SiO₂몰수/(Na₂O몰수 + K₂O몰수)]는 3.0이었으며, 그 점도는 85cps 였다. 상기와 같이 마련된 각각의 도포제를 선경 4.0Φ를 갖는 KS E5016 용접봉의 끝에 2.0mm이하의 두께로 도포한후 건조시켰다.

다음으로, 상기와 같이 플럭스가 도포된 용접봉을 이용하여 20mm두께의 SM-400용접모재를 용접전류 160A, 용접전압 25V하에서 아래보기(flat)자세로 용접을 실시하였다. 이때 아크 스타트성과 아크 안정성, 및 용접개시부 결함정도를 평가하여 하기 표 1에 나타내었으며, 또한 그들 결과에 대한 종합평가도 아울러 나타내었다. 여기서 아크 스타트성은 10개의 용접봉의 용접시 초Arc 발생갯수에 따라 평가하였으며, 10개 모두 발생한 경우는 매우 우수(◎), 9개 발생시는 우수(○), 7~8개 발생시는 보통(△), 그리고 6개이하로 발생시는 불량(×)으로 평가하였다. 또한, 용접개시부 결함발생은 10개의 용접봉 용접시 결함발생 갯수에 따라 평가하였으며, 결함이 없는 경우를 우수(○), 1~2개의 결함이 발생하는 경우를 보통(△), 3개이상의 결함이 발생하는 경우를 불량(×)으로 평가하였다. 한편 아크 안정성은 육안으로 관찰하여 평가하였으며, 매우 우수(◎), 우수(○),보통(△) 및 불량(×)으로 구분하여 평가하였다.

하기 표 1로부터 알 수 있는 바와같이, 본 발명예(1~5)는 아크 스타트성, 아크 안정성등이 모두 우수함을 알 수 있으며, 특히 Al분말의 함량이 2~4%로 제어된 발명예 3과 4가 아크 스타트성 및 아크 안정성측면에서 가장 바람직함을 알 수 있다.

한편, 알루미늄 분말의 첨가량이 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예(1~6)의 경우에는 전반적으로 아크 스타트성이 좋지 않음을 알 수 있으며, 용접개시부 결함이 다발함을 알 수 있다.

또한, 알루미늄 분말대신에 Al-Mg분말을 흑연에 혼합한 플럭스를 사용한 비교예 7과 8의 경우, 용접개시부 결함측면에서는 양호하나 아크 스타트성 및 아크 안정성의 측면에서는 바람직하지 않음을 알 수 있다. 그리고 알루미늄 분말대신에 철분말을 혼합한 비교예 9~11의 경우는 용접개시부의 결함이 다발하고, 아크 스타트성도 좋지 않음을 알 수 있다.

구분	도포제Flux 조성(중량 %)	Arc스타트성	Arc안정성	용접개시부 결함	종합평가
구분	흑연	Arc스타트성	Arc안정성	용접개시부 결함	종합평가	Al 분말	Mg-Al분말	철분
발명예	1	90	10	-	-	◎	○	○	○
	2	93	7	-	-	◎	○	○	○
	3	96	4	-	-	◎	◎	○	◎
	4	98	2	-	-	◎	◎	○	◎
	5	99	1	-	-	○	◎	○	○
비교예	1	100	-	-	-	×	×	×	×
	2	85	15	-	-	△	○	○	△
	3	80	20	-	-	△	△	×	×
	4	70	30	-	-	△	△	×	×
	5	60	40	-	-	×	×	×	×
	6	50	50	-	-	×	×	×	×
	7	90	-	10	-	×	△	○	×
	8	80	-	20	-	△	△	○	△
	9	90	-	-	10	×	×	×	×
	10	80	-	-	20	×	×	×	×
	11	70	-	-	30	×	×	×	×

(실시예 2)

하기 표 2와같이 조성된 도포제 플럭스를 마련하였다. 그리고 상기 플럭스에 하기 표 2와같이 그 몰비를 달리하는 고착제인 물유리를 첨가하여 도포제를 제조한후, 이들 각각을 선경 4.0Φ를 갖는 KS E5016 용접봉의 끝에 2.0mm이하의 두께로 도포한후 건조시켰다. 그 다음으로 이들 플럭스가 도포된 용접봉을 20mm두께의 SM-400용접모재를 용접전류 160A, 용접전압 25V하에서 아래보기(flat)자세로 용접을 실시하였다.

여기에서 고착제의 몰비에 따른 도포제의 도포성을 알아보기 위하여 실험을 행하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 상술하면, 10개의 용접봉을 1m높이에서 자유낙하시켰을때 도포제부위가 탈락하는 정도에 따라 도포성을 평가하였으며, 탈락이 없는 경우를 매우 우수(◎), 1개 탈락이 있는 경우를 우수(○), 2~3개의 탈락이 있는 경우를 보통(△), 그리고 4개이상의 탈락이 있는 경우를 불량(×)으로 평가하였다.

또한, 고착제의 몰비에 따른 용접개시부의 결함발생정도를 실시예 1과 동일한 조건으로 우수(○), 보통(△) 및 불량(×)으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

구 분	플럭스조성(중량%)	고착제몰비	도포상태	용접개시부 결함	종합평가
구 분	흑연	고착제몰비	도포상태	용접개시부 결함	종합평가	Al 분말
발명예	1	95	5	2.9	○	○	○
	2			3.2	○	○	○
	3			3.5	○	○	○
비교예	1			2.8	○	△	△
	2			2.5	○	×	×
	3			3.6	△	○	△
	4			3.8	×	○	×

상기 표 2에서 알 수 있는 바와같이, 고착제의 몰비가 2.9~3.5범위의 발명예(1~3)의 경우는 모두 도포상태뿐만 아니라 용접개시부 결함도 없음을 알 수 있다.

이에 반하여, 고착제의 몰비가 본 발명의 범위보다 작은 비교예 1과 2는 비록 도포성은 우수하나 용접개시부 결함발생이 야기됨을 알수 있다. 또한, 고착제의 몰비가 3.5를 초과하는 비교예 3과 4는 용접개시부 결함측면에서는 우수하나, 도포성은 좋지 않아 피복된 도포제가 쉽게 탈락됨을 알 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은, 흑연분말에 알루미늄 분말을 혼합한 분말혼합물에 적정몰비의 물유리를 배합하므로써 아크 스타트성의 향상 및 아크의 조기안정화를 도모할 수 있으며, 아울러 건전한 용접부를 얻을 수 있는 피복아크 용접봉용 도포제의 제조에 그 유용한 효과가 있다.

Claims

분말혼합물과 고착제인 물유리로 구성된 피복아크 용접봉용 도포제에 있어서, 상기 분말혼합물은 중량%로 흑연 90~99%, 알루미늄 분말 1~10%를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 도포제
제 1항에 있어서, 상기 알루미늄 분말이 2~4%임을 특징으로 하는 도포제
제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 흑연은 그 입경이 44㎛이하인 것이 상기 흑연 전체중량의 90%이상임을 특징으로 하는 도포제
제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 물유리는 그 몰비[SiO₂몰수/(Na₂O몰수 + K₂O몰수)]가 2.9~3.5인 것을 특징으로 하는 도포제
제 4항에 있어서, 상기 물유리는 상기 분말혼합물의 전체중량에 대하여 40~60%범위로 첨가됨을 특징으로 하는 도포제