KR100364874B1

KR100364874B1 - 대각장용 플럭스 코어드 와이어

Info

Publication number: KR100364874B1
Application number: KR1020010010048A
Authority: KR
Inventors: 이선일
Original assignee: 고려용접봉 주식회사
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2002-12-18
Also published as: KR20020069710A

Abstract

연강 또는 합금강제 외피에 플럭스를 충진하여 제조되는 대각장용 플럭스 코어드 와이어로서, 플럭스의 구성성분은 와이어 전체중량에 대하여 TiO₂: 2~8%, Al₂O₃: 0.1~1.0%, MgO : 0.3~2.0%, SiO₂: 0.5~3.0%, ZrO₂: 0.5~2.0%, Si : 0.1~2.0%, Mn : 1.5~4.0% 및 Al :0.05~1.5%를 포함하여 제조되며, 구성성분들이 하기 식(1)의 Z값으로 0.2~1.7을 만족하는 대각장용 플럭스 코어드 와이어를 제공한다.

Z=(Mn+Al+Si)/(TiO₂+Al₂O₃+MgO+SiO₂+ZrO₂)‥‥‥(1)

제공되는 대각장용 플럭스 코어드 와이어는 하향 및 수평 필렛 자세에 따라 용접 시공을 고효율로 행하는 것이 가능하고, 고용접전류에서 용접을 실시해도 용융금속 및 슬래그의 처짐 현상이 방지되며 우수한 비드 형상을 얻을 수 있다.

Description

대각장용 플럭스 코어드 와이어{Flux cored wire}

본 발명은 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 관한 것으로서, 특히 연강 및 고장력강을 주로 사용하는 철골 및 조선업계의 용접에 사용되는 대각장용 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다. 대각장용 플럭스 코어드 와이어라함은 8㎜ 이상의 각장(脚長, leg length)을 요구하는 하향 용접 및 수평 필렛 용접 작업에 사용되는 플럭스 코어드 와이어를 말한다.

최근들어 용접시공의 고능률화 및 탈기능화에 대한 요구가 점점 높아지고 있다. 이러한 요구를 맞추기 위하여 설비측면에서 로봇용접 및 반자동화 등이 도입되고 있으며 재료측면에서는 메탈계 플럭스 코어드 와이어와 같은 하향 및 수평 필렛 용접 전용의 용접 재료 개발에 박차를 가하고 있다.

그러나 지금까지 시판되어온 용접재료는 8㎜ 이상의 각장 비드(bead)를 요구시 비드의 처짐현상이 발생되고 있으며, 이를 해결하기 위하여 2패스(pass) 용접법을 적용하고 있으나 이는 작업의 능률성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 하향 및 수평 필렛 자세에 따른 용접시공을 고능률로 행하는 것이 가능하고, 용접전류를 높게 하여 용접을 행하여도 용융금속 및 슬래그의 흘러내림이 없어 비드 형상 불량이 발생되지 않는 대각장용 플럭스 코어드 와이어를 제공함에 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 연강 또는 합금강제 외피에 플럭스를 충진하여 제조되는 대각장용 플럭스 코어드 와이어로서, 상기 플럭스는 와이어 전체중량에 대하여 TiO₂: 2~8%, Al₂O₃: 0.1~1.0%, MgO : 0.3~2.0%, SiO₂: 0.5~3.0%, ZrO₂: 0.5~2.0%, Si : 0.1~2.0%, Mn : 1.5~4.0% 및 Al :0.05~1.5%를 포함하여 제조됨을 특징으로 하는 대각장용 플럭스 코어드 와이어를 제공한다.

또한 상기 구성성분들이 하기 식(1)의 Z값으로 0.2~1.7을 만족하는 대각장용 플럭스 코어드 와이어를 제공한다.

Z=(Mn+Al+Si)/(TiO₂+Al₂O₃+MgO+SiO₂+ZrO₂)‥‥‥(1)

본 발명에서는 비드 형상 불량이 용융금속의 흘러내림에 의하여 발생됨에 착안하고, 이러한 현상을 방지하기 위하여 슬래그의 조성을 변화시켜 슬래그의 응고점을 높히는 방법에 대하여 면밀히 검토하였다. 그 결과 상기와 같은 조성과 Z값을 갖는 플럭스 코어드 와이어가 대각장을 요구하는 용접작업에서 우수한 형상의 용접 비드를 갖게 됨을 알게 되어 본 발명을 제안하게 되었다.

이하, 본 발명에 따른 대각장용 플럭스 코어드 와이어를 구성하는 성분 및 그 역할에 대하여 상세하게 설명한다.

TiO₂는 슬래그 형성제 및 아크 안정제로 작용하게 되며 루틸 및 뉴키신 등을 그 공급원으로 한다. TiO₂의 첨가량이 2중량%미만이면 충분한 슬래그량을 확보하는 것이 불가능하고 용융금속이 흘러내리기 쉬운 문제점이 발생된다. 또한 첨가량이 8중량%를 초과하면 아크가 불안정해지며 스패터(spatter) 발생량이 증가하여 용접작업성이 저하된다. 따라서 TiO₂의 첨가량은 2~8 중량%로 하는 것이 좋으며, 보다 바람직하기로는 2.0~6.0 중량%로 첨가하는 것이 좋다.

Al₂O₃는 슬래그 응고점을 상승시키는 작용을 하는 첨가제로서 그 첨가량이 0.1 중량% 미만이면 그 효과가 미미하고, 1.0 중량%를 초과하면 비드의 형상이 불량해진다. 따라서 Al₂O₃의 첨가량은 0.1~1.0 중량%로 하는 것이 좋으며, 보다 바람직하게는 0.3~0.8 중량%로 첨가하는 것이 좋다.

MgO는 슬래그 응고점을 상승시킴과 동시에 아크 안정제로서의 역할을 하는 첨가제로서 그 첨가량이 0.3 중량% 미만에서는 그 효과가 적고, 2.0 중량%를 초과하면 비드 형상이 열화되는 문제점이 발생된다. 따라서 MgO의 첨가량은 0.3~2.0 중량%로 하는 것이 좋으며 보다 바람직하기로는 0.9~1.8중량%이다.

SiO₂는 슬래그 형성제 및 아크 안정제로서의 작용을 하며, 그 첨가량이 0.5 중량% 미만에서는 아크가 불안정해지고 스패터의 발생량이 증가하며, 3.0중량%를초과하면 슬래그가 굳어져서 슬래그 박리성이 저하되는 문제점이 발생된다. 따라서 SiO₂는 0.5~3.0 중량%로 첨가하는 것이 좋으며, 보다 바람직하게는 0.6~2.0중량%를 첨가한다.

ZrO₂는 슬래그 응고점을 상승시킴과 동시에 아크를 안정시키는 아크 안정제로서의 역할을 하며, 그 첨가량이 0.5 중량% 미만이면 그 효과가 미미하며, 2.0 중량%를 초과하면 아크가 불안정하게 되기 쉽고 스패터의 발생량이 증가하게되어 용접작업성이 저하된다. 따라서 ZrO₂의 첨가량은 0.5~2.0 중량%로 하며, 보다 바람직하게는 0.6~1.3중량%로 한다.

Si는 탈산제로서 용융금속 중의 산소량을 줄임으로써 용융금속의 점성을 증가시키는 역할을 한다. 이러한 Si의 첨가량이 0.1 중량% 미만이면 탈산부족으로 인하여 용접부에 블로우-홀(blow-hole) 등과 같은 용접결함이 발생되기도 하고 용융금속의 흘러내림 현상이 쉽게 발생되는 문제점이 있으며, 2.0 중량% 초과시에는 슬래그의 흘러내림 현상이 쉽게 발생되어 인성이 저하되는 문제점이 있게 된다. 따라서 Si는 0.1~2.0 중량%로 하며, 보다 바람직하기로는 0.5~1.9 중량%로 한다.

Mn은 탈산제로서의 작용을 함과 동시에 용접금속의 강도 및 인성을 향상시키는 작용을 한다. Mn의 첨가량이 1.5 중량% 미만이면 탈산부족으로 인하여 용접부에 용접결함이 발생되고 강도 및 인성이 저하되는 문제점이 발생된다. 그러나 4.0 중량%를 초과하면 용접금속의 강도가 증가하여 고온균열이 발생되기 쉬워진다는 문제점이 있다. 따라서 Mn의 첨가량은 1.5~4.0 중량%로 하는 것이 바람직하다.

Al은 탈산제 및 슬래그 형성제로서의 작용을 하며 그 첨가량이 0.05 중량% 미만이면 용융금속의 흘러내림이 발생되기 쉽고 1.5중량%를 초과하면 비드 형상이 불균일해지는 문제점이 발생된다. 따라서 Al은 0.05~1.5 중량%로 첨가하는 것이 좋으며, 보다 바람직하게는 0.2~1.3 중량%이다.

다음으로는 상기 구성성분들이 만족해야하는 하기 식(1)에 관하여 설명한다.

Z=(Mn+Al+Si)/(TiO₂+Al₂O₃+MgO+SiO₂+ZrO₂)‥‥‥(1)

식(1)은 플럭스 구성성분들이 용융금속 및 슬래그의 흘러내림과 비드 끝단부의 형성에 끼치는 영향을 수식화한 것으로서 Z의 범위는 0.2~1.7로 한정된다. Z의 값이 0.2 미만이면 슬래그의 흘러내림이 발생되기 쉬우며 1.7을 초과하면 비드 형상이 불량해진다. 보다 바람직하게는 Z의 범위가 0.4~1.0이다.

한편, 와이어에 충진되는 플럭스의 충진 형상에는 아무런 제한이 없으며, 와이어 표면에는 통전성을 원활하게 하고 방청을 위하여 구리로 도금을 하거나 산화피막을 씌울 수도 있다. 그러나 와이어 단면형상은 원형으로 하는 것이 좋으며 그 내부 형상에 대하여는 어떠한 제약도 없다.

이하, 본 발명에 따른 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 용접 특성을 보다 구체화하나, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

강제(KS D 3512, SPCC) 외피 중에, 와이어 전중량에 대하여 플럭스의 중량이 13~20%가 되도록 플럭스를 충진시켜 1.4㎜의 선경을 갖는 플럭스 코어드 와이어를 제조한다. 제조된 와이어의 플럭스를 구성하는 화학성분은 표 1에 표시하였다. 표1의 플럭스 조성으로 제조된 와이어를 표 2의 용접조건으로 용접하여 비드 형상, 아크 안정성, 슬래그 유동성, 슬래그 박리성, 슬래그 피포(被泡)성, 스패터 발생량 등을 평가하여 평가 결과를 표 3에 나타내었다.

구분	TiO₂	SiO₂	MgO	ZrO₂	Al₂O₃	Si	Mn	Al	Fe¹⁾	기타²⁾	Z
실시예	1	4.23	0.69	1.56	0.67	0.17	0.45	3.59	1.21	86.75	0.68	0.72
	2	5.43	2.04	1.24	0.92	0.32	0.98	2.89	0.27	85.12	0.79	0.42
	3	5.49	1.89	1.36	0.82	0.61	0.92	2.37	0.15	85.75	0.64	0.34
	4	3.79	0.63	1.89	0.67	0.19	1.78	3.84	1.42	85.24	0.55	0.98
	5	2.89	0.98	1.02	0.75	0.21	0.78	3.57	0.27	89.03	0.50	0.79
	6	2.54	1.05	1.56	0.87	0.23	1.16	3.41	1.37	87.14	0.67	0.95
	7	4.98	1.87	1.86	1.23	0.89	0.83	3.89	0.09	83.94	0.42	0.44
	8	3.27	0.95	0.42	0.71	0.52	1.57	3.57	1.08	87.37	0.54	1.06
	9	3.48	2.31	1.35	0.56	0.24	1.14	3.29	0.18	87.02	0.43	0.58
	10	2.56	0.79	0.57	1.26	0.35	1.56	3.58	1.32	87.53	0.48	1.17
	11	4.75	1.98	0.98	0.92	0.72	1.23	2.98	0.98	85.07	0.39	0.56
	12	5.72	1.24	0.54	0.95	0.73	1.84	3.56	1.29	83.72	0.41	0.73
	13	2.99	0.77	1.81	0.95	0.37	1.56	3.12	1.23	86.72	0.48	0.86
	14	2.42	0.65	0.42	0.82	0.27	1.73	3.78	1.24	88.09	0.58	1.47
비교예	15	6.35	3.24	1.67	0.79	0.07	1.23	3.72	1.79	80.72	0.42	0.56
	16	5.62	2.14	0.24	1.24	0.42	1.30	4.12	0.26	84.03	0.63	0.59
	17	2.14	0.29	0.57	0.79	0.47	2.48	3.57	1.27	87.92	0.50	1.72
	18	2.37	0.38	0.49	0.67	0.21	2.74	3.89	1.42	87.27	0.56	1.95
	19	1.89	2.45	2.17	0.72	1.26	1.62	3.76	0.03	85.64	0.46	0.64
	20	8.47	2.78	0.98	2.67	0.87	0.08	3.57	0.07	80.07	0.44	0.24
	21	2.54	1.57	1.73	0.31	0.26	1.25	1.41	1.24	89.17	0.52	0.61
	22	6.52	1.57	0.67	0.42	0.85	1.24	1.37	0.27	86.51	0.58	0.29
	23	7.89	2.81	1.75	1.87	0.92	0.26	1.72	0.12	82.16	0.50	0.14
	24	2.27	0.57	0.37	0.59	0.17	1.89	3.89	1.42	88.27	0.56	1.81

1) Fe : (금속 외피의 Fe) + (플럭스 중의 Fe 성분)

2) 기타 : C, K₂O, NaF 등의 미량 원소 및 불가피한 불순물

강판	SM 490B(모재 두께 19t)
용접 조건(DC +)	용접 전류	340-360A
	용접 전압	35-37V
	용접 속도	40㎝/min
	Tip-모재간 거리	25㎜
	차폐가스	100% CO₂(유량 20ℓ/min)

구분	비드 형상	아크안정성	슬래그유동성	슬래그박리성	슬래그피포성	스패터발생량	Z
실시예	1	◎	◎	Ｏ	Ｏ	Ｏ	◎	0.72
	2	Ｏ	◎	◎	◎	◎	Ｏ	0.42
	3	◎	◎	◎	◎	◎	Ｏ	0.34
	4	◎	Ｏ	Ｏ	Ｏ	Ｏ	◎	0.98
	5	Ｏ	Ｏ	Ｏ	Ｏ	◎	◎	0.79
	6	Ｏ	Ｏ	◎	Ｏ	◎	Ｏ	0.95
	7	◎	◎	◎	Ｏ	◎	Ｏ	0.44
	8	Ｏ	Ｏ	Ｏ	◎	◎	Ｏ	1.06
	9	Ｏ	Ｏ	◎	Ｏ	Ｏ	Ｏ	0.58
	10	Ｏ	Ｏ	Ｏ	△	Ｏ	◎	1.17
	11	◎	◎	◎	◎	◎	Ｏ	0.56
	12	◎	◎	Ｏ	◎	◎	Ｏ	0.73
	13	Ｏ	Ｏ	◎	△	Ｏ	◎	0.86
	14	Ｏ	◎	Ｏ	Ｏ	Ｏ	Ｏ	1.47
비교예	15	×	Ｏ	×	×	Ｏ	△	0.56
	16	×	△	△	Ｏ	Ｏ	×	0.59
	17	×	△	△	Ｏ	△	×	1.72
	18	×	△	Ｏ	△	△	×	1.95
	19	×	△	×	△	△	△	0.64
	20	×	Ｏ	×	Ｏ	Ｏ	×	0.24
	21	△	△	×	△	△	×	0.61
	22	△	Ｏ	×	Ｏ	Ｏ	×	0.29
	23	△	Ｏ	×	△	△	Ｏ	0.14
	24	×	△	△	△	△	△	1.81

실시예 1~14는 본 발명이 제안한 플럭스 성분조성과 Z값을 갖는 플럭스 코어드 와이어로서, 대각장용 용접에 적합한 비드 형상 및 용접 작업성을 나타냄을 알수 있었다.

반면, 비교예 15는 Al₂O₃, SiO₂및 Al의 함량이 본 발명이 제안한 범위를 벗어난 플럭스 코어드 와이어를 시험한 경우로서, 슬래그의 흘러내림 현상이 발생되었으며 비드 형상이 불량하고 슬래그의 박리성도 열세한 것으로 나타났다.

비교예 16은 MgO, 알카리 금속 및 그 산화물의 함량이 미달되었으며, Mn의 함량은 상한치를 초과한 플럭스 코어드 와이어를 시험한 경우로서, 슬래그의 흘러내림 현상이 발생되었으며 스패터의 발생량이 많고 용접금속의 강도가 너무 높아지는 단점이 발생되었다.

비교예 17과 18은 SiO₂의 함량은 미달되고 Si의 함량은 초과하였으며 Z값이 본 발명의 범위를 초과한 플럭스 코어드 와이어를 시험한 경우로서, 스패터의 발생량이 많았으며 비드의 형상이 불량한 것으로 나타났다.

비교예 19는 TiO₂, Al, Al₂O₃및 MgO의 함량이 제안된 범위를 벗어난 플럭스 코어드 와이어를 시험한 경우로서, 용융금속의 흘러내림이 발생되고 비드 형상도 불량하게 나타났다.

비교예 20은 TiO₂,ZrO₂및 Si의 함량이 제안된 범위를 벗어났으며, Z의 값이 하한치를 벗어난 플럭스 코어드 와이어를 시험한 경우로서, 스패터의 발생량이 많고 용융금속 및 슬래그의 흘러내림이 발생되는 것으로 나타났다.

비교예 21, 22는 ZrO₂및 Mn의 함량이 미달된 플럭스 코어드 와이어를 시험한 경우로서, 스패터의 발생량이 많고 슬래그의 흘러내림이 발생되며 용접부의 강도 및 인성이 저하되는 것으로 나타났다.

비교예 23은 Z값이 본 발명이 제안한 범위에 미달되어 슬래그의 흘러내림 현상이 발생되었으며, 비교예 24는 Z값이 본 발명이 제안한 범위를 초과하여 비드 형상이 불량한 것으로 나타났다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 하향 및 수평 필렛 자세에 따라 용접 시공을 고효율로 행하는 것이 가능하고, 고용접전류에서 용접을 실시해도 용융금속 및 슬래그의 처짐 현상이 방지되며 우수한 비드 형상을 얻을 수 있다.

Claims

연강 또는 합금강제 외피에 플럭스를 충진하여 제조되는 대각장용 플럭스 코어드 와이어로서, 상기 플럭스는 와이어 전체중량에 대하여 TiO₂: 2~8%, Al₂O₃: 0.1~1.0%, MgO : 0.3~2.0%, SiO₂: 0.5~3.0%, ZrO₂: 0.5~2.0%, Si : 0.1~2.0%, Mn : 1.5~4.0% 및 Al :0.05~1.5%를 포함하여 제조되며, 상기 구성성분들이 하기 식(1)의 Z값으로 0.2~1.7을 만족하는 대각장용 플럭스 코어드 와이어.

Z=(Mn+Al+Si)/(TiO₂+Al₂O₃+MgO+SiO₂+ZrO₂)‥‥‥(1)