KR100405855B1

KR100405855B1 - 용접용 무도금 와이어

Info

Publication number: KR100405855B1
Application number: KR10-2001-0021015A
Authority: KR
Inventors: 김용철; 이재형
Original assignee: 고려용접봉 주식회사
Priority date: 2001-04-19
Filing date: 2001-04-19
Publication date: 2003-11-14
Also published as: CN1381333A; US6696170B2; JP2002316294A; CN1248820C; JP3453567B2; KR20020081618A; US20030015511A1

Abstract

이 발명은 용접용 무도금 와이어에 관한 것으로, 그 구성은 와이어 표면의 임의의 측정면적(10,000㎛²=100㎛x 100㎛)에서 가공면과 비가공면이 적어도 각각 2개씩 이상을 포함하도록하는 임의의 길이를 갖는 일직선을 측정직선(측정직선의 시점과 종점은 가공면과 비가공면이 접하는 지점에 위치한다.)이라 하고 측정직선을 측정면적의 폭방향(와이어 길이방향) 매5㎛마다 그었을 때 가공면을 지나가는 측정직선의 길이의 총합을 ℓd, 상기 측정면적내에 있는 100㎛ 길이의 임의의 한 개의 일직선상에 걸쳐 있는 가공면의 폭의 크기를 ly라 할 때, 식(2)로 정의되는 LY가 10 ~ 40㎛인 것을 특징으로 하여 송급성 및 아크안정성이 우수하고 퓸발생량이 적은 효과가 있다.

Description

용접용 무도금 와이어{copper-free wire for welding}

본 발명은 도금이 되어 있지 않은 용접용 와이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표면에 동도금이 되어 있지 않으면서도 송급성 및 아크안정성이 우수한 용접용 무도금 와이어에 관한 것이다.

종래 피복 아아크 용접봉에서 용접용 와이어로의 발전은 용접작업성의 향상에 큰 기여를 하게 되었으며, 최근에는 장소와 관계없이 대용량의 공급이 가능해져 반자동 용접, 자동 용접 내지 로보트 용접으로 변해 가고 있다. 특히, 조선 분야에서도 반자동 용접이 행하여지는 비율이 증대하여 용접용 와이어의 사용량이 증대하고 있다.

이러한 용접의 자동화, 적용분야의 다양화로 인해 용접조건 또한 다양한 형태로 개발 적용됨에 따라 용접용 와이어는 용접봉의 기본품질인 안정된 아크이행을 바탕으로 와이어로서의 기본성질은 송급성(feedability)이 품질을 좌우하는 중요한 요소가 되었다.

이러한 용접용 와이어에 요구되는 품질조건을 만족하기 위해 종래의 와이어는 그 표면에 동 등의 도전성 금속을 도금함으로써 와이어의 성질, 즉 통전성, 송급성 및 내청성 등을 확보하고 있다. 즉, 용접용 와이어 표면에 동 등의 도전성 금속재를 도금하는 것에 의해 통전 팁과의 통전성 및 아크 안정성이 향상되고, 스퍼터나 퓸 발생량도 적으며 양호한 용접 작업성을 확보할 수 있도록 하는 것이다.

그런데 동도금 와이어는 도금 품질의 편차가 곧바로 제품와이어의 품질로 직결되기 때문에 와이어 품질의 관리는 도금품질이 가장 중요한 관리요소로 대두 되게 되었다. 왜냐하면 와이어의 도금품질이 좋지 못할 때는 도금층 밑의 철소지면이 돌출하게 되고 이는 컨택팁(contact tip)에서의 통전성 문제, 컨듀트 케이블 (conduit cable) 내의 마찰로 인한 송급성 문제, 와이어의 내청성 등의 문제와 직접적으로 연관이 되어 있기 때문이다. 따라서 용접용 동도금 와이어는 와이어의 품질개선을 위해 양호한 도금품질을 얻기 위한 노력이 진행되어 왔다.

한편, 이러한 도금품질의 평가항목으로 가장 일반적인 것으로서 도금밀착력을 들 수 있는데 이에 대한 평가방법으로는 JIS H8504(도금밀착성 시험방법)에 여러가지가 소개되어 있다. 그 중에서도 가장 손쉽게 할 수 있는 평가방법은 권부(卷付け)방식인데 와이어를 핸드릴 축이나 와이어 자체에 수회 이상 감았을 때 와이어 표면에 형성된 도금층이 갈라지거나 박리되는 현상을 현미경으로 확대하여 평가하는 방법이다. 상기 방식으로 평가할 때 도금밀착력이 우수한 와이어일수록 도금층의 갈라짐이나 박리현상이 덜 발생하게 되며 이것은 용접시 와이어의 송급성과 바로 직결된다.

그런데 근래에는 동도금와이어의 여러 장점에도 불구하고 도금품질 관리의 어려움, 도금공정으로부터 유발되는 환경적인 문제, 만족할 만한 수준의 품질에의 미달 등으로 도금이 되어 있지 않은 용접용 와이어이면서도 도금와이어 이상의 품질을 갖는 무도금와이어에 관한 기술의 개발이 요청되고 있다. 이에 현재까지 무도금 와이어에 대한 기술개발이 활발하게 진행되고 있으나 이제까지의 무도금 와이어는 동도금 와이어에 비해 송급성이나 여타 작업성 면에서 우수한 결과를 내 놓고 있지 못한 게 사실이어서 상용화단계까지는 성공하지 못하였다. 특히 도금을 하지 않음으로 인해 비롯되는 통전성, 송급성, 내청성 등의 측면에서 이들 성질의 개선을 위해 기존의 도금와이어와는 새로운 접근이 필요하다.

한편, 지금까지 소개된 무도금와이어는 와이어 표면에 표면처리제를 도입하는 것이 불가피하였으며, 그러한 예로서 일본국 등록특허 2682814호(아크용접용 와이어), 일본국 특개평11-147174호(강용 무도금 용접용 와이어), 특개2000-94178호(무도금 용접용 와이어) 등은 송급성을 향상시키기 위해 와이어 표면에 송급용 윤활분말(예, MoS2, WS2, C)을 단독 또는 혼합하여 사용하거나 송급용 윤할유 등을 도유하고 있다. 또한 일본국 특개2000-117484(용접용 와이어)에는 와이어 원주방향을 따라 일정파장을 갖는 요철형 와이어에서 파워스펙트라에 의해 측정된 피크강도 범위의 관리로 우수한 아크 스타트성을 갖을 수 있다고 기재되어 있으며, 일본국 특개2000-317679호(아크용접용 무도금 와이어 및 아크용접법)에서는 미립자의 절연성 무기질 분말 및 도전성 무기질 분말이 수용성 고분자에 의해 용접와이어 표면에 일정량 부착되도록 함으로써 흄이나 스패터 발생량을 감소 시키는 기술을 개시하고 있다. 그러나 상기의 특허들은 와이어 표면에 미세한 분말을 도포하기 때문에 퓸발생을 피할 수가 없고 분말의 균일한 도포가 어렵기 때문에 양적인 관리가 어려울 뿐만이 아니라 불균일 도포시 오히려 스패터 발생량을 가중시킬 수 있는 단점이 있다.

또한 와이어 표면을 최대한 평활하게 함으로써 콘듀트 라이너(Conduit liner)내의 마찰을 저감시켜 송급성을 향상시키려는 시도도 있었다.(예,대한민국 특허 제134857호 등)

그런데 위에서 예를 든 무도금 와이어는 와이어 제조공정의 최종단계에서 습식스킨패스(skin pass)방식의 적용이 일반적이며 이로 인한 윤활풀의 관리, 표면처리제의 선택 및 균일도포로 와이어의 내청성을 확보하는 방식이 대부분이었다.

그러나 상기와 같은 방식의 무도금 와이어는 와이어 표면의 평활도와 인장강도(T/S)등의 인자가 송급에 미치는 영향이 너무 민감하고 긴 케이블을 통과해야 하며 송급조건이 열악한 고속용접에서는 송급성능이 기존의 도금와이어에 비해 떨어지는 문제점을 갖고 있으며 이는 용접시 피더부의 송급롤러에서 슬립현상이 발생하기 때문에 불규칙적인 송급현상으로 이어진다.

이에 본 발명의 목적은 상기와 같은 점을 감안하여 와이어 표면에 일정한 음의 거칠기를 부여하는 것에 의해 송급성 및 아크안정성이 우수한 무도금 용접용 와이어를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 종래 무도금 와이어 표면에 처리하는 윤할분말 등의 도포가 필요하지 않아 용접시 퓸 발생을 저감할 수 있는 용접용 무도금 와이어를 제공하는 데 있다.

도 1a는 가공면과 비가공면의 비(LD/LT)와 송급부하전류와의 관계를 나타내는 그래프이고,

도 1b는 가공면의 크기의 평균(LY)와 스패터발생량과의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 2a 및 2b 와이어 임의의 표면(10,000㎛²=100㎛x 100㎛)에서 LD/LT 및 LY를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 와이어표면에 원주방향으로 가공면과 비가공면이 연속하는 도금이 되어 있지 않은 용접용 와이어에 있어서,

상기 와이어 4면에 대해 와이어 표면의 임의의 측정면적(10,000㎛²=100㎛x 100㎛)에서 가공면과 비가공면이 적어도 각각 2개씩 이상을 포함하도록하는 임의의 길이를 갖는 원주방향의 일직선을 측정직선(측정직선의 시점과 종점은 가공면과 비가공면이 접하는 지점에 위치한다.)이라 하고 이 측정직선을 측정면적의 폭방향(와이어 길이방향)으로 매5㎛마다 그었을 때 가공면을 지나가는 측정직선의 길이의 총합을 ℓd, 측정직선의 길이를 ℓt라 할 때, 식 (1)로 정의되는 LD/LT의 값이 0.51 ~ 0.84 이고,

상기 측정면적내에 있는 100㎛ 길이의 임의의 한 개의 원주방향의 일직선상에 걸쳐 있는 가공면의 폭의 크기를 ly라 할 때, 식(2)로 정의되는 LY가 10 ~ 40㎛인 것을 특징으로하는 송급성이 우수한 용접용 무도금 와이어를 제공하는 것에 의해 달성 된다.

LD/LT =..........(1)

LY =..............(2)

여기서,

x = 1 ~ 20 은 와이어 각 면의 측정면적내에서의 측정직선

n = 1 ~ 4는 와이어 둘레의 4면

K는 한 개의 일직선상에 걸치는 가공면의 수

를 의미한다.상기한 설명중, 가공면은 다이스와 접촉됨으로써 다이스에 의해 가공되는 면을 나타내고, 비가공면은 다이스와 접촉되지 않음으로써 다이스에 의해 가공되지 않는 면을 나타낸다. 또 "측정면적의 폭방향"이란 도2에 도시되어 있는 측정면적(가로 100㎛ ×세로 100㎛)의 가로방향을 의미하며 와이어를 기준으로 할 때 와이어의 길이방향이 되고, "측정면적내에 있는 100㎛ 길이의 임의의 한개의 원주방향"이란 도2에 도시되어 있는 측정면적의 세로방향을 의미하며 와이어를 기준으로 할 때 와이어의 원주방향이 된다. 그리고, 식(1)의 "n = 1 ~ 4는 와이어 둘레의 4면"은 원형단면의 와이어가 90도의 각도간격으로 현미경에 의해 측정되는 면을 의미하며, 식(2)의 LY값은 평균가공면의 크기를 의미한다.

본 발명은 종래의 동도금 및 무도금 와이어의 송급성에 영향을 미치는 인자의 발견에 초점을 맞추어 이들 와이어를 실제용접에 적용하면서 특성을 면밀히 관찰한 결과 동도금 와이어와 무도금와이어는 송급성의 평가기준인 피더부에서 측정되는 송급부하전류의 적용이 전혀 다르다는 것을 발견한 것에서부터 시작되었다.

즉 동도금 와이어의 경우 용접조건 및 케이블의 구속조건에 따라 다소 차이는 있으나 대부분 송급부하전류가 1.9A 전후(Arc Monitoring System WAM-4000D(VER 1.0)로 측정)로하여 급격한 송급성의 차이를 보였으나(물론 도금밀착력 및 도금두께에 따라서 한계부하전류는 상승하는 현상을 보인다.) 무도금 와이어의 경우에는 한계부하전류가 1.5A를 초과할 경우 정상적인 용접이 불가능 하였으며, 이로써 본 발명자들은 동도금 와이어와 무도금 와이어는 송급시 일어나는 콘듀트 라이너내의 마찰력이 근본적으로 다르게 나타남을 발견하였고 이에 대한 집중적인 연구를 하게된 것이다.

앞서 설명한 바와 같이 종래의 무도금 와이어는 무도금층과 콘듀트 라이너간의 마찰력 최소화에 초점을 맞추어 제품개발의 방향을 설정하여 와이어 표면의 평활성을 향상시키는 방법인 습식신선(스킨패스 포함)방식을 적용해 왔으나, 이와 같은 방식을 적용한 와이어는 피더부에서 발생되는 슬립현상을 극복하지 못하였고 송급성의 유지 및 내청성의 향상을 위해 적용한 표면처리제가 용접시 퓸 발생량을 증가시키는 등의 문제점을 유발시켰다. 즉 이제까지의 송급성은 용접용 와이어와 콘듀트 라이너간의 마찰력의 감소방향에만 초점이 맞추어져 진행되어 왔던 것이다.

이에 본 발명자들은 현재까지의 관점과는 전혀 다른 새로운 관점에서, 기존의 무도금 와이어가 지향한 와이어 표면의 평활성을 도모하기 보다는 오히려 와이어 표면에 적절한 거칠기를 부여하는 것에 의해 와이어 송급성을 확보하고자 하였으며, 용접용 와이어가 아크방전이 되고 용착금속으로 용적 이행되는 현상을 관찰한 결과 아크와 스패터 발생이 와이어와 용접토치 선단의 컨택팁홀(Contact tip hole)내면과의 접촉현상과 밀접한 관련이 있다는 것을 발견하고 이점에 착안하여 집중적인 연구를 시작하여 와이어와 용접토치 선단의 컨택팁홀(Contact tip hole)내면과의 접촉이 안정적으로 일어나는 최적의 범위가 와이어 표면이 가공면을 기준으로 음(즉, 와이어 이면방향)의 일정한 거칠기인 LD/LT의 값이 0.51~ 0.84범위내에 있을 경우이면서 평균 가공면의 크기 LY가 10 ~ 40㎛ 범위내인 경우에는 송급성과 아크안정성이 향상되는 것을 발견하게 된 것이다. 이는 컨택팁홀의 내면이 요철(凹凸 )형 거칠기의 형태를 가지고 있는바, 이와 접촉하게되는 와이어에 일정한 음의 거칠기를 같도록 함으로써 컨택팁홀의 내면의 凸 부위가 와이어의 가공면과 안정적으로 접촉할 수 있게 되기 때문인 것으로 사료된다.

이는 대한민국 특허 제134857호 등과 같이 요철(凹凸 )형 조도 관리로 송급성을 향상시킨다는 개념과는 전혀 다른 것이고 상기 특허는 컨택팁과의 접촉을 고려하지 않고 단순히 송급성 향상만을 위한 조도관리라는 점에서 본 발명과 차이가 있다.

즉, 본 발명은 와이어 4면에 대해 와이어 표면의 임의의 측정면적(A)에서 가공면과 비가공면이 적어도 각각 2개 이상을 포함하도록하는 임의의 길이를 갖는 와이어 폭방향의 일직선을 측정직선이라 하고 이 측정직선을 측정면적의 폭방향(와이어 길이방향) 매5㎛마다 그었을 때 가공면을 지나가는 측정직선의 길이의 총합을 ℓd, 측정직선의 길이를 ℓt라 할 때, 식 (1)로 정의되는 LD/LT의 값이 0.51 ~ 0.84 이고,

상기 측정면적내에 있는 100㎛ 길이의 임의의 한 개의 일직선상에 걸쳐 있는 가공면의 폭의 크기를 ly라 할 때, 식(2)로 정의되는 LY가 10 ~ 40㎛인 것을 특징으로 한다.

임의의 와이어의 LD/LT 의값이 0.51 ~ 0.84 이고 LY(가공면의 폭의 평균)가 10 ~ 40㎛이기 위해서는 원로드(Rod)의 탈스케일 후의 표면거칠기 및 신선공정의 제반조건을 적절히 관리하는 것이 필요하다. 특히, 탈스케일 후의 표면거칠기의 관리가 중요한데, 실제로 원로드(5.5mm)를 탈스케일 공정에서, 탈스케일 후의 로드(ROD)의 표면조도를 다양하게 변화시켜 관찰한 결과 탈스케일 후의 로드의 표면조도가 0.36㎛이하일 경우는 제조방식이 건식타입이든 습식타입이든 모든 와이어의 총감면율(원로드(5.5mm)/최종제품선경)이 90%이상이 되기 때문에 LD/LT 의값이 0.84를 초과하게 되고, 반면 탈스케일 후의 와이어의 표면조도가 0.75㎛이상일 경우는 다이스간의 감면비로 인해 LD/LT 의값이 0.51이하가 되는 것을 알 수가 있었다. 따라서 임의의 와이어의 LD/LT 의값이 0.51 ~ 0.84 이고 LY(가공면의 폭의 평균)가 10 ~ 40㎛이기 위해서는 원로드(Rod)의 탈스케일 후의 표면거칠기를 0.36 ~ 0.75㎛로 조정하는 것이 중요하며, 이는 탈스케일 공정에서 기존의 산피클링(Pickling)과 기계적 탈스케일(Mechanical Descaling)을 함께 적용하고 신선속도, 다이(Dies)형상(베어링길이, 감면각(Reduction Angle)) 및 다이스간 감면율 등을 조정하는 것으로 할 수 있다. LY값 또한 위와 같은 제반공정조건의 조합(예컨대 1차 또는/및 2차 신선후 산세공정을 거치게 한다든지, 신선속도 등의 조정)에 의해 그 값을 본 발명의 범위인 10 ~ 40㎛범위내로 조절이 가능함은 물론이다.

이하에서는 본 발명의 수치한정 이유에 대해 설명한다.

① 가공면이 많아 LD/LT의 값이 0.84이상이고, 가공면의 크기가 작아 LY의 값이 10㎛이하이면(예를 들면, 탈 스케일후의 rod의 표면조도가 0.36㎛(Ra기준, 이하 같다.)이하이고 신선속도가 너무 빠를 때 등의 경우에 발생) 콘듀트 라이너내의 마찰이 증가하게되어 송급부하전류가 1.5A를 넘게되고 따라서 송급성이 저하되는데 이는 송급성을 향상시키기 위한 송급물질이 필요하게 되는 조건인데 반해 송급유의 캐리어(Carrier)성이 떨어지기 때문이다.

② 지나치게 가공면이 많아 LD/LT의 값이 0.84이상이고, 가공면의 크기가 커서 LY의 값이 40㎛를 초과하면(예를 들면, 탈 스케일후의 와이어 표면조도가 0.36㎛이하이고 신선시 다이스간의 감면비가 너무 클 때 등의 경우에 발생) 피더부의 송급롤러에서 슬립율이 증가하게 되어 송급부하전류가 상승하여 1.5A를 넘게되고 따라서 송급성이 극히 저하된다. 실제 테스트 결과 이와 같은 와이어는 특히 중전류 이상의 용접조건에서는 최악의 송급결과를 나타냈다.

③ 가공면이 적어 LD/LT의 값이 0.51 이하이고, 가공면의 크기가 작아 LY의 값이 10㎛이하이면(예를 들면, 탈 스케일후의 와이어 표면조도가 너무 커서 0.75㎛이상이고 신선시 다이스간의 감면비가 너무 적으며, 신선중간공정에 과전해 산세시 등의 경우에 발생) 콘듀트 라이너내의 마찰이 증가하게되어 송급부하전류가 1.5A를 넘게되고 따라서 송급성이 저하되는데 이는 와이어 표면의 거칠기로 인한 콘듀트 라이너내와의 직접적인 마찰력이 증가하기 때문이다.

④ 가공면이 적어 LD/LT의 값이 0.51 이하이고, 가공면의 크기가 커서 LY의 값이 40㎛를 초과하게 되면(예를 들면, 탈 스케일후의 와이어 표면조도가 0.75㎛이상이고 신선시 다이스 감면비가 너무 크며 다이 인출각도의 불균형 등의 경우에 발생) 원주방향의 4면에 걸쳐 가공면이 불균일해져서 송급 성 및 아크가 불안정하다.

(실시예)

본 발명의 와이어의 송급성 등을 확인하기 위해 AWS ER70S-6(JIS Z3312 YGW12)의 와이어(선경 1.2mm)를 제조하여 비교예와 발명예의 표면거칠기, 와이어 표면의 가공형상 등을 아래의 방법으로 측정하고 용접시험을 시행하여 그 결과를 표1에 나타내었다.

1. 탈스케일 후의 원로드(Rod), 와이어, 컨택팁의 거칠기 측정

* 측정장비: Surface roughness meter DIAVITE DH-5

* 거칠기 파라미터: Ra

* Cut off lc :0.08mm

* Traversing length lt: 15mm

* Measuring length lm: 12.5mm

2. LD/LT 및 LY의 측정

와이어 샘플 30mm를 채취하여 그 표면을 SEM(X600)으로 촬영하여 Image Analyzer(Media Cybernetics사의 Image-Pro Plus 4.1)로 측정범위 10,000㎛²(100㎛ x 100㎛)에 대해, 와이어 길이방향으로 매5㎛마다 20회씩 와이어 원주방향 4면(즉, 총 측정회수 80회)에 대해 시행하여 가공면과 비가공면의 길이비 값(LD/LT) 및 평균 가공면의 크기값(LY)을 다음의 식으로 계산하였다.(도 2a 및 2b 참조)

LD/LT =............(1)

LY =.........(2)

여기서,

ℓd는 측정직선상에서 가공면과 걸쳐있는 측정직선의 길이의 합

ℓt은 측정직선의 길이(단,측정직선(lt)는 시점과 종점이 비가공면과 가공면의 접점에 위치하도록 한다.)

x = 1 ~ 20 은 와이어 각 면의 측정면적내에서의 측정직선

n = 1 ~ 4는 와이어 둘레의 4면

ly는 측정면적내에 있는 100㎛ 길이의 임의의 한 개의 일직선상에 걸 쳐 있는 가공면의 폭의 크기

K는 한 개의 일직선상에 걸치는 가공면의 수

를 의미한다.

LY값은 임의의 한 일직선에서의 가공면의 폭에 대한 평균값이지만 와이어는 길이방향으로 연신되므로 상기 LY값은 와이어 전체에서의 한 개의 가공면의 크기를 대표한다고 할 수 있다.

3. 용접 및 송급성 시험 조건

전류(A ): 300 전압(V): 34 속도(CPM): 40

가스: CO₂100_%Cable 조건(길이 5m, 직경 300mm, 2turn)

송급모타부하 및 아크안정성 평가장비: Arc Monitoring System WAM-4000D(Ver 1.0)

(사진 1,비교예 1의 와이어표면의 광학현미경(X200)사진)

(사진 2,비교예 3의 와이어표면의 광학현미경(X200)사진)

(사진 3,비교예 5의 와이어표면의 광학현미경(X200)사진)

(사진 4,비교예 8의 와이어표면의 광학현미경(X200)사진)

(사진 5, 비교예 4의 와이어표면의 경사면(Tilted Surface) SEM(X600)사진 )

(사진 6, 비교예 4의 와이어표면의 평면(Flat Surface) SEM(X600)사진)

(사진 7, 발명예 13의 와이어표면의 광학현미경(X200)사진)

(사진8, 발명예 14의 와이어표면의 광학현미경(X200)사진)

(사진 9, 발명예 12의 와이어표면의 경사면(Tilted Surface)SEM(X600)사진 )

(사진 10, 발명예 12의 와이어표면의 평면(Flat Surface) SEM(X600)사진)

(사진 11, Ra = 0.97㎛ 컨택팁 내부홀의 광학현미경(x200)사진)

(사진 12, Ra = 0.09㎛ 컨택팁 내부홀의 광학현미경(x200)사진)

(사진 13, Ra = 0.97㎛ 컨택팁 내부홀의 SEM(x600)사진)

(사진 14, Ra = 0.09㎛ 컨택팁 내부홀의 SEM(x600)사진)

(표 1)

구분	조도Ra(㎛)	LD/LT	LY(㎛)	슬립율(%)	송급부하(A)	송급성(2Turn)	아크안정성	스패터발생량(mg/sec)	퓸발생량(mg/sec)
구분	rod	LD/LT	LY(㎛)	슬립율(%)	송급부하(A)	송급성(2Turn)	아크안정성	스패터발생량(mg/sec)	퓸발생량(mg/sec)	wire	Cont. tip
비교예	1	0.34	0.11	0.09~0.97	0.85	9	2.4	1.51	△	x	56.4	14.1
	2	0.31	0.2	0.09~0.97	0.84	8	2.2	1.53	△	x	54.5	14.3
	3	0.28	0.1	0.09~0.97	0.88	37	5.1	1.72	x	△	47.3	13.4
	4	0.36	0.17	0.09~0.97	0.87	44	5.4	1.68	x	x	63.2	13.6
	5	0.76	0.46	0.09~0.97	0.48	7	3.5	1.63	x	x	65.4	13.3
	6	0.77	0.56	0.09~0.97	0.43	8	4.1	1.59	x	x	67.2	13.5
	7	0.81	0.12	0.09~0.97	0.5	42	2.7	1.52	△	x	54.2	14.2
	8	0.79	0.17	0.09~0.97	0.49	36	4.3	1.65	x	△	42.8	13.4
발명예	9	0.38	0.5	0.09~0.97	0.74	35	1.8	1.33	○	○	36.7	11.3
	10	0.49	0.46	0.09~0.97	0.83	37	1.6	1.45	○	△	41.3	11.5
	11	0.51	0.45	0.09~0.97	0.67	30	0.9	1.35	○	○	37.1	11.4
	12	0.47	0.46	0.09~0.97	0.65	25	1.2	1.28	○	○	36.5	11.3
	13	0.53	0.49	0.09~0.97	0.55	21	1.1	1.31	○	○	34.7	11.1
	14	0.55	0.4	0.09~0.97	0.6	19	1.5	1.34	○	○	35.6	11.2
	15	0.61	0.45	0.09~0.97	0.54	15	1.9	1.37	○	○	37.4	11.4
	16	0.73	0.48	0.09~0.97	0.51	12	1.7	1.41	○	△	40.5	11.6

* 송급성 및 아크안정성 평가 - ○: 양호 △: 중간 x: 나쁨

* 슬립율(%) = (송급롤러의 회전속도 - 송급되는 와이어 속도)/송급롤러의 회전속도 x 100

표1 에 나타난 바와 같이 본 발명의 범위내에 있는 발명예 9 ~ 16은 비교예와 비교하여 송급부하가 낮고 아크가 안정되어 스패터발생량이 적게 발생되며, 우수한 송급성을 나타냄을 알 수 있다. 또한 퓸발생량에 있어서도 비교예는 종래의 방식대로 송급성 향상을 위한 송급유 및 윤활분말을 적용하여 발명예보다 퓸발생량이 많은 것을 알 수 있다. 참고로 위 사진 7 및 8은 발명예 13 및 14에 대응하는 와이어의 광학 현미경 사진이고, 사진9 및 10은 발명예 12의 와이어의 표면 SEM사진으로서 사진 9는 사시사진이고 사진 10은 평면사진이다.

그런데 표 1에 나타난 바와 같이, 발명예 9,10의경우 슬립율이 약간 상승하고 있는데 이는 가공면과 비가공면의 비율이 높고 가공면의 크기가 상대적으로 큰게 원인이며, 특히 10은 증가된 송급부하 전류로 인해 아크가 다소 상승한 것을 알 수 있다. 또한 15, 16의경우 가공면과 비가공면의 비가 상대적으로 낮아 컨듀트라이너내의 마찰력을 상승시키는 원인으로 작용하여 슬립율이 다소 증가한 것을 알 수 있다.

도면 1a 및 1b는 LD/LT 과 송급부하전류 및 LY값과 스패터발생량과의 관계를 도시한 그래프로서 본 발명의 범위를 표시한 것이다.

한편, 비교예 1,2의 경우는 가공면이 많아 LD/LT 의 값이 0.84이상이고 가공면의 크기가 작아 LY값이 10㎛ 이하로서 본 발명의 범위에서 벗어나 콘듀트아이너내의 마찰이 증가하게 됨에 따라 송급부하전류가 1.5A를 초과하게 되고 송급성이 떨어졌으며, 또한 가공면적이 과대하여 피더부에서 슬립율이 증가하여 아크가 불안하였다. 참고로 사진 1은 비교예 1의 와이어 표면의 광학 현미경 사진이다. 그리고 컨택팁의 가공도가 거친 범위에서는 가공면의 크기가 적어 접촉이 불안하여 스패터 발생량이 증가하였으며 이런 타입의 와이어는 송급성 향상을 위한 송급물질이 필요하게 되는 조건인데 반해 윤활제의 캐리어성능이 떨어져 송급성이 좋지 못하다.

비교예 3,4는 지나치게 가공면이 많아 LD/LT 의 값이 0.84 이상이고 가공면의 크기가 커서 LY값이 40㎛를 초과하는 경우로서 역시 본 발명의 범위에서 벗어나 피더부의 송급롤러에서 슬립현상이 발생하게 되어 극히 나쁜 송급성을 나타내고 있다. 특히 중전류 이상의 송급조건에서는 용접이 거의 불가능하다. 그러나 비교예 3은 가공면의 크기 LY가 본 발명의 범위내에 있어서 아크는 비교예 4에 비해 다소 안정된 것을 알 수 있다. 참고로 사진 2는 비교예 3의 와이어 표면의 광학 현미경 사진이고 사진 5 및 6은 비교예 4의 와이어의 SEM사진으로서 사진 5는 사시사진이고 사진 6은 평면사진이다.

실제로 거의 모든 컨택팁은 그 내면의 거칠기(Ra)가 0.09 ~ 0.97㎛범위내의 값을 나타내는데(사진 11 ~ 14참조) 거칠기가 이 넓은 범위내에 있는 컨택팁도 본 발명(특히 LY값)의 와이어와 안정적인 접촉을 할 수 있어 아크가 안정됨을 확인할 수 있었다. 따라서 아크안정성은 본 발명에서 정의한 LD/LT값보다는 LY값과 더 밀접한 관련을 가지는 것으로 추정할 수 있다.

비교예 5,6은 가공면이 적어 LD/LT 의 값이 0.51 이하 이고, 가공면의 크기가 작아 LY값이 10㎛ 이하로서 표면의 상대적인 거칠기 때문에 콘듀트라이너내의 마찰이 증가하게 됨에 따라 송급부하전류가 급격히 증가되어 나쁜 송급성을 보였다. 그리고 컨택팁의 가공도가 거친 범위(0.97㎛)에서는 가공면의 크기가 적어 접촉이 불안하여 스패터 발생량이 증가하였다. 참고로 사진 3은 비교예 5의 와이어 표면의 광학 현미경 사진이다.

비교예 7,8은 가공면이 적어 LD/LT 의 값이 0.51 이하 이고, 가공면의 크기가 커서 LY값이 40㎛를 초과하는 경우로서 원주방향 4면에 걸쳐 가공면이 불균일해져서 송급성 및 아크가 불안하였다. 그러나 비교예 7은 LD/LT 의 값이 본 발명의 범위에 근접하여 송급성은 다소 안정적이었으며, 8은 가공면의 크기가 컨택팁과 안정적인 접촉을 할 수 있는 본 발명의 범위에 있어 아크는 다소 안정된 것을 알 수 있다. 참고로 사진 4는 비교예 8의 와이어 표면의 광학 현미경 사진이다.

상기한 바와 같이 본 발명은 와이어 표면에 가공면의 크기와 비를 특정의 범위로 조정하는 것에 의해 송급성 뿐만이 아니라 아크 안정성이 우수한 와이어를 제공하며, 또한 본 발명의 와이어는 도금이 되어 있지 않을 뿐더러 종래 무도금와이어 표면에 처리하는 윤할분말의 도포가 필요하지 않음으로써 용접시 퓸발생을 저감할 수 있는 효과가 있다.

Claims

와이어표면에 원주방향으로 가공면과 비가공면이 연속하는 도금이 되어 있지 않은 용접용 와이어에 있어서,

상기 와이어 4면에 대해 와이어 표면의 임의의 측정면적(10,000㎛²=100㎛x 100㎛)에서 가공면과 비가공면이 적어도 각각 2개씩 이상을 포함하도록하는 임의의 길이를 갖는 원주방향의 일직선을 측정직선(측정직선의 시점과 종점은 가공면과 비가공면이 접하는 지점에 위치한다.)이라 하고 상기 측정직선을 상기 측정면적의 폭방향(와이어 길이방향)으로 매5㎛마다 그었을 때 가공면을 지나가는 측정직선의 길이의 총합을 ℓd, 상기 측정직선의 길이를 ℓt라 할 때, 식 (1)로 정의되는 LD/LT의 값이 0.51 ~ 0.84 이고,

상기 측정면적내에 있는 100㎛ 길이의 임의의 한 개의 일직선상에 걸쳐 있는 가공면의 폭의 크기를 ly라 할 때, 식(2)로 정의되는 LY가 10 ~ 40㎛인 것을 특징으로하는 송급성이 우수한 용접용 무도금 와이어.

LD/LT =..........(1)

LY =..............(2)

여기서,

x = 1 ~ 20 은 와이어 각 면의 측정면적내에서의 측정직선

n = 1 ~ 4는 와이어 둘레의 4면

K는 한 개의 일직선상에 걸치는 가공면의 수

를 의미한다.