KR100427544B1 - 저전류 고속용접용 오스테나이트계 스테인리스강용와이어 - Google Patents

Abstract

개시된 발명은 용접속도 30 ~ 70 CPM의 저전류 단락이행 용접조건에서 우수한 아크안정성을 나타내는 오스테나이트계 스테인리스강 용접용 와이어로서,

Hv1 경도계를 기준으로 와이어 단면상의 중심부와 표면의 경도차가 18이하이고, 와이어의 길이방향에 대하여 임의의 200㎜ 간격으로 측정한 경도차가 15이하이며, 와이어에 함유된 미량원소 (Si+P+S+N)/Mn의 값이 0.19 ~ 0.62임을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강 용접용 와이어를 제공한다.

아크의 안정성을 향상시킴으로써 오스테나이트계 스테인리스강 용접시에도 우수한 용접품질 및 용접작업성의 확보를 가능케 한다.

Description

저전류 고속용접용 오스테나이트계 스테인리스강용 와이어{Wire for austenitic stainless steel}

본 발명은 오스테나이트계 스테인리스강 용접용 와이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저전류·고속용접시 와이어 송급성 및 아크의 안정성을 향상시키고 그에 따른 고품질의 용접품질을 획득할 수 있는 오스테나이트계 스테인리스강 용접용 와이어에 관한 것이다.

스테인리스강은 강에 크롬을 첨가하여 내식성을 향상시킨 일종의 합금강으로서, 그 조성에 따라 크롬계와 크롬-니켈계로 대별되고, 금속조직에 따라서는 마텐사이트계, 페라이트계, 오스테나이트계, 오스테나이트-페라이트계 및 석출경화형의 5종류로 분류된다.

또한, 오스테나이트계 스테인리스강은 크롬-니켈계이며, 대표적인 것이 가장 경제적인 조성으로 알려진 18%크롬-8%니켈의 18-8스테인리스강이고, 이로부터 개량되어 각종 강이 개발되고 있다.

최근들어 산업전반에 걸쳐 생산성 향상을 위한 고속·고능률의 용접이 필요하게 됨에 따라 스테인리스강의 용접에서도 박판(3㎜이하)의 저전류·고속용접에서의 용접아크의 안정성이 절실히 요구되게 되었다.

이러한 저전류·고속용접에서의 문제점은 아크의 안정성과 와이어의 송급성으로 크게 대별될 수 있는데, 아크의 안정성이 좋지 않을 경우는 아크 스타트(arc start)시 용접이 실시되지 못할 수도 있으며 용접중에는 아크가 끊어질 수 있는 가능성도 배제할 수 없게 된다.

특히, 자동용접의 경우 상기와 같은 상황이 발생되면 그라인딩 및 보수용접 등의 추가적인 후공정이 필요하게 되며, 이에 따른 제조원가의 부담이 따르게 된다. 또한, 경우에 따라서는 불량품이 생산되게 되어 제조품질을 떨어뜨리는 원인이 되기도 한다.

더불어 아크의 안정성이 좋지 못할 시에는 아크 길이의 변화 및 용접전류의변화가 크게 되어 대립(大粒)의 스패터를 발생시키게 되며, 이 경우는 스패터 제거 작업 및 스패터 비산으로 인한 화재의 위험도 뒤따르게 된다.

이러한 아크의 안정성을 개선하기 위하여 제강공정에서 여러가지 미량원소를 첨가하는 방법도 있으나, 고속용접에서의 송급성을 확보하지 못하면 이러한 원소의 첨가만으로 안정한 용접아크의 확보가 어려운 점이 있다.

한편, 와이어의 송급성이 좋지 않을 경우는 고속용접시에 와이어 송급이 불량하여 용접케이블을 통과하는데 어려움을 겪게되어 아크가 끊어지는 현상이 유발될 수 있다.

아크가 끊어지는 현상은 와이어의 송급을 불안하게하여 아크의 길이를 변화시키게 되며, 이로인해 모재와 용가재와의 전자이동은 불안정하게된다.

이러한 불안정한 전자의 이동은 고속용접으로 인한 용융지의 빠른 이동과 더불어 아크의 끊어짐 및 용접비드의 불연속점을 생성하게 되는 큰 원인이 된다.

한편, 종래에는 와이어의 송급성을 개선하기 위하여 와이어 표면에 윤활유를 도포하는 방법(일본국 특허 2682814호, 일본국 특개평11-147174호, 일본국 특개2000-94178호 등)과 표면의 형상을 균일하게 하는 방법(대한민국 특허 134857호 등) 등이 있으나, 이러한 와이어 표면의 관리만으로는 용접케이블의 길이가 길거나 꼬인 경우 송급부하를 많이 받게 되어 와이어가 뒤틀리거나 굴절되어 송급 불량이 발생될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 오스테나이트계 스테인리스강의 저전류·고속용접시 아크의 안정성을 향상시키고 그에 따른 고품질의 용접품질을 획득할 수 있는 오스테나이트계 스테인리스강 용접용 와이어를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 저전류 단락이행 아크 용접의 단락 주기와 그 때의 전류 및 전압의 관계를 도시한 것이다.

도 2는 와이어가 다이스를 통과시, 감면접촉부와 교정접촉부를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 상기와 같은 목적은, 오스테나이트계 스테인리스강 용접용 와이어 의 단면상의 중심부와 표면의 경도차 및 길이방향의 경도차를 조절하여 송급성을 개선하고 더불어서 상기 와이어에 함유되는 미량원소를 일정범위로 조절함으로써 달성된다.

즉, 본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스강 용접용 와이어는 용접속도 30 ~ 70 CPM(cm/minute)의 저전류 단락이행 용접조건에서 우수한 아크안정성을 나타내는 오스테나이트계 스테인리스강 용접용 와이어로서, Hv1 경도계(Vickers hardness tester, 이하 Hv1로 약칭한다.)를 기준으로 상기 와이어 단면상의 중심부와 표면의 경도차가 18이하이고, 상기 와이어의 길이방향에 대하여 임의의 200㎜ 간격으로 측정한 경도차가 15이하이며, 이 와이어에 함유된 미량원소 (Si+P+S+N)/Mn의 값이 0.19 ~ 0.62임을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

이 출원은 2000년 6월 28일에 출원된 대한민국 특허출원 제2000-36126호와 관련되어 있으며 상기 출원은 본 명세서에서 완전히 개시된 것과 마찬가지로 본 명세서의 일부로 참조된다.

또한 본 출원의 명세서 및 청구범위 중에 언급되는 와이어라함은 MIG용접용 오스테나이트계 스테인리스강 용접용 솔리드와이어를 의미하며, 임의의 구간이라 라는 용어는 와이어 전부분 중에서 0.1초동안 용접되는 구간을 임의적으로 선택했을 때, 그 임의적으로 선택된 구간을 의미하는 것으로 해석한다.

본 출원의 발명자는 오스테나이트계 스테인리스강 용접용 와이어의 저전류 단락이행(short circuiting transfer) 용접조건에서 용접속도를 30 ~ 70 CPM으로 용접시 임의의 구간에서 변동계수비(용접전류의 변동계수/용접전압의 변동계수)의 값이 0.3 ~ 0.7 범위로 유지되면 아크의 안정성이 현저히 향상된다는 것을 발견하고 상기의 조건에 맞는 와이어를 찾기 위해 예의 연구를 행한 결과, Hv1 경도계를 기준으로 와이어 단면상의 중심부와 표면의 경도차가 18이하이고, 와이어의 길이방향에 대하여 임의의 200㎜ 간격으로 측정한 경도차가 15이하이며, 더불어 와이어에 함유된 미량원소 (Si+P+S+N)/Mn의 값이 0.19 ~ 0.62 인 경우에는 와이어의 송급성 및 아크안정성이 우수하다는 것을 알게되었다.

먼저, 본 발명자들의 실험결과를 통해 오스테나이트계 스테인리스강 용접용 와이어의 저전류 단락이행(short circuiting transfer) 용접조건에서 용접속도를30 ~ 70 CPM으로 용접시 임의의 구간에서 변동계수비, 즉 "용접전류의 변동계수/용접전압의 변동계수"의 값이 0.3 ~ 0.7 범위로 유지되면 아크의 안정성이 향상되는 현상에 대해 설명한다.

우선, 도 1을 참고로 단락이행에 관하여 설명한다. 아크 용접은 도 1에서와 같이 아크가 단락되는 단락구간과 아크가 유지되는 아크 발생구간이 계속 반복되면서 시행된다. 단락구간에서는 용적이 용가재로부터 모재로 이동되는 기간으로 아크가 나타나지 않는다. 반면 용적의 이동이 끝나면 새로이 아크가 발생하여 용가재를 녹여 새로운 용적을 생성하게 되는 것이다. 이것이 반복되면서 아크 용접이 진행되게 되는 것이다.

한편, 변동계수비를 0.3 ~ 0.7 로 한정하여 고찰한 이유는 다음과 같다.

상기의 변동계수비가 0.7을 초과하면 용접전압의 변동계수에 비해 용접전류의 변동계수가 크게 되고, 이것은 아크 길이에 대한 용접전압의 변동이 지나치게 작거나 용접전류의 변동이 지나치게 큰 것을 의미하는데 이러한 조건에서는 측정이 실시된 임의의 구간에서 단락이행이 충분히 이루어지지 못하거나 과다한 용접전류의 변동으로 전류의 최대치가 크게 될 수 있어 대립(1㎜이상)의 스패터를 생성시키게 된다.

한편, 변동계수비가 0.3 미만이면 용접전류의 변동계수에 비하여 용접전압의 변동계수가 크게 되며 이것은 아크길이에 대한 용접전압의 변동이 지나치게 많거나용접전류의 변동이 지나치게 작은 것을 의미하는 바, 이 조건에서는 측정이 실시된 임의의 구간에서 단락이행이 지나치게 많게 되어 정상적인 단락이 아닌 순간단락(2msec이하)이 많이 발생될 수 있으며, 또한 전류의 변동이 지나치게 작은 것은 아크발생시간을 늘리게 되어 충분한 단락이 이루어지지 않을 수 있으므로 변동계수비가 0.3 미만에서는 아크가 안정하다고 평가될 수 없다.

따라서 본 발명자들은 "용접전류의 변동계수/용접전압의 변동계수"로 표시되는 변동계수비를 0.3 ~ 0.7의 범위내에 들도록 하는 것을 아크의 안정성을 확보하기 위한 조건으로 설정하였다.

한편, 단락구간에서도 차기 아크의 순조로운 발생을 위하여 단락변동계수를 소정의 범위 이내로 유지하는 것이 중요한데, 단락구간에서의 단락변동계수(표준편차/평균시간)를 0.25 ~ 0.6 범위로 유지하면 아크의 안정성이 더욱 향상될 수 있다.

그 이유는 단락변동계수가 0.25 미만이거나 0.6을 초과하면 차기의 아크 발생이 다소 불규칙하여 순조로운 단락이행이 진행되지 않기 때문이며 이럴 경우 미려한 비드 외관을 얻기가 어렵게 된다.

따라서 본 발명자들은 저전류 단락이행 용접조건에서 용접속도를 30 ~ 70 CPM으로 용접시 아크안정성 및 미려한 용접 비드를 확보하기 위한 선택적이지만 더욱 효과적인 결과를 내는 조건으로 "표준편차/평균시간"으로 표시되는 단락구간에서의 단락변동계수를 0.25 ~ 0.6 이내로 유지되어야 하는 것으로 하였다.

위와 같이 저전류 고속용접을 위한 오스테나이트계 스테인리스강 용접용 와이어의 아크안정성을 평가하기 위한 객관적인 기준을 설정하고 단락이행 용접조건에서 변동계수비 혹은 변동계수비 및 단락변동계수 모두를 상기의 범위로 유지하기 위한 수단을 예의 연구한 결과, Hv1 경도계를 기준으로 할 때, 와이어 단면상의 중심부와 표면의 경도차가 18이하이고, 와이어의 길이방향에 대하여 임의의 200㎜ 간격으로 측정한 경도차가 15이하이면서 아울러 와이어에 함유된 미량원소 (Si+P+S+N)/Mn의 값이 0.19 ~ 0.62 일 경우는 변동계수비 혹은 변동계수비 및 단락변동계수 모두가 본 발명의 범위에 들어 아크안정성이 가장 만족스러운 것으로 나타났다.

본 발명의 와이어에 있어서, Hv1 경도계를 기준으로 할 때, 와이어 단면상의 중심부와 표면의 경도차가 18이하이고, 와이어의 길이방향에 대하여 임의의 200㎜ 간격으로 측정한 경도차가 15이하로 설정한 이유는 최종제품선의 잔류응력분포를 균일하게 하여 와이어의 송급성을 개선시키기 위한 것으로 이에 대해서는 2000년 6월 28일에 출원된 대한민국 특허출원 제2000-36126호에 상세히 개시되어 있으며 이하에서 그 요지만을 설명한다.

일반적으로 용접용 와이어를 포함한 각종의 와이어는 최초의 원선(ROD)으로부터 최종제품의 와이어가 되기까지 다양한 사이즈의 다이스를 통과해 태경에서 세경으로 단계적으로 감면되어 최종제품선으로 신선되어 진다.

신선(WIRE DRAWING)공정에 있어서 와이어의 송급성과 관련된 인자로는 최종제품선을 원하는 선경으로 인발(신선)하기 위한 감면율에 따른 신선스케쥴, 와이어의 인장강도나 연신율의 편차 조정을 통한 내부응력의 분포, 와이어의 직진성 등이 있을 수 있으며, 이중 와이어의 내부응력 분포의 균일성이 와이어의 송급성에 있어서 중요하게 고려될 팩터이다.

종래에는 와이어의 송급성의 향상을 위한 신선공정에서의 관리는 단순히 태경을 세경화하는 식의 감면율만을 고려한다든가 와이어의 인장강도나 연신율의 편차 조정을 통한 내부응력 분포의 균일화를 고려한 것이 일반적이었다.

그러나 신선공정에 있어서, 와이어의 신선이 거듭될 수록 와이어의 외부, 즉 다이와 접촉하게 되는 표면부는 중심부에 비해 조직이 더욱 치밀하게 되어 경화되어지고, 이렇게 경화가 거듭될수록 와이어의 연신은 불가능해질 뿐만 아니라 와이어 외부와 중심부의 잔류응력의 분포는 더욱 불균일하게 되어진다.

따라서 종래 단순한 감면율에 따른 신선스케쥴의 조정과 신선선의 인장강도의 관리로서는 최종제품선에서의 외부와 내부간 잔류응력의 분포를 균일하게 하는 것에는 한계가 있게 되는 것이다.

또한 계속되는 와이어의 신선에 따른 와이어 표면의 경화는 와이어와 접촉하는 다이의 마모를 유발시키고 신선선의 표면에 손상을 가하게 되어 최종제품선의 품질에 좋지 않은 영향을 미치게 되고 결과적으로 용접시 원활한 와이어의 송급을 방해하게 된다.

이러한 표면이 경화된 와이어와 다이의 접촉에 따른 다이의 마모는 와이어와의 접촉면적을 불균일하게 하는 원인이 되고, 이로 인해 최종제품선의 길이방향으로의 잔류응력의 분포 또한 불균일하게 한다.

이에 본 발명자들은 신선공정에서의 와이어 단면의 경도편차와 와이어 길이방향의 경도편차 조정을 통해서 와이어 내부응력의 분포를 균일하게 하여 와이어의 송급성을 향상시키고자 한 것이다.

한편, 와이어 내부응력의 분포를 균일화하는 방법으로는 도 2에 나타낸 바와 같이 와이어가 다이스를 통과할 때 실제적으로 감면되는 접촉부위를 감면접촉부(20) 및 그 면적을 감면접촉면적이라 하고, 와이어의 선경이 교정되어지는 접촉부위를 교정접촉부(200) 및 그 면적을 교정접촉면적이라 할 때 상기 감면접촉면적과 교정접촉면적을 합산한 면적을 관리하는 것에 의해 달성될 수 있다.

상기 감면접촉면적과 교정접촉면적에 대해 도 2를 참고로 하면서 상술한다.

와이어(W)와 다이스(D)간의 접촉면적을 결정하는 것은 크게 ⅰ) 와이어(W)의 실제적인 감면이 이루어지는 다이스(D)와 와이어(W)와의 접촉면적과 ⅱ) 와이어의 직진성 및 와이어의 직진성에 따른 와이어(W)와 베어링부(200)와의 접촉면적이다. 상기의 베어링부(200)에서 와이어의 선경은 교정되어 직진성이 향상된다.

먼저, 전자의 경우를 살펴보면, 와이어(W)가 실제적으로 감면이 되는 부위(감면접촉부)의 접촉면적이 너무 작을 경우에는 와이어의 (원형)단면상의 내부(중심부)와 외부(표면)의 잔류응력의 차이가 크게 되어 와이어의 한 쪽 외부와 다른 쪽 외부의 경도차이가 크게 된다. 이러한 와이어는 용접시 와이어가 송급롤러를 통과할 때 받게되는 연속적인 국부하중을 견디지 못해 와이어가 뒤틀려서 팁 선단의 떨림을 초래하게되어 아크 불안의 원인이 될 수 있다.

또한 접촉면적이 과다할 경우에는 국부적인 가공경화 현상으로 와이어 표면품질에 나쁜 영향을 미치게 되고 심할 경우에는 와이어의 내부(중심부)와 외부의 응력 편차가 커지게 되며 신선이 불가능해 질 수도 있는 것이다.

다음 두 번째의 경우를 살펴보면, 신선되는 와이어(W)와 베어링부(200)와의 접촉면적이 너무 작을 경우에는 와이어(W)의 길이방향으로의 내부응력 편차가 커지게 되어 와이어의 송급이 원활하지 못하게 되며, 이는 와이어가 송급롤러를 통과할 때 받게되는 연속적인 국부적인 하중을 와이어가 견디지 못하고 꼬이거나 뒤틀려 송급롤러에서 이탈하게 되는 원인이 되거나, 와이어(W)의 직진성이 부족하게 되어 용접시 송급롤러 통과 후 또는 케이블 통과 후 와이어가 변형되어 와이어가 콘택팁(Contact Tip)을 통과 후에도 직진성을 가지지 못함에 따라 용접결함(사행(蛇行)비드)을 초래케 한다.

종래에는 이러한 내부응력의 편차를 관리하기 위하여 안정된 감면율이나 연신율의 편차만을 고려하였으나, 이러한 방법으로는 제품선의 미세한 내부응력, 즉 와이어가 송급시 하중을 받게 되는 외부 표면의 응력과 이러한 표면으로부터의 하중을 전달 받게 되는 와이어 중심부의 응력을 관리하는 데는 한계가 있다.

따라서 본 발명자들은 도 2에 나타낸 바와 같이 와이어가 다이스를 통과할 때 실제적으로 감면되는 접촉부위를 감면접촉부(20) 및 그 면적을 감면접촉면적이라 하고, 와이어의 선경이 교정되어지는 접촉부위를 교정접촉부(200) 및 그 면적을 교정접촉면적이라 하여 상기 감면접촉면적과 교정접촉면적을 합산한 면적을 관리하면 내부응력의 분포가 균일해 질 수 있다는 것을 발견한 것이다.

다음으로 변동계수비를 상기의 범위내로 유지하기 위한 일원으로 용접용 와이어에 함유되어 있는 구성 성분이 변동계수비에 미치는 영향을 고려하게 되었다. 이에 따라 미량으로 첨가되지만 아크의 안정성 또는 오스테나이트의 안정화에 영향을 미치게 되는 Mn, Si, S, N 및 P의 함량에 관하여 집중적으로 연구한 결과, (Si+P+S+N)/Mn의 값이 0.19 ~ 0.62의 범위 내에 있을 때 상기의 변동계수비 범위를 쉽게 유지할 수 있음을 알 수 있었다.

미량원소의 각 성분에 대해 설명하면 다음과 같다.

Mn은 용접금속에 대한 탈산효과를 얻을 수 있는 동시에 오스테나이트 안정화 원소이다. 이러한 Mn을 과량으로 첨가시에는 내식성·내산화성이 열화되며 용접중 와이어선단에 형성되는 표면장력을 크게 하여, 저전류 단락이행 구간에서 용적의 이행을 방해하게 되어 단락구간을 연장시키는 원인이 된다.

Si는 유효한 탈산제로서 아크안정제이다. 이러한 Si의 첨가는 내산화성이 증대되며 용융금속의 퍼짐성을 좋게 하는 효과는 있으나, 과량 첨가시에는 용접응고균열을 발생시키게 된다.

S는 MIG용접시 비드의 형상을 양호하게 하기 위해, 또한 용접아크의 안정화 및 스패터량을 감소시키기 위해 첨가한다. 또한 MnS를 생성시켜 열간가공시 결정립의 조대화를 방지할 목적으로 첨가하지만, 과잉 첨가시에는 비드상에 형성되는 슬래그의 양을 증가시키고 저융점의 화합물을 형성하여 고온균열을 야기시키므로 과잉 첨가는 바람직하지 않다.

P와 N은 통상적으로 용접성 향상에 도움이 되지 않는 원소로서 과량 첨가시에는 선재 제조시 열간가공성을 해치는 문제점이 발생하므로 최소의 양으로 저감하는 것이 일반적이지만, 본 발명에 있어서는 용접아크의 안정화 효과를 위하여 소량 첨가하는 것으로 하였다.

이상의 점을 감안하여 본 출원의 발명자들은 와이어에 함유되는 상기의 미량 원소 (Si+P+S+N)/Mn의 값을 0.19 ~ 0.62의 범위로 설정하는 것으로 하였다.

이하 본 발명의 범위내에 드는 발명예와 본 발명의 범위에서 벗어나는 비교예를 들어 본 발명의 효과를 설명한다.

표 1은 시험에 사용된 오스테나이트계 스테인레스강용 솔리드와이어를 나타내며, 스패터 발생량의 단위는 g이다. 표 2는 저전류 단락이행 용접조건을 표시하였다.

와이어 선경(㎜φ)	모재	용접전류(A)	용접전압(V)	용접속도(CPM)	차폐가스	용접구간(㎝)
1.2	SUS 304L(5t)	180 ~ 210	18 ~ 22	30 ~ 70	Ar-2% O2	25

표 1의 와이어는 AWS ER309 규격을 기본으로 하여 미량원소의 조성을 약간씩 변화시켰으며 와이어의 감면은 5.5mm →1.2mm 이었다.

표 1에서 송급성 시험은 2 TURN 형태로 하고 신선공정은 1차신선 →열처리 → 2차신선 →열처리 →3차신선(최종신선) 순서로 시행하였으며, 최종신선단계는 신선을 두 단계로 분리하여 수행하였으며 최종신선공정에서의 각 신선단계에서의 접촉면적비를 변경하여 각각의 와이어에 대해 비커스 경도 시험기(Vickers hardness tester)로 경도를 측정하였다.

신선공정에서 열처리는 1차신선 후 및 최종신선 전에 행하게 되는데 1차신선후의 열처리는 스테인레스강의 경우 가공경화를 많이 받기 때문에 계속되는 신선을 위해 신선선의 가공경화를 풀어주는 열처리이며, 최종신선 전의 열처리는 최종제품선의 내부잔류응력을 최소화하고 균일화 하기 위한 열처리이다.

이것은 와이어가 다이를 통과할 때의 응력의 완화도 중요하지만 인입선(인입와이어)의 잔류응력의 분포도 또한 중요하기 때문이다.

또한 최종신선전의 열처리는 1차 신선 후 응력이 어느 정도 해소되었지만, 계속된 2차 신선으로 내부의 잔류응력의 분포가 불균일하여 양호한 송급성을 나타낼 정도의 잔류응력분포를 얻기 어려우므로 최종신선전의 열처리는 중요한 공정이 된다.

경도편차는 단면경도편차의 경우 와이어 단면 중심부와 표면의 경도를 측정하여 그 차이를 취하였고 길이방향의 경우 와이어의 임의의 200mm 간격으로 연속 5회 경도를 측정하여 그 차이를 산술평균하였다.(3개 시료의 산술평균치)

최종신선(즉 3차신선)에서의 신선을 두 단계로 분리하여 첫 번째 단계는 감면접촉비, 즉 와이어와 다이의 접촉각의 조정을 통하여 감면접촉면적을 규제하고, 두 번째 단계에서는 교정접촉비, 즉 신선의 선경을 교정하는 단계에서의 교정접촉면적을 규제하여 와이어의 단면상의 경도편차 및 길이방향의 경도편차를 감소시켜 와이어의 잔류응력의 분포를 균일하게 한 것이다.

즉 첫 번째 단계에서는 와이어와 다이가 접촉하는 각도를 작게하여 와이어 단면상의 경도편차를 감소시켜 용접시 와이어의 뒤틀림으로 인한 팁 선단의 떨림을 방지하고, 두 번째 단계에서는 다이의 베어링 길이, 즉 와이어가 교정되는 베어링부의 길이를 길게하여 와이어 길이방향의 경도편차를 감소시켜 와이어가 케이블을 통과할 때 꺽이거나 비틀어져 생기게 되는 용접결함(사행비드)를 방지하였다. 위에서 첫 번째 신선단계에서의 와이어와 다이의 접촉각의 크기와 두 번째 단계에서의 베어링부의 길이에 따른 접촉면적비에의 기여정도는 접촉면적비가 3 내지 3.5 범위내에서 양자 모두 대략 1/3(1 내지 1.17)내지 1/2(1.5 내지 1.75) 인 것이 요구된다.

하기의 표 3, 표 4 및 표 5에는 표 1의 와이어를 사용하여 표 2의 용접조건으로 저전류 단락이행 용접을 행하면서 각 와이어에 대하여 임의의 13구간에서 용접전류, 용접전압 및 변동계수비를 측정하여 나타낸 것이다. 표 3은 30CPM, 표 4는 50CPM, 표 5는 70CPM의 용접속도인 경우로 각각 구분하였다.

용접전류, 용접전압 및 변동계수비는 모니텍코리아사의 Arc 모니터링 WAM-4000D version 1.0을 이용하여 측정하였다. 변동계수비라 함은 "용접전류의 변동계수/용접전압의 변동계수"를 의미한다. 또한 표 1의 와이어를 25㎝용접시, 임의의 구간에서의 단락구간 평균시간과 그 표준편차 및 단락변동계수를 나타내었다. 여기서 단락변동계수라 함은 "표준편차/평균시간"을 의미하는 것이다. 그리고 이상에서 측정한 변동계수비와 단락변동계수가 용접비드에 미친 영향을 알아보기 위하여, 용접 아크 개시후 1.5㎝ 이후부터 측정한 용접부 비드폭에 대하여 n=50 기준으로 표준편차를 구하고, 그 결과를 함께 나타내었다. 한편 표 3, 표 4 및 표 5에서 "전류"항목은 용접전류의 변동계수를 의미하고, "전압"항목은 용접전압의 변동계수를 의미하며, "시간"항목은 평균시간을 의미한다.

표 3, 표 4 및 표 5를 종합적으로 살펴보면, 비교예 1 ~ 3의 경우 미량원소는 본 발명의 범위에 드나 와이어의 경도편차가 본 발명이 제안한 범위를 넘기 때문에 송급부하가 크게 나타났고 또한 변동계수비 및 단락변동계수의 최소치와 최대치의 폭이 큰 것을 볼 수 있다.

비교예 4 ~ 6은 와이어의 경도편차가 본 발명이 제안한 범위에 포함되어 송급부하는 다소 낮은 것으로 나타났으나 미량원소는 본 발명의 범위에서 벗어나서 변동계수비 및 단락변동계수의 최소치와 최대치의 폭이 비교예 1 ~ 3의 경우와 같이 큰 것을 볼 수 있다. 뿐만 아니라, 스패터도 발명예에 비하여 상당히 많이 발생되는 것으로 나타났다.

한편, 비교예 7 ~ 9의 경우에는 와이어의 경도편차와 미량원소의 함유량이 본 발명이 제안하는 범위를 모두 벗어나서 송급부하 및 스패터 발생량 평가항목 모두 나쁜 것으로 판명되었다. 또한 변동계수비 및 단락변동계수의 최소치와 최대치의 폭이 가장 큰 것을 볼 수 있다.

그러나 발명예인 10 ~ 12의 경우에는 발명예는 와이어의 경도편차와 미량원소의 함유량이 본 발명이 제안하는 범위에 모두 포함되어 송급부하는 낮고 스패터발생량은 적으며, 아울러 변동계수비 및 단락변동계수의 최소치와 최대치의 폭이 가장 작은 것을 알 수 있다.

발명예는 비드폭 표준편차가 0.25미만으로 거의 일정한 비드폭을 얻을 수 있는 것으로 나타났으나, 종래예는 비드폭의 표준편차가 0.26이상으로 일정한 비드폭을 얻기가 어려운 것으로 나타났다. 또한 용접시에 발생되는 1㎜이상 스패터의 양(표 1을 보면)과 송급부하도 종래예보다 변동계수비 및 단락변동계수가 일정범위로 유지되는 발명예가 더 적게 발생되는 것을 알 수 있다.

이상의 결과를 종합하면 용접속도 30 ~ 70 CPM의 저전류 단락이행 용접조건에서 우수한 아크안정성을 나타내는 오스테나이트계 스테인리스강 용접용 와이어는 Hv1 경도계를 기준으로 상기 와이어 단면상의 중심부와 표면의 경도차가 18이하이고, 상기 와이어의 길이방향에 대하여 임의의 200㎜ 간격으로 측정한 경도차가 15이하이며, 와이어에 함유된 미량원소 (Si+P+S+N)/Mn의 값이 0.19 ~ 0.62이어야 함을 알 수 있다.

개시된 본 발명에 의하면 저전류 단락이행 용접조건에서 오스테나이트계 스테인리스강 용접시 아크의 안정성이 향상됨에 따라 양호한 용접비드 형상을 얻을 수 있으며 스패터 발생량도 감소되어 궁극적으로는 용접품질 및 작업성을 우수하게 하는 효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

Claims (2)

1. 용접속도 30 ~ 70 CPM의 저전류 단락이행 용접조건에서 우수한 아크안정성을 나타내는 오스테나이트계 스테인리스강 용접용 와이어로서,

   Hv1 경도계를 기준으로 상기 와이어 단면상의 중심부와 표면의 경도차가 18이하이고, 상기 와이어의 길이방향에 대하여 임의의 200㎜ 간격으로 측정한 경도차가 15이하이며,

   상기 와이어에 함유된 미량원소 (Si+P+S+N)/Mn의 값이 0.19 ~ 0.62임을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강 용접용 와이어.
2. 제 1항에 있어서, 상기 와이어 단면의 중심부와 표면의 경도차 및 상기 와이어 길이방향의 경도차는 다음식으로 정의되는 접촉면적비를 3 내지 3.5범위로 특정함으로써 조정하는 것을 특징으로하는 오스테나이트계 스테인리스강 용접용 와이어.

   접촉면적비 = 감면접촉비(감면접촉면적/인입선단면적) +

   교정접촉비(교정접촉면적/인출선단면적)