KR100497181B1

KR100497181B1 - 아아크 용접용 와이어

Info

Publication number: KR100497181B1
Application number: KR10-2000-0043614A
Authority: KR
Inventors: 배효영; 유세열; 이요성; 홍재화
Original assignee: 현대종합금속 주식회사
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2005-06-23
Also published as: KR20020091843A

Abstract

도금되지 않은 아아크 용접용 와이어가 제공된다.

본 발명의 와이어는, 그 표면의 측정대상영역을 원자간력 현미경 또는 이와 유사한 주사형 원자현미경으로 측정하여 그 측정거리 R에 따른 거칠기 상관함수인 G(R)값을 소정 수식을 이용하여 계산한 후, R값과 G(R)값을 그래프화하여 얻어진 그래프에서 일정하게 수렴하는 최대지점까지의 최대거칠기 상관함수 G(R)max(Å²)값이 2.65x10⁸이내이고, 이 지점까지의 기울기가 0.1-1.0로 정의되는 표면상태를 가지며; 그 표면에 존재하는 탄소부착량이 와이어 총중량에 대한 원소 환산량으로 1.0x10^-7wt% 내지 1.4x10^-3wt%이고; 그리고, 그 표면에 흑연, 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐, 질화붕소, 불화흑연 내지 PTFE로 이루어진 고체윤활제 그룹중 선택된 1종 또는 2종이상이 상기 와이어 총중량에 대하여 4.9x10^-6~5.5x10^-2로 부착되어 있음을 특징으로 하는 도금되어 있지 않은 아아크 용접용 와이어에 관한 것이다.

Description

아아크 용접용 와이어{Wire for Arc welding}

본 발명은 아아크 용접용 와이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연강, 고장력강, 저합금강 및 스테인레스 강재등의 용접에 적합할 뿐만 아니라 아아크 안정성과 송급성이 우수한 도금되지 않은 아아크 용접용 와이어에 관한 것이다.

일반적으로 0.6mm에서 2.0mm까지의 직경을 갖는 아아크 용접용 솔리드 와이어는 플라스틱 보빈 내지 원통형 용기에 수납되어 용접에 이용되고 있는데, 이러한 수납된 솔리드 와이어에는 120A에서 500A까지의 광범위한 용접전류가 용접용 팁으로 부터 통전됨으로써 10~200cm/분의 용접속도로 상기 용접용 와이어와 피용접부가 녹으면서 용접이 이루어진다. 상기 전류공급부인 용접용 팁은 구리 또는 그 합금으로 이루어져 있는데, 구리 도금된 용접용 와이어는 전류의 통전성과 솔리드 와이어의 송급성을 향상시키는데 유효하다고 알려져 있다. 따라서 종래의 솔리드 와이어는 표면에 화학반응 또는 전해반응으로 구리가 도금되어 있는 것이 일반적이다.

그러나, 상기 구리 도금된 솔리드 와이어에 있어서도 송급성의 불안정이 계속적으로 문제되고 있으며, 이에 따라 용접 아아크의 불안정과 스패터 증가와 같은 문제점 또한 근본적으로 해결되지 않고 있다. 이는 솔리드 와이어의 제조공정중 신선작업시 신선성을 향상시키기 위하여 용접용 와이어의 성분과 신선속도에 따라 연화온도(softening point)가 서로 다른 칼슘, 나트륨, 아연, 알루미늄, 리튬 등이 함유된 금속비누계 신선용 윤활제를 사용함에 기인한 것이다.

상세히 설명하면, 와이어에 대한 구리도금을 행함에 있어서, 구리 도금전 도금밀착성을 향상시키기 위하여 신선가공후 잔존하는 신선용 윤활제를 제거한 후 화학반응 또는 전해반응으로 구리도금을 행하였으나, 도금 과정중 잔존하는 신선용 윤활제가 완전히 제거되지 않아 신선용 윤활제중의 금속비누가 구리도금을 방해하는 인자로 작용하여 불균일한 구리도금으로 진행하였다. 따라서, 용접작업중 콘듀이트 튜브내의 스프링 라이너와 솔리드 와이어와의 마찰때문에 용접용 와이어 표면의 불균질한 구리도금이 박리되며, 또한 솔리드 와이어의 철표면이 노출되어 안정한 통전성을 유지할 수 없는 것이다. 즉, 박리된 구리도금 가루가 콘듀이트 튜브내의 스프링 라이너와 용접용 팁에 축적되어 송급저항의 증가와 함께 송급성 및 아아크 불안정의 원인이 되는 것으로 알려져 있다.

상기의 문제를 해결하기 위하여 두꺼운 구리도금을 하거나 구리도금을 수회행할 수 있으나, 이 경우에는 오히려 구리도금이 박리되기 쉽고 용접시에 구리 또는 구리산화물이 함유하는 유해가스가 다량 발생하여 용접작업자의 건강을 해친다는 문제가 있다. 또한, 용접금속중의 구리함량의 증가로 고온균열의 원인이 되거나 용접작업시 고온에서 발생된 구리 산화물이 용접용 팁에 축적되어 아아크 불안정과 단락으로 용접작업이 중단되는 문제가 발생되므로 대단히 바람직하지 못하며, 문제해결의 대책이 될 수 없었다.

반대로, 구리도금을 0.1㎛이하의 두께로 아주 얇게 하는 방법도 고려되고 있으나, 솔리드 와이어의 철표면에 신선시 늘어난 입계의 틈으로 거칠고 불균질한 구리 도금층이 생성되어 구리도금의 박리가 쉽게 일어나며, 또한 철표면과 구리 도금층의 전위차에 의한 방청성이 열화되는 문제도 지적되고 있다.

상기 문제를 해결하기 위한 또다른 방법으로, 구리 도금한 솔리드 와이어를 콘듀이트 튜브내의 스프링 라이너와 마찰을 감소시켜 구리도금의 박리를 방지하고자 용접용 와이어 표면에 방청유 또는 왁스 등을 도포하는 방법이 일반적으로 시행되고 알려져 있다. 그러나, 이 방법은 콘듀이트 튜브내의 스프링 라이너와 마찰을 감소시키는 효과는 다소 있으나 근본적으로 송급저항의 감소, 통전성 및 아아크 안정성을 향상시키는데는 도움을 주지 못하고 있다.

상술한 종래의 구리 도금된 솔리드 와이어의 제반 문제점을 검토하면, 솔리드 와이어에 구리도금이 존재하는 자체가 문제가 될 수 있음을 알 수 있다.

따라서, 구리도금을 시행하지 않고 솔리드 와이어의 제성능을 만족하는 용접용 와이어의 제조가 요구되고 있으며, 그 예로서 일본 특개소53-6247호, 53-3940호, 55-128395호, 55-141395호등이 제시되어 있다. 상기 구리도금을 하지 않은 종래기술들은 주로 솔리드 와이어 표면에 이황화 몰리브덴, 그라파이트(흑연), 윤활제등을 적당량 부착시켜 송급성을 향상시키려함에 그 기술적 의의가 있으며, 특히 일본 특개평 6-262389호에서는 솔리드 와이어 표면에 유기 몰리브덴을 도포한 용접용 와이어를 제시하고 있다.

그러나, 이러한 표면 도포제들은 일반적인 신선용 윤활제 또는 윤활유에 함유된 것들이 대부분으로 적절한 표면처리로 송급성능 측면에서 미소한 효과를 얻을 수 있으나, 통전성과 아아크 안정성면에서는 많은 한계가 있다. 특히 이황화 몰리브덴(MoS₂)은 용접작업시 약400-600℃범위에서 MoS₃의 산화물을 형성하며, 약800℃이상에서는 구리도금된 용접용 와이어와 같이 승화현상을 나타낸다. 그리고, 고온에서 승화된 이황화 몰리브덴은 공기중의 수분과 반응하여 황산가스(H₂SO₄)를 형성하므로 전류공급부인 용접용 팁을 부식시켜 용접용 팁의 마모현상이 현저하게 되어 장시간 용접작업시 아아크가 불안정하게 되는 것이다.

또한, 통전성 측면에서도 구리도금이 없기 때문에 오히려 전류공급부의 용접용 팁과 용접용 와이어간의 통전저항이 증가할 뿐만 아니라 스패터와 송급저항이 증가하므로 아아크가 불안정하게 나타난다.

한편, 플럭스 충전 와이어에 있어서는 구리도금되지 않은 플럭스 충전 와이어를 제조후 약 300∼400℃에서 장시간 산화 열처리한다. 이에 따라, 플럭스 충전 와이어 외피 표면에 잔존하는 윤활제를 탄화시켜 저온 철산화물 내지 질화물등으로 형성된 단단한 검은 표피층을 보호피막으로 하여 외부와의 접촉에 의해 발생하는 녹을 방지함과 아울러 마찰저항을 감소시켜 송급저항을 감소시키는 기술이 일반적으로 알려져 있다.

그러나, 상기 산화 열처리한 플럭스 충전 와이어에 있어서도, 산화 열처리전 신선과정에서 윤활제가 불균일하게 분포되어짐으로 인하여 외피 표면의 표피층을 구성하는 탄화물과 저온 철산화물 또는 질화물등이 일정한 형태로 분포되기 어렵다는 문제가 있다. 그리고 통상 플럭스 충전 와이어는 산화 열처리중 대용량 보빈에 두루 감겨져 있기 때문에 처음에 감긴 안쪽 부위와 나중에 감긴 바깥부위의 열전달 시간과 온도가 차이가 나기 마련이다. 따라서, 감긴 부위에 따라 산화 열처리 정도가 매우 다르게 나타나므로 외피 표면은 불안정하고 불규칙한 표피층으로 덮혀지고, 이에 따라 용접작업시 불규칙한 송급저항으로 아아크가 불안정하거나 용접용 팁과 플럭스 충전 와이어 외피 표면과의 통전성이 일정하지 않아 용접용 팁에 플럭스 충전 와이어 전극이 녹아 붙어 용접작업이 중단되는 등의 문제가 항상 지적되어 왔다.

상기 문제를 해결하기 위한 기술의 예로서 플럭스 충전 와이어 외피 내에 플럭스를 진공상태에서 충전하여 산화열처리 하지 않고 신선가공하는 제조방법과 외피의 봉합 부위를 고주파 용접하여 용접부와 비용접부의 경도차이를 감소시켜 중간열처리를 생략하는 무열처리 제조방법을 각각 제시하고 있는 일본 특개평 3-285794호와 특개평 4-262894호를 들 수 있다. 그러나, 이들 방법은 단지 산화열처리 공정을 생략하여 제조비용을 감소시키는 목적으로는 다소 효과가 있을 수 있으나, 통전성 및 송급성의 근본적인 해결책은 제시하고 있지 않다.

그런데, 송급성 문제를 해결하고자 하는 방법은 이전에 이미 종래기술 일본 특개소 55-141395호에서 분말상의 이황화몰리브덴 또는 이황화텅스텐을 도포한 플럭스 충전 와이어가 제시되었으며, 통전성 효과를 증가시키기 위하여 이황화몰리브덴과 이황화텅스텐 보다 통전성이 우수한 그라파이트가 첨가된 플럭스 충전 와이어가 제시되어 있다. 그러나, 상기 이황화몰리브덴 또는 이황화텅스텐, 그라파이트등은 자체의 윤활성을 가지고 있음에도 불구하고, 장시간 용접작업시 용접용 스프링 라이너에 퇴적되어 높은 송급저항과 막힘현상을 초래하여 송급성 및 아아크 불안정을 유발시키는 요인으로 알려지기도 하였다.

따라서, 상기 문제점을 고려하여 일본 특개평 8-19893, 9-314375, 9-141489 (한국특허공보 0163244호)에서는 용접용 와이어 표면요철의 상태를 전자선 3차원 조도측정장치로 측정하여 겉보기 표면적과 실표면적의 비를 규제하여 비표면적으로 나타내고, 윤활성 물질을 견고하게 부착시키고자 하였다. 그러나, 비표면적은 표면요철에 대한 겉보기 표면적과 실표면적의 비일뿐 표면요철의 크기를 제어할수 있는 인자는 아니었다.

또다른 종래기술로서 표면요철의 크기를 일반적인 표면 거칠기 측정장치로 측정하여 평균 표면조도(Ra)를 0.05~0.5㎛으로 제한하고, 용접용 와이어를 톨루엔등에 초음파 세척하여 얻어지는 MoS₂, WS₂, PTFE, C, CF 또는 금속비누중 1종류 또는 2종류 이상이 용접용 와이어 10kg당 0.01~0.4g으로 제한하여 송급성의 향상을 꾀한 일본 특개평 9-76089이 있다. 그러나, 이 방법에서 Ra는 표면요철의 평균표면거칠기 정도에 불과하므로 표면요철의 크기를 정확하게 제어하지 못할 뿐만 아니라 표면요철의 형상은 나타내기가 더욱 어려워 윤활성 물질이 견고하게 유지되기도 어렵다는 문제가 있다. 또한, 유지된 윤활성 물질은 쉽게 이탈되고 그 유지량도 불균일하여 장시간 용접작업시 송급성 및 아아크 안정성이 열화되는 문제가 있다.

그리고 윤활성 물질의 물리적 부착이 실제 용접작업에서 용이치 않음을 고려하여 흑연 및 이황화몰리브덴을 식물유(예, 팜유) 및 동물유(예, 라드유)와 같이 용접용 와이어 표면에 도포하거나 솔벤트등에 섞어 분산 또는 정전 도포하는 방법이 일본 특개평 6-285678에 제시되어 있다. 그러나 이 방법에서도 솔벤트가 기화되면서 윤활성 물질이 이탈되거나 식물유와 동물유가 응고되면서 공기중의 불순물질까지 흡착시켜 점도가 매우 높아짐으로써 송급시 마찰압력을 증가시킨다는 문제가 있다.

또한, 탄화수소의 탄소원자수가 많고 직쇄 또는 분지쇄 구조를 갖는 고급 지방산(스테아르산, 올레산, 리놀산 또는 리놀레산의 나트륨, 칼륨염)을 신선윤활제로 부착시키고 신선한 다음, 윤활유 또는 방청유를 도포하거나 일본 특개평 2-284792에서와 같이 카르복실산의 나트륨염 또는 칼륨염을 함유하는 윤활유를 와이어 표면에 부착시켜 송급성을 개선한 용접용 와이어가 알려져 있다. 그러나 상술한 방법들에서도 윤활유 또는 방청유가 기화되거나 공기중의 수분이나 불순물질과 반응하여 점도가 높은 염을 형성하므로 윤활성이 저해되었다. 또한, 카르복실산의 나트륨 또는 칼륨염은 탄소원자 길이가 너무 길어 용접용 와이어와 결합력이 떨어지고, 스테아르산과 같은 고급 지방산은 유막이 너무 두꺼워 통전성을 저해하거나 용접용 와이어 표면에 골고루 부착되지 않고 엉겨붙기 때문에 아아크가 불안정하다는 문제가 있다.

상술한 문제점이 부착된 윤활유의 탄화수소 고리 길이가 너무 길어서 발생한다는 점에 기인한 개량기술로써 대한민국 공개특허공보 1999-0045200호를 들 수 있다. 상기 공개특허공보에서는 탄소수가 5~12인 카르복실산 또는 카르복실산금속염(펜탄산, 카프로산, 카프릴산, 옥틸산, 세칸산, 데칸산 또는 라우르산)은 직쇄 또는 분지쇄 구조를 갖는 포화 또는 불포화 탄화수소 구조로 Li, Na, Mg, Al, K, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Sn, Cs, Pb 및 Ce등의 금속을 포함하는 쇄식 화합물 또는 나프텐산 및 나프텐산염으로 Li, Na, Mg, Al, K, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Sn, Cs, Pb 및 Ce등의 금속을 포함하고 환상의 5~6원자 탄화수소 화합물을 이용하여 화학적인 결합을 유도하여 송급성능을 향상시키고자 하였다. 그러나, 이러한 탄화수소계 화합물은 고분자 화합물을 제외하고 미소한 열적 에너지에 의해 화학적 연결고리가 쉽게 분해되거나 대기중의 불순 물질과 결합하여 금속 또는 비금속 착염을 생성하기도 한다. 따라서, 장시간 보관 또는 용접시 송급성능이 급속히 격감하는 문제가 지적되고 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 용접용 와이어 표면상태 및 표면 부착 탄소량을 적정범위로 제어하고, 고체 윤활제의 부착량을 최적화함으로써 우수한 송급성 및 아아크 안정성을 도모할 수 있으며, 방청성 향상도 꾀할 수 있는 용접용 와이어를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명자는 용접용 와이어의 송급성등의 향상을 도모하기 위한 제반 연구결과 우수한 송급성등을 부여하기 위해서는 와이어의 표면에 윤활성능이 우수한 물질을 일정 범위내로 견고하게 부착되어 있어야함을 발견하였다.

또한, 본 발명자는 상술한 바와 같이 윤활성 물질을 일정범위로 견고하게 부착하기 위해서는 용접용 와이어 표면상태를 제어할 것을 요함과 아울러, 와이어의 표면에 존재하는 탄소의 부착량을 최적으로 제어할 것을 요함을 발견하고 본 발명을 제안한 것이다.

따라서, 본 발명은 아아크 용접용 솔리드 와이어에 있어서, 그 표면의 측정대상영역을 원자간력 현미경 또는 이와 유사한 주사형 원자현미경으로 측정하여 그 측정거리 R에 따른 거칠기 상관함수인 G(R)값을 하기 수학식1을 이용하여 계산한 후, R값과 G(R)값을 그래프화하여 얻어진 그래프에서 일정하게 수렴하는 최대지점까지의 최대거칠기 상관함수 G(R)max(Å²)값이 2.65x10⁸이내이고, 이 지점까지의 기울기가 0.1-1.0로 정의되는 표면상태를 가지며;

그 표면에 존재하는 탄소부착량이 와이어 총중량에 대한 원소 환산량으로 1.0x10^-7wt% 내지 1.4x10^-3wt%이고; 그리고

그 표면에 흑연, 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐, 질화붕소, 불화흑연 내지 PTFE로 이루어진 고체윤활제 그룹중 선택된 1종 또는 2종이상이 상기 와이어 총중량에 대하여 4.9x10^-6~5.5x10^-2범위로 부착되어 있음을 특징으로 하는 도금되어 있지 않은 아아크 용접용 솔리드 와이어에 관한 것이다.

단, 여기서 용접용 와이어 표면의 측정 대상 영역에서 임의의 위치(x,y)에서 높이로 정의되는 함수 z(x,y)로 나타내고,〈....〉의 표기는 측정거리 R로부터 좌표상에 대한 평균을 나타내며, x축은 측정거리(R)로 하고, y축은 거칠기 상관함수인 G(R)로 하여 그려진 그래프가 측정거리(R)에 따라 G(R)이 증가하다가 일정상태로 수렴하는 최대지점까지의 거칠기 상관함수인 G(R)(Å²)값을 나타내고, 이 지점까지의 기울기를 나타낸다. 구해진 기울기 정보는 수평방향의 거리정보(R)와 각 위치에서 높낮이 정보(G(R))를 가지고 있는 것이다.

또한, 본 발명은 아아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 있어서, 그 표면의 측정대상영역을 원자간력 현미경 또는 이와 유사한 주사형 원자현미경을 사용하여 측정하여 그 측정거리(R)에 따른 거칠기 상관함수인 G(R)값을 상기 수학식1을 이용하여 계산한 후, 거리 R과 G(R)값을 그래프화하여 얻어진 그래프에서 일정하게 수렴하는 최대지점까지의 최대거칠기 상관함수 G(R)max(Å²)값이 2.65x10⁸이내이고, 이 지점까지의 기울기가 0.1-1.0로 정의되는 표면상태를 가지며;

그 표면에 존재하는 탄소의 부착량이 상기 와이어 총중량에 대해 원소 환산량으로 9.3x10^-8wt% 내지 1.3x10^-3wt%이고; 그리고

그 표면에 흑연, 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐, 질화붕소, 불화흑연 또는 PTFE로 이루어진 고체윤활제 그룹중 선택된 1종 또는 2종이상 상기 와이어 총중량에 대하여 4.2x10^-6~4.7x10^-2범위로 부착되어 있음을 특징으로 하는 도금되어 있지 않은 아아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 설명한다.

먼저, 본 발명은 송급성이 우수한 아아크 용접용 와이어를 얻기 위해 그 표면상태를 최적으로 제어해야 한다. 따라서, 본 발명자는 대한민국 공개특허공보(KR)10-1997-048672호(97.7.29)의 원자간력 현미경과 프랙탈(fractal) 이론을 적용한 평균 결정입자의 크기를 결정하는 방법으로부터 그래프의 기울기가 측정 대상영역에서 축척에 따라 그 값이 증가하는 축척거동(scaling behavior)이 표면요철의 형상과 크기를 결정하는 주요인자중의 하나임을 발견하고, 이를 이용하여 와이어의 최적 표면상태를 정의하였다.

상세하게 설명하면, 프랙탈 축척거동(fractal scaling behavior)이 요철부의 크기 이하에서 프랙탈 성질을 보이다가 그 이상의 크기가 되면 프랙탈 성질이 소멸하면서 일정하게 수렴하는 값으로부터 상기 수학식1에서 정의되는 거칠기 상관함수인 G(R)값과 측정거리 R을 이용하여 표면상태의 정보(즉, 표면요철의 형상 및 그 크기정도)를 결정한 것이다.

따라서, 본 발명에서는 그 표면의 측정대상영역을 원자간력 현미경(AFM : Atomic Force Microscope) 또는 이와 유사한 주사형 원자현미경(SPM : Scanning Probe Microscope , STM : Scanning Tunneling Microscope)을 이용하여 측정하여 그 측정거리 R에 따른 거칠기 상관함수인 G(R)값을 상기 수학식 1을 이용하여 계산할 때, R값과 G(R)값을 그래프화하여 얻어진 그래프에서 일정하게 수렴하는 최대지점까지의 최대거칠기 상관함수 G(R)max(Å²)값이 2.65x10⁸이내이고, 이 지점까지의 기울기가 0.1-1.0가 되도록 하는 표면상태를 갖는 도금되지 않은 용접용 와이어를 제공함을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 용접용 와이어는 상기 측정법에서 최대거칠기 상관함수 G(R)max(Å²)값이 2.65x10⁸이내이고, 이 지점까지의 기울기가 0.1-1.0로 정의되는 표면상태를 가짐이 바람직하다.

왜냐하면, 최대거칠기 상관함수 G(R)max(Å²)값이 2.65x10⁸을 초과하고 기울기가 1.0을 초과하면, 와이어 표면요철이 매우 거칠어져 송급저항이 급격히 증가할뿐만 아니라 뾰족한 표면요철의 개수가 증가하여 요철이 쉽게 박리되어 막힘이 일어나기 때문이다.

그리고 최대거칠기 상관함수 G(R)max(Å²)값이 2.65x10⁸을 초과하고 기울기가 0.1 미만이면, 완만한 표면요철이 매우 커져 송급시 마찰저항도 증가할 뿐만 아니라 고체윤활제의 과잉부착으로 송급시 용접용 케이블에 고체윤활제가 집적하고 막힘이 일어나는 문제가 있기 때문이다.

또한, 최대거칠기 상관함수 G(R)max(Å²)값이 2.65x10⁸을 초과하고, 기울기가 0.1-1.0인 경우에도 거친 요철이 송급저항을 증가시키고 고체윤활제의 과잉부착을 야기하며, 아울러 최대거칠기 상관함수 G(R)max(Å²)값이 2.65x10⁸이내이고, 기울기가 1.0을 초과하거나 0.1미만일 경우에도, 표면요철의 크기가 너무 작거나 평탄하여 고체윤활제의 유지가 곤란해지는 문제가 있기 때문이다.

이러한 표면상태는 매우 일정하고 규칙적이어서 상기 표면에 윤활성이 우수한 고체윤활제의 일정량을 견고하게 유지되도록 하는데 최적의 형상과 크기를 갖추고 있는 것으로, 이러한 형상과 크기의 제어는 용접용 와이어의 신선 작업전 전처리의 조건과 신선용 다이스의 표면상태와 신선용 윤활제 또는 윤활유의 입도 및 점도를 충분히 고려하고, 적절히 선택하여 제어함으로써 가능하다.

상기와 같이 와이어의 표면상태를 최적으로 제어함으로써 본 발명에서는 우수한 아크 안정성 및 송급성능이 발휘될 수 있는데, 이는 이러한 표면상태 제어에 따라 와이어의 표면에 고체윤활제가 견고하게 부착될 수 있음에 기인한 것이다.

그러나, 본 발명자는 와이어의 표면상태를 상술한 바와 같이 제어하더라도 제조후 장시간의 경과에 따라 와이어의 송급성능등이 점점 열악해지며, 이러한 현상은 가혹한 용접조건(송급부하 지수의 증가)하에서는 더욱 빈발할 수 있음을 발견하고, 아울러 이러한 현상이 장시간의 용접이나 가혹한 용접조건에서 송급 케이블내의 라이너 스프링에서의 고체윤활제의 탈락에 의한 집적 때문이라는 것을 밝혀 내었다.

이에 본 발명자는 상술한 진동이나 마찰등과 같은 가혹한 용접조건등에서도 고체윤활제의 이탈을 방지하기 위하여 많은 연구를 거듭하였으며, 그 결과 아크 용접용 와이어의 표면에 존재하는 탄소부착량의 제어가 긴요함을 발견하고 본 발명을 제시하는 것으로, 본 발명은 용접용 와이어의 표면에 존재하는 탄소부착량을 적정치로 제어함을 그 특징으로 한다.

탄소는 대부분이 다공질 구조를 가지고 있으며, 분자크기의 미세세공이 잘 발달되어 있다. 이러한 미세세공은 그 직경이 약 10Å 정도에서 10⁵Å 정도로 이루어져 있으며, 상당한 크기의 내부 표면적을 갖고 있으므로 흡착력이 매우 뛰어나다. 흡착은 탄소의 표면으로부터 분자간의 복합물을 형성하여 부분적인 화학적 흡착이 일어나나, 대부분이 반데르발스의 힘(van der waals force)에 의한 물리적인 흡착이다. 이러한 인력에 의한 물리적인 흡착은 마찰, 표면장력, 점성력, 부착력, 응집력등에 기인될수 있다.

따라서, 탄소성분은 용접용 와이어의 최적의 표면상태에서 진동이나 마찰 또는 변형등에 의해서도 고체윤활제가 이탈됨이 없이 견고하게 유지할수 있는 매개체가 될 수 있는 것이다.

상기 탄소성분의 공급원으로는 여러종류가 있으나, 미세세공이 잘 발달되어 있는 것을 선택함이 보다 바람직하다. 흡착력을 결정하는 인자는 고체윤활제의 종류와 특성에 따라 다소 차이는 있으나, 미세세공의 크기가 100nm이하인 것이 바람직하다. 일반적으로 작은 분자량의 흡착물일 경우는 1nm이하(micro pore)가, 큰 분자량을 갖는 유기물일 경우는 1~100nm(meso pore) 또는 100nm이상(macro pore)이 바람직하다. 또, 비표면적(내부 표면적)이 큰 것이 유리하다. 대표적으로는 다공질 탄소, 다공질 흑연, 활성탄소, 콜로이드상 흑연, 자기윤활용 흑연등이 있다. 다공질 탄소 및 다공질 흑연은 공업적으로 기공율이 가장 큰 것이 50% 이상이다. 활성탄소는 세공의 용적이 0.6~0.8cm³g^-1이며, 비표면적이 500~1500m²g^-1, 평균세공반경은 10~20Å 정도이다. 콜로이드상 흑연은 입자크기가 1~100nm 정도이며, 입자가 미세하므로 입자군의 비표면적이 현저히 크고 친유성이 매우 큰 것이 특징이다. 자기윤활용 흑연은 흡착력은 다소 떨어지나, 열전도가 좋으므로 방열이 좋고 국부승온이 없다. 또, 내식성이 우수하여 내식성유체에도 적용된다. 그 밖에 일반적 탄소구조를 가지는 흑연 및 탄화수소계 유기화합물구조등도 세공특성은 다소 떨어지나 특유의 흡착력을 유지하므로 적용 가능하다. 다만, 탄소성분은 용접용 와이어 표면에 있어서, 신선후 필연적으로 잔존하는 물질이기는 하나, 그 양이 너무 미약하고 잔존성분도 신선윤활제 유지분의 화학적인 결합구조를 가지고 있는 탄화수소계가 대부분인데, 이들 탄화수소계는 이미 유지분의 결합형태를 유지하고 있으므로, 화학적인 결합구조를 가진 탄화수소계만으로 고체윤활제의 물리적 흡착은 다소 미흡하다고 생각된다. 그러나, 상기 탄화수소계도 그 양을 적절히 유지한다면, 다공의 망상(그물구조)으로 고착되어 고체윤활제를 붙잡아 주는 작용을 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 용접용 와이어의 표면에 존재하는 탄소함량은 와이어의 종류에 따라 달라진다. 즉, 본 발명의 솔리드 와이어와 플럭스 충전와이어에 있어서, 그 표면에 존재하는 탄소 부착량은 상기 와이어 총중량에 대한 원소 환산량으로 1.0x10^-7~1.4x10^-3wt%와 9.3x10^-8~ 1.3x10^-3wt%로 각각 제한함이 바람직하다.

왜냐하면, 탄소가 상술한 하한치 미만으로 부착되어 있을 경우, 고체윤활제의 흡착량도 매우 감소할뿐만 아니라 용접용 와이어 표면의 요철에 의해 부착된 고체윤활제는 미소한 진동이나 마찰 또는 변형등에 의해서 쉽게 이탈되기 때문에 송급성 및 아아크성이 열화된다.

그리고, 탄소가 상술한 상한치를 초과하여 과잉 부착되어 있을 경우, 탄소성분 그 자체가 너무 많아 고체윤활제가 과잉으로 부착되므로 송급시 송급 롤러에서 미끄럼이 발생되거나 고체윤활제가 용접용 와이어 표면 요철부를 모두 뒤덮게 되고, 이에 따라 송급시 송급롤러 또는 라이너 스프링내에서 부스러지면서 이탈과 흡착이 반복되고 그 유지량도 불균일하여, 이로인한 막힘이 발생한다는 문제가 있다.

또한, 용접시 과잉의 부착물에 의한 유해가스를 다량으로 발생시킨다. 특히, 탄소성분은 높은 이온화전위를 가지고 있는 표면활성화 원소로서 용접시 용융금속의 표면장력을 감소시키고, 아아크 온도가 상승되므로 고온증기의 양이 증가되고 장시간 연속 용접시 용접용 팁의 과열로 아아크가 단락되기도 한다. 단, 적정량이 부착될시 활성화 에너지에 의한 아아크성이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명의 용접용 와이어는 그 표면상태와 표면 부착 탄소량뿐만 아니라 우수한 송급성등을 확보하기 위해 실제 용접용 와이어의 표면에 부착되는 고체윤활제의 량을 제어함을 그 특징으로 한다.

고체윤활제로는 흑연(C), 이황화 몰리브덴(MoS₂), 이황화 텅스텐(WS₂), 질화붕소(BN), 불화흑연((CF)_n), 산화납(lead oxide), PTFE(Polytetraflouro ethylene), 운모(mica), 활석(talc), 유리분, 금속 비누등을 들 수 있다.

여기서, 산화납은 윤활성은 우수하나 유해성 증기가 다량 발생하므로 사용을 억제하는 편이 좋으며, 운모, 활석, 유리분등도 윤활성이 우수한 윤활제로 알려져 있으나, 피흡착도가 낮아 흡착되는 양이 적으며, 쉽게 이탈되기 때문에 유효하지 못하다.

흑연은 필요에 따라 입도, 입형, 입도분포, 순도등을 고려해야 하며, 물리적 흡착성이 우수하므로 많이 이용되고 있으나, 용접용 와이어 최적의 표면상태에서 탄소성분(다공질 탄소, 다공질 흑연, 활성탄소, 콜로이드상 흑연, 자기윤활용 흑연등)이 부착되어 있으므로 부족량을 보충하는 정도로 부착하는 것이 바람직하며, 흑연 자체가 윤활성이 우수하기 때문에 사용성이 양호하다. 또한, 흑연에 이황화 몰리브덴 또는 이황화 텅스텐, 질화붕소중 1종류 이상이 혼합되어 사용되면 더욱 효과적인 송급성능을 얻을수 있다.

이황화 몰리브덴과 이황화 텅스텐은 내압성이 28000kgf/cm²의 정도로 극압성이 탁월한 윤활제로 알려져 있다. 특히, 이황화 몰리브덴은 마찰계수가 약 0.1μ이하로 윤활성이 매우 뛰어나며, 1회 미끄럼에 필요한 최저두께는 4원자층 약 30Å에 불과하다. 이 두께에서 1m²의 실제 접촉면적을 피복하는데 필요한 양은 약 3mm³(약 0.012g)이다. 즉, 이황화 몰리브덴이 실제로 소비되는 필요 최저량이다. 또한, 이황화 몰리브덴과 이황화 텅스텐의 효과는 마찰면과 미끄럼면이 평행이 될 때, 매우 우수한 윤활성능을 기대할 수 있다. 다행이도, 용접용 와이어 표면은 신선방향으로 방향성이 있고, 마찰면과 미끄럼면이 결정배향을 이루고 있어, 용접용 와이어에 있어서 이황화 몰리브덴과 이황화 텅스텐의 도입은 우수한 송급성능을 발휘되게 하는 것이다. 또한, 유황원자(S)와 화학적 결합에 의존하여 흡착되어 있어, 부착이 곤란하다는 문제의 특징이 있으나, 탄소성분과의 물리적인 흡착으로 부착성을 증대시킬수 있다.

질화붕소는 물리적인 피흡착도가 양호한 편이며, 흑연보다 다소 낮은 마찰계수를 가지고 있다. 또한, 경도와 내열성이 높으며, 마찰계수가 온도변화에 변화가 없는 것이 특징이다.

불화흑연은 물리적인 피흡착도가 양호하고, 특히, 마찰계수가 0.03~0.05μ정도로 가장 낮다. 또한, 온도변화에도 마찰계수의 변화가 거의 없어 매우 이상적이다. 다만, 약 420℃부터 분해(4(CF)_n→3nC + nCF₄)되어 용접시 증기압 상승을 가져오며, 상온에서 전도성이 매우 낮아 흑연 또는 이황화 몰리브덴, 이황화 텅스텐중 1종류 이상과 혼합되어 사용되면 효과적인 송급성능을 얻을수 있다.

PTFE는 마찰계수가 0.03~0.20μ정도로 낮은 범위에 있어나, 비점착성 물질로 부착성이 다소 떨어지는 단점도 있다. 이러한 문제 때문에 PTFE를 이황화 몰리브덴 또는 이황화 텅스텐과 함께 석유계 솔벤트에 분산시켜 정전도포하여 사용가능하다. 그러나, 전기적으로 매우 높은 절연체이기 때문에 단독의 사용은 곤란하다.

충분한 윤활특성을 발휘하여 보다 우수한 송급성능을 확보함에 요구되는 본 발명의 고체윤활제의 유지량은 용접용 와이어의 종류에 따라 다르다.

즉, 솔리드 와이어의 경우, 흑연(C), 이황화 몰리브덴(MoS₂), 이황화 텅스텐(WS₂), 질화붕소(BN), 불화흑연((CF)_n) 또는 PTFE(Polytetraflouro ethylene)로 이루어지는 고체윤활제 그룹중 선택된 1종 또는 2종이상이 상기 와이어 총중량에 대하여 4.9x10^-6~5.5x10^-2범위로 부착됨이 바람직하다.

플럭스 충전 와이어의 경우는 흑연(C), 이황화 몰리브덴(MoS₂), 이황화 텅스텐(WS₂), 질화붕소(BN), 불화흑연((CF)_n) 또는 PTFE(Polytetraflouro ethylene)로 이루어진 고체윤활제 그룹중 선택된 1종 또는 2종이상이 상기 충전 와이어 총중량에 대하여 4.2x10^-6~4.7x10^-2범위로 부착됨이 바람직하다.

왜냐하면, 상술한 솔리드 와이어와 플럭스 충전 와이어에 있어서, 그 표면에 부착되는 고체윤활제의 량이 상기 하한치 미만으로 될 경우에는 고체윤활제의 유지량이 너무 적은 경우로 송급성능이 열악해질 수 있기 때문이다. 반면에, 고체윤활제의 량이 상기 상한치를 각각 초과하는 경우는 고체윤활제의 유지량이 너무 많아서 송급롤러에서 미끄럼을 일으키거나 쉽게 이탈되어 막힘을 유발시켜 송급부하가 증대되어 송급불안을 가져올 수 있기 때문이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 용접용 와이어의 표면상태, 표면 탄소부착량을 소정치로 제어함으로써 일정범위의 고체윤활제를 와이이의 표면에 견고하게 부착가능하게 하고, 이에 따라 충분한 윤활특성을 발휘할 수 있는 송급성능이 우수한 용접용 와이어를 얻을 수 있는 것이다.

즉, 본 발명은 기본적으로 용접용 와이어의 표면을 탄소성분과 고체윤활제의 부착이 용이하도록 최적의 조건을 제어함에 특징이 있는데, 이러한 부착방법은 용접용 와이어의 신선후 신선용 다이스를 이용하여 강하게 압착하여 부착시키거나, 석유계 솔벤트등에 분산시켜 정전도포 하거나, 스프레이로 분사시켜 도포하는 따위로 이뤄질 수 있다.

또한, 금속비누계 윤활제에 혼합하여 신선하거나 스프레이 도포하여도 가능하나, 탄소성분의 부착함량 조절시는 솔벤트, 금속비누계 윤활제등에서 미소한 탄소성분이 잔존되어 있으며, 신선시 신선윤활제의 미소량은 탄화물로 잔존되므로 그 함량도 고려할 필요성이 있다.

한편, 상기 금속비누는 비누 그 자체로도 윤활성이 좋으며, 흡착되는 부착도도 매우 크다. 그것은 유지 또는 고급지방산(탄소수 18의 포화 지방산 또는 불포화 지방산의 혼합 지방산, 옥시산)과 알카리를 첨가하여 검화후 생성된 금속비누를 유중에 수㎛의 크기로 분산하고 미셀구조를 취하여 반고체 또는 고체상을 나타나게 되는데 미끄럼성이 매우 뛰어나다.

이러한 금속비누는 알카리 금속(Na, K, Li, Rb 또는 Cs)과 알카리토류 금속(Ca, Ba 또는 Sr)이 대부분이며, 산화성이 높다는 단점도 있으나, 이온화전위가 낮은 물질로 알려져 있어, 소량의 첨가에도 용적이행 특성이 향상되어 안정적인 아아크 특성을 얻을 수 있다. 특히, 알카리 금속중 Na는 아아크의 집중성을 향상시켜 안정화하고, K는 아아크의 폭을 넓혀주고 아아크의 입성(아아크 기둥의 추진강도)을 강화시킨다. 그리고, Li는 아아크의 안정화와 취부력을 향상시키며, Rb와 Cs는 용적이행성을 향상시킨다. 또한, 알카리토류 금속의 Ca는 비저항이 매우 낮아 Cu에 근접한 비저항치를 유지하므로 도금이 되어 있지 않은 솔리드 와이어와 플럭스 충전 와이어에 있어서 전도성을 향상시켜 우수한 송급특성과 안정된 아아크성을 유지하는 효과가 크며, Ba 또는 Sr는 수분과 반응하면 염기성을 뛴다. 따라서, 금속비누에 고체윤활제(흑연, 이황화 몰리브덴, 이황화 텅스텐, 질화붕소, 불화흑연 또는 PTFE)를 혼합하여 부착할 경우 우수한 송급성능과 아아크 안정성을 얻을수 있는 것이다. 특히, 이들 금속비누는 그 양의 첨가 정도에 따라 산성인 이황화 몰리브덴 및 이황화 텅스텐을 중화하고, 알카리화하여 방청성을 향상시킬수 있다.

또한, 필요에 의해서 기타금속비누(Al, Zn, Pb) 또는 비비누계(실리카에어로겔 또는 실리카겔, 벤토나이트)를 첨가 또는 혼합하여 윤활효과를 향상시키기 위하여 사용할 수도 있는데, 그 사용성과 사용량이 제한적일 필요가 있다. 기타 금속비누는 용접작업시 유해가스가 과다하게 발생되고, 이로 인한 용접결함이 발생될 가능성이 있다. 그리고, 비비누계는 고온용으로 사용되나 점성이 높은 편이며, 물리적으로 코팅한 실리카에어로겔 또는 실리카겔은 Si 및 SiO₂가 주성분이며 흡습성이 매우 높고, 벤토나이트(bentonite)는 흡착성 및 유성과 방청성이 열악하므로 비비누계는 사용상 곤란한 점이 많다.

따라서, Al, Zn, Pb 또는 Si를 함유하는 금속비누 또는 비비누계 물질 그룹중 선택된 1종 또는 2종이상이 각 원소의 원소환산량으로 0.08g/m² 이내로 제한함이 바람직하다.

또한, 알카리 금속 또는 알카리토류 금속을 함유하는 중저급 지방산염(나프텐산나트륨, 스테아르산나트륨, 린데르산나트륨, 옥틸산칼륨, 라우르산칼륨, 린데르산칼륨, 나프텐산칼륨, 스테아르산칼륨, 세칸산칼륨, 카프린산칼륨, 옥틸산리튬, 나프텐산리튬, 옥틸산세슘, 나프텐산세슘, 옥틸산칼슘, 린데르산칼슘, 나프텐산칼슘 또는 스테아르산칼슘 등)도 동식물유나 광물유 또는 합성유(폴리글리코올, 폴리페닐에테르, 2염기산에스테르, 네오펜틸폴리오올에스테르, 인산에스테르, 폴리클로로트리플루오르에틸렌, 플루오르에스테르, 염소화비페닐, 실리코온 등)에 첨가 또는 혼합하고, 고체윤활제(흑연, 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐, 질화붕소, 불화흑연 또는 PTFE)를 혼합하여 부착하여도 우수한 송급성능과 아아크 안정성을 얻을수 있다.

그러나, 이러한 금속성분중 알카리 금속은 아아크 안정화 원소로써 그 효과가 매우 탁월하나, 그 양이 용접용 와이어 단위 표면적당 각 원소의 원소환산량으로 0.0005mol/m² 미만이면 안정적인 아아크성을 얻을수 없을 뿐만아니라 스패터의 과다한 비산을 초래할수 있다. 또, 그 양이 0.010mol/m²을 초과하여 존재하면 고온 증기의 상승원인이 되거나, 비이드 외관이 조악해 진다.

따라서, 알카리 금속 그룹중 선택된 1종 또는 2종이상이 용접용 와이어 단위 표면적당 각 원소의 원소환산량으로 0.0005 내지 0.010mol/m²으로 부착됨이 바람직하다.

또한, 알카리토류 금속은 전기 전도성을 향상시키는데 매우 효과적이고, 공기중의 수분과 반응하여 염기성화를 도모하므로, 용착금속중의 수소, 산소 또는 질소등을 취출하여 기계적 성질을 향상시키기는 역할을 한다. 그러나, 그 양이 너무 많으면, 용접 작업성이 매우 열악해 지고 비이드 외관도 조악해 지는 반면에, 그 양이 너무 미약하면 전도성이 격감하여, 도금이 되어 있지 않은 솔리드 와이어 및 플럭스 충전 와이어에서는 우수한 아아크성을 얻을 수 없다.

따라서, 알카리토류 금속 그룹중 선택된 1종 또는 2종이상이 용접용 와이어 단위 표면적당 각 원소의 원소환산량으로 0.005 내지 0.25g/m²으로 부착됨이 바람직하다.

또한, 금속비누와 비비누계 윤활제는 용접용 와이어의 신선 작업시 신선용 윤활제 또는 윤활유로도 이용되기도 하는데, 신선성의 향상과 고품질의 용접용 와이어 표면을 얻기 위하여 금속비누와 비비누계 윤활제 또는 윤활유중에 극압첨가제, 산화방지제, 유성향상제, 청정분산제, 부식방지제 또는 방청제등을 첨가하여 사용한다. 그러나, 극압첨가제는 용도에 따라 S계 극압첨가제, P계 극압첨가제, Cl계 극압첨가제를 소량씩 첨가하여 사용하므로, 용접용 와이어 표면에 첨가제의 잔존물이 남게 되어 내청성이 매우 열악해진다. 따라서, Cl, S 또는 P를 함유하는 극압첨가제가 각 원소의 원소환산량으로 0.15g/m² 이내가 되도록 사용량을 제한함과 동시에, (Cl+P)/S 가 1.0을 초과하지 않도록 유의해야 한다. S는 고체윤활제중에 화합물로 존재하기도 하는데, 미량이 존재할시 용적의 표면장력을 감소시키는 효과가 있으므로, S에 비해 Cl+P를 감소시키는 것이 효과적이다.

따라서, Cl, S 또는 P를 함유하는 극압첨가제는 용접용 와이어의 단위면적당 각 원소의 원소환산량으로 0.15g/m² 이내가 되도록 사용량과 잔존량을 제한함과 동시에, (Cl+P)/S ≤1.0 이 되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 용접용 와이어의 표면에서 일부의 요철이 이탈되거나, 부스러져 철분 또는 Fe화합물(Fe산화물)로 존재할수도 있는데, 이러한 철분 및 Fe화합물의 양이 Fe원소로 환산하여 0.15g/m²을 초과하여 잔존하면, 송급시 막힘이 발생하거나 알카리 금속, 알카리토류 금속 또는 고체윤활제가 유지될 공간이 적어지게 된다.

또한, 용접용 와이어 표면에 부착되는 부착물(탄소성분, 고체윤활제, 알카리 금속 또는 알카리토류 금속)중 유기 또는 무기화합물로서 형성된 불순원소들도 필연적으로 부착될 수밖에 없으므로, 이들 총부착물의 총량이 2.2g/m² 이하로 제한되어야 한다. 만일, 총부착물의 총량이 2.2g/m²을 초과하여 부착될 경우, 불순원소들이 너무 많아져 유해가스의 증가와 더불어 용접결함을 유발하기도 하며, 전도성도 격감하여 안정한 아아크성을 보장받기가 어렵게 되기 때문이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

(실시예)

스풀 및 팩에 감겨지거나 수납되어진 용접용 와이어 또는 이와 유사하게 감겨지거나 수납되어진 용접용 와이어에서 샘플링되어 그 길이가 동전 크기가 되도록 여러 개를 잘라내되, 감겨지거나 수납되어진 용접용 와이어를 10kg 간격으로 수회 샘플링하였다. 잘려진 여러 개의 샘플은 육안으로 확인하여 긁힘 또는 찍힘등의 흠이 없는 샘플을 선택하고, 아세톤과 알콜에서 각각 5분간 초음파 세척 후 건조하였다. 그리고, 동전 크기의 지그에 샘플링된 용접용 와이어 굵기의 홈을 내고 용접용 와이어가 움직이지 않도록 접착제로 고정하였다. 이러한 방법으로 플럭스 충전 와이어와 솔리드 와이어의 시료를 마련하였다.

상기 시료들을 외부 진동을 차단하기 위한 방진장치를 사용한 테이블 위에서 원자간력 현미경으로 측정하였으며, 그 측정 영역은 80㎛ ×80㎛였다. 이때, 측정은 동일 측정영역에서 6회 측정하였으며, 얻어진 값 중에서 최소값과 최대값은 버리고 나머지 4회에 대한 평균값을 취하였다. 또한, 용접용 와이어의 둘레방향으로 측정영역을 옮겨가면서 수회 이상 측정하고, 상기 수학식1에 의하여 R에 따른 G(R)값을 측정하고, 축은 R로 하고 축은 G(R)로 하여 그래프화하여 얻어진 그래프에서 일정하게 수렴하는 최대지점까지의 최대거칠기 상관함수 G(R)max(Å²)값과, 이 지점까지의 기울기를 구하고, 하기 표1에 나타내었다. 또한, 상기 그래프의 일예를 도1에 나타내었다.

또한, ①스풀 및 팩에 감겨지거나 수납되어진 솔리드 와이어 또는 이와 유사하게 감겨지거나 수납되어진 솔리드 와이어에서 샘플링되어 그 길이가 3cm의 시험편을 여러개 잘라내어 총무게가 50g이 되도록 하여 100ml의 비이커에 옮긴후, ②클로로 포름을 용매로 하여 30ml를 정량한 후 시험편이 있는 비이커에 옮겨 붓고 5분동안 초음파 세척하고, ③초음파 세척된 용액을 다른 비어커에 옮긴후, ②③의 작업을 2회 반복하였다. ④클로로 포름 30ml를 다시 정량하여 시험편이 있는 비이커에 옮겨 붓고 세척한 후 초음파 세척된 용액의 비이커에 옮겼으며, 이를 2회 반복하였으며, 상기 ①-④의 작업을 3회 반복하여 얻어진 용액을 모두 농축하여 50ml 비이커에 옮겨 붓고 농축된 시료의 용액(A)을 마련하였다.

또한, ⑤100g의 왕수{HCl(36wt%)25.6g + HNO₃(60wt%)74.4g}를 제조하여 세척된 용액(A)이 있는 비이커에 넣고 끓인후 냉각시켰으며, ①-⑤의 작업을 3회 반복하여 얻어진 용액을 모두 농축하여 50ml 비이커에 옮겨 붓고 농축된 시료의 용액(B)을 마련하였다.

또한, ⑥스풀 및 팩에 감겨지거나 수납되어진 플럭스 충전 와이어 또는 이와 유사하게 감겨지거나 수납되어진 플럭스 충전 와이어에서 샘플링되어 그 길이가 30cm의 시험편을 여러개 잘라내어 총무게가 3kg이 되도록 하고, 적절한 용매(클로로 포름, 삼염화에칠렌, 사염화탄소 또는 톨루엔등의 휘발성 유기용매)를 선택하여 깨끗한 탈지면에 적시고, 샘플링된 30cm의 시험편의 표면을 씻어내었으며, 이때, 매회 새 탈지면을 사용하여 시험편의 표면을 씻어내기를 5회이상 반복하였다. ⑦시험편 표면을 씻어내는데 사용한 탈지면을 비이커에 옮겨 놓고, 사용된 용매를 부었다. ⑧용액중의 탈지면을 장시간 초음파 세척한후 탈지면을 제거하고, 남은 용액(C)를 마련하였다.

또한, 100g의 왕수{HCl(36wt%)25.6g + HNO₃(60wt%)74.4g}를 제조하여 ⑦의 비이커에 넣고 끓여 냉각시킨후 용액을 농축하고, 농축된 시료의 용액(D)을 마련하였다.

상기와 같이 마련된 (A), (B), (C) 및 (D)의 용액으로 용접용 와이어 표면에 부착된 부착물을 핵자기공명 분광계(NMR Spectrometer)법, 유도결합 플라즈마(ICP)법, 원자흡광법, 원소 분석기(elemental analyzer)등을 이용하여 정량한 양을 하기 표1에 나타내었다. 다만, 탄소성분(C wt%)과 유황(S wt%)은 CS분석 시스템(Carbon & Sulfur systems, model CS-244)을 이용하여 용접용 와이어의 총중량에 대한 총 탄소성분과 유황성분을 분석하였으며, 철 소지(플럭스 충전 와이어는 플럭스율을 감안한 플럭스의 탄소성분과 유황성분을 포함)의 탄소성분과 유황성분을 제외(표면에 부착된 물질을 세척하여 완전히 제거후 분석)하고, 나머지 표면 부착물(고체윤활제 그룹중의 탄소도 포함)에 대해 용접용 와이어의 총중량에 대한 탄소성분과 유황성분을 조사하여 하기 표1에 나타내었다.

한편, 하기 표1에서, "S"는 솔리드 와이어를, "F"는 플럭스 충전 와이어를 의미한다. 또한, 고체윤활제중 "G"는 흑연을 나타내며, 함량(wt%)은 탄소성분(wt%)에 포함된 결과로 나타내었다. 그리고 고체윤활제의 부착 유무에 따라 "Ｏ" 및 "X"로 나타내었다.

또한, 하기표 1에서, 0.00001(mol/m², g/m²) 미만의 정량수치는 극 미량이거나 기기오차 정도에 불과하여 "-"의 표기로 나타내었으며, "*"의 표기는 본 발명 범위내에 있으며, 별도의 수치는 나타내지 않았다.

상기와 같이 마련된 용접용 와이어를 이용하여 용접을 행하였으며, 이때의 용접은 통상적인 조건으로 행하였다. 그리고 용접기는 트렌지스터 인버터 제어방식의 CO₂/MAG 용접기로 정격출력은 DC 350A-36V인 것을 사용하였으며 송급장치의 송급롤러는 세라믹재를 사용하였다.

또한, 도 2에 나타난 바와 같이, 송급장치(3)에 장착된 용접용 와이어(1)가 송급롤러(2)에 의해 송급 케이블(4)로 용접용 와이어가 이송되고, 용접용 토치(6)의 팁을 통과함으로서 피용접재(7)에 용접이 될 수 있는 용접장치를 마련하였으며, 용접방법에 따른 오차를 감소시키기 위해 자동용접을 선택하고, 자동캐리지 또는 용접용 로봇을 이용하였다.

구분

G(R)max(Å²)

기울기

탄소성분(wt%)

고체윤활제

고체윤활제(wt%)

알카리금속(mol/m²)

알카리토류금속(g/m²)

기타금속비누 또는 비비누계물질(g/m²)

극압첨가제(g/m²

(Cl+P)/S

Fe(g/m²)

부착물의총량(g/m²)

발명예25

S

7.99x10⁶

0.136

8.9x10^-4

Ｏ

5.9x10^-5

0.0009

0.0872

-

*

발명예26

S

1.41x10⁶

0.375

6.7x10^-6

Ｏ

9.4x10^-5

0.0037

0.0063

0.017

*

비교예1

S

3.17x10⁶

1.279

1.3x10^-6

Ｏ

4.6x10^-4

-

0.1517

0.005

0.18

1.11

*

비교예2

F

6.64x10⁸

0.483

4.3x10^-4

Ｏ

G

0.0074

-

0.18

*

비교예3

S

7.12x10⁷

0.721

7.6x10^-8

Ｏ

6.9x10^-6

0.0008

0.0375

0.013

0.21

*

비교예4

F

3.19x10⁶

0.636

8.2x10^-4

X

-

0.0711

0.084

*

비교예5

S

7.36x10⁸

0.812

4.3x10^-2

Ｏ

G

0.0061

0.1072

-

0.20

1.14

0.19

*

비교예6

F

9.12x10⁸

0.076

5.9x10^-4

X

-

0.0077

0.0839

0.017

0.17

*

2.38

비교예7

F

1.57x10⁵

0.087

8.1x10^-3

Ｏ

1.4x10^-4

0.0014

0.1015

0.064

0.18

*

종래예1

S

2.43x10⁸

1.194

9.4x10^-9

Ｏ

3.6x10^-8

0.0001

0.0736

0.071

0.21

*

종래예2

F

7.12x10⁹

0.925

2.6x10^-8

Ｏ

2.3x10^-9

0.0067

0.0471

0.059

0.17

1.73

*

종래예3

S

9.97x10⁸

1.411

2.1x10^-8

X

-

*

1.09

*

종래예4

F

8.14x10⁸

1.277

6.2x10^-2

Ｏ

7.4x10^-3

-

0.0399

0.031

0.19

1.14

0.21

2.43

이때, 상기 송급 케이블(4)은, 그 길이(ℓ)가 3.5-12m인 것을 준비하였으며, 도 2에 나타난 바와 같이 "O"자 모양으로 인칭(5)하여 배치하고, 길이(ℓ)가 다른 송급 케이블(4) 마다 "O"자 모양의 지름(p)을 0.3-0.5m로 변화시키고, 인칭횟수(n)도 1-3회로 변화시키고 용접용 와이어의 송급시, 송급부하지수인 에 따라 송급롤러(2)를 회전시키는 송급모터의 부하전류(A)가 변화되는 것을 하기 표 2와 도 3에 나타내었다. 이때, 송급부하지수는 3.7-34.6의 범위였다. 여기서, 상기 송급부하지수의 는 이다.

그리고 송급모터의 부하전류(A)는 각각의 용접전압(×1V)(CH1) 및 용접전류(×1kA)(CH3)의 변동과 송급모터의 부하전류(×10A)(CH5)를 디지탈 오실로그래픽 레코더(Digital Oscillographic Recorder)로 측정하고, 송급성능과 송급모터의 부하전류(A)을 평가한 데이터의 일예를 도 4와 도 5에 나타내었다.

하기 표 2는 송급부하지수에 따라 송급모터의 부하전류(A)를 나타내는 것으로, 송급모터의 부하전류(A)가 상승되면서 아아크가 단락되는 단계의 송급 난이도도 아울러 측정하였다. 그리고 이때의 송급모터 부하전류(A)는 최소 1분이상 용접이 유지될때의 부하전류(A)를 나타내었으며, 아아크의 단락은 하기 표 2에서 ""로 나타내었다. 다만, 순간적(1초 이내로 순간적으로 아아크가 끊어짐)인 단락현상은 제외하였다.

또한, 장시간의 연속용접이후의 송급성과 아아크 안정성을 평가하여 그 평가치가 양호한 순으로 ◎, Ｏ, △, Ｘ로 표시하여 하기 표 3에 나타내었으며, 50℃-80%RH에서 72시간 동안 항온-항습시험을 통한 내청성 평가치 또한 양호한 순으로 하기 표 3에 나타내었다. 그리고 이들의 종합평가치도 양호한 순으로 ◎, Ｏ, △, Ｘ로 표시하여 하기 표 3에 나타내었다.

구 분	시험재	송 급 성	아아크 안정성	내 청 성	종 합 평 가
발명예1	발명재1	Ｏ	△	Ｏ	Ｏ
발명예2	발명재2	Ｏ	△	Ｏ	Ｏ
발명예3	발명재3	Ｏ	△	Ｏ	Ｏ
발명예4	발명재4	Ｏ	△	Ｏ	Ｏ
발명예5	발명재5	Ｏ	Ｏ	△	Ｏ
발명예6	발명재6	◎	Ｏ	◎	◎
발명예7	발명재7	Ｏ	△	Ｏ	Ｏ
발명예8	발명재8	Ｏ	△	Ｏ	Ｏ
발명예9	발명재9	Ｏ	◎	△	Ｏ
발명예10	발명재10	◎	◎	◎	◎
발명예11	발명재11	Ｏ	△	Ｏ	Ｏ
발명예12	발명재12	Ｏ	△	Ｏ	Ｏ
발명예13	발명재13	◎	Ｏ	◎	◎
발명예14	발명재14	◎	Ｏ	◎	◎
발명예15	발명재15	Ｏ	△	Ｏ	Ｏ
발명예16	발명재16	Ｏ	△	Ｏ	Ｏ
발명예17	발명재17	Ｏ	Ｏ	◎	Ｏ
발명예18	발명재18	◎	◎	◎	◎
발명예19	발명재19	Ｏ	△	Ｏ	Ｏ
발명예20	발명재20	Ｏ	△	Ｏ	Ｏ
발명예21	발명재21	Ｏ	◎	◎	Ｏ
발명예22	발명재22	◎	◎	◎	◎
발명예23	발명재23	Ｏ	△	Ｏ	Ｏ
발명예24	발명재24	◎	◎	◎	◎
발명예25	발명재25	Ｏ	◎	◎	Ｏ
발명예26	발명재26	◎	◎	◎	◎
비교예1	비교재1	△	△	X	△
비교예2	비교재2	△	Ｏ	△	△
비교예3	비교재3	△	Ｏ	△	△
비교예4	비교재4	△	△	Ｏ	△
비교예5	비교재5	X	X	△	X
비교예6	비교재6	X	△	△	△
비교예7	비교재7	△	Ｏ	△	△
종래예1	종래재1	△	△	X	△
종래예2	종래재2	△	△	△	△
종래예3	종래재3	X	X	Ｏ	X
종래예4	종래재4	X	X	X	X

상기 표1에서 알 수 있는 바와 같이, 그 표면상태가 최적으로 제어된 본 발명재(1-26)의 경우, 그 표면에 일정량의 탄소성분과 고체윤활제를 견고하게 부착되고, 이에 따라 상기 표 2 및 표 3에서 나타난 바와 같이 비교재(1-7)와 종래재(1-4)에 비하여 송급 난이도가 높은 송급부하지수에서도 송급성능이 우수하였다.

특히, 알카리 금속, Fe, 표면 부착물의 총량, 기타금속비누 또는 비비누계 물질이 제어된 본 발명재(6, 10, 13-14, 18, 22, 24 및 26)의 경우가 그렇지 않은 경우보다 장시간의 용접작업에서도 우수한 송급특성을 나타냄을 알 수 있다.

또한, 알카리 금속의 표면활성화 원소가 첨가된 본 발명재(5-6, 9-10, 13-14, 17-18, 21-22, 24-26)의 아아크 안정성이 양호하였으며, 특히, 알카리 금속, 알카리토류 금속 및 극압첨가제의 (Cl+P)/S의 비가 소정치로 제어된 본 발명재(9-10, 18, 21-22, 24-26)이 우수한 아아크 안정성을 나타냄을 알 수 있다.

또한, 극압첨가제가 본 발명 범위내로 제어된 발명재(1-4, 6-8, 10-26)는 72시간 동안 항온-항습의 열악한 조건속에서도 내청성이 양호하였으며, 특히 알카리금속과 극압첨가제의 비가 동시에 제어된 발명재(5-6, 9-10, 13-14, 17-18, 21-22, 24-26)는 그 효과가 매우 월등하였다.

그리고, 본 발명재(10, 18, 22, 24, 26)는 우수한 송급성 및 아아크 안정성을 나타냄과 아울러 장시간의 연속용접에서도 그 특성이 월등하게 유지되었으며, 장기간 보존후에도 변질등이 적을 뿐만 아니라 장기간 방치후 용접성능 평가에서도 그 성능이 그대로 재현되었다.

한편, 상기 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교재(1, 3-4, 7)는 본 발명의 G(R)max(Å²)를 만족하나, 기울기나 탄소성분 또는 고체윤활제중 1개 항목이상이 만족되지 않는 범위로써, 본 발명재에 근접한 송급난이도까지 송급이 가능하나, 송급모터의 부하전류(A)가 상대적으로 높아 아아크성이 매우 불안정하였다. 특히, 송급부하지수가 각각 6.9 또는 7.5인 영역에서부터 순간적인 아아크 단락현상이 발생하기 시작하였으며, 송급부하지수가 증가되면서도 계속적인 아아크 단락현상이 나타남을 알 수 있다. 그리고, 비교재(2, 5-6)는 G(R)max(Å²)가 본 발명의 범위를 벗어나는 것으로써, 송급모터의 부하전류(A)가 매우 높은편이며 낮은 송급난이도(송급부하지수)에서도 아아크 단락이 빈번하였다.

또한, 비교재(4)는 G(R)max값과 기울기 범위 및 탄소성분이 본 발명의 범위이기는 하나, 고체윤활제를 부착하지 않은 경우로써 송급모터의 부하전류(A)가 다소 낮은 편이나 그 효과가 기대 이하로 미흡한 수준이었으며, 비교재(3)은 탄소성분이 본 발명의 범위를 벗어나는 예로서 송급부하지수가 증대됨에 따라 아아크의 단락현상 빈도가 높아짐과 송급모터의 부하전류(A)도 다소 높은 편이며, 용접후 용접 케이블과 용접용 팁에서 고체윤활제의 집적이 두드러지게 나타나 아아크 단락현상이 발생하였다. 그리고, 극압첨가제가 다량 잔존하는 비교재(1)은 내청성이 매우 열악하였다.

또한, Fe의 량이 본 발명의 범위를 초과하는 비교재(5)는 송급모터의 부하전류(A)가 월등하게 높았다. 그리고 부착물의 총량이 본 발명의 범위를 초과하는 비교예(6)에는 순간적인 단락현상이 나타났다. 특히 특정 송급난이도에서는 아아크가 단락되었는데, 이는 용접용 와이어 부착물의 탈락에 의한 이물질이 용접용 케이블내에서 집적되어 일시적인 막힘에 기인된 것이라고 고려된다.

또한, 알카리금속은 본 발명 범위내에 만족되나, 극압첨가제가 본 발명의 범위를 벗어나는 비교재(2-3, 5-7)은 내청성이 다소 열악하였으나, 알카리금속과 극압첨가제가 동시에 본 발명의 범위를 벗어나는 비교재(1)은 내청성이 매우 열악하였다.

한편, 종래재(1-4)는 G(R)max값과 기울기 범위 그리고, 탄소성분과 고체윤활제의 부착이 본 발명의 범위를 벗어나는 것으로써, 본 발명재에 비해 송급성능 및 아아크 안정성이 매우 떨어졌으며, 특히 극압첨가제가 다량 잔존하는 종래재(1, 4)는 내청성이 매우 열악하였다.

또한, Fe의 량 및 부착물의 총량면에서 본 발명의 범위를 초과하는 종래재(4)는 송급모터의 부하전류(A)가 월등하게 높아졌으며, 아울러 부착물 탈락에 의한 순간적인 단락현상이 나타났다.

그리고, 극압첨가제 함유량이 본 발명의 범위를 벗어나는 종래재(2)는 내청성이 다소 열악 하였으며, 알카리금속과 극압첨가제가 동시에 본 발명의 범위를 벗어나는 종래재(1, 4)는 내청성이 매우 열악하였다.

한편, 도 3은 본 발명재(1,21,22,24 및 26)와 비교재(1,3,4 및 7)를 들어 송급 부하지수(송급 난이도)에 따라 송급모터의 부하전류(A)의 변화를 비교하였는데, 비교재는 발명재에 비하여 송급 난이도가 낮은 영역에서는 큰 차이가 없으나, 송급 난이도가 높아 질수록 송급모터의 부하전류(A)의 증가추세가 더욱 커짐을 알수 있다. 또한, 본 발명재는 송급부하지수가 18.9인 영역에서부터 아아크가 불안정해지거나, 아아크 단락현상이 발생되기 시작하였으나, 최고 34.6의 영역까지 용접이 지속 되었다. 반면에, 비교재는 송급부하지수가 6.9인 영역에서부터 아아크가 불안정해지기 시작하였으며, 최고 18.9를 초과하는 영역 이상에서는 송급을 유지할 수 없음을 알 수 있다.

또한, 도 3에서 발명예의 추세함수()를 이용하여 용접조건(송급 난이도)에 따라 송급모터의 부하전류(A)와 아아크성 추측을 가능하게 함으로써, 이에 따라 용접시공의 설계예측도 가능함을 알 수 있다.

도 4와 도 5는 본 발명재(26)와 종래재(2)에 대하여 디지탈 오실로그래픽 레코더를 이용하여 송급성능과 송급모터의 부하전류(A)을 각각 평가한 데이터를 나타내고 있는 것으로, 본 발명재의 도 4는 송급부하지수가 18.9인 경우에서도 우수한 송급성능과 안정된 아아크성을 보이고 있다.

이에 반하여, 비교재의 도 5는 송급부하지수가 6.2인 경우를 나타낸 것으로, 송급부하지수가 5.7인 경우에서부터 송급성능과 아아크성이 매우 불안정하여 아아크의 순간적인 단락현상이 수차례 일어나고 6.2인 영역에서는 송급모터의 부하전류(A)가 급격히 증가하여 아아크가 끊어짐을 알 수 있다. 그리고 6.3인 영역에서는 6.2인 영역보다도 송급모터의 부하전류(A)가 1~2(A)정도 증가되었으며, 아아크가 완전히 끊어지지는 않았으나, 순간적인 단락횟수가 증가하고, 6.9인 영역에서는 더 이상 용접작업이 불가능하였다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 용접용 와이어의 표면상태 및 그 표면 탄소부착량을 일정치로 제한함과 아울러, 그 표면에 부착되는 고체윤활제의 량을 소정범위로 제어함으로써 송급성 및 아아크 안정성이 우수한 아아크 용접용 와이어를 제공함에 그 유용한 효과가 있는 것이다.

도 1은 R값과 G(R)값을 이용하여 G(R)max값과 기울기를 나타낸 그래프

도 2는 용접성능을 평가하기 위한 용접시험장치 및 방법을 나타낸 모식도

도 3은 송급부하지수에 따른 송급모터의 부하전류 (A)의 변화를 나타내는 그래프

도 4는 발명재 26의 송급성능과 송급모터의 부하전류 (A)을 평가한 데이터의 그래프

도 5는 종래재2의 송급성능과 송급모터의 부하전류(A)을 평가한 데이터의 그래프

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1...용접용 와이어 2...송급롤러(세라믹재)

3...송급장치 4...송급 케이블

5..."O"자 모양의 인칭 6...용접용 토치(수냉식)

7...피용접재 CH1...용접전압(×1V)

CH3...용접전류(×1kA) CH5...송급모터의 부하전류(×10A)

Claims

아아크 용접용 솔리드 와이어에 있어서,

그 표면의 측정대상영역을 원자간력 현미경 또는 이와 유사한 주사형 원자현미경으로 측정하여 그 측정거리 R에 따른 거칠기 상관함수인 G(R)값을 하기 수학식1을 이용하여 계산한 후, R값과 G(R)값을 그래프화하여 얻어진 그래프에서 일정하게 수렴하는 최대지점까지의 최대거칠기 상관함수 G(R)max(Å²)값이 2.65x10⁸이내이고, 이 지점까지의 기울기가 0.1-1.0로 정의되는 표면상태를 가지며;

그 표면에 존재하는 탄소부착량이 와이어 총중량에 대한 원소 환산량으로 1.0x10^-7wt% 내지 1.4x10^-3wt%이고; 그리고

그 표면에 흑연, 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐, 질화붕소, 불화흑연 내지 PTFE로 이루어진 고체윤활제 그룹중 선택된 1종 또는 2종이상이 상기 와이어 총중량에 대하여 4.9x10^-6≤고체윤활제(wt%)≤5.5x10^-2로 부착되어 있음을 특징으로 하는 도금되어 있지 않은 아아크 용접용 솔리드 와이어

(수학식1)

단, 여기서 용접용 와이어 표면의 측정 대상 영역에서 임의의 위치(x,y)에서 높이로 정의되는 함수 z(x,y)로 나타내고,〈....〉의 표기는 측정거리 R로부터 좌표상에 대한 평균을 나타내며, x축은 측정거리(R)로 하고, y축은 거칠기 상관함수인 G(R)로 하여 그려진 그래프가 측정거리(R)에 따라 G(R)이 증가하다가 일정상태로 수렴하는 최대지점까지의 거칠기 상관함수인 G(R)(Å²)값을 나타내고, 이 지점까지의 기울기를 나타낸다.
제1항에 있어서, 상기 와이어의 표면에 Na, K, Li, Rb 또는 Cs로 이루어진 알카리금속중 선택된 1종 또는 2종이상이 각 원소의 원소환산량으로 0.0005 내지 0.010mol/m²으로 부착되어 있음을 특징으로 하는 도금되어 있지 않은 아아크 용접용 솔리드 와이어
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 와이어의 표면에 Ca, Ba 또는 Sr로 이루어진 알카리토류금속중 선택된 1종 또는 2종이상이 각 원소의 원소환산량으로 0.005 내지 0.25g/m²으로 부착되어 있음을 특징으로 하는 도금되어 있지 않은 아아크 용접용 솔리드 와이어
제1항 또는 2항에 있어서, 상기 와이어의 표면에 Al, Zn, Pb 또는 Si를 함유하는 금속비누 또는 비비누계 물질 중 선택된 1종 또는 2종이상이 각 원소의 원소환산량으로 0.08g/m² 이내로 부착되어 있으며, 철분 및 Fe화합물의 양이 Fe원소로 환산하여 0.15g/m²이하로 제어됨을 특징으로 하는 도금되어 있지 않은 아아크 용접용 솔리드 와이어
제1항 또는 2항에 있어서, 상기 와이어 표면에 Cl, S 또는 P를 함유하는 극압첨가제는 (Cl+P)/S ≤1.0를 만족하는 범위에서 각 원소의 원소환산량으로 0.15g/m² 이내로 부착되어 있음을 특징으로 하는 도금되어 있지 않은 아아크 용접용 솔리드 와이어
제 3항에 있어서, 상기 와이어의 표면에 Al, Zn, Pb 또는 Si를 함유하는 금속비누 또는 비비누계 물질중 선택된 1종 또는 2종이상이 각 원소의 원소환산량으로 0.08g/m² 이내로 부착되어 있으며, Cl, S 또는 P를 함유하는 극압첨가제는 (Cl+P)/S ≤1.0를 만족하는 범위에서 각 원소의 원소환산량으로 0.15g/m² 이내로 부착되어 있음을 특징으로 하는 도금되어 있지 않은 아아크 용접용 솔리드 와이어
제 3항에 있어서, 상기 와이어의 표면에 부착되는 부착물의 총량을 2.2g/m²이하로 제어됨을 특징으로 하는 도금되어 있지 않은 아아크 용접용 솔리드 와이어
아아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 있어서,

그 표면의 측정대상영역을 원자간력 현미경 또는 이와 유사한 주사형 원자현미경을 사용하여 측정하여 그 측정거리(R)에 따른 거칠기 상관함수인 G(R)값을 하기 수학식1을 이용하여 계산한 후, 거리 R과 G(R)값을 그래프화하여 얻어진 그래프에서 일정하게 수렴하는 최대지점까지의 최대거칠기 상관함수 G(R)max(Å²)값이 2.65x10⁸이내이고, 이 지점까지의 기울기가 0.1-1.0로 정의되는 표면상태를 가지며;

그 표면에 존재하는 탄소의 부착량이 상기 와이어 총중량에 대해 원소 환산량으로 9.3x10^-8wt% 내지 1.3x10^-3wt%이고; 그리고

그 표면에 흑연, 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐, 질화붕소, 불화흑연 또는 PTFE로 이루어진 고체윤활제 그룹중 선택된 1종 또는 2종이상 상기 와이어 총중량에 대하여 4.2x10^-6≤고체윤활제(wt%)≤4.7x10^-2로 부착되어 있음을 특징으로 하는 도금되어 있지 않은 아아크 용접용 플럭스 충전 와이어

(수학식1)

단, 여기서 용접용 와이어 표면의 측정 대상 영역에서 임의의 위치(x,y)에서 높이로 정의되는 함수 z(x,y)로 나타내고,〈....〉의 표기는 측정거리 R로부터 좌표상에 대한 평균을 나타내며, x축은 측정거리(R)로 하고, y축은 거칠기 상관함수인 G(R)로 하여 그려진 그래프가 측정거리(R)에 따라 G(R)이 증가하다가 일정상태로 수렴하는 최대지점까지의 측정거리 R(Å)값과 거칠기 상관함수인 G(R)(Å²)값을 나타낸다.
제 8항에 있어서, 상기 와이어의 표면에 Na, K, Li, Rb 또는 Cs로 이루어진 알카리 금속 그룹중 선택된 1종 또는 2종이상이 각 원소의 원소환산량으로 0.0005 내지0.010mol/m²으로 부착되어 있으며, Al, Zn, Pb 또는 Si를 함유하는 금속비누 또는 비비누계 물질중 선택된 1종 또는 2종이상이 각 원소의 원소환산량으로 0.08g/m² 이내로 부착되어 있음을 특징으로 하는 도금되어 있지 않은 아아크 용접용 플럭스 충전 와이어
제 8항 또는 9항에 있어서, 상기 와이어의 표면에 Ca, Ba 또는 Sr로 이루어진 알카리토류금속 그룹중 선택된 1종 또는 2종이상이 각 원소의 원소환산량으로 0.005 내지 0.25g/m²으로 부착되어 있음을 특징으로 하는 도금되어 있지 않은 아아크 용접용 플럭스 충전 와이어
제 8항 또는 9항에 있어서, 상기 와이어의 표면에 Cl, S 또는 P를 함유하는 극압첨가제가 (Cl+P)/S ≤1.0를 만족하는 범위내에서 각 원소의 원소환산량으로 0.15g/m² 이내로 부착되어 있음을 특징으로 하는 도금되어 있지 않은 아아크 용접용 플럭스 충전 와이어
제 10항에 있어서, 상기 와이어의 표면에 Cl, S 또는 P를 함유하는 극압첨가제가 (Cl+P)/S ≤1.0를 만족하는 범위내에서 각 원소의 원소환산량으로 0.15g/m² 이내로 부착되어 있음을 특징으로 하는 도금되어 있지 않은 아아크 용접용 플럭스 충전 와이어
제 10항에 있어서, 상기 와이어의 표면에 철분 및 Fe화합물의 양이 Fe원소로 환산하여 0.15g/m²이하이고, 상기 와이어의 표면에 부착되는 부착물의 총량을 2.2g/m²이하로 제어됨을 특징으로 하는 도금되어 있지 않은 아아크 용접용 플럭스 충전 와이어