KR100507890B1 - 아크 용접용 무도금 솔리드 와이어 - Google Patents

아크 용접용 무도금 솔리드 와이어 Download PDF

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송근철
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Abstract

본 발명은 무도금 와이어 표면 평탄부의 미소 비커스 경도(Hv)를 115~310, 그 산술 평균 거칠기(Ra)를 0.01~0.30㎛로 조정하고 표면 윤활풀부의 면적율을 15~88%로 조정하며 와이어 표면에 MoS2, BN 또는 그 혼합물을 1종 이상, 0.002~0.40g/㎡ 도포한다.
이에 의해 종래와 전혀 다른 개념을 가지며 송급성이 매우 우수한 아크 용접용 무도금 솔리드 와이어를 제공할 수 있다. 따라서 용접 작업성이 향상되며 동도금이 실시되지 않으므로 와이어 제조시에도 에너지 손실의 저감에 크게 공헌할 수 있고 또한 동연무도 발생하지 않으므로 용접 작업 환경의 개선에 기여할 수 있다.

Description

아크 용접용 무도금 솔리드 와이어{Solid wire for arc welding with no copper plating}
본 발명은 자동, 반자동 아크 용접용 와이어에 관한 것으로서, 특히 동도금이 없이, 송급성이 동도금 솔리드 와이어보다 우수하도록 개량된 반자동 아크 용접용 와이어에 관한 것이다.
최근, 용접의 자동, 반자동화가 진행됨에 따라서, 가스 아크 용접용 솔리드 와이어의 사용이 비약적으로 증대되고, 특히 철골, 자동차, 선박, 건설업계에서는 대량으로 사용되고 있다.
그리고, 이와 같은 솔리드 와이어는 표면에 필수적으로 동도금이 실시되어야 하는 것으로서 알려져 왔다. 즉 동도금을 실시함으로써 용접시의 통전성이 향상되고, 나아가 용접시에 가장 중요한 특성인 송급성도 향상되는 것으로 여겨져 왔다.
그러나, 이와 같이 다량으로 사용되고 있는 동도금 솔리드 와이어도 공지된 바와 같이 다음과 같은 문제점을 안고 있다. 즉,
(a) 와이어 제조시의 신선 공정에서, 동도금의 일부는 미세 분말로서 분리되어 탈락하고, 와이어 표면의 미세 요철부에 잔류, 부착되고, 이러한 미세 분말이 용접시에 케이블이나 팁 내벽과 와이어 사이의 마찰에 의해 탈락하여, 팁 내부에 모여 막힘 현상을 유발하여 송급성을 열화시킨다.
(b) 동은 연하므로, 동 자체가 팁 내벽과의 마찰로 박리를 일으켜 송급성을 열화시킨다.
(c) 용접중인 초고온 아크 내에서 동이 기화되어 동 퓸(fume)이 발생되므로 건강상 바람직하지 못하다라는 것 등이 지적되었다.
이에 동도금 솔리드 와이어와 관련하여 상기(a), (b)에 언급된「송급성」 개선 방법으로서, 일본국 특허 공개 평1-166899호, 평2-284792호, 평7-47490호, 평7-223087호, 평7-328789호, 평8-197278호, 평9-323191호 등이 제안되었다.
이러한 기술들은,
(1) 지방산 금속염의 도포,
(2) 금속비누와 오일의 혼합물 도포,
(3) 표면 침탄을 실시하여, 침탄층에 크랙을 형성하고 이 크랙에 윤활제를 채운다.
(4) 표면에 인공 요철을 형성하고 이 요철에 윤활제를 채운다.
(5) 표면에 돌기를 형성하고 거칠기를 규정하여 윤활제를 채운다.
(6) MoS2, WS2, TiO2 등의 혼합물을 도포하는 것 등으로 되어 있지만, 상기(a), (b)의 완전한 해결에는 이르지 못하고 있다.
그래서, 이러한 동도금과 관련된 여러 문제들을 해결하기 위해 동도금을 실시하지 않는 솔리드 와이어가 개발되고 있다.
동도금이 실시되지 않으므로 상기(c)의 문제는 해결되었으나 여전히 송급성 등에 많은 문제를 안고 있어, 각종 개량 기술이 제안되고 있다. 예를 들어 일본국 특허 제2682814호, 일본국 특허 공개 평11-147174호, 2000-94178호, 2000-317679호, 2001-191195호 등이 있다. 이러한 기술들을 요약하면 다음과 같다.
(1) 비표면적을 규정하여, MoS2, 오일, 알칼리 금속 등을 도포함과 동시에,표면 부착물을 2.0g/㎡이하로 한 것,
(2) MoS2를 도포하여 이것을 용접 콘딧 튜브(conduit tube) 내에서 적극적으로 탈락시켜서 송급성을 개량하는 것,
(3) 임시 마무리 가공(dull finish) 롤러에 의해 표면에 요철을 부여하고, 이 요철에 MoS2, WS2, C, Na, K, Cs 등을 채움으로써 송급성을 개량하는 것,
(4) C, TiC, WC, Al2O3, SiO2, FeO, ZnO, SnO, TiO2, FC, MoS 2, BN, WS2, FeS, TiN, CrN이나 SN, ZN, Cu, Fe 분말을 수용성 고분자와 함께 부착시키거나 오일을 도포하여 송급성을 개선한 것(C, TiC 등 절연성 무기물 분말과 Sn, Zn 등의 도전성 무기질 분말 도포가 특징),
(5) O 10~300ppm, S 0.0005~0.02%, C 0.005~0.15%, Si 0.2~1.2%, Mn 1.0~2.2%, 표면 유리(遊離) C 0.005~3.0/와이어 10㎏과 성분 등을 규정하고, 또한 Ti 0.10~0.35%를 함유하는 경우나 유리C/S+O의 비를 정하거나 표면에 MoS2를 도포하고 유리C/MoS2의 비율 등을 규정하여 송급성을 개량한 것.
그러나, 이러한 개량들에 의해서도, 무도금 와이어의 송급성은 동도금 솔리드 와이어를 능가할 수 없으며 더욱 많은 개량이 요구되고 있다.
즉, 동도금이 없고 또한 송급성이 동도금 솔리드 와이어를 크게 상회하는 기술의 개발이 절실하게 요구되고 있다.
본 발명자들은 동도금한 것이나 동도금되어 있지 않은 솔리드 와이어의 모든 경우에 대해 표면의 거칠기, 비표면적, 요철 부여, 각종 물질의 도포 등의 방법에 의해 솔리드 와이어의 가장 중요한 특성인「송급성」을 비약적으로 향상시키기 어렵다는 결론에 도달했다.
그래서, 주행하는 와이어와 콘딧 케이블 내벽이나 용접 팁 등의 마찰을 표면 마찰학적 관점에서 정밀 조사하고 예의 연구한 결과, 이상적인 솔리드 와이어는 표면이 거울면과 같이 평활하여, 이 평활면에 마찰을 현저하게 저하시키는 물질을 충분한 양만큼 전체 표면에 걸쳐 균일하게 공급하면, 매우 우수한 송급성을 가지는 무도금 솔리드 와이어가 완성된다는 결론에 도달했다. 이러한 사상은 거울면 유리 상에 오일을 떨어뜨리고, 그 위에 물질을 활주시키면 완전 무저항에 가까운 움직임을 보이는 것에 기초하고 있다.
본 발명자들은 이러한 사상을 와이어 표면의 미시적 특성의 한정, 도포 물질의 선정, 및 와이어 표면에서의 상기 윤활 도포 물질의 안정적 보급 장소의 확보라는 종래와는 전혀 다른 새로운 방법으로 구체화시킴으로써, 무도금 솔리드 와이어의 송급성을 크게 향상시키는 것에 성공했다.
본 발명에 따른 아크 용접용 무도금 솔리드 와이어는, 와이어 표면 평탄부의 미소 비커스 경도(Hv)가 115~310, 그 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.01~0.30㎛, 표면 윤활풀부의 면적율이 15~88%, 와이어 표면에 MoS2, BN 또는 그 혼합물을 1종 이상, 0.002~0.40g/㎡ 도포하는 것을 특징으로 한다.본 발명에 따르면 종래와 완전히 다른 개념을 가지고 동도금이 실시되지 않으면서도 송급성이 우수한 아크 용접용 솔리드 와이어를 제공할 수 있다. 그리고 그 송급성은 적어도 종래의 동도금 솔리드 와이어와 동등하거나 그것을 능가하므로 용접 작업성을 향상시킬 뿐 아니라 동도금이 실시되지 않으므로 와이어 제조시에도 에너지 손실의 저감에 크게 공헌하며 동 연무가 발생하지 않아 용접 작업 환경의 개선에도 유용한 것이다.
삭제
표면 윤활풀부의 면적율을 상술한 범위로 조정함으로써 와이어 표면 평탄부로 보급되는 마찰 저감 물질이 고갈되지 않으므로 매우 우수한 송급성을 실현할 수 있다.
또한 와이어 표면에 MoS2, BN 또는 그 혼합물을 1종 이상, 0.002~0.40g/㎡ 도포한 경우 본 발명의 윤활풀부는 신선 윤활물이 완전 제거된 완전한 요부로 되어 있으므로 그 윤활풀부에 MoS2, BN 또는 그 혼합물 중 1종 이상이 충분히 채워질 수 있어 매우 우수한 송급성을 실현할 수 있다.
본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. 우선 본 발명의 기본 구성은 이하의 4가지 요소로 이루어진다.
(1) 와이어 표면 평탄부의 미소 비커스 경도(하중 1g)의 한정,
(2) 와이어 표면 평탄부의 산술 평균 거칠기(Ra)의 한정,
(3) 와이어 표면 윤활 풀부의 면적율 한정,
(4) MoS2, BN 및 그 혼합물 중 1종 이상의 도포량의 한정.
또한 본 발명의 기본 공정은 다음과 같다.
원선(Rod) - 산세 - 코팅 - 건식 신선 - 습식 신선(경 (輕)스킨패스 포함) - 전해탈지(알칼리계 용액, 바이폴라 방식) - 방청유 도포 - 권취
상기(1)~(4)의 기본 구성의 실시를 상기한 기본 공정과 관련하여 이하에 설명한다. 본 발명의 와이어 표면은 도 1의 사진과 같이 되어 있으므로 이 사진을 참조하면서 구체적으로 살펴보기로 한다.
(1) 평탄부의 미소 비커스 경도(Hv)의 조정
표면의 미소 경도는 도 1에 나타낸 사진에서 백색부(평탄부)에 대한 경도를 의미한다. 이 부분의 경도는 전가공도와 최종 습식 스킨패스에 의해 조정된다.
와이어 표면의 통상적으로 일컬어지는 경도는 전체 가공도에 비례하지만, 본 발명자들은 와이어와 콘딧 케이블이나 용접 팁 사이의 마찰의 크기는 와이어 전체의 경도가 아니라 표면 아래의 극미소 영역의 경도로 지배되고 있음을 알아냈다. 따라서, 비커스 경도는 하중 1g으로 측정된다. 하중 1g으로는 표면 아래 1㎛ 이하 영역의 경도를 나타내게 되는데 이것이 중요하다. 이러한 극미소 영역의 경도조정은 전체 가공도 변화만으로는 곤란하다.
그래서, 본 발명에서는 최종 습식 스킨패스에 있어서 가공도를 3~10%, 다이스 전체각(2α)을 8~40°로 변화시키고 이를 조합하여 표면 미소 경도를 조정한다. 특히 다이스 전체각이 커지면, 와이어 표면에만 훑기 가공이 집중하여, 표면 미소 경도는 상승된다. 스킨패스에서 다이스 전체각이 커지는 경우는 가공도를 작게 하여 다이스마크의 발생을 방지한다.
또한, 평탄부의 미소 경도를 낮추는 경우에는 당연히 상기 건식 신선의 중도에 중간 소둔을 실시하고, 계속해서
산세 - 코팅 - 건식신선(경도(輕度)) - 습식 신선(경 스킨패스 포함) - 탈지로서 조정했다. 건식 신선에서는 WC 다이스, 습식 신선에서는 PCD 다이아몬드 다이스를 사용한다.
(2)평탄부의 산술 평균 거칠기(Ra)의 조정
건식 신선만으로도 와이어 표면에 평탄부가 한정적으로 나타나지만, 이 경우 평탄부의 거칠기는 상당히 거칠게 된다. 본 발명에서는 상술한 「거울면 유리 상의 오일」의 효과의 예와 같이 평탄부의 거칠기를 작게 하는 것을 목적으로 하고 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기의 기본 공정중에서 습식 신선을 통상 습식 신선+ 경 스킨패스의 조합으로 조정한다. 경 스킨패스 습식신선으로도 표면 평탄부의 거칠기는 작게 되지만, 효과적인 거칠기로 조정하기 위해서는 통상의 습식 신선도 조합할 필요가 있다.
(3) 윤활풀부의 면적율 조정
윤활풀의 면적의 크기는 신선 윤활 상태의 양부(良否)에 대응하는 것은 잘 알려져 있다.
따라서, 본 발명에서는 상술한 기본 공정 내에서 건식신선까지는 윤활풀을 충분히 많게 하고, 계속되는 습식신선에서 평탄부를 늘려 결과적으로 윤활풀 면적을 조정한다.
건식신선에서 윤활풀을 많게 하기 위해서는 산세 후 표면 거칠기가 거친 것이 좋고, 또한 신선중에 강제 윤활 신선(더블 다이스방식)이나 압착롤러에 의한 윤활 촉진법 등을 사용하면 달성 가능하게 된다. 산세 후 표면의 조도화(粗化)는 산세 시간, 온도 등을 조합함으로써 실현할 수 있다.
(4) MoS 2 ,BN 분말 또는 그 혼합물의 1종 이상의 도포
MoS2, BN 또는 그 혼합물 분말의 1종 이상의 도포는, 그 미소 분말을 방청유 중에 혼합하고 그 혼합량에 따라 와이어에 대한 도포량을 조정한다.
도포 방법은 펠트지 2매에 주행 와이어를 끼우고 이 펠트지에 상기 오일을 떨어뜨리는 방식이다.
이상의 설명을 통해 알 수 있듯이, 본 발명에서는 도 2에 도시한 바와 같이 표면 평탄부의 경도와 거칠기가 조정된다(거칠기는 가능한 한 평탄화되도록 조정되며, 종래 기술에서와 같이 심한 요철을 만들어 윤활 물질을 채우는 역할을 수행하기 위한 것은 아니다).
또한, 윤활풀부는 상술한 기본 공정에서 나타나는 바와 같이 바이폴라 전해 탈지에 의해 신선 윤활물이 모두 제거된 완전한 오목부로 되어 있고, 오목부에 MoS2, BN 등의 마찰 저감 물질이 충분히 채워질 수 있을 뿐 아니라 윤활풀 면적율이 규정되어 있으므로, 평탄부로 보급되는 MoS2, BN 등이 고갈됨이 없이 매우 우수한 와이어 송급성을 실현할 수 있다.
즉, 본 발명은 종래 기술과 같은
「표면 요철 규정 + 도포물」로 이루어지는 기술이 아니라,
「평탄부의 표면층 경도와 평활화 + 명백한 윤활 잔류(윤활풀부의 오목부)+윤활물질의 특정」이라는 전혀 새로운 발상에 의한 기술이며, 상술한 (1)~(4)의 4가지 요소에는 최적값이 존재한다.
또한, 종래에는 윤활풀 내에 신선중의 발열로 연화(軟化)된 신선 윤활제가 많이 남아 있어, MoS2 등을 이후에 도포해도 그 유지가 충분하지 않고, 이러한 점에서도 본 발명의 윤활풀부는 상기 문제점을 해소한 본래 의미의 송급성을 향상시키는 물질 풀부(저장)이고 본 발명의 특징을 이루고 있다.
이어서 상술한 4가지 요소에 대한 수치 한정 이유를 설명한다.
(1) 평탄부의 미소 비커스 경도(Hv)의 최적값
도 1의 평탄부를 하중 1g으로 측정했을 때의 최적 경도값은 비커스 경도(Hv) 115~310이다.
Hv가 115이하에서는 너무 물러 찰흔이 생기기 쉽고, 와이어 주행중에 표면이 급속하게 거칠어져, 송급성에 악영향을 미친다. Hv가 310을 초과하면 너무 딱딱해질 수 있기 때문에, 콘딧 케이블 내벽이나 용접 팁이 조기에 마모되어 거칠어져, 역시 송급성이 열화되므로 바람직하지 않다.
(2) 평탄부의 산술 평균 거칠기(Ra)의 최적값
도 3은 본 발명의 와이어 표면의 거칠기 곡선과 종래재와의 비교를 나타낸 것이다. 기본적으로 표면의 거칠기 형태가 다르게 되어 있다. 종래재는 요철형으로 되어 있으나 전술한 바와 같이 본 발명재는 오목부로 되어 있다.
본 발명에서는 이와 같이 표면 평탄부의 거칠기의 최적화를 꾀한 것으로서 그 최적값은 Ra=0.01~0.30㎛이다.
0.01㎛의 평활화가 진행되면 신선중에 윤활 상태가 문제로 되고, 다이스마크 등에 의해 안정 생산이 불가능하므로, 0.01㎛ 이상이 필요하다. 또한, 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.30㎛보다 거칠게 되면, 표면의 볼록부가 증가되어 저항이 커지게 되어 송급성이 열화된다.
(3) 윤활풀부의 면적율의 최적값
본 발명에서는 이러한 윤활풀부가 상술한 바와 같이 신선 후 전해 탈지를 실시되므로, 완전한 오목부이다.
이러한 오목부에는 미끄러짐성을 향상시키는 특별한 윤활 물질이 유지되어 있으므로, 이 오목부의 면적율이 와이어의 송급성에 관계하는 것은 명백하다. 와이어가 주행하면, 윤활풀부로부터 평탄부로 MoS2, BN 등이 보급된다. 본 발명에서 윤활풀부의 면적율의 최적값은 15~88%이다.
15% 보다 적으면, 윤활 물질의 공급이 부족하여, 송급성이 열화된다. 또한, 88%보다 많게 되면, 콘딧 케이블 내나 용접 팁 내에서의 윤활 물질의 탈락이 과대하게 되어, 송급성을 열화시킨다.
(4) MoS 2 ,BN 또는 그 혼합물 중 1종 이상의 도포량의 최적값
본 발명에서는 전술한 바와 같이 이 두 물질들의 미소 분말을 각각 단독으로 도포하여도, 그리고 두 분말을 상호 0%초과~100%미만까지 혼합하여도 동일한 효과를 기대할 수 있다. 이는 MoS2, BN의 단독으로 효과가 있으므로, 그 혼합물의 1종 이상을 도포했을 때에도 같은 작용이 발현한다고 볼 수 있다. 그리고, 모든 경우 도포량의 최적값은 0.002~0.40g/㎡이다.
0.002g/㎡보다 도포량이 적으면, 상술한 오목부에 저류되어 있는 MoS2나 BN 등의 공급량이 부족하여, 송급성이 저하되지만, 0.40g/㎡보다 많아지면, 콘딧 튜브 내에서의 탈락량이 증가하여 막힘 현상을 일으키고, 역시 송급성의 열화를 초래하게 된다.
이상, 각각에 대해 최적값이 존재하지만, 본 발명에서는 특히 전술한 요소(1)(2)(3) 및 (1)(2)(4)들은 서로 관련이 있으며, 각 요소는 다른 요소를 구속한다. 즉, 요소(1)(2)(3) 및 (1)(2)(4)들의 최적값 중 어느 한 요소라도 최적값을 벗어나면, 송급성은 열화되므로, 동도금 솔리드 와이어에 필적 혹은 능가하는 무도금 솔리드 와이어를 제조하기 위해서는 각 요소를 만족시켜야 한다. 이 점 또한 본 발명의 큰 특징이라 할 수 있다.
다음에, 본 발명에서의 송급성이나 평탄부의 미소 비커스 경도, 산술 평균 거칠기(Ra), 윤활풀부의 면적율 및 MoS2, BN 등의 도포량에 대한 측정법을 설명한다.
(1) 와이어의 송급성 평가 방법
(a) 송급성이라는 개념은 용접 팁으로부터 일정한 속도로 솔리드 와이어가 공급되는지의 여부와 동일한 의미를 갖고 있다. 만약, 송급성이 나빠 와이어의 공급이 부족하면, 용접 아크 기둥의 간극이 길어져, 아크가 불안정하게 되고(아크가 늘어나고), 용적은 아크의 힘에 의해 튀어 스패터화된다. 따라서, 일정 시간 동안 용접을 수행한 후의 스패터량의 크기를 측정함으로써, 그 와이어의 송급성의 우열을 판단할 수 있다.
본 발명에서는 표 1의 조건에서 80㎝×15㎝×20㎝의 상자 내에 두께 12㎜, 폭 10㎝, 길이 50㎝의 강판을 두고, 그 위에 40㎝ 길이의 비드를 2분간 용접하여, 발생한 스패터량을 수집하여 1분당 발생량(㎎/분)을 종래의 동도금 솔리드 와이어와 비교했다. 이 경우, 용접 콘딧 케이블은 도 4와 같은 w형 배선으로 했다. 비교재로서는 동도금 솔리드와이어를 사용하였으며 조건은 동일하게 하였다.
와이어 경(㎜) 전압(v) 전류(A) 가스
1.40 34 350 아르곤과 CO2의 혼합가스
(b) 또한 송급성은 스패터량 이외에 다음의 방법에 의해서도 평가했다. 즉, 도 4와 같은 w형이 아니라 지름 300㎜의 원통에 콘딧 케이블을 2회 감고, 표 1의 조건으로 용접하여 아크가 나오고 있는 시간을 계측했다. 이와 같은 2회 권선은 송급에는 매우 어려운 조건이기 때문에, 와이어의 송급이 크게 부족하게 되는 경우가 많아 아크가 중단되고 용접이 중지된다.
따라서, 용접 개시로부터 아크 중단까지의 시간은 송급성의 우열을 판단하는지표가 되므로, 본 발명에서는 이와 같은 방법도 이용하여 종래의 동도금 솔리드 와이어의 값과 비교했다.
(2) 평탄부의 표면 미소 비커스 경도(Hv)의 측정
전술한 경도 측정의 전처리를 실시한 와이어에 대해 도 1의 평탄부를 1000배로 확대하고 하중 1g으로 비커스 경도(Hv)를 측정했다. 이 측정 위치는 원주상의 직교하는 4 점에 대해 각 점에서 n=7의 측정을 실시하여, 합계 28의 비커스 경도 중 최대값과 최소값을 제거한 26 데이터의 평균값을 그 와이어의 표면경도로 하였다.
(3) 산술 평균 거칠기(Ra)의 측정법
JIS B 0601에 따라 측정했다.
샘플은 임의로 절단한 길이 10㎝의 와이어를 수가공으로 직선으로 교정하고, 그 후 와이어를 4염화탄소 용액에 침지하여, 초음파로 진동을 가하면서 표면의 도포물을 제거했다.
이와 같은 와이어 3개에 대해 와이어 원주 상에서 직교하는 4 점의 길이 방향의 거칠기 곡선을 작성했다(도 3의 거칠기 곡선의 횡배율을 확대하여 평탄부를 더욱 선명하게 했다). 그리고, 그 평탄부에 상당하는 부분 3개소의 Ra를 측정하여 합계 36 점의 Ra를 구했다.
그 후 이 36 점의 평균값을 구하여 평탄부의 산술 평균 거칠기(Ra)로 했다.
(4) 와이어 표면의 윤활풀부 면적율의 측정
와이어 표면 원주상의 직교하는 4방향에 대해 도 1과 같은 윤활풀부(사진의 흑색부)의 사진을 20매 촬영했다. 그리고, 이 사진 상에 325점의 격자 모양을 그린 투명 필름을 놓고 윤활풀부에 차지하는 격자점 개수의 합계에 의해 윤활풀 면적율을 산출했다(점산법, 포인카운트법이라 함). 와이어의 윤활풀 면적율은 20장의 사진을 통해 구해진 면적율의 평균값을 이용했다.
(5) MoS 2 ,BN 또는 그 혼합물 중 1종 이상의 도포량 측정
길이 10㎝의 와이어를 50개 절단하여 이를 시료로 사용했다. 이 시료를 농염산:물=1:1의 액에서 10분간 부식시켜 와이어 표면 오목부에 들어 있는 도포물을 완전히 탈리시켰다. 그 후 상기 액을 여과하고, 그 잔사를 알칼리 융해시킨 후 용액화하고, 그 용액을 유도 결합 플라즈마(ICP)법에 의해 Mo 또는 B의 농도 분석을 실시했다.
그리고, 이 농도로부터 MoS2, BN으로 환산하여 이를 와이어의 단위 표면적당 도포량(g/㎡)으로서 표시했다.
(6) 동 퓸(Fume) 발생량의 측정
종래의 동도금 솔리드 와이어 및 동도금이 없는 일부의 와이어에 대해 용접중 동 퓸의 발생량에 대해 측정했다.
표 1의 용접 조건에 콘딧 케이블의 배선은 직선상으로 하여, 3분 동안 용접을 계속하여 발생한 퓸을 미세공 석영 필터를 통해 흡수시켰다. 그리고, 이 필터에 흡착된 동미립자를 산(酸)용해시켜, ICP에 의해 동 농도를 분석하여 동 퓸 발생량(㎎/분)으로서 표시했다.
C 0.070%, Si 0.72%, Mn 1.50%, P 0.016%, S 0.010%, Ti 0.20%의 성분을 가지는 8mm, 6.4mm, 5.5mm의 원선을 이용했다.
이 원선을 산세한 후 본데라이트 코팅을 실시했다. 윤활풀부의 면적을 변화시키기 위해 산세 시간과 산 농도를 조합하여 산세 후 표면 거칠기를 대폭 변화시켰다.
이어서, 건식 신선과 습식 신선을 실시하여 1.40mm의 와이어를 완성했다. 습식신선에서는 윤활풀부 면적율, 표면 미소 비커스 경도를 변화시키기 위해 가공도, 다이스 전체각을 변경하여 조정했다. 건식 신선에서는 더블 다이스 강제 윤활법과 압착 롤러법을 병용하여 윤활풀부의 면적이 커지도록 했다.
그 후, 바이폴라식의 알칼리 전해 탈지를 실시하고 표면 처리(방청유 도포 또는 윤활물질 도포)후 권취했다.
이와 같이 제작한 와이어에 대해 표 1의 조건으로 용접을 실시하고 스패터량, 아크 지속 시간, 동 퓸의 발생량 등을 측정하여 송급성을 조사했다.
표 2는 윤활풀부의 면적율을 거의 일정하게 한 조건에서의 표면 미소 경도와 산술 평균 거칠기(Ra)가 변화했을 경우의 와이어 송급 특성 결과를 나타낸 것이다. 표 2에 나타낸 바와 같이 미소 비커스 경도(Hv)가 115~310, 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.01~0.30㎛를 만족하는 와이어만 종래재의 동도금 솔리드 와이어의 송급성과 동등하거나 그것을 상회하는 값을 가짐을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 와이어는 동 퓸도 거의 발생하지 않음을 알 수 있다.
표면 미소 비커스 경도Hv(1g) 산술평균거칠기Ra(㎛) 스패터량(mg/분) 아크지속시간(초) 동 퓰 발생량 (mg/분) 비고
110 0.0080.0140.2000.2950.310 30102610288029802840 1526201721 0.001 0.001 비교재〃〃〃〃
115 0.0090.0100.2200.2970.312 29002380240023103120 1560474820 0.001 〃본발명〃〃비교재
250 0.0090.0130.2500.2920.305 29902310235024002770 1548455828 0.001 〃본발명〃〃비교재
310 0.0070.0160.2750.3000.310 30202400231022002850 1247585914 0.001 0.001 〃본발명〃〃비교재
315 0.0070.0110.2100.2900.312 29002650270027102760 1517201413 0.001 〃〃〃〃〃
340 0.0090.0120.1900.2950.309 29002690271029002980 1430252212 0.001 〃〃〃〃〃
동도금 솔리드와이어 2410 42 5.02 종래재
표 3 내지 표 5는 윤활풀부 면적율이 송급성에 미치는 영향을 나타낸 것이다. 이 경우에도 윤활풀부의 면적율이 15~88%를 만족하고 또한 표면 미소 비커스 경도(Hv)와 산술 평균 거칠기(Ra)가 각각 115~310, 0.01~0.30㎛의 범위를 갖는 와이어만이 종래재의 동도금 솔리드 와이어와 동등하거나 그보다 우수한 특성을 나타냄을 알 수 있다. 또한 표 4, 표 5는 표 3에 순차적으로 이어지는 것으로 한다.
윤활풀면적율(%) 표면미소비커스경도Hv(1g) 산술평균거칠기Ra(㎛) 스패터량(mg/분) 아크지속시간(초) 비고
13 110 0.0080.2000.350 291030602880 181520 비교재〃〃
200 0.0070.2700.340 279028103070 222314 〃〃〃
325 0.0090.2900.340 312026902880 122630 〃〃〃
15 110 0.0090.2300.310 291029003010 191815 〃〃〃
115 0.0070.0100.2100.2950.3140.390 278023702310239028802700 294952502024 〃본발명〃〃비교재〃
190 0.0070.2000.395 269024002910 305816 〃본발명비교재
310 0.0080.0160.2400.3000.3190.400 305023702340233028102900 154958601716 〃본발명〃〃비교재〃
317 0.0050.2900.350 301032103110 141212 〃〃〃
60 112 0.0050.2400.390 278027302880 302825 비교재〃〃
255 0.0070.0140.1950.2950.3140.385 298022902340239027702870 216861643527 〃본발명〃〃비교재〃
335 0.0040.1850.370 281029102760 212126 〃〃〃
88 112 0.0050.2050.309 269027602960 222420 비교재〃〃
115 0.0080.0100.2000.2900.3100.390 284023002290238029003010 166879611514 〃본발명〃〃비교재〃
184 0.0150.2150.300 239023102300 625559 본발명〃〃
310 0.0070.0120.2450.3000.3050.388 268024002390231029002880 315862601716 비교재본발명〃〃비교재〃
319 0.0040.2100.370 289029702610 151520 〃〃〃
90 111 0.0080.2800.340 304030102930 121117 비교재〃〃
198 0.0030.2100.390 287028102760 141819 〃〃〃
340 0.0070.2000.370 274027302930 202217 〃〃〃
95 113 0.0070.2800.340 268025902710 243230 〃〃〃
289 0.0090.2700.330 263027802960 332817 〃〃〃
표 6 내지 표 14는 윤활풀부의 면적율이 거의 일정한 경우의 MoS2, BN 또는 두 물질의 혼합물의 도포 효과를 나타낸 것이다. 이 결과를 통해, MoS2, BN 또는 MoS2+BN 혼합물의 도포량이 0.002~0.40g/㎡이고, 표면 미소 비커스 경도(Hv)가 115~310, 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.01~0.30㎛를 만족하는 와이어가 종래의 동도금 솔리드 와이어에 비해 비약적으로 송급 특성이 향상되어 있음을 알 수 있다. 또한 표 7 내지 표 14는 각각 이전 표에 순차적으로 이어지는 것으로 한다.
도포량(g/㎡) 표면미소비커스경도Hv(1g) 산술평균거칠기Ra(㎛) 스패터량(mg/분) 아크지속시간(초) 비고
MoS2 BN MoS2+BN혼합물
0.001 - - 110 0.0080.2000.370 278026602590 212024 비교재〃〃
185 0.0070.1900.310 277029402590 252027 〃〃〃
320 0.0090.0180.305 269026402810 272420 〃〃〃
0.002 - - 112 0.0040.1850.340 271028402790 212022 〃〃〃
115 0.0060.0100.330 266021802680 2227830 〃본발명비교재
310 0.0100.3000.350 229022002610 29035531 본발명〃비교재
317 0.0060.2200.310 278026602590 292728 〃〃〃
0.280 - - 111 0.0070.2400.330 270026102660 263430 비교재〃〃
115 0.0060.0100.1980.2950.3100.345 257020101980188027002610 383204105203930 〃본발명〃〃비교재〃
310 0.0050.0120.2000.3000.3090.371 259020801970181026002560 342286107803937 〃본발명〃〃비교재〃
314 0.0060.2100.340 271027002670 282930 〃〃〃
385 0.2500.370 27102600 3133 〃〃
0.400 - - 113 0.0070.1800.320 270025102590 293738 〃〃〃
115 0.0050.0100.2200.2950.3050.380 268019802020188025102640 363402704153731 〃본발명〃〃비교재〃
190 0.0060.2000.2900.310 2730193018402570 3120540730 〃본발명〃비교재
310 0.0100.3000.375 230022002640 29538031 본발명〃비교재
0.410 - - 110 0.0080.1500.320 278027402800 272021 비교재〃〃
119 0.0060.0140.2050.2900.3100.400 261025902710268025902710 293330363934 〃〃〃〃〃〃
210 0.0090.1700.310 269025802610 363739 〃〃〃
320 0.0200.1900.315 271027702800 303127 〃〃〃
0.650 - - 109 0.0040.1500.320 271026802640 272930 〃〃〃
195 0.0020.2050.340 259026102680 373032 〃〃〃
325 0.0060.1800.340 271027402800 303127 〃〃〃
- 0.001 - 108 0.0060.2500.310 279027402880 292020 〃〃〃〃
245 0.0050.1950.380 276029002810 222026 〃〃〃
340 0.0050.2300.340 267027002740 292729 〃〃〃
- 0.002 - 107 0.0040.2100.320 266027702640 303134 비교재〃〃
115 0.0100.3000.385 198019002710 30541538 본발명〃비교재
235 0.0020.2100.290 273020402100 29270240 〃본발명〃
310 0.0110.3000.410 201022002870 29830525 〃〃비교재
340 0.0060.1700.320 271028402590 302229 〃〃〃
- 0.400 - 109 0.0050.2100.315 264027402630 302727 비교재〃〃
115 0.0080.0100.1900.2700.2900.380 271017081700168019102640 2641059062061031 〃본발명〃〃〃비교재
235 0.0060.0160.2100.2600.2950.360 270018901940171016802660 3347040066074033 〃본발명〃〃〃비교재
310 0.0070.3000.320 274021002610 3039029 〃본발명비교재
320 0.0050.2050.370 274026802660 293034 〃〃〃
- 0.410 - 112 0.0080.2400.320 271026402700 343127 비교재〃〃
215 0.0070.1700.330 274026702590 283033 〃〃〃
370 0.0150.2000.2700.350 2700269027102700 24212024 〃〃〃〃
- - 0.001 108 0.0070.1900.320 271026802730 292927 비교재〃〃
195 0.0060.2000.330 271027402660 273130 〃〃〃
320 0.0050.2050.340 289027102810 302726 〃〃〃
- - 0.002 107 0.0080.0150.2100.2900.3150.380 288027602680270029002910 232130272019 비교재〃〃〃〃〃
115 0.0050.0100.1900.2950.3150.370 281020201810190026102700 223055954803834 〃본발명〃〃비교재〃
208 0.0060.0190.2150.2960.3150.400 274020402000191026002730 373953904853434 〃본발명〃〃비교재〃
310 0.0060.0170.2400.3000.3110.380 271018101740188026002600 305607104903339 〃본발명〃〃비교재〃
318 0.0090.2100.290 271028002720 302124 〃〃〃
- - 0.185 110 0.0060.0190.2300.2900.3150.395 278028802740290028902790 191816141418 비교재〃〃〃〃〃
115 0.0070.0100.300 291020102115 19381490 〃본발명〃
205 0.0070.0140.1700.2890.310 27401960189019302600 2032048050039 비교재본발명〃〃비교재
310 0.0080.0120.300 288018801910 31410370 〃본발명〃
320 0.0080.0180.2100.2880.3100.340 259027102800283027302660 383230273033 비교재〃〃〃〃〃
- - 0.400 112 0.0070.1500.310 274025802730 303736 비교재〃〃
115 0.0070.0100.1900.2940.3080.370 282019001830179026102710 304105106603031 〃본발명〃〃비교재〃
208 0.0050.0200.1700.2930.3140.390 268019101840190027002660 323704154053031 〃본발명〃〃비교재〃
310 0.0020.0210.1800.3000.3100.360 278020302000199025902710 303604066953734 〃본발명〃〃비교재〃
405 0.0010.2050.3000.340 2710274028002860 34343027 〃〃〃〃
- - 0.412 112 0.0040.0210.2900.310 2890278027302600 30282423 비교재〃〃〃
206 0.0090.1870.310 268027902710 262524 〃〃〃
320 0.1900.2050.3140.330 2810287027602640 18171822 〃〃〃〃
청구항 1에 기재된 발명에 따르면 와이어 표면 평탄부의 미소 비커스 경도와 산술 평균 거칠기를 조정함으로써 송급성이 우수한 아크 용접용 무도금 솔리드 와이어를 제공할 수 있다. 그리고 그 송급성은 적어도 종래의 동도금 솔리드 와이어와 동등하거나 그것을 능가하므로 용접 작업성을 향상시킬 뿐 아니라 동도금이 되지 않으므로 와이어 제조에 있어서 에너지 손실의 저감에 크게 공헌하며 동 연무도 발생하지 않아 용접 작업 환경의 개선에도 기여할 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명에 따르면 와이어 표면 평탄부로 보급되는 마찰 저감 물질이 고갈되지 않으므로 매우 우수한 송급성을 실현할 수 있다.
청구항 3에 기재된 발명에 따르면 신선 윤활물이 완전 제거된 완전한 오목부로 되어 있으므로 윤활풀부에 MoS2, BN 또는 그 혼합물 중 1종 이상이 충분히 채워져 매우 우수한 송급성을 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 와이어 표면을 나타낸 사진(배율 200배)이고,
도 2는 본 발명의 와이어의 송급성 개선의 모식도이고,
도 3은 본 발명의 와이어 표면과 종래재의 표면을 비교한 거칠기 곡선이고,
도 4는 와이어의 송급성을 판정하는 경우의 용접 도선의 배선 형상을 도시한 도면이다.

Claims (3)

  1. 와이어 표면 평탄부의 미소 비커스 경도(Hv)가 115~310, 그 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.01~0.30㎛, 표면 윤활풀부의 면적율이 15~88%, 와이어 표면에 MoS2, BN 또는 그 혼합물을 1종 이상 0.002~0.40g/㎡ 도포하는 것을 특징으로 하는 아크 용접용 무도금 솔리드 와이어.
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  3. 삭제
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