KR100588328B1 - 플럭스 바인더계 - Google Patents

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링컨 글로벌, 인크.
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Abstract

본 발명은 플럭스제(flux agent) 및 바인더를 포함하는 용접용 플럭스를 제공한다. 상기 바인더는 작은 이산화규소 입자로 형성된 콜로이드상 바인더를 포함한다. 이 바인더는 보다 낮은 온도에서 건조될 수 있으므로, 용접용 플럭스에 보다 넓은 범위의 플럭스제 및/또는 금속 합금을 포함시킬 수 있다. 콜로이드상 바인더는 바인더의 100%를 구성할 수도 있고, 바인더의 단지 일부만을 형성할 수도 있다.

Description

플럭스 바인더계{FLUX BINDER SYSTEM}
도 1은 본 발명에 따른 콜로이드상 바인더계의 작은 SiO2 입자가 용접용 플럭스계의 두 플럭스 성분의 부분을 함께 결합하는 것을 도시하고 있고,
도 2는 물 유리와 본 발명에 따른 콜로이드상 바인더계의 작은 SiO2 입자가 용접용 플럭스계의 두 플럭스 성분의 부분을 함께 결합하는 것을 도시하고 있고,
도 3은 서브머지드 아크 용접 및/또는 플럭스 코어드 전극(flux cored electrode)에 사용되는 본 발명에 따른 플럭스계를 제조하기 위한 흐름도를 도시하고 있고,
도 4는 본 발명의 플럭스계를 제조한 후, 플럭스 코팅 전극을 형성하기 위한 흐름도를 도시하고 있고,
도 5a 및 도 5b는 서브머지드 아크 용접에 사용하도록 공작물 상에 종래 기술의 플럭스계를 침적시킬 때와 본 발명의 플럭스계를 침적시킬 때를 각각 도시하고 있고,
도 6은 본 발명의 신규한 플럭스 바인더를 함유하거나 함유하지 않는 각종 플럭스계의 수분 픽업(moisture pickup)을 그래프로 보여주는 도면이다.
본 발명은 용접용 플럭스 바인더의 일반적인 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하면 경화 온도가 낮도록 형성된 비흡습성(non-hygroscopic)의 용접용 플럭스 바인더에 관한 것이다.
아크 용접의 분야에 있어서, 3가지 메인 타입의 아크 용접으로는 서브머지드 아크 용접(SAW), 피복 금속 아크 용접(SMAW) 및 플럭스-코어드 아크 용접(FCAW)이 있다. 서브머지드 아크 용접에서는, 미피복 금속 전극(bare metal electrode)과 가공 대상 금속 사이를 전기 아크에 의해 가열함으로써 융합이 발생된다. 용접 부위는 입상이나 가용성 재료 또는 플럭스에 의해 덮인다. 용접 작업은 플럭스의 바로 아래에 아크를 인가하여 주변 플럭스를 녹이는 열을 발생시킴으로써 개시되어, 연속적인 전류 흐름에 의해 유체 상태가 유지되는 표면하의 도전성 풀(pool)을 형성한다. 전극의 단부와 그 바로 아래의 공작물은 용융 상태로 되며, 용융된 필러 금속이 전극으로부터 공작물 상으로 침적된다. 용융된 필러 금속은 플럭스 풀을 변위시켜 용접부(weld)를 형성한다. 피복 금속 아크 용접에서는, 플럭스의 느슨한 입상의 블랭킷(blanket) 대신에 플럭스 코팅에 의해 피복이 행해진다. 플럭스 코어드 전극에서는, 플럭스가 금속 피복 내에 수용되어 있다.
용접 분야에서는, 예정된 방식으로 작용하도록 의도된 예정된 플럭스 성분을 갖는 타입의 플럭스 조성물을 개발하기 위하여 많은 노력을 해왔다. 아크 용접 시에 플럭스로서 사용하기 위하여, 대략 용접용 플럭스로서 사용되는 동시에 금속 코 어 상의 또는 피복(sheath) 내의 코팅으로서 사용되는 많은 수의 조성물이 개발되어 왔다. 플럭스는 아크 용접에 사용되어, 아크 안정성을 제어하고, 용접 금속의 조성을 개질하고, 주변 오염물에 대한 차폐 기능을 행한다. 아크 안정성은 공통적으로 플럭스의 조성을 개질시킴으로써 제어된다. 그에 따라, 플럭스 혼합물에서 플라즈마 충전 캐리어로서 잘 기능하는 물질을 구비하는 것이 유리하다. 또한, 플럭스는, 금속 내의 불순물을 보다 용이하게 용융될 수 있게 하고, 금속보다 우선하여 그들 불순물과 조합되어 슬래그를 형성하는 물질을 제공함으로써 용접 금속의 조성을 개질시킨다. 실질적으로, 모든 슬래그 형성 화합물은 그들이 반응하는 화합물에 따라서 산성 또는 염기성으로 분류될 수 있다. 가장 활성적인 "염기(bases)"로 고려되는 물질은 칼슘, 마그네슘 및 나트륨과 같이 수용액 내에서의 일반적 화학 반응에서 염기성 화합물을 형성하는 원소의 화합물들이다. 가장 활성적인 "산성"의 불순물은 규소, 티타늄, 지르코늄 및 알루미늄의 화합물이다. 플럭스는 용접 대상 금속의 타입과 이 금속 내의 불순물에 따라서 보다 높거나 보다 낮은 비율의 산성 또는 염기성 화합물에 의해 제조된다. 경우에 따라서는, 슬래그의 융점을 낮추고, 슬래그의 유동성을 개선시키고, 플럭스 입자용의 바인더로서 기능하는 다른 재료를 첨가할 수도 있다.
용접 업계에서 직면하고 있는 한 가지 문제는 용접 전극을 덮고 있는 플럭스가 수분을 흡수한다는 것이다. 용접 중에, 열은 물을 증발시키고 해리시키며, 이에 따라 수소 가스가 발생되고, 이 수소 가스가 금속 내로 용해될 수 있다. 응력 작용 하에서, 용접 금속 중의 용해된 수소는 돌발적인 용접 실패 가능성으로 인하 여 균열을 발생시킬 수 있다. 수소 취약화(hydrogen embrittlement)는 강 중에 수소가 존재함으로 인하여 실온에서 강의 인성이 저하되고 강에 있어서 균열이 증가되는 것을 수반하는 현상이다. 수소에 의해 유도되는 균열은, -100 ℃ 이상 및 150 ℃ 이하의 온도에서 경강(hard steel)에 충분한 수소 및 응력이 존재할 때마다 어느 정도 한도로 발생될 수 있는데, 그 이유는 용접부에서 이들 응력의 발생을 방지하는 것이 거의 불가능하기 때문이다. 균열 제어 방법은 일반적으로 용접부에 존재하는 수소의 양과, 응고된 용접 금속의 미시구조, 또는 이들 양자를 제어하는 것을 포함한다. 수소는 산화물, 와이어 오염물 및 오일을 포함한 복수의 공급원으로부터 용접 아크 분위기 중으로 도입될 수 있다. 주요 수소 공급원은 플럭스 및 플럭스 바인더 중의 수분이다.
바인더는 입상 플럭스 및 전극 코팅에 사용되어, 플럭스계의 성분을 함께 유지하거나 및/또는 통상적인 취급 중에 금속 코어 둘레에서 전극 코팅의 원하는 형상을 유지한다. 대부분의 용접용 플럭스 조성물은 산화물계 재료(플럭스) 및 첨가물로 이루어지고, 이들은 나트륨 실리케이트 및/또는 칼륨 실리케이트(물유리)에 의해 함께 결합된다. 이들 타입의 바인더는 미국 특허 제4,103,067호, 제4,131,784호, 제4,208,563호, 제4,355,224호, 제4,741,974호 및 제5,300,754호에 개시되어 있으며, 이들 특허는 모두 본 명세서에 참고로 인용되는 것이다. 이러한 바인더가 특히 유용한 데, 그 이유는 이들 바인더가 사용 조건하에서 분해에 대한 저항성이 있고, 이들 바인더가 플럭스 조성물에 소정량으로 첨가되어 전극의 제조에 사용되는 고속 압출 중에 플럭스 조성물에 적합한 강도 특징을 부여하기 때문이다. 또한, 칼륨 실리케이트 또는 나트륨 실리케이트의 비성질(specific property)로 인하여, 각 실리케이트는 용접 전극의 제조에 매력적으로 된다. 예컨대, 건조 특징으로 인하여, 금속 전극의 코팅을 위한 바인더로서 사용되는 액체 실리케이트는 수분의 감소에 의해 경질 막으로 된다. 플럭스에 실리케이트를 사용하게 되면, 용접 중의 아크 안정성을 개선시킬 수 있다. 플럭스 중의 실리케이트는 플럭스에 융점이 낮은 성분을 제공하며, 이 성분은 슬래그의 용융/동결 범위를 용이하게 조정할 수 있게 한다. 실리케이트는 취급 및 사용이 용이하므로, 플럭스 바인더로서 사용하기에 유리하다. 또한, 실리케이트는 비교적 저가이므로, 플럭스 조성물과 관련하여 추가 비용이 거의 들지 않는다. 나트륨 및 칼륨 실리케이트가 특히 유용한데, 그 이유는 이들 실리케이트의 성질로 인하여 코팅된 전극의 제조에 유리한 특징이 제공되기 때문이다. 건조 분말 조성물에 액체 나트륨 실리케이트를 첨가하는 경우, 결과적인 혼합물은 후속 압출에 적합한 밀도로 반죽될 수 있다. 반죽된 혼합물의 덩어리(mass)는 전형적으로 "슬러그(slug)"로 형성되고, 이 슬러그는 보관 중에 취급이 용이하고 압출 작업 중에 혼합물을 프레스로 로딩하기에 용이하다. 현재에, 시판되는 코팅 전극의 대부분은 압출 공정에 의해 제조된다. 와이어 전극 상의 플럭스 코팅의 가소성은 플럭스 혼합물에 실리케이트를 첨가함으로써 어느 정도 제어되지만, 실리카 또는 소성 점토(calcined clay)와 배합되거나 첨가될 수 있는 생 점토(raw clay) 또는 벤토나이트 등의 다른 성분에 의해서도 또한 영향을 받을 수 있다. 전극이 압출됨에 따라, 전극은 적당히 단단하게 되어, 전극은 다이를 떠나서 컨베이어 벨트로 떨어지자마자 납작해지는 것에 대해 내성을 갖게 된다. 와이어 전극 상에 압출된 플럭스 코팅을 건조하는 것은, 균열 발생 없이 플럭스 코팅을 균일하게 건조하도록 습도를 제어한 상태에서 약 100-150 ℃에서 시작하는 저온에서 실행된다. 이 건조 단계에 후속하여, 플럭스 코팅의 성질에 따라 보다 낮은 습도에서 1회 이상의 고온 건조 단계를 실행한다. 전극 상의 건조된 플럭스 코팅의 수분 함량의 범위는 낮게는 0.2% 미만이고(일부 저수소 전극의 경우), 높게는 3 내지 6%〔셀룰로오스 타입의 전극(예컨대, E6010, E6011 등)의 경우〕에 이른다.
고강도의, 저수소 전극에서는, 나트륨 실리케이트 및/또는 칼륨 실리케이트 바인더가 그다지 만족스럽지 않았다. 나트륨 실리케이트 및/또는 칼륨 실리케이트 바인더는 매우 흡습성이 크며, 그들을 견고하게 균열이 발생하지 않게 유지하기 위해서는 수분을 필요로 한다. 용접 중에, 열은 물을 증발시키고 해리시키며, 이에 따라 금속 내로 용해될 수 있는 수소 가스가 발생된다. 응력 작용 하에서, 용해된 수소는 용접 금속에 균열을 발생시킬 수 있다. 나트륨 실리케이트 및/또는 칼륨 실리케이트 바인더에 의해 유지되는 수분의 양은 주로 그들 바인더를 건조하는 온도에 따라 좌우된다. 실리케이트를 실온에서 공기 건조하는 것은 용접 시에 사용되는 막 또는 본드를 위하여 적합하지 않은 것으로 알려져 있다. 용접 실패 가능성을 줄이기 위한 노력으로, 현재에 이용 가능한 용접 전극은 플럭스 중의 수분을 0.2% 미만으로 줄이기 위하여 370-540 ℃ 또는 그 이상의 온도에서 베이킹된다. 건조도를 이러한 수준으로 관리하는 것은 고강도 재료의 용접에서는 중요한 것이며, 이러한 관리는 이들 전극의 사용 중에 흡습성 수분의 픽업을 방지하기 위하여 세심한 주의를 필요로 한다. 수분 픽업은 저강도 용접 금속에 대한 코팅에서는 특 별히 문제되지 않지만, 흡습 특징을 갖는 현재의 저수소 코팅에 있어서는, 수분의 픽업을 억제하도록 플럭스 코팅의 건조도를 유지하기 위하여 가열 오븐을 사용하는 것이 필수적이다. 고강도 용접의 경우에는, 플럭스 코팅 중의 실리케이트 흡습 성질이 특히 불리한데, 그 이유는, 예컨대 EXX18 타입의 전극에 있어서는, 수분 함량이 0.2% 미만 수준으로 유지되어야 하기 때문이다. 결과적으로, 이들 전극은 플럭스가 공기로부터 수분을 흡수하기 전의 제한된 시간동안만 사용될 수 있으며, 그에 따라 수분 함량을 줄이기 위해서는 다시 베이킹을 행해야 한다. 일부 당업자는, 플럭스 코팅의 수분 함량을 충분히 줄이기 위하여 저수소 전극을 저온에서 성공적으로 다시 베이킹할 수 없다는 의견을 갖고 있다. 따라서, 일부 당업자는, 초기의 건조 후에 플럭스 코팅의 수분 함량을 최소로 유지하는 것이 용접 금속에 의한 수소 흡수를 방지하기 위한 가장 적합한 방법이라는 의견을 갖고 있다. 그 결과, 저수소 전극의 수분 레벨을 엄격하게 제어하였다.
이들 용접용 플럭스, 특히 서브머지드 아크 플럭스에 의한 수분 흡수의 문제점 이외의 문제점은, 용접 중에 플럭스에 CO2 함유 화합물이 부족하다는 것이다. CO2 함유 화합물은 용접 중에 CO2를 발생시키도록 일부 서브머지드 아크 플럭스에 첨가되고 있다. 이들 CO2 함유 화합물은, 아크의 안정성을 증가시킴으로써, 그리고 용접 금속으로부터 분위기 오염물, 특히 N2를 제거하거나 감소시킴으로써 플럭스의 운용 성능을 개선시킬 수 있다. 플럭스를 약 540 ℃의 온도에서 베이킹하면, 칼슘 카보네이트와 같은 플럭스 중의 CO2 공급원이 분해되는 경향이 있다. 결과적으로, 플럭스 조성물에 대한 건조 시간은, 특정 CO2 함량이 유리한 때에 플럭스로부터 CO2가 방출되지 않도록 감소되어야 한다. 그러나, 건조 시간이 감소되면, 플럭스의 수분 함량이 증가되어, 플럭스에 대한 경화 시간이 줄어든다.
수분을 제거하기 위하여 플럭스를 540 ℃ 이상에서 베이킹할 경우의 다른 문제는, 용접 금속을 합금화하기 위하여 첨가될 수 있는 금속 분말(예컨대, Al, Mg, Ti 등)과 같은 여러 플럭스 성분이 베이킹 작업 중에 산화된다는 것이다. 금속 분말은 용접 대상의 각종 타입의 금속 또는 강을 합금화하기 위하여 필요에 따라 첨가된다. 작동 온도에서 플럭스의 점도를 낮추고, 이에 의해 강(steel)에서의 용융 플럭스의 유동성을 변경시키도록 불화물을 첨가할 수도 있다. 강봉(steel rod)의 조성을 변경시키기 보다는 플럭스에 첨가할 금속 분말의 유형을 융통성있게 선택함으로써, 용접 전극에 대한 비용을 절감할 수 있다. 또한, 플럭스계에 혼입되는 일부 재료는 고온에서 실리케이트(예컨대, 카올린)와 반응한다.
나트륨 실리케이트 및/또는 칼륨 실리케이트 바인더와 관련된 문제를 해결하기 위하여 여러 가지 플럭스 바인더가 개발되어 왔다. 이들 바인더 중 2개가 미국 특허 제4,103,067호 및 제4,662,952호에 개시되어 있고, 이들 두 특허는 본 명세서에 참고로 인용된다. 상기 '952 특허는 테트라알킬오르소실리케이트〔Si(OR)4, 여기서 R은 CH3-C2H5 또는-C3H7, 알칼리 및 알카라인 토류 염〕의 혼합물로부터 가수분해되거나 중합된 용접용 플럭스 바인더를 개시하고 있다. 이러한 바인더를 이용하 여 제조된 용접용 플럭스는 알칼리-알카라인 토류 실리케이트(M2OㆍM'OㆍSiO2; 여기서 M은 리튬, 나트륨, 칼륨 또는 주기율표의 다른 1족 원소이고, M'는 마그네슘, 칼슘, 바륨 또는 주기율표의 다른 2족 원소임)를 포함하고, 금속 화합물을 더 포함할 수 있다. 테트라알킬오르소실리케이트는 세라믹 바인더에 대한 유기금속 전구체이다. 유기 부분은 용접용 플럭스 바인더의 처리 중에 제거되므로, 최종 생성물에는 존재하지 않는다. 나트륨 실리케이트 및/또는 칼륨 실리케이트 바인더와는 달리, 바인더는 균일한 분포의 알칼리 및 알카라인 토류 이온을 포함하고, 흡습성이 없다. 이것은 CaO, MgO, BaO 또는 다른 알카라인 토류 산화물을 형성하도록 반응하는 화합물의 존재 및 테트라알킬오르소실리케이트의 사용에 따른 결과이다. 산화물 화합물, 특히 칼슘 산화물 화합물은 안정화제로서 작용하고, 소성된 바인더를 비흡성으로 되게 한다. 알칼리 화합물, 특히 칼륨 화합물은 유리의 점도를 현저하게 감소시켜서, 바인더를 소성하는 데 필요한 온도를 약 500-1100 ℉로 낮춘다. 상기 '067 특허는 가수분해된 유기 실리케이트(예컨대, 에틸 실리케이트)의 바인더를 개시하고 있으며, 이 바인더는 수분 레벨에 실질적으로 전혀 기여하지 않으며, 이 바인더는 용접 이전에 흡습성의 수분 픽업을 저지하는 커버로 된다. 가수분해된 에틸 실리케이트는 플럭스의 흡습성을 감소시킨다. 가수분해된 유기 실리케이트 바인더는 나트륨 실리케이트 또는 칼륨 실리케이트 바인더에 대한 대체물 또는 보충물로서 사용될 수 있다. 그 결과, 537 ℃에 이르는 불활성 가스 차폐 분위기에서의 적절한 건조에 의해, 가수분해된 에틸 실리케이트는 수분이 없는 실리 카로 변환되고, 그 결과 플럭스의 수분 함량이 낮아지게 된다. 또한, 바인더에 의한 수분 픽업은, 그들 전극을 수분의 과도한 픽업 없이 통상적인 현장 실습보다 긴 시간동안 사용할 수 있도록 제한된다.
이들 바인더가 나트륨 실리케이트 및/또는 칼륨 실리케이트 바인더와 관련된 수분 픽업의 문제 중 일부를 해결하고 있지만, 상기 '952 특허에 개시된 바인더는 바인더를 경화하기 위하여 여전히 고온을 필요로 한다. 상기 '067 특허에 개시된 바인더는 경화 온도가 낮기는 하지만, 유기 바인더의 사용에 의해 플럭스 내에 수소를 도입한다. 이와 같이 첨가된 수소는 용접 금속에서 극히 낮은 수소 레벨을 얻고자 할 때에는 치명적일 수 있다. 종래 기술의 바인더를 고려하여, 흡습성이 낮고, 경화 온도가 낮고, 플럭스계에 수소를 도입하지 않는 바인더에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명은 용접용 플럭스에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하면 수분 흡수를 저지하고 광범위한 범위의 플럭스 성분 및/또는 금속 합금제를 결합시키는 데 사용될 수 있는 용접용 플럭스 바인더에 관한 것이다. 본 발명의 신규한 바인더를 채용하는 플럭스계는 서브머지드 아크 용접 및 피복 금속 아크 용접 등과 같은 모든 타입의 용접에 사용될 수 있다. 플럭스계는 용접 전극 상에 피복될 수 있고, 금속 전극의 코어 내로 삽입될 수 있고, 및/또는 입상 플럭스로 형성될 수도 있다. 본 발명의 신규한 바인더는 과거의 플럭스 바인더를 경화시키는 데 필요한 고온과 관련한 과거의 플럭스계의 문제 및 플럭스 바인더가 건조된 후에 플럭스계의 수분 흡수와 관련된 문제를 해결한다. 본 발명의 신규한 바인더를 채용하는 플럭스계는, 서브머지드 아크 용접 공정 중에 공작물 상에 플럭스계를 균일하게 침적하는 것 및/또는 전극을 플럭스 코어드 전극으로 형성하기 전에 전극 상에 플럭스계를 균일하게 침적하는 것과 관련된 문제를 또한 극복한다. 본 발명의 신규한 바인더는 플럭스계에 있어서 각종의 플럭스제 및/또는 금속 합금제와 성공적으로 결합하는 콜로이드상 바인더를 채용한다. 콜로이드상 바인더는 종래 기술의 실리케이트 바인더계보다 상당히 낮은 온도에서 건조 및 경화될 수 있다. 일단 콜로이드상 바인더가 건조되고 경화되면, 신규한 바인더는 수분의 흡수를 저지하고, 이로써 장기간에 걸쳐 플럭스계의 수분 함량을 낮게 유지할 수 있다. 또한, 신규한 바인더의 건조 및 경화 온도가 낮음으로 인하여, 플럭스계에 증가된 수의 플럭스 성분을 사용할 수 있게 된다. 종래의 플럭스계는, 플럭스계가 카보네이트 및/또는 (이들로 한정되는 것은 아닌) 알루미늄, 마그네슘 및 티타늄과 같은 특정 타입의 금속 합금을 포함하는 경우에는 장기간동안 649 ℃를 초과하는 온도에서 건조될 수 없었다. 649 ℃ 이상의 건조 온도에서는, 카보네이트 화합물은 시간의 경과에 따라 분쇄되고, 이로써 용접 작업 중에 차폐 가스로서 사용되었던 이산화탄소를 방출시킨다. 또한, 건조 온도가 높으면, 특정 합금 금속의 산화가 야기되고, 그에 따라 용접 공정 중에 용접 금속의 합금제로 그러한 금속을 사용하는 것이 방지된다. 본 발명의 신규한 바인더의 건조 및 경화 온도가 낮기 때문에, 플럭스계에 카보네이트를 사용할 수 있을 뿐 아니라, 플럭스계에 증가된 수의 금속 합금제를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 본 발명의 신규의 용접용 플럭스 바인더는 하나 이상의 금속 산화물로부터 형성된 콜로이드상 바인더를 포함한다. 이 콜로이드상 바인더는 플럭스계의 플럭스 바인더의 전부를 구성할 수도 있고, 플럭스계의 플럭스 바인더의 단지 일부만을 구성할 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 콜로이드상 바인더를 형성하는 금속 산화물은 이산화규소를 포함한다. 이산화규소는 순수한 형태 및/또는 순수한지 않은 형태로 있을 수 있다. 순수하지 않은 형태의 예로는, 석영, 장석, 운모, 흑운모, 감람석, 감섬석, 백운모, 휘석 및/또는 기타 이산화규소 공급원을 포함하지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 이 실시예의 양태에 있어서, 콜로이드상 바인더 내의 적어도 약 5%의 이산화규소는 순수한 형태의 이산화규소이다. 그러한 순수한 이산화규소의 공급원 중 하나는 Kemira Chemicals의 Indusil 508로서 판매되는 것이 있다. 이 실시예의 다른 및/또는 대안의 양태에서는, 콜로이드상 바인더 내에서 통상적으로 적어도 약 10%의 이산화규소는 순수한 형태의 이산화규소이고, 보다 통상적으로는 콜로이드상 바인더 내에서 적어도 약 20%의 이산화규소는 순수한 형태의 이산화규소이고, 보다 통상적으로는 콜로이드상 바인더 내에서 적어도 약 30%의 이산화규소는 순수한 형태의 이산화규소이고, 보다 통상적으로는 콜로이드상 바인더 내에서 적어도 약 40%의 이산화규소는 순수한 형태의 이산화규소이고, 더욱 통상적으로 콜로이드상 바인더 내에서 적어도 약 50%의 이산화규소는 순수한 형태의 이산화규소이고, 보다 통상적으로 콜로이드상 바인더 내에서 적어도 약 60%의 이산화규소는 순수한 형태의 이산화규소이고, 보다 통상적으로 콜로이드상 바인더 내에서 적어도 약 70%의 이산화규소는 순수한 형태의 이산화규소이고, 보다 통상적으로 콜로이드상 바인더 내에서 적어도 약 80%의 이산화규소는 순수한 형태의 이산화규소이고, 보다 통상적으로 콜로이드상 바인더 내에서 적어도 약 90%의 이산화규소는 순수한 형태의 이산화규소이고, 가장 통상적으로 콜로이드상 바인더 내에서 통상적으로 약 100%의 이산화규소는 순수한 형태의 이산화규소이다. 본 발명의 다른 및/또는 대안의 실시예에서, 콜로이드상 바인더 내의 고체 입자의 평균 입도는 콜로이드상 바인더의 결합 효과를 달성하기 위하여 충분히 작게 선택된다. 충분히 작은 입자를 사용하는 때에는, 입자의 표면 상에서의 브라우니안 효과(Brownian effect)에 기인한 화학적 결합 효과로 인하여, 콜로이드상 바인더에 의해 플럭스 성분의 하나 이상이 함께 결합되는 것으로 판명되었다. 이 실시예의 일 양태에 있어서, 콜로이드상 바인더 중의 입자의 평균 입도는 약 100 ㎚ 미만이고, 통상적으로 약 70 ㎚ 미만이고, 보다 통상적으로는 약 60 ㎚ 미만이고, 더욱 통상적으로는 약 50 ㎚ 미만이고, 더욱 통상적으로는 약 40 ㎚ 미만이고, 더욱 통상적으로는 약 30 ㎚ 미만이고, 보다 통상적으로는 약 20 ㎚ 미만이고, 더욱 통상적으로 약 10 ㎚ 미만이며, 가장 통상적으로는 약 0.5 내지 10 ㎚ 이다. 한정의 의도는 없는 구조에 있어서, 콜로이드상 바인더 중의 고체 입자의 평균 입도는 약 1-30 ㎚이고, 통상적으로는 약 2-25 ㎚이고, 더욱 통상적으로는 약 5-15 ㎚이고, 가장 통상적으로는 약 5-10 ㎚이다. 본 발명의 다른 및/또는 대안의 양태에 있어서, 콜로이드상 바인더는 액체 성분 및 고체 입자 성분을 포함한다. 일반적으로, 액체 성분은 주로 물을 포함하지만, 추가의 및/또는 대안의 액체를 사용할 수도 있다. 액체는 고체 입자를 부유시키는 데 사용되어 습식 플럭스계의 건조 중에 고체 입자가 플럭스계의 성분을 결합시킬 수 있게 한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 액체는 실질적으로 어떠한 탄화수도 화합물도 없다. 액체계 내로 탄화수소 화합물이 도입되면, 용접 공정 중에 용접 금속에 수소가 도입될 수 있게 된다. 일부 플럭스계에서는, 용접 공정 중에 원하는 용접 풀 성질을 달성하기 위하여 플럭스계로부터 수소를 제거하거나 감소시킬 필요가 있다. 이 실시예의 일 양태에 있어서, 액체는 약 10% 미만의 탄화수소 화합물을 함유하고, 통상적으로는 약 5% 미만의 탄화수소 화합물을, 보다 통상적으로는 약 2% 미만의 탄화수소 화합물을, 더욱 통상적으로는 약 0.05% 미만의 탄화수소 화합물을 포함한다. 본 발명의 다른 및/또는 대안의 실시예에 있어서, 콜로이드상 바인더 중의 고체 입자는 일반적으로 콜로이드상 바인더의 건조 이전에 콜로이드상 바인더의 전체 중량의 약 90% 미만을 구성한다. 이 실시예의 일 양태에 있어서, 고체 입자는 콜로이드상 바인더의 전체 중량의 약 60% 미만을 구성하고, 통상적으로는 콜로이드상 바인더의 전체 중량의 약 50% 미만을, 보다 통상적으로는 콜로이드상 바인더의 전체 중량의 약 45% 미만을, 더욱 통상적으로는 콜로이드상 바인더의 전체 중량의 약 40% 미만을, 더욱 통상적으로는 콜로이드상 바인더의 전체 중량의 약 35% 미만을, 더욱 통상적으로는 콜로이드상 바인더의 전체 중량의 약 5-35%를, 더욱 통상적으로는 콜로이드상 바인더의 전체 중량의 약 10-35%를, 더욱 통상적으로는 콜로이드상 바인더의 전체 중량의 약 15-35%를, 더욱 통상적으로는 콜로이드상 바인더의 전체 중량의 약 20-35%를, 가장 통상적으로 콜로이드상 바인더의 전체 중량의 약 25-35%를 구성한다.
본 발명의 또 다른 및/또는 대안의 양태에 있어서, 콜로이드상 바인더는 플럭스계의 바인더의 100%를 구성할 수도 있고, 플럭스계의 바인더의 일부를 구성할 수도 있다. 콜로이드상 바인더가 바인더계의 일부를 구성하는 경우에, 콜로이드상 바인더는 다른 바인더와 혼합된다. 이러한 다른 바인더의 예로는 물유리(칼륨 실리케이트 및/또는 나트륨 실리케이트), 붕산, 보록스(borox), 가용성 카보네이트, 니트레이트, 옥실레이트(oxillates) 또는 옥시클로라이드, 각종 타입의 수지, 수가(sugar), 전분, 한천(agar) 등을 포함할 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 전체 바인더의 일부를 구성할 때, 콜로이드상 바인더는 일반적으로 물유리와 배합된다. 콜로이드상 바인더가 물유리와 배합될 때, 이들 두 성분은 통상적으로 바인더의 대부분을 구성하고, 보다 통상적으로는 바인더의 약 60% 이상을 구성하고, 보다 통상적으로는 바인더의 약 70% 이상을 구성하고, 더욱 통상적으로는 바인더의 약 80% 이상을 구성하고, 더욱 통상적으로는 바인더의 약 90% 이상을 구성하고, 가장 통상적으로는 바인더의 약 100%를 구성한다. 다른 및/또는 대안의 실시예에서, 콜로이드상 바인더가 전체 바인더의 일부를 구성할 때, 콜로이드상 바인더는 전체 바인더의 약 5% 이상을 구성하고, 통상적으로는 전체 바인더의 약 10% 이상을, 보다 통상적으로는 전체 바인더의 약 20% 이상을, 보다 통상적으로는 전체 바인더의 약 30% 이상을, 더욱 통상적으로는 전체 바인더의 약 40% 이상을, 보다 통상적으로는 전체 바인더의 약 50% 이상을, 더욱 통상적으로 전체 바인더의 약 60% 이상을, 더욱 통상적으로는 전체 바인더의 약 70% 이상을, 더욱 통상적으로는 전체 바인더의 약 80% 이상을, 더욱 통상적으로는 전체 바인더의 약 90% 이상을, 가장 통상적으로는 전체 바인더의 약 95% 이상을 구성한다.
본 발명의 다른 및/또는 대안의 양태에 있어서, 플럭스계의 신규한 바인더는, 신규한 플럭스 바인더가 플럭스계의 하나 이상의 성분에 악영향을 끼치지 않도록 저온에서 건조 및 경화될 수 있게 조제된다. 많은 종래 기술의 바인더계는 바인더가 650℃(1200℉)를 초과하는 온도에서 장기간동안 경화될 것을 필요로 하였다. 이러한 고온은 통상적으로 플럭스계 중의 여러 금속 합금의 산화를 야기하였고, 및/또는 플럭스계의 하나 이상의 카보네이트로부터 이산화탄소의 방출을 초래하였다. 플럭스계로부터 이산화탄소가 방출되면, 용접 중에 플럭스계에 의해 발생되는 차폐 가스의 양이 줄어든다. 플럭스계 중의 하나 이상의 금속 합금이 산화되면, 산화된 금속 합금이 용접 금속에서 합금화되지 않고, 이에 따라 원하는 용접 금속 조성물을 얻지 못하였다. 이들 종래의 플럭스계의 건조 시간 및/또는 건조 온도를 줄이면, 이들 플럭스계로부터 방출되는 이산화탄소의 양 및/또는 이들 플럭스계에 있어서 금속 합금의 산화량을 줄일 수 있다. 그러나, 이와 같이 건조 온도 및/또는 건조 시간을 줄이면, 이들 종래의 플럭스계의 바인더는 건조 공정 중에 전적으로 또는 적합하게 경화될 수 없게 된다. 이들 종래의 플럭스계의 그러한 부적합한 경화 및/또는 건조의 결과로서, 플럭스계의 수분 함량이 증가되고 및/또는 보관 중에 플럭스계에 의한 수분 흡수가 크게 증가되었다. 또한, 바인더의 부적합한 경화로 인하여, 플럭스계의 성분을 함께 결합하는 것이 저조하게 되었다. 저온에서 경화될 수 있는 유기 화합물을 포함하는 여러 대안의 바인더계가 제안되었다. 그러나, 이러한 유기 화합물은 플럭스계 내로 수소를 도입하며, 이는 특정의 용접 용례에서는 불리할 수 있다. 본 발명의 신규한 플럭스계는, 과거의 바인더보다 상 당히 낮은 온도에서 건조 및 경화되고 그러한 낮은 온도에서 바인더를 경화시키기 위하여 탄화수소 성분을 포함할 필요가 없는 특유의 바인더계를 사용함으로써, 이들 종래의 플럭스계의 과거의 문제를 극복하고 있다. 또한, 신규한 바인더는, 플럭스계의 수분 함량을 상당히 제거하고 장기간에 걸쳐 플럭스계의 수분 함량을 낮게 유지하도록 건조될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 플럭스계는 플럭스계에서 바인더의 건조 및 경화 공정 중에 약 760℃(1400℉) 미만의 온도로 가열된다. 플럭스계를 상승된 온도로 가열하는 것은 플럭스계 중의 수분 함량을 줄이거나 및/또는 플럭스계의 바인더를 경화시키는 데 사용된다. 수소 공급원으로서의 물이 특정 타입의 용접 작업 중에 용접 금속의 성질에 악영향을 끼칠 수 있기 때문에, 플럭스계의 수분 함량의 감소는 유리한 것이다. 특히 고강도 강에 용접 비드를 형성할 때에 플럭스계의 수분 함량이 낮은 것이 유리하다. 그러나, 플럭스의 수분 함량이 원하는 용접 비드를 위하여 상당히 높을 수 있는 다른 용례도 있다. 이 실시예의 다른 양태에 있어서, 건조 및/또는 경화 공정 중에 플럭스계가 노출되는 온도는 약 705℃(1300℉) 미만이고, 통상적으로는 약 650℃(1200℉) 미만이고, 더욱 통상적으로는 약 594℃(1100℉) 미만이고, 더욱 통상적으로는 약 538℃(1000℉) 미만이고, 가장 통상적으로는 약 482℃(900℉) 미만이다. 이해할 수 있듯이, 건조 및/또는 경화 중에 상당히 낮은 온도를 사용할 수도 있다. 다른 및/또는 대안의 실시예에 있어서, 약 250℃(480℉) 이상의 온도에서 플럭스계의 신규한 바인더의 건조 및/또는 경화 시간은 약 1 중량% 미만의 수분 함량을 얻기 위하여 약 10 시간 미만이다. 이 실시예의 일 양태에 있어서, 약 400℃(750℉)를 초과하는 온도 에서 플럭스계의 신규한 바인더의 건조 및/또는 경화 시간은 약 8시간 미만이고, 보다 통상적으로는 약 5시간 미만이고, 가장 통상적으로는 약 4시간 미만이다. 이해할 수 있듯이, 플럭스계의 신규한 바인더의 건조 및/또는 경화 시간은 보다 짧거나 및/또는 보다 길 수도 있다. 이러한 시간 주기는 통상적으로 플럭스계가 노출되는 온도와, 플럭스계의 수분 함량과, 바인더의 경화 시간 및/또는 플럭스계가 건조된 후에 플럭스계의 원하는 수분 함량에 따라 좌우된다. 본 발명의 다른 및/또는 대안의 실시예에 있어서, 플럭스계의 건조 및/또는 경화 후의 플럭스계의 수분 함량은 통상적으로 약 6 중량% 미만, 보다 통상적으로는 약 3 중량% 미만, 더욱 통상적으로는 약 1 중량% 미만, 더욱 통상적으로는 약 0.5 중량% 미만, 가장 통상적으로는 약 0.2 중량% 미만이다. 건조 및/또는 경화 공정 후의 플럭스계의 수분 함량은 통상적으로 사용되는 아크 용접 공정의 타입에 따라 좌우된다. 플럭스계는 고강도 강의 용접 공정에 사용되고, 여기서 수소 함량은 극히 낮은 레벨인 것이 유리하고, 플럭스계의 수분 함량은 통상적으로 약 1% 미만이고, 보다 통상적으로는 약 0.4% 미만이고, 더욱 통상적으로는 약 0.2% 미만이고, 가장 통상적으로 0.15% 미만이다.
본 발명의 또 다른 및/또는 대안의 양태에 있어서, 본 발명의 플럭스계에 사용된 신규한 바인더는 과거의 플럭스계보다 개선된 침적 특징을 나타낸다. 플럭스계가 건조 및/또는 경화된 후에, 플럭스계는 통상적으로 분쇄되고, 그 후 서브머지드 아크 용접 공정 및/또는 플럭스 코어드 전극에 사용되도록 체질된다. 통상적으로, 플럭스계는 분쇄된 후에 체질되어, 플럭스계의 평균 입도는 약 48 메쉬 미만, 보다 통상적으로는 약 80 메쉬 미만, 더욱 통상적으로는 약 100 메쉬 미만으로 된다. 서브머지드 아크 용접 공정에 있어서, 분쇄된 플럭스계는 통상적으로 공작물의 홈 내로 주입되고, 용접 금속을 형성하도록 금속봉이 용융될 때 전기 아크가 인가된다. 서브머지드 아크 용접 공정 중에 플럭스계가 공작물 상으로 침적될 때, 원하는 용접 비드 품질을 얻기 위해서는 용접 공정 중에 원하는 차폐 및/또는 플럭스 성질을 얻도록 소정량의 플럭스계가 필요하다. 과거에, 각종 타입의 분쇄된 플럭스계는 균일하게 침적되지 않았고, 그에 따라 용접 공정 중에 용접 비드 품질의 균일성과 관련한 문제를 야기하였다. 마찬가지로, 플럭스 코어드 전극을 형성할 때에는, 전극이 코어드 전극으로 형상화되기 이전에 소정량의 분쇄된 플럭스가 전극 상으로 침적되고, 플럭스계는 전극의 코어 영역을 메운다. 전극 상으로 침적되는 플럭스계의 균일성은 와이어의 전체 종방향 길이에 걸쳐 코어 영역에서 균일한 양의 플럭스를 유지하기 위해서 중요한 것이다. 과거의 분쇄된 플럭스계는 그러한 침적 균일성에 있어서 곤란함에 직면하였으며, 이로써 플럭스 코어드 전극의 품질에 악영향을 끼쳤다. 플럭스계에 콜로이드상 바인더를 사용하면, 플럭스 코어드 전극의 형성을 위하여 전극 상으로 플럭스계를 침적함으로써 서브머지드 아크 용접 작업에서 플럭스를 침적하는 중에 분쇄된 플럭스계의 유동성이 개선되는 것으로 판명되었다. 따라서, 본 발명의 플럭스계는 과거의 플럭스계의 유동성 문제를 극복한다.
본 발명의 주목적은 콜로이드상 바인더를 포함하는, 본 발명에 따른 개선된 플럭스계를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 및/또는 대안의 목적은, 필요한 건조 온도 및/또는 경화 온도가 낮고, 이로써 플럭스계에 사용될 수 있는 성분의 타입에 대한 융통성을 크게 하는 개선된 플럭스계를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 및/또는 대안의 목적은, 플럭스계가 건조 및/또는 경화된 후에 장기간에 걸쳐 수분 픽업을 저지하는 플럭스계를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 및/또는 대안의 목적은 플럭스계가 분쇄된 후에 개선된 유동성 성질을 나타내는 플럭스계를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 및/또는 대안의 목적은, 경화 온도가 낮고, 유동성이 개선되고, 시간에 따른 수분 픽업을 감소시키는 플럭스계를 제공하도록 다른 바인더와 조합으로 콜로이드상 바인더를 포함하는 플럭스계를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 및/또는 대안의 목적은, 콜로이드상 바인더를 포함하고, 서브머지드 아크 용접 공정에서 사용될 수 있고, 전극 상에 코팅될 수 있고, 및/또는 플럭스 코어드 전극의 코어에 사용될 수 있는 플럭스계를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 및/또는 대안의 목적은 플럭스계의 하나 이상의 성분을 화학적으로 함께 결합하는 바인더를 포함하는 플럭스계를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 및/또는 대안의 목적은 코팅된 금속 전극을 형성하도록 금속 전극 상에 압출될 수 있는 플럭스계를 제공하는 것이다.
이들 및 그 외의 다른 목적 및 장점은 첨부 도면에 도시된 바와 같은 바람직한 실시예를 고려한 본 발명과 종래 기술의 차이에 대한 논의로부터 명확하게 될 것이다.
도면을 보다 상세하게 참고하면, 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하기 위한 목적이며, 본 발명을 한정하고자 하는 목적은 없다. 도 1은 작은 이산화규소 입자를 사용하여 용접용 플럭스계의 각종 성분을 함께 결합하는 것을 도시하고 있다. 플럭스계의 성분은 통상적으로 금속 산화물(예컨대, 알루미늄 산화물, 붕소 산화물, 칼슘 산화물, 크롬 산화물, 철 산화물, 마그네슘 산화물, 니오븀 산화물, 칼륨 산화물, 규소 산화물, 나트륨 산화물, 주석 산화물, 티타늄 산화물, 바나듐 산화물, 지르코늄 산화물 등), 금속 카보네이트(예컨대, 칼슘 카보네이트 등), 금속 불화물(예컨대, 바륨 불화물, 비스무스 불화물, 칼슘 불화물, 칼륨 불화물, 나트륨 불화물, 테플론 등), 및/또는 금속 합금제(예컨대, 알루미늄, 붕소, 칼슘, 탄소, 철, 망간, 니켈, 규소, 티타늄, 지르코늄 등)을 포함한다. 플럭스계의 특정 성분은 통상적으로 사용되는 용접 공정의 타입(SAW, SMAW, FCAW) 및/또는 용접 대상 공작물의 타입에 따라 좌우된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이산화규소의 입자는 플럭스 성분의 입자(10)보다 상당히 작다. 도 1은 두 플럭스 성분의 표면의 작은 부분 사이에 3개의 작은 이산화규소 입자가 위치되어 있는 것을 도시하고 있다. 이산화규소는 순수한 공급원 또는 순수하지 않은 공급원으로부터 나올 수 있다. 통상적으로, 대부분의 이산화규소는 순수한 공급원으로 나온다. 통상적으로, 이산화규소의 입자는 평균 입도가 약 2-25 ㎚이고, 보다 통상적으로 평균 입도가 약 8 ㎚ 이다. 플럭스 성분의 평균 입도는 통상적으로 약 400 메쉬(37 ㎛) 이상이다. 따라서, 이산화규소의 입도는 일반적으로 플럭스계의 다른 성분보다 상당히 작다. 예컨대, 평균 입도가 약 400 메쉬인 플럭스 성분은 평균 입도가 약 8 ㎚인 이산화규소 입자보다 약 4625배 크다. 이산화규소에 의한 결합 메커니즘은 화학적 성질이 있는 것으로 생각된다. 작은 이산화규소 입자는 브라우니안 힘(Brownian force)에 의해 플럭스 성분으로 당겨지는 것으로 생각된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이산화규소 입자는 음전하를 갖고, 플럭스 성분(10)의 양으로 하전된 표면에 끌려가 있다. 따라서, 작은 이산화규소 입자는 바인더 입자 사이에 플럭스 성분을 포집하는 종래의 바인더와는 다르게 플럭스 성분에 결합된다. 작은 이산화규소 입자는 양으로 하전된 임의의 인접 플럭스 성분(예컨대, 알칼리 및/또는 알카라인 토류 금속 화합물)과 화학적으로 결합된다. 음으로 하전된 작은 입자와 양으로 하전된 금속 산화물의 결합으로 인하여, 그러한 산화물의 가수분해를 감소시킬 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 작은 이산화규소 입자 형태의 바인더와 물유리 형태의 통상의 바인더를 사용하여 두 플럭스 성분의 표면 영역을 함께 결합하였다. 물유리의 입자는 이산화규소의 입자보다 훨씬 큰 것으로 도시되어 있다. 통상적으로, 물유리 입자는 이산화규소 입자보다 적어도 100배 이상 크다. 물유리 입자에 의한 결합 메커니즘은 플럭스 성분을 복수의 물유리 입자 사이에 포집하는 것이다. 전술한 바와 같이, 작은 이산화규소 입자에 대하여 고려되는 결합 메커니즘은 브라우니안 효과로 인한 전기적 인력이다. 양 타입의 플럭스를 함께 사용하여 플럭스 성분을 함께 성공적으로 결합할 수 있는 것으로 확인되었다. 작은 이산화규소 입자와 물유리 입자를 조합하여 사용하는 경우에, 물유리와 이산화규소 입자의 조합은 플럭스계의 바인더의 적어도 약 70 중량%, 통상적으로는 플럭스계의 바인더의 적어도 약 90 중량%를 구성한다.
이제 도 3을 참조하면, 서브머지드 아크 용접 또는 플럭스 코어드 전극의 코어를 메우는 데 사용되는 플럭스계를 형성하는 공정이 도시되어 있다. 플럭스 성분 및/또는 금속 합금제의 건조 혼합물을 준비하거나 얻었다(단계 20). 플럭스 성분 및/또는 금속 합금제의 크기는 필요에 따라 조정한다. 통상적으로, 플럭스 성분 및/또는 금속 합금제의 평균 크기는 약 100-400 메쉬이다. 그 후, 플럭스 성분 및/또는 금속 합금제를 습윤 바인더에 의해 혼합하여 습윤 혼합물을 형성하였다(단계 22). 이해할 수 있듯이, 플럭스 성분을 먼저 바인더와 혼합한 후에, 금속 합금제와 혼합할 수도 있고, 금속 합금제를 먼저 바인더와 혼합한 후에, 플럭스 성분과 혼합할 수도 있으며, 임의의 다른 혼합 순서를 채용할 수도 있다. 바인더는 작은 이산화규소 입자를 갖는 콜로이드상 바인더를 포함한다. 콜로이드상 바인더 중의 작은 입자는 이산화규소 입자의 전부 또는 일부를 구성할 수 있다. 통상적으로, 콜로이드상 바인더의 작은 입자 중에서 80 중량% 이상이 이산화규소 입자이다. 콜로이드상 바인더 중의 작은 입자의 평균 입도는 통상적으로 약 2-25 ㎚이고, 보다 통상적으로 약 8 ㎚이다. 콜로이드상 바인더의 액체 성분은 통상적으로 콜로이드상 바인더의 약 60-85 중량%를 구성하고, 보다 통상적으로는 콜로이드상 바인더의 약 70 중량%를 구성한다. 액체는 통상적으로는 물이지만, 다른 및/또는 추가의 액체가 사용될 수도 있다. 바인더는 100 중량%의 콜로이드상 바인더로 이루어져 도 1에 도시된 배열과 유사한 바인더 배열을 형성할 수도 있고, 콜로이드상 바인더 일부와 기타 하나 이상의 다른 바인더 일부로 이루어져 도 2에 도시된 배열과 유사한 바인더 배열을 형성할 수도 있다. 콜로이드상 바인더가 하나 이상의 다른 바인더와 배합되는 경우에, 다른 바인더는 통상적으로 물유리이다. 콜로이드상 바인더는 바인더의 일부를 구성할 때에는 대체로 바인더의 0.01-99.99 중량%를 구성할 수 있다. 바인더가 주로 물유리와 콜로이드상 바인더로 형성될 때, 콜로이드상 바인더는 통상적으로 바인더의 약 5-75 중량%를 구성하고, 보다 통상적으로는 바인더의 약 20-50 중량%를 구성한다.
플럭스 바인더에 물유리를 사용하면 다음의 사항을 포함한 여러 가지 장점을 갖지만, 이들 장점으로 한정되는 것은 아니다.
●물유리 성분(Na2O 및/또는 K2O)은 아크 안정성을 개선시킨다.
●물유리는 용접 중에 슬래그의 융점/빙점 범위를 조정하는 데 도움이 되는 낮은 융점의 성분을 플럭스계에 제공한다.
●물유리는 취급 및 사용하기에 용이하다.
●물유리는 가격이 저렴한 재료이다.
바인더로서 단지 콜로이드상 바인더만을 사용하거나 바인더로서 물유리와 콜로이드상 바인더를 조합하여 사용하는 플럭스계는 바인더로서 물유리만을 사용하는 플럭스계의 다음의 사항을 비롯한 과거의 문제를 많이 극복하지만, 이들 문제로 한정되는 것은 아니다.
●물유리가 고온(1400℉ 이상)에서 적절하게 경화되지 않으면, 플럭스계는 상당한 양의 수분을 흡수하게 된다.
●물유리는 높은 경화 온도를 필요로 하여, 플럭스계에 사용할 수 있는 성분의 타입을 제한한다.
●물유리는 일부 플럭스계 조제에 불리할 수 있는 칼륨 및/또는 나트륨을 포함한다.
●플럭스 바인더가 상당한 양의 물유리를 포함한 상태로 스테인리스 강을 용접할 때에 많은 대량의 6가 크롬 연기가 생성된다.
●바인더가 물유리일 때에는 분쇄된 플럭스계에 보다 거친 입상 크기를 필요로 한다.
일단 바인더와 플럭스 성분 및/또는 합금제가 적절하게 함께 혼합되면, 습윤 혼합물은 건조 단계(24)에서 건조된다. 습윤 혼합물은 임의의 종래의 장치(예컨대, 오븐 등)에 의해 건조될 수 있다. 건조 온도는 통상적으로 약 800-1200 ℉(426-649 ℃)이지만, 보다 높거나 보다 낮은 온도를 사용할 수도 있다. 플럭스계가 카보네이트, 알루미늄 금속, 마그네슘 금속 및/또는 티타늄 금속을 포함하는 경우에, 카보네이트로부터 해리되는 이산화탄소의 양을 줄이고 및/또는 알루미늄 금속, 마그네슘 금속 및/또는 티타늄 금속의 산화량을 감소시키도록 건조 온도는 통상적으로 약 1200℉(649℃)를 초과하지 않는다. 바인더에 대한 건조 온도는 플럭스계의 원하는 결합량을 여전히 달성하면서 습윤 혼합물 내의 수분을 제거하도록 200-600℉ 정도로 낮을 수 있다. 플럭스계는 원하는 또는 적절한 수분 함량을 얻을 때까지 건조된다. 고강도 용접에 사용된 플럭스계의 경우에, 플럭스계에 대한 수분 함량은 통상적으로 약 2 중량% 이하로 감소되고 그 상태로 유지된다.
일단 플럭스계가 건조된 후에, 플럭스계는 분쇄되고 체질되어, 약 32-200 메쉬의 플럭스계의 평균 입도를 얻었지만, 다른 평균 입도도 사용할 수 있다. 분쇄 및 체질 공정(단계 26)은 표준 기법에 의해 실행될 수 있으므로, 이에 대해서는 더 설명하지 않는다. 콜로이드상 바인더를 포함하는 플럭스계는 보다 미세하게, 또는 물유리, 당밀(molasses) 등의 바인더를 이용하는 종래의 플럭스계에 비하여 작은 입도로 분쇄될 수 있다.
도 3에 도시된 공정에 의해 형성된 플럭스계는 서브머지드 아크 플럭스로서 사용될 수도 있고, 플럭스 코어드 전극의 코어에 수용될 수도 있다. 콜로이드상 바인더를 포함하는 플럭스계는 물유리에 의해 결합된 플럭스계와 같은 종래 기술의 바인더계에 비하여 개선된 유동성 성질을 갖는 것으로 확인되었다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 종래 기술의 플럭스계는 디스펜서(42)에 의해 공작물(W) 상으로 퇴적물(40; pile)로 분배된다. 그러한 작업은 통상적으로 서브머지드 아크 용접 시스템에서 발생하며, 여기서 플럭스계는 용접 대상 공작물(W)에 도포된 후, 전기 아크가 인가되어 소모성 와이어 전극 및 플럭스계를 용융시킨다. 플럭스계는 분위기로부터 용접 풀을 원하는 수준으로 차폐 및/또는 보호하기 위하여 충분한 양으로 공작물 상에 퇴적되어, 용접 금속 등의 성질을 개질한다. 부적합한 양(너무 적거나 너무 많은)의 플럭스계가 공작물에 도포되면, 용접 금속의 원치 않는 특징이 발생될 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 과거의 플럭스계는 분배기로부터 균일하게 흐르지 않았고, 그 결과 플럭스계는 공작물 상에 불균일하게 퇴적되었다. 본 발명의 콜로이드상 바인더를 포함하는 플럭스계는 개선된 유동성을 나타낸다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 플럭스계는 분배기(52)로부터 실질적으로 균일하게 흘러서, 공작물(W) 상에는 상당히 균일한 플럭스계의 퇴적물(50)을 형성한다. 균일한 유동의 유사한 장점은 플럭스 코어드 전극의 형성에도 적용될 수 있다.
표 1은 표준 물유리 바인더를 사용하는 여러 플럭스계에 대하여 콜로이드상 바인더를 포함하는 여러 플럭스계의 수분 픽업의 결과를 보여주고 있다.
Figure 112005064841484-pat00001
Oerlikon OP121TT, Lincoln 880M, Lincoln 761, 및 Lincoln 860으로 식별된 플럭스는 물유리를 주요 바인더로서 포함하는 시판용 플럭스계이다. Experimental DCX 6, Experimental DCX 7, Experimental DCX 8 및 Experimental DCX 9로서 식별된 플럭스는, 합금제의 함량을 변경한 것을 제외하고는 전술한 표준 플럭스의 하나 이상과 유사한 플럭스계이다. Experimental DCX 6, Experimental DCX 7 및 Experimental DCX 9는 콜로이드상 실리카를 1/3, 물유리를 2/3 함유하는 바인더를 포함한다. Experimental DCX 8은 Experimental DCX 7과 동일하지만, 바인더는 어떠한 콜로이드상 실리카도 포함하지 않는다. 전술한 모든 플럭스는 서브머지드 아크 용접용 플럭스이고, -20+40 메쉬로 체질하였고, 후속하여 80℉ 및 80%의 상대 습도에서 가습 이전에 한 시간동안 재조정하였다. 또한, 위에서 설명한 모든 플럭스를 900 ℉에서 테스트하기 전에 900 ℉에서 한시간 동안 재조정하였다. 원래 상태(As received)는 재조정 후지만 가습 전인 플럭스계를 나타내는 것이다. 모든 실험용 플럭스를 약 1250 ℉의 온도에서 건조하였다. 콜로이드상 바인더를 포함하는 플럭스계는 시판용 플럭스계에 비하여 적합한 수준의 분해를 나타내었다.
표 1에 도시된 바와 같이, 주 바인더로서 물유리를 포함한 모든 플럭스계는 2번의 수분 테스트 중에 상당한 수분 흡수를 나타내었다. 바인더 중에 물유리와 콜로이드상 실리카를 조합하여 포함하는 플럭스계는 테스트 기간 중에 수분을 거의 흡수하지 않은 것으로 나타났다. 각종 플럭스의 수분 흡수가 도 6에 그래프로 도시되어 있다. 또한, 바인더 중에 콜로이드상 실리카를 포함한 플럭스계는 테스트 기간 중에 플럭스계에 실질적으로 동일한 양의 이산화탄소가 유지되었다. 표 1에 설명된 결과가 도 6에 도시되어 있으며, 이 결과는 콜로이드상 실리카를 함유하는 플럭스계가 콜로이드상 실리카를 함유하지 않는 바인더보다 양호하게 수분 흡수를 저지하는 것을 나타내며, 또한 바인더 중의 콜로이드상 실리카가 장기간에 걸쳐 플럭스계의 이산화탄소 함량을 유지하는 것을 보여주고 있다.
이제 도 4를 참조하면, 코팅된 전극을 형성하는 공정이 도시되어 있다. 플럭스 성분 및/또는 금속 합금제의 건조 혼합물을 조제하거나 얻었다(단계 30). 플럭스 성분 및/또는 금속 합금제의 크기를 필요에 따라 조정하였다. 통상적으로, 플럭스 성분 및/또는 금속 합금제의 평균 크기는 약 100-400 메쉬이다. 그 후, 플럭스 성분 및/또는 금속 합금제를 습윤 바인더에 의해 혼합하여 습윤 혼합물을 형성하였다(단계 32). 이해할 수 있듯이, 먼저 플럭스 성분을 바인더와 혼합한 후에, 금속 합금제를 혼합할 수도 있고, 먼저 금속 합금제를 바인더와 혼합한 후에, 플럭스 성분을 혼합할 수도 있으며, 그 외의 다른 순서로 혼합할 수도 있다. 바인더는 작은 이산화규소 입자를 함유하는 콜로이드상 바인더를 포함한다. 콜로이드상 바인더는 전술한 콜로이드상 바인더와 동일하거나 유사하다. 바인더는 100 중량%의 콜로이드상 바인더로 구성되어 도 1에 도시된 배열과 유사한 바인더 배열을 형성할 수도 있고, 콜로이드상 바인더 일부와 기타 하나 이상의 다른 바인더 일부로 구성되어 도 2에 도시된 배열과 유사한 바인더 배열을 형성할 수도 있다. 콜로이드상 바인더를 하나 이상의 다른 바인더와 조합하는 경우에, 다른 바인더는 통상적으로 물유리를 포함한다. 바인더의 일부를 구성할 때 콜로이드상 바인더는 대체적으로 바인더의 약 0.01-99.99 중량%를 구성할 수 있다. 바인더가 주로 물유리와 콜로이드상 바인더로 형성될 때에, 콜로이드상 바인더는 통상적으로 바인더의 약 5-75 중량%, 보다 통상적으로 바인더의 약 20-50 중량%를 형성한다. 콜로이드상 바인더와 함께 물유리 및/또는 다른 바인더를 포함하는 것은 통상적으로 원하는 플럭스 조성에 따라 좌우된다.
일단 바인더와 플럭스 성분 및/또는 합금제가 함께 적합하게 혼합되면, 습윤 혼합물은 빌렛 형성 단계(34)에서 빌렛으로 형성된다. 빌렛은 통상적으로 직경이 약 3-30 인치이고 높이가 약 10-40 인치인 큰 원통형 구조로, 보다 통상적으로는 직경이 약 12 인치이고 높이가 약 14인치인 큰 원통형 구조로 형상화된다. 빌렛을 형성하는 공정은 잘 알려져 있으므로, 본 명세서에서 추가의 설명은 생략하기로 한다. 그 후, 공정 단계(36)에 도시된 바와 같이 제어된 양의 플럭스계를 전극의 표면 근처에 압출하는 압출기 내로 빌렛을 배치한다. 압출기와, 전극 주변에 플럭스계를 압출하는 공정은 널리 알려져 있으므로, 본 명세서에서 추가의 설명은 생략하기로 한다. 그 후, 코팅된 와이어를 공정 단계(38)에서 도시하는 바와 같이 점진적으로 건조시킨다. 건조 온도는 통상적으로 낮은 온도(예컨대, 65℉)에서 시작되고, 코팅된 와이어가 건조 챔버 또는 오븐을 통하여 느리게 이동함에 따라 최대 온도(예컨대, 649℉)까지 점진적으로 증가한다. 이해할 수 있듯이, 보다 높거나 보다 낮은 건조 온도를 이용할 수도 있다. 또한 이해할 수 있듯이, 건조 온도는 플럭스계의 건조 중에 지속적으로 증가될 필요는 없고, 동일한 온도로 유지되거나 또는 온도가 주기적으로 감소될 수 있다. 건조 시간은 통상적으로 수시간이지만, 대체로 건조 이전의 플럭스계의 수분 함량과, 건조 종료 시의 원하는 수분 함량에 따라 좌우된다. 건조 장치는 잘 알려져 있으므로, 본 명세서에서 추가의 설명은 생략하기로 한다.
전술한 실시예 및 이들의 변형예와, 본 발명의 다른 실시예는 본 명세서의 개시 내용으로부터 당업자에게 명백하게 제안되고 있으며, 이로써 전술한 설명이 단지 본 발명을 예시하는 것으로만 해석되고, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다는 것을 명백하게 이해할 것이다.
본 발명에 따르면, 콜로이드상 바인더로 형성된 플럭스계는 과거의 바인더에 비하여 다음과 같은 여러 가지 장점과, 이들 이외의 장점을 갖는다.
●신규한 바인더는 건조 후에 수분 픽업에 대하여 우수한 저항성을 갖는다.
●신규한 바인더는 저온에서 건조/경화될 수 있어서, 보다 많은 수의 플럭스 성분을 플럭스계에 사용할 수 있다.
●신규한 바인더는 화학적 공정에 의해 하나 이상의 플럭스 성분을 적어도 부분적으로 결합한다.
●신규한 바인더는 저온 또는 고온에서 건조/경화될 수 있다.
●신규한 바인더는 와이어 전극의 표면에 코팅될 때 와이어 전극과 강한 결합을 형성한다.
●신규한 바인더를 포함하여 형성된 플럭스계는 균열을 저지한다.
●신규한 바인더는 표준 기법에 의해 건조 및 분쇄될 수 있다.
●신규한 바인더는 다른 바인더와 조합될 수도 있고, 플럭스계용의 단독 바인더로서 사용될 수도 있다.
●신규한 바인더는 저융점 성분(예컨대, 칼륨 및/또는 나트륨 실리케이트)을 플럭스계에 첨가할 필요성을 감소시킨다.
●신규한 바인더는 유동성 특징이 개선된 플럭스계를 형성한다.
●신규한 바인더는 건조 온도/경화 온도가 낮을 필요가 있을 때에 통상적으로 사용되어 왔던 유기 바인더를 사용할 필요성을 제거한다.
●신규한 바인더는 서브머지드 아크 플럭스용, 전극 상에 코팅되는 플럭스용, 및/또는 플럭스 코어드 전극에 사용되는 플럭스용의 플럭스계를 형성하는 데 사용될 수 있다.
●신규한 바인더는 플럭스계 내에서 산화물의 가수분해를 감소시킬 수 있다.
●신규한 바인더는 6가 크롬의 형성을 감소시켜, 플럭스계를 보다 환경 친화적으로 되게 할 수 있다.
●신규한 바인더를 사용한 플럭스계는 보다 미세한 입도로 분쇄될 수 있다.

Claims (90)

  1. 소정의 평균 플럭스 입도와 수분 함량을 가지며, 플럭스제(flux agent)와 바인더로 이루어지는 용접용 플럭스로서,
    상기 플럭스제는 금속 산화물, 금속 불화물, 금속 카보네이트 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택된 화합물을 포함하고, 상기 바인더는 상기 용접용 플럭스의 약 5 중량% 이상을 구성하고, 상기 바인더는 콜로이드상 바인더(colloidal binder)를 포함하며, 이 콜로이드상 바인더는 부분적으로 또는 전체적으로 작은 고체 입자로 형성되고, 이들 작은 고체 입자는 이산화규소를 포함하며, 이들 작은 입자의 대부분은 평균 입도가 약 100 nm 미만인 것인 용접용 플럭스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 바인더는 약 5 중량% 이상의 콜로이드상 바인더를 포함하는 것인 용접용 플럭스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 바인더는 약 30 중량% 이상의 콜로이드상 바인더를 포함하는 것인 용접용 플럭스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 바인더는 중량%로 과반 이상의 콜로이드상 바인더를 포함하는 것인 용접용 플럭스.
  5. 제4항에 있어서, 상기 바인더는 약 100 중량%의 콜로이드상 바인더를 포함하는 것인 용접용 플럭스.
  6. 제1항 내지 제5항에 있어서, 상기 콜로이드상 바인더는 상기 바인더를 완전히 건조하기 이전에 액체 및 상기 작은 고체 입자를 포함하고, 상기 작은 고체 입자는 상기 콜로이드상 바인더의 약 5 중량% 이상을 구성하는 것인 용접용 플럭스.
  7. 제6항에 있어서, 상기 콜로이드상 바인더는 상기 바인더를 완전히 건조하기 이전에 액체 및 상기 작은 고체 입자를 포함하고, 상기 작은 고체 입자는 상기 콜로이드상 바인더의 약 10 중량% 이상을 구성하는 것인 용접용 플럭스.
  8. 제7항에 있어서, 상기 콜로이드상 바인더는 상기 바인더를 완전히 건조하기 이전에 액체 및 상기 작은 고체 입자를 포함하고, 상기 작은 고체 입자는 상기 콜로이드상 바인더의 약 30 중량% 이상을 구성하는 것인 용접용 플럭스.
  9. 삭제
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 작은 고체 입자는 약 10 중량% 이상의 이산화규소를 포함하는 것인 용접용 플럭스.
  11. 삭제
  12. 제6항에 있어서, 상기 작은 고체 입자는 약 10 중량% 이상의 이산화규소를 포함하는 것인 용접용 플럭스.
  13. 제10항에 있어서, 상기 작은 고체 입자는 약 30 중량% 이상의 이산화규소를 포함하는 것인 용접용 플럭스.
  14. 제13항에 있어서, 상기 작은 고체 입자는 중량%로 과반 이상의 이산화규소를 포함하는 것인 용접용 플럭스.
  15. 제14항에 있어서, 상기 작은 고체 입자는 약 100 중량%의 이산화규소를 포함하는 것인 용접용 플럭스.
  16. 제6항에 있어서, 상기 액체는 물을 포함하는 것인 용접용 플럭스.
  17. 제12항에 있어서, 상기 액체는 물을 포함하는 것인 용접용 플럭스.
  18. 제1항 내지 제5항에 있어서, 상기 작은 고체 입자의 평균 입도는 약 50 ㎚ 미만인 것인 용접용 플럭스.
  19. 제6항에 있어서, 상기 작은 고체 입자의 평균 입도는 약 50 ㎚ 미만인 것인 용접용 플럭스.
  20. 삭제
  21. 제10항에 있어서, 상기 작은 고체 입자의 평균 입도는 약 50 ㎚ 미만인 것인 용접용 플럭스.
  22. 제18항에 있어서, 상기 작은 고체 입자의 평균 입도는 약 2 내지 25 ㎚인 것인 용접용 플럭스.
  23. 삭제
  24. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 평균 플럭스 입도는 약 48 메쉬(mesh) 이하인 것인 용접용 플럭스.
  25. 제24항에 있어서, 상기 평균 플럭스 입도는 약 100 메쉬 이하인 것인 용접용 플럭스.
  26. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 수분 함량은 약 1% 미만인 것인 용접용 플럭스.
  27. 제6항에 있어서, 상기 수분 함량은 약 1% 미만인 것인 용접용 플럭스.
  28. 제10항에 있어서, 상기 수분 함량은 약 1% 미만인 것인 용접용 플럭스.
  29. 제26항에 있어서, 상기 수분 함량은 약 0.6% 미만인 것인 용접용 플럭스.
  30. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 플럭스제는 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택된 금속 합금을 포함하는 것인 용접용 플럭스.
  31. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 바인더는 상기 콜로이드상 바인더와 금속 실리케이트의 혼합물을 포함하고, 이 혼합물은 상기 바인더의 약 80 중량% 이상을 구성하고, 상기 금속 실리케이트는 칼륨 실리케이트, 나트륨 실리케이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 용접용 플럭스.
  32. 제31항에 있어서, 상기 바인더는 물유리를 포함하고, 이 물유리 입자의 평균 입도는 상기 콜로이드상 바인더의 평균 입도보다 100 배 이상 큰 것인 용접용 플럭스.
  33. 제32항에 있어서, 상기 바인더는 물유리와 상기 콜로이드상 바인더의 합이 과반 이상인 것인 용접용 플럭스.
  34. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 콜로이드상 바인더는 약 705℃ 미만의 온도에서 경화되는 것인 용접용 플럭스.
  35. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 플럭스제의 입자의 평균 입도 대 상기 작은 고체 입자의 평균 입도의 비는 약 1000인 것인 용접용 플럭스.
  36. 플럭스제를 결합하도록 되어 있는 콜로이드상 혼합물로 이루어지는 용접용 플럭스 바인더로서,
    상기 콜로이드상 혼합물은 부분적으로 또는 전체적으로 작은 고체 입자로 형성되고, 이 작은 고체 입자는 이산화규소를 포함하고, 작은 고체 입자의 과반 이상의 평균 입도는 약 100 ㎚ 미만인 것인 용접용 플럭스 바인더.
  37. 제36항에 있어서, 상기 콜로이드상 혼합물은 액체와 약 20 중량% 이상의 작은 입자를 포함하고, 상기 액체는 물을 포함하며, 상기 작은 입자는 약 10 중량% 이상의 이산화규소를 포함하는 것인 용접용 플럭스 바인더.
  38. 제36항 또는 제37항에 있어서, 상기 콜로이드상 혼합물은 상기 용접용 플럭스 바인더의 약 30 중량% 이상을 구성하는 것인 용접용 플럭스 바인더.
  39. 제38항에 있어서, 상기 콜로이드상 혼합물은 상기 용접용 플럭스 바인더의 약 50 중량% 이상을 구성하는 것인 용접용 플럭스 바인더.
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  42. 제39항에 있어서, 상기 콜로이드상 혼합물은 상기 용접용 플럭스 바인더의 약 100 중량%를 구성하는 것인 용접용 플럭스 바인더.
  43. 제36항 또는 제37항에 있어서, 상기 작은 고체 입자는 약 30 중량% 이상의 이산화규소를 포함하는 것인 용접용 플럭스 바인더.
  44. 삭제
  45. 삭제
  46. 제43항에 있어서, 상기 작은 고체 입자는 약 50 중량% 이상의 이산화규소를 포함하는 것인 용접용 플럭스 바인더.
  47. 제46항에 있어서, 상기 작은 고체 입자는 약 100 중량%의 이산화규소를 포함하는 것인 용접용 플럭스 바인더.
  48. 제36항 또는 제37항에 있어서, 상기 작은 고체 입자는 상기 콜로이드상 혼합물의 약 30 중량% 이상을 구성하는 것인 용접용 플럭스 바인더.
  49. 제36항 또는 제37항에 있어서, 상기 작은 고체 입자의 평균 입도는 약 50 nm 미만인 것인 용접용 플럭스 바인더.
  50. 제49항에 있어서, 상기 작은 고체 입자의 평균 입도는 약 2 내지 25 nm인 것인 용접용 플럭스 바인더.
  51. 제36항 또는 제37항에 있어서, 상기 콜로이드상 바인더와 금속 실리케이트의 혼합물을 포함하며, 상기 혼합물은 상기 바인더의 약 80 중량% 이상을 구성하며, 상기 금속 실리케이트는 칼륨 실리케이트, 나트륨 실리케이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 용접용 플럭스 바인더.
  52. 제36항 또는 제37항에 있어서, 상기 바인더는 약 705℃ 미만의 온도에서 경화되는 것인 용접용 플럭스 바인더.
  53. 제36항 또는 제37항에 있어서, 상기 바인더는 물유리를 포함하고, 이 물유리 입자의 평균 입도는 작은 고체 입자의 평균 입도보다 100 배 이상 큰 것인 용접용 플럭스 바인더.
  54. 제36항 또는 제37항에 있어서, 상기 바인더는 물유리와 상기 콜로이드상 바인더의 합이 과반 이상인 것인 용접용 플럭스 바인더.
  55. 제36항 또는 제37항에 있어서, 상기 플럭스제의 입자의 평균 입도 대 상기 콜로이드상 바인더의 작은 고체 입자의 평균 입도의 비는 약 1000 이상인 것인 용접용 플럭스 바인더.
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  66. 수분 함량이 낮고 수분 흡수를 억제하는 플럭스계(flux system)를 형성하는 플럭스계 형성 방법으로서,
    (a) 상기 플럭스계의 약 5 중량% 이상을 구성하는 플럭스 바인더를 형성하는 단계로서, 상기 플럭스 바인더는 부분적으로 또는 전체적으로 1종 이상의 금속 산화물의 작은 고체 입자로 형성되고, 상기 작은 고체 입자의 과반 이상의 평균 입도는 약 100 ㎚ 미만인 것인 플럭스 바인더 형성 단계와,
    (b) 상기 플럭스 혼합물을 형성하기 위하여 상기 플럭스 바인더와, 금속 산화물, 금속 불화물, 금속 카보네이트 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택된 플럭스제를 포함하는 플럭스 성분을 혼합하는 혼합 단계와,
    (c) 상기 플럭스 혼합물을 건조하는 건조 단계
    를 포함하는 플럭스계 형성 방법.
  67. 제66항에 있어서, 상기 건조 단계는 플럭스 혼합물의 수분 함량이 약 1% 미만이 될 때까지 약 400℃ 이상의 온도에서 30분 이상 실행되는 것인 플럭스계 형성 방법.
  68. 제66항 또는 제67항에 있어서, 상기 콜로이드상 혼합물은 액체와 약 20 중량% 이상의 작은 입자를 포함하고, 상기 액체는 물이고, 상기 작은 입자는 약 10 중량% 이상의 이산화규소를 포함하는 것인 플럭스계 형성 방법.
  69. 제66항 또는 제67항에 있어서, 상기 건조된 플럭스 혼합물을 약 48 메쉬 이하의 평균 입도로 분쇄하는 단계를 더 포함하는 플럭스계 형성 방법.
  70. 제69항에 있어서, 상기 건조된 플럭스 혼합물을 약 100 메쉬 이하의 평균 입도로 분쇄하는 단계를 더 포함하는 플럭스계 형성 방법.
  71. 제66항 또는 제67항에 있어서, 상기 플럭스 혼합물의 수분 함량은 약 0.6% 미만인 것인 플럭스계 형성 방법.
  72. 제71항에 있어서, 상기 플럭스 혼합물의 수분 함량은 약 0.2% 미만인 것인 플럭스계 형성 방법.
  73. 제66항 또는 제67항에 있어서, 상기 플럭스 성분은 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택된 금속 합금을 포함하는 것인 플럭스계 형성 방법.
  74. 제66항 또는 제67항에 있어서, 상기 플럭스 바인더는 상기 콜로이드상 바인더와 금속 실리케이트의 혼합물을 포함하고, 상기 혼합물은 상기 플럭스 바인더의 약 80 중량% 이상을 구성하고, 상기 금속 실리케이트는 칼륨 실리케이트, 나트륨 실리케이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 플럭스계 형성 방법.
  75. 제74항에 있어서, 상기 바인더는 물유리를 포함하고, 이 물유리 입자의 평균 입도는 상기 콜로이드상 바인더의 평균 입도보다 100 배 이상 큰 것인 플럭스계 형성 방법.
  76. 제75항에 있어서, 상기 바인더는 상기 물유리와 상기 콜로이드상 바인더의 합이 과반 이상인 것인 플럭스계 형성 방법.
  77. 제66항 또는 제67항에 있어서, 상기 바인더는 약 10 중량% 이상의 콜로이드상 바인더를 포함하는 것인 플럭스계 형성 방법.
  78. 제77항에 있어서, 상기 바인더는 약 30 중량% 이상의 콜로이드상 바인더를 포함하는 것인 플럭스계 형성 방법.
  79. 제78항에 있어서, 상기 바인더는 중량%로 과반 이상의 콜로이드상 바인더를 포함하는 것인 플럭스계 형성 방법.
  80. 제79항에 있어서, 상기 바인더는 약 100 중량%의 콜로이드상 바인더를 포함하는 것인 플럭스계 형성 방법.
  81. 제66항 또는 제67항에 있어서, 상기 작은 입자는 약 30 중량% 이상의 이산화규소를 포함하는 것인 플럭스계 형성 방법.
  82. 제81항에 있어서, 상기 작은 입자는 중량%로 과반 이상의 이산화규소를 포함하는 것인 플럭스계 형성 방법.
  83. 제82항에 있어서, 상기 작은 입자는 약 100 중량%의 이산화규소를 포함하는 것인 플럭스계 형성 방법.
  84. 제66항 또는 제67항에 있어서, 상기 작은 입자의 평균 입도는 약 50 nm 미만인 것인 플럭스계 형성 방법.
  85. 제84항에 있어서, 상기 작은 입자의 평균 입도는 약 2 내지 25 nm 미만인 것인 플럭스계 형성 방법.
  86. 제66항 또는 제67항에 있어서, 상기 수분 함량은 약 0.6% 미만인 것인 플럭스계 형성 방법.
  87. 제66항 또는 제67항에 있어서, 상기 콜로이드상 바인더를 약 705℃ 미만의 온도로 경화하는 단계를 더 포함하는 플럭스계 형성 방법.
  88. 제66항 또는 제67항에 있어서, 상기 플럭스제의 입자의 평균 입도 대 상기 콜로이드상 바인더의 작은 고체 입자의 평균 입도의 비는 약 1000인 것인 플럭스계 형성 방법.
  89. 제66항 또는 제67항에 있어서, 상기 분쇄된 플럭스 혼합물은 서브머지드 아크 플럭스 또는 코어드 전극용 플럭스인 것인 플럭스계 형성 방법.
  90. 제66항 또는 제67항에 있어서, 상기 플럭스 혼합물을 건조하기 전에 상기 플럭스 혼합물을 상기 금속 전극 둘레에 압출하는 단계를 더 포함하는 플럭스계 형성 방법.
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