KR100654156B1 - 용접성이 우수한 가스실드아크용접용 솔리드와이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 송급성 및 아크안정성이 우수한 가스실드아크용접용 솔리드와이어에 관한 것으로, 최종제품 와이어의 경화지수(hardening factor)가 0.25~0.55의 범위내인 가스실드아크용접용 솔리드와이어가 제공된다.

솔리드와이어, 송급성, 아크안정성, 인장강도, 항복강도, 경화지수

Description

용접성이 우수한 가스실드아크용접용 솔리드와이어{SOLID WIRE FOR GAS SHIELDED ARC WELDING HAVING EXCELLENT WELDING PROPERTY}

도 1은 용접용 와이어의 송급계통도,

도 2는 인장시험시 관찰되는 응력-변형률 곡선에서 가공경화율을 나타내는 모식도,

도 3은 인장시험시 관찰되는 응력-변형률 곡선(stress-strain curve),

도 4는 동도금 와이어의 경화지수와 용접시 용접전류의 표준편차 및 인장강도를 함께 나타낸 그래프, 및

도 5는 최종신선후 적용되는 롤러를 나타낸 도면으로서, a는 굽힘롤러를 나타낸 모식도, b,c는 각각 지면과 45도 기울어진 교정롤러의 모식도와 측면도, 그리고 d는 종/횡 교정롤러를 나타낸 모식도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 간단한 부호의 설명*

101... 공급기 102... 송급 케이블(Cable)

103... 토치 104... 페일팩 제품

105... 스풀 제품

201... 용접와이어 202... 굽힘롤러 203... 지면과 45도 기울어진 교정롤러 204... 종/횡 교정롤러

본 발명은 가스실드아크용접용 솔리드와이어에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 용접시 용접와이어의 송급성을 좋게함으로써 아크안정성이 우수한 가스실드아크용접용 솔리드와이어를 제공하려는 것이다.

종래 용접와이어를 사용하여 용접을 수행할 경우, 우수한 용접품질과 양호한 용접비드(Bead)를 얻기위해 아크안정성이 매우 중요한 인자로 인식되어져 왔다. 특히 이러한 아크안정성의 향상을 위해서는 용접와이어의 송급성이 양호하여야 한다.

일반적으로 상용되고 있는 용접와이어의 제품형태, 즉, 스풀 제품(도 1내 105) 및 페일팩 제품(도 1내 104)을 사용하여 용접을 수행할 경우, 도 1에 도시한 바와 같이 용접와이어는 송급 케이블(102)을 경유하여 콘택트팁(Contact tip)을 통해 용접부로 이송되어지며, 콘택트팁(Contact tip) 선단에서 발생하는 아크열에 의해 용접이 이루어진다.

이때 용접와이어는 송급 케이블(102)의 내벽 및 콘택트팁(Contact tip)과 접촉하게 되고, 접촉부에서 발생되는 송급저항은 송급성에 큰 영향을 미치게 된다. 상기와 같은 용접와이어와 송급 케이블(102) 및 콘택트팁(Contact tip)의 접촉부에서 발생되는 송급저항과 이로 인한 송급성 저하의 관점에서 살펴볼 때, 용접와이어의 기계적 물성값은 매우 중요한 인자이며, 특히 용접와이어의 강도는 용접와이어 와 관련한 여러 특허문헌에서 언급되고 있다.

이와 관련하여 종래의 일본국 특허공개 소51-005246 및 특허공개 소50-033950에서는 용접와이어의 인장강도 및 인장강도의 편차를 한정함으로써 용접시 와이어의 송급성을 향상시킨 기술이 개시되어 있다. 그러나 단순히 와이어의 인장강도 및 인장강도의 편차를 한정하는 것만으로는 용접시 와이어의 송급성을 향상시키는데 한계가 있다.

또한 일본국 특허공개 2000-233295에서는 와이어의 인장강도를 700~1000N/㎟, 항복비를 85~95%로 한정함으로써 용접시 우수한 송급성과 이로인해 양호한 아크안정성 및 용접작업성을 달성하는 기술이 개시되어 있으며, 한국 특허 제0359481호에서는 와이어의 탄성한비(탄성한비= 탄성한/인장강도)를 50~88%로 유지함으로써 용접시 와이어의 송급성과 아크안정성을 향상시킨 기술이 개시되어 있다. 또한 일본국 특허공개 2002-301590에서는 항복강도비(항복강도비= 0.2%항복강도/0.05%항복강도)를 1.15~1.40으로 관리하고, 표면처리제 부착량을 한정함으로써 용접시 와이어 직진성을 향상시킨 기술이 개시되어 있다.

상기 종래기술들은 인장시험시 관찰되는 응력-변형률 곡선(stress-strain curve)의 항복강도와 인장강도를 이용하여 도출한 파라미터이다. 하지만 상기의 종래기술들은 가공경화의 정도 즉, 가공경화율의 측면을 간과하고 있다. 여기서 가공경화율이란 항복점에서 최대인장강도까지의 응력증가의 정도를 나타낸 것으로써, 도 2에 가공경화율(△응력/△변형률) 모식도를 나타내었다.

예를 들어, 동일한 인장강도를 가지는 와이어라 할지라도 신선시 및 스풀 또 는 페일팩으로 권취되기전 교정롤러를 통한 교정시 와이어에 가해지는 외력에 따라 가공경화율이 바뀌게 되고, 이에 따라 와이어의 물성도 바뀌게 된다. 즉, 와이어에 가해지는 외력의 영향으로 가공경화율이 달라지고, 이에 따라 동일한 인장강도를 가지더라도 항복강도의 변화에 따른 와이어 물성의 변화가 초래되는 것이다.

그러나 상기 종래기술들에 의한 파라미터 수학식들은 신선시 또는 스풀이나 페일팩으로 권취되기전 교정롤러를 통한 교정시 와이어에 가해지는 외력에 의한 가공경화율 변화의 측면은 간과하고 있다.

따라서, 종래기술들에서 언급된 파라미터 식들은 와이어 자체 물성을 정확하게 대변한다고 볼 수 없으며, 결과적으로 용접와이어의 송급성 및 아크안정성을 제어하는데 한계가 있다.

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 용접와이어의 가공경화율을 정확히 제어할 수 있는 경화지수를 이용하여 와이어의 인장강도와 함께 최적의 상태로 관리함으로써 용접시에 용접와이어의 송급성이 향상되고, 이로 인해 아크안정성이 우수한 가스실드아크용접용 솔리드와이어(Solid wire)를 제공하고자 한다.

본 발명에 의하면,

가스실드아크용접용 솔리드와이어에 있어서,

하기 수학식 1로 정의되는 최종제품 와이어의 경화지수를 0.25~0.55의 범위 내로 조정함으로써 송급성 및 아크안정성이 우수한 가스실드아크용접용 솔리드와이어가 제공된다.

경화지수 =

(여기서, 항복강도는 0.05% 오프셋 항복강도를 나타낸다)

이때 상기 경화지수는 최종신선후 굽힘롤러 및 교정롤러에 의해 제어되며, 상세하게는 1)굽힘롤러와 종/횡 교정롤러의 조합, 2)지면과 45도 기울어진 교정롤러(이하, '기울어진 교정롤러'라 한다)와 종/횡 교정롤러의 조합, 3)굽힘롤러와 기울어진 교정롤러와 종/횡 교정롤러간 조합등과 같이, 굽힙롤러 및 기울어진 교정롤러로부터 선택된 1종이상,과 종/횡 교정롤러간 조합에 의해 최종제품 와이어의 경화지수가 제어되게 된다.

이하에서 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에서 와이어의 인장강도와 가공경화의 정도(가공경화율)를 동시에 대변할 수 있는 새로운 파라미터로서 제시된 경화지수(Hardening factor)의 도출에 대하여 살펴본다.

상술한 바와 같이, 본 발명자는 용접와이어의 인장강도가 용접시 송급성과 아크안정성에 큰 영향을 미치는 인자라는 점에 착안하여 용접시 송급성과 아크안정 성을 최적의 상태로 유지할 수 있는 용접와이어의 인장강도를 도출하고, 이를 관리하기 위한 노력을 행하였다.

즉, 동일한 화학성분을 가지는 원선을 사용하여 신선방식, 신선속도, 및 스풀이나 페일팩으로 권취전 와이어 교정을 수행시 교정방식을 변화시켜 가면서 최종제품 와이어의 인장강도의 변화를 도모하였고, 와이어의 인장강도별 송급성과 아크안정성 시험을 실시하였다.

이때 유사한 인장강도를 갖는 와이어간에도 용접시 송급성과 아크안정성의 변화를 관찰할 수 있었다. 이를 규명하기 위하여, 유사한 인장강도를 갖는 용접와이어중 용접시 송급성과 아크안정성의 변화가 나타나는 와이어를 대상으로 하여 인장시험을 통해 얻어진 응력-변형율 곡선(stress-strain curve)을 분석하였다.

그 결과 응력-변형율 곡선에서 인장강도는 유사한 값이 도출되었지만, 항복강도에 있어 변화가 관찰되었다.

하기표 1은 인장강도가 126kgf/㎟내지 132kgf/㎟의 범위를 갖는 동도금 와이어중 용접시 송급성과 아크안정성의 차이가 관찰되는 용접와이어들의 항복강도와 인장강도를 비교하여 나타낸 것이다.

구분	송급성	아크안정성	항복강도(kgf/㎟)	인장강도(kgf/㎟)
1	×	×	104.3	126.2
2	△	×	103.6	126.4
3	○	○	94.8	128.1
4	○	○	89.2	131.2
5	○	○	87.1	131.5
6	△	△	83.5	130.3
7	×	×	83.5	132.0
8	×	×	79.3	126.1

* 여기서, 항복강도는 0.05% 오프셋 항복강도를 나타낸다.

상기표에서 보듯이, 인장강도가 일정한 경우에도 항복강도에 따라 용접시 용접와이어의 송급성과 아크안정성이 변화함을 확인할 수 있었다.

즉, 단순히 인장강도의 조정만이 아니라 인장강도와 가공경화율을 적정범위로 관리함으로써 용접시 양호한 송급성과 아크안정성을 달성할 수 있다는 점을 발견하고, 본 발명에서는 이를 경화지수(Hardening factor)라 지칭한 것이다.

본 발명에서 도입한 경화지수(Hardening factor)의 이해를 위해 도 3에 도시한 인장시험시 관찰되는 응력-변형률 곡선(stress-strain curve)에 대해 살펴보면, 탄성영역에서는 응력이 변형률과 직선적으로 비례하는 것을 발견할 수 있다.(A영역)

이때, 하중이 항복강도에 해당하는 값을 초과할 경우 소성변형이 발생되며, 이후 계속적인 소성변형을 행하면 소성변형률이 증가함에 따라 응력이 증가하는 가공경화가 일어난다. 상기 소성변형동안 인장시험재의 체적은 일정하므로, 즉 하기 수학식 2를 만족하므로 시험재의 길이가 증가함에 따라 시험재의 단면적은 감소한다.

AL=AoLo

(A:인장시 시험재의 단면적, L:인장시 시험재의 길이, Ao:초기 시험재의 단면적, Lo:초기 시험재의 길이이다)

초기 가공경화는 단면적의 감소를 보상하는 것보다 크며, 변형률 증가에 따라 응력도 계속 증가하지만 이후 가공경화에 기인된 변형하중의 증가보다 시험재 단면적의 감소가 큰 상태에 도달하게 된다.

이 조건은 시험재중 다른 부분보다 약한 곳에서 처음 발생하며, 이후 소성변형은 이 영역(B영역)에서 집중적으로 일어나게 되어, 시험재는 네킹(Necking)이 일어나거나 국부적으로 얇아진다. (B영역)

이때부터 시험재의 단면적 감소가 가공경화에 의한 변형하중의 증가보다 더욱 급격히 일어나므로 시험재의 변형에 요구되는 실제 하중은 떨어지고, 응력은 파단이 일어날 때까지 계속해서 감소한다.(C영역)

상기에서도 알 수 있듯이, 재료의 인장강도에 가장 큰 영향을 미치는 것이 가공경화의 정도, 즉 가공경화율이며, 이같은 가공경화율에 따라 재료의 최종 강도가 결정되는 것이다.

하기에서는 경화지수(Hardening factor)의 도출방법 및 범위한정의 이유에 대해 설명한다.

경화지수란 인장시험시 관찰되는 응력-변형률 곡선(stress-strain curve)에서의 가공경화의 정도를 나타내는 척도로써, 하기 수학식 1로 정의된다.

[수학식 1]

경화지수 =

(여기서, 항복강도는 0.05% 오프셋 항복강도를 나타낸다)

와이어의 인장시험은 KS B 0802에 의거하여 시험하고, INSTRON 4485장비를 사용하였으며, 인장시험의 결과로 도출된 응력-변형율 곡선(stress-strain curve)로부터 최대인장강도 및 항복강도를 취해 상기 경화지수를 계산하게 되는데, 상기와 같은 방법을 통해 계산된 경화지수는 0.25~0.55의 범위내로 관리되는 것이 바람직하다.

상기 경화지수가 0.25 미만이면 고전류˙고속용접조건에서와 같은 송급부하가 높은 환경하에서 와이어의 소성변형 구간이 너무 적고, 가공경화율이 너무 낮기 때문에 송급 케이블(Cable)의 형태에 따라 와이어의 변형이 용이하지 않으며, 와이어의 탄성이 강해 스풀 또는 페일팩 권취시에 큰 가공힘이 부여되고, 최종제품 와이어가 과잉의 탄성력을 가지게 된다. 따라서 용접시 와이어가 송급 케이블(Cable) 및 콘택트팁(Contact tip)을 통과할 때 큰 접촉저항을 유발시키고, 송급성이 불안 해져 아크안정성이 나빠지게 되므로 바람직하지 않다.

그리고 상기 경화지수가 0.55를 초과하면 고전류˙고속용접조건에서와 같은 송급부하가 높은 환경하에서 와이어의 소성변형 구간이 너무 넓으며, 이에 따라 가공경화율도 높게됨으로써 송급 케이블(Cable)의 형태에 따라 와이어의 변형이 너무 용이하게 된다. 따라서 송급 케이블(Cable)을 통과할 때 쉽게 굽힘변형이 발생하게 되고, 콘택트팁(Contact tip)내에서 송급저항이 증가할 뿐만 아니라 와이어의 직진성도 나빠지게 되어 송급성 및 아크안정성이 나빠지게 되므로 바람직하지 않다.

도 4는 동도금 와이어의 경화지수와 용접시 용접전류의 표준편차 및 인장강도를 함께 나타낸 그래프로서, 경화지수가 상술한 0.25~0.55범위내일 때 용접시의 용접전류의 표준편차도 매우 낮음을 확인할 수 있다.

이 같은 와이어로는 동도금되거나 동도금되지 않는 와이어를 모두 사용가능하며, 그 조성으로는 일반적으로 사용하는 조성을 사용하면 충분하다. 구체적으로는 와이어 전중량에 대하여 C: 0.03~0.10%, Si: 0.45~1.05%, Mn: 0.90~1.90%, P: 0.030%이하, S: 0.030%이하 및 그 잔부로서 Fe나 기타 불순물을 사용할 수 있다. 또한 필요에 따라서는 Cu나 Ti등을 첨가하여도 좋다.

여기서 C는 용접와이어 및 용착금속의 강도를 향상시키는 원소로써 와이어중에 함량이 증가함에 따라 용접시 스패터 발생량을 증가시킨다. 0.03% 미만에서는 용접와이어 및 용착금속의 강도가 너무 낮아지고, 0.10%를 초과할 때는 용접시 스패터 발생량이 많아진다.

Si는 용융금속의 유동성을 향상시켜 용접시 용접비드의 퍼짐성을 양호하게 하고, 금속이 강도를 가지기 위한 필수성분이며, 용융금속내 탈산반응을 도와 용융금속위에 슬래그를 형성시킨다. 0.45% 미만에서는 용접와이어 및 용착금속의 인장강도와 용융금속의 유동성이 떨어지고, 1.05%를 초과할 때는 고전류 용접시 비드처짐 현상 및 용접시 용적의 유동성이 증가되고 용적의 흔들림이 발생하여 아크가 불안해진다.

Mn은 Si와 마찬가지로 용융금속의 탈산반응을 도와 용접금속위에 슬래그를 형성시키고, 용접와이어 및 용착금속의 강도를 향상시킨다. 0.90% 미만에서는 용접와이어의 인장강도 및 용착금속의 적절한 표면장력을 확보할 수 없고, 1.90%를 초과할 때는 용접시 용적내의 활성산소량을 감소시켜 용적의 표면장력을 증가시킨다.

P는 금속에 불순물의 형태로 존재하며, 저융점 화합물을 만들어 고온균열 감수성을 증대시킨다. 0.030%를 초과할 때는 고온균열의 원인이 된다.

S는 P와 마찬가지로 저융점 화합물을 만들어 고온균열 감수성을 증대시킨다. 0.030%를 초과할 때는 고온균열의 원인이 된다.

용접와이어 제조시 인장강도 및 경화지수 제어방법은 다음과 같다. 용접와이어 제조시 와이어의 인장강도는 원선의 화학성분, 신선방식, 신선속도등의 영향을 받는다.

신선방식으로는 크게 2단계 신선방식과 연속신선방식(In-Line)으로 나눌 수 있다. 첫째, 2단계 신선방식은 산세-1차신선-응력제거 열처리-산세-2차신선-탈지-(도금)-3차신선(스킨 패스 포함)의 공정으로 이루어지는 신선방식이고, 둘째, 연속신선방식(In-Line)은 산세-1차신선-탈지-(도금)-2차신선의 공정으로 이루어지는 신선방식이다. 상기 2가지 신선방식에서 열처리를 수행하는 2단계 신선방식의 경우가 응력제거의 영향으로 연속신선방식(In-Line)보다 인장강도가 낮다. 그리고 신선속도는 빠를수록 가공도가 증가함으로써 인장강도의 상승을 유발시키는데, 신선속도는 2단계 신선방식의 경우 1차신선속도가 빠를수록 2차신선속도는 낮게 관리하여야 하며, 연속신선방식의 경우 신선속도를 동도금 와이어는 1500m/min, 무도금 와이어는 1000m/min을 넘지않도록 관리하여야 한다. 상기와 같이 신선방식 및 신선속도를 관리함으로써 인장강도를 제어할 수 있다.

또한, 최종제품 와이어의 경화지수는 최종신선후 스풀 또는 페일팩으로 권취되기전 와이어 교정을 수행하기 위해 사용되는 굽힘롤러 및 교정롤러에 의해 제어된다. 상세하게는 1)굽힘롤러와 종/횡 교정롤러의 조합, 2)기울어진 교정롤러와 종/횡 교정롤러의 조합, 3)굽힘롤러와 기울어진 교정롤러와 종/횡 교정롤러간 조합등 에 의해 최종제품 와이어의 경화지수가 제어된다.

상기 굽힘롤러, 기울어진 교정롤러, 종/횡 교정롤러를 도 5에 각각 나타내었다. 도 5(a)로 나타낸 굽힘롤러는 와이어의 인장강도를 약간 상승시키고, 특히 열처리를 수행한 와이어에서 더 많은 인장강도의 상승이 유발된다. 또한 인장강도의 상승과 함께 경화지수의 상승도 유발시키는데, 이는 굽힘롤러가 와이어의 가공경화를 유발시킴으로써 가공경화율을 증가시키기 때문이다.

도 5(b)(c)로 나타낸 기울어진 교정롤러는 최종신선된 와이어의 교정을 목적으로 사용하는 것으로써, 경화지수 상승을 약간 유발시킨다.

도 5(d)로 나타낸 종/횡 교정롤러는 최종신선된 와이어의 교정을 목적으로 사용하는 것으로 경화지수에는 큰 영향을 미치지 않지만 일반적으로 용접와이어를 제조할 때 와이어의 교정을 위해 반드시 사용되는 롤러이다. 이러한 종/횡 교정롤러 단독으로는 경화지수에 영향을 미치지 못하지만 상술한 굽힘롤러와 기울어진 교정롤러와 결합에 의해 경화지수에 영향을 미치고, 그 상승을 약간 유발시킨다.

<실시예>

이하, 본 발명의 실시예를 이하에 구체적으로 설명한다. 본 발명을 예시하고자 하는 것으로 본 발명을 이에 한정하고자 하는 것은 아니다.

용접시 와이어 송급성 평가방법

본 발명에 사용된 용접 와이어의 화학성분을 하기표 2에 나타내었으며, 용접조건은 하기표 3에 나타내었다. 하기표 2에 언급한 바와 같이, 사용된 용접와이어는 동도금 와이어와 무도금 와이어를 각각 사용하였다.

구분	타입	와이어 조성(wt%)
		C	Si	Mn	P	S	Cu	Ti
YGW 11	동도금	0.05	0.88	1.52	0.012	0.006	0.25	0.19
	무도금	0.06	0.79	1.57	0.016	0.011	0.01	0.16
YGW 12	동도금	0.06	0.86	1.50	0.018	0.009	0.23	-
	무도금	0.07	0.85	1.52	0.014	0.012	0.01	-

선경	극성	용접전류	용접전압	차폐가스	가스유량	케이블 길이
1.2mm	DC-EP	300A	34V	CO2 100%	20l/min	5m

하기표 4에 나타낸 평가기준으로 와이어의 송급성을 평가하였다. 이 때 "가능"이라고 표기한 부분은 표 3의 용접조건으로 용접을 수행할 경우 60초이상 지속용접이 가능한 경우를 나타내고, "불가능"이라고 표기한 부분은 60초 미만에서 아크끊김이 발생한 경우를 나타낸다.

항목기호	송급 케이블 조건			평가
	W	1회 턴(turn)	2회 턴(turn)
○	가능	가능	가능	우수
△	가능	가능	불가능	보통
×	가능	불가능	불가능	불량

용접시 아크안정성 평가방법

하기표 5에 나타낸 용접조건으로 용접을 실시하고, 표 6에 나타낸 방법으로 용접시 용접와이어의 아크안정성을 평가하였다.

용접와이어는 상술한 표 2와 같이, 동도금와이어와 무도금와이어를 모두 사용하였으며 하기 표 5의 용접조건으로 20초간 연속자동용접을 실시하고, 아크모니터링시스템(Arc Monitering System, WAM4000D Ver 2.0)을 이용하여 초당 5000회를 모니터링 하였다.

용접조건			용접자세
용접전류 300A	용접전압 32V	용접속도 40CPM	Bead on plate
차폐가스 CO2 100%	가스유량 20l/min	CTWD 15-20mm

이때 용접전류의 표준편차를 아크안정성의 평가기준으로써 도입하였고, 상세한 아크안정성의 평가기준을 하기표 6에 나타내었다. 표 6에 나타낸 평가기준에 대해 살펴보면, 용접시 아크단락이 없고 용접전류의 표준편차가 15미만일 경우는 스패터(Spatter) 발생량이 적고 미려한 비드외관을 얻을 수 있는 반면, 아크단락이 2회이상이고 용접전류의 표준편차가 50을 초과할 경우는 스패터(Spatter) 발생량과 비드외관이 모두 불량하였다.

항목기호	모니터링시간 (초)	아크단락	용접전류 표준편차	평가
○	20	없음	15미만	우수
△	20	1회이하	15이상, 50이하	보통
×	20	2회이상	50초과	불량

상기 표 1 내지 6의 결과를 하기표 7 및 8에 정리하였다. 여기서 표 7은 와이어 종류별 제조방식, 신선속도와 최종신선후 굽힘롤러 및 교정롤러 적용방법을 나타낸 것이고, 표 8은 표 7에 명시된 제조방법으로 제조한 경우 나타나는 최종제품 와이어의 경화지수 및 송급성, 아크안정성을 평가한 것이다.

No.	제조방식	1차신선속도(m/min)	열처리	2차신선속도(m/min)	A: 굽힘롤러 B: 기울어진 교정롤러 C: 종/횡 교정롤러	제품종류
비교예 1	In-Line	≤1500	×	-	-	동도금
비교예 2	In-Line	≤1500	×	-	C	동도금
비교예 3	2단계 신선	1000-1500	○	≤400	-	동도금
비교예 4	2단계 신선	1000-1500	○	≤400	C	동도금
발명예 1	2단계 신선	500-1000	○	≤600	B+C	동도금
발명예 2	In-Line	≤1500	×	-	B+C	동도금
발명예 3	2단계 신선	1000-1500	○	≤400	A+C	동도금
발명예 4	2단계 신선	500-1000	○	≤600	A+C	동도금
발명예 5	In-Line	≤1500	×	-	A+C	동도금
발명예 6	In-Line	≤1500	×	-	A+B+C	동도금
발명예 7	2단계 신선	1000-1500	○	≤400	A+B+C	동도금
비교예 5	In-Line	≥1500	×	-	B+C	동도금
비교예 6	2단계 신선	500-1000	○	≤400	A+B+C	동도금
비교예 7	In-Line	≥1500	×	-	A+C	동도금
비교예 8	2단계 신선	1000-1500	○	≤600	A+C	동도금
비교예 9	In-Line	≥1500	×	-	A+B+C	동도금
비교예 10	In-Line	≤1000	×	-	C	무도금
비교예 11	2단계 신선	500-1000	○	≤600	-	무도금
발명예 8	2단계 신선	500-1000	○	≤600	B+C	무도금
발명예 9	In-Line	≤1000	×	-	B+C	무도금
발명예 10	2단계 신선	1000-1500	○	≤400	A+C	무도금
발명예 11	2단계 신선	500-1000	○	≤600	A+C	무도금
발명예 12	In-Line	≤1000	×	-	A+C	무도금
발명예 13	In-Line	≤1000	×	-	A+B+C	무도금
발명예 14	2단계 신선	1000-1500	○	≤400	A+B+C	무도금
발명예 15	2단계 신선	500-1000	○	≤600	A+B+C	무도금
비교예 12	2단계 신선	500-1000	○	≤400	A+C	무도금
비교예 13	In-Line	≥1000	×	-	B+C	무도금
비교예 14	2단계 신선	1000-1500	○	≤600	A+B+C	무도금
비교예 15	In-Line	≥1000	×	-	A+C	무도금

No.	항복강도(kgf/㎟)	인장강도(kgf/㎟)	경화지수	송급성	아크안정성
비교예 1	104.3	126.2	0.21	×	×
비교예 2	103.6	126.4	0.22	△	×
비교예 3	98.8	121.5	0.23	△	△
비교예 4	98.9	122.6	0.24	△	△
발명예 1	90.3	112.9	0.25	○	○
발명예 2	94.8	128.1	0.35	○	○
발명예 3	90.8	123.3	0.36	○	○
발명예 4	83.4	114.3	0.37	○	○
발명예 5	89.2	131.2	0.47	○	○
발명예 6	87.1	131.5	0.51	○	○
발명예 7	80.8	125.2	0.55	○	○
비교예 5	83.5	130.3	0.56	△	△
비교예 6	72.7	114.2	0.57	△	×
비교예 7	83.5	132.0	0.58	×	×
비교예 8	79.3	126.1	0.59	×	×
비교예 9	83.4	133.4	0.60	×	×
비교예 10	102.3	123.8	0.21	×	×
비교예 11	91.4	113.3	0.24	△	×
발명예 8	90.9	113.6	0.25	○	○
발명예 9	95.5	126.1	0.32	○	○
발명예 10	92.0	122.3	0.33	○	○
발명예 11	84.6	114.2	0.35	○	○
발명예 12	89.1	126.5	0.42	○	○
발명예 13	86.5	126.3	0.46	○	○
발명예 14	81.2	123.4	0.52	○	○
발명예 15	74.1	114.9	0.55	○	○
비교예 12	72.3	112.8	0.56	△	△
비교예 13	82.5	129.5	0.57	△	×
비교예 14	78.4	123.9	0.58	×	×
비교예 15	81.4	130.2	0.60	×	×

상기표 7 및 8에서 보듯이, 발명예 1~15는 용접와이어의 제조방식에 따라 상술한 바와 같이 신선속도와 최종신선후 굽힘롤러 및 교정롤러의 적용방법을 적절하게 관리하여 경화지수를 0.25~0.55 범위로 유지함으로써 용접시 우수한 와이어 송급성과 아크안정성을 얻을 수 있었다.

한편 비교예 1~4, 10~11 각각에서는 제조방식에 따라 신선속도는 적절하였으나 최종신선후 적용롤러의 선택이 적절치않아 적정 경화지수 범위를 달성하지 못하였다. 즉, 최종신선후 굽힘 및 교정롤러를 사용하지 않거나 종/횡 교정롤러만 사용함으로써 가공경화율이 너무 낮게 되고, 따라서 경화지수도 너무 낮게 되었다.

이에 송급부하가 높은 환경하에 용접 수행시 용접 케이블(Cable)에 따른 와이어의 변형이 용이하지 않았으며, 결과적으로 용접시 송급 케이블(Cable)을 통과할 때 큰 송급저항을 유발시켰다. 따라서, 용접시 용접와이어의 송급성이 불안해지게 되고, 아울러 아크안정성도 감소하였다.

비교예 5, 7~9, 13~15에서는 제조방식에 따라 신선속도가 너무 빨라 와이어의 가공경화율이 상승하게 되고, 아울러 최종신선후 굽힘롤러 및 교정롤러를 적용하였을 때 가공경화율의 상승이 더욱 촉진되어 경화지수가 적정 상한치를 초과하였다. 따라서, 가공경화율의 과도한 증가로 인한 상대적인 탄성영역의 감소로 송급부하가 높은 환경하에서 용접을 수행할 때 용접 케이블(Cable)에 따라 쉽게 굽힘변형이 발생되게 되고 아크 끊김과 같은 송급불량이 발생하게 되며, 이에 따라 아크안정성도 나빠지게 되었다.

한편, 비교예 6, 12에서는 신선속도가 너무 느려서 와이어의 가공경화율이 낮게 되고 상대적으로 탄성영역이 커진다. 그러나 열처리를 적용한 2단계 신선방식의 경우 최종신선후 굽힘롤러 및 교정롤러에 의한 가공경화율의 상승이 매우 크다. 따라서, 신선시의 가공경화율이 낮더라도 최종신선후 굽힘롤러와 교정롤러에 의한 가공경화율의 상승이 매우 커져 최종제품의 경화지수가 커지고, 송급부하가 높은 환경하에서 용접을 수행할 때 용접 케이블(Cable)에 따라 쉽게 굽힘변형이 발생되게 되며, 송급불량이 발생하여 아크안정성이 나빠진 것을 확인할 수 있었다.

본 발명에 따르면 최종제품 와이어의 경화지수를 0.25~0.55의 범위내로 관리함에 의해 용접와이어의 우수한 송급성을 달성함과 동시에 용접시 양호한 아크안정성을 나타낼 수 있었다.

Claims (3)

1. 가스실드아크용접용 솔리드와이어에 있어서,

   하기식으로 정의되는 최종제품 와이어의 경화지수가 0.25~0.55의 범위내인 것을 특징으로 하는 송급성 및 아크안정성이 우수한 가스실드아크용접용 솔리드와이어

   [수학식 1]

   경화지수=

   

   (여기서, 항복강도는 0.05% 오프셋 항복강도이다)
2. 제1항에 있어서, 상기 와이어의 조성은 와이어 전중량에 대하여 C: 0.03~0.10%, Si: 0.45~1.05%, Mn: 0.90~1.90%, P: 0.030%이하, S: 0.030%이하 및 그 잔부로서 Fe 및 기타 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 송급성 및 아크안정성이 우수한 가스실드아크용접용 솔리드와이어.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가스실드아크용접용 솔리드와이어의 경화지수는 굽힘롤러 및 기울어진 교정롤러로부터 선택된 1종이상, 과 종/횡 교정롤러와의 조합에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 송급성 및 아크안정성이 우수한 가스실드아크용접용 솔리드와이어.

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