KR100733804B1

KR100733804B1 - 코어드 용접봉, 용접 비드를 형성하는 방법, 및 아크 안정화 요소

Info

Publication number: KR100733804B1
Application number: KR1020050126144A
Authority: KR
Inventors: 라제에브 카티야
Original assignee: 링컨 글로벌, 인크.
Priority date: 2005-04-05
Filing date: 2005-12-20
Publication date: 2007-07-02
Also published as: CA2526520C; US8629374B2; CA2526520A1; KR20060106617A; TWI280170B; BRPI0505405B1; EP1710042A1; TW200635691A; BRPI0505405A; CN1846927A; AU2005242177A1; US20060219684A1; US20140124482A1; AU2005242177B2; JP2006289492A; CN1846927B

Abstract

본 발명은 수분 픽업 특성이 감소되고 소량의 확산성 가스를 갖는 용접 비드를 형성하는 가스 실드 전기 아크 용접 프로세스에 있어서의 코어드 용접봉에 관한 것이다. 이 코어드 용접봉은 금속 외피와 충전 조성물을 포함한다. 충전 조성물은 이산화티탄, 슬래그 형성제 및 실리코티탄산나트륨 화합물을 포함한다.

Description

코어드 용접봉, 용접 비드를 형성하는 방법, 및 아크 안정화 요소{CORED ELECTRODE, METHOD OF FORMING A WELD BEAD, AND ARC STABILIZING COMPONENT}

본 발명은 용접 분야에 관한 것이고, 구체적으로는 용접 비드 형성 특성이 개선된 용접봉에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 수분 픽업 특성이 감소되고, 확산성 수소의 양이 줄어든 용접 비드를 형성하는 코어드 용접봉에 관한 것이다.

아크 용접 분야에 있어서, 용접 프로세스의 주요 타입으로는, 솔리드 와이어를 사용하는 가스-금속 아크 용접(GMAW)이나 메탈-코어드 와이어를 사용하는 가스-금속 아크 용접(GMAW-C), 가스 실드 플럭스-코어드 아크 용접(FCAW-G), 셀프 실드 플럭스-코어드 아크 용접(FCAW-S), 피복 금속 아크 용접(SMAW) 및 잠호 용접(SAW)이 있다. 금속 부품을 결합시키거나 표면 살붙임하는 데에는, 전술한 용접 프로세스 중에서도 솔리드 용접봉 또는 메탈-코어드 용접봉을 사용하는 가스-금속 아크 용접의 이용이 증대되고 있다. 전술한 타입의 용접 프로세스는 향상된 생산성 및 융통성을 제공하기 때문에, 점점 더 보급되고 있다. 이러한 생산성 및 융통성에 있어서의 향상은, 가스-금속 아크 용접(GMAW 및 GMAW-C)에 있어서 용접봉의 연속성 에 기인한 것으로, 이러한 연속성은 피복 금속 아크 용접(SMAW)에 비하여 상당한 생산성 증대를 제공한다. 또한, 상기 용접봉은 슬래그가 거의 없는 매우 좋은 모양의 용접부를 생성하므로, 그 밖의 용접 프로세스에서 종종 겪게되는 문제인 용접부의 청소 및 슬래그의 처리와 관련된 시간 및 비용이 절감된다.

솔리드 용접봉 또는 코어드 용접봉을 사용하는 가스-금속 아크 용접에 있어서, 실드 가드는 용접 중에 용접부를 대기(大氣)에 의한 오염으로부터 보호하기 위해 사용된다. 솔리드 용접봉에는, 실드 가스와 협력하여 기공이 없고 필요한 물리적 및 기계적 특성을 갖는 용접부를 제공하는 성분이 적절히 합금된다. 코어드 용접봉에서, 상기 성분은 내측, 즉 금속 외피의 코어(충전부)에 마련되고, 솔리드 용접봉의 경우와 유사한 기능을 제공한다.

솔리드 용접봉과 코어드 용접봉은, 실질적으로 기공이 없고 최종 용례에서 만족스럽게 작동될 수 있을 정도의 항복 강도, 인장 강도, 유연성 및 충격 강도를 갖는 용접부를 적절한 가스 보호하에서 제공하도록 구성되어 있다. 또한, 이들 용접봉은 용접 중에 발생되는 슬래그의 양을 최소화하도록 구성되어 있다. 구조용 부품을 용접 제작하는데 있어서 생산성이 증대된다는 이유로, 솔리드 용접봉 대신에 코어드 용접봉이 점점 더 사용되고 있다. 코어드 용접봉은 금속 외피에 의해 둘러싸인 코어(충전) 재료로 구성되는 복합 용접봉이다. 코어는 주로 아크 안정성, 용접부의 젖음성 및 외관 등을 확보하는데 도움을 주는 플럭싱 성분(fluxing ingredient)과 금속 분말로 구성되어, 필요한 물리적 및 기계적 특성이 용접부에서 획득된다. 코어 재료의 성분을 혼합하고 이를 소정 형상의 스트립 내에 넣은 후, 이 스트립을 폐쇄하고 이 스트립을 최종 직경으로 인발하는 것에 의해, 코어드 용접봉을 제조한다. 코어드 용접봉은 솔리드 용접봉에 비하여 향상된 용착 속도(deposition rate)를 제공하고, 보다 넓고 보다 일관적인 용입(weld penetration) 프로파일을 제공한다. 또한, 코어드 용접봉은 솔리드 용접봉에 비하여 향상된 아크 동작을 제공하고, 보다 적은 연기 및 용접 불꽃을 발생시키며, 그리고 보다 나은 젖음성을 갖는 용착물을 제공한다.

용접 분야에 있어서, 예전에는 소정의 방식으로 수행하도록 되어 있는 소정의 플럭스 요소를 갖는 타입의 플럭스 조성을 개발하는데 많은 노력을 들였다. 아크 용접에서 플럭스로서 사용하기 위한 많은 조성물이 개발되었다. 플럭스는 아크 용접에서 아크의 안정성을 제어하고, 용접 금속의 조성을 변경하며, 그리고 대기에 의한 오염으로부터의 보호를 제공하는 데 이용된다. 아크의 안정성은 대개 플럭스의 조성을 변경하는 것에 의해 제어된다. 따라서, 플럭스 혼합물에서 플라즈마 전하 운반체로서 잘 기능하는 물질을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 금속 내의 불순물이 보다 쉽게 녹을 수 있게 만들고, 이러한 불순물이 (금속과 결합하여 슬래그를 형성하기 보다는) 결합할 수 있는 물질을 제공하는 것에 의해, 플럭스는 용접 금속의 조성을 변경한다. 슬래그의 융점을 낮추고, 슬래그의 유동성을 향상시키며, 그리고 플럭스 입자에 대한 바인더로서 기능하는 그 밖의 재료가 첨가될 수 있다.

코어드 용접봉은 대개 강철계 금속의 전기 아크 용접에 사용된다. 코어드 용접봉은 빠른 속도의 1패스 용접 및 다중 패스 용접에 있어서 대개 고강도 용접부를 생성한다. 코어드 용접봉은, 다양한 용례에 있어서 요구되는 최종 용도를 충족 시키는 인장 강도, 유연성 및 충격 강도를 갖고 실질적으로 기공이 없는 중실형 용접 비드를 제공하도록 만들어진다.

용접 금속을 형성해오는 동안에 시도한 많은 과제 중 하나는, 용접 비드에서 확산성 수소의 양을 감소시키는 것이다. 확산성 수소는 공지된 용접 비드 균열의 원인이다. 플럭스 시스템에서 수분 함유량의 증대가 용접 금속에 있어서 확산성 수소의 양의 증대를 초래한다는 것은, 많은 연구에서 확인된 바 있다. 용접 금속에 있어서의 수소는, 수소에 기인한 용접부의 균열 나아가 용접부의 유해한 손상을 초래할 수 있다. 규산나트륨과 규산칼륨은 대개 아크 안정제로서 사용되고, 경우에 따라 플럭스 요소에 대한 바인더 시스템에 사용된다. 규산칼륨은 수분 픽업 경향이 큰 것으로 알려져 있다.

코어드 용접봉과 함께 사용되는 충전 조성물 기술의 현재 상황을 고려해보면, 수소 함유량이 감소된 용접 비드를 형성하는 용접봉이 필요하다.

본 발명은 용접봉에 관한 것이고, 보다 구체적으로 수분 픽업이 감소되어 용접 비드에 있어서 수소량의 감소가 용이해진 충전 조성물을 포함하는 용접봉에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 충전 조성물은 외피의 코어에 있는 충전 조성물을 둘러싸는 금속 외피를 구비하는 코어드 용접봉에 관한 것이지만; 이 충전 조성물은 다른 타입의 용접봉에 도포될 수 있고(예컨대, 막대 용접봉에 코팅됨), 또는 잠호 용접 프로세스에서 충전 조성물의 일부로서 사용될 수 있다. 본 발명의 충전 조성물은 특히 연강과 저합금강을 용접하는 데 사용되는 용접봉과 함께 사용하도록 만 들어지지만; 이 충전 조성물은 다른 타입의 금속에 용접 비드를 형성하기 위해 용접봉과 함께 사용될 수 있다. 금속 용접봉은 대개 주로 철(예컨대, 탄소강, 저탄소강, 스테인레스강, 저합금강 등)로 형성되지만; 모재(base metal)는 주로 다른 재료로 형성될 수 있다. 충전 조성물은 대개 총 용접봉 중량의 약 1 중량% 이상을 구성하며, 총 용접봉 중량의 약 80 중량% 이하를 구성하고, 전형적으로는 총 용접봉 중량의 약 8∼60 중량%를 구성하며, 더 전형적으로는 총 용접봉 중량의 약 10∼40 중량%를 구성하고, 보다 전형적으로는 총 용접봉 중량의 약 11∼30 중량%를 구성하며, 보다 더 전형적으로는 총 용접봉 중량의 약 12∼20 중량%를 구성한다.

본 발명의 한 가지 양태에서는, 플럭스 코어드 용접봉에 사용하도록 만들어진 이산화티탄계 플럭스 시스템이 제공되지만; 이 플럭스 시스템은 다른 타입의 용접 시스템에 사용될 수 있는 것으로 인정될 수 있다. 본 발명의 플럭스 시스템은 이산화티탄, 슬래그 형성제 및 내습성 화합물을 포함한다. 내습성 화합물의 이산화티탄 함량을 제외한 플럭스 시스템의 이산화티탄 함량은 대개 플럭스 시스템의 약 2 중량% 이상이고, 전형적으로는 플럭스 시스템의 약 5∼40 중량%이며, 더 전형적으로는 플럭스 시스템의 약 5∼35 중량%이지만; 그 밖의 함량(중량%)이 사용될 수도 있다. 플럭스 시스템에 있어서 하나 이상의 슬래그 형성제는 대개 용접 비드의 형성을 조장하기 위해 및/또는 형성된 용접 비드를 대기로부터 적어도 부분적으로 보호하기 위해 사용되지만; 슬래그 형성제는 그 밖의 또는 추가적인 기능을 가질 수 있다. 이러한 슬래그 형성제의 비제한적인 예로는 금속 산화물(예컨대, 산화알루미늄, 산화붕소, 산화크롬, 산화철, 산화마그네슘, 산화망간, 산화니오븀, 산화칼륨, 산화나트륨, 산화주석, 산화바나듐, 산화지르코늄 등), 금속 탄산화물(예컨대, 탄산칼슘 등), 및/또는 금속 불화물(예컨대, 불화바륨, 불화비스무트, 불화칼슘, 불화칼륨, 불화나트륨, 테플론 등) 등이 있다. 이 슬래그 형성제의 대부분은 상기 금속 산화물을 포함할 수 있다. 플럭스 시스템의 슬래그 형성제 함량은 대개 플럭스 시스템의 약 5 중량% 이상이고, 전형적으로는 플럭스 시스템의 약 10∼60 중량%이며, 더 전형적으로는 플럭스 시스템의 약 20∼45 중량%이지만; 그 밖의 함량(중량%)이 사용될 수도 있다. 내습성 화합물은 적어도 4개의 화합물, 즉 이산화티탄, 칼륨 화합물, 콜로이드 실리카 및 나트륨 화합물로 이루어진 특유한 조합물이다. 내습성 화합물은 규산염 화합물(예컨대, 규산칼륨, 규산나트륨 등)을 포함하는 플럭스 시스템보다 흡습성이 훨씬 낮다. 내습성 화합물의 칼륨 화합물 및 나트륨 화합물은 내습성 화합물에 있어서 바인더로서 기능하거나 및/또는 용접 프로세스 중에 아크에 아크 안정성을 제공한다. 플럭스 시스템의 내습성 화합물 함량은 대개 플럭스 시스템의 약 1 중량% 이상이고, 전형적으로는 플럭스 시스템의 약 2∼40 중량%이며, 더 전형적으로는 플럭스 시스템의 약 2∼35 중량%이지만, 그 밖의 함량(중량%)이 사용될 수도 있다.

본 발명의 다른 양태에서, 내습성 화합물은 대부분의 중량%를 차지하는 이산화티탄을 포함하고 산화나트륨과 산화칼륨을 소정 중량%비로 포함하도록 만들어진다. 내습성 화합물의 이산화티탄 함량은 약 60 중량% 이상이고, 전형적으로 약 75∼92 중량%이며, 더 전형적으로는 약 80∼88 중량%이지만, 그 밖의 함량(중량%)이 사용될 수도 있다. 내습성 화합물에 있어서 나트륨 화합물의 중량%는 대개 칼륨 화합물의 중량%보다 크지만, 이는 필수적인 것은 아니다. 내습성 화합물에 있어서 나트륨 화합물 대 칼륨 화합물의 중량%비는 약 1.1∼5:1이고, 전형적으로는 약 1.5∼3.5:1이며, 더 전형적으로는 약 2∼3:1이지만, 그 밖의 중량%비가 사용될 수도 있다. 나트륨 화합물은 대개 이산화나트륨, 탄산나트륨, 및/또는 규산나트륨이지만, 그 밖의 또는 추가적인 나트륨 화합물이 사용될 수도 있다. 칼륨 화합물은 대개 이산화칼륨 및/또는 규산칼륨이지만, 그 밖의 또는 추가적인 칼륨 화합물이 사용될 수도 있다. 내습성 화합물의 나트륨 화합물 함량은 내습성 화합물의 약 3 중량% 이상이고, 전형적으로는 내습성 화합물의 약 5∼15 중량%이며, 더 전형적으로는 내습성 화합물의 약 7∼12 중량%이지만, 그 밖의 함량(중량%)이 사용될 수도 있다. 내습성 화합물은 리튬 화합물(예컨대, 수산화리튬, 산화리튬 등), 탄소, 황 (이에 한정되지는 않음) 등과 같은 추가 성분을 포함할 수 있다. 내습성 화합물의 콜로이드 실리카 함량은 대개 약 1 중량% 이상이고, 전형적으로는 약 2∼10 중량%이며, 더 전형적으로는 약 2∼8 중량%이지만, 그 밖의 함량(중량%)이 사용될 수도 있다. 콜로이드 실리카의 평균 입자 크기는 약 40 ㎚미만이고, 전형적으로는 약 0.5∼20 ㎚이며, 더 전형적으로는 약 4∼15 ㎚이지만, 그 밖의 크기가 사용될 수도 있다. 실리카의 공급원은 천연의 것 및/또는 인공의 것일 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 내습성 화합물은 대개 콜로이드 실리카 용액과 내습성 화합물의 다른 성분을 화합시키는 것에 의해 형성된다. 상기 콜로이드 실리카 용액은 약 10∼70 중량%의 콜로이드 실리카를 포함하고, 전형적으로는 약 15∼50 중량%의 콜로이드 실리카를 포함하며, 더 전형적으로는 약 25∼40 중량%의 콜로이드 실리카를 포함하지만, 그 밖의 함량(중량%)이 사용될 수도 있다. 상기 콜 로이드 실리카 용액의 물 함량은 대개 약 10 중량% 이상이고, 전형적으로는 약 30∼80 중량%이며, 더 전형적으로는 약 60∼75 중량%이지만, 그 밖의 함량(중량%)이 사용될 수도 있다. 또한, 상기 콜로이드 실리카 용액은 나트륨 화합물 (이에 한정되지는 않음) 등과 같은 다른 화합물을 포함할 수 있다. 나트륨 화합물이 상기 콜로이드 실리카 용액에 포함되는 경우, 상기 나트륨 화합물은 대개 산화나트륨이지만; 그 밖의 또는 추가적인 나트륨 화합물이 사용될 수도 있다. 상기 콜로이드 실리카 용액에 있어서 나트륨 화합물(포함되는 경우)의 함량은 대개 약 0.05∼1.5 중량%이지만, 그 밖의 함량(중량%)이 사용될 수도 있다. 상기 콜로이드 실리카 용액의 pH는 대개 염기성이지만, 이는 필수적인 것은 아니다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 내습성 화합물은 그 평균 입자 크기가 약 30 메시 미만이도록, 전형적으로는 약 40∼250 메시이도록, 더 전형적으로는 약 50∼200 메시이도록 처리된다. 내습성 화합물은 대개 바람직한 입자 크기로 분쇄된다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 충전 조성물은 하나 이상의 금속 합금제 및/또는 하나 이상의 탈산제를 포함한다. 하나 이상의 금속 합금제는 대개 필요한 용접 금속의 조성에 적어도 한 걸음 더 다가가도록 및/또는 형성된 용접 비드가 필요한 특성을 갖게 하도록 충전 조성물에 포함한다. 이러한 합금 금속의 비제한적인 예로는 알루미늄, 마그네슘, 붕소, 칼슘, 탄소, 크롬, 철, 망간, 니켈, 규소, 티타늄 및/또는 지르코늄 및 이들의 혼합물 등이 있다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 플럭스 코어드 용접봉은 대개 금속 외피를 포함한다. 철함유 공작물(예컨대, 탄소강, 스테인레스강 등)을 용접하는 경우 상기 금속 외피는 대개 철이 대부분을 이루지만, 외피의 조성은 특정의 용접 비드 조성을 얻도록 다양한 타입의 금속을 포함할 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 금속 외피는 주로 철을 포함하고, 하나 이상의 다른 요소, 예컨대 알루미늄, 안티몬, 비스무트, 붕소, 탄소, 코발트, 구리, 납, 망간, 몰리브덴, 니켈, 니오브, 규소, 황, 주석, 티타늄, 텅스텐, 바나듐, 아연, 및/또는 지르코늄 등(이에 한정되지는 않음)을 포함할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예 및/또는 변형례에서, 금속 외피의 철 함량은 약 80 중량% 이상이다.

본 발명의 추가적인 양태 및/또는 대안적인 양태에서, 용접 비드를 대기 중의 요소 및/또는 화합물로부터 보호하기 위해, 실드 가스를 플럭스 코어드 용접봉과 함께 사용한다. 실드 가스는 대개 하나 이상의 가스를 포함한다. 이러한 하나 이상의 가스는 용접 비드의 조성에 대해 거의 또는 실질적으로 불활성이다. 일 실시예에서는, 아르곤, 이산화탄소, 또는 이들의 혼합물이 적어도 부분적으로 실드 가스로서 사용된다. 이 실시예의 한 가지 양태에서, 실드 가스는 이산화탄소를 약 2∼40 체적% 포함하고 나머지는 아르곤으로 이루어진다. 이 실시예의 다른 양태 및/또는 대안적인 양태에서, 실드 가스는 이산화탄소를 약 5∼25 체적% 포함하고 나머지는 아르곤으로 이루어진다. 그 밖의 및/또는 추가의 불활성인 또는 실질적으로 불활성인 가스가 사용될 수 있는 것으로 고려될 수 있다.

본 발명의 주 목적은 수분 픽업 특성을 감소시킨 용접봉을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적 및/또는 대안적인 목적은, 용접 비드에 있어서 확산성 수소의 양을 감소시킨 용접봉 및 용접 프로세스를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적 및/또는 대안적인 목적은, 가스 실드 코어드 용접봉의 사용을 포함하는 용접 프로세스를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적 및/또는 대안적인 목적은, 플럭스 시스템의 수분 픽업을 감소시키기 위해 플럭스 시스템에 실리코티탄산나트륨 화합물을 포함하는 용접봉을 제공하는 것이다.

전술한 그리고 그 밖의 목적 및 장점은 본 발명과 종래 기술 사이의 차이점에 대한 설명을 읽고 바람직한 실시예를 고려해보면 명백해질 것이다.

본 발명의 코어드 용접봉은 코어드 용접봉의 플럭스 시스템의 수분 픽업을 감소시키는 실리코티탄산나트륨을 포함함으로써, 종래의 코어드 용접봉이 갖는 이전의 한계를 극복한다.

본 발명에 따르면 충전 조성물의 전체 조성은 하기하는 바와 같다(중량%):

TiO₂ 2∼50%

실리코티탄산나트륨 1∼55%

슬래그 형성제 1∼60%

금속 합금제 0∼70%

보다 특수한 충전 조성물의 다른 전체 조성의 경우(중량%):

TiO₂ 3∼40%

실리코티탄산나트륨 1∼55%

슬래그 형성제 20∼50%

금속 합금제 0∼55%

보다 특수한 충전 조성물의 다른 전체 조성의 경우(중량%):

TiO₂ 20∼40%

실리코티탄산나트륨 20∼50%

슬래그 형성제 25∼45%

금속 합금제 0∼35%

보다 특수한 충전 조성물의 또 다른 전체 조성의 경우(중량%):

TiO₂ 3∼15%

실리코티탄산나트륨 15∼25%

슬래그 형성제 30∼40%

금속 합금제 35∼45%

TiO₂ 20∼30%

실리코티탄산나트륨 1∼5%

슬래그 형성제 20∼30%

금속 합금제 45∼55%
보다 특수한 충전 조성물의 또 다른 전체 조성의 경우(중량%):
TiO₂ 5∼50 중량%
실리코티탄산나트륨 화합물 2∼50 중량%
슬래그 형성제 1∼60 중량%
금속 합금제 ≤ 70 중량%

전술한 예에서, 충전 조성물의 함량(중량%)은 전형적으로는 코어드 용접봉의 약 8∼60 중량%이고, 더 전형적으로는 코어드 용접봉의 약 10∼28 중량%이지만, 그 밖의 함량(중량%)이 사용될 수도 있다. 용접 비드를 형성하는 데 사용될 수 있는 금속 외피는, 약 0∼0.2 중량%의 B, 약 0∼0.2 중량%의 C, 약 0∼12 중량%의 Cr, 약 0∼5 중량%의 Mn, 약 0∼2 중량%의 Mo, 약 0.01 중량% 미만의 N, 약 0∼5 중량%의 Ni, 약 0.014 중량% 미만의 P, 약 0∼4 중량%의 Si, 약 0.02 중량% 미만의 S, 약 0∼0.4 중량%의 Ti, 약 0∼0.4 중량%의 V 및 약 75∼99.9 중량%의 Fe를 포함할 수 있다. 아크 용접 프로세스 중에, 실드 가스를 대개 코어드 용접봉과 함께 사용하지만, 이는 필수적인 것은 아니다. 실드 가스를 사용하는 경우, 실드 가스는 대개 이산화탄소와 아르곤의 혼합물이다.

슬래그 형성제는 대개 산화알루미늄, 산화붕소, 산화칼슘, 산화크롬, 산화철, 산화마그네슘, 산화니오븀, 산화칼륨, 산화규소, 산화나트륨, 산화주석, 산화바나듐, 및/또는 산화지르코늄 등(이에 한정되지는 않음)과 같은 금속 산화물을 포함한다. 금속 합금제는 (사용하는 경우) 대개 알루미늄, 붕소, 칼슘, 탄소, 철, 망간, 니켈, 규소, 티타늄 및/또는 지르코늄(이에 한정되지는 않음)을 포함한다. 플럭스 시스템은 다른 화합물, 예컨대 금속 탄산화물(예컨대, 탄산칼슘 등) 및/또는 금속 불화물(예컨대, 불화바륨, 불화비스무트, 불화칼슘, 불화칼륨, 불화나트륨, 테플론 등) 등(이에 한정되지는 않음)을 포함할 수 있다. 플럭스 시스템의 특정 구성 요소는 대개 사용되는 용접 프로세스의 타입(SAW, SMAW, FCAW) 및/또는 용접되는 공작물의 타입에 따라 결정된다.

특히, 실리코티탄산나트륨 화합물은 아크 안정성을 제공하고 플럭스 시스템의 수분 픽업을 감소시키도록 만들어진다. 실리코티탄산나트륨은 대개 이산화티탄, 규산칼륨, 규산나트륨 및 콜로이드 실리카를 포함한다. 실리코티탄산나트륨 화합물에 있어서 이산화티탄은 대부분의 함량(중량%)를 차지한다. 규산나트륨 대 규산칼륨의 중량%비는 대개 약 1.5∼3.5:1이고, 보다 전형적으로는 약 1.75∼2.5:1이다. 콜로이드 실리카를 형성하는 이산화규소의 대부분은 대개 순수한 공급원으로부터의 것이다. 실리카 입자의 평균 입자 크기는 약 2∼25 ㎚이고, 보다 전형적으로는 약 6∼12 ㎚이다. 실리코티탄산나트륨 화합물은 탄산나트륨 등(이에 한정되지는 않음)과 같은 다른 나트륨 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 나트륨 화합물은 용접 프로세스 중에 가스 실드 및/또는 아크 안정성을 제공하는 데 사용될 수 있다. 또한, 실리코티탄산나트륨 화합물은 물, 리튬 화합물, 황, 탄소 등과 같은 다른 구성 요소를 포함할 수 있지만, 이는 필수적인 것은 아니다. 상기 다른 구성 요소(실리코티탄산나트륨 화합물에 포함되는 경우)는 대개 실리코티탄산나트륨 화합물의 약 10 중량% 미만을 구성한다.

실리코티탄산나트륨 화합물은 대개 산화티타늄(예컨대, 금홍석), 규산염 및 실리코티탄산나트륨 화합물의 임의의 다른 구성 요소와 콜로이드 실리카 용액을 혼합하는 것에 의해 형성된다. 실리코티탄산나트륨 화합물의 구성 요소가 적절히 함께 혼합된 후, 실리코티탄산나트륨 화합물을 건조시켜 실리코티탄산나트륨 화합물로부터 물을 제거한다. 실리코티탄산나트륨 화합물을 건조시킨 후, 실리코티탄산나트륨 화합물의 물 함량은 대개 약 0.1 중량% 미만이고, 전형적으로는 약 0.08 중량% 미만이며, 더 전형적으로는 약 0.06 중량% 미만이다. 실리코티탄산나트륨 화합물을 건조시킨 후, 대개 실리코티탄산나트륨 화합물을 소정 크기로 만든다. 이러한 크기 조정 프로세스는 대개 분쇄 및 체질 작업에 의해 수행되지만, 그 밖의 또는 추가의 크기 조정 프로세스가 사용될 수도 있다. 크기 조정 이후에 실리코티탄산나트륨 화합물의 평균 입자 크기는 대개 40 메시 미만이고, 더 전형적으로는 약 50∼200 메시이다.
용접 프로세스 중에 용접봉과 함께 사용하는 아크 안정화 요소로서, 80℉의 온도 및 80%의 상대 습도의 상태에서 96 시간에 걸쳐서의 상기 아크 안정화 요소의 수분 픽업이, 40∼200 메시의 평균 입자 크기를 갖는 입자의 경우 약 0.2% 미만이 되도록, 상기 아크 안정화 요소의 수분 픽업이 감소되며, 아크 안정화 화합물은 대부분의 중량%를 차지하는 티타늄 화합물을 포함하고, 나트륨 화합물과 칼륨 화합물을 1.1∼5:1의 중량%비로 포함하며, 1 중량% 이상의 콜로이드 실리카를 포함하는 것인 아크 안정화 요소가 사용될 수 있다. 이 아크 안정화 요소는 40∼200 메시의 평균 입자 크기를 가질 수 있다.

실리코티탄산나트륨 화합물의 예는 하기하는 바와 같다(실리코티탄산나트륨의 중량%):

예 1

TiO₂ 60∼90%

규산나트륨 1∼20%

규산칼륨 1∼15%

나트륨화합물 1∼20%

콜로이드 실리카 1∼10%

그 밖의 구성 요소 0∼5%

예 2

TiO₂ 70∼90%

규산나트륨 4∼15%

규산칼륨 1∼10%

탄산나트륨 3∼16%

콜로이드 실리카 2∼6%

그 밖의 구성 요소 0∼1%

예 3

TiO₂ 70∼80%

규산나트륨 3.5∼10%

규산칼륨 1.5∼6%

탄산나트륨 5∼15%

콜로이드 실리카 2∼5%

그 밖의 구성 요소 0∼0.5%

전술한 사항은 본 발명을 단지 예시하고 한정하려는 것이 아닌 것으로 해석되어야 함이 명백함으로, 본 발명의 전술한 실시예의 상기 수정예 및 그 밖의 수정예와 본 발명의 그 밖의 실시예는, 본원으로부터 당업자에게 명백할 것이다.

본 발명에 따른 코어드 용접봉은 수분 픽업 특성이 감소되고, 용접 비드에 있어서 확산성 수소의 양이 감소된다.

Claims

수분 픽업(moisture pick-up) 특성이 감소되고, 소량의 확산성 수소를 갖는 용접 비드를 형성하는 코어드 용접봉(cored electrode)으로서,

금속 외피와 충전 조성물을 포함하고, 상기 충전 조성물은 이산화티탄, 슬래그 형성제 및 내습성 화합물을 포함하며, 상기 내습성 화합물은 티타늄 화합물, 칼륨 화합물, 나트륨 화합물 및 콜로이드 실리카를 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제1항에 있어서, 상기 내습성 화합물 내의 이산화티탄 함량을 제외한 상기 이산화티탄의 함량은 상기 충전 조성물의 2∼40 중량%인 것인 코어드 용접봉.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슬래그 형성제는 상기 충전 조성물의 10∼50 중량%를 구성하는 것인 코어드 용접봉.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슬래그 형성제는 금속 산화물을 포함하는 것인 코어드 용접봉
제3항에 있어서, 상기 슬래그 형성제는 금속 산화물을 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제4항에 있어서, 상기 슬래그 형성제의 대부분이 상기 금속 산화물을 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제5항에 있어서, 상기 슬래그 형성제의 대부분이 상기 금속 산화물을 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내습성 화합물은 상기 충전 조성물의 1∼40 중량%를 구성하는 것인 코어드 용접봉.
제5항에 있어서, 상기 내습성 화합물은 상기 충전 조성물의 1∼40 중량%를 구성하는 것인 코어드 용접봉.
제7항에 있어서, 상기 내습성 화합물은 상기 충전 조성물의 1∼40 중량%를 구성하는 것인 코어드 용접봉.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내습성 화합물은 대부분의 중량%가 티타늄 화합물로 구성되고, 나트륨 화합물과 칼륨 화합물을 1.1∼5:1의 중량%비로 포함하며, 1 중량% 이상의 콜로이드 실리카를 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제5항에 있어서, 상기 내습성 화합물은 대부분의 중량%가 티타늄 화합물로 구성되고, 나트륨 화합물과 칼륨 화합물을 1.1∼5:1의 중량%비로 포함하며, 1 중량% 이상의 콜로이드 실리카를 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제7항에 있어서, 상기 내습성 화합물은 대부분의 중량%가 티타늄 화합물로 구성되고, 나트륨 화합물과 칼륨 화합물을 1.1∼5:1의 중량%비로 포함하며, 1 중량% 이상의 콜로이드 실리카를 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제10항에 있어서, 상기 내습성 화합물은 대부분의 중량%가 티타늄 화합물로 구성되고, 나트륨 화합물과 칼륨 화합물을 1.1∼5:1의 중량%비로 포함하며, 1 중량% 이상의 콜로이드 실리카를 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제1항 또는 제2항에 있어서, 금속 합금제를 포함하고, 이 금속 합금제는 알루미늄, 마그네슘, 규소, 티타늄 및 이들의 혼합물을 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제5항에 있어서, 금속 합금제를 포함하고, 이 금속 합금제는 알루미늄, 마그네슘, 규소, 티타늄 및 이들의 혼합물을 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제7항에 있어서, 금속 합금제를 포함하고, 이 금속 합금제는 알루미늄, 마그네슘, 규소, 티타늄 및 이들의 혼합물을 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제14항에 있어서, 금속 합금제를 포함하고, 이 금속 합금제는 알루미늄, 마그네슘, 규소, 티타늄 및 이들의 혼합물을 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 충전 조성물은

TiO₂ 5∼50 중량%

실리코티탄산나트륨 화합물 2∼50 중량%

슬래그 형성제 1∼60 중량%

금속 합금제 ≤ 70 중량%

를 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제5항에 있어서, 상기 충전 조성물은

TiO₂ 5∼50 중량%

실리코티탄산나트륨 화합물 2∼50 중량%

슬래그 형성제 1∼60 중량%

금속 합금제 ≤ 70 중량%

를 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제7항에 있어서, 상기 충전 조성물은

TiO₂ 5∼50 중량%

실리코티탄산나트륨 화합물 2∼50 중량%

슬래그 형성제 1∼60 중량%

금속 합금제 ≤ 70 중량%

를 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제18항에 있어서, 상기 충전 조성물은

TiO₂ 5∼50 중량%

실리코티탄산나트륨 화합물 2∼50 중량%

슬래그 형성제 1∼60 중량%

금속 합금제 ≤ 70 중량%

를 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제1항 또는 제19항에 있어서, 상기 충전 조성물은

TiO₂ 3∼40 중량%

실리코티탄산나트륨 화합물 1∼55 중량%

슬래그 형성제 20∼50 중량%

금속 합금제 ≤ 55 중량%

를 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제22항에 있어서, 상기 충전 조성물은

TiO₂ 3∼40 중량%

실리코티탄산나트륨 화합물 1∼55 중량%

슬래그 형성제 20∼50 중량%

금속 합금제 ≤ 55 중량%

를 포함하는 것인 코어드 용접봉.
수분 픽업이 줄어드는 용접봉을 사용하여 확산성 수소의 함량이 낮은 용접 비드를 형성하는 방법으로서,

a) 금속 외피와 충전 조성물을 포함하고, 상기 충전 조성물은 이산화티탄, 슬래그 형성제 및 내습성 화합물을 포함하며, 상기 내습성 화합물은 티타늄 화합물, 칼륨 화합물, 나트륨 화합물 및 콜로이드 실리카를 포함하는 것인 코어드 용접봉을 마련하는 단계와;

b) 상기 코어드 용접봉을 전류에 의해 적어도 부분적으로 용융시켜, 상기 코어드 용접봉의 용융된 부분이 공작물 상에 용착되게 하는 단계

를 포함하는 방법.
제25항에 있어서, 공작물 상에 용착되는 상기 코어드 용접봉의 상기 용융된 부분을 적어도 부분적으로 보호하기 위해 실드 가스를 상기 공작물로 안내하는 단계를 포함하는 것인 방법.
제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 실드 가스는 아르곤, 이산화탄소, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 방법.
제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 내습성 화합물 내의 이산화티탄 함량을 제외한 상기 이산화티탄의 함량은 상기 충전 조성물의 2∼40 중량%인 것인 방법.
제27항에 있어서, 상기 내습성 화합물 내의 이산화티탄 함량을 제외한 상기 이산화티탄의 함량은 상기 충전 조성물의 2∼40 중량%인 것인 방법.
제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 슬래그 형성제는 상기 충전 조성물의 10∼50 중량%를 구성하는 것인 방법.
제29항에 있어서, 상기 슬래그 형성제는 상기 충전 조성물의 10∼50 중량%를 구성하는 것인 방법.
제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 슬래그 형성제는 금속 산화물을 포함하는 것인 방법.
제29항에 있어서, 상기 슬래그 형성제는 금속 산화물을 포함하는 것인 방법.
제31항에 있어서, 상기 슬래그 형성제는 금속 산화물을 포함하는 것인 방법.
제32항에 있어서, 상기 슬래그 형성제의 대부분이 상기 금속 산화물을 포함하는 것인 방법.
제33항에 있어서, 상기 슬래그 형성제의 대부분이 상기 금속 산화물을 포함하는 것인 방법.
제34항에 있어서, 상기 슬래그 형성제의 대부분이 상기 금속 산화물을 포함하는 것인 방법.
제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 내습성 화합물은 상기 충전 조성물의 1∼40 중량%를 구성하는 것인 방법.
제29항에 있어서, 상기 내습성 화합물은 상기 충전 조성물의 1∼40 중량%를 구성하는 것인 방법.
제31항에 있어서, 상기 내습성 화합물은 상기 충전 조성물의 1∼40 중량%를 구성하는 것인 방법.
제37항에 있어서, 상기 내습성 화합물은 상기 충전 조성물의 1∼40 중량%를 구성하는 것인 방법.
제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 내습성 화합물은 대부분의 중량%가 티타늄 화합물로 구성되고, 나트륨 화합물과 칼륨 화합물을 1.1∼5:1의 중량%비로 포함하며, 1 중량% 이상의 콜로이드 실리카를 포함하는 것인 방법.
제29항에 있어서, 상기 내습성 화합물은 대부분의 중량%가 티타늄 화합물로 구성되고, 나트륨 화합물과 칼륨 화합물을 1.1∼5:1의 중량%비로 포함하며, 1 중량% 이상의 콜로이드 실리카를 포함하는 것인 방법.
제31항에 있어서, 상기 내습성 화합물은 대부분의 중량%가 티타늄 화합물로 구성되고, 나트륨 화합물과 칼륨 화합물을 1.1∼5:1의 중량%비로 포함하며, 1 중량% 이상의 콜로이드 실리카를 포함하는 것인 방법.
제41항에 있어서, 상기 내습성 화합물은 대부분의 중량%가 티타늄 화합물로 구성되고, 나트륨 화합물과 칼륨 화합물을 1.1∼5:1의 중량%비로 포함하며, 1 중량% 이상의 콜로이드 실리카를 포함하는 것인 방법.
제25항 또는 제26항에 있어서, 금속 합금제를 포함하고, 이 금속 합금제는 알루미늄, 마그네슘, 규소, 티타늄 및 이들의 혼합물을 포함하는 것인 방법.
제29항에 있어서, 금속 합금제를 포함하고, 이 금속 합금제는 알루미늄, 마그네슘, 규소, 티타늄 및 이들의 혼합물을 포함하는 것인 방법.
제31항에 있어서, 금속 합금제를 포함하고, 이 금속 합금제는 알루미늄, 마그네슘, 규소, 티타늄 및 이들의 혼합물을 포함하는 것인 방법.
제45항에 있어서, 금속 합금제를 포함하고, 이 금속 합금제는 알루미늄, 마그네슘, 규소, 티타늄 및 이들의 혼합물을 포함하는 것인 방법.
제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 충전 조성물은

TiO₂ 5∼50 중량%

실리코티탄산나트륨 화합물 2∼50 중량%

슬래그 형성제 1∼60 중량%

금속 합금제 ≤ 70 중량%

를 포함하는 것인 방법.
제29항에 있어서, 상기 충전 조성물은

TiO₂ 5∼50 중량%

실리코티탄산나트륨 화합물 2∼50 중량%

슬래그 형성제 1∼60 중량%

금속 합금제 ≤ 70 중량%

를 포함하는 것인 방법.
제31항에 있어서, 상기 충전 조성물은

TiO₂ 5∼50 중량%

실리코티탄산나트륨 화합물 2∼50 중량%

슬래그 형성제 1∼60 중량%

금속 합금제 ≤ 70 중량%

를 포함하는 것인 방법.
제49항에 있어서, 상기 충전 조성물은

TiO₂ 5∼50 중량%

실리코티탄산나트륨 화합물 2∼50 중량%

슬래그 형성제 1∼60 중량%

금속 합금제 ≤ 70 중량%

를 포함하는 것인 방법.
제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 충전 조성물은

TiO₂ 3∼40 중량%

실리코티탄산나트륨 화합물 1∼55 중량%

슬래그 형성제 20∼50 중량%

금속 합금제 ≤ 55 중량%

를 포함하는 것인 방법.
제53항에 있어서, 상기 충전 조성물은

TiO₂ 3∼40 중량%

실리코티탄산나트륨 화합물 1∼55 중량%

슬래그 형성제 20∼50 중량%

금속 합금제 ≤ 55 중량%

를 포함하는 것인 방법.
용접 프로세스 중에 용접봉과 함께 사용하는 아크 안정화 요소로서,

80℉의 온도 및 80%의 상대 습도의 상태에서 96 시간에 걸쳐서의 상기 아크 안정화 요소의 수분 픽업이, 40∼200 메시의 평균 입자 크기를 갖는 입자의 경우 0.2% 미만이 되도록, 상기 아크 안정화 요소의 수분 픽업이 감소되며, 아크 안정화 화합물은 대부분의 중량%를 차지하는 티타늄 화합물을 포함하고, 나트륨 화합물과 칼륨 화합물을 1.1∼5:1의 중량%비로 포함하며, 1 중량% 이상의 콜로이드 실리카를 포함하는 것인 아크 안정화 요소.
제56항에 있어서,

TiO₂ 60∼90 중량%

규산나트륨 1∼20 중량%

규산칼륨 1∼15 중량%

나트륨화합물 1∼20 중량%

콜로이드 실리카 1∼10 중량%

그 밖의 구성 요소 ≤ 5 중량%

를 포함하는 것인 아크 안정화 요소.
제56항 또는 제57항에 있어서,

TiO₂ 70∼90 중량%

규산나트륨 4∼15 중량%

규산칼륨 1∼10 중량%

탄산나트륨 3∼16 중량%

콜로이드 실리카 2∼6 중량%

그 밖의 구성 요소 ≤ 1 중량%

를 포함하는 것인 아크 안정화 요소.
제56항 또는 제57항에 있어서,

TiO₂ 70∼80 중량%

규산나트륨 3.5∼10 중량%

규산칼륨 1.5∼6 중량%

탄산나트륨 5∼15 중량%

콜로이드 실리카 2∼5 중량%

그 밖의 구성 요소 ≤ 0.5 중량%

를 포함하는 것인 아크 안정화 요소.
제58항에 있어서,

TiO₂ 70∼80 중량%

규산나트륨 3.5∼10 중량%

규산칼륨 1.5∼6 중량%

탄산나트륨 5∼15 중량%

콜로이드 실리카 2∼5 중량%

그 밖의 구성 요소 ≤ 0.5 중량%

를 포함하는 것인 아크 안정화 요소.
제56항 또는 제57항에 있어서, 상기 아크 안정화 요소는 건조된 이후의 물 함량이 0.08 중량% 미만인 것인 아크 안정화 요소.
제60항에 있어서, 상기 아크 안정화 요소는 건조된 이후의 물 함량이 0.08 중량% 미만인 것인 아크 안정화 요소.
제56항 또는 제57항에 있어서, 상기 아크 안정화 요소는 40∼200 메시의 평균 입자 크기를 갖는 것인 아크 안정화 요소.
제60항에 있어서, 상기 아크 안정화 요소는 40∼200 메시의 평균 입자 크기를 갖는 것인 아크 안정화 요소.
제62항에 있어서, 상기 아크 안정화 요소는 40∼200 메시의 평균 입자 크기를 갖는 것인 아크 안정화 요소.