KR100742299B1 - 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어 - Google Patents

일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 관한 것으로, 높은 입열량이 가해져도 안정적인 저온인성을 유지하며, 용접 작업성이 우수하고 양호한 비이드 외관을 얻을 수 있는 것이다.
이를 위한 본 발명은, 전체 중량을 기준으로 플럭스의 조성비가 금속산화물 0.3 내지 2.0중량%와, 금속불화물 0.1 내지 2.0중량%와, 망간(Mn) 1.0 내지 2.0중량%와, 규소(Si) 0.1 내지 0.5중량%와, 니켈(Ni) 1.0 내지 3.0중량%와, 티타늄(Ti) 0.01 내지 0.10중량%와, 붕소(B) 0.001 내지 0.008와, 희토류 금속산화물 0.01 내지 0.50중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
플럭스, 용접

Description

일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어{FLUX CORED WIRE FOR ELECTRO GAS ARC WELDING}
도 1은 본 발명에 의한 플럭스 코어드 와이어의 조성비를 보여주는 참조도,
도 2는 본 발명에 의한 플럭스 코어드 와이어의 금속산화물 조성을 보여주는 구성도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 플럭스 코어드 와이어 110 : 플럭스
본 발명은 플럭스 코어드 와이어에 관한 것으로, 특히 높은 입열량이 가해져도 안정적인 저온인성을 유지하며, 용접 작업성이 우수하고 양호한 비이드 외관을 얻을 수 있는 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다.
일반적으로, 플럭스 코어드 와이어는 길이방향으로 형성된 중심공 내부에 플럭스가 충전되어 있는 용접용 와이어를 가리킨다. 이같은 플럭스 코어드 와이어는 슬래그 도포성 및 제거성이 좋고 용착 속도가 빠르기 때문에 일렉트로 가스 아크 용접용으로 널리 사용되고 있다.
상기 일렉트로 가스 아크 용접은 차폐가스를 이용하여 1전극 또는 2전극으로 1패스 입향 용접하는 방법으로서, 후강판을 용접할 때 매우 효율적이며, 이러한 이점에 기인하여 조선, 건설, 교량 등의 폭 넓은 분야에 적용되고 있다.
하지만, 고능률 용접을 위해 많은 양의 입열이 가해지므로 용접금속의 미세 결정립의 조대화를 야기하는 한편, 저온인성에 악영향을 미치는 상(Phase)들의 발달 등으로 인해 용접금속의 저온인성이 취약해지는 문제점이 있었다.
이러한, 종래의 문제점을 해결하기 위한 방편의 일환으로 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 Mn, Si, Ti, Mg, B, Ni, Mo, Zr 등의 합금원소들을 첨가하였다. 그러나 단순히 이같은 합금원소들을 첨가하는 것만으로는 종래의 문제점을 해결하기에는 불충분하였다. 더욱이 비교적 높은 입열량(약 650KJ/Cm 이상)에서는 용접금속에서 안정적인 저온인성을 유지할 수 없는 문제가 보다 심각해지는 치명적인 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 높은 입열량이 가해져도 안정적인 저온인성을 유지할 수 있는 일렉트로 가스 용접용 플럭스 코어드 와이어를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 일렉트 로 가스 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 있어서, 전체 중량을 기준으로 0.01 내지 0.50중량%의 희토류 금속산화물이 플럭스에 첨가되는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
여기서, 상기 희토류 금속산화물에는 세리움(Ce), 란탄(La), 니오디늄(Nd), 프라세오디늄(Pr) 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군 중에서 적어도 일종 이상 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 플럭스에는 전체 중량을 기준으로 금속산화물 0.3 내지 2.0중량%와, 금속불화물 0.1 내지 2.0중량%와, 망간(Mn) 1.0 내지 2.0중량%와, 규소(Si) 0.1 내지 0.5중량%와, 니켈(Ni) 1.0 내지 3.0중량%와, 티타늄(Ti) 0.01 내지 0.10중량%와, 붕소(B) 0.001 내지 0.008가 더 첨가되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 금속산화물에는 탄산나트륨(Na2CO3), 타탄산마그네슘(MgCO3), 탄산칼슘(CaCO3) 중 적어도 일종 이상 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 본 발명의 용접방법은, 전체 중량을 기준으로 탄산나트륨(Na2CO3), 타탄산마그네슘(MgCO3), 탄산칼슘(CaCO3) 중 적어도 일종 이상 포함되어 이루어진 금속산화물 0.3 내지 2.0중량%와, 금속불화물 0.1 내지 2.0중량%와, 망간(Mn) 1.0 내지 2.0중량%와, 규소(Si) 0.1 내지 0.5중량%와, 니켈(Ni) 1.0 내지 3.0중량%와, 티타늄(Ti) 0.01 내지 0.10중량%와, 붕소(B) 0.001 내지 0.008와, 희토류 금속산화물 0.01 내지 0.50중량%가 플럭스에 첨가되어 구성된 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어를 사용하여 용접하되, 상기 금속산화물에 탄산나트륨 (Na2CO3), 타탄산마그네슘(MgCO3), 탄산칼슘(CaCO3) 중 적어도 일종 이상 포함된 양이 서로 다른 플럭스 코어드 와이어를 각각 표면부와 이면부에 배치하여 용접하고, 상기 금속산화물에 탄산나트륨(Na2CO3), 타탄산마그네슘(MgCO3), 탄산칼슘(CaCO3) 중 적어도 일종 이상 포함된 양이 서로 다른 플럭스 코어드 와이어를 용접 대상물의 용접부위 표면부와 이면부에 각각 배치하여 용접하고, 상기 금속산화물에 탄산나트륨(Na2CO3), 타탄산마그네슘(MgCO3), 탄산칼슘(CaCO3) 중 적어도 일종 이상 포함된 양은 상기 표면부에 배치된 플럭스 코어드 와이어 대비 상기 이면부에 배치된 플럭스 코어드 와이어에 1.2배 내지 3.0배인 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 할 수 있다.
한편, 본 발명의 제조방법은, 플럭스 코어드 와이어의 전체 중량을 기준으로 금속산화물 0.3 내지 2.0중량%와, 금속불화물 0.1 내지 2.0중량%와, 망간(Mn) 1.0 내지 2.0중량%와, 규소(Si) 0.1 내지 0.5중량%와, 니켈(Ni) 1.0 내지 3.0중량%와, 티타늄(Ti) 0.01 내지 0.10중량%와, 붕소(B) 0.001 내지 0.008와, 희토류 금속산화물 0.01 내지 0.50중량%를 포함시켜 플럭스를 구성하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 금속산화물 중에는 탄산나트륨(Na2CO3), 타탄산마그네슘(MgCO3), 탄산칼슘(CaCO3) 중 적어도 일종 이상 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이하, 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
[실시예]
도 1은 본 발명에 의한 플럭스 코어드 와이어의 조성비를 보여주는 참조도이고, 도 2는 본 발명에 의한 플럭스 코어드 와이어의 금속산화물 조성을 보여주는 구성도이다.
본 발명의 일렉트로 가스 용접용 플럭스 코어드 와이어(100)는 최적의 플럭스(110) 조성비를 통해 약 650KJ/Cm 이상의 높은 입열량이 가해지는 조건에서 2전극 1패스 입향 용접을 실시하는 경우에도 높은 저온인성을 유지한다. 뿐만 아니라 동일 조건에서 본 발명의 플럭스 코어드 와이어(100)는 아크안정성, 스패터(Spatter)량 및 흄(Fume)발생량에서도 우수한 성능을 갖는 등 용접 작업성이 매우 우수하다.
이같은 본 발명의 플럭스 코어드 와이어(100)는 도 1을 참조할 수 있듯이 전체 중량을 기준으로 플럭스(110, Flux)의 조성비가 희토류 금속산화물 0.01 내지 0.50중량%를 포함하는 것을 비롯하여, 금속산화물 0.3 내지 2.0중량%와, 금속불화물 0.1 내지 2.0중량%와, Mn 1.0 내지 2.0중량%와, Si 0.1 내지 0.5중량%와, Ni 1.0 내지 3.0중량%와, Ti 0.01 내지 0.10중량%와, B 0.001 내지 0.008를 포함하여 이루어진다.
이하에서는 상기와 같은 플럭스(110)의 조성비를 최적의 값으로 도출하게 된 경위를 도표화한 실시예 및 비교예들을 통해 설명한다. 제시되는 각 실시예 및 비교예들은 플럭스(110)를 구성하는 금속산화물, 금속불화물, Mn, Si, Ni, Ti, B 및 희토류 금속산화물 각각의 함량을 변화시켜가면서 플럭스 코어드 와이어(110)의 표면부, 중심부, 이면부 각각에서 충격흡수 에너지값을 측정하고, 이때에 용접 작업성의 지표가 되는 아크안정성, 스패터량, 흄발생량을 관찰하는 방법으로 이루어졌다.
단, 각 실시예 및 비교예들에서는 공통적으로 650KJ/Cm의 입열량이 가해지는 플럭스 코어드 와이어 전체 중량에 대한 백분율로서 나타냈으며, 삽입된 기호 ⊙는 우수, ○는 양호, □는 보통, △는 열악함을 나타낸다.
금속산화물 금속불화물 Mn Si Ni Ti B 희토류
제1실시예 0.9 0.37 1.65 0.24 1.66 0.043 0.003 0.11
제2실시예 0.8 0.27 1.59 0.11 1.52 0.015 0.004 0.10
제3실시예 1.11 0.40 1.66 0.21 1.38 0.033 0.003 0.09
구 분 충격흡수에너지값(J) 용접 작업성
표면부 중심부 이면부 아크안정성 스패터량 흄발생량
실시예1 54 58 82 ⊙ ⊙ ⊙
실시예2 62 57 73 ⊙ ⊙ ⊙
실시예3 75 58 81 ⊙ ⊙ ⊙
금속산화물 금속불화물 Mn Si Ni Ti B 희토류
비교예1 0.18 0.82 1.45 0.12 1.74 0.036 0.002 0.009
비교예2 2.21 0.81 1.42 0.14 1.73 0.034 0.002 0.09
비교예3 1.04 0.09 1.51 0.20 1.64 0.040 0.001 0.09
비교예4 1.06 2.25 1.43 0.18 1.67 0.038 0.002 0.11
비교예5 1.08 0.87 0.91 0.18 1.63 0.042 0.002 0.10
비교예6 1.10 0.75 2.20 0.21 1.68 0.038 0.002 0.09
비교예7 1.12 0.91 1.61 0.08 1.65 0.043 0.002 0.11
비교예8 1.11 0.82 1.58 0.61 1.63 0.052 0.002 0.11
비교예9 1.07 0.81 1.60 0.18 1.71 0.007 0.002 0.08
비교예10 1.07 0.80 1.58 0.19 1.69 0.120 0.002 0.08
비교예11 1.08 0.69 1.54 0.21 1.73 0.042 0.0005 0.10
비교예12 1.09 0.64 1.52 0.18 1.69 0.041 0.010 0.10
비교예13 1.07 0.59 1.55 0.18 0.89 0.042 0.003 0.09
비교예14 1.08 0.58 1.57 0.21 3.51 0.041 0.003 0.09
비교예15 1.10 0.37 1.56 0.14 1.72 0.047 0.003 0.003
비교예16 1.10 0.37 1.51 0.19 1.63 0.042 0.003 0.53
구 분 충격흡수에너지값(J) 용접 작업성 비 고
표면부 중심부 이면부 아크 안정성 스패터량 흄발생량
비교예1 49 51 50 □ △ ⊙ 금속산화물량 부족
비교예2 33 41 50 △ △ △ 금속산화물량 과다
비교예3 37 51 39 ○ ○ ⊙ 금속불화물량 부족
비교예4 50 50 52 □ △ △ 금속불화물량 과다
비교예5 28 27 27 □ □ ⊙ Mn량 부족
비교예6 31 30 37 □ □ ⊙ Mn량 과다
비교예7 45 41 47 △ □ ⊙ Si량 부족
비교예8 38 39 34 □ □ ⊙ Si량 과다
비교예9 42 50 48 ⊙ ⊙ ⊙ Ti량 부족
비교예10 45 39 51 □ △ ⊙ Ti량 과다
비교예11 34 30 52 ⊙ ⊙ ⊙ B량 부족
비교예12 33 42 51 □ □ ⊙ B량 과다
비교예13 28 29 32 ○ ○ ⊙ Ni량 부족
비교예14 39 31 47 □ △ ⊙ Ni량 과다
비교예15 42 50 50 ○ ○ ⊙ 희토류금속산화물량 부족
비교예16 38 38 47 □ △ ⊙ 희토류금속산화물량 과다
상기 도표화된 실시예 및 비교예들에 대해 설명하면 다음과 같다.
[비교예1]
비교예1은 전체 와이어에 대한 플럭스의 조성비 중 금속산화물의 함유량이 부족한 경우이다. 이 경우 표4에서 볼 수 있듯이 와이어 표면부의 충격 흡수 에너지 값이 떨어지고, 아크안정성과 스패터량에서 좋지 않은 성능을 나타냈다.
[비교예2]
비교예2는 전체 와이어에 대한 플럭스의 조성비 중 금속산화물의 함유량이 과도한 경우이다. 이 경우 표4에서 볼 수 있듯이 특히 와이어 표면부의 충격 흡수 에너지 값이 상당히 떨어지는 것은 물론 중심부에서도 충격 흡수 에너지 값이 떨어진다. 또한, 아크안정성, 스패터량, 흄발생량에서도 열악한 성능을 나타냈다.
그러므로, 상기 비교예1 및 2 그리고 전반적으로 우수한 결과를 보인 실시예1 내지 3을 비교하여 전체 와이어에 대한 금속산화물의 최적의 조성비를 다음과 같이 도출할 수 있다.
- 금속산화물 : 0.3 내지 2.0 중량% -
더 나아가, 금속산화물의 최적의 조성비를 더욱 좁은 범위로 좁혀보면 다음과 같다.
- 금속산화물 : 0.07 내지 0.2 중량% -
이같은 금속산화물은 대부분 슬래그 생성 및 아크 안정제로서 기능을 하며, 주로 SiO2, Na2O, TiO2, K2O, Al2O3, CaO, MgO을 비롯하여 도 2에 보여진 것처럼 Na2CO3, MgCO3, CaCO3 등이 사용된다. 이러한 금속산화물의 양이 0.3중량% 미만으로 첨가되는 경우 슬래그량이 불충분하고, 아크가 불안정하여 비드 외관이 불량해지며, 용착금속의 화학성분이 불안정하게 된다. 한편, 금속산화물의 양이 2.0중량%를 초과하여 첨가되면, 용융지 상부에 슬래그량이 과다하여 아크가 매립되는 등 불안정해지고, 스패터량이 과다하게 발생되는 문제가 발생한다.
나아가서, 본 발명에서는 와이어 표면부와 이면부의 아크 안정도 및 세기를 달리함으로써 일렉트로 가스 아크 용접시 아크가 슬래그에 매립되는 것을 방지하여 아크를 안정하게하는 것은 물론 스패터량을 저감시킬 수 있다. 이같은 효과는 금속산화물에 Na2CO3, MgCO3, CaCO3 중 적어도 일종 이상 포함된 양이 서로 다른 플럭스 코어드 와이어를 용접 대상물의 용접부위 표면부와 이면부에 각각 배치하여 용접하되, 상기 Na2CO3, MgCO3, CaCO3 중 적어도 일종 이상 포함된 양을 상기 표면부에 배치된 플럭스 코어드 와이어 대비 상기 이면부에 배치된 플럭스 코어드 와이어에 1.2배 내지 3.0배로 하여 용접함으로써 발생된다.
[비교예3]
비교예3은 전체 와이어에 대한 플럭스의 조성비 중 금속불화물의 함유량이 부족한 경우이다. 이 경우 표4에서 볼 수 있듯이 와이어 표면부 및 이면부의 충격 흡수 에너지 값이 상당 폭 떨어지고, 아크안정성과 스패터량에서 우수한 성능을 보여주지 못하였다.
[비교예4]
비교예4는 전체 와이어에 대한 플럭스의 조성비 중 금속불화물의 함유량이 과도한 경우이다. 이 경우 표4에서 볼 수 있듯이 와이어에 대한 충격 흡수 에너지 값은 양호한 편이지만 스패터량 및 흄발생량에서 매우 열악한 성능을 나타내는 것을 볼 수 있다.
그러므로, 상기 비교예3 및 4 그리고 전반적으로 우수한 결과를 보인 실시예1 내지 3을 비교하여 전체 와이어에 대한 금속불화물의 최적의 조성비를 다음과 같이 도출할 수 있다.
- 금속불화물 : 0.1 내지 2.0중량% -
이같은 금속불화물은 아크안정제 및 용접금속 내의 탈산소, 탈수소제로서의 역할을 하여 용접금속의 청정도를 높여주는 기능을 한다. 주로 사용되는 금속불화물로서는 CaF2, K2SiF6, Na2SiF6, Na2AlF6 등이 있다. 이러한 금속불화물 중 1종 이상의 합이 전체 와이어에 대한 0.1중량% 미만에서는 용접금속의 인성 향상효과를 기대할 수 없으며, 반면에 전체 와이어에 대한 2.0중량% 초과시에는 슬래그량이 과다하게 생성되어 아크 불안정을 유발하고 흄발생량이 과도하게 되는 문제를 초래한다.
[비교예5]
비교예5는 전체 와이어에 대한 플럭스의 조성비 중 Mn의 함유량이 부족한 경우이다. 이 경우 표4에서 볼 수 있듯이 와이어 표면부, 중심부 및 이면부 모두에서 충격 흡수 에너지 값이 극도로 떨어지고, 아크안정성과 스패터량에서 좋지 않은 성능을 나타냈다.
[비교예6]
비교예6은 전체 와이어에 대한 플럭스의 조성비 중 Mn의 함유량이 과도한 경우이다. 이 경우 표4에서 볼 수 있듯이 특히 와이어 표면부, 중심부 및 이면부 모두에서 충격 흡수 에너지 값이 상당히 떨어졌다. 또한, 아크안정성과 스패터량에서 좋지 않은 성능을 나타냈다.
그러므로, 상기 비교예5 및 6 그리고 전반적으로 우수한 결과를 보인 실시예1 내지 3을 비교하여 전체 와이어에 대한 Mn의 최적의 조성비를 다음과 같이 도출할 수 있다.
- Mn : 1.0 내지 2.0중량% -
Mn은 강력한 탈산제로서 용접시 용접금속 내의 산소량을 감소시키고, Fe에 고용되어 강도를 향상시키며, 인성을 향상시키는 원소이다. 전체 와이어에 대한 첨가량이 1.0중량% 미만일 경우에는 탈산효과가 떨어지고 인성이 열악해지며, 2.0중량% 초과일 경우 지나치게 강도가 상승하여 인성이 열악해진다. Mn은 금속 Mn, Fe-Mn, Fe-Si-Mn 등 합금 형태로 첨가될 수 있다.
[비교예7]
비교예7은 전체 와이어에 대한 플럭스의 조성비 중 Si의 함유량이 부족한 경우이다. 이 경우 표4에서 볼 수 있듯이 와이어 표면부, 중심부 및 이면부의 충격 흡수 에너지 값이 떨어지는 한편, 아크안정성은 열악해지고 스패터량에서는 좋지 않은 성능을 나타냈다.
[비교예8]
비교예8은 전체 와이어에 대한 플럭스의 조성비 중 Si의 함유량이 과도한 경우이다. 이 경우 표4에서 볼 수 있듯이 특히 와이어 표면부, 중심부 및 이면부 모두에서 충격 흡수 에너지 값이 상당히 떨어졌다. 또한, 흄발생량에서는 우수하나 아크안정성 및 스패터량에서 좋지 않은 성능을 나타냈다.
그러므로, 상기 비교예7 및 8 그리고 전반적으로 우수한 결과를 보인 실시예1 내지 3을 비교하여 전체 와이어에 대한 Si의 최적의 조성비를 다음과 같이 도출할 수 있다.
- Si : 0.1 내지 0.5중량% -
Si은 Mn과 함께 강탈산제로서 용접금속의 산소량을 감소시켜 인성을 향상시키며, Fe에 고용되어 용접금속의 강도를 높여준다. 전체 와이어에 대한 Si의 첨가량이 0.1중량% 미만일 경우 산소량 저감 효과가 충분하지 못해 인성이 열악해지고, 0.5중량%를 초과할 경우 강도가 과도하게 높아져 오히려 인성이 열악해지는 결과를 초래한다.
[비교예9]
비교예9는 전체 와이어에 대한 플럭스의 조성비 중 Ti의 함유량이 부족한 경우이다. 이 경우 표4에서 볼 수 있듯이 용접금속의 충격 흡수 에너지 값이 떨어졌다.
[비교예10]
비교예10은 전체 와이어에 대한 플럭스의 조성비 중 Ti의 함유량이 과도한 경우이다. 이 경우 표4에서 볼 수 있듯이 용접금속의 충격 흡수 에너지 값이 떨어졌다. 또한, 아크안정성이 좋지 않은 성능을 나타내고 특히 스패터량에서 열악한 성능을 나타냈다.
그러므로, 상기 비교예9 및 10 그리고 전반적으로 우수한 결과를 보인 실시예1 내지 3을 비교하여 전체 와이어에 대한 Ti의 최적의 조성비를 다음과 같이 도출할 수 있다.
- Ti : 0.01 내지 0.1 중량% -
Ti은 용접금속의 산소를 저감시키고, 자유질소를 고착시키는 효과가 있으며, 따라서 용접금속의 인성을 향상시키는 기능을 한다. 이같은 Ti는 전체 와이어에 대한 첨가량이 0.01중량% 미만인 경우 상기 효과가 미비하여 용접금속의 인성 향상을 기대할 수 없으며, 0.1중량%를 초과하는 경우 Fe에 과다 고용되어 용접금속의 강도가 지나치게 높아지면서 오히려 인성의 열화를 초래한다.
[비교예11]
비교예11은 전체 와이어에 대한 플럭스의 조성비 중 B의 함유량이 부족한 경우이다. 이 경우 표4에서 볼 수 있듯이 용접금속의 충격 흡수 에너지 값이 상당히 떨어졌다.
[비교예12]
비교예12는 전체 와이어에 대한 플럭스의 조성비 중 B의 함유량이 과도한 경우이다. 이 경우 표4에서 볼 수 있듯이 특히 용접금속의 충격 흡수 에너지 값이 떨어졌다. 또한, 아크안정성 및 스패터량에서도 좋지 않은 성능을 나타냈다.
그러므로, 상기 비교예11 및 12 그리고 전반적으로 우수한 결과를 보인 실시예1 내지 3을 비교하여 전체 와이어에 대한 B의 최적의 조성비를 다음과 같이 도출할 수 있다.
- B : 0.001 내지 0.008중량% -
B은 Ti와 함께 용접금속의 조직을 미세화시켜 인성을 향상시키는 기능을 한다. 하지만, 그 첨가량이 전체 와이어에 대해 0.001중량% 미만이 되는 경우, 조직을 미세화시키는 효과가 적어 인성의 향상을 기대할 수 없다. 한편, 첨가량이 0.008중량%를 초과하는 경우 용접금속의 강도가 지나치게 높아지면서 인성이 저하되고, 균열에 대한 민감성이 증대되어 바람직하지 못하다.
[비교예13]
비교예13은 전체 와이어에 대한 플럭스의 조성비 중 Ni의 함유량이 부족한 경우이다. 이 경우 표4에서 볼 수 있듯이 용접금속의 충격 흡수 에너지 값이 극도로 떨어지고, 아크안정성과 스패터량에서 우수한 성능을 보여주지 못하였다.
[비교예14]
비교예14는 전체 와이어에 대한 플럭스의 조성비 중 Ni의 함유량이 과도한 경우이다. 이 경우 표4에서 볼 수 있듯이 용접금속의 충격 흡수 에너지 값이 상당히 떨어지는 결과를 나타냈다. 또한, 흄발생량에서는 우수한 성능을 나타냈으나 아크안정성에서 좋지 않은 성능을 나타냈고 스패터량도 열악한 성능을 나타냈다.
그러므로, 상기 비교예13 및 14 그리고 전반적으로 우수한 결과를 보인 실시예1 내지 3을 비교하여 전체 와이어에 대한 Ni 산화물의 최적의 조성비를 다음과 같이 도출할 수 있다.
- Ni : 1.0 내지 3.0중량% -
Ni은 용접금속의 조직 미세화를 통해 인성을 향상시키는 기능을 한다. 하지만, 그 첨가량이 전체 와이어에 대해 1.0중량% 미만인 경우 그 효과가 적고, 3.0중량%를 초과하는 경우 용접금속의 강도가 과도하게 높아져 오히려 인성이 열악해지는 결과를 초래한다.
[비교예15]
비교예15는 전체 와이어에 대한 플럭스의 조성비 중 희토류 금속산화물의 함유량이 부족한 경우이다. 이 경우 표4에서 볼 수 있듯이 용접금속의 충격 흡수 에너지 값이 떨어졌고, 아크안정성 및 스패터량에서 우수한 성능을 보여주지 못하였다.
[비교예16]
비교예16은 전체 와이어에 대한 플럭스의 조성비 중 희토류 금속산화물의 함유량이 과도한 경우이다. 이 경우 표4에서 볼 수 있듯이 용접금속의 충격 흡수 에너지 값이 떨어진다. 또한, 아크안정성에서 좋지 않은 성능을 나타냈고 스패터량에서 열악한 성능을 나타냈다.
그러므로, 상기 비교예15 및 16 그리고 전반적으로 우수한 결과를 보인 실시예1 내지 3을 비교하여 전체 와이어에 대한 금속산화물의 최적의 조성비를 다음과 같이 도출할 수 있다.
- 희토류 금속산화물 : 0.01내지 0.5중량% -
0.07~0.2 중량%
상기 희토류 금속산화물은 침상 페라이트의 핵생성 위치로 작용하여 용접금속 내의 입내 침상 페라이트 함량을 높이고, 입계 페라이트의 성장을 억제시켜 결정립을 메세화함으로써 인성을 향상시키는 기능을 한다. 또한, 재 가열부의 재열시 상변태를 지연 및 억제하는 등의 기능으로 용접금속의 저온 충격 성능을 향상시킨다. 뿐만 아니라 문헌에 따르면 확산성 수소의 Trapping site로 작용하여 용접금속의 확산성 수소를 저감시킴으로서 수소유기 균열 감수성을 낮춰주는 역할도 하는 것으로 알려져 있다.
하지만, 그 첨가량이 전체 와이어에 대해 0.01중량% 미만인 경우 입내 침상 페라이트 함량 증가 및 입계 페라이트의 성장 억제 효과가 적어지면서 인성의 향상을 기대할 수 없다. 한편, 첨가량이 0.5중량%를 초과하는 경우 용접금속 내 게재물의 양이 과도하게 되어 오히려 인성이 열악해지는 결과를 초래한다.
참고적으로, 희토류 산화물을 이루는 '희토류 금속'이란 원소의주기율 표에서 Ⅲ B족에 속하는 원소들로서 원자번호 57번인 란탄(La)으로부터 71번인 루테늄(Lu)까지의 15원소에 스칸디움(Sc)과 이트륨(Y)을 더한 17원소들의 무리를 가리킨다. 본 발명에서 상업적으로 이용되는 희토류 금속에는 세리움(Ce), 란탄(La), 니오디늄(Nd), 프라세오디늄(Pr) 및 이트륨(Y) 등이 있으며, 50%이 세리움(Ce)과 란탄(La) 및 니오디늄(Nd) 등의 희토류원소의 합으로 이루어진 미시메탈(misch metal)이 있다. 본 발명에서는 상기 희토류 금속들의 산화물로 이루어진 군으로부터 일종 이상 선택하여 플럭스에 첨가한다.
이같은 실시예 및 비교예들을 면밀하게 분석하는 한편, 플럭스를 구성하는 각 성분들의 조성비를 변화시켜 가면서 그 결과치를 관찰하여 와이어가 최적의 성능을 발휘할 수 있는 플럭스의 조성비를 구할 수 있는 것이다. 이는 이미 전술된 바와 같이 전체 와이어 중량을 기준으로 금속산화물 0.3 내지 2.0중량%, 금속불화물 0.1 내지 2.0중량%, Mn 1.0 내지 2.0중량%, Si 0.1 내지 0.5중량%, Ni 1.0 내지 3.0중량%와, Ti 0.01 내지 0.10중량%와, B 0.001 내지 0.008와, 희토류 금속산화물 0.01 내지 0.50중량%가 된다. 물론 여기에는 잔여 철 분말 및 불가피한 불순물 등도 포함되나 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나. 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는 높은 입열량에서 2전극 1패스 입향 용접을 실시할 경우에도 안정적인 저온인성을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명은 아크안정성, 스패터량 및 흄발생량에서 우수한 성능을 나타내는 등 용접 작업성이 매우 우수하다.

Claims (7)

  1. 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 있어서,
    전체 중량을 기준으로 0.01 내지 0.50중량%의 희토류 금속산화물이 플럭스에 첨가되고,
    상기 플럭스에 전체 중량을 기준으로 금속산화물 0.3 내지 2.0중량%와, 금속불화물 0.1 내지 2.0중량%와, 망간(Mn) 1.0 내지 2.0중량%와, 규소(Si) 0.1 내지 0.5중량%와, 니켈(Ni) 1.0 내지 3.0중량%와, 티타늄(Ti) 0.01 내지 0.10중량%와, 붕소(B) 0.001 내지 0.008가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 희토류 금속산화물에는 세리움(Ce), 란탄(La), 니오디늄(Nd), 프라세오디늄(Pr) 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군 중에서 적어도 일종 이상 포함되는 것을 특징으로 하는 일렉트로 가스 아크 용점용 플럭스 코어드 와이어.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속산화물에는 탄산나트륨(Na2CO3), 타탄산마그네슘(MgCO3), 탄산칼슘(CaCO3) 중 적어도 일종 이상 포함되는 것을 특징으로 하는 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101837525A (zh) * 2010-06-10 2010-09-22 哈尔滨工业大学（威海） 一种大线能量焊接电弧焊焊条
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