KR100757835B1 - 직류 아크 용접용 저수소계 피복 아크 용접봉 - Google Patents

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Abstract

직류 아크 용접용 저수소계 피복 아크 용접봉이 제공된다.
본 발명은, Fe를 주성분으로 하는 강 심선에 피복제가 코팅되어 있는 피복아크 용접봉에 있어서,
상기 피복제가, 자체 중량%로, CaCO3: 40~60%, CaF2: 10~20%, SiO2: 2.5~8%, MgO: 1~2.5%, Mg-Al: 0.5~2%, TiO2: 3~8%, 합금성분: 15~25%, 나머지 바인더 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지고, SiO2/MgO의 함량비가 2~5를 만족하는 직류 아크 용접용 저수소계 피복 아크 용접봉에 관한 것이다.
본 발명의 피복아크 용접봉을 이용하면, 직류 아크 용접시 아크 쏠림이 없고 용접작업성이 우수하며, 용접결함이 없는 용접금속을 얻을 수 있다.
직류 아크 용접, 아크쏠림, 용접작업성, 용접결함, 용접봉

Description

직류 아크 용접용 저수소계 피복 아크 용접봉{Low hydrogen type covered electrode for DC polarity arc welding}
본 발명은 직류 아크 용접에 사용되는 피복 아크 용접봉에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직류 아크 용접시 아크쏠림이 없고 용접작업성이 우수하며, 용접결함이 없는 용접금속을 얻을 수 있는 직류 아크 용접용 저수소계 피복 아크 용접봉에 관한 것이다.
일반적으로, 강재 및 배관용 파이프의 이음에 널리 사용되는 저수소계 피복아크 용접봉은 직류 아크 용접 작업시 강재 표면에 형성되는 자기장의 영향으로 아크쏠림이 발생되어, 용접금속 내부로 슬래그 혼입이 빈발하고 원활한 용접비드 형성 및 슬래그 제거가 어려울 뿐만 아니라 균일하고 결함이 없는 건전한 용접부 형성에도 장애가 있었다.
상기와 같은 저수소계 피복 아크 용접봉의 문제를 해결하기 위한 종래기술로는 일본 공개특허공보 평11-226774호가 있다. 상기 종래기술에서는 강 심선에 피복 되는 피복제의 투자율(permeability)과 피복 두께 및 심선의 직경과의 관계를 특정하는 방법을 제시하고 있다. 그러나, 상기 종래기술은 피복제에 사용되는 원재료의 선택에서부터 피복제의 피복두께와 심선의 직경에 이르기까지 갖가지 변수들을 제어하여야 하기 때문에 제조가 까다롭다는 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 피복제 성분 함량과 SiO2/MgO 함량비를 적절하게 제어함으로써, 직류 아크 용접시 아크쏠림이 없고 용접작업성이 우수하며, 용접결함이 없는 용접금속을 얻을 수 있는 직류 아크 용접용 저수소계 피복아크 용접봉을 제공하는데, 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, Fe를 주성분으로 하는 강 심선에 피복제가 코팅되어 있는 피복아크 용접봉에 있어서,
상기 피복제가, 자체 중량%로, CaCO3: 40~60%, CaF2: 10~20%, SiO2: 2.5~8%, MgO: 1~2.5%, Mg-Al: 0.5~2%, TiO2: 3~8%, 합금성분: 15~25%, 나머지 바인더 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지고, SiO2/MgO의 함량비가 2~5를 만족하는 직류 아크 용접용 저수소계 피복 아크 용접봉에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은 피복제 성분 함량과 SiO2/MgO 함량비를 적절하게 제어함에 의하여, 아크쏠림이 없고 용접작업성이 우수하며, 용접결함이 없는 용접금속을 얻을 수 있는 직류 아크 용접용 저수소계 피복아크 용접봉을 제공하는데, 그 특징이 있는 것으로, 먼저 본 발명의 용접봉을 구성하는 피복제의 성분 함량 및 그 제한사유를 설명한다.
본 발명에서 CaCO3는 가스를 발생시켜 용접 아크분위기를 대기로부터 차폐시키며 슬래그를 형성하는 역할을 하는 성분이다. 상기 CaCO3의 함량이 피복제에 대한 중량%로, 40% 미만이면 가스의 발생이 적고 차폐 효과가 약해져 용접부에 블로우 홀(Blow Hole) 등의 결함발생 위험이 증대되며, 60%를 초과하면 스패터 발생량이 증가하고 슬래그 유동성이 나빠져 비드 형상이 불량해지므로, 그 함량을 40~60중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
CaF2는 상기 CaCO3와 마찬가지로 차폐가스를 형성함과 아울러 용접중에 용융금속(molten metal)의 순환을 원활하게 하여 불순물 및 유해가스를 제거하는 효과가 있는 성분이다. 상기 CaF2의 함량이 피복제에 대한 중량%로, 10% 미만이면 용접 중 용융금속의 순환이 원활하지 못해 용접금속내 불순물 제거가 불완전하여 용접금 속 결함이 유발되는 문제가 있으며, 20%를 초과하면 슬래그량이 증가하여 용접효율을 저하시키는 문제가 있으므로, 그 함량을 10~20중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
SiO2는 슬래그 유동 및 비드 퍼짐성 향상에 유효한 성분으로, 그 함량이 피복제에 대한 중량%로, 2.5% 미만이면 비드 외관 향상 등의 효과를 기대할 수 없으며, 8%를 초과하면 슬래그 점성이 증가하고 용접중 슬래그가 선행하여 슬래그 유동성을 현저하게 저하시킴으로써 아크단락이 발생될 우려가 있으므로, 그 함량을 2.5~8중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
MgO는 피복제 중에 적정량 첨가되면 아크 발생 및 흐름을 안정시켜 직류 아크 용접시 아크를 중앙으로 모아주고 아크가 퍼져나가는 것을 방지하는데 유효한 성분이다. 상기 MgO의 함량이 피복제에 대한 중량%로, 1% 미만이면 첨가에 따른 상기 효과를 기대할 수 없고, 2.5%를 초과하면 아크가 중앙으로 모이지 못하고 퍼져나가 아크쏠림이 발생되므로, 그 함량을 1~2.5중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
Mg-Al은 탈산제로서 용접시 대기로부터 유입된 산소 및 유해가스 제거를 촉진하여 용접결함을 방지하는데 유효한 성분이다. 상기 Mg-Al의 함량이 피복제에 대한 중량%로, 0.5% 미만이면 첨가에 따른 상기 효과를 기대할 수 없고, 2%를 초과하 면 용접중 완전 용융되지 못한 원료의 일부가 용접금속내에 잔존하여 용접결함을 발생시키는 문제점이 있으므로, 그 함량을 0.5~2중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
TiO2는 아크 안정성을 유지하는데 유효한 성분으로, 그 함량이 피복제에 대한 중량%로, 3% 미만이면 아크 안정성을 유지할 수 없으며, 8%를 초과하면 아크 안정성이 저하되고 아크가 거칠어져 스패터 발생량이 증가될 뿐만 아니라 슬래그 유동성이 저하되는 문제가 있으므로, 그 함량을 3~8중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
이외에도 용접금속의 기본적인 기계적 성능을 확보하기 위하여 Si, Mn, Fe 등의 합금성분이 피복제에 대한 중량%로 15~25%의 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 그 이유는 상기 합금성분의 함량이 피복제에 대한 중량%로, 15% 미만이면 용접금속의 기계적 성능이 저하되고, 25%를 초과하면 인장강도가 과도하게 증가하는 등 용접금속의 기계적 성능에 문제가 발생하기 때문이다.
상기한 성분 이외에 나머지는 바인더 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다. 상기 바인더는 피복제를 강 심선에 피복시키기 위한 고착제로서, 주 성분은 SiO2, Na2O, K2O 등을 포함하여 이루어진 것을 사용하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명자들은 연구를 통해 슬래그 점성 및 유동성에 영향이 있는 SiO2와 아크 쏠림을 제어하는데 효과가 있는 MgO의 첨가 비율에 따라, 아크의 형태가 다양하게 변화되는 것을 발견하였다. 그리고, 실험을 통해 SiO2/MgO 함량비가 2~5의 범위에 있을때, 아크 쏠림이 없고 용접결함이 없는 건전한 용접부를 얻을 수 있는 것을 알아내었다. 즉, 상기 SiO2/MgO 함량비가 2 미만이면 아크 쏠림 제어의 효과가 미미하며, 5를 초과하면 아크 쏠림이 심해지고 슬래그 유동성이 저하되는 문제점이 발생하므로, 상기 SiO2/MgO 함량비는 2~5로 제한하는 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
[실시예]
하기 표 2와 같은 성분을 갖는 강 심선에 하기 표 3과 같은 조성을 갖는 피복제를 피복하여 제조된 피복 아크 용접봉을 사용하여, 직류 전원의 용접전류로 용접을 실시하였다. 이때 사용된 모재의 화학성분은 하기 표 1과 같다.
이와 같이 용접을 행한 후, 용접작업성, 스패터 발생량 및 내결함성을 평가하여 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 이때 용접작업성의 평가는 필렛 용접을 실시하여 아크성, 슬래그 유동성, 슬래그 박리성, 아크쏠림, 비드 형상을 양호(Ｏ), 보통(△), 불량(×)으로 평가하였으며, 스패터 발생량은 스패터 발생량이 매우 적으면 양호(Ｏ), 약간 발생하면 보통(△), 다량 발생하면 불량(×)으로 나타내었다. 또한, 내결함성은 방사선 투과시험 결과로부터 평가하였다.
모 재 화 학 성 분(중량 %)
C Si Mn P S Fe
0.15 0.1 1.06 0.019 0.007 나머지

강 심 선 화 학 성 분(중량 %)
C Si Mn P S Fe
0.05 0.022 0.48 0.016 0.010 나머지

구 분 플럭스 조성(중량 %) SiO2/MgO
CaCO3 CaF2 SiO2 MgO Mg-Al TiO2 합금성분* 기타**
발 명 예 1 40 20 6.5 2.5 2 6 21 2 2.6
2 48 18 8 2 1 3 19 1 4
3 47 13 7 2 0.5 4 25 1.5 3.5
4 44 19 5 1 1.3 7 21 1.7 5
5 51 16 6 2 0.5 8 15 1.5 3
6 57 11 4 2 0.7 3 21 1.3 2
7 53 12 2.5 1 2 6 22 1.5 2.5
8 60 10 4 2 2 4 17 1 2
비 교 예 1 36 24 6.0 0.5 2 7 23 1.5 12
2 64 7 3.0 2 1 4 18 1 1.5
3 50 17 6.5 1 1.5 3 20 1 6.5
4 45 20 2.0 3 0.5 4 24 1.5 0.7
5 45 13 9.0 2 1.3 7 22 0.7 4.5
6 52 15 3.5 1.5 0.3 10 16 1.7 2.3
7 49 16 5.0 2.5 2.5 3 20 2 2
8 58 15 4.5 1 2 6 12 1.5 4.5
* 합금성분은 Si, Mn, Fe 등
** 기타는 고착제로 사용되는 바인더 및 기타 불가피한 불순물
구분 아크성 슬래그 유동성 슬래그 박리성 아크쏠림 비드형상 스패터 발생량 내결함성
발명예 1 Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ
2 Ｏ △ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ
3 Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ
4 Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ
5 Ｏ Ｏ △ Ｏ Ｏ △ Ｏ
6 Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ
7 Ｏ △ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ
8 Ｏ Ｏ △ Ｏ △ Ｏ Ｏ
비교예 1 × △ △ × × △ ×
2 × × × △ × × △
3 △ △ △ × △ △ ×
4 △ × △ × × × ×
5 × × △ △ × × ×
6 × × × △ × × ×
7 × × △ △ △ △ ×
8 × × △ △ × △ △

상기 표 4에 나타난 바와 같이, 피복제의 성분 조성 및 SiO2/MgO 함량비가 본 발명의 함량 범위를 만족하는 발명예 1~8은 전반적으로 용접작업성이 우수하였고, 직류 아크 용접시 아크쏠림 현상이 거의 발생하지 않아 용접작업 및 슬래그 형성이 용이하여 비드형상이 우수하였다. 특히, 용접부의 방사선 투과시험 결과 블로우 홀 등과 같은 용접결함이 발생하지 않는 건전한 용접부를 얻을 수 있었다.
이에 반하여, 피복제의 성분 조성 또는 SiO2/MgO 함량비가 본 발명의 범위를 벗어난 비교예 1~8은 만족스러운 용접작업성을 얻을 수 없었다. 특히, SiO2/MgO 비 와 일부 성분 함량이 본 발명범위를 벗어난 비교예 1~4는 아크쏠림 현상이 다발하였고 용접작업성이 저하되었으며, SiO2/MgO 함량비가 본 발명의 범위내에 있으나 일부 성분 함량이 본 발명범위를 벗어난 비교예 5~8은 아크 쏠림 현상은 많이 발생되지 않았지만, 전체적인 용접작업성이 불량하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 피복제의 성분 함량 및 SiO2/MgO 함량비를 적절히 조절함에 의하여, 직류 아크 용접시 아크 쏠림이 없고 용접작업성이 우수하며, 용접결함이 없는 용접금속을 얻을 수 있는 직류 아크 용접용 저수소계 피복 아크 용접봉을 제공할 수 있는 유용한 효과가 있다.

Claims (1)

  1. Fe를 주성분으로 하는 강 심선에 피복제가 코팅되어 있는 피복아크 용접봉에 있어서,
    상기 피복제가, 자체 중량%로, CaCO3: 40~60%, CaF2: 10~20%, SiO2: 2.5~8%, MgO: 1~2.5%, Mg-Al: 0.5~2%, TiO2: 3~8%, 합금성분: 15~25%, 나머지 바인더 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지고, SiO2/MgO의 함량비가 2~5를 만족하는 직류 아크 용접용 저수소계 피복 아크 용접봉.
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