KR100757837B1 - Metal cored wire having superior weldability - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 철분을 플럭스의 주성분으로 하는 메탈계 플럭스 충전 와이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 철분, 합금원소 등의 플럭스 성분을 제어함과 아울러, S 및 Al의 함량비를 적절히 제어하므로써, 아크 이행을 안정화시키고 표면 슬래그 발생량을 감소시킬 수 있는 메탈계 플럭스 충전 와이어에 관한 것이다.The present invention relates to a metal-based flux filling wire having iron as a flux, and more particularly, by controlling flux components such as iron and alloying elements, and controlling the content ratio of S and Al appropriately, It relates to a metal-based flux filling wire that can stabilize the transition and reduce the amount of surface slag generated.
메탈계 플럭스 충전 와이어는, 솔리드 와이어의 장점인 높은 용착효율과 티타니아계 플럭스 충전 와이어의 장점인 양호한 용접 작업성을 함께 보유하고 있으므로, 솔리드 와이어를 대체하는 제품으로 점차 그 사용이 증가 되고 있는 실정이다. 그러나 메탈계 플럭스 충전 와이어는 충전되는 플럭스 중 철분이 대부분을 차지하고 있으므로 상대적으로 아크 안정제의 첨가량이 적어지게 되고, 이에 따라 아크 이행이 부드럽지 못하고 스패터의 발생이 많을 뿐만 아니라 용접비드 표면에 산발적으로 발생하는 슬래그로 인하여 비드 외관이 다소 지저분해 보이는 등의 문제점이 있었다.Metal-based flux-filled wire has high welding efficiency, which is an advantage of solid wire, and good welding workability, which is an advantage of titania-based flux-filled wire, and thus is increasingly being used as a substitute for solid wire. . However, since the metal-based flux filling wire is mostly made of iron in the flux to be charged, the amount of arc stabilizer added is relatively low. As a result, the arc transfer is not smooth and spatters are generated. Due to the slag generated, there was a problem that the appearance of the beads looks somewhat messy.
상기 문제점을 해결하기 위한 기술의 예로서 대한민국 등록특허 347295호와 532244호에 기재된 특허발명들을 들 수 있다. 상기 등록특허들에는 S와 Mn의 함량비를 특정함으로써 용접 작업성과 용접부의 인성을 향상시키는 메탈계 플럭스 충전 와이어를 제시하고 있다. 하지만 이러한 기술은 스패터량 및 슬래그량을 어느 정도 감소시키는데는 효과적이지만 용접비드 표면에 산발적으로 발생하는 슬래그의 량이은 솔리드 와이어 수준에는 미치지 못하는 한계가 있었다. 그러므로 추가적인 슬래그 제거 작업으로 인해 작업 효율이 떨어지는 문제를 피할 수 없었다.Examples of techniques for solving the above problems include the inventions described in Korean Patent Nos. 347295 and 532244. The patents propose a metal-based flux filling wire that improves the weldability and the toughness of the weld by specifying the content ratio of S and Mn. However, although this technique is effective in reducing the amount of spatter and slag to some extent, the amount of slag that occurs sporadically on the surface of the weld bead has a limit that is less than the level of solid wire. Therefore, the problem of low working efficiency due to the additional slag removal work was not avoided.
따라서 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 아크 이행을 안정화시키는 것과 더불어, 비드 표면에 발생하는 슬래그 량을 최소화하여 건전한 용접부을 얻을 수 있게 하는 메탈계 플럭스 충전 와이어를 제공함을 그 목적으로 한다.Therefore, the present invention has been made to solve the problems of the prior art, and to provide a metal-based flux filling wire to stabilize the arc transition, and to obtain a healthy weld by minimizing the amount of slag generated on the surface of the beads. The purpose.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, The present invention for achieving the above object,
강재 외피 내에 플럭스가 충전되어 있는 메탈계 플럭스 충전와이어에 있어서, 상기 플럭스는 그 자체중량%로, C:0.05~0.30%, Si:3.0~6.0%, Mn:6.0~12.0%, S: 0.02~0.10%, Al:0.3~1.5%, 잔여 철분 및 불가피한 불순물로 조성되고; 그리고 [ln(Al×100)]/S 로 정의되는 값이 50 ~ 90 범위를 만족하는 용접성이 우수한 메탈계 플럭스 충전 와이어에 관한 것이다.In the metal-based flux-filled wire in which flux is filled in the steel shell, the flux is in its own weight%, C: 0.05 to 0.30%, Si: 3.0 to 6.0%, Mn: 6.0 to 12.0%, and S: 0.02 to 0.10%, Al: 0.3-1.5%, residual iron and inevitable impurities; And a metal-based flux-filled wire having excellent weldability in which a value defined by [ln (Al × 100)] / S satisfies a range of 50 to 90.
이하, 본 발명의 메탈계 플럭스 충전와이어를 이루는 플럭스 성분 조성 및 그 함량범위에 대하여 설명한다.Hereinafter, the flux component composition and the content range of the metal flux filling wire of the present invention will be described.
먼저, 탄소(C)는 강재 외피 및 플럭스에 기본적으로 함유되어 있는 성분으로 본 발명에서 임의적인 첨가를 요하는 것은 아니지만, 용접금속의 기계적 성능에 영향을 미치는 성분이므로 일정범위내로 그 함량을 제한하는 것이 바람직하다. First, carbon (C) is a component basically contained in the steel shell and flux, but does not require any addition in the present invention, but because it is a component that affects the mechanical performance of the weld metal, the content is limited within a certain range. It is preferable.
따라서 본 발명에서는 플럭스 중 탄소의 함량을 0.05~0.30중량%(이하, '%'라 한다)로 제한한다. 그 함량이 0.05% 미만이면 용접금속의 인성 및 인장특성이 열화될 수 있으며, 0.30%를 초과하면 균열에 대한 감수성이 증가하여 고온균열발생 가능성이 커지기 때문이다.Therefore, in the present invention, the content of carbon in the flux is limited to 0.05 to 0.30% by weight (hereinafter referred to as '%'). If the content is less than 0.05%, the toughness and tensile properties of the weld metal may deteriorate. If the content exceeds 0.30%, the susceptibility to cracking increases, so the possibility of high temperature cracking increases.
실리콘(Si)은 탈산제로서 함유되는데, 본 발명에서는 그 함량을 3.0~6.0%로 제한한다. 왜냐하면, 만일 그 함량이 3.0% 미만이면 용접금속내 탈산이 부족하여 표면결함을 야기할 수 있으며, 6.0%를 초과하면 아크 안정성이 저하되어 스패터가 증가하기 때문이다. 또한 메탈계 플럭스 충전와이어의 경우 용접후 표면에 부상되는 슬래그 성분의 대부분이 Si, Mn의 산화물이므로 탈산제로서 Si 함량이 많을수록 슬래그량은 증가하게 된다.Silicon (Si) is contained as a deoxidizer, in which the content is limited to 3.0 to 6.0%. This is because, if the content is less than 3.0%, deoxidation in the weld metal may be insufficient, causing surface defects. If the content is more than 6.0%, the arc stability may be lowered to increase spatter. In addition, since most of the slag components floating on the surface after welding are oxides of Si and Mn in the case of metal flux-filled wire, the amount of slag increases as the amount of Si as a deoxidizer increases.
망간(Mn)은 용접금속내 산소량을 저감시키는 탈산제의 역할을 한다. 또한 망간은 탈황제로서 S와 반응하여 FeS보다 MnS를 먼저 형성하므로써 S 편석에 의한 저 융점 화합물의 형성을 방지하는 역할을 한다. 본 발명에서는 망간의 함량을 6.0~12.0%로 제한하는데, 이는 그 함량이 6.0% 미만에서는 첨가에 따른 효과가 없으며, 12.0%를 초과하면 아크안정성 및 용융성이 저하되어 용접금속의 고온균열이 유발될 수 있기 때문이다.Manganese (Mn) serves as a deoxidizer to reduce the amount of oxygen in the weld metal. In addition, manganese reacts with S as a desulfurizing agent to form MnS before FeS, thereby preventing the formation of low melting point compounds due to S segregation. In the present invention, the content of manganese is limited to 6.0 ~ 12.0%, which does not have the effect of addition when the content is less than 6.0%, if it exceeds 12.0% arc stability and meltability is lowered causing hot cracking of the weld metal Because it can be.
황(S)은 본 발명에서 중요한 첨가원소 중 하나로써, 용탕(molten pool)의 흐름을 외부에서 내부로 변화시켜 슬래그가 내부(슬래그의 중앙부)로 모여들게 하며, 이에 의해 슬래그 제거 작업을 손쉽게 하고 청결한 비드외관을 얻을 수 있게 할 뿐만 아니라 용입을 증대시키는 역할을 한다.Sulfur (S) is one of the important additive elements in the present invention, by changing the flow of molten pool from the outside to the inside to collect the slag to the inside (center of the slag), thereby making the slag removal work easy and clean Not only can bead appearance be obtained but also serves to increase penetration.
이를 고려하여, 본 발명에서는 첨가되는 황의 함량을 0.02~0.10%로 제한한다. 만일 그 첨가량이 0.02% 미만이면 그 첨가에 따른 효과를 기대할 수 없으며, 0.10%를 초과하면 아크안정성이 저하되고 고온균열이 야기될 뿐 아니라 저온인성에도 악영향을 끼질 수 있기 때문이다. In consideration of this, in the present invention, the amount of sulfur added is limited to 0.02 to 0.10%. If the amount is less than 0.02%, the effect of the addition can not be expected, and if it exceeds 0.10%, the arc stability is lowered, high temperature cracking is caused, and low temperature toughness may be adversely affected.
알루미늄(Al) 본 발명에서 Si, Mn 보다 강력한 탈산제로서 역할을 하며, 용접후 최종 부산물로 형성되는 Si과 Mn 산화물 슬래그량을 감소시키는 역할을 한다.Aluminum (Al) In the present invention serves as a stronger deoxidizer than Si, Mn, and serves to reduce the amount of Si and Mn oxide slag formed as a final by-product after welding.
본 발명에서는 이러한 Al 첨가량을 0.3~1.5% 제한함이 바람직하다. 만일 그 첨가량이 0.3%미만에서는 슬래그량 감소 효과가 미미하고, 1.5%를 초과하면 Al 산화물 증가로 인해 비드 표면의 슬래그량이 오히려 증가할 뿐만 아니라 용융금속내 에 Al2O3 산화물을 형성하여 용접금속의 인성이 저하되며, 아울러, 용탕(molten pool)의 증기압을 상승시켜 흄발생량을 증가시킬 수 있기 때문이다.In the present invention, it is preferable that the amount of Al added is 0.3-1.5%. If the added amount is less than 0.3%, the slag amount reduction effect is insignificant, and if it exceeds 1.5%, the slag amount on the surface of the bead is not only increased due to the increase of Al oxide, but also Al 2 O 3 in the molten metal. This is because the toughness of the weld metal is reduced by forming an oxide, and the amount of fume can be increased by increasing the vapor pressure of the molten pool.
또한 본 발명에서는 비드표면에 슬래그 발생량을 효과적으로 조절하기 위해서 [ln(Al×100)]/S 함량비로 정의되는 값을 50 ~ 90 범위로 제어하여야 한다. 만일 상기 비가 50 미만이거나 90을 초과하게 되면 아크 이행이 불안정하게 될 뿐 아니라 비드 표면에 발생하는 슬래그 발생량이 증가하게 되어 청결한 용접부를 얻을 수가 없기 때문이다.In addition, in the present invention, in order to effectively control the amount of slag generated on the surface of the bead, the value defined by the ratio of [ln (Al × 100)] / S should be controlled in the range of 50 to 90. If the ratio is less than 50 or more than 90, not only the arc transition becomes unstable, but also the amount of slag generated on the surface of the bead increases, so that a clean weld cannot be obtained.
한편, 상술한 바와 같은 본 발명의 플럭스는 강재 외피 내에 충전되어 메탈계 플럭스 충전와이어를 구성할 수 있다. 이때, 본 발명은 강재 외피 내 충전되는 플럭스의 충전율에 제한되는 것은 아니지만, 강재 외피 내에 충전되는 플럭스의 충전율을 와이어 전중량 대비 10-20% 범위내로 하는 것이 바람직하다. On the other hand, the flux of the present invention as described above may be filled in the steel shell to form a metal-based flux filling wire. At this time, the present invention is not limited to the filling rate of the flux to be filled in the steel shell, it is preferable that the filling rate of the flux to be filled in the steel shell within the range of 10-20% of the total weight of the wire.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples.
(실시예)(Example)
강재 외피 내에 표 1과 같은 조성을 갖는 플럭스를 각각 충전하여 메탈계 플럭스 충전와이어를 제조하였다. 그리고 이때 사용된 강재 외피는, 그 외피에 대한 중량%로, C:0.02%, Si:0.015%, Mn:0.20%, P:0.010%, S:0.010%, 잔부 Fe 및 불가피 한 불순물로 조성되어 있다. 그리고 상기와 같이 마련된 각각의 플럭스 충전와이어를 이용하여 표 2와 같은 용접조건으로 용접을 실시하였다.Metal flux filling wires were prepared by filling the flux having the composition shown in Table 1 in the steel shell. And the steel shell used at this time, the weight percent of the shell, C: 0.02%, Si: 0.015%, Mn: 0.20%, P: 0.010%, S: 0.010%, the balance Fe and inevitable impurities have. Then, welding was performed under the welding conditions as shown in Table 2 using the flux filling wires prepared as described above.
[표 1]TABLE 1
[표 2]TABLE 2
이어, 상술한 각각의 플럭스 충전와이어에 대한 용접시험으로부터 아크안정성, 스패터 발생정도 및 표면 슬래그 발생 정도를 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 한편, 본 실험에서 스패터의 발생정도는 그 발생율이 3% 미만인 경우를 매우 우수(◎), 3~5% 이하인 것을 우수(○), 6~7%인 경우를 보통(△), 그리고 8% 이상인 것을 불량(x)으로 평가하였다. 그리고 슬래그 발생정도는 그 슬래그가 차지하는 표면적(%)과 비드 10cm 당 슬래그 발생 개수 양자를 고려하여 평가하였다. 즉, 그 표면적이 20% 미만이면 매우 우수(◎), 20~30%인 경우를 우수( ○), 30~40%인 경우를 보통(△), 40% 초과인 경우를 불량(x)으로 평가하였으며, 그 발생 개수가 2 미만이면 매우 우수(◎), 3~5인 경우를 우수(○), 6~7인 경우를 보통(△), 그리고 7을 초과하는 경우를 불량(x)으로 평가하였다. 또한 아크안정성은 용접사의 관능평가를 통하여 얻어진 결과로서, 매우 우수(◎), 우수(○), 보통(△), 불량(x)의 4등급으로 평가하였으며, 상기 여러 평가결과를 종합하여 또한 매우 우수(◎), 우수(○), 보통(△), 불량(x)의 종합평가를 하였다. Subsequently, the arc stability, the spatter generation degree and the surface slag generation degree were evaluated from the welding test on the above-described flux filling wires, and the results are shown in Table 3 below. On the other hand, in this experiment, the degree of spatter generation was very good when the incidence rate was less than 3% (◎), and was good (○) when the incidence was 3-5% or less (○), normal (△), and 8 What was more than% evaluated as defective (x). The degree of slag generation was evaluated by considering both the surface area (%) occupied by the slag and the number of slag generation per 10 cm of beads. In other words, if the surface area is less than 20%, it is very good (◎), 20-30% is good (○), 30-40% is normal (△), and 40% is bad (x). When the number of occurrences is less than 2, it is very good (◎), 3 to 5 is good (○), 6 to 7 is normal (△), and the case of more than 7 is bad (x). Evaluated. Also, the arc stability was obtained through the sensory evaluation of the welder. The arc stability was evaluated by four grades of excellent (◎), excellent (○), normal (△), and poor (x). Comprehensive evaluation of good (◎), good (○), normal (△) and bad (x) was carried out.
[표 3]TABLE 3
상기 표 3에 나타난 바와 같이, S와 Al함량 및 [ln(Al×100)]/S 함량비로 정의되는 값이 본 발명범위내이고, 탈산제(Si, Mn) 함량을 최적화한 발명예(1~8)의 경우에는 모두 우수한 평가치를 보임을 알 수 있다. As shown in Table 3, the value defined by S and Al content and [ln (Al × 100)] / S content ratio is within the scope of the present invention, the invention example of optimizing the deoxidizer (Si, Mn) content (1 ~ In case of 8), all of them showed excellent evaluation value.
이와 반하여, 비교예(1)은 [ln(Al×100)]/S 함량비로 정의되는 값과 S, Al 및 Mn의 함량이 본 발명의 범위를 벗어남으로써 슬래그 발생 개수 및 슬래그가 차 지하는 표면적이 증가하고, 아크안정성이 저하됨을 알 수 있으며, 비교예(2)는 플럭스의 성분함량은 본 발명범위내이나 [ln(Al×100)]/S 함량비로 정의되는 값이 본 발명범위를 벗어나 슬래그 발생 갯수가 많음을 알 수 있다.On the contrary, Comparative Example (1) shows that the value defined by the [ln (Al × 100)] / S content ratio and the content of S, Al, and Mn are out of the scope of the present invention, and thus the number of slag generation and the surface area occupied by the slag. It can be seen that the increase in the arc stability is deteriorated, the comparative example (2) is that the component content of the flux is within the scope of the present invention, but the value defined by the [ln (Al × 100)] / S content ratio is outside the scope of the present invention It can be seen that the number of slag generation is large.
또한 바교예(3,4)는 탈산제(Si, Mn) 함량이 본 발명범위를 벗어남으로써 아크안정성이 저하되고 스패터 발생량이 많았으며, [ln(Al×100)]/S 함량비로 정의되는 값과 일부 성분함량이 본 발명범위를 벗어나는 비교예(5-7)은 슬래그 발생 갯수 및 슬래그가 차지하는 표면적이 증가하고 아크안정성이 저하됨을 알 수 있다.In addition, Baegyo (3, 4) is deoxygenating agent (Si, Mn) content is out of the scope of the present invention, the arc stability is lowered and the amount of spatter is generated, the value defined by the ratio of [ln (Al × 100)] / S content In Comparative Example (5-7) and some of the component content outside the scope of the present invention it can be seen that the number of slag generation and the surface area occupied by the slag increases and the arc stability decreases.
상술한 바와 같이, 본 발명은 플럭스의 조성성분 및 [ln(Al×100)]/S 함량비로 정의되는 값을 적절히 제어함으로써 아크이행을 안정화시키고, 비드 표면 슬래그 발생량을 조절하여 건전한 용접부를 얻을 수 있는 메탈계 플럭스 충전 와이어를 제공함에 그 유용한 효과가 있다.As described above, the present invention can stabilize the arc migration by appropriately controlling the values defined by the composition composition of the flux and the [ln (Al × 100)] / S content ratio, and by controlling the generation amount of the bead surface slag, a healthy weld can be obtained. There is a useful effect in providing a metal-based flux filling wire.
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