KR100798493B1

KR100798493B1 - 가스실드아크용접용 무도금 솔리드와이어 조립체 및 이를 사용한 용접방법

Info

Publication number: KR100798493B1
Application number: KR1020060065670A
Authority: KR
Inventors: 박병호
Original assignee: 고려용접봉 주식회사
Priority date: 2006-07-13
Filing date: 2006-07-13
Publication date: 2008-01-28
Also published as: CN101104227A; CN100556608C; MY147037A; KR20080006675A; US20080011721A1; JP2008018469A

Abstract

콘택트팁의 내마모성을 향상시키기 위하여 본 발명은 스풀, 콘택트팁 및 상기 스풀에 권취된 솔리드와이어를 포함하는 무도금 솔리드와이어 조립체에 있어서, 상기 와이어는 와이어 전체 중량에 대하여 C 0.03~0.10%, Si 0.45~1.05%, Mn 0.90~1.90%, P 0.030%이하, S 0.030%이하, 잔부가 Fe 및 불순물로 구성되며, 하기식으로 정의되는 와이어 소모에 따른 와이어 캐스트경 감소비가 0.55 이하인 것을 특징으로 하는 가스실드아크용접용 무도금 솔리드와이어 조립체에 관한 것이다.

(여기서, Cf는 스풀 상부에 권취된 와이어의 캐스트경, 및 Co는 스풀 하부에 권취된 와이어의 캐스트경을 나타낸다)

무도금와이어, 콘택트팁, 캐스트경, 가공면

Description

가스실드아크용접용 무도금 솔리드와이어 조립체 및 이를 사용한 용접방법{A COPPER-FREE SOLID WIRE ASSEMBLY FOR GAS SHIELDED ARC WELDING AND A WELDING METHOD USING THEREOF}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 용접와이어가 콘택트팁 내부를 통과할 때의 형상을 나타낸 단면도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 용접와이어가 권취된 스풀의 상부, 중간부, 하부를 각각 나타낸 측면 단면도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 최종 권취전 와이어 캐스트를 조정하기 위한 종, 횡 교정롤러의 사시도,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 와이어의 표면 거칠기를 표면조도기를 이용하여 측정할 때, 탐침촉과 와이어 표면 접촉부를 나타낸 도면,

도 5(a)는 본 발명의 일실시예에 따른 측정대상 와이어의 광학현미경 사진,

도 5(b)는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 분석장비를 사용하여 가공면을 측정한 사진,

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 용접시 콘택트팁 선단부 형태를 나타낸 단면도, 및

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 콘택트팁 마모량 측정시험을 위한 용접시행 형태를 나타낸 사시도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 간단한 부호의 설명*

100… 용접와이어 110… 표면조도기의 탐침촉

120… 용접비드 130… 강관

200… 콘택트팁 210… 콘택트팁 관통공

250… 콘택트팁 관통공에서 와이어와의 접촉점

300… 스풀 310… 스풀의 상부

320… 스풀의 중간부 330… 스풀의 하부

400… 종, 횡 교정롤러

본 발명은 솔리드와이어 조립체에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 스풀, 콘택트팁 및 상기 스풀에 권취된 솔리드와이어를 포함하는 가스실드아크용접용 무도금 솔리드와이어 조립체에 관한 것이다.

일반적으로 상용되고 있는 가스실드아크용접용 솔리드와이어는 0.8~1.6mm의 직경을 가지고, 용접시 와이어의 통전성 및 내청성을 향상시키기 위해 와이어 표면에 동도금을 시행한 것이 많이 사용되고 있다. 하지만 와이어 표면에 동도금을 시행한 솔리드와이어의 경우, 용접시 콘디트케이블(Conduit Cable) 내에서 마찰에 의한 동도금층 박리가 발생되고, 장시간 용접시 콘디트케이블 내에 박리된 동도금분 이 집적하여 송급저항을 증가시키며, 이로 인해 용접와이어의 송급성 및 아크안정성에 악영향을 미치게 된다. 또한 와이어 표면에 동도금을 시행함에 따라 제조시 도금공정에서 발생되는 도금폐액으로 인한 환경문제와 도금폐액에 대한 처리비용이 발생되게 되는 문제가 있다.

이에 따라 최근에는 동도금 와이어의 문제점을 해소하기 위하여 용접와이어 표면에 동도금을 시행하지 않은 무도금 와이어의 사용이 증가되고 있으며, 이에 대한 여러 연구들이 진행되고 있다. 와이어 표면에 동도금을 시행하지 않은 무도금 와이어의 경우, 도금공정을 생략하기 때문에 도금폐액의 발생 및 그에 따른 처리비용이 발생하지 않고, 용접시 콘디트케이블 내에서 마찰에 의한 와이어 표면 동도금층 박리 문제가 발생되지 않는 장점을 지니고 있으나, 용접시 콘택트팁 마모를 증가시켜 콘택트팁의 교환주기를 단축하고, 이로 인해 작업능률을 떨어뜨리는 단점을 지니고 있다.

또한, 와이어는 제품의 포장방식에 따라 100㎏이상의 대용량은 페일팩에, 20㎏정도의 소용량은 스풀에 권취되어 사용되고 있다. 이때 포장방식에 따른 콘택트팁 마모시험을 행한 결과, 페일팩에 권취된 무도금 와이어보다 스풀에 권취된 무도금 와이어의 콘택트팁 마모성이 더 증가하는 문제가 있다.

용접시 콘택트팁 마모를 줄일 수 있는 방법과 관련한 특허문헌에 대해 살펴보면 다음과 같다.

일본국 특허공개 2005-074490에서는 용접와이어의 표면조도(Ra) 값과 윤활제 성분 및 도포량을 한정함으로써 와이어의 송급성 및 콘택트팁 내마모성을 개선한 기술이 개시되어 있다. 그러나, 단순히 표면조도(Ra) 값과 윤활제 성분 및 도포량만을 한정하는 것으로써는 용접시 와이어 송급성과 콘택트팁의 내마모성을 향상시키는 데는 한계가 있으며, 특히 스풀에 권취된 와이어의 콘택트팁 마모를 저감하는 데는 한계가 있다.

또한 일본국 특허공개 2003-039191에서는 와이어 표면 100㎟당 0.002~0.3mg의 산화스케일을 형성시키고, 와이어 표면에 와이어 10kg당 입경이 0.1~10㎛인 MoS₂, WS₂ 및 흑연 중에서 적어도 1종 이상을 0.01~2g, 식물유, 동물유, 광물유 및 합성유 중에서 적어도 1종 이상을 0.2~2.0g 도포시킴으로써 콘택트팁의 내마모성 및 용접성을 향상시킨 기술이 개시되어 있다. 하지만 상기 기술은 장시간 용접시 와이어 표면에 형성된 산화피막이 와이어와 콘택트팁 간의 접점에서 융착되는 량이 증대됨으로써 와이어-콘택트팁간 통전성 및 와이어 송급성을 저해하는 문제가 있다.

또한 일본국 공개특허 2005-246419에서는 와이어의 인장강도, 캐스트(Cast)경, 선경 및 윤활제 성분을, 일본국 공개특허 2004-237299에서는 와이어 표면 윤활제 성분을 한정함으로써 연속, 장시간 용접시 용접와이어의 송급성 및 콘택트팁의 내마모성을 개선한 기술이 개시되어 있다. 하지만 상기 기술들은 콘택트팁의 내마모성의 가장 중요한 인자 중에 하나인 와이어 표면 거칠기의 측면을 간과하고 있으며, 스풀에 권취된 와이어의 콘택트팁 마모를 줄이는 데는 한계가 있다.

본 발명은 스풀에 권취된 가스실드아크용접용 무도금 솔리드와이어에 있어서, 와이어 소모에 따른 캐스트경 변화값과 와이어 표면 가공면 비율 및 와이어 원주방향을 따라 측정한 4점에서의 가공면 비율의 편차를 최적의 범위 내로 관리함으로써, 용접시에 콘택트팁의 내마모성이 우수한 스풀에 권취된 가스실드아크용접용 무도금 솔리드와이어를 제공하는 데에 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 스풀에 권취된 가스실드아크용접용 무도금 와이어를 적용하여 용접수행시에 적절한 콘택트팁의 선정 및 교환주기를 제공하려는 데에 있다.

본 발명의 목적은 스풀, 콘택트팁 및 상기 스풀에 권취된 솔리드와이어를 포함하는 무도금 솔리드와이어 조립체에 있어서, 최종제품 와이어는 상기 와이어 전 중량에 대하여 C: 0.03~0.10%, Si: 0.45~1.05%, Mn: 0.90~1.90%, P: 0.030%이하, S: 0.030%이하, 잔부가 Fe 및 불순물로 구성되며, 와이어 소모에 따른 상기 와이어 캐스트경 감소비가 0.55 이하인 것을 특징으로 하는 콘택트팁의 내마모성이 우수한 가스실드아크용접용 무도금 솔리드와이어 조립체를 제공함으로써 달성된다.

여기서, 상기 스풀에 권취된 최종제품 용접와이어 표면 임의의 10000㎛²에서의 가공면 비율이 35~75%의 범위를 가지며, 와이어 원주방향을 따라 측정한 4점에 서의 가공면 비율의 편차가 12 이하의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 콘택트팁의 내마모성이 우수한 스풀에 권취된 가스실드아크용접용 무도금 솔리드와이어 조립체를 제공함이 바람직하다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 장시간, 연속용접시 용접용 콘택트팁의 와이어 관통공과 와이어 표면 가공면과의 접촉점 간의 관계식으로 정의되는 와이어의 콘택트팁 접촉지수 값이 0.28~0.65의 범위를 가지는 콘택트팁을 선정하고, 콘택트팁 관통공 단면적이 와이어 단면적의 2배를 초과하는 경우 콘택트팁을 교환하는 단계를 포함하는 용접방법을 제공함으로써 달성된다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명 일실시예의 최종 제품 솔리드와이어 각 성분의 역할 및 함량에 대해 설명한다.

C: 0.03~0.10중량%;

C는 용접와이어 및 용착금속의 강도를 향상시키는 원소로써 와이어 중에 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.

Si : 0.45~1.05중량%;

Si는 용융금속의 유동성을 향상시켜 용접시 용접비드의 퍼짐성을 양호하게 하고, 용착금속이 강도를 가지기 위한 필수성분이며, 용융금속 내 탈산반응을 도와 용착금속 위에 슬래그를 형성시킨다. 0.45% 미만에서는 용접와이어 및 용착금속의 인장강도와 용융금속의 유동성이 떨어지고, 1.05%를 초과할 때는 고전류 용접시 비드처짐 현상 및 용적의 유동성이 증가되고 용적의 흔들림이 발생하여 아크가 불안해 진다.

Mn : 0.90~1.90중량%;

Mn는 Si와 마찬가지로 용융금속의 탈산반응을 도와 용착금속 위에 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.

P: 0.014~0.030중량% 이하;

P는 금속에 불순물의 형태로 존재하며, 저융점 화합물을 만들어 고온균열 감수성을 증대시킨다. 0.030%를 초과할 때는 고온균열의 원인이 되며, 0.014% 미만에서는 상기 고온균열 감수성 증대효과를 기대하기 어렵게 된다.

S: 0.011~0.030중량% 이하;

S은 P와 마찬가지로 저융점 화합물을 만들어 고온균열 감수성을 증대시킨다. 0.030%를 초과할 때는 고온균열의 원인이 되며, 0.011% 미만에서는 상기 고온균열 감수성 증대효과를 기대하기 어렵게 된다.

이하에서는, 스풀에 권취된 솔리드 와이어에 있어서, 와이어 소모에 따른 와이어 캐스트경 감소비 및 그 범위 한정 이유에 대해 설명한다.

와이어 캐스트경이란, 와이어가 스풀의 보빈 등에 권취될 때 굽힘응력을 받 아 일정한 곡률을 가지는 형상을 이루게 되는데, 이때 형성된 일정한 곡률을 가지는 형상의 직경을 의미한다.

본 발명에서는 스풀에 권취된 가스실드아크용접용 무도금 솔리드와이어의 용접시 발생되는 콘택트팁 마모에 영향을 미치는 인자로써, 와이어 소모에 따른 캐스트경 감소비를 도출하였다.

도 1에서 나타낸 바와 같이, 용접시 용접와이어는 콘택트팁을 통과하게 되고, 스풀에 권취된 용접와이어가 캐스트경을 가지고 권취되어 있기 때문에 콘택트팁 관통공내의 접촉점(250)이 존재하게 되며, 콘택트팁 선단부 접촉점에서 콘택트팁의 마모가 촉진되게 된다.

한편, 도 2에서 나타낸 바와 같이, 용접와이어의 캐스트경은 스풀에 권취된 위치에 따라 약간의 차이가 존재하는데 용접와이어가 권취된 스풀의 상부(310), 중간부(320), 하부(330)에 위치한 용접와이어의 캐스트경이 다르고, 상부에서 하부로 갈수록 용접와이어의 캐스트경은 감소한다. 특히, 스풀 상부에 권취된 와이어의 캐스트경과 스풀 상부와 하부의 캐스트경 차이가 콘택트팁 마모에 있어 매우 중요한 인자임을 확인할 수 있었다.

이에 본 발명에서는 스풀 상부에 권취된 와이어 캐스트경에 대한 스풀 상부와 하부의 캐스트경 차이 값의 비로 나타내어지는 "와이어 소모에 따른 캐스트경 감소비"를 도출하여, 하기 수학식 1로 정의하였으며, 그 값을 0.55 이하로 한정하였다.

와이어 소모에 따른 캐스트경 감소비가 0.55를 초과할 경우, 스풀상에 권취 된 위치에 따라 캐스트경 차이가 너무 커서 용접이 진행됨에 따라 콘택트팁 마모 정도의 증가율이 커지게 되고, 콘택트팁의 교환주기가 짧아지게 된다. 반면, 와이어 소모에 따른 캐스트경 감소비가 0.55 이하인 경우, 와이어가 스풀상에 권취된 위치에 상관없이 일정한 캐스트경을 유지함으로써 콘택트팁의 마모정도가 일정하게 관리되고, 아울러 콘택트팁의 마모 정도도 감소하였다.

이하, 용접와이어 제조시 와이어의 캐스트경 감소비를 0.55 이하로 조정하기 위한 방법에 대해 설명한다.

상기 와이어 소모에 따른 캐스트경 감소비는 스풀에 권취시 와이어의 캐스트경과 인장강도에 매우 민감하다.

하기 표 1에 나타난 것처럼, 인장강도가 상대적으로 낮은 경우, 즉 제조공정상에 열처리공정을 포함하는 경우는 스풀에 권취시 와이어의 캐스트경에 따라 와이어 소모에 따른 캐스트경 감소비가 적은 반면, 인장강도가 상대적으로 높은 경우, 즉 제조공정상에 열처리공정을 포함하지 않는 경우는 스풀에 권취시 와이어의 캐스트경에 따라 와이어 소모에 따른 캐스트경 감소비가 상대적으로 크다. 또한, 스풀 에 권취시 와이어의 캐스트경이 적은 경우는 큰 경우보다 와이어 소모에 따른 캐스트경 감소비가 적다. 따라서, 제조공정상에 열처리공정을 포함하든, 포함하지 않든 스풀에 권취시 와이어의 캐스트경을 700mm 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

도 3에 나타난 바와 같이, 스풀에 권취시 와이어의 캐스트경을 700mm 이하로 관리하기 위해서는 권취 전에 종, 횡 교정롤러(400)를 적용함으로써 캐스트경을 조정할 수 있다.

제조공정상 열처리적용 유,무	와이어 인장강도 (kgf/㎟)	스풀에 권취시 와이어 캐스트경(mm)	스풀 상부에 권취된 와이어의 캐스트경. Cf (mm)	스풀 하부에 권취된 와이어의 캐스트경.Co (mm)	와이어 소모에 따른 캐스트경 감소비
열처리 有	115	400 700 1000	395 660 973	330 497 582	0.16 0.25 0.40
열처리 無	125	400 700 1000	395 660 973	314 423 475	0.21 0.36 0.51
열처리 無	130	400 700 1000	395 660 973	311 421 430	0.21 0.36 0.56

이하에서는 와이어 표면 임의의 10000㎛²에서의 가공면 비율 및 와이어 원주방향을 따라 측정한 4점에서의 가공면 비율의 편차값 범위한정 이유에 대해 설명한다.

여기서, 와이어 표면 가공면이란, 신선가공시 다이스에 의해 가공이 수행된 평활한 면을 의미한다.

용접와이어의 표면 거칠기는 용접시 콘택트팁의 내마모성에 큰 영향을 미치는 인자이고, 특히 와이어 표면 가공면 비율과 와이어 표면 원주방향을 따라 측정한 4점에서의 가공면 비율의 편차는 매우 중요한 인자이다. 이와 관련하여 동일한 화학성분을 가지는 원선을 사용하여 신선조건과 열처리공정의 유, 무를 변화시켜 가면서 최종제품 와이어의 가공면 비율 변화를 도모하였고, 용접시 콘택트팁의 내마모성을 최적의 상태로 유지할 수 있는 와이어 표면 가공면 비율에 대한 관리범위를 도출하였다.

하기 표 2에서는 용접와이어 제조방법에 따른 와이어 표면 가공면 비율과 일반적으로 널리 사용되고 있는 표면 거칠기 평가지표인 표면조도(Ra)에 대한 비교 평가에 대해 나타내었다.

표 2에서 나타나 있듯이 동일한 표면조도(Ra)를 나타내는 경우라도 와이어 표면 임의의 10000㎛²에서의 가공면 비율과 와이어 원주방향의 4면에 대한 가공면 비율의 편차가 다름을 알 수 있었다. 즉, 표면조도(Ra)가 유사하다고 하여도 와이어 표면의 형태는 달라질 수 있는 것이다. 이는 표면조도(Ra)가 단면형상이 원형인 용접와이어의 표면을 대별하는 데는 한계가 있기 때문이다.

구분	표면조도, Ra (㎛)	와이어 표면 임의의 10000㎛²에서의 가공면 비율 (%)	와이어 원주방향을 따라 측정한 4면에 대한 가공면 비율의 편차
1	0.32	52.88	6.55
2	0.32	36.68	8.11

도 4에서 나타나 있듯이, 와이어(100)의 표면 거칠기를 표면조도(Ra)로 나타내는 경우, 미소폭을 가지는 탐침촉(110)이 와이어의 일정지점에서 와이어 길이방향으로 측정길이만큼 미소영역을 측정하기 때문에, 와이어 표면 거칠기를 어느 정도 대별하기 위해서는 측정횟수를 증가시켜야 하고, 측정위치에 따른 편차가 커지게 된다.

반면 본 발명에서 언급한 와이어 표면 가공면 비율은 와이어 표면의 일정면적에 대한 와이어 표면상태를 나타낸 것이므로 표면조도(Ra)보다는 신뢰성이 있고, 측정이 용이하다. 따라서, 본 발명에서는 상기에 언급한 표면조도(Ra)의 문제점을 해결하고, 보다 신뢰성 있는 와이어 표면 거칠기 값을 나타내기 위해 와이어 표면 임의의 10000㎛²에서의 가공면 비율과 와이어 원주방향을 따라 측정한 4점에서의 가공면 비율의 편차를 적용하였다.

본 발명에서는 와이어 표면 임의의 10000㎛²에서의 가공면 비율이 35~75%의 범위를 가지고, 와이어 원주방향을 따라 측정한 4점에서의 가공면 비율의 편차가 12 이하의 범위를 가지는 경우, 콘택트팁의 내마모성이 향상됨을 확인하였다.

이하, 와이어 표면 임의의 10000㎛²에서의 가공면 비율 및 와이어 원주방향을 따라 측정한 4점에서의 가공면 비율의 편차 범위 한정의 이유에 대해 설명한다.

와이어 표면 임의의 10000㎛²에서의 가공면 비율이 35% 미만일 경우, 콘택트팁과의 마찰저항이 커지게 되어 콘택트팁의 마모가 촉진되며, 75%를 초과하는 경우, 표면처리제의 도포량이 감소하게 되고, 송급롤러에서 슬립이 발생되어 와이어의 송급이 균일하지 못하고, 이에 따라 콘택트팁의 마모가 촉진된다.

또한, 와이어 원주방향을 따라 측정한 4점에서의 가공면 비율 편차가 12를 초과하면, 콘택트팁과의 마찰저항이 안정적이지 못하게 되어 콘택트팁 마모가 촉진된다.

이하, 상기 기술된 와이어 표면 가공면 비율에 대한 측정방법을 설명한다.

와이어 표면 가공면 비율의 측정은 측정대상 와이어를 광학현미경으로 관찰하고, 이 때 관찰되는 와이어 표면 이미지를 Media Cybernetics사의 Image-Pro Plus Version 5.1장비를 사용하여 측정하였다.

도 5(a)와 도 5(b)에서는 상기 언급한 측정대상 와이어의 광학현미경 이미지 및 이미지 분석장비를 사용하여 가공면을 측정한 이미지를 나타내었다.

본 발명에서 언급한 와이어 표면 가공면은 도 5(a)의 와이어 광학현미경 이미지 상에서 흰색으로 나타나는 부분으로써, 신선가공시 다이스에 의해 가공이 수행된 부분을 말한다.

이하, 용접와이어 제조시 와이어 표면 가공면 비율 및 그 편차 제어방법에 대해 설명한다.

용접와이어의 표면 상태는 와이어 제조시 신선공정에 의해 크게 좌우된다. 신선공정은 여러가지 방식을 적용하여 수행할 수 있지만 본 발명에서 기술하고 있는 와이어 표면 임의의 10000㎛²에서의 가공면 비율과 와이어 원주방향을 따라 측정한 4점에서의 가공면 비율의 편차를 확보하기 위해 인라인 신선방식 및 2단계 신선방식을 적용하였으며, 신선방식과 함께 와이어 표면 상태를 제어하는데 중요한 인자중에 하나인 건식신선시 적용되는 신선윤활제의 부착량 및 입도를 한정하였다.

우선 본 발명에서 와이어 표면 상태를 제어하기 위해 적용한 신선방식에 대해 자세히 서술하여 보면, 전체 건식신선(all dry drawing, 이하 'DD'라 함), 전체 카셋트 롤러 다이(all cassette roller die)에 의한 건식신선(이하 'CRD'라 함), CRD와 DD를 조합한 건식신선의 인라인 신선방식을 적용하거나, DD 혹은 CRD에 의한 1차 건식신선 후, 2차 신선으로 습식신선(wet drawing, 이하 'WD'라 함)을 행하는 2단계 신선방식을 적용 가능하다. 이때 신선방식과는 상관없이 1차신선은 반드시 건식신선을 적용하여야 하고, 신선완료후 표면처리제를 와이어 표면에 도포한다. 또한, 신선공정 전, 후에 열처리공정이 본 발명에서 반드시 적용되어야 하는 것은 아니다.

건식신선시 적용되는 신선윤활제의 부착량은 최종제품 와이어를 기준으로 와이어 1kg당 0.02~0.30g의 범위 내로 관리하는 것이 바람직하다. 신선윤활제의 부착량이 와이어 1kg당 0.02g미만이면, 신선시 충분한 윤활성을 확보하기 어려우며, 0.30g을 초과하게 되면, 최종제품 와이어 표면에 부착된 신선윤활제량이 너무 많게 되어 용접시 콘디트케이블 내에서 와이어 표면에 부착된 신선윤활제의 탈락과 집적이 발생하게 됨으로써 와이어 송급성과 아크 안정성을 나쁘게 한다.

또한, 건식신선시 적용되는 신선윤활제 중에서 500㎛를 초과하는 입도를 가지는 신선윤활제가 전체 신선윤활제 중량의 40%이하를 가지는 것이 바람직하다. 상기 건식신선 윤활제의 입도가 500㎛를 초과하는 것이 40%를 초과하게 되면, 대립의 신선윤활제의 비율이 증가하게 되어 와이어 표면에서의 신선윤활제 부착성이 불균일하게 되고, 이로 인해 신선시 윤활성이 감소하게 된다. 따라서, 신선시 윤활성의 부족으로 인해 와이어 표면이 불균일해 짐으로써 와이어 표면 가공면 비율의 편차를 증가시킨다.

상기 와이어 표면 상태를 제어하기 위해 와이어 표면에 부착된 신선 윤활제 부착량 측정은 하기와 같은 방법으로 실시한다.

1. 와이어를 6~8cm 길이로 잘라서 50~80g 정도가 되도록 준비한다.

2. 비이커에 용매로서 CCl₄1000ml를 준비한다.

3. 준비된 와이어를 CCl₄가 들어있는 비이커에 넣어서 2~3차례 저어주면서 표면처리제를 10분간 탈지한다.

4. 탈지된 와이어를 드라이오븐에 넣어서 10분간 건조후 데시게이터에서 상온으로 냉각시킨다.

5. 건조된 와이어를 1g/ 10000 천칭에 올려서 탈지시킨 다음 무게(Wb)를 측정한다.

6. 준비된 와이어를 70℃로 유지된 5% 무수크롬산(CrO3) 용액에 20분간 침적시킨다.

7. 탈지된 와이어를 탕세후 알코올로 세척한다.

8. 알코올로 세척된 와이어를 드라이오븐에 넣어서 10분간 건조후 데시게이터에서 상온으로 냉각시킨다.

9. 건조된 와이어를 1g/ 10000 천칭에 올려서 탈지시킨 다음 무게(Wa)를 측정한다.

10. 측정된 Wb값과 Wa값에 기초하여 다음 식과 같이 윤활제 잔류량을 계산한다.

신선윤활제 부착량(g/kg wire) = {(Wb-Wa)/Wa} x 1000

상기 와이어 표면 상태를 제어하기 위해 건식신선시 적용되는 신선 윤활제의 입도 측정은 하기와 같은 방법으로 실시한다.

1. 표준망체를 500㎛에서 45㎛의 순서로 위에서 아래로 올려놓는다.

2. 신선 윤활제 100g을 정확히 측량하여 500㎛부터 망체에 옮겨 뚜껑을 덮은 다음 진탕기에서 15분간 진탕을 실시한다.

3. 진탕을 완료한 다음 500㎛ 망체를 통과하지 못한 입자들을 붓으로 털어 모아 측량한 후 망체 크기별로 각각의 중량%를 구한다.

이하에서는, 와이어의 콘택트팁 접촉지수 및 범위한정 이유에 대해 설명한다.

콘택트팁이란, 용접토치 끝에 부착되어 용접시 용접와이어에 용접전류를 전송시켜주고, 와이어 관통공을 통해 용접부로 용접와이어를 유도하는 기능을 수행하는 치구를 의미하는데, 콘택트팁이 마모되어 이러한 기능을 제대로 수행하지 못하게 되면 용접부 결함을 유발하게 되며, 결함제거 및 콘택트팁 교체 등으로 용접생산성을 저하시키는 원인이 된다.

본 발명의 와이어의 콘택트팁 접촉지수란 용접시 콘택트팁의 와이어 관통공과 와이어 표면 가공면의 접촉점 간의 관계식으로써, 적절한 콘택트팁 선정을 위한 척도이며, 하기 수학식 2로 정의된다.

(여기서, WC는 와이어의 원주길이, PC는 콘택트팁의 와이어 관통공 원주길이, 및 WS는 와이어 표면 가공면 비율을 나타낸다)

도 6에 나타낸 바와 같이, 일반적으로 콘택트팁(200) 관통공(210) 직경이 용접와이어(100)의 직경보다 크다. 그 이유는 콘택트팁 관통공 직경이 용접와이어의 직경과 같거나 작다면 용접와이어의 송급시 마찰저항이 상당히 증가하여 송급성이 나빠지거나 아예 송급이 되지 않기 때문이다. 또한, 용접시 용접와이어 표면과 콘택트팁 관통공의 내벽에서 접촉이 발생되고, 이러한 접촉점에서 아크가 발생되어 용접이 수행되며, 콘택트팁의 마모도 접촉점에서 주로 발생된다.

따라서, 콘택트팁 관통공과 용접와이어가 접촉하는 접촉면이 콘택트팁 마모에 중요한 인자이며, 이에 따라 접촉점이 될 수 있는 콘택트팁 관통공의 원주길이와 와이어 원주길이 중 와이어 표면 가공면 비율에 대한 관계를 정립할 필요가 있다.

이에 본 발명에서는 이들 관계에 대한 상기 수학식 2과 같은 파라미터를 개발하였으며, 이를 콘택트팁 선정을 위한 척도로 사용하였으며, 그 값은 0.28~0.65의 범위로 관리하는 것이 바람직하다.

이하, 상기와 같은 콘택트팁 접촉지수 범위 한정의 이유를 설명한다.

와이어의 콘택트팁 접촉지수 값이 0.28 미만이면, 와이어 표면 가공면 비율이 너무 낮거나, 콘택트팁 관통공의 원주길이가 상대적으로 커서, 콘택트팁의 관통공 내벽과 용접와이어의 접촉부가 불균일하게 되고, 이로인한 콘택트팁과 와이어간의 아킹(Arcing)이 불안정해지게 된다. 또한, 와이어의 콘택트팁 접촉지수 값이 0.65를 초과하는 경우, 와이어 표면 가공면 비율이 너무 높아 송급롤러부에서 슬립이 발생되어 와이어의 송급이 균일하지 못하게 된다.

또한, 본 발명에서는 콘택트팁의 교환주기로써 용접시 콘택트팁의 관통공 단면적이 와이어 단면적의 2배를 초과할 경우 콘택트팁을 교환하는 것을 규정하고 있다.

장시간 용접이 지속됨에 따라 콘택트팁의 마모는 필연적으로 발생되며, 콘택트팁의 마모가 진행됨에 따라, 와이어가 원하고자 하는 용접위치를 벗어나게 된다. 이 때문에 콘택트팁이 어느 정도 마모가 진행되게 되면 교환을 해주어야 하고, 이러한 교환시기를 적절히 선정하는 것이 매우 중요하다. 따라서, 본 발명에서는 콘택트팁 교환주기를 콘택트팁 관통공의 단면적과 와이어 단면적과의 비율로써 나타 내었다.

상기와 같은 범위한정의 이유를 설명하면, 콘택트팁 관통공의 단면적이 와이어 단면적의 2배 이하인 경우, 용접위치가 용접자가 원하는 위치에 정확히 용접되는 반면, 2배를 초과할 경우, 용접위치를 벗어나 용접이 진행되게 된다. 따라서, 상기와 같은 범위로 관리하는 것이 필요하다.

이하, 콘택트팁 마모량 측정방법에 대해 설명한다.

하기 표 3에서는 본 발명에 사용된 용접와이어의 화학성분을 나타내었으며, 사용된 용접와이어는 YGW11 타입과 YGW12 타입의 스풀에 권취된 가스실드아크용접용 무도금와이어를 각각 사용하였다.

하기 표 4에서는 용접조건에 대해 나타내었으며, 도 7에 나타낸 바와 같이 길이가 800mm이고, 두께가 25mm인 강관(130)을 회전시키면서 용접을 수행하고, 특히, 20kg 중량으로 권취된 스풀상의 와이어가 모두 소진될 때까지 강관 외측에 10분간 연속용접, 5분간 정지를 반복하여 1시간 동안 용접을 실시 후 콘택트팁 마모량을 측정하는 과정을 반복수행하였다.

하기 수학식 3에서 나타나는 것처럼, 콘택트팁 마모량은 용접전 초기 콘택트팁 관통공의 단면적에 대한 1시간 용접후 콘택트팁 관통공의 단면적의 비로 나타내었다.

(여기서, At는 1시간 용접후 콘택트팁 관통공의 단면적, 및 Ao는 용접전 콘택트팁 관통공의 단면적을 나타낸다)

이때 콘택트팁 관통공의 단면적은 현미경으로 콘택트팁 관통공의 이미지를 촬영하고, 그 촬영한 이미지를 Media Cybernetics사의 Image-Pro Plus Version 5.1을 사용하여 측정하였다.

하기 표 5에 나타난 바와 같이 상기 방법으로 구한 콘택트팁 마모량은 마모량이 35%이하의 경우는 "○", 35%초과 50%이하일 경우는 "△", 50%초과의 경우는 "×"로 각각 나타내었다.

항목기호	콘택트팁 마모량(%)	평가
○	35%이하	우수함
△	35%초과, 50%이하	보통
×	50%초과	나쁨

하기 표 6에서는 본 발명의 발명예와 비교예를 나타내었다.

상기 표 6은 스풀에 권취된 가스실드아크용접용 무도금 솔리드와이어 조립체의 신선방식, 신선 윤활제 및 와이어 캐스트경 감소비, 와이어 가공면 비율, 와이어의 콘택트팁 접촉지수, 콘택트팁 관통공과 와이어의 단면적 비율에 따른 콘택트팁 마모량을 나타낸 것이다.

발명예 1~14까지는 와이어 소모에 따른 캐스트경 감소비를 0.55 이하, 와이어 표면 임의의 10000㎛²에서의 가공면 비율을 35~75%, 와이어 원주방향을 따라 측정한 4점에서의 가공면 비율의 편차가 12 이하, 와이어의 콘택트팁 접촉지수를 0.28~0.65, 용접후 콘택트팁 관통공 단면적을 와이어 단면적의 2배 이하의 범위로 관리함에 따라 우수한 콘택트팁 내마모성을 얻을 수 있었다.

비교예 15~17, 19, 20, 23~25, 28은 입도가 500㎛를 초과하는 건식신선 윤활제를 40%이상 사용함으로써 와이어 표면 가공면 비율의 편차가 본 발명의 범위 내를 벗어나고, 이들 중 비교예 15, 19, 20, 24, 28은 와이어 표면 가공면 비율 또한 너무 낮아서 와이어와 콘택트팁간의 마찰저항이 커지게 되어 콘택트팁 마모가 많이 발생하였다.

비교예 18, 26~27은 신선 윤활제의 부착량이 너무 적고, 와이어 표면 가공면 비율과 와이어의 콘택트팁 접촉지수가 너무 높아서 용접시 송급롤러에서 슬립이 발생되어 와이어의 송급이 균일하지 못하고, 콘택트팁 마모도 증가하였다.

비교예 21~22, 29~30은 신선윤활제의 부착량과 입도가 부적절하고, 와이어 소모에 따른 캐스트경 감소비가 너무 높아서 스풀상에 권취된 위치에 따라 캐스트경 차이가 너무 커지게 되고, 이로 인해 용접이 진행됨에 따라 콘택트팁 마모 정도가 일정하지 못하고, 콘택트팁 마모 정도의 증가율이 커지게 되었다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 스풀에 권취된 용접와이어의 소모에 따른 와이어 캐스트경 감소비와 최종제품 와이어 표면 가공면 비율 및 와이어 원주방향을 따라 측정한 4점에서의 가공면 비율의 편차를 관리함으로써, 우수한 용접와이어의 콘택트팁 내마모성을 달성할 수 있다.

또한, 용접수행시 콘택트팁 접촉지수 값에 따라 적절한 콘택트팁을 선정하고 콘택트팁 관통공 단면적 변화에 따른 콘택트팁 교환주기에 따라 적정시기에 콘택트팁을 교환함으로써, 결과적으로 콘택트팁 교환주기를 연장하고 정확한 용접위치에 정확한 용접수행이 가능하여 작업능률 및 생산성 향상을 도모할 수 있다.

Claims

스풀, 콘택트팁 및 상기 스풀에 권취된 솔리드와이어를 포함하는 무도금 솔리드와이어 조립체에 있어서,

상기 와이어는 와이어 전체 중량에 대하여 C 0.03~0.10중량%, Si 0.45~1.05중량%, Mn 0.90~1.90중량%, P 0.014~0.030중량%, S 0.011~0.030중량%, 잔부가 Fe 및 불순물로 구성되며, 하기식으로 정의되는 와이어 소모에 따른 와이어 캐스트경 감소비가 0.16~0.55인 것을 특징으로 하는 가스실드아크용접용 무도금 솔리드와이어 조립체.

(여기서, Cf는 스풀 상부에 권취된 와이어의 캐스트경, 및 Co는 스풀 하부에 권취된 와이어의 캐스트경을 나타낸다)
제1항에 있어서,

상기 와이어는 와이어 표면 가공면 비율이 35~75%의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 가스실드아크용접용 무도금 솔리드와이어 조립체.
제1항에 있어서,

상기 와이어는 와이어 원주방향을 따라 측정한 4점에서의 가공면 비율의 편차가 2.75~12의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 가스실드아크용접용 무도금 솔리드와이어 조립체.
제1항에 있어서,

상기 콘택트팁과 상기 솔리드와이어의 접촉점에 관하여 하기식으로 정의되는 와이어의 콘택트팁 접촉지수 값이 0.28~0.65인 것을 특징으로 하는 가스실드아크용접용 무도금 솔리드와이어 조립체.

(여기서, WC는 와이어의 원주길이, PC는 콘택트팁의 와이어 관통공 원주길이, 및 WS는 와이어 표면 가공면 비율을 나타낸다)
와이어 표면 가공면과 접촉하는 콘택트팁의 와이어 관통공 간에 하기식으로 정의되는 와이어의 콘택트팁 접촉지수 값이 0.28~0.65의 범위를 가지는 콘택트팁을 선정하는 단계;

스풀에 권취된 와이어가 소진될 때까지 용접, 정지를 반복하여 1시간 동안 연속 용접을 실시하는 단계;

용접시 콘택트팁 관통공 단면적을 계산하여 콘택트팁 마모량을 측정하는 단계; 및

상기 콘택트팁 관통공 단면적이 상기 와이어 단면적의 2배를 초과하는 경우 콘택트팁을 교환하는 단계를 포함하는 가스실드아크용접용 무도금 솔리드와이어 조립체를 사용한 용접방법.