KR100909323B1 - Solid Wire for High Current Carbon Dioxide Arc Welding - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대전류 탄산가스 아크 용접용 솔리드와이어에 관한 것으로, 탄산가스 아크 용접용 솔리드와이어에 있어서, 0.03 내지 0.10 중량%의 탄소(C)와, 0.60 내지 1.10 중량%의 실리콘(Si)과, 1.40 내지 1.90 중량%의 망간(Mn)과, 0.020 중량%의 인(P)과, 0.005 내지 0.020 중량%의 황(S)과, 0.16 내지 0.26 중량%의 티타늄(Ti)과, 0.0050 내지 0.0100 중량%의 알루미늄(Al)과, 0.0010 내지 0.0020 중량%의 칼슘(Ca)과, 0.010 내지 0.030 중량%의 지르코늄(Zr) 및 잔량으로 철(Fe)을 포함하여 구성됨으로써, 대전류 탄산가스 아크 용접에 의해 발생되는 아크 불안정 현상과 이에 기인하여 촉진되는 스패터 발생의 문제점을 와이어 조성을 조정하여 대전류 탄산가스 아크의 안정성을 개선하여 발생되는 스패터의 현저한 저감은 물론 발생되는 스패터를 미세화함으로써, 용접의 작업성을 크게 개선할 수 있어 조선 및 건설 등을 포함한 용접관련 산업전반에서 적용되고 있는 자동화 용접공정의 생산성 향상에 크게 기여할 수 있는 특징이 있다.The present invention relates to a solid wire for high current carbon dioxide arc welding, comprising: 0.03 to 0.10% by weight of carbon (C), 0.60 to 1.10% by weight of silicon (Si), 1.40 To 1.90 wt% manganese (Mn), 0.020 wt% phosphorus (P), 0.005 to 0.020 wt% sulfur (S), 0.16 to 0.26 wt% titanium (Ti), and 0.0050 to 0.0100 wt% Of aluminum (Al), 0.0010 to 0.0020% by weight of calcium (Ca), 0.010 to 0.030% by weight of zirconium (Zr) and iron (Fe) in the remaining amount, thereby generating by high current carbon dioxide arc welding The workability of welding by adjusting the wire composition to improve the stability of the large current carbon dioxide arc by reducing the spatter generated as well as minimizing the spatter generated. Greatly improve It has a feature that can greatly contribute to the shipbuilding and improve the productivity of welding automation welding industry, which is applied throughout the process, including the construction and the like.
용접, 솔리드와이어(Solid Wire), 이산화탄소, 아크(Arc), 스패터(Spatter)Welding, Solid Wire, Carbon Dioxide, Arc, Spatter
Description
본 발명은 대전류 탄산가스 아크 용접용 솔리드와이어에 관한 것이다.The present invention relates to a solid wire for high current carbon dioxide arc welding.
특히, 본 발명은 보호가스로서 이산화탄소를 사용하는 탄산가스 아크 용접에 있어서, 용접시 사용되는 용접용 솔리드와이어의 성분계를 조정하여 탄산가스 용접의 자유비행이행영역 작업조건에서 주로 발생하는 아크 불안정성을 개선하고, 아크 불안정에 기인하여 발생하는 스패터를 저감함은 물론 스패터를 미세하게 구현할 수 있는 대전류 탄산가스 아크 용접용 솔리드와이어에 관한 것이다.In particular, in the carbon dioxide arc welding using carbon dioxide as a protective gas, by adjusting the component system of the welding solid wire used during welding to improve the arc instability mainly generated in the working conditions of free flight zone of carbon dioxide welding In addition, the present invention relates to a solid wire for high current carbon dioxide arc welding, which can reduce the spatter generated due to arc instability, as well as finely implement the spatter.
탄산가스 아크 용접은 대기로부터 침입하는 산소, 질소 등의 유해원소의 침입을 방지하기 위하여 보호가스로서 이산화탄소 가스를 사용하는 방법으로서, 최근 용접 생산성 향상에 대한 요구가 증대되어 용접전류가 점점 높아지는 경향이 있다. 이러한 현장의 요구에 따른 용접조건으로서 고전류 용접이 이루어져야 하며, 이때 용적이행의 형태는 자유비행이행으로 이루어지며, 탄산가스 아크 용접의 특성상 고온의 아크 중에서 와이어 선단에서 형성된 용적의 하단에 전자기력이 작용하여 용적의 이행을 억제하는 역할을 함으로써, 용적이 크게 성장하고 큰 용적과 모재의 용융지 사이에 순간단락 현상이 빈번히 발생하는 등 아크가 매우 불안정하게 되고 이러한 불안정한 과정에 의하여 용적이나 용융지로부터 스패터가 비산하게 된다. 한편 발생하는 스패터 중에서 직경 1.0mm 이상의 대립의 스패터는 화재 발생은 물론 용접후 그의 제거가 곤란하여 용접 자동화의 주요한 저해요인으로 지적되고 있다.Carbon dioxide arc arc welding is a method of using carbon dioxide gas as a protective gas to prevent the ingress of harmful elements such as oxygen and nitrogen that enters the atmosphere. Recently, there is a tendency for welding current to increase due to an increasing demand for welding productivity. have. As a welding condition according to the demand of the site, high current welding should be performed. In this case, the form of dropping is free-flying, and due to the characteristic of carbon dioxide arc welding, the electromagnetic force acts on the lower end of the volume formed at the wire tip in the arc of high temperature. By restraining the transfer of volume, the arc becomes very unstable, such as large volume growth and frequent short-circuit phenomenon between the large volume and the molten material of the base material, and this unstable process causes spatter from the volume or the molten paper. Will be scattered. On the other hand, spatters having a diameter of 1.0 mm or more among the spatters generated are pointed out as major inhibitors of welding automation since it is difficult to remove them after welding as well as fire occurrence.
이러한 고전류 탄산가스 아크 용접용 솔리드와이어로서는, 0.04~0.06C - 0.65~0.80Si - 1.45~1.60Mn - 0.18~0.22Ti - 0.004~0.0200Al계의 와이어가 주로 사용되고 있다(여기서, 단위는 중량%이고 잔량은 철(Fe)이다).As such a solid wire for high current carbon dioxide arc welding, 0.04 to 0.06 C-0.65 to 0.80 Si-1.45 to 1.60 Mn-0.18 to 0.22 Ti-0.004 to 0.0200 Al-based wire is mainly used. The remaining amount is iron (Fe).
하기 표 1의 조성(중량%)을 갖는 용접용 와이어를 사용하여 자유비행이행 용접조건인 320A - 36V로 시험 용접을 실시한 후, 용접과정 중에 아크 신호인 아크 전류 및 전압을 측정하여 아크신호의 변동정도를 표준편차로 정리하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 또한 동일한 용접조건으로 시험 용접할 때 발생하는 스패터를 채집하여 용접금속의 무게에 대한 스패터 무게를 스패터 발생률로서 정리하고, 1.0mm이상의 대립 스패터 발생비율을 정리한 결과를 표 2에 나타내었다.After the test welding using the welding wire having the composition (wt%) of Table 1 at 320A-36V, which is a free-flying welding condition, the arc signal and the arc current and voltage were measured during the welding process to change the arc signal. The degree is summarized by the standard deviation, and the results are shown in Table 2 below. In addition, the spatter generated during the test welding under the same welding condition is collected, and the spatter weight with respect to the weight of the weld metal is summarized as spatter incidence rate, and the results of arranging the spatter spatter rate of 1.0 mm or more are shown in Table 2. It was.
상기 표 2의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 자유비행이행 영역에서 종래 와이어를 사용하는 경우는 아크가 불안정하며, 스패터 발생이 많으며, 특히 대립의 스패터 발생비율이 높아서 자동화 용접에서 생산성을 떨어뜨리며, 화재 발생의 위험성이 크다는 문제점이 있었다.As can be seen from the results of Table 2, when the conventional wire is used in the free-flying region, the arc is unstable, there are many spatters, and particularly, the spatter rate of the opposition is high, which reduces productivity in automated welding. There was a problem that the risk of fire.
이러한 문제점을 극복하기 위하여 와이어의 성분조정을 통하여 아크 안정성을 향상시키고 적절한 용융금속의 유동성을 유지함으로써 스패터 발생을 저감함은 물론 대립의 스패터 발생비율을 저감할 수 있도록 하였다.In order to overcome this problem, by adjusting the composition of the wire to improve the arc stability and maintain the fluidity of the molten metal to reduce the spatter generation as well as to reduce the spatter generation rate of the opposition.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 창출된 본 발명의 목적은, 용접용 와이어의 성분을 조정함으로써 용접 생산성 향상을 위하여 요구되는 고전류 탄산가스 아크 용접시 아크 안정성을 향상시킴으로써, 스패터 발생의 억제는 물론 대립의 스패터 발생비율을 저감할 수 있는 대전류 탄산가스 아크 용접용 와이어를 제공함에 있다.An object of the present invention created to solve the above problems, by adjusting the components of the welding wire to improve the arc stability during high current carbon dioxide arc arc welding required for improved welding productivity, as well as suppressing spatter generation An object of the present invention is to provide a wire for high current carbon dioxide arc welding, which can reduce the spatter generation rate of opposition.
이러한 본 발명의 목적은, 탄산가스 아크 용접용 솔리드와이어에 있어서, The object of the present invention, in the solid wire for carbon dioxide arc welding,
0.03 내지 0.10 중량%의 탄소(C)와, 0.60 내지 1.10 중량%의 실리콘(Si)과, 1.40 내지 1.90 중량%의 망간(Mn)과, 0.020 중량%의 인(P)과, 0.005 내지 0.020 중량%의 황(S)과, 0.16 내지 0.26 중량%의 티타늄(Ti)과, 0.0050 내지 0.0100 중량%의 알루미늄(Al)과, 0.0010 내지 0.0020 중량%의 칼슘(Ca)과, 0.010 내지 0.030 중량%의 지르코늄(Zr) 및 잔량으로 철(Fe)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대전류 탄산가스 아크 용접용 솔리드와이어에 의해 달성될 수 있다.0.03 to 0.10 wt% carbon (C), 0.60 to 1.10 wt% silicon (Si), 1.40 to 1.90 wt% manganese (Mn), 0.020 wt% phosphorus (P), and 0.005 to 0.020 wt% % Sulfur (S), 0.16 to 0.26 wt% titanium (Ti), 0.0050 to 0.0100 wt% aluminum (Al), 0.0010 to 0.0020 wt% calcium (Ca), 0.010 to 0.030 wt% Zirconium (Zr) and the remaining amount can be achieved by a solid wire for high current carbon dioxide arc welding, characterized in that it comprises iron (Fe).
탄소(C)는 0.03중량% 미만의 양으로 첨가되면 용접금속 강도 저하를 초래하는 문제점이 있으며, 0.10중량% 이상으로 첨가되면 용접중 스패터 발생량을 증가시키는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명의 탄소(C)는 와이어 총 중량에 대하여 0.03 내지 0.10중량%의 양으로 첨가되는 것이 바람직하다.If carbon (C) is added in an amount of less than 0.03% by weight, there is a problem that the weld metal strength is lowered. If the carbon (C) is added in an amount of more than 0.10% by weight, the amount of spatter generated during welding is increased. Therefore, the carbon (C) of the present invention is preferably added in an amount of 0.03 to 0.10% by weight relative to the total weight of the wire.
실리콘(Si)은 와이어 총 중량에 대하여 0.60중량% 미만으로 첨가되는 경우 용융금속의 탈산효과가 감소하여 용접금속의 충격인성 저하 및 용접 비드 결함 발생이 초래할 문제점이 있으며, 1.10중량% 이상으로 첨가되는 경우 용융금속의 유동성을 증가시킴에 따라 아크상태에서 용융금속의 저항능을 저하시켜 스패터 발생을 촉진할 수 있는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명의 실리콘(Si)은 0.60 내지 1.10중량%의 함량으로 첨가되는 것이 바람직하다.When the silicon (Si) is added in less than 0.60% by weight relative to the total weight of the wire, there is a problem that the deoxidation effect of the molten metal is reduced, resulting in a decrease in impact toughness of the weld metal and the occurrence of weld bead defects. In the case of increasing the fluidity of the molten metal, there is a problem that can promote the spatter generation by lowering the resistance of the molten metal in the arc state. Therefore, the silicon (Si) of the present invention is preferably added in an amount of 0.60 to 1.10% by weight.
망간(Mn)은 1.40중량% 미만으로 첨가되는 경우 용융금속의 탈산효과 감소로 용접금속 충격인성 및 강도 저하, 용접비드 결함 발생의 문제점이 있으며, 1.90중량% 이상으로 첨가되는 경우 용접금속의 강도를 과도하게 증가시켜 용접금속을 경화시키는 문제점이 있다. 따라서 본 발명의 망간(Mn) 함량은 1.40 내지 1.90중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. Manganese (Mn) is less than 1.40% by weight of the deoxidation effect of the molten metal due to the reduced deoxidation effect of the weld metal impact toughness, weld bead defects occur, and when added to more than 1.90% by weight strength of the weld metal There is a problem to harden the weld metal by increasing excessively. Therefore, the manganese (Mn) content of the present invention is preferably added 1.40 to 1.90% by weight.
인(P)은 0.020중량% 이상으로 첨가되는 경우 편석에 의한 취화, 용접금속 고온균열 발생 및 저온 인성 저하를 초래할 수 있다. 따라서, 본 발명의 인(P)은 0.020중량% 미만으로 첨가되는 것이 바람직하다. Phosphorus (P) may cause embrittlement due to segregation, hot cracking of the weld metal, and low temperature toughness when added at 0.020% by weight or more. Therefore, it is preferable that phosphorus (P) of this invention is added less than 0.020 weight%.
황(S)은 0.005중량% 미만으로 첨가되는 경우에는 용융금속의 표면장력을 증가하여 용접중 용적의 이행을 저해하여 아크 불안정성을 초래하는 문제점이 있으며, 0.020중량% 이상으로 첨가되는 경우에는 표면장력이 지나치게 감소하여 용융금속의 유동성이 크게 증가함에 따라 불안정한 아크 현상에 따라 용융금속의 저항능이 감소하여 스패터 발생이 촉진되는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명의 황(S)은 0.005 내지 0.020중량%의 함량으로 첨가되는 것이 바람직하다. Sulfur (S) increases the surface tension of molten metal when added to less than 0.005% by weight, inhibits the transition of volume during welding, resulting in arc instability, and when added to more than 0.020% by weight As the fluidity of the molten metal decreases excessively and the flowability of the molten metal increases greatly, the resistance of the molten metal decreases due to an unstable arc phenomenon, thereby promoting spatter generation. Therefore, the sulfur (S) of the present invention is preferably added in an amount of 0.005 to 0.020% by weight.
티타늄(Ti)은 강력한 탈산효과와 티타늄산화물에 의한 아크 안정화를 위하여 첨가되는 것으로, 0.16중량% 미만으로 첨가되면 자유비행이행 영역에서 아크 안정화 효과가 미미하여 아크가 불안정하게 되는 문제점이 있으며, 0.26중량% 이상으로 첨가되면 용접중 아크길이를 과도하게 길게 유지하여 와이어 선단에 형성된 용적이 스패터로 비산되는 문제점이 있다. 따라서 본 발명의 티타늄(Ti)은 0.16 내지 0.26중량%의 함량으로 첨가되는 것이 바람직하다. Titanium (Ti) is added for the strong deoxidation effect and stabilization of the arc by titanium oxide, if less than 0.16% by weight, there is a problem that the arc stabilization effect is insignificant in the free flight region, the arc becomes unstable, 0.26% by weight When added above, there is a problem in that the arc length during welding is kept excessively long so that the volume formed at the tip of the wire is scattered by spatters. Therefore, titanium (Ti) of the present invention is preferably added in an amount of 0.16 to 0.26% by weight.
알루미늄(Al)은 자유비행이행 영역에서 탈산효과를 강화하기 위하여 첨가되는 것으로서, 0.0050중량% 미만으로 첨가되면 용융금속의 탈산이 부족하여 용접부 결함발생 혹은 충격인성 저하 문제점이 있으며, 0.010중량% 이상으로 첨가되면 용융금속 표면장력이 저하하여 아크 중에서 용융금속의 거동이 불안정하게 되는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명의 알루미늄(Al)의 함량은 0.0050 내지 0.010 중량%의 함 량으로 첨가되는 것이 바람직하다. Aluminum (Al) is added to reinforce the deoxidation effect in the free-flying area. If it is added below 0.0050% by weight, deoxidation of molten metal is insufficient, resulting in defects in welding or deterioration of impact toughness. When added, there is a problem that the molten metal surface tension is lowered and the behavior of the molten metal in the arc becomes unstable. Therefore, the content of aluminum (Al) of the present invention is preferably added in an amount of 0.0050 to 0.010% by weight.
칼슘(Ca)은 강력한 활성화 원소로서 아크 안정화를 위하여 첨가하는 것으로서, 0.0010중량% 미만으로 첨가되며 아크 안정화 효과가 부족하여 칼슘 첨가 효과가 나타나지 않는 문제점이 있으며, 0.0020중량% 이상으로 첨가되면 용융금속으로부터 금속증기에 의한 증기압이 기인한 부력으로 작용하여 용적이행이 억제되어 스패터 발생이 촉진될 문제점이 있다. 따라서, 본 발명의 칼슘(Ca)의 함량은 0.0010 내지 0.0020중량%의 함량으로 첨가되는 것이 바람직하다. Calcium (Ca) is a strong activating element, which is added to stabilize the arc, is added at less than 0.0010% by weight and lacks the arc stabilizing effect does not appear calcium addition effect, when added to more than 0.0020% by weight from molten metal As a function of buoyancy due to the vapor pressure caused by the metal vapor, there is a problem in that the displacement of the volume is suppressed and the spatter generation is promoted. Therefore, the content of calcium (Ca) of the present invention is preferably added in an amount of 0.0010 to 0.0020% by weight.
지르코늄(Zr)은 강력한 탈산효과와 아크 안정화를 위하여 첨가되는 것으로서, 0.010중량% 미만으로 첨가되는 경우에는 탈산효과와 아크 안정화 효과가 부족하여 지르코늄 첨가효과가 나타나지 않는 문제점이 있으며, 0.030중량% 이상 첨가되면 아크길이가 지나치게 증가하고 용융금속의 표면장력을 감소시켜 용접중 스패터 발생을 촉진할 위험성이 있다. 따라서 본 발명의 지르코늄(Zr)은 0.010 내지 0.030중량%의 함량으로 첨가되는 것이 바람직하다.Zirconium (Zr) is added to the strong deoxidation effect and arc stabilization, when less than 0.010% by weight, there is a problem that does not appear to add zirconium due to lack of deoxidation effect and arc stabilization effect, added more than 0.030% by weight If the arc length is excessively increased and the surface tension of the molten metal is reduced, there is a risk of promoting spatter generation during welding. Therefore, the zirconium (Zr) of the present invention is preferably added in an amount of 0.010 to 0.030% by weight.
이하 본 발명에 의한 실시예와 비교예 1, 2를 비교하여 기술코자 한다. It will be described below by comparing the Examples according to the present invention and Comparative Examples 1, 2.
본 발명에 상당하는 조성을 갖는 와이어를 실시예로 하고 종래 기술에 의한 조성을 갖는 와이어로서 0.04~0.06C - 0.65~0.80Si - 1.45~1.60Mn - 0.18~0.22Ti - 0.004~0.0200Al계에 상당하는 비교예 1,2의 성분을 표 3에 나타내었다(여기서, 단위는 중량%이고, 잔량은 철(Fe)이다).A wire having a composition corresponding to the present invention as an example and a wire having a composition according to the prior art, 0.04 to 0.06 C-0.65 to 0.80 Si-1.45 to 1.60 Mn-0.18 to 0.22 Ti-0.004 to 0.0200 Al based comparison The components of Examples 1 and 2 are shown in Table 3 (wherein the unit is wt% and the balance is iron (Fe)).
표 3의 조성을 갖는 와이어들을 이용하여 320A-36V의 자유비행이행 영역에 해당하는 용접조건으로 용접을 행하고, 용접과 동시에 아크 전류 및 아크 전압을 측정하여 아크 안정성으로서 전류 및 전압의 표준편차를 산출하였으며, 용접중 발생한 스패터 포집하여 용접금속 무게에 대한 스패터 무게의 비로서 스패터 발생률을 산출하고, 발생된 스패터를 분류하여 직경 1.0mm 이상의 대립 스패터 발생비율을 산출하여 그 결과를 표 4에 나타내었다.Welded wires were welded under the welding conditions corresponding to 320A-36V free-flying region using wires with the composition shown in Table 3, and the arc current and arc voltage were measured at the same time as welding to calculate the standard deviation of current and voltage as arc stability. , Spatter is generated during welding and the spatter generation rate is calculated as the ratio of spatter weight to the weld metal weight, and the generated spatters are classified to calculate the ratio of opposing spatters of 1.0 mm or more in diameter. Shown in
상기 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예의 경우는 비교예 1,2에 비하여 아크 전류 및 전압의 표준편차가 작은 값을 나타내어 아크 안정성이 크게 개선되었음을 알 수 있으며, 특히 스패터 발생률이 현저히 감소하고 발생되는 스패터가 대부분 미세화 되었음을 확인할 수 있다. As can be seen from Table 4, in the case of the embodiment, compared with Comparative Examples 1 and 2, the standard deviation of the arc current and voltage showed a small value, indicating that the arc stability was greatly improved, and in particular, the spatter generation rate was significantly reduced. And it can be seen that the spatter generated is mostly refined.
이상에서 설명된 본 발명은 일 실시예에 한정되어 설명되었지만, 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 분야의 통상적인 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있는 정도의 변형은 본 발명의 기술적 사상에 속하는 것임은 자명하다.Although the present invention described above has been described with reference to one embodiment, the present invention is not limited thereto and modifications to such an extent that those skilled in the art can easily carry out the present invention are not limited thereto. It is obvious that it belongs to the technical idea.
이상의 구성을 갖는 본 발명은 대전류 탄산가스 아크 용접에 의해 발생되는 아크 불안정 현상과 이에 기인하여 촉진되는 스패터 발생의 문제점을 와이어 조성을 조정하여 대전류 탄산가스 아크의 안정성을 개선하여 발생되는 스패터의 현저한 저감은 물론 발생되는 스패터를 미세화함으로써, 용접의 작업성을 크게 개선할 수 있어, 조선 및 건설 등을 포함한, 용접관련 산업전반에서 적용되고 있는 자동화 용접공정의 생산성 향상에 크게 기여할 수 있는 이점(利點)이 있다.According to the present invention having the above configuration, the instability of the arc generated by the high current carbon dioxide arc welding and the problem of spatter generation promoted due to this are improved by adjusting the wire composition to improve the stability of the large current carbon dioxide arc. By reducing and minimizing the spatter generated, the workability of welding can be greatly improved, which can greatly contribute to the productivity improvement of the automated welding process applied in the welding related industries including shipbuilding and construction. There is 利 點).
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