KR100920550B1 - 티타니아계 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어 - Google Patents

티타니아계 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어 Download PDF

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Abstract

본 발명의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어는, 와이어 전체 질량당, 질량%로, TiO2 : 6 내지 12%, Al2O3 : 0.4 내지 0.8%, SiO2 : 0.1 내지 0.5%, ZrO2 : 0.05 내지 0.2%, Mn : 1.5 내지 3.0%, Si : 0.4 내지 0.9%, Al : 0.1 내지 0.3%, Mg : 0.4 내지 0.8%를 함유하고, 또한 필요에 따라서, C, F, Cr, Cu, Ni, V, Nb, Ti, 및/또는 Zr을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물이고, (TiO2＋Al2O3)/(SiO2＋ZrO2) : 10 내지 20, Mg/(Si＋Al) : 0.4 내지 0.7, Na＋K : 0.05 내지 0.12%, Na/K : 0.3 이상이다. 본 발명의 와이어에 의하면, 입향상진 용접에 있어서 루트 갭이 넓은 경우에도 용융 금속의 흘러내림이 없고, 용접 작업성이 양호하며, 또한 용접 금속의 기계적 성질이 우수하다.

Description

티타니아계 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어{FLUX-CORED WIRE FOR TITANIA-BASED GAS SHIELDED ARC WELDING}
본 발명은 연강(軟鋼), 고장력강(高張力鋼) 또는 저합금강(低合金鋼) 등의 용접에 적용할 수 있는 티타니아계 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어에 관한 것으로, 특히 입향상진(立向上進) 용접 성능이 우수하고, 또한 슬래그(slag) 박리성 및 스패터(spatter) 발생량 등의 용접 작업성 및 용접 금속의 기계적 성능이 향상된 티타니아계 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어에 관한 것이다.
조선소에 있어서는 공정의 약 30%를 차지하는 용접 작업에 대해서, 인력 절감 및 고능률화를 촉진하기 위하여, 용접의 자동화 및 고능률화의 개발이 진행되고 있다. 특히, 하향 버트(butt) 용접 및 수평 필릿 용접에 대해서는 용접 로봇 및 라인 웰더 등이 도입되고, 또한 전용의 용접 재료가 많이 개발되고 있다는 점에서, 고능률화가 비교적 진행되고 있다. 한편, 주로 조선에 있어서의 블록 이음 등에서의 사용 비율이 높은 입향상진 용접 자세에 대해서는, 그 적용 용접 개소가 협애부(狹隘部)인 동시에, 구조물의 반전이 불가능하다는 등의 이유로, 자동화가 진행되지 않고, 또한 매우 고도의 용접 기량을 필요로 하기 때문에, 고능률화 및 탈기 능화가 매우 곤란하였다.
이에 대해서, 일본국 특허 공개 평8-99192호 공보에는 Al2O3, MgO, ZrO2를 필수 성분으로서 다량 함유시킴으로써, 고전류에 의한 입향상진 용접이 가능한 플럭스 함유 와이어가 제안되어 있다(종래기술 1). 또한, 일본국 특허 공개 2004-34078호 공보에는 전자세(全姿勢) 용접에서의 작업성 및 용접 금속 성능 등을 유지하면서, 입향상진성을 더욱 향상시키고, 전자세 용접에 적합한 티타니아계 아크 용접용 플럭스 함유 와이어가 제안되어 있다(종래기술 2). 또한, 일본국 특허 공개 2005-319508호 공보에는 마찬가지로 입향상진 용접성이 우수하고, 용접 금속의 저온 인성이 양호한 플럭스 함유 와이어가 제안되어 있다(종래기술 3).
그러나, 상기 종래기술에서는 입향상진 필릿 용접에 있어서 루트 간격이 넓은 경우에는 슬래그 및 용융 금속 자체의 점성 부족에 의해, 용융 금속의 흘러내림이 발생하기 쉬워, 비드 형상이 불량해진다. 이것은 실제의 조선 등에 있어서의 구조물의 개선(beveling) 정밀도의 악화가 고려되지 않아서, 적용 조건 범위가 매우 좁은 것이다. 또한, 종래기술 1에 있어서는 슬래그 박리성이 양호하지 않은 등의 문제점이 있고, 종래기술 2에 있어서는 스패터 발생량이 여전히 많은 등의 문제점이 있다. 이와 같이, 종래의 플럭스 함유 와이어는 입향상진 용접성에 문제가 있기 때문에, 전자세 용접에 유효하게 사용할 수 있는 것이 아니었다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 입향상진 용접에 있어서 루트 갭이 넓은 등의 엄격한 용접 조건하에서도, 용융 금속의 흘러내림이 없고, 또한 슬래그 박리성이 양호하며 스패터 발생량이 적은 양호한 용접 작업성을 가지고, 더욱이 용접 금속의 기계적 성질이 우수한 전자세 용접용에 매우 적합한 티타니아계 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 티타니아계 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어는 연강 또는 합금강제 외피에 플럭스를 충전하여 이루어지고, 외피 및 플럭스의 전체에서, 와이어 전체 질량당,
TiO2 : 6 내지 12질량%,
Al2O3 : 0.4 내지 0.8질량%,
SiO2 : 0.1 내지 0.5질량%,
ZrO2 : 0.05 내지 0.20질량%,
Mn : 1.5 내지 3.0질량%,
Si : 0.4 내지 0.9질량%,
Al : 0.1 내지 0.3질량%,
Mg : 0.4 내지 0.8질량%,
를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피적 불순물이고,
(TiO2＋Al2O3)/(SiO2＋ZrO2) : 10 내지 20,
Mg/(Si＋Al) : 0.4 내지 0.7 (Mg 및 Si 및 Al이 합금의 형태로 존재하는 경우는, Mg 및 Si 및 Al로 환산한 함유량),
Na＋K : 0.05 내지 0.12질량% (Na 및 K는 화합물 또는 합금의 형태로 존재하는 경우는, Na 및 K로 환산한 함유량),
Na/K : 0.3 이상 (Na 및 K는 화합물 또는 합금의 형태로 존재하는 경우는, Na 및 K로 환산한 함유량), 이다.
본 발명에 따른 다른 티타니아계 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어 는 연강 또는 합금강제 외피에 플럭스를 충전하여 이루어지고, 외피 및 플럭스의 전체에서, 와이어 전체 질량당,
TiO2 : 6 내지 12질량%,
Al2O3 : 0.4 내지 0.8질량%,
SiO2 : 0.1 내지 0.5질량%,
ZrO2 : 0.05 내지 0.20질량%,
Mn : 1.5 내지 3.0질량%,
Si : 0.4 내지 0.9질량%,
Al : 0.1 내지 0.3질량%,
Mg : 0.4 내지 0.8질량%,
C : 0.01 내지 0.12질량%,
F : 0.05 내지 0.10질량%,
를 함유하고,
또한, Cr : 0.01 내지 0.1질량%, Cu : 0.01 내지 0.1질량%, Ni : 0.01 내지 0.1질량%, V : 0.005 내지 0.1질량%, Nb : 0.005 내지 0.1질량%, Ti : 0.01 내지 0.1질량%, 및 Zr : 0.01 내지 0.1질량%로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 1종을 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피적 불순물이고,
(TiO2＋Al2O3)/(SiO2＋ZrO2) : 10 내지 20,
Mg/(Si＋Al) : 0.4 내지 0.7 (Mg 및 Si 및 Al이 합금의 형태로 존재하는 경우는, Mg 및 Si 및 Al로 환산한 함유량),
Na＋K : 0.05 내지 0.12질량% (Na 및 K는 화합물 또는 합금의 형태로 존재하는 경우는, Na 및 K로 환산한 함유량),
Na/K : 0.3 이상 (Na 및 K는 화합물 또는 합금의 형태로 존재하는 경우는, Na 및 K로 환산한 함유량), 이다.
본 발명에 의하면, 입향상진 용접에 있어서 루트 갭이 넓은 등의 엄격한 용접 조건하에서도, 용융 금속의 흘러내림이 없고, 또한 슬래그 박리성이 양호하며, 스패터 발생량이 적고, 양호한 용접 작업성이 얻어진다. 이에 따라, 본 발명에 의하면, 전자세 용접용에 매우 적합한 티타니아계 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어가 얻어지고, 기계적 성질이 우수한 용접 금속이 얻어진다.
이하, 본 발명의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어에 대하여 상세하게 설명한다. 우선, 본 발명자들은 슬래그의 박리성을 향상시키면서, 비드 형상 불량의 원인이 되는 용융 금속의 흘러내림을 방지하기 위해서, 일반적으로 실시되는 슬래그의 조성을 변경하고, 슬래그의 응고점을 높이는 수단을 검토하였다.
고융점 슬래그로 하기 위해서는 일본국 특허 공개 평8-99192호 공보에 기재 된 바와 같이, Al2O3·MgO·ZrO2 가 유효하지만, Al2O3·MgO는 슬래그의 박리성을 열화시키는 작용이 있고, 또한 ZrO2 는 스패터 발생량을 증가시키는 작용이 있다. 따라서, 슬래그의 박리성 및 스패터 발생량을 열화시키지 않고, 비드 형상 불량을 방지하기 위한 수단으로서, (1)고융점 슬래그를 생성하고, 슬래그 박리성을 열화시키지 않는 TiO2 의 첨가량 증량, (2)고융점 슬래그를 생성하는 Al2O3 의 슬래그 박리성이 열화하지 않는 범위의 첨가, (3)아크 안정성을 확보하지만 저융점 슬래그를 생성하는 SiO2 의 첨가량 억제, (4)고융점 슬래그를 생성하지만 스패터 발생량이 증대하는 단점도 함께 가지고 있는 ZrO2의 첨가량 억제를 도모하고, 이들 TiO2, Al2O3, SiO2, ZrO2의 각각의 함유량을 조정한 결과, SiO2와 ZrO2의 합계 함유량에 대한 TiO2 와 Al2O3의 합계 함유량의 비율을 조정하는 것이 보다 효과적이라는 것을 발견하였다.
또한, 슬래그의 응고를 빠르게 하는 것 이외에, 용융 금속 자체의 흘러내림이 발생하기 어려운 조성 및 특성이 필요하고, 그를 위해서는 일반적으로 용융 금속중의 산소량을 저하시키고, 용융 금속의 고온에서의 점성을 증가시키는 것이 효과적이다. 일본국 특허 공개 평8-99192호 공보에는 탈산제로서 Al, Si가 효과적이라는 기술이 있지만, Al은 첨가량에 따라서는 Al2O3 생성에 의해 슬래그의 박리성을 열화시키고, 용접 금속의 인성(靭性, toughness)을 열화시킨다. 또한, Si는 첨가량 에 따라서는 SiO2 생성에 의한 슬래그 응고점의 저하, 용접 금속의 강도의 증가, 인성의 열화를 초래한다. 본 발명에 있어서는 용접 금속의 강도, 인성에 악영향을 주지 않고, 용융 금속중의 산소량을 저하시키는 강탈산제로서 Mg가 효과적이고, Al과 Si의 합계 함유량에 대한 Mg의 함유량의 비율을 조정하는 것이 효과적이라는 것을 발견하였다.
또한, 용융 금속의 흘러내림을 없애기 위해서는, 용융풀의 진동을 억제하는 것도 효과적이고, 또한 스패터 발생량을 저감한다는 관점에서도, 아크 안정성을 향상시키는 Na 및 K(Na, K가 화합물 또는 합금으로 존재하는 경우는, 각각 Na, K로 환산한 함유량)의 알칼리 금속의 합계 함유량 및 K 함유량에 대한 Na 함유량의 비율을 조정하는 것이 효과적이라는 것을 발견하였다.
다음에, 본 발명의 플럭스 함유 와이어의 조정에 대해서, 그 성분 첨가 이유 및 조성 한정 이유에 대하여 설명한다. 다만, 이들의 각 성분의 함유량은 와이어 전체 질량당의 함유량이다. 또한, 이 플럭스 와이어의 조성은 플럭스 및 외피를 포함하는 전체 구성물에 포함되는 성분의 조성이다.
「TiO2 : 6 내지 12질량%」
TiO2 는 슬래그 형성제 및 아크 안정제로서 작용한다. TiO2 가 6질량% 미만에서는 용융 금속을 지지하는 만큼의 슬래그양을 확보할 수 없어, 용융 금속이 흘러내린다. 또한, TiO2 가 12질량%를 초과하면 슬래그 생성량이 너무 많아져 슬래그 혼입(slag inclusion)이 발생하기 쉬워진다.
「Al2O3 : 0.4 내지 0.8질량%」
Al2O3 는 슬래그 응고점을 상승시키는 작용을 가진다. Al2O3 가 0.4질량% 미만에서는 그 효과는 없고, Al2O3 가 0.8질량%를 초과하면 슬래그의 박리성이 열화한다.
「SiO2 : 0.1 내지 0.5질량%」
SiO2 는 슬래그 형성제 및 아크 안정제로서의 작용이 있다. SiO2 가 0.1질량% 미만에서는 아크가 불안정해져 스패터의 발생이 증가하고, SiO2 가 0.5질량%를 초과하면 슬래그의 응고점이 저하하여 용융 금속이 흘러내린다.
「ZrO2 : 0.05 내지 0.20질량%」
ZrO2 는 슬래그 응고점을 상승시키는 동시에, 슬래그의 박리성을 향상시키는 작용이 있다. ZrO2 가 0.05질량% 미만에서는 슬래그의 버닝에 의해 슬래그의 박리성이 열화하고, ZrO2 가 0.20질량%를 초과하면 스패터의 발생이 증가한다.
「Mn : 1.5 내지 3.0질량%」
Mn은 탈산제로서 작용하는 동시에, 용접 금속에 있어서의 강도 및 인성을 향상시키는 작용이 있다. Mn이 1.5질량% 미만에서는 탈산 부족 때문에, 점성 저하에 의한 용융 금속의 흘러내림, 블로홀(blowhole) 등의 용접 결함이 발생하거나, 강도 및 인성이 열화하거나 한다. Mn이 3질량%를 초과하면 용접 금속의 강도가 너무 높 아진다. 보다 바람직하게는 Mn은 1.55 내지 2.05질량%이다. 이 Mn은 금속 Mn 또는 철합금 등(Fe-Mn, Fe-Si-Mn 등)으로 첨가할 수 있다.
「Si : 0.4 내지 0.9질량%」
Si는 탈산제로서 작용하는 동시에, 용접 금속에 있어서의 강도 및 인성을 향상시키는 작용이 있다. Si가 0.4질량% 미만에서는 탈산 부족 때문에, 점성 저하에 의한 용융 금속의 흘러내림, 블로홀 등의 용접 결함이 발생하거나, 강도 및 인성이 열화하거나 한다. Si가 0.9질량%를 초과하면 용접 금속의 강도가 너무 높아지고, 인성이 저하한다. 이 Si의 양은 금속 Si 또는 철합금 등(Fe-Si, Fe-Si-Mn, Ca-Si 등)에 포함되는 Si의 환산값이다.
「Al : 0.1 내지 0.3질량%」
Al은 탈산제 및 슬래그 형성제로서 작용한다. Al가 0.1질량% 미만에서는 용융 금속의 흘러내림이 생기기 쉬워진다. Al가 0.3질량%를 초과하면 슬래그의 박리성이 열화하고, 용접 금속의 인성이 저하한다. 보다 바람직하게는 Al는 0.2 내지 0.3질량%이다. 이 Al의 양은 금속 Al 또는 철합금(Fe-Al)에 포함되는 Al의 환산값이다.
「Mg : 0.4 내지 0.8질량%」
Mg는 강탈산제로서 작용한다. Mg가 0.4질량% 미만에서는 탈산 부족 때문에, 점성 저하에 의한 용융 금속의 흘러내림이 발생하고, 또한 용접 금속의 인성이 열화한다. Mg가 0.8질량%를 초과하면 탈산 생성물인 MgO가 용융 슬래그중에 과잉으로 증가하여, 용융 금속이 흘러내리는 양 및 스패터의 발생량도 증가한다. 이 Mg는 금 속 Mg 또는 각종 합금(Al-Mg, Ni-Mg 등)에 포함되는 Mg의 환산값이다.
「C : 0.01 내지 0.12질량%」
C는 용접 금속의 강도 및 인성을 향상시키는 작용을 가지기 때문에, 첨가할 수 있다. C를 첨가하는 경우는, 그 함유량은 0.01 내지 0.12질량%, 바람직하게는 0.03 내지 0.10질량%로 한다. C를 과잉으로 첨가하면 용접 금속의 강도가 과잉 상승하여 내크랙성이 열화한다.
「F : 0.05 내지 0.10질량%」
F는 용융풀에 침입한 수소가스의 방출을 촉진하고, 피트 및 가스 홈의 발생을 방지하기 때문에, 첨가할 수 있다. F를 첨가하는 경우는 0.05 내지 0.10질량%로 한다. F를 과잉으로 첨가하면 스패터의 증가를 초래한다.
「Cr : 0.01 내지 0.1질량%, Cu : 0.01 내지 0.1질량%, Ni : 0.01 내지 0.1질량%, V : 0.005 내지 0.1질량%, Nb : 0.005 내지 0.1질량%, Ti : 0.01 내지 0.1질량%, 및 Zr : 0.01 내지 0.1질량%로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 1종」
Cr, Cu, Ni, V, Nb, Ti, 및 Zr은 합금 성분으로서, 용접 금속의 강도 향상에 기여하고, 내식성(corrosion resistance) 향상에 기여한다. 이 효과를 발휘시키기 위해서는, 그들 원소 중에서 적어도 1종을, Cr, Cu, Ni, Ti, 및 Zr의 경우는 0.01질량% 이상, V, Nb의 경우는 0.005질량% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, Cr, Cu, Ni, V, Nb, Ti, 및 Zr의 과잉 첨가에 의해, 용접 금속의 강도가 과잉 상승하여 내크랙성이 열화하기 때문에, 이들의 성분은 모두 0.1질량% 이하로 한다. 상술한 C, F를 포함하여 Cr, Cu, Ni, V, Nb, Ti, 및 Zr은 함유되어도 되지만, 함유되지 않 아도 된다.
「x＝(TiO2＋Al2O3)/(SiO2＋ZrO2) : 10 내지 20」
TiO2, Al2O3, SiO2, ZrO2 가 각각 전술한 범위내에 있어도, SiO2 와 ZrO2 의 합계 함유량에 대한 TiO2 와 Al2O3 의 합계 함유량의 비율 x가 10 미만에서는, 슬래그의 유동성이 증가하여, 용융 금속을 지지할 수 없다. 한편, 비율 x가 20을 초과하면, 슬래그의 버닝이 많아져서 슬래그의 박리성이 열화한다. 즉, 저융점 슬래그를 생성하는 SiO2 및 스패터 발생량을 증대시키는 ZrO2 의 합계 함유량을 분모로 하고, 고융점 슬래그를 생성하는 TiO2 및 Al2O3 의 합계 함유량을 분자로 하였을 때의 그 비율 x를, 10 내지 20이라는 적정한 범위내로 조정함으로써, 슬래그 박리성 및 스패터 발생량을 열화시키지 않고, 입향상진성의 향상을 도모할 수 있다. x의 보다 바람직한 범위는 12 내지 19이다.
「y＝Mg/(Si＋Al) : 0.4 내지 0.7(Mg 및 Si 및 Al이 합금의 형태로 존재하는 경우는, Mg 및 Si 및 Al로 환산한 함유량)」
Mg, Al, Si의 함유량이 각각 전술한 범위 내이더라도, Si와 Al의 합계 함유량에 대한 Mg의 비율 y가 0.4 미만에서는, 용접 금속의 강도가 증가하여, 인성이 저하한다. y가 0.7을 초과하면, 용융 금속이 흘러내리고, 스패터의 발생이 증가한다. 즉, 입향상진성에 효과적이지만, 용접 금속의 기계적 성질을 열화시킬 수 있는 Si 및 Al의 합계 함유량을 분모로 하고, 용융 금속의 점성을 향상시키고, 그 강력 한 탈산 성능에 의해 용접 금속의 특히 인성을 향상시키는 Mg 함유량을 분자로 하였을 때의 비율 y를, 0.4 내지 0.7이라는 적정한 범위내로 조정함으로써, 용접 금속의 기계적 성질을 열화시키지 않고 입향상진성의 향상을 도모할 수 있다. y의 보다 바람직한 범위는 0.4 내지 0.6이다.
「Na＋K : 0.05 내지 0.12질량%, Na/K : 0.3 이상(Na, K가 화합물 또는 합금으로 존재하는 경우는, 각각 Na, K로 환산한 함유량)」
Na 및 K는 아크 안정제로서의 작용이 있고, 용융풀의 진동을 억제함으로 인한 용융 금속의 흘러내림을 방지할 수 있다. Na와 K의 합계 함유량이 0.05질량% 미만에서는 전술한 작용을 얻을 수 없고, Na와 K의 합계 함유량이 0.12질량%를 초과하면 저융점 슬래그의 생성 과다에 의한 용융 금속의 흘러내림이 생기기 쉬워진다. 또한, K 함유량에 대한 Na 함유량의 비율이 0.3 미만에서는 아크 안정성이 열화하고, 스패터의 발생량이 증가하며, 또한 용융 금속의 흘러내림이 생기기 쉬워진다.
또한, Si, Mn 등의 합금 원소는 외피 및/또는 플럭스로부터 첨가할 수 있다. 또한, 용접부의 내식성, 고강도 및 내고온 부식성 등을 향상시키기 위해서, 상기 이외의 합금 성분(Cr, Cu, Ni, V, Nb 등)을 첨가할 수 있다. 그 외, 불화물 등도 첨가할 수 있다. 또한, 와이어 표면의 상태 및 와이어 단면에서의 플럭스의 충전 형상에는 제한은 없다. 또한, 상기 이외의 성분으로서는 외피, Fe-Mn, Fe-Si 등의 철합금 및 철분(iron powder) 등의 구성 성분인 Fe가 있고, 잔부는 불가피 불순물이다. 불가피적 불순물로서는 P, S, Sb, As, Pb 등이 있고, 이들의 불가피적 불순물은 총계로 0.1질량% 이하로 규제할 필요가 있다.
[실시예]
다음에, 본 발명의 실시예의 효과에 대해서, 본 발명의 범위에서 벗어나는 비교예와 비교하여 설명한다. 하기 표 1은 본 발명에서 규정하는 각 성분의 원료의 예시를 나타낸다. 이 표 1에 나타낸 원료를 적절하게 배합하여, 강제(鋼製)(JIS G 23 3141, SPCC) 외피 중에 충전하고, 와이어 전체 중량에 대한 플럭스의 비율이 15질량%가 되도록 해서, 와이어 직경 1.2㎜의 플럭스 함유 와이어를 제작하였다. 표 2 및 표 3에 실시예 및 비교예의 플럭스 함유 와이어의 성분 함유량의 분석값을 나타낸다. 표 2 및 표 3 중의 성분 이외의 잔부의 주성분은 Fe이고, 불가피 불순물로서 P, S, N 및 Cu 등을 포함한다.
Figure 112007070599865-pat00001
Figure 112007070599865-pat00002
Figure 112007070599865-pat00003
Figure 112007070599865-pat00004
Figure 112007070599865-pat00005
Figure 112007070599865-pat00006
Figure 112007070599865-pat00007
상기 표 2 및 표 3에 나타낸 비교예 1 내지 22 및 실시예 1 내지 15의 플럭스 함유 와이어를 사용하고, 피용접재로서 JIS G 3106, SM490A의 강판을 사용하고, 실드 가스로서 100질량% CO2 를 유량 25리터/분으로 공급하여, 하기 (1) 내지 (3)의 각 용접 시험을 실시하고, 그 용접성에 대해서 평가하였다.
(1)입향상진 용접성의 평가
하기 표 4에 나타낸 방법으로, 입향상진 용접에서의 비드 흘러내림성 시험을 실시하고, 입향상진 용접성을 평가하였다.
Figure 112007070599865-pat00008
(2)용접 작업성 및 슬래그 박리성의 평가
용접 작업성의 평가를 입향상진 필릿 용접으로 실시하고, 스패터 발생량의 관능 평가 및 슬래그 박리성에 대하여 평가하였다. 평가 기준은 다음과 같다.
(2-1)용접 작업성의 평가
스패터 발생량이 적은 것(스패터 발생량: 1.5g/분 미만) : ○
스패터 발생량이 조금 많은 것(스패터 발생량: 1.5g/분 이상) : ×
(2-2)슬래그 박리성의 평가
슬래그 박리성이 양호한 것(슬래그 자연 박리율(＝슬래그 자연 박리 길이/용접 길이): 25% 이상) : ○
슬래그 박리성이 불량한 것(슬래그 자연 박리율(＝슬래그 자연 박리 길이/용접 길이): 25% 미만) : ×
(3)JIS G 3106(SM490A)에 해당하는 공시 강판을 사용하고, JIS Z 3313에 규정되어 있는 전용착 금속에 대한 시험 방법에 준하여, 하기 표 5에 나타낸 시험 방법으로 용접하였다.
평가 기준은 다음과 같다.
샤르피(charpy) 충격 시험에 의한 흡수 에너지가 60J 이상 90J 미만인 것 : ○
샤르피 충격 시험에 의한 흡수 에너지가 60J 미만인 것: ×
상술한 각 용접 시험의 평가 결과를 하기 표 6 및 표 7에 나타낸다.
Figure 112007070599865-pat00009
Figure 112007070599865-pat00010
Figure 112007070599865-pat00011
이 표 6 및 표 7에 나타낸 바와 같이, 비교예 1은 TiO2 가 그 하한값을 벗어나 있기 때문에, 입향상진성만이 뒤떨어지고, 비교예 2는 TiO2 만이 그 상한값을 벗어나 있기 때문에, 슬래그 형성제의 양 과다에 의한 용융 금속의 흘러내림, 큰 알갱이 스패터의 증가, 및 탈산 불량에 의한 기계적 성질의 열화가 발생하였다. 비교예 3은 Al2O3 만이 그 하한값을 벗어나 있기 때문에, 슬래그의 점성 저하에 의해 입향상진성이 뒤떨어지고, 비교예 4는 Al2O3 만이 그 상한값을 벗어나 있기 때문에, 용접 금속에의 슬래그의 버닝에 의한 슬래그 박리성 불량이 생기고 있다. 비교예 5는 SiO2 가 그 하한값을 벗어나고, 또한 (TiO2＋Al2O3)/(SiO2＋ZrO2) 비율 x도 그 상한값을 벗어나 있기 때문에, 응고가 너무 빨라지고, 반대로 슬래그가 방해를 함으로 인한 입향상진성의 열화가 보인다. 비교예 6은 SiO2 만이 그 상한값을 벗어나기 때문에, 슬래그의 응고가 느려지고, 슬래그가 용융 금속을 보유할 수 없어, 용융 금속의 흘러내림이 발생하였다.
비교예 7은 ZrO2 만이 그 하한값을 벗어나 있기 때문에, 용접 금속에의 슬래그의 버닝에 의한 슬래그 박리성 불량이 생기고 있다. 비교예 8은 ZrO2 만이 그 상한값을 벗어나 있기 때문에, 슬래그의 응고가 느리고, 용융 금속의 흘러내림이 발생하였다. 비교예 9는 TiO2, Al2O3, SiO2, ZrO2 은 그 규정 범위 내에 있지만, (TiO2＋Al2O3)/(SiO2＋ZrO2) 비율 x만이 그 하한값을 벗어나 있고, 슬래그의 응고가 느리고, 또한 점성이 낮기 때문에 용융 금속의 흘러내림이 발생하였다. 비교예 10은 TiO2, Al2O3, SiO2, ZrO2 는 그 규정 범위 내에 있지만, (TiO2＋Al2O3)/(SiO2＋ZrO2) 비율 x만이 그 상한값을 벗어나 있고, 슬래그의 응고가 너무 빨라지고, 반대로 슬래그가 방해를 함으로 인한 입향상진성의 열화가 보이며, 또한 용접 금속에의 슬래그의 버닝에 의한 슬래그 박리성 불량이 생겼다.
비교예 11은 Mn만이 그 상한값을 벗어나 있기 때문에, 용접 금속의 Mn양이 과다해지고, 인장 강도가 낮은 것이었다. 또한, 비교예 11은 슬래그 중에 저융점 화합물인 MnO가 과잉 생성됨으로 인한 입향상진성의 열화가 보이고, 또한 큰 알갱이의 스패터도 발생하였다. 비교예 12는 Mn만이 그 하한값을 벗어나 있기 때문에, 탈산 성능이 뒤떨어지고, 용접 금속의 충격 성능이 뒤떨어지는 동시에, 탈산 불량에 의한 용접 결함이 발생하였다. 비교예 13은 Si만이 그 하한값을 벗어나 있기 때문에, 탈산 성능이 뒤떨어지고, 용접 금속의 충격 성능이 뒤떨어져 있다. 또한, 비교예 13은 아크의 집중성이 강하고, 입향상진성이 뒤떨어지는 것이었다. 비교예 14는 Si만이 그 상한값을 벗어나 있기 때문에, 용접 금속의 Si양이 과다해지고, 인장 강도가 너무 높아짐으로 인한 충격 성능의 열화가 보였다.
비교예 15는 Al만이 그 하한값을 벗어나 있기 때문에, 용융 금속의 점성 저하에 의한 입향상진성의 열화가 보였다. 비교예 16은 Al만이 그 상한값을 벗어나 있기 때문에, 용접 금속의 충격 성능이 뒤떨어지는 동시에, 슬래그 중으로의 Al2O3 의 과잉 생성에 의한 슬래그 박리성의 열화가 보였다. 비교예 17은 Mg만이 그 하한값을 벗어나 있기 때문에, 탈산 성능이 뒤떨어지고, 용접 금속의 충격 성능이 뒤떨어지는 동시에, 용융 금속의 점성 저하에 의한 입향상진성의 열화가 보였다. 비교예 18은 Mg만이 그 상한값을 벗어나 있기 때문에, 탈산 성능의 과잉으로 인한 Mn 및 Si의 용접 금속 중의 수율이 너무 높아지고, 인장 강도가 너무 높아짐으로 인한 충격 성능의 열화가 보였다. 또한, 큰 알갱이의 스패터가 증가하는 동시에, 슬래그 중으로의 MgO 과잉 생성에 의한 슬래그 박리성의 열화가 보였다.
비교예 19는 Si, Al, Mg는 그 규정 범위에 있지만, Mg/(Si＋Al) 비율 y가 그 하한값을 벗어나 있기 때문에, 용접 금속의 인장 강도가 너무 증가함으로 인한 충격 성능의 열화가 보였다. 비교예 20은 Si, Al, Mg는 그 규정 범위에 있지만, Mg/(Si＋Al) 비율 y가 그 상한값을 벗어나 있기 때문에, 용융 금속의 점성 부족으로 인한 입향상진성의 열화가 보였다. 비교예 21은 Na＋K가 그 하한값을 벗어나 있기 때문에, 아크 집중성이 강하고, 입향상진성이 열화하는 동시에, 큰 알갱이 스패터가 발생하였다. 비교예 22는 Na＋K가 그 상한값을 벗어나 있기 때문에, 저융점 화합물인 Na2O 및 K2O의 과잉 생성에 의한 입향상진성의 열화가 보였다. 비교예 23은 Na＋K는 그 규정 범위에 있지만, Na＋K가 그 하한값을 벗어나 있기 때문에, 큰 알갱이의 스패터가 증가하였다.
이에 대하여, 실시예 1 내지 15는, 모두 상기 본 발명의 규정 범위를 전부 만족하고 있기 때문에, 상기 모든 용접 특성이 양호하였다.
또한, 하향 및 수평 필릿 용접의 용접 작업성에 대해서도, 동일한 시험에 의해 확인하였는데, 본 발명의 실시예는 모두 양호하였다.
이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 스패터 발생량 및 슬래그 박리성이라는 용접 작업성, 및 용접 금속의 기계적 성질이 열화하지 않고, 입향상진 용접 자세에 의해, 고용접 전류 및 넓은 루트 간격이라는 과혹한 용접 조건하에서도, 용융 금속 및 슬래그의 흘러내림을 방지할 수 있다.

Claims (2)

  1. 연강(軟鋼) 또는 합금강제 외피에 플럭스를 충전하여 이루어진 티타니아계 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어로서, 외피 및 플럭스의 전체에서, 와이어 전체 질량당,
    TiO2 : 6 내지 12질량%,
    Al2O3 : 0.4 내지 0.8질량%,
    SiO2 : 0.1 내지 0.5질량%,
    ZrO2 : 0.05 내지 0.20질량%,
    Mn : 1.5 내지 3.0질량%,
    Si : 0.4 내지 0.9질량%,
    Al : 0.1 내지 0.3질량%,
    Mg : 0.4 내지 0.8질량%,
    Na＋K : 0.05 내지 0.12질량% (Na 및 K는 화합물 또는 합금의 형태로 존재하는 경우는, Na 및 K로 환산한 함유량)
    를 함유하고,
    잔부가 Fe 및 불가피적 불순물이고,
    (TiO2＋Al2O3)/(SiO2＋ZrO2) : 10 내지 20,
    Mg/(Si＋Al) : 0.4 내지 0.7 (Mg 및 Si 및 Al이 합금의 형태로 존재하는 경우는, Mg 및 Si 및 Al로 환산한 함유량),
    Na/K : 0.3 이상 (Na 및 K는 화합물 또는 합금의 형태로 존재하는 경우는, Na 및 K로 환산한 함유량)인 티타니아계 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어.
  2. 연강 또는 합금강제 외피에 플럭스를 충전하여 이루어진 티타니아계 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어로서, 외피 및 플럭스의 전체에서, 와이어 전체 질량당,
    TiO2 : 6 내지 12질량%,
    Al2O3 : 0.4 내지 0.8질량%,
    SiO2 : 0.1 내지 0.5질량%,
    ZrO2 : 0.05 내지 0.20질량%,
    Mn : 1.5 내지 3.0질량%,
    Si : 0.4 내지 0.9질량%,
    Al : 0.1 내지 0.3질량%,
    Mg : 0.4 내지 0.8질량%,
    C : 0.01 내지 0.12질량%,
    F : 0.05 내지 0.10질량%,
    Na＋K : 0.05 내지 0.12질량% (Na 및 K는 화합물 또는 합금의 형태로 존재하는 경우는, Na 및 K로 환산한 함유량)
    를 함유하고,
    또한, Cr : 0.01 내지 0.1질량%, Cu : 0.01 내지 0.1질량%, Ni : 0.01 내지 0.1질량%, V : 0.005 내지 0.1질량%, Nb : 0.005 내지 0.1질량%, Ti : 0.01 내지 0.1질량%, 및 Zr : 0.01 내지 0.1질량%로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 1종을 함유하고,
    잔부가 Fe 및 불가피적 불순물이고,
    (TiO2＋Al2O3)/(SiO2＋ZrO2) : 10 내지 20,
    Mg/(Si＋Al) : 0.4 내지 0.7 (Mg 및 Si 및 Al이 합금의 형태로 존재하는 경우는, Mg 및 Si 및 Al로 환산한 함유량),
    Na/K : 0.3 이상 (Na 및 K는 화합물 또는 합금의 형태로 존재하는 경우는, Na 및 K로 환산한 함유량)인 티타니아계 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어.
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