KR100938933B1 - 티타니아계 플럭스 충전와이어 - Google Patents

티타니아계 플럭스 충전와이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고전류 용접시에도 용접작업성이 우수하고 양호한 비드외관을 갖는 티타니아계 플럭스 충전 와이어에 관한 기술이다.
본 발명의 티타니아계 플럭스 충전와이어는, 강외피 내에 플럭스가 충전되어 있는 플럭스 충전 와이어에 있어서, 상기 플럭스가 와이어 전중량에 대하여 중량%로,
Ti산화물:4.0~8.0%,　Mg산화물:0.1~1.0%,　Si산화물:0.5~2.0%, Si:0.5~2.0%,
Mn:1.0~3.0%, 철분말:1.5~5.0%을 포함하고, Al, Mg, Zr, Ti 및 Ca로 구성된 그룹으로부터 선택된 2종 이상이 합량으로 0.3~1.0% 포함되고, 나머지는 기타 산화물, 아크안정제, 금속불화물 및 불가피한 불순물로 조성되며, (Ti산화물/철분말)의 비가 1.5~2.5이고, (Si+Si산화물)/(Al, Mg, Zr, Ti 및 Ca로 구성된 그룹으로부터 선택된 2종 이상의 합)의 비가 3~7인 것을 특징으로 한다.
비드표면 결함, 비드색상, 전자세 용접성, 슬래그 포피성, 플럭스 충전 와이어

Description

티타니아계 플럭스 충전와이어{Titania Based Flux Cored Wire}
본 발명은 고전류 용접시에도 전자세 용접작업성이 우수하고 안정적인 충격인성을 확보함은 물론, 비드표면 미세결함(포크) 및 비드색상 저하가 없는 양호한 비드외관을 갖는 티타니아계 플럭스 충전 와이어에 관한 것이다.
종래의 티타니아계 플럭스 충전 와이어는 플럭스 성분 중, 고융점 산화물인 TiO2, ZrO2, MgO, Al2O3 등의 함량을 높여 슬래그의 응고속도를 향상시키므로써 전자세 용접작업성을 확보할 수는 있었으나, 용접금속내의 비금속 개재물, 불순물, 산화물 등이 증가하고, 고전류 용접시 발생되는 가스가 외부로 배출되지 못하여 비드표면에 미세결함이 발생하는 문제가 있었다.
이러한 미세결함은 탈산제를 적정량 사용하므로써 어느 정도 방지할 수는 있었지만 그 효과가 충분치 않았으며, 특히, 비드외관 및 비드색상 저하(비드색상 불균일 및 광택저하)의 문제를 해결하는 데는 별다른 효과가 없었다.
본 발명은 고전류 용접시의 비드표면 미세결함 발생 및 비드색상 저하문제를 방지하고, 슬래그 포피성 및 전자세 용접작업성이 우수한 티타니아계 플럭스 충전 와이어를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 해결하기 위하여, 본 발명의 티타니아계 플럭스 충전와이어는, 강외피 내에 플럭스가 충전되어 있는 플럭스 충전 와이어에 있어서, 상기 플럭스가 와이어 전중량에 대하여 중량%로,
Ti산화물:4.0~8.0%,　Mg산화물:0.1~1.0%,　Si산화물:0.5~2.0%, Si:0.5~2.0%,
Mn:1.0~3.0%, 철분말:1.5~5.0%을 포함하고, Al, Mg, Zr, Ti 및 Ca로 구성된 그룹으로부터 선택된 2종 이상이 합량으로 0.3~1.0% 포함되고, 나머지는 기타 산화물, 아크안정제, 금속불화물 및 불가피한 불순물로 조성되며, (Ti산화물/철분말)의 비가 1.5~2.5이고, (Si+Si산화물)/(Al, Mg, Zr, Ti 및 Ca로 구성된 그룹으로부터 선택된 2종 이상의 합)의 비가 3~7인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 고전류 용접시의 비드표면 미세결함 발생 및 비드색상 저하문제를 방지함은 물론, 안정적인 충격인성을 확보하고 슬래그 포피성 및 전자세 용접작업 성이 우수한 티타니아계 플럭스 충전 와이어를 제공한다.
이하 본 발명의 조성범위에 대하여 구체적으로 설명한다.
Ti산화물: 4.0~8.0%(이하, 중량%)
본 발명에서는 TiO2 등의 Ti산화물 함량을 와이어 전중량에 대하여 4.0~8.0%로 제한함이 바람직하다. 만약, 그 함량이 4.0% 미만이면 슬래그양이 부족하게 되어 아크 안정성 및 전자세 용접성이 저하될 뿐만 아니라, 슬래그　포피성이 열화되어 비드외관이 나빠진다. 또한, 그 함량이 8.0%를 초과하면 슬래그량이 과다해져 전자세 용접이 불가능하게 되고, 스패터 발생량이 증가하며　비드외관이 열악해진다.
Mg산화물: 0.1~1.0%
MgO 등의 Mg산화물은 고융점 슬래그 형성제로서 슬래그의 응고속도를 제어하여 전자세　용접작업성을 향상시키는 역할을 하며, V-up 용접시 비드처짐을 방지하여 비드외관을 향상시키는 역할을 한다. 본 발명에서는 그 함량을 0.1~1.0%로 제한하는 것이 바람직한데, 이는 그 함량이　0.1%미만이면 첨가에 따른 효과가 없으며,　 1.0%를 초과하면 아크 안정성 및 용융성이 저하되고 스패터 발생량이 증가하기 때 문이다.
Si산화물: 0.5~2.0%
SiO2 등의 Si산화물은 슬래그의 점성을 향상시키며 슬래그가 비드 표면에 고르게 응고되도록　하는 역할을 하는데, 본 발명에서는 그 함량을 0.5~2.0%로 제한한다.　그 함량이 0.5% 미만인 경우, 슬래그의 점성이 낮아져 전자세 용접작업성이　저하되고 슬래그 포피성 저하에 따른 비드 불균일을 초래하며,　 2.0%를 초과할　경우, 슬래그 점성이 과도하게 증가하여 전자세 용접작업성이 저하되고, 입자가 큰　스패터 발생이 많아지며, 충격인성에도 악영향을 미친다.
Si: 0.5~2.0%
Si는 탈산제로서 용착금속내의 산소를 제어하고 인장강도를 향상시키는 역할을 하며, 비드퍼짐성 및 비드외관 광택을 향상시켜 비드외관을 양호하게 한다. 본 발명에서는 그 함량을 0.5~2.0%로 제한하는데, 그 함량이 0.5% 미만이면 첨가에 따른 효과가 미비하여 인장강도를 향상시킬 수 없고, 비드퍼짐성이 열화되어 양호한 비드외관을 얻을 수 없으며, 2.0%를 초과하면 인장강도가 급격히 상승하여 충격인성이 저하되고 고온균열이 발생할 우려가 있다.
Mn: 1.0~3.0%
Mn은 탈황제로서, S와 반응하여 FeS보다 먼저 MnS를 형성하기 때문에 S의 편석에 의한 저융점 화합물의 형성을 방지하여 고온 균열을 방지시키는 효과가 있으며, 충격인성을 향상시키고 강도를 높여주는 역할을 한다. 본 발명에서는 그 함량을 1.0~3.0%로 제한함이 바람직한데, 만약 그 함량이 1.0% 미만이면 내고온균열성 및 충격인성의 확보가 어려우며, 3.0%를 초과하게 되면 인장강도의 과도한 상승 및 용접작업성 저하를 가져올 수 있다.
　
철분말: 1.5~5.0%
철분말은 아크안정성을 향상시키고 용착속도를 증대시켜 작업효율을 향상시키는 　역할을 하는데, 본 발명에서는 그 함량을 1.5~5.0%로 제한한다. 만약 그 함량이 1.5% 미만이면 용착속도가 늦어지고 용접 효율이 저하되며, 비드 광택을 저하시키는 문제가 있으며, 5.0%를 초과하면 용착속도는 증가하나 슬래그 응고속도가 느려져 전자세 용접작업성이 열화되고, 아크력이 과도해져 스패터 발생량이 증가한다.
Al, Mg, Zr, Ti 및 Ca로 구성된 그룹으로부터 선택된 2종 이상의 합: 0.3~1.0%
금속탈산제인 Al, Mg, Zr, Ti 및 Ca 는 용착금속 내 산소함량을 저감시켜 충격인성을 향상시키며 용접결함을 억제하는 작용을 하는 원소들이다. 본 발명에서는 Al, Mg, Zr, Ti 및 Ca로 구성된 그룹으로부터 선택된 2종 이상의 합을 0.3~1.0%로 제한하는 것이 바람직하다. 이는 그 합이 0.3% 미만이면 용착금속의 탈산이 불충분하여 비드표면 결함이 발생되고 충격인성 확보가 어려워지며, 1.0%를 초과하면 아크가 불안정해져 스패터 발생량이 과다해지고, 인장강도가 과도하게 　상승하여 용접부 균열을 발생시킬 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명에서는 (Ti산화물/철분말)의 비를 1.5~2.5로 제한하는 것이 바람직하다. 이는 그 비가 1.5 미만일 경우, 철분함량의 증가로 용접 능률은 향상되나 전자세　용접작업성이 저하되며, 고전류 용접시 슬래그 발생량이 감소되어 슬래그 포피성이 저하되므로써 비드외관이 불균일해지는 문제가 있고, 2.5를 초과하는 경우는 　슬래그 응고가 너무 빨라져 비드외관이 조악해지고 미세 결함이 발생되기 때문이다.
　
나아가, 본 발명에서는 (Si+Si산화물)/(Al, Mg, Zr, Ti 및 Ca로 구성된 그룹으로부터 선택된 2종 이상의 합)의 비를 3~7로 제한하는 것이 바람직하다.
고전류 용접시 비드외관 저하를 방지하기 위해서는 Si 및 Si산화물 함량의 제어가 필요하며, 용착금속의 기계적 성능을 향상시키고 결함발생을 방지하기 위해서는 금속탈산제(Al, Mg, Zr, Ti 및 Ca)의 함량을 적절히 제어할 필요가 있다.
이에 따라, 본 발명자 등이 연구를 거듭한 결과, 비드외관을 향상시키는 Si, Si산화물과　 용착금속의 기계적성능을 향상시키는 금속탈산제 (Al, Mg, Zr, Ti 및 Ca)의 함량비가 3~7을 유지할 때 가장 우수한 비드외관이 얻어지며, 고전류 용접시 슬래그　포피성이 향상됨을 확인하였다. 상기 비가 3 미만일 경우,　 Si에 의한 탈산이 감소하고 Si와 Si산화물이 용착금속으로 이행되어 슬래그 포피성 저하 및 인장강도의 과다한 상승으로 인한 용접균열 발생의 우려가 있으며, 충격인성이 저하되고 비드색상이 저하되는 문제 또한 발생한다. 반면에 그 비가 7을 초과하는 경우, 슬래그 점성이 증가되어 슬래그 포피성은 향상되나, 비드에 미세 결함이 발생하고 비드외관이 조악해지는 한편, 전자세 용접작업성 및 충격인성의 급격한 저하를 가져온다.
본 발명의 플럭스 충전와이어는 상기 성분 외에 잔부로서 기타 산화물(Al2O3,　ZrO2 등), 아크안정제(K2O, Na2O, CaO 등), 금속불화물 및 불가피한 불순물이 함유된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.
(실시예)
하기 표 1과 같은 조성을 갖는 직경 1.4mm의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어를 각각 마련하였으며, 이때 사용된 강외피의 조성을 하기 표 2에 나타내었다.
상기와 같이 마련된 각각의 와이어를 이용하여, 전류 350~400A, 전압 36~39V, 보호가스 100% CO2 gas 20~25ℓ/min 로 용접을 실시하였으며, 용접 실시 후, 각각의 와이어별 전자세 용접작업성, 비드외관 및 용착금속 충격인성을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
전자세 용접작업성 및 비드외관의 평가는 용접사 관능평가로 이루어졌으며, 용착금속 충격인성은 -20℃에서 Test를 실시하여　 55 Joule을 초과하는 경우를 우수(◎), 36~55 Joule인 경우를 양호(○), 27~35 Joule인 경우를 보통(△), 27 Joule 미만인 경우를 불량(X)으로 판단하였다.
구분 Flux 조성 TiO2/ 철분말 (Si+SiO2)/ 금속 탈산제 합
TiO2 철분말 MgO Mn Si SiO2 금속 탈산제 합* 기타 성분**
발명재1 6.3 4.2 0.2 2.2 1.8 0.8 0.38 0.12 1.50 6.84
발명재2 6.8 4.2 0.5 1.7 1.5 0.8 0.35 0.15 1.62 6.57
발명재3 6.7 3.5 0.1 2.6 1.8 0.7 0.47 0.13 1.91 5.32
발명재4 7.2 3.5 0.4 1.8 1.6 0.8 0.52 0.18 2.06 4.62
발명재5 7.5 3.3 0.1 1.3 1.6 1.3 0.75 0.15 2.27 3.87
발명재6 7.7 3.1 0.3 1.3 0.7 2.0 0.80 0.10 2.48 3.38
발명재7 8.0 3.2 0.2 1.0 1.6 1.0 0.85 0.15 2.50 3.06
발명재8 4.0 1.6 0.9 3.0 1.7 1.5 0.75 2.55 2.50 4.27
발명재9 5.1 2.8 0.5 1.5 2.0 0.5 0.72 2.88 1.82 3.47
발명재10 7.0 3.5 0.2 1.0 1.6 1.5 1.00 0.20 2.00 3.10
발명재11 7.7 5.0 0.2 1.2 0.5 0.9 0.35 0.15 1.54 4.00
비교재1 7.8 3.0 0.4 1.7 1.6 0.8 0.42 0.28 2.60 5.71
비교재2 7.7 2.7 0.5 1.5 0.9 1.1 0.46 1.14 2.85 4.34
비교재3 6.2 4.3 0.3 2.1 1.1 1.2 0.33 0.47 1.44 6.97
비교재4 5.7 5.0 0.4 2.0 0.8 1.3 0.45 0.35 1.14 4.67
비교재5 6.5 3.0 0.8 1.5 1.1 2.2 0.70 0.20 2.17 4.71
비교재6 6.2 4.0 0.7 1.4 2.3 0.6 0.52 0.28 1.55 5.58
비교재7 7.1 3.5 0.5 2.3 0.3 1.2 0.36 0.74 2.03 4.17
비교재8 6.8 4.0 0.5 2.5 1.3 0.3 0.45 0.15 1.70 3.56
비교재9 4.6 2.9 0.9 2.7 1.4 1.3 0.34 1.86 1.59 7.94
비교재10 7.5 3.8 0.3 1.6 1.7 0.6 0.32 0.18 1.97 7.19
비교재11 5.9 3.1 0.6 2.4 0.8 0.9 0.65 1.65 1.90 2.62
비교재12 7.5 3.8 0.3 1.3 1.5 0.7 0.75 0.15 1.97 2.93
비교재13 7.8 4.0 0.4 1.7 1.0 0.7 0.25 0.15 1.95 6.80
비교재14 5.8 2.5 0.4 2.6 1.8 1.6 1.10 0.20 2.32 3.09
단, 금속 탈산제 합* : Al, Mg, Zr, Ti 및 Ca로 구성된 그룹으로부터 선택된 2종 이상의 합,
기타성분** : 기타 산화물(Al2O3,　ZrO2 등), 아크안정제(K2O, Na2O, CaO 등), 금속 불화물　
구 분 C Si Mn P S Fe
함량(wt%) 0.025 0.002 0.21 0.010 0.010 잔부
구분 평가항목 기계적 성질
전자세 용접성 비드 외관 결함 비드색상 슬라그 포피성 충격강도 (-20℃)
발명재1 ○ ○ ◎ ◎ ○
발명재2 ○ ○ ◎ ◎ ○
발명재3 ◎ ◎ ○ ○ ◎
발명재4 ○ ◎ ◎ ◎ ◎
발명재5 ◎ ○ ○ ○ ◎
발명재6 ◎ ○ ○ ○ ○
발명재7 ◎ ○ ○ ◎ ○
발명재8 ○ ○ ○ ○ ○
발명재9 ○ ○ ○ ◎ ○
발명재10 ○ ◎ ○ ○ ◎
발명재11 ○ ◎ ◎ ○ ○
비교재1 △ X X ◎ △
비교재2 △ X X ○ △
비교재3 X ○ △ X △
비교재4 X ○ X X △
비교재5 X △ ○ ○ X
비교재6 △ ○ ○ ○ X
비교재7 △ △ △ X ○
비교재8 X △ X X ◎
비교재9 X X △ ○ X
비교재10 X △ △ ○ △
비교재11 △ △ X X X
비교재12 △ △ △ X △
비교재13 ○ X △ △ X
비교재14 X ○ △ △ △
( 단,　 ◎: 우수,　 ○: 양호,　 △: 보통,　 X: 불량 )
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명범위를 만족하는 발명재 1 내지 11은 전자세 　용접작업성, 비드외관, 슬래그 포피성 및 용접금속 충격인성에서 양호한 결과를 나타내었다.
반면, (TiO2/철분말)의 비가 본 발명범위를 초과하는 비교재 1 및 2는 비드표면에 미세결함이 발생하고 비드색상이 저하되었으며, 본 발명범위 미만인 비교재 3 및 4는 슬래그 포피성이 저하되고 전자세 용접작업성이 열악해지는 문제가 있어　바람직하지 않았다.
또한, 비교재 5 및 6은 SiO2나 Si 함량이 본 발명범위를 초과하여, 충격인성이 만족스럽지 못하였고, 전자세 용접작업성에 있어서 양호한 결과를 얻을 수 없었다.
비교재 7 및 8은 Si산화물이나 Si 함량이 본 발명범위 미만인 경우로, 충격인성은 양호하나, 슬래그 포피성 및 비드색상이 저하되는 경향을 나타내었다.
그리고, 비교재 9 및 10은 (Si+ SiO2)/(금속탈산제 합) 의 비가 본 발명범위를 초과하여 전자세 용접작업성 및 충격인성이 저하되었으며, 본 발명범위 미만인 비교재 11 및 12는 슬래그 포피성, 비드색상 및 충격인성 등에 있어서 양호한 결과를 얻을 수 없었다.　
또한, 비교재 13 및 14는 금속탈산제의 합이 본 발명범위를 벗어나는 경우로서,　본 발명범위 미만인 비교재 13은 충격인성이 저하되고 비드표면 결함이　발생하였으며, 비교재 14는 전자세 용접작업성이 저하되었다.

Claims (1)

  1. 강외피 내에 플럭스가 충전되어 있는 플럭스 충전 와이어에 있어서, 상기 플럭스가 와이어 전중량에 대하여 중량%로,
    Ti산화물:4.0~8.0%,　Mg산화물:0.1~1.0%,　Si산화물:0.5~2.0%, Si:0.5~2.0%,
    Mn:1.0~3.0%, 철분말:1.5~5.0% 을 포함하고, Al, Mg, Zr, Ti 및 Ca로 구성된 그룹으로부터 선택된 2종 이상이 합량으로 0.3~1.0% 포함되고, 나머지는 기타 산화물, 아크안정제, 금속불화물 및 불가피한 불순물로 조성되며, (Ti산화물/철분말)의 비가 1.5~2.5이고, (Si+Si산화물)/(Al, Mg, Zr, Ti 및 Ca로 구성된 그룹으로부터 선택된 2종 이상의 합)의 비가 3~7인 것을 특징으로 하는 티타니아계 플럭스 충전 와이어.
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