KR100985681B1

KR100985681B1 - 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어

Info

Publication number: KR100985681B1
Application number: KR1020080028524A
Authority: KR
Inventors: 도모카즈 모리모토; 시게오 나가오카; 데츠야 하시모토
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2010-10-05
Also published as: JP2008264868A; CN101274398B; CN101274398A; JP5236309B2; KR20080088470A

Abstract

본 발명의 플럭스 함유 와이어는, 강제 외피 내에 플럭스를 충전하여 이루어지고, 상기 강제 외피의 C량을 외피 전체 질량당 0.04질량% 이하로, 와이어 전체 질량에 대하여 상기 플럭스 중의 TiO₂를 4.5 내지 7.0질량%, Mg를 0.3 내지 0.7질량%, Na 화합물을 Na 환산으로 0.1 내지 0.3질량%, K 화합물을 K 환산으로 0.02 내지 0.15질량% 함유하고, 상기 Na, K에 대하여 [Na]/[K] 비율을 2.0 내지 5.0으로, Ca를 0.01 내지 0.05질량%로 규제한다. 이러한 구성에 의해, 양호한 용접 작업성 및 양호한 용접 금속 성능을 가지면서, 내고온균열 성능이 양호한 티타니아계 플럭스 함유 와이어로 된다.

Description

가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어{FLUX-CORED WIRE FOR GAS SHIELDED ARC WELDING}

본 발명은 티타니아계 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어에 관한 것이며, 특히 내고온균열 성능이 양호한 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어에 관한 것이다.

가스 실드 아크 용접용의 플럭스 함유 와이어(이하, FCW(Flux-cored wire)라고 함)는, 이것을 이용한 용접에 있어서 용접 작업성이 양호하다고 하는 특징을 갖고 있기 때문에, 종래부터 조선, 철골, 교량 등의 우육(隅肉) 용접에 다용되고, 그 사용량은 증대하고 있다.

FCW는 강제(鋼製) 외피 중에 플럭스를 충전시키고 있고, 그 플럭스량 및 종류가 용접 작업성 및 용착 금속 성능 등, FCW의 품질에 크게 영향을 미친다.

이 FCW 중에서, 특히 슬래그 조재제(造滓劑; 주로 산화티탄)를 플럭스 질량당 25 내지 60질량%(TiO₂ 환산으로 20 내지 50질량%)를 함유시킨 티타니아계의 전자 세 용접용 FCW는, 하나의 와이어로 전자세 용접할 수 있을 뿐만 아니라, 양호한 용접 작업성, 고능률성, 및 양호한 용접 금속 성능 등을 갖고, 이 때문에 조선 및 교량을 비롯한 광범위한 분야에서 사용되고 있다.

그러나, 티타니아계 FCW의 결점 중 하나로서, 내고온균열 성능, 특히 용접 속도가 빠르게 되기 쉬운 하향 및 횡향에서의 편면 용접 시공의 초층부(初層部) 및 협애부(狹隘部)의 용접시의 내고온균열 성능이, 동일 용접용 와이어인 솔리드 와이어와 비교하여 떨어지는 점을 들 수 있다.

따라서, 현 상태에서는, 용접 전류를 낮추든지 개선(開先) 각도를 크게 하는 등의 용접 시공면에서의 배려에 의해, 고온 균열의 방지를 도모하고 있는 실정이다. 이것은 반대로 말하면, 티타니아계 FCW는 이것을 이용함으로써 솔리드 와이어 사용시와 비교하여 용접 능률이 떨어져, 강판 및 용재의 쓸모없음이 커진다고 하는 결점을 갖고 있다는 것이다. 그 결과, 편면 용접에서의 초층의 균열 특성을 고려한 나머지, 전체의 용접 시공 능률이 저하해 버린다고 하는 문제가 발생한다.

상기의 문제에 대처하기 위해서, 종래부터 다양한 검토가 이루어지고 있다. 예컨대, 일본 특허공개 2003-311476호 공보에 있어서는, 티타니아계 FCW가 함유하는 TiO₂에 혼입되는 Sn의 양을 억제함으로써 내고온균열 성능을 향상시킬 수 있다는 것을 알아내었다. 동 문헌에서는, 이 사상을 우육 용접에 응용하고 있다. 또한, 이 사상을 편면 용접 방법에 응용한 방법이 일본 특허공개 2003-311416호 공보에 개시되어 있다.

그러나, 최근에는 더 한층의 고능률화, 협개선화(狹開先化) 및 고속화를 위해서, 양호한 용접 작업성 및 양호한 용접 금속 성능을 가지면서, 내고온균열 성능의 가일층의 향상이 요구되고 있다. 이 때문에, 일본 특허공개 2003-311476호 공보나 일본 특허공개 2003-311416호 공보에 개시된 티타니아계 FCW에 의해서도 이러한 요구를 충분히 만족시키지 못한다.

본 발명은, 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 양호한 용접 작업성 및 양호한 용접 금속 성능을 가지면서, 내고온균열 성능이 양호한 티타니아계 플럭스 함유 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 티타니아계 플럭스 함유 와이어는, 강제 외피 내에 플럭스를 충전하여 이루어지고, 상기 강제 외피의 C량이 외피 전체 질량당 0.04질량% 이하이며, 상기 플럭스는 와이어 전체 질량에 대하여 TiO₂를 4.5 내지 7.0질량%, Mg를 0.3 내지 0.7질량%, Na 화합물을 Na 환산으로 0.1 내지 0.3질량%, K 화합물을 K 환산으로 0.02 내지 0.15질량%, Ca를 0.01 내지 0.05질량% 함유하고, 상기 Na 및 K의 환산값을 각각 [Na] 및 [K]라고 하면, [Na]/[K] 비율이 2.0 내지 5.0이고, 와이어 전체 질량에 대하여 상기 강제 외피 및 상기 플 럭스 중에 Fe를 80 내지 90질량% 함유한다.

상기 강제 외피의 C량이 외피 전체 질량당 0.03질량% 이하인 것이 바람직하다. 상기 Ca 및 Na의 환산값을 각각 [Ca] 및 [Na]라고 하면, [Ca]/[Na] 비율이 0.05 내지 0.2이어도 좋다.

와이어 전체 질량에 대하여, 상기 플럭스는, Si를 0.2 내지 3.0질량%, Mn을 0.5 내지 5.0질량% 함유할 수도 있다.

상기 플럭스는 와이어 전체 질량에 대하여 SiO₂를 0.05 내지 2.0질량% 함유하더라도 좋다.

본 발명에 의하면, 티타니아계 플럭스 함유 와이어의 플럭스의 조성을 적절히 규제함으로써, 양호한 용접 작업성 및 양호한 용접 금속 성능을 가지면서, 내고온균열 성능이 양호한 티타니아계 플럭스 함유 와이어를 얻을 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 종래, FCW에서는, 스패터 등의 증가의 원인이 되기 때문에 Ca의 양을 억제하여 왔다. 그러나, 본원 발명자 들은, 이 Ca는 Na 공존하에서는 Ca 화합물의 효과에 의해 내고온균열 성능을 개선시키게 된다는 것을 발견하였다.

Ca는 종래, 티타니아계 FCW에서는, 예컨대 CaF₂나 CaCO₃로서 함유되는 경우에는 용접 작업성에 악영향을 주는 원소로서 가능한 한 낮은 범위로 억제해야 한다고 생각되어 왔다. 또한, 솔리드 와이어 등이라도 와이어 표면에 붙지 않는 신선(伸線) 윤활제(Ca 비누)로서 잔류하면 아크 안정성을 저해하는 것으로 알려져 있었다(예컨대, 일본 특허공개 평4-300094호, 일본 특허공개 평4-300095호 등). 이들의 Ca 첨가에 의한 용접 작업성이나 아크 안정성의 저하는, FCW에서도 마찬가지라고 생각되고 있었다. 반대로, FCW에 Ca를 적극 첨가한 예로서, Ca(금속 성분)를 탈산제로서 첨가하여 용접 금속 중의 산소량을 저감하여 인성(靭性)을 향상시키는 기술도 제안되어 있다(일본 특허공개 평6-238483 호 등).

그러나, 본원 발명자들의 연구 결과에 의하면, Na 화합물을 Na 환산으로 통상보다 많은 양(0.1 내지 0.3질량%) 함유시키고, K 화합물을 K 환산으로 통상보다 적은 양(0.02 내지 0.15질량%) 함유시킨 경우, FCW의 표면 또는 플럭스 중에 함유되는 Ca가 아크 안정성을 저해하지 않고, 내고온균열 성능을 향상시킨다는 것을 알았다. 여기서, Ca량이 0.01질량% 미만이면, 지나치게 적어 내고온균열 성능 향상의 효과는 없다. 반대로 Ca량이 0.05질량%를 넘으면, 역시 본래의 Ca의 악영향이 나타나 버린다. 즉, 아크 안정성을 저해하여 스패터량이 증대한다. 따라서, Ca량을 0.01 내지 0.05질량%로 하였다.

Na의 첨가량에 대하여, Na 화합물을 통상보다 많이(0.1질량% 이상) 첨가한 것은, Na 첨가의 효과인 아크 안정성에 의해 Ca의 악영향인 스패터량의 증대를 억제하고, 반대로 CaS의 생성에 의한 내고온균열 성능을 향상시키기 때문이다. 다만, 알칼리 금속은 불화물, 탄산염 또는 산화물 등의 형태로 첨가되기 때문에, Na가 0.3질량%로 되면 슬래그 점성을 떨어뜨리는 방향으로 작용하여 슬래그의 수직 낙하가 발생하기 쉽게 되고, 그 결과 비드(bead) 형상, 외관이 열화된다. 따라서, Na를 0.1질량% 내지 0.3질량%로 하였다.

K의 첨가량에 대하여, K 화합물을 통상보다 적게(0.02질량% 이상) 첨가한 것은, Na, K 동시 첨가에 의해 아크 안정성 향상의 효과가 있지만, K보다는 Na를 주체로 한 쪽이 Ca에 의한 내고온균열 성능이 향상되기 때문이다. 그러나, K도 알칼리 금속이며, Na와 동일한 이유로 0.15질량% 이상으로 되면 비드 형상, 외관이 열화된다. 따라서, K를 0.02질량% 내지 0.15질량%로 하였다.

Na 화합물과 K 화합물을 상술한 범위로 제한하여 첨가하는 것은, 내고온균열 성능 향상을 위해 필수적이지만, 그것만으로서는 Ca의 아크 불안정화 작용을 보완할 수 없었다. 본원 발명자들은 연구를 진행시켜, [Na]/[K]의 비율이 중요하다는 것을 알았다.

도 1은, Na, K 첨가량의 발명 범위를 나타낸 도면이다. 종축은 Na의 첨가량(질량%), 횡축은 K의 첨가량(질량%)이다. 사선부는 내고온균열 성능 및 용접 작업성이 양호한 범위이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, Na 화합물을 통상보다 많은 양(0.1 내지 0.3질량%) 함유시키고, K 화합물을 통상보다 적은 양(0.02 내지 0.15 질량%) 함유시키는 것에 더하여, [Na]/[K]를 일정한 비율(2.0 내지 5.0)로 유지함으로써 Ca와의 공존하에서 Ca의 내고온균열 성능 향상의 효과가 촉진되는 것이 판명되었다. 반대로 [Na]/[K] 비율이 2.0 미만 또는 5.0을 넘는 경우는, Ca가 아크 안정성을 저해하여, 내고온균열 성능 향상보다도 작업성 열화의 문제가 발생한다.

본원 발명자들은 또한, Ca 단독의 경우보다도 Ca가 Na와 공존하고 있는 경우에, CaS의 형성에 의해 내고온균열 성능이 향상된다고 추정하였다. 도 2는 Ca, Na의 첨가량의 발명 범위를 나타낸 도면이다. 종축은 Na의 첨가량(질량%), 가로축은 Ca의 첨가량(질량%)이다. 사선부는 내고온균열 성능 및 용접 작업성이 양호한 범위이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, Ca가 0.01 내지 0.05질량%인 경우에 있어서, [Ca]/[Na] 비율이 일정(0.05 내지 0.2)할 때, 내고온균열 성능이 양호하게 된다. 이것은, Ca 화합물의 경우에 있어서도 고온에서는 CaS로 되고, 금속 Ca나 Ca 합금에 있어서도 고온에서 우선적으로 S와 화합하여 CaS를 형성하기 때문이다. 반대로 [Ca]/[Na] 비율이 0.05 미만인 경우에는 Na에 비해 Ca량이 부족한 결과, 내고온균열 성능의 저하가 발생하고, 또한 0.2를 넘으면 Ca량에 비해 Na량이 부족하기 때문에 아크 안정성이 저하된다.

계속해서, 본원 발명자들은 용접 작업성의 향상에 대하여, 강제 외피의 C량, FCW 중의 Fe량, 플럭스 중의 TiO₂, Mg, Mn, Si 및 SiO₂의 양을 검토하였다.

강제 외피 전체 질량당의 C량에 대하여, 이 C량은 FCW의 흄 발생량을 저감시킬 목적으로 종래에 낮게 억제되고 있었다. C는 탈산제로서 산소와 반응하여 와이 어 선단의 용접 금속 중에서 폭발 현상을 일으키고, 그 결과 용접 금속이 날려 스패터로 되기 때문이다. 그러나, 본원 발명자들은, 강제 외피 전체 질량당의 C량은 아크 안정성과 관련이 있다는 것을 알았다. 구체적으로는, 강제 외피 전체 질량당의 C량을, 0.04질량% 이하로 규제하면 아크 안정성이 양호하게 된다. 보다 바람직하게는 0.03질량% 이하로 한다.

FCW 중의 Fe량에 대하여, FCW 전체 질량당, 본 발명에 있어서는 Fe를 80 내지 90질량% 첨가한다. 이 Fe량은 강제 외피에 포함되는 Fe와 플럭스 중에 포함되는 철분 중의 Fe나 각종 Fe 합금(Fe-Mn, Fe-Si, Fe-Ti 등) 중의 Fe의 총합이다. Fe량이 80질량% 미만이면 각종 첨가 원소를 필요량 첨가하기 위해서는, 플럭스율을 내릴 필요가 있고, 그 결과 용착 효율이나 아크 안정성이 열화된다. 반대로 Fe가 90질량%를 넘으면 플럭스율을 올릴 필요가 있고, 플럭스율을 너무 올리면 신선(伸線) 중의 단선이 다발하여 신선성이 열화되고, 그 결과 생산성의 저하를 초래한다. 또한, 본 발명에 있어서, 적정한 플럭스율은 10 내지 20질량%이다.

용제 중의 TiO₂량에 대하여, TiO₂는 슬래그 형성제의 기본 성분이다. TiO₂량이 4.5% 미만이면, 슬래그의 피포성(被包性)이 불충분하고, 특히 입향(立向), 상향(上向) 등의 전자세 용접이 곤란하게 되고, 그 결과 비드 외관, 형상이 불량하게 된다. 반대로 TiO₂량이 7.0%를 넘으면 슬래그량이 과잉으로 되어, 슬래그 감김 등의 용접 결함이 발생하기 쉽게 된다. 따라서, TiO₂량은 4.5 내지 7.0질량%의 범위로 한다. 또, 본원에 있어서, TiO₂량은 종래보다 높은 편이 바람직하다. 보다 바 람직하게는 5.5 내지 7.0질량%의 범위로 한다.

플럭스 중의 Mg량에 대하여, Mg는 일반적으로는 강력한 탈산제로서 사용되는 경우가 많다. 그러나, Mg는 기타의 강력한 탈산제, 예컨대 Ti, Zr 및 Al과 다르고, 수평 우육 용접에 있어서의 비드 형상 및 비드의 친용접성을 향상시키는 효과가 있다. Mg량이 0.3질량% 미만이면, 용접 금속에 대한 슬래그의 피포성이 불균일하게 되고, 수평 우육 용접에 있어서의 비드 형상이 열화된다. 또한, 용접 금속 중의 산소량은 Mg의 함유율을 높임에 따라서 저하되기 때문에, Mg량을 0.3질량% 이상으로 하면 용접 금속 중의 산소량을 600ppm 이하로 억제할 수 있다. 그 결과, 저온 인성(靭性)이 향상된다. 반대로 Mg량이 0.7질량%를 넘으면, 용접 금속에 대한 슬래그의 피포성이 과잉으로 되어, 슬래그 중에 고융점의 MgO가 증가하여 슬래그의 유동성이 저하되고, 슬래그의 피포성이 저하됨과 동시에 스패터 및 흄량이 증가한다. 그 결과, 작업성이 저하되고, 수평 우육 용접에 있어서의 비드 형상이 열화된다. 따라서, Mg량은 0.3 내지 0.7질량%의 범위로 한다.

플럭스 중의 Mn량에 대하여, Mn은 탈산제 및 용접 금속의 강도를 조정하기 위한 성분으로서 첨가된다. Mn량이 0.5질량% 미만이면 탈산 부족에 의한 기포가 발생한다. 반대로 5.0질량%를 넘으면 용접 금속의 강도가 지나치게 높아져, 내고온균열 성능의 면에서 바람직하지 못하다. 따라서, Mn량은 0.5 내지 5.0질량%의 범위로 한다. 한편, 여기서 말하는 Mn량은 FCW 전체 질량당의 성분이다. Mn은 강제 외피 중의 Mn과 플럭스의 한쪽 또는 쌍방으로부터 첨가 가능하다. 플럭스에 첨가하는 Mn 원료로서는 전해 Mn, Fe-Mn, Fe-Si-Mn 등을 들 수 있다.

플럭스 중의 Si량에 대하여, Si는 Mn과 마찬가지로 탈산제 및 용접 금속의 강도를 조정하는 목적 외에, 용융 금속의 유동성을 조정하기 위해서 첨가된다. 이 때문에, Si량이 0.2질량% 미만이면 비드가 볼록 비드로 되기 쉽고, 또한 탈산 부족에 의한 기공이 다발한다. 반대로 Si량이 3.0질량%를 넘으면, 용접 금속의 강도가 과대하게 됨과 동시에 인성이 저하된다. 따라서, Si량은 0.2 내지 3.0질량%의 범위로 한다. 한편, 여기서 말하는 Si량은 FCW 전체 질량당의 성분량이다. Si는 강제 외피 중의 Si와 플럭스의 한쪽 또는 쌍방으로부터 첨가 가능하다. 플럭스에 첨가하는 Si 원료로서는 Fe-Si, Fe-Si-Mn, Fe-Si-B, Si-Mg 등을 들 수 있다.

다음에, 본 발명의 티타니아계 FCW의 조성 한정 이유에 대하여 설명한다.

「강제 외피의 C량이 외피 전체 질량당 0.04질량% 이하」

강제 외피의 C량이 외피 전체 질량당 0.04질량%보다 많으면, 내고온균열 성능이 저하되고, 아크 안정성이 저하된다. 보다 바람직하게는, 강제 외피의 C량은 0.03질량% 이하로 억제하는 것이 좋다.

「TiO₂를 4.5 내지 7.0질량%」

TiO₂량이 4.5질량%보다 적으면, 비드 외관, 형상이 열화되고, 비드 배열이 불량하게 된다. 반대로 TiO₂량이 7.0질량%보다 많아지면, 비드 배열이 불량하게 되고, 슬래그 감김 등의 용접 결함이 발생하기 쉽게 된다. 보다 바람직하게는, TiO₂량은 5.5 내지 7.0질량%의 범위로 하는 것이 좋다.

「Mg를 0.3 내지 0.7질량%」

Mg량이 0.3질량%보다 적으면, 비드 외관, 형상이 열화된다. 반대로 Mg량이 0.7질량%보다 많으면, 스패터 발생량이 증대하고, 비드 외관, 형상이 열화된다. 한편, Mg원은 금속 Mg, Al-Mg, Si-Mg, Si-Ca-Mg, Ca-Mg, Ni-Mg 등의 합금화 Mg 등이다.

「Na 화합물을 Na 환산으로 0.1 내지 0.3질량%」

Na 화합물이 Na 환산으로 0.1질량%보다 적으면, 아크 안정성이 저하되고, 스패터 발생량이 증대한다. 반대로 Na 화합물이 Na 환산으로 0.3질량%보다 많으면, 비드 외관, 형상이 열화되고, 비드 배열이 불량하게 된다.

「K 화합물을 K 환산으로 0.02 내지 0.15질량%」

K 화합물이 K 환산으로 0.02질량%보다 적으면, 아크 안정성이 저하된다. 반대로 K 화합물이 K 환산으로 0.15질량%보다 많으면, 아크 안정성이 저하된다.

「[Na]/[K] 비율이 2.0 내지 5.0」

[Na]/[K] 비율이 2.0보다 작으면, 아크 안정성이 저하된다. 반대로 [Na]/[K] 비율이 5.0보다 크면, 아크 안정성이 저하된다.

「Ca를 0.01 내지 0.05질량%」

Ca량이 0.01질량%보다 적으면, 내고온균열성이 저하된다. 반대로 Ca량이 0.01질량%보다 많으면, 아크 안정성이 저하되어, 스패터 발생량이 증대한다.

「[Ca]/[Na] 비율이 0.05 내지 0.2」

[Ca]/[Na] 비율이 0.05보다 작으면, 고온 균열성이 저하된다. 반대로 [Ca]/[Na] 비율(질량%)이 0.2보다 크면, 아크 안정성이 저하된다. 한편, Ca량은 금속 Ca 또는 합금 Ca 혹은 Ca 화합물을 모두 Ca로 환산한 값이다.

「Mn을 0.5 내지 5.0질량%」

Mn량이 0.5질량%보다 적으면, 스패터 발생량이 증대한다. 반대로 Mn량이 5.0질량%보다 많으면, 고온균열성이 저하된다.

「Fe를 80 내지 90질량%」

Fe량이 80질량%보다 적으면, 아크 안정성이 저하된다. 반대로 Fe량이 90질량%보다 많으면, 적정한 플럭스량(예컨대, 10 내지 20%)을 유지할 수 없다.

「Si를 0.2 내지 3.0질량%」

Si량이 0.2질량%보다 적으면, 비드 외관, 형상이 열화된다. 반대로 Si량이 0.2질량%보다 많으면, 스패터 발생량이 증대한다.

「SiO₂를 0.5 내지 2.0질량%」

SiO₂는, 본 발명에 따른 FCW에서의 TiO₂에 이어서 용제의 주성분이며, 슬래그 형성제로서 작용하고, 특히 비드 표면의 광택을 향상시킨다. 더욱이, SiO₂의 첨가는 생성 슬래그의 두께를 얇게 한다. SiO₂량이 0.5질량% 미만인 경우, 비드 표면의 광택 및 윤활성이 없어진다. 반대로 SiO₂량이 2.0질량%를 넘는 경우, 큰 입자의 스패터 발생량이 증대한다. 따라서 FCW 전체 질량당의 SiO₂량은 0.5 내지 2.0질량%로 한다. 한편, SiO₂량은 규사, 장석, 지르콘, 올리빈 샌드(olivine sand), 규석회석, 유리 등에 포함되는 SiO₂량을 Si량으로 환산한 값이다.

「기타의 성분」

또, 필요에 따라서, 기타의 산화물, 불화물, 금속 및 합금 등을 적량으로 첨가할 수 있다. 예컨대, 슬래그량을 조정하기 위해서 슬래그 형성제로서 MnO, Al₂O₃, MgO 등의 산화물을 2.0질량% 이상 첨가할 수 있다. 탈수소제로서, CaF₂, SrF₂, MgF₂, K₂SiF₆ 등의 불화물을 0.5질량% 이하 첨가할 수 있다. 혹은, 탈산제로서 Al, Zr 등을, 용접 금속의 인성 개선을 위해서 B, Ni 등을 적절히 첨가할 수 있다. 용접 금속의 강도를 조정하기 위해서 Mo, Cr, V 등을 첨가할 수 있다.

또한, FCW의 단면 형상은 적절히 다른 형상으로 할 수 있고, 또한 케이스 재질, 와이어 직경, 실드 가스 조성 등도 특별히 제한되지 않는다.

실시예

이하, 본 발명의 실시예의 효과에 대하여, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예와 비교하여 설명한다. FCW의 화학 성분은, FCW 전량을 용해하고, 발광 분광 분석 및 원자 흡광 분광 분석 등의 화학 분석에 의해 TiO₂, Mg, Na, K, Ca, Si, Mn, Fe를 분석하였다.

실시예에 사용한 와이어선 직경은 1.4mm이며, 외피 금속 조성으로서 하기 표 1에 나타낸, A, B, C, D 4종의 연강을 사용하였다. 표 1의 질량%는 외피 질량을 100%로 한 것이다. 그리고, 본 실시예에 따른 발명예 B1 내지 B9에 있어서의 플럭스의 금속 조성을 하기 표 2에 나타낸다. 또한, 실시예 A10 내지 A13 및 발명예 B10 내지 B13에 있어서의 플럭스의 금속 조성을 하기 표 3에 나타낸다. 표 2, 3의 질량%는 와이어 전체를 100%로 한 것이다. 표 1 내지 표 3에 있어서, 발명예는 그 금속 조성이 본 발명의 범위 내에 있는 강제 외피 또는 FCW의 구분이다. 비교예는 그 금속 조성이 본 발명의 범위 밖에 있는 강제 외피 또는 FCW의 구분이다. 또, 플럭스율은 14질량%로 하였다.

표 1의 각 성분(C, S, Mn, P, S, Al, Ti, Fe)은 강제 외피 중의 강제 외피 전체 질량당의 비율(질량%)이다. 표 2, 표 3의 각 성분(TiO₂, Mg, Na, K, Ca, Si, Mn, Fe)은, Fe 이외는 플럭스 중의 FCW 전체 질량당의 비율(질량%)이다.

표 1의 C량의 표시란에서, ◎는 강제 외피의 C량이 보다 바람직한 범위 내인 경우, ○는 C량이 보다 바람직한 범위 밖이지만 발명 범위 내인 경우, ×는 C량이 발명 범위 밖인 경우이다.

또, Na, K의 조정은 각각의 화합물의 첨가량으로 행하고, Mn량의 조정은 Fe-Mn, Fe-Si-Mn, 또는 전해 Mn 등의 첨가량으로 행하고, TiO₂량의 조정은 루틸, 합성 루틸, 루콕신, 일루미나이트, 티탄 슬래그, 및 티탄산 칼륨 등의 첨가량으로 행하고, Mg량의 조정은 금속 Mg, Al-Mg, Si-Mg, Si-Ca-Mg, Ca-Mg, Ni-Mg 등의 합금화 Mg 등의 첨가량으로 행하고, Ca량의 조정은 금속 Ca 또는 합금 Ca 혹은 Ca 화합물 등의 첨가량으로 행하고, Si량의 조정은 Fe-Si, Fe-Si-B, Si-Mg 등의 첨가량으로 행하였다.

다음에, 얻어진 공시재(供試材)의 평가 방법에 대하여 설명한다. 내고온균열 성능은, 두께 35mm, 폭이 200＋200mm, 길이가 600mm인 강판(KD32)을 용접 부재로 하는 용접 시험에 의해 평가하였다. 하기 표 4에 본 실시예에서 사용한 용접 모재의 조성을 나타낸다. 용접 작업성 시험의 시험 방법에 대하여 하기 표 5에, 편면 용접 균열 시험의 시험 방법에 대하여 표 6에 나타낸다.

용접 작업성 시험에서는, 아크 안정성과, 비드 형상 및 외관과, 스패터 발생량과, 비드 배열과, 슬래그 감김을, 매우 양호한 경우(◎)와, 양호한 경우(○)와, 불량인 경우(×)로 평가하였다.

다음에, 편면 용접 균열 시험에 대하여, 도 1은 본 실시예에서의 용접 시험에 사용하는 용접 모재의 상면도, 측면도 및 단면도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 용접 모재(1)는 V 형상의 개선을 갖고, 이 V 형상의 개선부의 이면에는, 내화물 및 알루미늄 테이프 등으로 이루어지는 백킹재(2)가 배치되어 있다. 본 실시예의 내고온균열 성능 시험에 있어서는, 이 V 형상의 개선 각도를 30°로 하고, 백킹재(2)가 배치되어 있는 부분의 루트 갭을 2 내지 9mm로 하였다. 그리고, 용접 전류는 300mA, 운봉(運棒) 방법은 스트레이트 및 위빙, 반복수는 4회로 하고, 편면 용접의 초층 용접에 대하여 X선 투과 시험(JIS Z 3104)으로써 내부 균열을 확인하고, 그 전장을 측정하였다.

그리고, 하기 수학식 1로부터 균열율(W)을 산출하였다. 또, 균열율(W)은 반복수 4회의 평균치로 하였다.

균열율 W=(균열 길이)/(용접 길이)×100

발명예 B1 내지 B9의 내고온균열 성능의 용접 시험의 결과를 하기 표 6에 나타낸다. 실시예 A10 내지 A13 및 발명예 B10 내지 B13의 내고온균열 성능의 용접 시험의 결과를 하기 표 7에 나타낸다.

표 7, 8의 강제 외피의 C량과 TiO₂량의 표시란에서, ◎는 보다 바람직한 범위 내인 경우, ○는 보다 바람직한 범위 밖이지만 발명 범위 내인 경우, ×는 발명 범위 밖인 경우이다. 또한, 표 7, 8의 「발명 범위 밖의 성분」란에서, 성분량(질량%) 또는 [Na]/[K] 비율, [Na]/[Ca] 비율이 지나치게 높거나 또는 지나치게 낮은 것에 의해 발명 범위 밖으로 되는 것을 기재하였다. 이들은 표 2, 3에서 나타낸 실험 결과에 근거하여 기재하였다.

표 7, 8의 내고온균열 성능의 표시란에서, ◎는 균열율(W)이 0%인 경우, ○는 균열율(W)이 3% 이하인 경우, ×는 3%를 초과하는 경우이다. 표 7, 8의 아크 안정성과, 비드 형상 및 외관과, 스패터 발생량과, 비드 배열과, 슬래그 감김의 표시란에서, ◎는 매우 양호한 경우, ○는 양호한 경우, ×는 불량한 경우이다.

표 7, 8에 나타내는 바와 같이, 발명예 B1 내지 B13은 내고온균열 성능의 용접 시험에 있어서 양호한 성능을 나타내었다. 특히, 발명예 B2, B7, B9, B10, B11 및 B12 이외는, TiO₂량이 보다 바람직한 범위이기 때문에, 비드 형상, 외관 및 비드 배열에 대하여 매우 양호(◎)하였다. 발명예 B2, B7, B9, B10, B11 및 B1은 TiO₂량이 발명 범위 내이지만, 보다 바람직한 범위를 벗어나기 때문에, 비드 형상, 외관 및 비드 배열에 대하여 양호(○)하였다. 외피 종류가 A 또는 C인 강제 외피를 사용한 발명예에 대해서는, 강제 외피의 C량이 보다 바람직한 범위이지만, 균열율(W)이 0%(내고온균열 성능: ◎)였다. 외피 종류가 B인 강제 외피를 사용한 발명예에 대해서는, 강제 외피의 C량이 발명 범위이지만, 보다 바람직한 범위를 벗어나 있기 때문에, 균열율(W)이 3% 이하(내고온균열 성능: ◎)였다.

표 8에 나타내는 바와 같이, 비교예 A1은 외피 종류 D를 사용하고 있다. 강제 외피의 C량이 지나치게 높아 발명 범위로부터 벗어나기 때문에, 아크 안정성이 불량(×)하였다.

비교예 A2는 TiO₂량이 지나치게 낮아 발명 범위로부터 벗어나기 때문에, 비드 형상, 외관 및 비드 배열이 불량(×)하였다. 비교예 A3은 TiO₂량이 지나치게 높아 발명 범위로부터 벗어나기 때문에, 비드 형상, 외관 및 비드 배열이 불량(×)하였다.

비교예 A4는 Mg량이 지나치게 낮아 발명 범위로부터 벗어나기 때문에, 비드 형상, 외관 및 비드 배열에 대하여 불량(×)하였다. 비교예 A5는 Mg량이 지나치게 높고 발명 범위로부터 벗어나기 때문에, 비드 형상, 외관과, 비드 배열과, 스패터 발생량이 불량(×)하였다.

비교예 A6은 Na량이 지나치게 낮아 발명 범위로부터 벗어나기 때문에, 아크 안정성 및 스패터 발생량이 불량(×)하였다. 비교예 A7은 Mg량이 지나치게 높아 발명 범위로부터 벗어나기 때문에, 비드 형상, 외관 및 비드 배열이 불량(×)하였다.

비교예 A8은 K량 및 [Na]/[K]가 지나치게 낮아 발명 범위로부터 벗어나기 때문에, 아크 안정성이 불량(×)하였다. 비교예 A9는 K량 및 [Na]/[K]가 지나치게 높아 발명 범위로부터 벗어나기 때문에, 아크 안정성이 불량(×)하였다.

비교예 A10은 [Na]/[K]가 지나치게 낮아 발명 범위로부터 벗어나기 때문에, 아크 안정성이 불량(×)하였다. 비교예 A11은 [Na]/[K]가 지나치게 높아 발명 범위로부터 벗어나기 때문에, 아크 안정성이 불량(×)하였다.

비교예 A12는 Ca량이 지나치게 낮아 발명 범위로부터 벗어나기 때문에, 균열율(W)이 3%를 초과(내고온균열 성능: ×)하였다. 비교예 A13은 Ca량이 지나치게 높아 발명 범위로부터 벗어나기 때문에, 아크 안정성 및 스패터 발생량이 불량(×)하였다.

발명예 B10은 [Ca]/[Na]의 값이 0.20보다 크기 때문에, 아크 안정성은 약간 저하하였다.(평가 ○의 범위 내)

발명예 B11은 [Ca]/[Na]의 값이 0.05보다 작기 때문에, 고온 균열 성능은 약간 저하하였다.(평가 ○의 범위 내)

발명예 B12는 Si가 0.2%보다 작기 때문에, 스패터 발생량이 약간 증가하였다.(평가 ○의 범위 내) 또한, Mn이 5.0%를 넘고 있기 때문에, 고온 균열 성능이 약간 저하하였다.(평가 ○의 범위 내)

발명예 B13은 Si가 3.0%를 넘고 있기 때문에, 용접 금속의 강도가 과대하게 되어 인성이 약간 저하하였다. 또한, Mn이 0.5% 미만이기 때문에, 스패터 발생량이 약간 증가하였다.(평가 ○의 범위 내)

도 1은 Na, K 첨가량의 발명 범위를 나타낸 도면이다.

도 2는 Na, Ca 첨가량의 발명 범위를 나타낸 도면이다.

도 3은 본 실시예에서의 용접 시험에 사용하는 용접 모재의 상면도, 측면도 및 단면도이다.

Claims

강제 외피 내에 플럭스를 충전하여 이루어지고, 상기 플럭스의 비율이 10 내지 20질량%이고, 상기 강제 외피의 C량이 외피 전체 질량당 0.04질량% 이하이며, 상기 플럭스는 와이어 전체 질량에 대하여 TiO₂를 4.5 내지 7.0질량%, Mg를 0.3 내지 0.7질량%, Na 화합물을 Na 환산으로 0.1 내지 0.3질량%, K 화합물을 K 환산으로 0.02 내지 0.15질량%, Ca를 0.01 내지 0.05질량% 함유하고,

상기 Na 및 K의 환산값을 각각 [Na] 및 [K]라고 하면, [Na]/[K] 비율이 2.0 내지 5.0이고,

와이어 전체 질량에 대하여 상기 강제 외피 및 상기 플럭스 중에 Fe를 80 내지 90질량% 함유하는

가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어.
제 1 항에 있어서,

상기 강제 외피의 C량이 외피 전체 질량당 0.03질량% 이하인, 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어.
제 1 항에 있어서,

상기 Ca 및 Na의 환산값을 각각 [Ca] 및 [Na]라고 하면, [Ca]/[Na] 비율이 0.05 내지 0.2인, 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어.
제 1 항에 있어서,

상기 플럭스는 와이어 전체 질량에 대하여 Si를 0.2 내지 3.0질량%, Mn을 0.5 내지 5.0질량% 함유하는, 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어.