KR101172016B1 - 용접 와이어 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 용접 와이어는, 플럭싱 화합물(fluxing compound)과 합금 원소(alloying element)의 결합물을 갖는 플럭스 코어를 캡슐로 싸는 강철 피복을 포함한다. 플럭싱 화합물은 최대 2 중량%의 플루오르화물 화합물과 최대 49 중량%의 산화물 화합물을 포함한다. 합금 원소는 Mn, Ni, Co, Ti과, 최대 약 0.98 중량%의 C를 포함한다. Co의 양은 결과적으로 생성된 용접의 페라이트-베이나이트 용접 금속 형태(ferrite-bainite weld metal morphology)를 생성하는데 충분하다. 결과적인 용접의 항복 강도는 약 95 ksi 내지 약 11 ksi인 것으로 측정되었다.

Description

용접 와이어 및 이를 제조하는 방법 {WELD WIRE AND PROCESS FOR MANUFACTURING THE WELD WIRE }

이 출원은 2003년 6월 17일자로 출원된 미국 출원 번호 제 10/463,259호에 대한 우선권을 주장하고, 그 기재 내용은 본 명세서에 완전히 참조 문서로 포함되어 있다.

본 발명은 높은 항복 강도 요건을 갖는 용접을 생성하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 플러스 코어 아크 용접 공정에서 용접 금속 형태를 조절하기 위해 Co와 합금을 이룬 소모성 플럭스 코어 용접 전극에 관한 것이다.

플러스 코어 아크 용접(FCAW)은, 용접 기계 안으로 계속해서 공급되는 관형 와이어 전극과 작업 단편 사이에 아크에 의해 열이 발생하는 용접 공정이다. FCAW 공정에 사용되는 와이어 전극은 플럭싱 코어를 둘러싸고/둘러싸거나 성분과 화합물을 합금하는 금속 피복(metal sheath)을 포함한다. 일반적으로 아크와 용융 금속은 차폐 기체에 의해 주변 환경으로부터 보호된다. 피복, 플러스 코어 및 차폐 기체의 화학 조성은 생성된 용접의 조성과 특성을 결정한다. 소모성 전극은 아크에서 녹고 하나의 흐름으로 아크를 가로질러 운반되어 증착된 충전재 금속이 된다. 아크의 차폐는 관형 와이어 전극에 함유된 플럭스 또는 외부적으로 제공된 차폐 기체 중 하 나에 의해 제공된다.

FCAW 공정은 전원으로 작동하는 용접기에 의해 수행된다. 용접기는 소모성 전극을 공급하고 용접 공정에 차폐 기체를 제공한다. 용접기는 아크를 유지하는데 필요한 전압과 전류량의 전력을 제공하는 전원에 의해 작동한다. FCAW 공정을 위한 대부분의 용접기는 110, 230 또는 460 볼트의 입력 전력으로 작동한다. FCAW 공정에 사용되는 전원은 일반적으로 직류 정전압 전원이지만, 흔히 더 큰 전원을 필요로 하는 기체 금속 아크 용접 공정보다 더 큰 전류를 사용한다.

FCAW는 직류 용접 공정이다. 외부 기체 차폐와 함께 작용하도록 설계된 FCAW용 소모성 전극 와이어는 직류 전극 플러스 (DCEP) 용접 형태에 일반적으로 사용된다. DCEN은 자체 차폐 아크 용접에 일반적으로 사용된다.

FCAW 공정에서 소모성 와이어 전극이 용접기로 공급되어야만 하기 때문에, 연속적인 공급을 제공하기 위해서는 와이어 공급 시스템이 필요하다. 여러 와이어 공급 시스템이 사용 가능하고 FCAW 공정에 사용될 수 있다. 대부분의 시스템은 일정한 공급 속도를 제공하고 정전압 전원과 사용된다. 만일 가변 속도 와이어 공급 시스템이 사용되면, 와이어의 공급 속도를 변화시켜 아크의 원하는 길이를 유지하기 위해 전압 감지 회로가 제공된다. 와이어 공급 시스템은 많은 구동 롤(driving roll)을 이용해서 기어 박스에 연결된 전기 회전자를 일반적으로 포함한다.

외부적으로 차폐된 FCAW 용접기에서, 차폐 기체 시스템은 기체 공급원(저장 탱크 안의 액체 또는 기체 실린더 안에 압축되어 있는 액체)으로부터 작업 공간으로 차폐 기체를 공급해서 주변 환경으로부터 아크를 보호한다. 일반적으로, 차폐 기체 시스템은 공급원, 기체 공급 호스, 기체 조절 장치, 제어 밸브 및 용접기에 기체를 공급하는 호스를 포함한다. 불활성 및/또는 활성 기체일 수 있는 차폐 기체는 아크와 용융 금속의 퍼들(puddle)을 둘러싼다. FCAW 공정에서 가장 일반적으로 사용되는 차폐 기체는 Ar, CO₂, Ar-O₂ 혼합물, Ar-CO₂ 혼합물이다. 특별한 차폐 기체 또는 혼합물의 선택은 용접될 금속의 유형, 아크와 금속 이동 파라미터, 용접의 특성 및 비드 모양에 좌우된다.

매우 적은 수의 충전재 금속만이, 저온에서 우수한 충격 인성을 필요로 하는 100ksi 이상의 항복 강도를 갖는 용접 구조 강철에 적합한 것으로 알려져 있다. 충전재 금속의 문제점은, 최종 용접 금속의 좋지 않은 용접 금속 인성, 수소 균열(hydrogen cracking) 및 고온 균열(hot cracking)인 것으로 알려져 있다. 냉각과 고온 균열 문제점은 송유관이나 석유 굴착 장치용 지지 구조와 같은 구조 용접에서 특별한 주의를 끌고, 두 개의 금속 단편을 연결하는 용접 금속에 임의의 균열이 있는 것은 바람직하지 않다. 피복 금속 아크 용접 공정(SMAW)에 사용된 봉 전극(stick electrode)은 구조 강철의 원하는 기계적 특성을 제공할 수 있지만, SMAW 공정은 FCAW 공정보다 훨씬 느려서 생산성이 적다 (플럭스 코어가 가열되고 더 빨리 녹아서, 작업 단편 위에 충전재 금속을 더 빨리 전달하고 증착시킨다). 이 때문에, 빠른 증착 속도를 원할 때는 강철과 같은 제 1철 금속을 용접하기 위해 FCAW가 흔히 사용된다.

구조 강철의 용접 접합에서는 냉각 및 고온 균열과 같은 문제가 특히 바람직 하지 않았다. 냉각 균열을 일으키는 원인 중 한 가지는 소모성 와이어 전극 중 비교적 많은 양의 수소 또는 물로, 이는 결과적으로 생성된 용접 금속이 냉각 균열을 일으키는데 충분한 양의 수소를 함유하도록 한다. 플럭스 코어에 존재하는 물 분자는 용접 아크에서 수소와 산소로 해리된다. 해리된 수소와 산소의 일부 양은 용접 공정 중 용융된 용접 풀(molten weld pool)로 확산할 것이다. 금속이 냉각되면서, 내부에 포획된 수소가 확산하고 금속 내부의 결함에 모인다. 만일 수소 결함의 수소 농도와 용접 공정에 의해 일어난 잔류 응력(residual stress)이 충분히 크면, 용접 금속에 균열이 형성될 것이다.

용접 중 소모성 와이어 전극은 아크 안으로 들어가서 녹고 작업 단편으로 운반되어 용융된 용접 풀과 용융된 슬래그 풀(molten slag pool)을 형성한다. 슬래그 풀이 먼저 응고되고 융융된 금속이 나중에 응고되어 응고된 슬래그의 모양을 갖춘다. 금속이 응고되면서, 수지정(樹枝晶) 결정이 형성되고 용접 방향과 같은 응고 방향으로 성장한다. 수지정 결정의 형성과 성장은 "분할(partitioning)"이라고 알려진 서로 다른 합금 농도의 영역을 생성한다. 예를 들어 붕소와 같이 작은 원자 반경을 갖는 원소를 합금하기 위해, 그 높은 확산 속도는 충분히 높은 농도로 용접의 중간 수지정 영역(inter-dendritic area)으로 확산하도록 해서, 중간 수지정 영역과 모(母) 용접 금속의 녹는점의 차이를 일으킨다. 더 낮은 용융 온도를 갖는 영역은 응고에 의해 발생하는 응력을 견딜 수 없을 것이고, 고온 균열이 형성될 것이다. 보다 높은 붕소 농도는 고온 균열이 더 발생하도록 한다. 만일 균열이 용접을 통해 전파되면, 이러한 용접에 의해 접합된 구조는 원하는 강도 명세와 맞지 않을 수 있다.

구조 강철 용접시 용접 접합부의 원하는 기계적 특성을 얻기 위해, 이러한 기계적 특성을 제공하지만, 용접 접합부에서 마텐자이트 변태(martensite transformation)의 출발과 최종 온도를 낮추는 한정된 양의 원소만을 함유하는 합금 시스템이 사용되었다. 보다 높은 냉각 속도에 의해 발생하는 단단한, 마텐자이트 열 영향 영역의 형성은 바람직하지 않은데, 이는 마텐자이트 구조가 냉각 중 더 높은 균열 위험을 갖기 때문이다. 이러한 합금 원소는 C, Mn, Cr 및 Ni일 수 있다. 예를 들어, 차폐 기체를 갖지 않는 서브머지드 아크 용접 공정(SAW)이 "고 강도 용접 금속의 구조와 특성에 대한 코발트의 영향" (Avt. Svarka 1984, No.7, pp.45-48)에 기술되어 있다. 고 강도 베이스 금속을 용접하는 것은, 플럭스 코어 용접 와이어 또는 고체 와이어를 사용하는 서브머지드 아크 용접과, 와이어에는 함유되어 있지 않지만 외부적으로 제공된 플럭스 물질을 사용해서 수행된다. 플럭스 물질은 용접 중 용융된 용접 금속의 풀에 대한 슬래그의 용융과 형성에 의해 대기로부터 용접 금속을 보호한다. 기술된 SAW 공정은 편평한 수평 용접 위치로 제한된다.

따라서, 빠른 증착 속도를 제공하는 용접 공정으로 용접된 강철의 용접 접합부에서 냉각 및 고온 균열을 줄이는 것이 매우 바람직할 것이다. 프로젝트를 완수하는데 필요한 강철의 양을 줄이기 위해 많은 산업에서 고 강도 강철을 사용하는 경향이 있기 때문에, 100 ksi 이상과 같은, 보다 높은 강도의 강철에서 냉각 및 고온 균열을 줄이는 것이 특히 바람직하다. 따라서, 고 강도의 낮은 합금 충전재 금속에 대한 요구가 증가하는 것으로 예상된다.

본 발명은 강철의 FCAW에 사용된 소모성 용접 와이어이다. 와이어 전극의 강철 피복의 조성은, Fe 외에, 약 0.02%의 C, 약 0.5%의 Mn을 포함한다. FCAW 공정에서 용접 금속 형태는 와이어의 플럭스 코어에 Co를 첨가해서 조절된다. 보다 구체적으로, 본 발명은 플럭스 코어에 첨가된 합금 원소로 C, Mn, Ni, Co, Zr, Ti 및 B을 갖는 용접 와이어에 관한 것이다.

본 발명의 용접 와이어는 플럭스 화합물과 합금 원소의 결합물을 갖는 플럭스 코어를 캡슐로 싸는 강철 피복을 포함한다. 플럭스 화합물은 최대 2 중량%의 플루오르화물 화합물과 최대 49 중량%의 산화물 화합물을 포함한다. 합금 원소는 Mn, Ni, Co, Ti와 최대 0.98 중량%의 C를 포함한다. Co의 양은 결과적으로 생성된 용접의 페라이트-베이나이트 용접 금속 형태(ferrite-bainite weld metal morphology)를 제조하는데 충분하다.

신규한 와이어를 사용하는 FCAW 장치는, 용접 건(welding gun)에 와이어 전극을 공급하기 위한 수단을 갖는 용접 건을 갖는다. 와이어는 최대 2 중량%의 플루오르화물 화합물, 최대 49 중량%의 산화물 화합물, Mn, Ni, Co, Ti 및 최대 약 0.98 중량%의 C를 갖는 플럭스 코어 조성물을 캡슐로 싸는 피복을 갖는다. Co의 양은 결과적으로 생성된 용접의 페라이트-베이나이트 용접 금속 형태를 제조하는데 충분해야만 한다는 것을 주목하는 것이 중요하다. 용접 장치는, 전극에 전기 전류를 공급하는 전원과, 용접 장치에 차폐 기체를 공급하는 기체 공급원에 연결된다.

신규한 플럭스 코어 와이어 전극을 사용하는 FCAW 공정은, 용접 장치에 전극을 공급하는 수단과, 용접 장치에 차폐 기체를 공급하는 수단을 갖는 용접 장치를 사용한다. 용접 장치를 전원에 연결하고, 전극을 용접 장치에 연결해서 전극과 베이스 금속 사이에 아크가 형성되고, 차폐 기체는 전극과 아크를 주변 환경으로부터 보호하기 위해 용접 장치로 공급된다. 앞에서 기술된 조성의 전극은 용접의 페라이트-베이나이트 용접 금속 형태를 제조하기 위해 충분한 양의 Co를 갖는다.

도 1은, 본 발명의 플럭스 코어 와이어(fluxed-core wire)의 단면도.

도 2는, 본 발명의 플럭스 코어 용접 와이어를 이용한 FCAW 공정의 개략도.

도 3은, 플럭스 코어의 성분과 합금 원소의 백분율을 제공하는 표.

도 3a는, 용접 금속 조성의 표.

도 3b는, 플럭스 코어의 플럭스 성분의 실제 중량을 나타내는 표.

도 4의 (a) 내지 (d)는, 여러 용접 금속 시료의 결과적인 미세 구조를 나타낸 도면.

도 5는, 예시적인 플럭스 코어 와이어의 물리적 시험 데이터를 제공하는 도면.

본 발명의 플럭스 코어 와이어는 금속 피복과 바람직하게 약 16 중량%의 충전을 갖는 플럭스 코어 조성물을 포함한다. 다른 금속 베이스의 특별한 용도에 의해 바람직하다면 다른 충전 백분율이 가능하다. 플럭스는, 제조된 용접 금속에 침상(針狀) 페라이트 + 베이나이트의 미세한 입상(粒狀) 형태를 낳는 조성물을 특징 으로 한다. 본 발명의 와이어의 플럭스 코어의 상세한 화학 및 원소 조성은 도 3에 도시된 표 1에 제공되어 있다.

본 발명의 플럭스 코어 조성물에서 Si의 일차적인 기능은 용접 중 용접 풀의 산화를 방지시키는 것이다. 만일 산소가 용접 공정에 존재하고 결과적으로 생성된 용접 금속에 존재하면, 용접 금속의 다공성을 일으킬 것이고, 이는 바람직하지 않은 결과가 될 것이다. Si은 또한 제조된 용접의 치환을 강화하고 경화성을 증가시키는 역할을 한다. 본 발명은 용접 금속 조성물의 Si 농도를 약 0.3%로 제한해서 함유물 성장(inclusion growth)의 양과 용접 미세 구조에 대한 그 역효과를 최소화한다. Mn의 일차적인 역할은 용접 미세 구조의 치환 강화와 경화성 증가에 영향을 미치는 것이다. 이는 또한 용접 풀로부터 S를 제거한다 {S는 용접 금속의 입자 경계(grain boundary)에 바람직하지 않은 낮은 녹는점 함유물을 형성한다}. 본 발명의 주 합금제인 C의 일차적인 역할은 간극 강화(interstitial strengthening)를 수행하는 것이다. Ni의 일차적인 역할은 결과적으로 생성된 용접 금속의 인성(靭性)을 증가시키는 것이다. 합금에서 Ni의 양이 증가함에 따라, 더 낮은 선반 충격 에너지(shelf impact energy)는 증가하는 반면, 더 높은 선반 충격 에너지는 낮아진다.

본 발명의 플럭스 코어 조성물에서 Ti와 Zr의 주 기능은 산화물 함유물의 크기와 분포를 조절하는 것으로, 이는 양 원소가 강한 산화물과 질화물 형성제(former)이기 때문이다. 용접 미세 구조에서 보다 작은 산화물 함유물의 형성은 더 적은 에너지를 필요로 하는 침상 페라이트의 불균일 결정생성(heterogeneous nucleation)에 중요하다. 보다 적은 에너지는 용접 금속에서 더 적은 입자 크기를 갖는 침상 페라이트 입자를 생성한다. 산화물 함유물은 또한 입자 경계에 견인력(drag force)을 제공하고, 그 성장을 늦추며, 고체 상태에서 입자 크기를 감소시켜 높은 온도에서 입자 성장을 최소화한다. 침상 페라이트의 결과적으로 생성된 작은 입자 크기는 형성된 입자 경계의 표면적을 증가시키고, 이는 용접 금속에 존재하는 불순물이 덜 농축되도록 해서, 용접의 충격 인성에 덜 유해하도록 한다. 용접 금속에서 더 작은 입자 크기와 더 많은 개수의 입자는 또한 인성을 증가시키는데, 이는 많은 수의 더 작은 입자가 균열의 농도 및 성장뿐만 아니라, 용접 내부에서 전위(轉位)의 형성과 이동을 방해하기 때문이다.

본 발명의 와이어의 플럭스 코어에 합금 원소 Co를 사용하는 것은 FCAW 공정에 의해 생성된 용접 금속의 형태를 조절하는데 특히 중요하다. 본 발명은 코어 중에 있는 Co의 양이 최대 4.98 중량%인 것으로 기대한다. 특히, 와이어의 플럭스 코어 결합물은 Ni과 Co의 결합물을 포함한다. 실험적인 용접 작업에서 제조된 용접의 결과적인 조성(중량%)이 도 3a에 도시된 표 2에 나타나 있다.

최상의 제제는 우수한 수득율과 허용 가능한 충격 강도([ksi] 단위)의 용접 접합을 생성하는 제 17-020호인 것으로 판명되었다. 플럭스 화합물과 원소의 실제 중량이 도 3b의 표 3에 나타나 있다. 플럭스 혼합물의 전체 중량은 모든 제제에 대해 약 5 lbs이다 (17-019부터 17-024까지).

본 발명의 플럭스 코어 와이어를 제조하는 방법은, 스트립(또는 피복 물질)이 성형 다이를 통해 공급되고, 이 성형 다이는 스트립을 구부리고 이를 플럭스 코 어 조성물의 성분으로 나중에 충전될 수 있는 모양으로 형성하는 일련의 단계를 포함한다. 일반적으로 이 모양은 U자형이다. 다음으로 성형 피복은 플럭스 화합물과 합금 원소의 결합물을 갖는 플럭스 코어 조성물로 충전된다. 플럭스 화함물은 최대 2 중량%의 플루오르화물 화합물과 최대 49 중량%의 산화물 화합물을 포함한다. 합금 원소는 Mn, Ni, Co, Ti 및 최대 약 0.98 중량%의 C를 포함한다. 다음으로 와이어는 폐쇄 다이(closing die)를 통해 이동하고, 이 다이는 와이어를 피복이 코어를 완전하게 캡슐로 싸는 관형 형태로 폐쇄시켜, 도 1에 도시된 플럭스 코어 와이어를 형성한다. 플럭스 코어 조성물의 성분은 흔히 분말화되고, 이는 캡슐화 와이어가 연신 다이(drawing die)를 통해 공급될 때 압축되어 와이어의 직경을 그 최종 원하는 크기로 감소시킨다.

표 1에 나열된 여러 가지 플럭싱 성분이 첨가되어 높고 낮은 열 입력 용접 모두에 대해 100 ksi의 최소 항복 강도뿐만 아니라, -40℃에서 30 ft-lbs의 최소 샤르피 충격(Charpy impact)을 특징으로 하는 용접을 생성한다. 본 발명의 플럭스 코어 와이어는 200℉ (93℃)의 낮은 용접 패스간 온도(welding interpass temperature)에서 용접을 생성하는 반면, 고온 또는 냉각 균열의 위험을 최소화할 수 있도록 한다. (패스간 온도는 용접 접합이 완성될 때까지 용접 중 유지되는 온도이다. 최소와 최대 패스간 온도는 전형적으로 최소와 최대 예열 온도와 같다). 특히, 플럭싱 화합물은 용융된 용접 풀에 들어가기 전 수소와 반응해서, 용접 금속에 있는 수소 포켓(hydrogen pocket)의 농도를 줄이고, 이를 통해 냉각 균열의 가능성을 줄인다. 결과적으로 생성된 용접 금속은 전형적으로 4㎖/100g 미만인 낮은 농도의 확산 가능한 수소를 갖는다.

본 발명의 와이어를 이용하는 FCAW용 용접장치는 도 2에 예시적인 예로 도시되어 있다. 용접 장치는 직류 전원(50)과, 전극(14)을 구비한 용접 건(10)과, 용접 건에 전극을 공급하기 위한 수단을 포함한다. 도 2에 도시된 전극을 공급하는 수단의 한 가지 예는 와이어 드라이브(wire drive)(20)와 와이어 릴(wire reel)(22)이다. 물론, 용접 건에 와이어 전극을 공급하는 임의의 다른 방법은 본 발명의 범위와 사상 내에 있다는 것을 이해해야 한다. 차폐 기체는 용접 건의 기체 노즐(12)을 통해 용접 공정으로 공급된다. 전극(14)은, 피복과, 표 1과 2에 도시된 백분율 단위의 플럭싱 화합물과 합금 원소를 포함하는 플럭스 코어 조성물을 갖는 코어를 갖는다. 용접 건이 직류 전원에 연결되어 있는 FCAW 공정을 위해, 바람직한 차폐 기체는 75% Ar/25% CO₂ 또는 90% Ar/10% CO₂ 또는 95% Ar/5% CO₂ 비율로 혼합된 Ar과 CO₂의 혼합물이다. 차폐 기체로 100% CO₂ 뿐만 아니라, 아크를 안정화시키기 위해 95% Ar/최대 5% O₂를 사용하는 것이 또한 가능하다. 본 발명의 와이어 전극과 작업 단편{도 2의 시트(11과 13)} 사이에 아크가 형성된다. 차폐 기체는, 도 2에 도시된 바와 같이, 외부 공급원(17)으로부터 용접 공정으로 공급될 수 있다.

본 발명의 신규한 플럭스 코어 와이어 전극을 구비한 용접 장치를 사용해서 작업 단편에 용접을 형성하기 위해, 용접 공정은 와이어 전극을 공급하는 수단과 이 장치에 차폐 기체를 공급하는 수단을 구비한 용접 장치를 사용한다. 용접 장치에 와이어를 공급하는 수단은 와이어 드라이브와 와이어 릴을 포함할 수 있고, 또 는 용접 공정 중에 소모된 와이어 부분을 교체하는데 충분한 속도로 이 장치에 와이어를 공급하는 적절한 임의의 다른 배열을 포함할 수 있다.

용접 장치에 와이어를 공급하는 수단은 장치의 내부 또는 외부에 위치할 수 있는 것으로 생각된다. 용접 장치는 직류 전원에 연결되고 아크는 전극과, 용접이 형성될 작업 단편 사이에 형성된다. 용접 공정에 차폐 기체를 공급하는 것은 용접 장치의 기체 노즐에 기체를 공급하는 외부 기체 공급장치로부터 실행될 수 있다.

용접 장치에 본 발명의 와이어 전극을 공급하는 것은, 와이어에 피복과, 표 1과 표 2에 제공된 코어 조성을 갖는 플럭스 코어를 제공하는 단계를 포함한다. 차폐 기체의 바람직한 혼합물은 75% Ar/25% CO₂ 또는 90% Ar/10% CO₂ 또는 95% Ar/5% CO₂ 비율로 혼합된 Ar과 CO₂의 혼합물이다. 차폐 기체로 100% CO₂ 뿐만 아니라, 아크를 안정화시키기 위해 95% Ar/최대 5% O₂를 사용하는 것이 또한 가능하다.

상술된 용접 공정은 직류 FCAW 공정에 사용되는 것이 바람직하다. FCAW 공정에 사용된 작업 단편은 두 개의 베이스 강철판을 포함한다. 실험 작업에 사용된 강철판은 두께가 2.5㎝인 타입 HY-100과 HY-80이었다. 중량% 단위의 강철판의 조성은 표 4에 나타나 있다.

베이스 금속 조성

원소 (중량%)	HY-100	HY-80
C	최대 0.193	최대 0.149
Mn	최대 0.322	최대 0.312
P	최대 0.001	최대 0.005
S	최대 0.002	최대 0.006
Si	최대 0.207	최대 0.202
Cu	최대 0.109	최대 0.188
Cr	최대 1.236	최대 1.103
V	최대 0.005	최대 0.004
Ni	최대 2.249	최대 2.149
Mo	최대 0.251	최대 0.248
Al	최대 0.016	최대 0.015
Ti	최대 0.001	최대 0.001
Zr	최대 0.001	최대 0.001
Nb	최대 0.001	최대 0.001
Co	최대 0.008	최대 0.007
B	최대 0.0001	최대 0.0001
W	최대 0.001	최대 0.001
Sn	최대 0.005	최대 0.006
Pb	최대 0.0024	최대 0.0022

이제 도 4로 돌아가서, 용접의 대표적인 형태(서로 다른 해상도로 코드 P22549인 인장 시험편의 단면)가 전극 제제 17-005 (표 2, 도 3a)를 사용해서 용접된 시험편의 미세 구조 사진{4(a)-4(d)}에 나타나 있다. 이러한 형태는 도 3a의 표 2에 나열된 플럭스 코어 와이어에 일반적이다. 인장 판(tensile plate)은 1인치 (2.5㎝) 두께의 HY-100 등급 강철을 사용해서 용접되었다. 판을 결합시키기 위해 22개의 용접 패스(pass)가 사용되었다. 용접을 완료하기 위해 사용된 용접 파라미터는 표 4a로부터 다음과 같다.

P22549를 용접하는데 사용된 용접 파라미터

전압	28
전류량(amperage)	250
와이어 공급 속도	480
판의 루트 간격(root opening)	1/2 인치
판의 포함 각	45도
용접 전 예열	200℉
패스간 온도	225℉
백업 바 두께(backup bar thickness)	1/2 인치

제제 17-005의 플럭스 코어 와이어의 플럭스 조성은 표 5로부터 다음과 같다.

제제 17-005의 플럭스 조성 중량%

C	0.60
Si	2.60
Mg	2.00
Ti	0.79
Mn	11.78
B	0.09
CO	9.99
Ni	5.99
Fe	12.91
플루오르화물	0.61
산화물	52.65
총합	100.00

도 4(a) 내지 4(d)에 도시된 미세 구조에서, 백색 영역은 페라이트와 상부 베이나이트 상과 일치하고, 어두운 에칭 영역은 탄화물 함유물이 검은색 점으로 매트릭스 전체에 분산되어 있는 더 적은 베이나이트를 나타낸다. 미세 구조에는 마텐자이트가 크게 존재하지 않는 것으로 보인다. 동일한 시험편의 물리적 시험 결과가 도 5에 나타나 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은, 본 발명은 높은 항복 강도 요건을 갖는 용접을 생성하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 플러스 코어 아크 용접 공정에서 용접 금속 형태를 조절하기 위해 Co와 합금을 이룬 소모성 플럭스 코어 용접 전극에 관한 것이다.

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 플럭스 코어(fluxed core)를 캡슐로 싸는 강철 피복(steel sheath)을 포함하는 용접 와이어로서,

   상기 플럭스 코어는 플럭싱 화합물(fluxing compound)과 합금 원소(alloying element)의 결합물을 포함하고,

   상기 플럭싱 화합물은 0 초과 2 중량% 이하의 플루오르화물 화합물과 0 초과 49 중량% 이하의 산화물 화합물을 포함하며,

   상기 합금 원소는 Mn, Ni, Co, Ti과, 0 초과 0.98 중량% 이하의 C를 포함하고, Co의 양은 용접의 페라이트-베이나이트 용접 금속 형태(ferrite-bainite weld metal morphology)를 생성하는데 충분하며,

   상기 용접의 항복 강도는 95 ksi 내지 111 ksi인, 용접 와이어.
4. 제 3항에 있어서, 상기 플럭스 코어의 조성은 다음 조성 범위 중 하나의 범위로부터 선택되는, 용접 와이어.

   
5. 제 3항에 있어서, 상기 플럭스 코어의 조성은 다음과 같은, 용접 와이어.

   C 0.60 Si 2.60 Mg 2.00 Ti 0.79 Mn 11.78 B 0.09 Co 9.99 Ni 5.99 Fe 12.91 플루오르화물 0.61 산화물 52.65 총합 100.00
6. 제 3항에 있어서, 상기 플럭스 코어의 충전 백분율은 16.5%인, 용접 와이어.
7. 제 3항에 있어서, 상기 강철 피복은 0 초과 0.2% 이하의 C와 0 초과 0.5% 이하의 Mo을 포함하는, 용접 와이어.
8. 플럭스 코어 와이어(fluxed core wire)를 제조하는 방법으로서,

   금속 피복을 충전 가능한 모양으로 성형하는 단계와,

   플럭스 코어를 형성하기 위해 플럭싱 화합물과 합금 원소의 조성물로 상기 피복을 충전하는 단계로서, 상기 플럭싱 화합물은 0 초과 2 중량% 이하의 플루오르화물 화합물과 0 초과 49 중량% 이하의 산화물 화합물을 포함하고, 상기 합금 원소는 Mn, Ni, Co, Ti과, 0 초과 0.98 중량% 이하의 C를 포함하며, Co의 양은 용접의 페라이트-베이나이트 용접 금속 형태를 생성하는데 충분한, 플럭싱 화합물과 합금 원소의 조성물로 상기 피복을 충전하는 단계를

   포함하는, 플럭스 코어 와이어를 제조하는 방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 금속 피복은 0 초과 0.2% 이하의 C와 0 초과 0.5% 이하의 Mo을 포함하는, 플럭스 코어 와이어를 제조하는 방법.

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