KR101177217B1

KR101177217B1 - 경화 육성용 ｍｉｇ 아크 용접 와이어 및 경화 육성용 ｍｉｇ 아크 용접 방법

Info

Publication number: KR101177217B1
Application number: KR1020100113818A
Authority: KR
Inventors: 레이이치 스즈키
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2009-11-17
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2012-08-24
Also published as: JP5022428B2; CN102059476A; JP2011104624A; EP2322315B1; KR20110055421A; US20110114606A1; EP2322315A1

Abstract

본 발명의 경화 육성용 MIG 아크 용접 와이어는, 실드 가스로서 순 Ar 가스를 이용하는 것으로, 상기 와이어는, 외피로서 대강 또는 강관을 이용하고, 내부에 플럭스를 충전하여 신선한 플럭스 내장 와이어이고, 상기 플럭스 중에, 와이어 전체 질량에 대하여 C: 0.12～5.00질량%, Si: 0.50～3.00질량%, Mn: 0.30～20.00질량%, P: 0.050질량% 이하, S: 0.050질량% 이하, TiO₂와 ZrO₂와 Al₂O₃의 합계(TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃): 0.10～1.20질량%를 함유하고, 또한 상기 Si와 상기 Mn의 합계(Si+Mn)가 1.20질량% 이상이며, 또한, 상기 와이어에 대한 총 플럭스 질량비가 5～30질량%이다.

Description

경화 육성용 ＭＩＧ 아크 용접 와이어 및 경화 육성용 ＭＩＧ 아크 용접 방법{HARDFACING MIG-ARC WELDING WIRE AND HARDFACING MIG-ARC WELDING PROCESS}

본 발명은, 우수한 내마모성이 요구되는 경화 육성용(硬化肉盛用; 하드페이싱(hardfacing)이라고도 함) MIG 아크 용접 와이어 및 경화 육성용 MIG 아크 용접 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 모재에 있어서, 토사나 금속과의 접촉에 의한 마모가 문제시되는 개소에는, 마모를 경감하기 위해, 모재의 표면에 경화 육성 용접이 실시된다. 도 3은, 경화 육성 용접을 실시한 상태를 나타내는 모식도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 경화 육성 용접에 의해, 모재(50)의 표면에 경화 육성 용접 금속(101)이 형성된다. 경화 육성 용접 금속(101)으로서는, 금속 조직으로서 마르텐사이트, 또는 Cr를 다량으로 포함하는 오스테나이트계가 있지만, 어느 것이나 일반 탄소강용과 비교하여, 경도를 높이는 효과가 높은 탄소를 많이 함유하는 경우가 많다. 예컨대, 일본 특허 제3548414호에는, 소정량의 탄소를 함유한 경화 육성 용접용 플럭스 내장 와이어가 개시되어 있다.

그러나 종래의 경화 육성 용접에 있어서는, 이하에 나타내는 문제가 있다.

경화 육성 용접법에는, 피복 아크 용접, 가스 실드 아크 용접, 서브머지 아크 용접, 엘렉트로 슬래그 용접 등 여러 가지 아크 용접법이 적용되어 있다. 이 중, 가스 실드 아크 용접법에서는, 고탄소의 용접 와이어를 이용하면, 용적(溶滴; molten droplet) 형성시에 탄소와 산소의 결합 반응이 발생하여, 기화 폭발을 일으켜 퓸(fume)이나 스패터(spatter)를 다량으로 발생시킨다고 하는 문제를 피할 수 없다. 이 때문에, 경화 육성 용접의 작업장에서의 작업 환경은 열악하며, 이러한 작업 환경의 개선이 요구되고 있다.

또한, 다소라도 스패터를 적게 하기 위해서, 아크 안정제로서의 역할을 갖는 산화티타늄을 다량으로 함유시키는 플럭스 내장 와이어가 실용화되어 있다. 그러나, 플럭스 내장 와이어를 이용하면, 슬래그를 많이 발생시켜, 슬래그 권결함(卷缺陷)을 발생시킨다고 하는 문제나, 슬래그 제거 작업이 필요해지는 등의 문제가 있다.

그 외에도, 용접 비드의 형상면으로서, 비드의 용입(penetration)이 깊으면, 경화 육성 용접 금속이 모재 금속 성분의 영향을 받아 버려, 경화 육성 용접 금속의 품질이 안정되지 않는다고 하는 문제가 있다. 그 때문에, 안정적인 금속 성능을 얻기 위해서, 종래보다도 용입 깊이가 작은 성질이 요구되고 있다.

또한, 비드의 외관 형상으로서는, 비드가 볼록 형상인 경우, 비드 표면을 평탄하게 하기 위해 용접 후의 가공이 필요하다. 그러나, 비드의 경도가 높기 때문에, 이 가공 작업이 곤란하므로, 종래보다도 평탄성이 우수한 성질이 요청되고 있다.

한편, 종래의 경화 육성 용접용 플럭스 내장 와이어로서는, 예컨대 JIS Z3326에 규정되어 있지만, 조합하는 실드 가스 조성은, CO₂ 또는, Ar에 20부피% 이상의 CO₂를 포함하는 혼합 가스라고 되어 있다. 또한, JIS 규격은 존재하지 않지만, 일부의 경화 육성 용접 와이어에는, 플럭스를 포함하지 않는 선재(線材)형의 솔리드 와이어도 존재한다. 그러나, 이러한 솔리드 와이어는, 성분 설계의 자유도가 플럭스 내장 와이어에 비하여 낮고, 퓸이나 스패터, 용입 깊이, 비드 형상의 문제는 플럭스 내장 와이어와 마찬가지로 존재하며, 또한, 조합하는 실드 가스 조성도 플럭스 내장 와이어와 같기 때문에, 플럭스 내장 와이어에 비하여 일반적이지 않다.

본 발명은, 이들의 상황을 비추어 이루어진 것으로, 퓸 발생량, 스패터 발생량, 및 슬래그 발생량을 저감시킬 수 있고, 또한 평탄한 비드 형상과 적당히 작은 용입 깊이를 갖는 경화 육성 용접 금속을 얻을 수 있는 경화 육성용 MIG 아크 용접 와이어 및 경화 육성용 MIG 아크 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 경화 육성용 MIG 아크 용접 와이어(이하, 적절히 용접 와이어라 함)는, 실드 가스로서, 순 Ar 가스를 이용하는 경화 육성용 MIG 아크 용접 와이어이고, 상기 와이어는, 외피로서 대강(帶綱) 또는 강관을 이용하고, 내부에 플럭스를 충전하여 신선(伸線)한 플럭스 내장 와이어로서, 상기 플럭스 중에, 와이어 전체 질량에 대하여, C: 0.12～5.00질량%, Si: 0.50～3.00질량%, Mn: 0.30～20.00질량%, P: 0.050질량% 이하, S: 0.050질량% 이하, TiO₂와 ZrO₂와 Al₂O₃의 합계(TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃): 0.10～1.20질량%를 함유하고, 또한 상기 Si와 상기 Mn의 합계(Si+Mn)가 1.20질량% 이상이며, 또한, 상기 와이어에 대한 총 플럭스 질량비가 5～30질량% 이다.

이러한 구성에 의하면, 용접 와이어가 플럭스 내장 와이어의 와이어 형태를 취함으로써, 실드 가스로서 순 Ar 가스를 이용하는 순 Ar 실드 가스 환경에서의 용적 절단력이 작은 상태이더라도, 와이어 단면이 연속적으로 용융하지 않는 것에 의해, 적당한 간격으로 용융된 와이어가 그 표면 장력의 작용에 의해 구체화(球體化)되어, 용적이 구상(球狀)으로 되어 낙하한다. 또한, C를 소정량 함유함으로써, 용접시에 와이어 선단에 현수(縣垂)되는 가늘고 긴 선단 현수 용적이 형성되기 어렵게 됨과 함께, 마르텐사이트 변태가 일어남으로써 용접 금속의 경도가 높아진다. 또한, Si, Mn, P, S를 소정량 함유함과 함께, Si+Mn을 규정함으로써, 용융지(溶融池)와 모재의 젖음성이 향상되고, 또한, 담금질 경화성이 높아져, 용접 금속의 경도가 높아진다. 또한, 내식성이 향상된다. 그리고, TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃을 소정량 함유함으로써, 항상 와이어 선단에 노출된 플럭스로부터 아크가 발생하고, 또한, TiO₂, ZrO₂, Al₂O₃의 열분해시에 발생하는 흡열 반응에 의해서, 양극측의 아크 단면적이 수축된다. 이들의 작용에 의해, 와이어 상부로 아크 발생점이 기어 올라가는 불안정 현상이 방지된다. 또한, 와이어에 대한 총 플럭스 질량비를 규정함으로써, 순 Ar 실드 가스에 있어서 적절히 아크가 안정화되고, 또한, 와이어의 주위보다도 중심부에서 용융 시기가 늦는 다단계 용융이 적정히 행해진다. 그리고, 용접 금속의 비커스 경도가 200 이상임으로써 경화 육성 용접 금속으로서의 기능을 만족하는 용접 금속으로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 용접 와이어에 있어서, 상기 C 중, 0.10질량% 이상이 흑연(graphite)인 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의하면, 플럭스의 융점이 상승되어, 아크가 안정되기 쉽게 됨과 함께, 와이어의 생산성이 향상된다.

또한, 본 발명에 따른 용접 와이어에 있어서, 상기 TiO₂와 ZrO₂와 Al₂O₃의 합계 질량을 상기 C의 질량으로 나눈 값{(TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃)/C}이 5.0 이하인 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의하면, 와이어의 선단 현수 용적 부위(이하, 적절히 선단 현수 용적부라 함)에 있어서, CO 폭발이 억제되어, 스패터나 퓸의 발생이 억제된다.

또한, 본 발명에 따른 용접 와이어에 있어서, 상기 플럭스 중에 Cr: 30.0질량% 이하, Mo: 2.0질량% 이하, Ni: 3.0질량% 이하, B: 1.0질량% 이하, V: 3.0질량% 이하, W: 3.0질량% 이하 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 것이 바람직하다.

이들 성분을 함유함으로써, 담금질 경화성이 높아져, 용접 금속의 경도가 높아진다. 본 발명에 따른 경화 육성용 MIG 아크 용접 방법(이하, 적절히 아크 용접 방법이라 함)은, 상기 기재된 경화 육성용 MIG 아크 용접 와이어를 이용한 경화 육성용 MIG 아크 용접 방법이고, 실드 가스로서 순 Ar 가스를 이용한다.

이러한 용접 방법에 의하면, 상기한 본 발명의 용접 와이어에, 실드 가스로서, 산화성이 없는 불활성 가스인 순 Ar 가스를 조합시킴으로써 퓸 발생량, 스패터 발생량, 슬래그 발생량이 저감됨과 함께, 평탄한 비드 형상이나 적당히 작은 용입 깊이를 갖는 용접 금속이 얻어진다. 또한, 용접 금속의 비커스 경도가 200 이상임으로써 경화 육성 용접 금속으로서의 기능을 만족하는 용접 금속으로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 아크 용접 방법은, 전류 파형으로서, 펄스 파형을 이용하는 것이 바람직하고, 또한, 펄스 파형의 피크 전류를 400～450A로 하는 것이 보다 바람직하다.

이러한 용접 방법에 의하면, 펄스 파형에 의해, 평균 전류에 관계없이, 높은 펄스 피크 전류역의 작용을 항상 이용할 수 있기 때문에, 핀치력(pinch force이 부여되어, 규칙 바른 용적 이탈이 실현된다. 이것에 의해, 저전류로부터 고전류까지, 스패터나 퓸의 발생이 억제된다. 또한, 피크 전류를 400A 이상으로 함으로써 아크가 안정되기 쉽게 되므로, 스패터나 퓸의 발생이 억제되기 쉽게 되고, 피크 전류를 450A 이하로 함으로써 아크의 지향성이 과잉으로 되지 않아, 용입이 깊게 되는 것이 억제된다.

본 발명의 경화 육성용 MIG 아크 용접 와이어는, 종래보다도 현저히 적은 퓸 발생량, 스패터 발생량, 및, 슬래그 발생량을 실현할 수 있다. 또한, 비드 형상을 평탄하게 할 수 있어, 용입 깊이를 적절히 작게 할 수 있다. 또한, 내부 결함이 없어, 경화 육성 용접 금속으로서 충분한 경도를 갖는 용접 금속으로 할 수 있다.

본 발명의 경화 육성용 MIG 아크 용접 방법은, 와이어 조성과 실드 가스 조성, 또한 용접 전류 파형을 조합시키는 것에 의해, 퓸 발생량, 스패터 발생량, 및 슬래그 발생량을 종래보다도 현저히 저감시킬 수 있다. 또한, 평탄한 비드 형상, 적당히 작은 용입 깊이로 할 수 있다. 또한, 내부 결함이 없어, 충분한 경도를 갖는 용접 금속으로 할 수 있다.

그리고, 이들에 의해, 전 용접 업종 중에서도, 가장 열악하다고 말하여지는 경화 육성 용접의 작업 환경을 개선할 수 있다. 또한, 지구 온난화 작용 가스인 CO₂ 가스를 이용하지 않으므로, 그 소비 요구를 저감하여, 장래의 지구 환경 개선에도 이어진다.

도 1(a) 내지 (c)는, 순 Ar 실드 가스 환경 하에서의 용적 이행을 설명하기 위한 도면이며, 용접부의 단면 형상을 나타내는 모식도이다.
도 2는 실시예에 있어서의 각종 평가 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 경화 육성 용접을 실시한 상태를 나타내는 모식도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 상세히 설명한다.

우선, 도 1을 참조하여, 본 발명자들이 완성하기에 이른 본 발명에 따른 경화 육성용 MIG 아크 용접 와이어(이하, 적절히 용접 와이어라 함) 및 경화 육성용 MIG 아크 용접 방법(이하, 적절히 아크 용접 방법이라 함)의 원리에 대하여 설명한다.

도 1은, 순 Ar 실드 가스 환경 하에서의 용적 이행을 설명하기 위한 도면이며, 용접부의 단면 형상을 나타내는 모식도이다. 그리고, (a)는, 종래의 솔리드 와이어 또는 플럭스 내장 와이어로서, TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃의 함유량이 0.10질량% 미만인 용접 와이어, 또는 TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃의 함유량이 0.10～1.20질량%, 또한 C의 함유량이 0.12질량% 미만인 용접 와이어이며, 순 Ar 가스를 이용하여 아크 용접을 한 경우를 도시한 것이다.

(b)는, 본 발명의 플럭스 내장 와이어로서, TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃의 함유량이 0.10～1.20질량%, 또한 C의 함유량이 0.12～5.00질량%인 용접 와이어이며, 순 Ar 가스를 이용하여 아크 용접을 한 경우를 도시한 것이다.

(c)는, 종래의 플럭스 내장 와이어로서, TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃의 함유량이 1.20질량%를 초과하는 용접 와이어, 또는 TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃의 함유량이 0.10～1.20질량%, 또한 C의 함유량이 5.00질량%를 초과하는 용접 와이어이며, 순 Ar 가스를 이용하여 아크 용접을 한 경우를 도시한 것이다.

용접 금속의 경화에는, 그 유효성, 비용의 점에서 C의 함유량을 높게 하는 것이 유효하지만, 상기한 대로, 퓸이나 스패터가 다량으로 발생한다고 하는 단점을 가진다. 이러한 퓸이나 스패터가 다량으로 발생하는 기구는, 용적 형성시의 산화 반응이 현저한 것에 근거하는 것으로, 원리적으로는, 실드 가스 중의 산소나 이산화탄소라는 산화 성분의 혼합비를 감소시키는 것으로 개선된다. 그러나, 실드 가스의 산화성을 완전히 없애면, 즉, 실드 가스를 Ar 등의 불활성 가스만으로 하면, 아크 안정성이 크게 손상되고, 비드가 사행(蛇行)하는 등, 정상적인 용접을 행할 수 없다. 그 때문에, 가스 조성에 있어서의 저산소화를 꾀하는 경우에도, 산화 성분의 함유량에는, 수 부피% 정도의 하한이 있다고 하여 왔다.

그러나, 연구에 의하면, 용적에 있어서의 산화 반응 속도는, 용적 내의 물질 확산이 율속(律速; rate determining step)인 것을 알았다. 즉, 가스 성분의 공급 속도가 산화 반응 속도를 지배하고 있는 것은 아니기 때문에, 실드 가스 중에 산화성분이 수 부피%라도 포함되어 있으면, 그 부피%에 관계없이, 이 산화 성분이 용적 표면의 물질과 반응하는 양은 그다지 변하지 않으므로, 퓸이나 스패터의 발생량을 대폭 저하시킬 수 없음을 알았다. 이 연구 결과로부터, 고 C 조성에 있어서, 퓸이나 스패터의 발생량을 대폭 감소시키기 위해서는, 순 Ar 가스의 채용이 가장 효과적이라고 생각했다.

그리고, 종래의 용접 와이어에 있어서의 순 Ar 가스에서의 아크 불안정 원인을 연구한 결과, 그 원인은, 이하에 의한 것으로 결론지었다.

도 1(a)에 나타낸 바와 같이, 용접 와이어(10a)를 이용한 용접에서는, 순 Ar 가스를 이용하고 있기 때문에, 실드 가스 중의 CO₂나 O₂가 아크(11a)의 근방에서 열해리를 일으킬 때에 생기는 흡열 반응이 발생하지 않으므로, 밀도를 높이기 위해서 수축하는 힘, 이른바 열적 핀치력이 발생하지 않는다. 그 때문에, 용적을 절단할 수 없고, 용적이 와이어 선단에 가늘고 길게 현수되어 버려, 가늘고 긴 선단 현수 용적(12a)을 발생시킴으로써 자기 쏠림이나 용융지 근방의 음극점 이동의 영향을 강하게 받는다. 이것에 의해, 스패터(13a)의 다량 발생이나, 비드 형상의 불량 및 용입 부족(경화 육성 용접 금속(14a) 참조) 등이 생긴다.

이 와이어 선단에 현수되는 가늘고 긴 용적 형상, 즉, 가늘고 긴 선단 현수 용적(12a)이, 순 Ar 가스를 적용할 때의 최대의 문제이기 때문에, 안정적인 아크를 얻기 위해서는, 가늘고 긴 용적 형상을 적절히 구상으로 되게 하는 수단이 필요하다(도 1(b)의 선단 현수 용적(12b) 참조). 이것을 실현시키는 방책으로서, (1) 현수 용적의 절단에 필요한 최소한의 핀치력을 얻기 위한 산소를 가스 이외로부터 공급하는 것, (2) 열적 핀치력을 효과적으로 작용시키기 위해서, 아크가 기어오르는 것을 방지하도록, 아크를 발생시키기 쉬운 물질을 첨가하는 것, (3) 와이어의 주위로부터 중심에 걸쳐 거의 균일한 속도로 용융하는 것을 막는, 구체적으로는, 와이어의 주위보다도 중심부에서 용융 시기가 늦는 다단계 용융을 실현하기 위한 형상이나 물성을 마련하는 것을 생각했다.

이들의 구체적 수단을 연구한 결과, (1) 산소원이 와이어 자신으로부터 공급되는 것, (2) Ti, Zr, Al 화합물을 적량 첨가하는 것, (3) 외피와 내부 플럭스의 단면 구조를 갖는 플럭스 내장 와이어의 형태로 하는 것, (4) 플럭스의 용융을 늦추기 위한 탄소를 첨가하는 것이 필요 조건인 것을 알아냈다. 또한, 상기 (1), (2)에 관해서는, TiO₂, ZrO₂, Al₂O₃을 이용하는 것이 최적이라는 것을 알아냈다. 이들의 첨가량 등을 적절히 제어하면, 도 1(b)에 나타낸 바와 같이, 용접 와이어(10b)를 이용한 경우에 있어서, 퓸이나 스패터의 격감뿐만 아니라, 아크(11b)는 적절한 불안정성을 유지하여, 폭넓고 평탄한 비드 형상이나 얇은 용입 형상(경화 육성 용접 금속(14b) 참조), 적은 슬래그 발생량이라는 종래의 용접법에는 없는 신규한 특성이 얻어진다고 하는 장점이 있는 것이 알았다.

그러나, 도 1(c)에 나타낸 바와 같이, 용접 와이어(10c)를 이용하여, 아크(11c)를 지나치게 안정시키면, 과잉 산화 반응에 의해, 와이어의 선단 현수 용적(12c)부에서 CO 폭발이 빈번히 발생하여, 퓸(15)이나 스패터(13c)의 발생이 증가함과 함께, 슬래그(도시 생략)의 발생도 증가하는 것을 알았다. 또한, 아크 집중성이 강하게 되어, 좁게 볼록형의 비드 형상이나 깊은 용입 형상으로 되어 버려(경화 육성 용접 금속(14c) 참조), 그 장점이 손상되는 것도 알았다.

즉, TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃의 함유량이나 탄소량, 및 이들의 균형을 엄밀히 제어함으로써, 순 Ar 가스에 의한 우수한 장점을 가지는 용접이 가능해지는 것을 알아내어, 결과로서 경화 육성 용접의 다양한 용접성을 개선할 수 있었다.

이하, 본 발명의 경화 육성용 MIG 아크 용접 와이어 및 경화 육성용 MIG 아크 용접 방법에 대하여 설명한다.

《경화 육성용 MIG 아크 용접 와이어》

본 발명의 용접 와이어는, 실드 가스로서 순 Ar 가스를 이용하는 용접에 적용되는 것으로, 외피로서 대강 또는 강관을 이용하고, 내부에 플럭스를 충전하여 신선한 플럭스 내장 와이어의 형태인 것이다. 그리고, 플럭스 중에, 와이어 전체 질량 환산으로, C, Si, Mn, P, S, TiO₂와 ZrO₂와 Al₂O₃의 합계(TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃)를 소정량 함유하고, 또한 상기 Si와 상기 Mn의 합계(Si+Mn)를 규정한 것이다. 또한, 와이어에 대한 총 플럭스 질량비를 규정한 것이다. 그리고, 본 발명의 용접 와이어를 이용하여 용접한 후의 용접 금속의 비커스 경도가 200 이상이 된다.

이하, 각 구성에 대하여 설명한다.

<와이어 형태>

용접 와이어는, 외피로서 대강 또는 강관을 이용하고, 내부에 플럭스를 충전하여 신선한 플럭스 내장 와이어이다.

순 Ar 실드 가스 환경에서의 용적 절단력이 작은 상태에 있어서, 와이어 선단에 현수하는 용적을 구상으로 하여 낙하시키기 위해서는, 용적 자신의 표면 장력을 유효하게 작용시키기 위해, 단면을 연속적으로 용융시키지 않는 것이 필요하다. 이것을 공업적으로 실현하는 수단으로서, 외피와 내부 플럭스의 단면 구조를 갖는 플럭스 내장 와이어의 형태가 필요하고, 균일 용융의 솔리드 와이어로서는 불가능하다. 와이어의 제조 방법은, 대강의 길이 방향으로 플럭스를 살포하고 나서 감싸도록 원형 단면으로 성형하여 신선하는 방법이나, 두꺼운 직경의 강관에 플럭스를 충전하여 신선하는 방법이 있지만, 본 발명에는, 제조 방법의 차이는 영향을 주지 않고, 어떤 것이더라도 좋다. 더욱이 전자(前者)에 있어서는, 솔기(seam)를 닫고 있지 않은 것과, 용접하여 닫은 것이 있지만, 이것에 관해서도, 어떤 것이더라도 좋다. 또한, 외피의 성분에 관해서는 아무런 규정할 필요는 없지만, 필요한 용접 금속의 경도 성능에 따라서, 와이어 전체로서 필요한 합금 성분량이 결정되고, 연강 또는 Cr 합금량이 많은 경우는 SUS430강의 외피를 이용하는 것도 가능하다. 또한, 표면에 구리 도금을 실시하는 경우도 있지만, 도금은 단면 용융 특성에는 영향을 미치지 않기 때문에, 도금의 유무는 어느 쪽이라도 좋다.

<C: 0.12～5.00질량%>

C는, 경도가 큰 마르텐사이트 변태를 일어나게 하기 때문에, 경화 육성 용접 재료로서는 매우 유효한 원소이다. JIS 규격 상은 비커스 경도가 200 미만이라도 경화 육성으로 하는 경우도 있지만, 일반적으로는, 경화 육성 용접 금속이라고 부를 수 있을 수 있는 것은, 최저라도 비커스 경도로 200 이상이며, 이것을 실현하기 위해서는, 와이어 중의 C 함유량은 높은 것이 바람직하다. 또한, 플럭스 중의 C 함유량이 많아지면 융점이 상승하여, 가늘고 긴 선단 현수 용적을 형성하기 어렵게 된다. 이들 용접 금속의 경도와 순 Ar 가스 하에서의 아크 안정성 확보의 양립의 점에서, C 함유량은 최저 0.12질량%가 필요하다. 한편, 더욱 바람직하게는, 0.20질량% 이상이다. 한편, C 함유량이 높아짐에 따라서, 용접 금속의 경도가 높아지지만, 5.00질량%를 초과하면, 플럭스가 녹지 않고서 용접 금속 중에 낙하하여 결함이 될 가능성이 있고, 또한 와이어의 선단 현수 용적부에서 CO 폭발이 빈번히 발생하여, 퓸이나 스패터의 발생의 증대를 억제할 수 없게 된다. 따라서, C 함유량은 5.00질량% 이하로 한다. 또한, 퓸이나 스패터의 억제의 관점에서, 2.00질량% 이하로 억제하는 것이 바람직하다.

<Si: 0.50～3.00질량%>

Si는, 용융지와 모재의 젖음성을 향상시켜, 결과로서 비드 형상을 평탄화시키는 작용이 있다. 이 작용이 유효하게 되는 데에는, 최저 0.50질량%가 필요하다. 한편, Si는, 와이어에 포함되는 산소와 결합하여, 유리질의 SiO₂ 슬래그를 발생시킨다. Si 함유량이 3.00질량%를 초과하면, 슬래그 발생량이 과잉으로 됨과 함께 박리성의 열화가 현저하게 되어, 용접 후의 후처리의 부하가 커진다. 따라서, Si 함유량은 3.00질량% 이하로 할 필요가 있다.

<Mn: 0.30～20.00질량%>

Mn은, 용융지와 모재의 젖음성을 향상시켜, 결과로서 비드 형상을 평탄화시키는 작용이 있음과 함께, 담금질 경화성을 높여, 용접 금속의 경도를 높이는 작용이 있다. 이들 작용이 유효하게 되는 데에는, 최저 0.30질량%가 필요하다. 한편, Mn은, 와이어에 포함되는 산소와 결합하여, 강고하고 박리성이 나쁜 슬래그를 발생시킨다. Mn 함유량이 20.00질량%를 초과하면, 슬래그 발생량이 과잉으로 하면 더불어 박리성의 열화가 현저하게 되어, 용접 후의 후처리의 부하가 커진다. 따라서, Mn 함유량은 20.00질량% 이하로 할 필요가 있다.

<P: 0.050질량% 이하, S: 0.050질량% 이하>

P는, 내식성의 향상, S는, 용철의 표면 장력을 낮추어 용융지와 모재의 젖음성을 확보하는 장점이 있는 것이 알려져 있지만, P, S 모두, 용접시에 응고 균열을 일으키기 쉽게 하거나, 인성을 열화시키거나 하는 원소로서 유명하다. 여기서, 강도와 수소가 원인인 지연 균열은, 예열·후열로 방지하는 것이 가능하지만, 응고 균열은, 열 관리로는 방지할 수 없기 때문에, 조성면에서의 방지 배려가 필요하다. 그리고, 경화 육성 용접 금속에서는 일반적으로 인성은 요구되지 않지만, 그 높은 탄소량 등에 기인하여 응고 균열이 발생하기 쉽다. 또한, 경화 육성 용접 금속은, 일반적으로 통상의 이음새(繼手) 용접과 달리, 경화 육성 용접법에서는 용접 속도가 느리기 때문에, 그만큼 P, S의 허용 상한은 엄하지 않지만, 각각 0.050질량% 이하로 억제해 두면 문제는 없기 때문에, P 함유량, S 함유량은 각각 0.050질량%을 상한으로 한다.

<TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃: 0.10～1.20질량%>

소량의 TiO₂, ZrO₂, Al₂O₃은, 순 Ar 가스에 의한 안정적인 아크, 또한 비드 형상의 평탄화에는 필수적인 중요한 물질이다. TiO₂, ZrO₂, Al₂O₃은, 양극측의 안정적인 아크 발생원, 및 필요 최저한의 열적 핀치력을 발생시키는 산소의 공급원으로서의 역할을 가진다. 와이어 중의 플럭스에 TiO₂, ZrO₂, Al₂O₃이 포함되면, 항상 와이어 선단에 노출한 플럭스로부터 아크가 발생하여, 와이어 상부로 아크 발생점이 기어오르는 불안정 현상을 방지할 수 있다. 또한, TiO₂, ZrO₂, Al₂O₃의 열분해시에 발생하는 흡열 반응에 의해서 양극측의 아크 단면적이 수축하여, 역시 와이어 상부로 아크 발생점이 기어오르는 불안정 현상을 방지할 수 있다. 한편, 아크 발생점이 와이어 상부로 기어오르면, 선단 현수 용적이 가늘고 길게 형성되어, 아크나 비드 형상이 불안정하게 된다.

이러한 현상을 방지할 수 있는 최저한의 함유량으로서, TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃으로 0.10질량%가 필요하다. 한편, 1.20질량%를 초과하면, 분해 산소의 공급량이 과잉이 되어, 탄소와 결합하여 미소한 CO 폭발을 다발시켜, 퓸 발생량을 늘림과 함께, 현수한 용적을 불어 날려버려 대립(大粒)인 스패터로 한다는 단점이 발생한다. 또한, 용적 이행이 과잉 안정으로 지나치게 되어, 와이어 바로 아래에만 용적이 이행하기 때문에, 용입 형상이 깊게 되어, 비드 형상도 볼록형이 된다. 또한, 산화 생성물인 슬래그도 과잉으로 발생한다. 그러나 이들의 합계가 0.10～1.20질량%의 범위이면, 선단 현수 용적은 적절한 면적 범위로 흔들리기 때문에, 비드는 평탄화하고, 또한 용입도 얕게 생긴다. 또한, 분해 산소도 약간이기 때문에, CO 폭발의 영향은 매우 작다. 한편, 슬래그 발생량을 저감시키는 관점에서, 0.80질량% 이하로 억제하는 것이 더욱 바람직하다.

한편, 일반적으로는, TiO₂는 천연 루틸(rutile), 합성 루틸, 고순도 산화티타늄, ZrO₂는 지르콘 샌드, Al₂O₃은 알루미나 등으로 호칭된 분말상의 광석 또는 화합물로서 사용된다.

<Si+Mn: 1.20질량% 이상>

Si와 Mn은 단독으로도 범위를 규정했지만, Si와 Mn의 합계에서의 하한치가 존재하고, Si와 Mn의 합계가 1.20질량% 미만이면, 용융지와 모재의 젖음성을 확보할 수 없다. 따라서, Si와 Mn의 합계는 1.20질량% 이상이 필수적이다.

또한, 플럭스 중에 Cr, Mo, Ni, B, V, W 중에서 선택되는 1종 이상을 소정량 함유할 수도 있다.

<Cr: 30.0질량% 이하, Mo: 2.0질량% 이하, Ni: 3.0질량% 이하, B: 1.0질량% 이하, V: 3.0질량% 이하, W: 3.0질량% 이하 중에서 선택되는 1종 이상>

경화 육성 용접 금속에는, 경도를 높이기 위해서, 필요에 따라, C, Si, Mn 이외에, 담금질 경화성이 높은 원소를 첨가한다. 경화 육성 용접 금속은, 일반적인 강판끼리를 접합하는 이음새 용접과는 달리, 용접 균열이 허용되는 경우가 있지만, 담금질 경화성이 높은 원소인 Cr, Mo, Ni, B, V, W의 1종 이상을 첨가하는 경우에는, Cr 함유량이 30.0질량%, Mo 함유량이 2.0질량%, Ni 함유량이 3.0질량%, B 함유량이 1.0질량%, V 함유량이 3.0질량%, W 함유량이 3.0질량%를 각각 초과하면, 심한 균열을 피할 수 없어, 실용성이 상실된다. 따라서, Cr, Mo, Ni, B, V, W는, 이들 함유량 이하로 억제한다.

<기타>

기타, K, Ca, Na, Mg, F, Li, Al 등을 아크 감의 미조정제로서, 또한, 플럭스 성분으로서, Cu, Co, N, Nb 등을 용접 금속의 추가적인 경화제로서, 플럭스 중에 소량 함유시키더라도 좋다.

플럭스 중에는, 상기 원소 이외에 대부분은 잔부로서 Fe가 차지하지만, 그 밖의 성분으로서, 불가피적 불순물을 미량으로 포함한다. 한편, 이들 성분은, 본 발명의 목적에는 영향을 미치지 않는다.

<총 플럭스 질량비: 5～30질량%>

와이어에 대한 총 플럭스 질량비는, 와이어 단위 길이 당 플럭스의 질량이며, 총 플럭스 질량비가 작을 수록 단면적에 있어서의 중심부의 플럭스 전유 면적이 작은 것을 나타낸다. 순 Ar 실드 가스에 있어서 적절히 아크를 안정화시키기 위해서는, 플럭스와 외피 강의 2중 구조가 필요하지만, 총 플럭스 질량비가 5질량%미만이면, 실질적으로 2중 구조의 효과가 소실하여, 솔리드 와이어와 마찬가지로 전 단면 균일 용융을 일으켜 와이어의 선단 현수 용적이 가늘고 길게 되어, 용적 이행, 비드 형상이 함께 불안정해진다. 또한, 다단계 용융을 시키기 위해서는, 총 플럭스 질량비로서 5질량% 이상이 필요하다. 한편, 30질량%를 초과하면, 외피 강을 얇게 하지 않으면 안 되어, 와이어로서의 제조가 곤란하게 될 뿐만 아니라, 전류가 흐르는 외피 강의 과열이 심하게 되어, 외피 강만이 아크보다 상부로 용융하여 버림으로써 역시 적정한 다단계 용융이 행하여지지 않아, 용적 이행, 비드 형상이 함께 불안정해진다. 따라서, 와이어에 대한 총 플럭스 질량비는 30질량% 이하로 할 필요가 있다.

<용접 금속의 경도: 비커스 경도(Hv)로 200 이상>

JIS Z3326 「경화 육성용 아크 용접 플럭스 내장 와이어」에 있어서, 용착 금속의 호칭 경도는 200(Hv: 250 이하), 250(Hv: 200～300), 300(Hv: 250～350) 등으로 분류되어 있지만, 경도적으로 실용적이라고 하고, 또한 종래부터 퓸이나 스패터 등의 문제가 큰 250(Hv: 200～300) 이상을 대상으로 삼는 것으로 본 발명에서는 특히 효과가 높다. 따라서, Hv가 200 이상인 용접 금속이 얻어지는 용접 와이어로 한다. 한편, 용접 와이어의 성분과, 사용하는 실드 가스 조성을 본 발명의 범위로 함으로써 Hv가 200 이상인 용접 금속을 얻을 수 있다.

이상 설명한 성분에 있어서, 추가로, C 중의 흑연의 함유량, 및 TiO₂와 ZrO₂와 Al₂O₃의 합계 질량을 C의 질량으로 나눈 값{(TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃)/C}을 규정하는 것이 바람직하다.

C는, 플럭스의 융점을 높여, 가늘고 긴 선단 현수 용적을 방지하는 역할이 있지만, C원으로서 특히 흑연이, 융점, 와이어 생산성의 점에서 적합하다. C의 함유량은 0.12질량% 이상이지만, 그 중에서도 흑연이 0.10질량% 이상이면, 아크 안정화의 효과가 더욱 우수하다. 따라서, C 중, 흑연이 0.10질량% 이상인 것이 바람직하다.

<(TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃)/C: 5.0 이하>

TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃, C는, 함께 독립적으로 규정하고 있지만, 이들 값을 제한하는 것이 더욱 바람직하다. C 함유량에 대하여, TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃이 많아질 수록, 와이어의 선단 현수 용적부에서 C0 폭발이 활발히 발생하여, 스패터나 퓸이 많아진다. 그러나, (TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃)/C를 5.0 이하로 하면, 거의 이러한 문제는 없어진다. 따라서, (TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃)/C는 5.0 이하로 하는 것이 바람직하다.

《경화 육성용 MIG 아크 용접 방법》

본 발명의 아크 용접 방법은, 상기한 성분 조성을 갖는 용접 와이어를 사용하는 것이다. 그리고, 이 아크 용접 방법에 있어서는, 실드 가스로서, 순 Ar 가스를 사용하고, 용접 후에 있어서의 용접 금속의 비커스 경도가 200 이상이 되는 것이다.

또한, 용접시의 전류 파형으로서는, 펄스 파형을 이용하는 것이 바람직하고, 또한, 펄스 파형의 피크 전류가 400～450A인 것이 바람직하다.

이하, 이들의 상세에 대해 설명한다. 한편, 용접 금속의 비커스 경도에 관해서는, 상기 용접 와이어에서 설명한 것과 같기 때문에, 여기서는 설명을 생략한다.

<순 Ar 가스>

상기한 대로, 실드 가스를 산화성이 없는 불활성 가스로 함으로써 퓸이나 스패터, 슬래그의 저감, 비드 형상의 평탄성, 용입 깊이의 저감이라는 획기적인 효과를 가져올 수 있다. 불활성 가스에는, Ar 이외에, He, Ne, Kr, Xe, Rn이 존재하지만, 어느 것이나 매우 고가여서 실용성이 부족하고, 기술적으로도, 원자량에 관계한 냉각능이 아크에 대하여 부적정하기 때문에, 아크 안정성이 나쁘다. 따라서, 본 발명의 아크 용접 방법에 적용하는 실드 가스로서는 순 Ar를 이용한다. 한편, 본 발명에서 말하는 순 Ar이란, 일반의 공업적인 순도를 허용하는 것이며, 구체적으로는, JIS Kl105 「아르곤」의 1급, 2급을 함께 적용할 수 있다.

<펄스 전류 파형>

본 발명의 아크 용접 방법에 있어서는, 순 Ar 실드 가스를 이용하지만, 용접전류·전압으로서 이른바 펄스 파형을 이용하면, 저전류로부터 고전류까지 저 스패터, 저 퓸의 효과가 얻어진다. 펄스 파형을 이용하는 펄스 용접법은, 피크역이라 불리는 400A 이상의 높은 전류역과, 페이스(pace)역이라고 불리는 150A 이하의 낮은 전류역을, 100Hz 이상의 높은 주파수로 교대로 반복하는 용접 방법이다. 예컨대, 가장 일반적인 와이어 직경이 1.2mmφ인 경우, 순 Ar 실드 가스를 이용한 용접에서는, 용적 이탈의 규칙성이, 산화성 가스를 이용한 MAG 용접보다도 뒤떨어지기 때문에, 용적을 규칙 바르게 이탈시키는 것도 중요하다. 펄스 용접법에서는, 평균 전류에 관계없이, 높은 전류역의 작용을 항상 이용하여 핀치력을 부여함에 의해, 규칙 바른 용적 이탈을 실현할 수 있기 때문에 적합하다.

<펄스 파형의 피크 전류: 400～450A>

상기한 바와 같이, 가장 일반적인 와이어 직경 1.2mmφ인 경우, 펄스 파형에 있어서의 피크 전류는 400A 이상이 일반적이지만, 피크 전류가 450A를 초과하면, 아크의 지향성이 과잉으로 되어, 용입이 깊게 된다. 경화 육성 용접에서는, 용입이 깊으면 모재 희석에 의해 용접 금속의 성질이 영향을 받기 쉽게 되기 때문에, 바람직하지 못하다. 한편, 400A 미만에서는 아크 안정화의 효과가 소실하여, 저 스패터, 저 퓸의 효과가 약해진다. 따라서, 피크 전류는 400～450A가 바람직하다. 한편, 와이어 직경이 굵게 되면, 용융 에너지가 많이 필요하게 되기 때문에, 상기와 같은 이유로, 와이어 직경 1.4mmφ의 경우는 440～490A, 1.6mmφ의 경우는 480～530A가 추장 범위이다.

<기타>

기타 사항으로서, 용접기에 관해서는, 일반적으로는 와이어(+), 모재(-)의 반대 극성이라고 불리는 전류 방향이지만, 용입을 더욱 저감하기 위해서, 반대 극성과 양극성을 적당한 비율로 교대로 반복하는 교류 파형으로 해도 문제없다.

이상 설명했듯이, 본 발명의 경화 육성용 MIG 아크 용접 와이어 및 경화 육성용 MIG 아크 용접 방법은, (1) 퓸 발생량이 적다, (2) 스패터 발생량이 적다, (3) 슬래그 발생량이 적다, (4) 비드 평탄성이 우수하다, (5) 모재 성분의 영향을 받기 어렵다고 하는 우수한 특징을 갖는다. 또한, 내부 결함이 없어, 경화 육성 용접 금속으로서 충분한 경도를 갖는 용접 금속으로 할 수 있다.

그리고, 본 발명의 용접 와이어 및 아크 용접 방법은, 이들 수많은 장점을 동시에 만족시킬 수 있는 획기적인 와이어 및 용접 방법이다.

실시예

다음으로 본 발명에 따른 용접 와이어 및 아크 용접 방법에 대하여, 본 발명의 요건을 만족시키는 실시예와 본 발명의 요건을 만족시키지 않는 비교예를 비교하여 구체적으로 설명한다.

본 실시예에서는, 탄소 강판의 일종인 SM490A의 강판의 표면 상에, 시작(試作)한 1.2mmφ의 각 와이어를 이용하여, 소정의 용접 조건으로 1패스 용접을 행하고, 이하의 항목을 확인했다. 도 2에 각종의 평가 방법을 설명하기 위한 모식도를 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 아크 용접에 의해, 모재(50)인 SM490A 강판의 표면에 경화 육성 용접 금속(60)을 형성했다.

또한, 와이어 외피의 조성을 표 1에 나타내고, 외피의 종류, 플럭스 중의 성분 조성, 실드 가스 조성, 용접기의 펄스 조건 설정(즉, 펄스 피크 전류(A)의 조건) 등의 용접 조건을 표 2, 3에 나타낸다. 여기서, 와이어 형태로서는, No. 44는 솔리드 와이어를 이용한 것으로, 성분 조성란에는 솔리드 와이어의 조성이 적혀 있다. 그밖에는 플럭스 내장 와이어를 이용한 것이다. 한편, 표 2, 3에 있어서, 「-」는, 성분을 함유하지 않는 것 등이며, 또한, 본 발명의 범위를 만족시키지 않는 것에 관해서는, 수치 등에 밑줄을 그어 나타낸다. 또한, 「*1」은 TiO₂와 ZrO₂와 Al₂O₃의 합계(TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃)의 값이며, 「*2」는 TiO₂와 ZrO₂와 Al₂O₃의 합계 질량을 C의 질량으로 나눈 값{(TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃)/C}이며, 소수점 이하 셋째 자리수를 사사 오입한 값이다. 또한, 순 Ar은 JIS Kl105에 준거한 Ar 가스를 이용하고, 표 중에는 Ar 100%로 기재한다.

<퓸 발생량>

퓸 발생량은, JIS Z3930의 흡인 장치를 이용하여 측정하는 것에 의해 산출했다. 그리고, 작업자가 작업 환경으로서 쾌적하다고 생각되는 값으로서, 퓸 발생량이 0.50mg/min 이하인 경우를 합격(○), 0.50mg/min을 넘는 경우를 불합격(×)이라고 판정했다.

<스패터 발생량>

스패터 발생량은, 주위에 비산한 스패터, 및, 실드 노즐에 부착한 스패터를 회수하여 합계하여, 질량을 측정하는 것에 의해 산출했다. 그리고, 작업자가 작업 환경으로서 쾌적하다고 생각되는 값으로서, 스패터 발생량이 1.0g/min 이하인 경우를 합격(○), 1.0g/min을 넘는 경우를 불합격(×)이라고 판정했다.

<슬래그 발생량>

슬래그 발생량은, 비드 표면에 부착한 슬래그, 및 비드 표면에서 박리한 슬래그를 회수하여 합계하여, 질량을 측정하는 것에 의해 산출했다. 그리고, 제거 작업에 드는 노동력을 고려하여, 작업자가 작업 환경으로서 쾌적하다고 생각되는 값으로서, 슬래그 발생량이 1.0g/min 이하인 경우를 합격(○), 1.0g/min을 넘는 경우를 불합격(×)이라고 판정했다.

<비드 형상>

비드 형상에 관해서는, 용접 방향에 대하여 수직으로 절단한 비드의 단면 형상으로부터 비드 높이(H)와 비드 폭(W)을 계측하여, 형상 파라미터(H/W)로서 계산하고, 이 값에 근거하여 평가를 했다. 그리고, 용접 후에 평활하게 감삭하는 노동력을 고려하여, 작업자가 작업 환경으로서 쾌적하다고 생각되는 값으로서, 형상 파라미터(H/W)가 0.50 이하인 경우를 합격(○), 0.50을 넘는 경우를 불합격(×)이라고 판정했다.

<용입 깊이>

용입 깊이에 관해서는, 용접 방향에 대하여 수직으로 절단한 비드의 단면을 추가로 산으로 에칭하여, 모재(50)의 표면으로부터, 모재(50)로 비드가 용입한 최심부까지의 깊이를 용입 깊이 D로서 계산하고, 이 값에 근거하여 평가를 행했다. 그리고, 용입 부족의 발생 걱정이 없는 값을 최저 1.0mm로 하고, 모재 성분이 용접 금속의 경도에 미치는 영향이 무시할 수 있을 정도로 작다고 생각되는 값을 최대 3.0mm로 하여, 이 범위에 알맞게 들어가는 경우를 합격(○), 이 범위를 벗어나는 경우를 불합격(×)이라고 판정했다.

<내부 결함>

내부 결함에 관해서는, 초음파 탐상 시험으로, 비드의 균열이나 융합 불량의 유무를 계산하는 것에 의해 평가를 했다. 그리고, 균열이나 융합 불량이 없는 경우를 합격(○), 균열이나 융합 불량이 존재한 경우를 불합격(×)이라고 판정했다.

<용접 금속 경도>

용접 금속 경도에 관해서는, 용접 방향에 대하여 수직으로 절단한 비드의 단면의 중심 근방을 무작위로 3점 선택하여 비커스 경도를 측정하고, 또한 이들의 평균치를 산출하여, 이 값에 근거하여 평가를 했다. 그리고, 경화 육성 용접 금속으로 정의할 수 있는 값으로서, 비커스 경도의 평균치가 200 이상인 경우를 합격(○), 200 미만인 경우를 불합격(×)이라고 판정했다.

이들 결과를 표 4, 5에 나타낸다.

No. 1～22는, 와이어 형태, 플럭스 중의 성분 조성, 실드 가스 조성이 규정 범위를 만족하는 실시예이며, 상기 모든 평가에 있어서 우수하다. 즉, 용접 금속의 경도가, 경화 육성 용접 금속으로서의 기능을 만족할 뿐만 아니라, 또한, 종래의 용접 와이어 및 아크 용접 방법으로는 얻어지지 않았던, 적은 퓸 발생량, 적은 스패터 발생량, 적은 슬래그 발생량, 또한 평탄한 비드 형상, 모재 조성의 영향을 받기 어려운 용입 형상, 비드 내부의 무결함이라는, 작업 특성이나 용접 금속 성능 안정성에서 우수한 성질을 얻을 수 있다.

한편, No. 23～45는 비교예이며, 이하의 결과로 되었다.

No. 23은, 플럭스 질량비가 지나치게 낮아, 순 Ar 가스 분위기에서의 아크 안정화에 필요한 2중 구조 작용이 소실되어 버렸기 때문에, 아크 안정화를 꾀할 수 없어, 스패터의 비산, 비드 형상의 열화, 용입 부족이 생겼다.

No. 24는, 반대로 플럭스 질량비가 지나치게 높아 외피가 용융되기 쉽게 되어, 아크 발생점이 기어올라가 아크가 불안정해졌다. 따라서, 스패터의 비산, 비드 형상의 열화, 용입 부족이 생겼다.

No. 25는, 순 Ar 가스 분위기에서의 아크 안정화에 필요한 C 함유량이 부족하여, 아크 안정화를 꾀할 수 없어, 스패터의 비산, 비드 형상의 열화, 용입 부족이 생겼다.

No. 26도 마찬가지로 C 함유량이 부족하여, 아크 안정화를 꾀할 수 없어, 스패터의 비산, 비드 형상의 열화, 용입 부족이 생겼다. 또한, 경화 육성 용접 금속으로서의 필요한 경도도 부족했다.

No. 27은, C 함유량이 과잉이며, 와이어 내의 플럭스 기둥이 용융하기 어렵게 되어 용접 금속 중에 그대로 남아, 미용융 결함이 생겨, 내부 결함이 되었다. 또한, CO 생성에 따라, 퓸이나 스패터가 다량으로 발생했다.

No. 28은, Si 함유량이 부족하여, 젖음성이 부족했기 때문에, 비드 형상이 볼록으로 되어 열화했다.

No. 29는, Si 함유량이 과잉이기 때문에, 산화 생성물의 슬래그가 다량으로 발생했다.

No. 30은, Mn 함유량이 부족하여, 젖음성이 부족했기 때문에, 비드 형상이 볼록으로 되어 열화했다. 또한, 담금질 경화성도 부족했기 때문에, 경화 육성 용접 금속으로서의 필요한 경도도 부족했다.

No. 31은, Mn이 과잉이며, 산화 생성물의 슬래그가 다량으로 발생했다.

No. 32는, Si, Mn 각각의 값은 규정치를 만족하지만, 합계로서는 규정치보다 낮았다. 따라서, 젖음성이 부족했기 때문에, 비드 형상이 볼록으로 되어 열화했다.

No. 33은, P가 과잉이며, No. 34는, S가 과잉이다. 따라서, 이들은 용접 금속에 응고 균열 결함이 생겨, 내부 결함으로 되었다.

No. 35는, TiO₂, ZrO₂, Al₂O₃이 플럭스에 첨가되어 있지 않기 때문에, 순 Ar 가스 분위기로는 아크 안정화를 꾀할 수 없어, 스패터의 비산, 비드 형상의 열화, 용입 부족이 생겼다.

No. 36은, TiO₂가 첨가되어 있지만, TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃으로서는 필요량에 미달이며, 역시 순 Ar 가스 분위기에서는 아크 안정화를 꾀할 수 없어, 스패터의 비산, 비드 형상의 열화, 용입 부족이 생겼다.

No. 37은, TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃이 과잉이다. 그 때문에, 분해 산소의 공급량이 과잉으로 되어, 퓸, 스패터, 슬래그가 다량으로 발생했다. 또한, 비드 형상의 열화가 일어나고, 또한, 지나친 용입 깊이인 과잉 용입으로도 되었다.

No. 38은, 가장 일반적으로 보급되고 있는 플럭스 내장 와이어 「YFW-C50DR 규격재(JIS Z3313: 1999)」이다. 이 와이어는, C 함유량이 적고, 또한 TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃이 매우 많기 때문에, 퓸, 스패터, 슬래그가 다량으로 발생했다. 또한, 비드 형상의 열화가 생기고, 또한, 용입 부족으로도 되었다. 또한, 경화 육성 용접 금속으로서의 필요한 경도도 부족했다.

No. 39, No. 40은, 와이어 성분은 본원 범위를 만족하지만, 실드 가스로서 Ar 이외에 O₂가 미량 첨가되어 있다. 그 때문에, C 등과의 사이에서 심한 산화 반응이 생겨, 퓸, 스패터, 슬래그가 다량으로 발생했다. 또한, 지나친 아크 안정화에 의한 비드 형상의 볼록화가 일어나, 더욱 과잉 용입으로도 되었다.

No. 41은, 와이어 성분은 본원 범위를 만족하지만, 실드 가스로서 Ar 이외에 CO₂가 20부피% 첨가되어 있다. 그 때문에, CO₂로부터 생긴 분해 산소에 의한 산화성이 강하여, 심한 산화 반응이 일어나, 퓸, 스패터, 슬래그가 다량으로 발생했다. 또한, 지나친 아크 안정화에 의한 비드 형상의 볼록화가 일어나, 더욱 과잉 용입으로도 되었다. 또한, 합금 성분의 현저한 산화 소모, 즉 슬래그 손실에 의해서, 용접 금속의 담금질 경화성도 부족했기 때문에, 경화 육성 용접 금속으로서의 필요한 경도도 부족했다.

No. 42는, 와이어 성분은 본원 범위를 만족하지만, 실드 가스로서 Ar 이외에 CO₂가 미량 첨가되어 있다. 그 때문에, CO₂로부터 생긴 분해 산소와의 사이에서 심한 재산화 반응이 일어나, 퓸, 스패터, 슬래그가 다량으로 발생했다. 또한, 지나친 아크 안정화에 의한 비드 형상의 볼록화가 일어나, 더욱 과잉 용입으로도 되었다.

No. 43은, 와이어 성분은 본원 범위를 만족하지만, 실드 가스가 CO₂이다. 따라서, 실드 가스가 강산화성 가스이기 때문에, 퓸, 스패터, 슬래그가 다량으로 발생했다. 또한, 비드 형상의 열화가 일어나, 더욱 과잉 용입으로도 되었다.

No. 44는, 경화 육성 용접용 솔리드 와이어의 일종이다. 이 와이어는, 일반적으로는 CO₂ 가스와 조합하여 사용되지만, 여기서는 실드 가스로서 순 Ar을 이용했기 때문에, 순 Ar 가스 분위기에서는 전혀 아크가 안정되지 않으므로, 실질 용접 불가능했다. 그리고, 아크 불안정에 따라, 스패터가 다량으로 발생했다. 또한, 비드 형상의 볼록화, 용입 부족이 생겼다.

No. 45는, 와이어 성분은 본원 범위를 만족하지만, 실드 가스로서 Ar 이외에 같은 불활성 가스인 He가 20부피% 첨가되어 있다. He는 산화성이 없기 때문에, 퓸이나 슬래그 발생량은 억제할 수 있지만, 원자량이 Ar보다 훨씬 작기 때문에, 열 수송에 따르는 아크 냉각 효과가 크다. 이것이 원인으로 아크를 집중시켰기 때문에, 대립 스패터의 다량 발생, 비드 형상의 철화, 과잉 용입에 이어졌다.

이상, 본 발명에 대하여 실시형태 및 실시예를 보이면서 상세히 설명했지만, 본 발명의 취지는 상기한 내용에 한정되는 일 없이, 그 권리 범위는 특허청구의 범위의 기재에 따라서 넓게 해석해야 한다. 한편, 본 발명의 내용은, 상기한 기재에 따라서 널리 개변·변경 등을 하는 것이 가능한 것은 말할 필요도 없다.

Claims

실드 가스로서 순 Ar 가스를 이용하는 경화 육성용 MIG 아크 용접 와이어로서,
상기 와이어는, 외피로서 대강 또는 강관을 이용하고, 내부에 플럭스를 충전하여 신선한 플럭스 내장 와이어이고,
상기 플럭스 중에, 와이어 전체 질량에 대하여, C: 0.12～5.00질량%, Si: 0.50～3.00질량%, Mn: 0.30～20.00질량%, P: 0.050질량% 이하, S: 0.050질량% 이하, TiO₂와 ZrO₂와 Al₂O₃의 합계(TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃): 0.10～1.20질량%를 함유하고, 또한 상기 Si와 상기 Mn의 합계(Si+Mn)가 1.20질량% 이상이며,
또한, 상기 와이어에 대한 총 플럭스 질량비가 5～30질량%인 경화 육성용 MIG 아크 용접 와이어.
제 1 항에 있어서,
상기 C 중, 0.10질량% 이상이 흑연(graphite)인 경화 육성용 MIG 아크 용접 와이어.
제 1 항에 있어서,
상기 TiO₂와 ZrO₂와 Al₂O₃의 합계 질량을 상기 C의 질량으로 나눈 값{(TiO₂+ZrO₂+Al₂O₃)/C}이 5.0 이하인 경화 육성용 MIG 아크 용접 와이어.
제 1 항에 있어서,
추가로, 상기 플럭스 중에, 와이어 전체 질량에 대하여 Cr: 30.0질량% 이하, Mo: 2.0질량% 이하, Ni: 3.0질량% 이하, B: 1.0질량% 이하, V: 3.0질량% 이하, W: 3.0질량% 이하 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 경화 육성용 MIG 아크 용접 와이어.
제 1 항에 기재된 경화 육성용 MIG 아크 용접 와이어를 이용한 경화 육성용 MIG 아크 용접 방법으로서,
실드 가스로서 순 Ar 가스를 이용하는 경화 육성용 MIG 아크 용접 방법.
제 5 항에 있어서,
전류 파형으로서 펄스 파형을 이용하는 경화 육성용 MIG 아크 용접 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 펄스 파형의 피크 전류가 400～450A인 경화 육성용 MIG 아크 용접 방법.