KR101205332B1 - 용접용 와이어 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보호가스를 사용하는 가스메탈아크용접, 플럭스코어드아크용접, 및 플럭스를 사용하는 서브머지드아크 용접 등 아크 용접에 사용하는 용접용 와이어에 관한 것으로, 용접시 아크열에 의해 녹아 용적이 되는 코어층과; 상기 코어층의 표면에 형성되고, 낮은 이온화에너지를 갖는 원소로 이루어진 이온화 전위층;을 포함하는 것을 특징으로 하여 안정된 아크와 금속이행 모드가 나타나도록 하여 단락 및 스패터의 발생을 감소시킴으로써 용접의 품질을 향상시킬 수 있는 용접용 와이어를 제공한다.
용접용 와이어, 코어층, 전도층, 이온화 전위층, 아크 안정성, 스패터 저감

Description

용접용 와이어{A welding wire}
본 발명은 용접용 와이어에 관한 것으로, 보다 자세하게는 보호가스를 사용하는 가스메탈아크용접, 플럭스코어드아크용접, 및 플럭스를 사용하는 서브머지드아크용접에 사용 시 와이어 표면의 낮은 이온화에너지 원소로 인하여 기존보다 낮은 전류영역에서도 안정적인 아크와 금속 이행모드를 가질 수 있고 높은 전류에서는 기존보다 아크 효율이 좋은 용접용 와이어에 관한 것이다.
용접은 접합하고자 하는 두 개 이상의 물질의 접합부분을 열로 용융시켜 서로 다른 두 물질의 원자 결합을 재배열하여 결합시키는 방법으로, 아크용접, 가스 용접 등 다양한 용접방법이 존재한다.
이와 같은 용접방법 중 아크용접은 전극과 모재의 표면사이에 발생하는 전기적 아크열에 의해 두 금속을 접합시키는 것으로, 통상 보호가스와 플럭스를 이용하여 대기의 O2, N2 등으로부터 용접부를 보호하고, 와이어를 용가재로 하여 용접된다. 이때 상기와 같은 아크 용접에 사용되는 와이어는 대부분 표면에 화학반응 또는 전해반응으로 구리가 도금된 와이어나 도금이 되지 않은 무도금 와이어가 국내 외에서 주로 사용되고 있다.
또한, 일반적으로 제조업에 사용하고 있는 아크용접으로는 가스메탈아크 용접(Gas Metal Arc Welding), 플럭스코어드아크 용접(Flux Cored Arc welding) 또는 서브머지드아크 용접(Submerged Arc Welding) 등을 들 수 있는데, 그 중 가스메탈아크 용접과 플럭스코어드아크 용접과 같은 아크용접은 이산화탄소(CO2), 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등 1종 이상의 가스를 보호가스로 사용하여 연속적으로 송급이 가능한 솔리드 와이어나 플럭스코어드 와이어를 공급하고, 와이어의 선단에서 아크가 발생하도록 하여 와이어가 녹아 접합되어지는 용접법이다.
상기 서브머지드 아크 용접은 용융형 플럭스, 소결형 플럭스를 사용하여 연속적으로 송급이 가능한 솔리드 와이어를 공급하고, 용접 시 플럭스에 의해 만들어지는 슬래그가 형성되어 그 선단에서 아크가 발생하도록 함으로써 와이어가 녹아 접합되어지는 용접법이다.
이때 가스메탈아크 용접과 플럭스코어드아크 용접의 천이 전류영역 이상(250A)에서 보호가스로 아르곤(Ar) 가스를 사용하면, 아르곤 가스를 보호가스로 사용하는 아크 용접시 용적의 금속이행모드를 설명하는 개념도인 도 1에 도시된 바와 같이 용적(a)의 윗부분에서 아크(b)가 발생하고, 용적(a)이 와이어(c)의 직경보다도 작은 미세한 분무형 용적 이행(spray transfer)을 한다. 이와 같은 분무형 용적 이행은 용적(a) 이행 형태 가운데에서 가장 우수한 이행형태로, 스패터의 발생이 적고, 용접비드 형상이 우수하며, 고속 용접에도 적합한 것으로 알려진 용적 이 행으로, 고품질의 용접을 필요로 하는 분야에서 이용된다.
그러나 아르곤 가스는 그 비용이 이산화탄소 가스의 약 5 배로 매우 고가이기 때문에 실제 현장에서의 용접시공에 있어서는 아르곤 가스보다 이산화탄소 가스를 보호 가스로 이용하는 경우가 더 많다.
이러한 이산화탄소 가스는 저가인 동시에 능률이 높은 용접 방법이기 때문에 철강재료의 용접 등의 가스메탈아크 용접이나 플럭스코어드아크 용접시 보호가스로서 폭넓게 이용되고 있다. 특히, 자동용접의 급속한 보급에 의해 조선, 건축, 교량, 자동차, 건설기계 등의 각종 분야에 사용되고 있으며, 그 중에서도 조선, 건축, 교량의 분야에서는 후판(厚板)의 고전류 다층용접에 사용되고, 자동차, 건설기계의 분야에서는 박판(薄板)의 필렛용접에 사용되는 경우가 많다.
그러나 상기와 같이 이산화탄소 가스를 보호가스로 사용하는 경우에는 천이 전류영역이상의 아르곤 가스 용접이나, Ar-CO2 혼합가스를 보호가스로 사용하는 용접시와 비교하여 2 ~ 4배의 큰 용적이 용접 와이어 선단에 매달리고, 이산화탄소 가스를 보호가스로 사용하는 아크 용접시 용적의 금속이행모드를 설명하는 개념도인 도 2에 도시된 바와 같이 용적(a)의 아래에 아크(b)가 발생하는 입상용적이행(globular transfer)을 하기 때문에 모재(즉 강판)와의 단락이나 재 아크(b)시 스패터가 다량으로 발생하게 되고, 아크(b)가 안정화되지 않아 비드형상이 안정되지 않는 문제점이 있으며, 특히 고속용접에 있어서, 비드형상이 凹凸(이른바, 험핑비드(humping bead))가 되기 쉽다고 하는 문제가 있었다.
또한, 천이 전류 영역이하에서 용접시 아르곤 가스를 보호가스로 사용하거나, Ar-CO2 혼합가스를 보호가스로 사용하는 경우에도 상기 이산화탄소 가스를 보호가스로 사용할 때와 마찬가지로 천이 전류영역이상의 아르곤 가스 용접이나 Ar-CO2 혼합가스 용접시와 비교하여 1 ~ 4배의 큰 용적이 용접 와이어 선단에 매달리는 등 용적의 금속이행모드가 도 2와 같은 입상용적이행으로 형성되기 때문에 주로 박판 용접에 사용되고 있으며 용접속도가 낮고 아크 조절이 쉽지 않은 문제점을 가지고 있다.
이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 칼륨(K)의 첨가에 의해 스패터 발생량을 절감하는 방법이 특개평 6-218574호 공보에 개시된 바 있으나, 이는 보호가스로서 CO2가스를 100% 사용하는 용접에서 아크의 안정화를 통한 스패터 저감 및 비드 형상 안정화 효과를 얻을 수 없었다.
또한 US특허 10/107,623에서는 MAG 용접용 강 와이어 및 이를 이용한 MAG 용접 방법을 개발하고 있으나, 이는 용접부에 갭이 있는 박강판의 저전류(25A 이하) 용접을 대상으로 하고 있는 것으로, 보호가스로서 CO2가스를 100% 사용하는 가스메탈아크 용접에 있어서의 천이 전류영역 이상에서의 용접에 있어서는 충분한 아크안정의 효과를 얻을 수 없었다.
또한 일본에서 출원하여 국내에 등록된 특허 10-0553380에는 탄산가스 실드 아크용접용 강(鋼) 와이어 및 이를 이용한 용접 방법을 제안하고 있으나, CO2와 Ar 가스의 혼합가스를 사용하여 하는 용접방법에 국한시켰으며, 저가인 CO2 가스를 100%로 사용하여 용접하는 경우에 비해 용접재료 비용 감소에 따른 경제적인 효과를 가지고 올 수 없다.
아울러 일본에서 출원하여 국내에 공개된 특허 10-2008-0006471에는 솔리드 와이어를 제안하고 있으나, 박판 아크 용접에 사용되는 구리 도금와이어에 대상을 한정하고 있는 것으로, 금속이행 모드 변화에 따른 아크 안정성 향상, 스패터 저감, 용접 비용 감소, 용접 품질 향상에 충분한 효과를 가지고 올 수 없었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로,
용접시 전 전류 영역에서 이산화탄소(CO2)가스 100%를 보호가스로 사용하는 경우나, 천이전류영역 이하에서 아르곤(Ar)이나 아르곤-이산화탄소(Ar-CO2)를 보호가스로 사용하는 경우 모두 안정된 아크 및 금속 용적 이행을 나타낼 수 있는 용접용 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 용접효율을 보다 상승시키는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
용접시 아크열에 의해 녹아 용접 금속을 만드는 코어층과;
상기 코어층의 표면에 형성되고, 낮은 이온화에너지를 갖는 원소로 이루어진 이온화 전위층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접용 와이어를 제공한다.
또한, 상기 코어층과 이온화 전위층의 사이에 와이어에 흐르는 전기를 코어층으로 전달하는 전도층이 더 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이온화 전위층에는 전도성을 갖는 금속이 더 포함된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이온화 전위층의 원소는 1차 이온화에너지가 7eV 이하인 원소 조합으로서 K, Na, Li, La, Al, S, V, Cr, Nb, Ti, Zr 중에서 선택되는 하나 이상의 원소에 Cs, Rb, Lu, Ra, Sm, Eu, Sr, In, Ga, Tl, Ca, Gd, Yb, Y 중에서 선택되는 하나 이상의 원소를 부가한 조합 또는, 1차 이온화에너지와 2차 이온화에너지의 합이 25eV 이하인 원소 조합으로서 Mn, Si 중에서 선택되는 하나 이상의 원소에 Pt, Pd, Sc, Sn, Mg, Ge, Bi 중에서 선택되는 하나 이상의 원소를 부가한 조합으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코어층은 철, 알루미늄, 동, 니켈, 티타늄, 마그네슘, 코발트, 일반강, 고장력강, 보론강, 니켈강, 마그네슘강, 티타늄강, 코발트강에서 선택되는 하나의 금속 또는 둘 이상의 합금 금속으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이온화 전위층은 전체 와이어 대비 중량비가 1 % ~ 5%인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 용접용 와이어는 이온화 전위층이 갖는 낮은 이온화에너지를 통해 안정적인 아크를 발생시킴에 따라 100% 이산화탄소 가스를 보호가스로 사용하는 아크 용접의 경우 천이 전류영역이상에서 아르곤 가스를 사용하여 용접할 때와 같이 안정된 아크와 금속용적 이행모드가 형성되고, 값싼 이산화탄소의 사용이 가능함에 따라 경제적인 용접이 수행될 수 있으며, 안정된 금속이행 모드로 인해 단락 및 스패터의 발생이 거의 없는 용접 수행이 가능하여 용접 작업성 및 용접의 품질이 향상될 수 있으며, 아르곤 가스나 Ar-CO2 혼합가스를 보호가스로 사용하여 저전류영역(천이 전류영역이하)에서 용접을 할 때에도 천이 전류영역이상에서 아르곤 가스를 사용하여 용접할 때처럼 안정된 금속이행 모드가 이루어지 고, 박판에서의 작업성과 용접 속도를 향상시킬 수 있으며, 기존보다 더 얇은 판재의 용접도 가능하며, 천이영역 전류 이상에서 아르곤 가스나 Ar-CO2 혼합가스를 보호가스로 사용하여 용접을 수행할 경우 아크 효율 상승으로 인해 종래보다 높은 속도를 가지는 고속용접이 가능하여 생산성 향상에 큰 도움을 주는 효과를 갖는다.
또한 전도층이 형성되어 코어층으로 전기가 용이하게 전달될 수 있게 되어 용접이 보다 빠르게 이루어질 수 있으므로 용접효율이 상승되는 효과를 갖는다.
이하에서는 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 도시된 실시예에 따라 구체적으로 설명하기는 하나, 본 발명이 도면에 도시된 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 용접용 와이어를 나타낸 사시도이다.
이에 도시된 바와 같이 본 발명의 용접용 와이어는 용접시 아크열에 의해 녹아 용적이 되는 코어층(10)과; 상기 코어층(10)의 표면에 형성되고, 낮은 이온화에너지를 갖는 원소로 이루어진 이온화 전위층(30);을 포함한다.
상기 코어층(10)은 용접시 받는 강한 아크열에 의해 녹아 금속증기 또는 용적(熔滴, droplet)이 되는 부분으로, 상기 코어층(10)을 이루고 있는 물질은 접합시키고자 하는 모재와 같거나 비슷한 금속합금으로 이루어져 용접 금속의 기계적, 화학적 및 물리적 물성을 결정한다.
이러한 상기 코어층(10)은 철, 알루미늄, 동, 니켈, 티타늄, 마그네슘, 코발 트, 일반강, 고장력강, 보론강, 니켈강, 마그네슘강, 티타늄강, 코발트강에서 선택되는 하나의 금속 또는 둘 이상의 합금 금속으로 이루어질 수 있으며, 이와 같은 코어층(10)을 이루는 물질은 접합시키고자 하는 모재의 재질에 따라 선택적으로 사용할 수 있다.
여기서 상기 이온화 전위층(30)은 100% 이산화탄소 가스를 보호가스로 사용하는 아크 용접이나, 아르곤 가스 또는 아르곤(Ar)-이산화탄소(CO2) 혼합가스를 보호가스로 사용하여 저전류영역(천이 전류영역이하)에서 용접하는 경우에 천이전류 영역이상에서 아르곤 가스를 보호가스로 사용하여 용접할 때처럼 분무형 용적 이행모드에 가까운 안정된 금속이행 모드인 나타나도록 하고, 천이전류 영역이상에서는 아크 효율이 더욱 상승하여 기존보다 높은 속도에서 용접이 가능하도록 하기 위한 것이다.
이와 같은 이온화 전위층(30)은 낮은 이온화 에너지를 갖는 원소를 코어층(10)의 표면에 부착시킴으로써 도 3에 도시된 바와 같이 코어층(10)의 표면에 이온화 전위층(30)이 형성될 수 있다. 이때 상기 이온화 전위층(30)의 형성은 통상적으로 사용되고 있는 전기적, 화학적, 또는 물리적 도금을 통해 상기 낮은 이온화 에너지를 갖는 원소를 부착시킴으로 형성될 수 있다. 아울러, 도금 외에도 당해분야에서 통상적으로 사용되는 코팅방법 등과 같은 와이어 표면에 저이온화에너지를 가지는 원소들을 부착시키는 공지의 모든 방법이 적용가능하다.
이러한 상기 이온화 전위층(30)의 원소는 1차 이온화에너지가 7eV 이하인 Cs, Rb, K, Lu, Na, Ra, Li, Sm, La, Eu, Sr, In, Al, Ga, Tl, Ca, Gd, Yb, S, Y, V, Cr, Nb, Ti, Zr 또는, 1차 이온화에너지와 2차 이온화에너지의 합이 25eV 이하인 Pt, Pd, Sc, Sn, Mg, Mn, Ge, Si, Bi 중에서 선택되는 하나 이상의 원소로 구성될 수 있다.
이와 같은 이온화 전위층(30)은 용접을 위해 와이어에 전류를 가하면 이온화 전위층(30)의 원소가 낮은 이온화 에너지를 갖음으로 인해 이온화가 잘되므로 쉽게 초기 아크를 발생시킬 수 있고, 아크가 안정적으로 형성될 수 있기 때문에 전 전류영역에서 100% 이산화탄소 가스를 보호가스로 사용하는 아크 용접이나, 저전류영역(천이 전류영역이하)에서 아르곤 가스 또는 Ar-CO2 혼합가스를 보호가스로 사용하는 MIG(Metal Inert Gas), MAG(Metal Active Gas)용접에서도 분무형 용적이행모드가 나타날 수 있도록 한다.
또한, 천이영역 전류 이상에서 용접을 수행하는 경우 아크 효율 상승으로 인해 기존보다 높은 속도를 가지는 고속용접이 가능하여 생산성 향상에 큰 도움을 줄 수 있다.
이때 상기 이온화 전위층(30)은 전체 와이어 대비 중량비가 0.01% ~ 5%인 것이 바람직하다.
만약 상기 이온화 전위층(30)의 중량비가 0.01% 보다 적으면, 이산화탄소를 보호가스로 하는 일반 CO2 용접의 경우 반발이행 모드가 많이 발생하여 아크 안정화와 용접 품질 개선이 이루어지지 않으며, 아르곤 가스나 Ar-CO2 가스를 사용하여 저 전류 영역(천이 전류영역 이하)에서 용접하는 MIG, MAG 용접에 있어서도 단락이 있는 입상 용적이행으로 용접이 이루어지기 때문에 용접속도가 낮고 아크 조절이 쉽지 않으며, 천이전류 영역 이상의 용접시 아크 효율 향상을 가져 올 수가 없다. 반대로 이온화 전위층(30)의 중량비가 5% 보다 높으면, 와이어 송급성에 큰 문제가 생길 수 있으며, 용접 품질의 향상없이 도금시간 및 도금에 사용되는 원소의 양만 증가하게 되어 경제적이지 않다.
또한, 상기 이온화 전위층(30)의 중량비가 전체 와이어 대비 1%~5%인 것이 더욱 바람직하다.
즉, 본 발명에 따른 용접용 와이어는 이온화 전위층이 갖는 낮은 이온화에너지를 통해 안정적인 아크를 발생시킴에 따라 100% 이산화탄소 가스를 보호가스로 사용하는 아크용접시 전 전류영역에서 안정된 아크와 금속용적 이행모드가 형성될 수 있고, 저전류영역(천이 전류영역이하)에서 아르곤 가스나 Ar-CO2 혼합가스를 보호가스로 사용하여 용접을 할 때에도 천이 전류영역이상에서 Ar 가스를 사용하여 용접할 때처럼 안정된 금속이행 모드를 나타날 수 있게 하며, 천이전류 영역 이상에서는 기존보다 아크 효율이 높아져 고속용접을 가능하게 하여 경제적인 용접이 수행될 수 있고, 단락 및 스패터의 발생이 거의 없는 용접 수행이 가능하여 용접 작업성 및 용접의 품질이 향상될 수 있고, 작업 환경이 개선될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 용접용 와이어는 솔리드 와이어를 비롯하여 일반적으로 사용되는 종래의 모든 용접용 와이어에 적용가능하고, 플럭스 코어드 와이 어에도 그 표면이나 스트립 내면에 이온화 에너지가 낮은 원소를 부착시켜 아크 모드를 변화시킴으로써 아크 안정성을 향상시킬 수 있고, 이를 통해 작업성 및 용접 품질을 향상시킬 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 용접용 와이어를 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 용접용 와이어를 나타낸 사시도이다.
이에 도시된 바와 같이 상기 코어층(10)과 이온화 전위층(30)의 사이 또는, 이온화 전위층(30)의 표면에는 와이어에 흐르는 전기를 코어층(10)으로 전달하는 전도층(20)이 더 형성된 것이 바람직하다.
상기 전도층(20)은 와이어 표면으로 흐르는 전기가 코어층(10)으로 용이하게 전달될 수 있도록 하는 부분으로, 상기 전도층(20)은 구리 등과 같이 전기 전도성이 우수한 금속을 이온화 전위층(30)을 형성하기 전에 코어층(10)의 표면에 부착시킴으로써 도 4에 도시된 바와 같이 코어층(10)과 이온화 전위층(30)의 사이에 형성되도록 할 수도 있고, 도 5에 도시된 바와 같이 이온화 전위층(30)의 표면에 전기 전도성이 우수한 금속을 부착시켜 형성할 수도 있다.
이러한 전도층(20)은 통상적으로 사용되고 있는 전기적, 화학적 또는 물리적 도금방법에 의해 형성될 수 있으며, 이 외에도 통상의 코팅 방법 등을 통해서도 형성될 수 있다.
이와 같이 전도층이 형성된 용접용 와이어는 코어층으로 전기가 용이하게 전달될 수 있도록 함으로써 용접이 보다 빠르게 이루어질 수 있어 용접효율이 상승될 수 있으며, 안정된 아크가 발생함에 따라 전술한 제1실시예에서와 같이 용접시 전 전류영역에서 이산화탄소 가스, 아르곤 가스 또는, 아르곤-이산화탄소 가스를 보호가스로 사용할 때에 천이 전류영역이상에서 Ar 가스를 사용하여 용접할 때와 같은 분무형 이행모드를 나타내게 되고, 이에 따라 단락 및 스패터의 발생이 감소되어 용접품질이 향상되는 등의 효과를 갖을 수 있다.
한편, 본 발명은 제4실시예로서 전술한 제1실시예에서와 같이 코어층(10)과 이온화 전위층(30)으로 이루어지는 용접용 와이어의 이온화 전위층(30)에 전도성을 갖는 금속이 더 포함되도록 할 수도 있다.
즉, 상기 이온화 전위층(30)의 형성시 낮은 이온화에너지를 갖는 원소와 전도성이 우수한 구리와 같은 금속을 혼합시킨 상태에서 도금이나 코팅 등의 방식을 통해 코어층(10)에 이온화 전위층(30)을 형성시키는 것으로, 제4실시예에 따른 용접용 와이어는 이온화 전위층(30) 자체에 전도성을 갖는 금속을 혼합시켜 코어층(10)으로 전기가 잘 흐를 수 있도록 한 것이다. 이때 상기 전도성을 갖는 금속으로는 구리 외에도 공지의 다양한 금속이 적용가능하다.
이와 같은 용접용 와이어는 전도성이 향상되어 용접시 코어층으로의 전기 전달을 도와주어 용접효율을 향상시켜준다.
하기에서는 본 발명에 따른 용접용 와이어의 효과를 입증하기 위하여 다음과 같은 실험을 실시하였다.
<제조예>
탄소강 용접에 가장 많이 사용하고 있는 솔리드 와이어(ER-70s G 1.2Φ)의 표면에 인듐(In)으로 하기 표 1에 기재된 도금시간으로 도금을 하여 이온화 전위층을 형성하고, 그 도금으로 형성된 이온화 전위층의 중량비를 하기 표 1에 나타내었다.
분류 전위층 도금 시간(s) 이온화 전위층 중량 비(%)
제조예 1 5 0.47
제조예 2 10 0.59
제조예 3 20 0.62
제조예 4 40 1.17
제조예 5 60 1.40
제조예 6 90 1.96
비 교 예 0 0
<실험예>
상기 제조예에서 제조된 제조예 1 내지 제조예 6의 인듐으로 이온화 전위층이 형성된 와이어와, 비교예의 와이어(ER-70s G 1.2Φ)를 사용하여 표 2와 같은 용접조건으로 가스메탈 아크용접을 실시하고, 용접 중 용접현상을 평가하기 위해 고속 카메라를 이용하여 고속촬영을 실시하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었으며, 아크 모니터링 시스템을 이용하여 정상단락과 순간단락의 횟수를 측정하여 그 결과를 각각 하기 표 4 및 도 6, 도 7에 나타내었다.
분 류 조 건
용접용 시험편 일반구조용 강재(KS D 3503(t:10㎜))
보호가스 이산화탄소(CO2) 100%
용접전류 235A
용접전압 24~27V
용접속도 30㎝/min
CTWD(Contact Tip to Workpiece Distance) 12㎜
여기서 상기 용접전류는 일반적인 아크 용접시 금속이행 모드가 입상용적이행 모드로 나타나는 전류 영역대로, 본 발명에 따른 용접용 와이어의 용적이행모드를 확인하기 위하여 235A를 용접전류로 실험을 하였다.
하기 표 3은 용접 중 용접현상을 고속촬영한 결과를 나타낸 것으로서, 이에 보여지는 바와 같이 20s를 초과하여 도금을 실시하는 경우 이온화 전위층의 중량비가 1% 이상이 되고, 도 1에 도시된 것과 같이 용적의 분무형 이행모드가 나타남을 확인할 수 있었다.
분 류 용접 현상 사진 설명
제조예 1
Figure 112009055949218-pat00001
 인듐으로 이루어진 이온화 전위층이 형성된 와이어의 경우 제조예 1~3까지는 입상용적이행 모드와 분무형 용적 이행 모드가 혼용되어 나타난 것을 확인할 수 있다.
제조예 2
Figure 112009055949218-pat00002
제조예 3
Figure 112009055949218-pat00003
제조예 4
Figure 112009055949218-pat00004
 40s 이상 도금을 실시하여 이온화 전위층의 중량비가 1% 이상이 된 와이어의 경우 용적의 윗부분에서 아크가 발생하는 분무형 용적 이행모드가 나타남을 확인할 수 있다.
제조예 6
Figure 112009055949218-pat00005
비교예 1

 아크 초기 점화시
Figure 112009055949218-pat00006
 이온화 전위층을 형성하지 않은 와이어의 경우 아크 초기 점화시와 단락시 도 도 2에 도시된 것과 같이 용적의 크기 반 아래에서 아크가 발생하는 전형적인 입상 용적 이행모드가 나타나고 있다.
아크 단락시
Figure 112009055949218-pat00007
하기 표 4와 도 6, 도 7은 각각 아크용접 실험중 측정된 용적의 단락횟수를 나타낸 결과로서, 이에 보여지는 바와 같이 도금 시간 20s를 기준으로 초당 평균 단락 횟수와 순간/정상 단락 회수가 비교예 및 제조예 1 내지 3에 비하여 제조예 4 내지 6에서 현저하게 감소하는 것을 확인할 수 있다.
용적의 단락은 많이 발생하면 발생할수록 스패터가 많이 발생하게 되고, 특히 순간단락의 경우 순간적인 아크의 압력에 따라 대립의 스패터가 많이 발생하게 되는 것으로, 하기 실험결과를 통해 본 발명에 따른 용접용 와이어는 이온화 전위층의 형성으로 용접시 용적의 단락횟수가 현저하게 감소하고 있으므로 스패터의 발생 또한 현저하게 감소될 것임을 예측할 수 있다.
분 류 평균단락횟수 순간단락횟수 정상단락횟수
제조예 1 51.8 221 297
제조예 2 50.3 202 301
제조예 3 49.0 205 285
제조예 4 40.4 165 239
제조예 5 39.7 169 228
제조예 6 42.3 169 254
비 교 예 50.7 211 296
상기와 같은 실험결과를 통해 본 발명에 따라 제조된 용접용 와이어는 보호가스로 100%의 이산화탄소 가스를 사용하여 아크용접을 할 때에 전 전류영역에서 안정적인 아크 발생을 통해 금속의 이행모드가 천이전류 영역 이상에서 Ar을 보호가스로 사용할 경우와 마찬가지로 안정적인 금속 이행모드로 변화시킬 수 있고, 단락 횟수와 스패터의 생성을 감소시켜 용접품질을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 아울러 상기와 같은 안정적인 아크발생을 통해 천이전류 영역 이하에서 아르곤 가스나 아르곤-이산화탄소 혼합가스를 보호가스로 하는 용접시에도 안정적인 금속이행모드가 나타날 수 있음을 예측할 수 있다.
도 1은 아르곤 가스를 보호가스로 사용하는 아크 용접시 용적의 금속이행모드를 설명하는 개념도.
도 2는 이산화탄소 가스를 보호가스로 사용하는 아크 용접시 용적의 금속이행모드를 설명하는 개념도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 용접용 와이어를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 용접용 와이어를 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 용접용 와이어를 나타낸 사시도.
도 6은 제조예에서 제조된 제조예 1 내지 6의 와이어와 비교예의 와이어의 아크 용접시 용적의 평균 단락횟수를 나타낸 그래프.
도 7은 제조예에서 제조된 제조예 1 내지 6의 와이어와 비교예의 와이어의 아크 용접시 용적의 순간 단락횟수 및 정상 단락횟수를 나타낸 그래프.
<도면의 주요 부호에 대한 상세한 설명>
10: 코어층
20: 전도층
30: 이온화 전위층

Claims (6)

  1. 용접시 아크열에 의해 녹아 용적이 되는 코어층(10)과;
    상기 코어층(10)의 표면에 형성되고, 낮은 이온화에너지를 갖는 원소로 이루어진 이온화 전위층(30);을 포함하며,
    상기 코어층(10)과 이온화 전위층(30)의 사이에 와이어에 흐르는 전기를 코어층(10)으로 전달하는 전도층(20)이 더 형성되고,
    상기 이온화 전위층(30)에는 전도성을 갖는 금속이 포함되고,
    상기 이온화 전위층(30)의 원소는 1차 이온화에너지가 7eV 이하인 원소 조합으로서 K, Na, Li, La, Al, S, V, Cr, Nb, Ti, Zr 중에서 선택되는 하나 이상의 원소에 Cs, Rb, Lu, Ra, Sm, Eu, Sr, In, Ga, Tl, Ca, Gd, Yb, Y 중에서 선택되는 하나 이상의 원소를 부가한 조합 또는, 1차 이온화에너지와 2차 이온화에너지의 합이 25eV 이하인 원소 조합으로서 Mn, Si 중에서 선택되는 하나 이상의 원소에 Pt, Pd, Sc, Sn, Mg, Ge, Bi 중에서 선택되는 하나 이상의 원소를 부가한 조합으로 구성되고,
    상기 이온화 전위층(30)은 전체 와이어 대비 중량비가 1 % ~ 5 %인 것을 특징으로 하는 용접용 와이어.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 코어층(10)은 철, 알루미늄, 동, 니켈, 티타늄, 마그네슘, 코발트, 일반강, 고장력강, 보론강, 니켈강, 마그네슘강, 티타늄강, 코발트강에서 선택되는 하나의 금속 또는 둘 이상의 합금 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 용접용 와이어.
  6. 삭제
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