KR102039878B1 - 가스 쉴드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어 및 용접 방법 - Google Patents

가스 쉴드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어 및 용접 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 내 고온 균열성이 양호하고, 또한 도장 밀착성이 뛰어난 용접부를 얻을 수 있는 플럭스 코어드 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 와이어 전체 질량당, C를 0.02~0.30질량%, Si를 0.3~1.5질량%, Mn을 0.3~2.5질량%, Si, Cr 및 Ni로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 산화물을 총량으로 0.01~0.30질량%, S를 0.020질량% 이하, 그리고 금속 또는 합금의 형태로 Al, Ca, Mg, K 및 Na를 총량으로 0.3질량% 이하 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 가스 쉴드 아크 용접용 메탈계 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다.

Description

가스 쉴드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어 및 용접 방법
본 발명은, 가스 쉴드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어 및 이 플럭스 코어드 와이어를 이용한 용접 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 용접 후에 도장이 실시되는 용도에 이용되는 가스 쉴드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어 및 그것을 이용한 용접 방법에 관한 것이다.
자동차 부품 등의 차량용 부품은 통상 용접 후에 내식성이나 미관을 향상시키기 위해서 도장이 실시된다. 그때, 용접 비드 상에 슬래그가 발생해 있으면, 슬래그에 의해 도료가 겉돌게 되어 도장 불량의 원인이 된다. 이 때문에, 종래, 자동차 부품 등의 박 강판의 용접에는, 솔리드 와이어나 메탈계 플럭스 코어드 와이어 등의 슬래그 발생량이 적은 용접 와이어가 이용되고 있다.
한편, 용접은 금속을 용융함으로써 접합하는 방법이기 때문에, 대기에 고온 상태로 노출된 용접부에는 불가피하게 산화 피막이 생성되지만, 산화 피막은 양호한 화성 처리 및 도장을 저해하므로, 도장 밀착성을 저하시키는 원인이 된다. 또한, 용접 비드 상에 생성된 산화 피막의 밀착성이 충분하지 않은 경우는, 튀는 돌 등에 의해서 도장된 부분에 충격이 가해졌을 때에 산화 피막이 벗겨져 떨어지기 쉬워서, 그 위에 마련된 도장마다 박리되어 버린다.
이와 같이, 용접부는 용접 비드 상에 생성되는 슬래그나 산화 피막에 의해 강판과 동등한 도장성을 얻는 것이 곤란하다. 그리고, 도장이 벗겨지면, 내식성 및 부식 수명의 저하를 초래하기 때문에, 용접부는 특히 내식성이 뒤떨어지는 부분으로 되어 있다. 그래서, 종래, 용접부의 도장성 등을 개선하기 위해서, 여러 가지의 검토가 이루어지고 있다(예컨대, 특허문헌 1 내지 3 참조).
예컨대, 특허문헌 1에 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 조성을, C와, Si와, Mn과, Nb, V 및 P 중 1종 또는 2종 이상을 특정량 함유하고, 슬래그제 함유량이 1.0질량% 이하, 슬래그제 중의 FeO와 SiO2의 비(FeO/SiO2)가 1.0 이상으로 함으로써, 슬래그와 도막 및 용접 비드의 밀착성 개선을 도모하고 있다.
또한, 특허문헌 2에 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 플럭스에 그래파이트를 첨가함으로써, 슬래그 생성량을 저감하고 있다. 그래파이트는 용접 금속 중의 산소와 반응하여 CO나 CO2가 되어 기화한다. 이에 의해 용접 금속이 탈산되기 때문에, Si나 Mn 등에 의한 탈산 작용이 억제되고, 그 결과, 슬래그의 발생량이 저감된다.
한편, 특허문헌 3에 기재된 용접용 와이어에서는, 용접 와이어 중에 Ni나 Cr을 첨가하는 것에 의해, 용접 비드 표면에 얇아서 밀착력이 있는 산화 피막을 형성하여, 산화 피막 및 도막의 내박리성 향상을 도모하고 있다.
일본 특허 공개 특개평8-281475호 공보 일본 특허 공개 특개2006-272405호 공보 일본 특허 공개 특개2004-268056호 공보
차량용 부품의 도장부에는, 도장 불량 개소를 없앨 뿐만 아니라, 도장 밀착성이 요구된다. 그러나, 특허문헌 1에 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 슬래그의 밀착성 향상에는 기여하지만, 산화 피막의 밀착성에 관해서는 고려되고 있지 않기 때문에, 이 방법에 의해서 슬래그부 이외의 용접 비드 상의 도장 밀착성을 향상시키는 것은 어렵다.
특허문헌 2에 기재된 플럭스 코어드 와이어는 도장 불량의 개소를 저감할 수는 있지만, 플럭스에 그래파이트를 첨가하면, 스팩터 발생량의 증가 및 내 고온 균열성의 열화를 초래한다. 또한, 특허문헌 2에 기재된 플럭스 코어드 와이어에서는, 용접부에 있어서의 슬래그 발생량을 저감함으로써 도장 밀착성의 개선을 도모하고 있는데, 산화 피막에 기인하는 도막 밀착성 저하에 대해서는 검토가 이루어지지 않았다.
한편, 특허문헌 3에 기재된 용접 와이어는 Cr이나 Ni를 적극적으로 첨가하고 있기 때문에, 내 고온 균열성의 열화가 염려된다. 또한, Ar 농도가 높은 쉴드 가스를 이용하는 경우는, 합금 원소로서 Cr을 첨가해도, 이들이 산화 피막이나 그 근방에 모인다고는 할 수 없기 때문에, 산화 피막의 밀착성 개선 효과를 안정적이면서 충분히 얻을 수 있다고는 할 수 없다.
그래서, 본 발명은, 내 고온 균열성이 양호하고, 또한, 도장 밀착성이 뛰어난 용접부를 얻을 수 있는 플럭스 코어드 와이어 및 그것을 이용한 용접 방법을 제공하는 것을 주목적으로 한다.
본 발명에 따른 가스 쉴드 아크 용접용 메탈계 플럭스 코어드 와이어는, 강제 외피 내에 메탈계 플럭스가 충전된 메탈계 플럭스 코어드 와이어로서, 와이어 전체 질량당, C를 0.02~0.30질량%, Si를 0.3~1.5질량%, Mn을 0.3~2.5질량%, 그리고 실리콘 산화물, 크롬 산화물 및 니켈 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 산화물을 총량으로 0.01~0.30질량%를 함유하는 동시에, S가 0.020질량% 이하, 그리고 금속의 형태 또는 합금의 형태로 함유되는 Al, Ca, Mg, K 및 Na의 총량이 0.3질량% 이하이며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 것이다.
이 가스 쉴드 아크 용접용 메탈계 플럭스 코어드 와이어는, P 함유량이 와이어 전체 질량당 0.020질량% 이하여도 좋다.
또한, 상기 메탈계 플럭스의 S 함유량은 상기 메탈계 플럭스 전체 질량당 0.025질량% 이하로 할 수 있다.
나아가, 본 발명의 가스 쉴드 아크 용접용 메탈계 플럭스 코어드 와이어는 Ti 함유량을 와이어 전체 질량당 0.5질량% 이하로 할 수 있다.
또 나아가, 본 발명의 가스 쉴드 아크 용접용 메탈계 플럭스 코어드 와이어는 S 함유량을 와이어 전체 질량당 0.009질량% 이하로 할 수 있다.
본 발명에 따른 용접 방법은, 전술한 메탈계 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, 강 전체 질량당 Si를 0.1~1.0질량% 함유하는 강으로 이루어지는 피용접재를 가스 쉴드 아크 용접한다.
이 용접 방법에서는, 예컨대, 쉴드 가스 전체 체적당, Ar 95~100체적% 및 산화성 가스 0~5체적%로 이루어지는 쉴드 가스를 이용할 수 있다.
산화성 가스는 CO2 및 O2의 적어도 어느 1종의 가스라도 좋다.
본 발명에 의하면, 메탈계 플럭스 코어드 와이어에 극히 소량의 산화물을 첨가함으로써, 양호한 내 고온 균열성과 뛰어난 도장 밀착성이 양립한 용접부를 얻을 수 있다.
도 1은 산화 피막 형성의 개념도,
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 메탈계 플럭스 코어드 와이어를 이용한 용접 방법을 나타내는 개념도.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하에 설명하는 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 대해 "중량%"와 "질량%"는 동의어이다. 또한, 수치범위를 나타내는 「~」란, 그 전후에 기재된 수치를 하한치 및 상한치로서 포함하는 의미로 사용된다.
(산화 피막의 밀착성 향상 기구)
도 1은 산화 피막 형성의 개념도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 용접 비드(용접 금속(1))의 표면은, 용융 금속(용융지(2))이 응고한 후에 쉴드 가스(3)나 대기 중의 산소(O2)에 의해 산화되기 때문에, 쉴드 가스(3)에 Ar과 같은 희가스를 이용하여 용접을 실행해도, 두께 수㎛ 정도의 산화 피막(4)이 불가피하게 생성되어 버린다. 종래, 전착 도장 처리를 실행하는 경우, 전처리로서 인산 아연 처리가 실행되고 있지만, 예컨대 강판 표면에 산화 피막이 존재하고 있으면, 이 산화 피막이 인산 아연 피막의 생성을 저해하기 때문에, 치밀한 인산 아연 피막을 형성할 수 없다. 그리고, 그러한 개소에서는 전착 도장막의 밀착성이 저하된다.
또한, 용접 금속(1)의 표면에 불가피하게 생성되는 산화 피막(4)은 통상 매우 물러서, 벗겨져 떨어지기 쉽다. 이러한 이유로 인해, 용접부는 도장 밀착성이 가장 나빠서, 부식의 원인이 되는 개소인 것으로 인식되고 있다.
그래서, 본 발명자는, 전술한 문제를 해결하기 위해서 예의 실험 검토를 실행한 결과, 메탈계 와이어에 Si, Cr 및 Ni로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 산화물을 특정량 첨가하면, 용접 후의 비드 표면에 파이어 라이트 등의 밀착성이 높은 산화 피막을 형성할 수 있는 것을 발견했다.
(메탈계 플럭스 코어드 와이어)
본 실시형태의 메탈계 플럭스 코어드 와이어는 강제 외피에 플럭스를 충전한 것이며, 가스 쉴드 아크 용접에 이용된다. 그리고, 본 실시형태의 메탈계 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량당, C를 0.02~0.30질량%, Si를 0.3~1.5질량%, Mn을 0.3~2.5질량%, 그리고 실리콘 산화물, 크롬 산화물 및 니켈 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 산화물을 총량으로 0.01~0.30질량%를 함유하는 동시에, S가 0.020질량% 이하, 그리고 금속의 형태 또는 합금의 형태로 함유되는 Al, Ca, Mg, K 및 Na의 총량이 0.3질량% 이하로 한다.
또한, 본 실시형태의 메탈계 플럭스 코어드 와이어는 전술한 각 성분 이외에 P나 Ti 등을 함유하고 있어도 좋다. 그 경우, 와이어 전체 질량당, 상한치로서, P 함유량이 0.020질량% 이하인 것이 바람직하다. 또한, Ti 함유량이 0.5질량% 이하인 것이 바람직하다.
나아가, 메탈계 플럭스는, 상한치로서, 상기 플럭스 전체 질량당 S 함유량이 0.025질량% 이하인 것이 바람직하다. 또한, S 함유량은 와이어 전체 질량당, 0.009질량% 이하가 바람직하다.
또한, 본 실시형태의 메탈계 플럭스 코어드 와이어에 있어서의 상기 이외의 성분, 즉, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.
본 실시형태의 메탈계 플럭스 코어드 와이어의 외경은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예컨대 0.8~2.0㎜이다. 또한, 플럭스 충전율은, 와이어 중의 각 성분이 전술한 범위 내이면, 임의의 값으로 설정할 수 있지만, 와이어의 신선성 및 용접시의 작업성(송급성 등)의 관점에서, 와이어 전체 질량의 10~25질량%로 하는 것이 바람직하다.
다음에, 본 실시형태의 메탈계 플럭스 코어드 와이어에 함유되는 각 성분의 수치 한정 이유에 대해 설명한다. 또한, 아래에 나타내는 각 성분의 함유량은, 와이어를 산 등에 용해시킨 후에 ICP(Inductively Coupled Plasma: 유도 결합 플라스마)법에 의해 측정함으로써 구할 수 있다.
[C: 0.02~0.30질량%]
C는 용접 금속의 강도를 향상시키는 효과가 있지만, C 함유량이 와이어 전체 질량당 0.02질량% 미만인 경우, 그 효과를 충분히 얻을 수 없어서, 용접부의 강도가 부족하다. 한편, C 함유량이 0.30질량%를 넘으면, 스팩터의 발생량이 증가하는 동시에, 강도가 과다해져서 균열이 발생하기 쉬워진다. 또한, 부착한 스팩터 근방에서, 강판의 도장 밀착성이 저하되는 것을 알고 있으며, 스팩터의 발생량은 도장 밀착성에 큰 영향을 미친다.
따라서, C 함유량은 와이어 전체 질량당 0.02~0.30질량%로 한다. 또한, 도장 밀착성 향상의 관점에서, C 함유량은 0.02~0.15질량%로 하는 것이 바람직하다.
[Si: 0.3~1.5질량%]
Si는 용접 비드의 지단(止端) 형상을 매끄럽게 해서 피로 강도를 향상시키는 효과가 있는 동시에, 대기 중의 산소와 반응해 파이어 라이트를 용접 비드 상에 형성하는 기능이 있다. 그러나, Si 함유량이 와이어 전체 질량당 0.3질량% 미만인 경우, 이러한 효과를 충분히 얻을 수 없어서, 산화 피막의 밀착성이 저하된다. 한편, Si 함유량이 와이어 전체 질량당 1.5질량%를 넘으면, 고온 균열이 발생하기 쉬워진다.
따라서, Si 함유량은 와이어 전체 질량당 0.3~1.5질량%로 한다. 또한, Si 함유량은 0.6~1.2질량%로 하는 것이 바람직하고, 이에 의해 더욱 밀착성이 높은 산화 피막을 형성하여, 추가로 고온 균열을 억제할 수 있다.
[Mn: 0.3~2.5질량%]
Mn은 용접 금속의 강도를 높이는 동시에, 용접 금속의 내 고온 균열성에 영향을 미치는 S를 MnS로서 고정하여, 고온 균열을 억제하는 효과가 있다. Mn 함유량이 와이어 전체 질량당 0.3질량% 미만인 경우, 이러한 효과를 충분히 얻을 수 없다. 한편, Mn 함유량이 와이어 전체 질량당 2.5질량%를 넘으면, 용접 금속이 과도하게 경화되어, 고온 균열이 발생하기 쉬워지는 동시에 인성도 저하된다. 따라서, Mn 함유량은 와이어 전체 질량당 0.3~2.5질량%로 한다.
[실리콘 산화물, 크롬 산화물 및 니켈 산화물: 0.01~0.30질량%]
실리콘 산화물, 크롬 산화물 및 니켈 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 산화물을 와이어에 첨가하는 것에 의해, 용접 비드 표면에 치밀한 산화 피막층이 형성되어, 도장의 박리 방지 및 용접부의 내식성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 실리콘 산화물, 크롬 산화물 및 니켈 산화물의 총 함유량이 와이어 전체 질량당 0.01질량% 미만인 경우, 충분한 두께의 산화 피막이 되지 않아서 이러한 효과를 충분히 얻을 수 없다. 또한, 실리콘 산화물, 크롬 산화물 및 니켈 산화물의 총 함유량이 0.30질량%를 넘으면, 잉여분이 산화 피막으로부터 분리된 슬래그를 형성하여, 용접 후에 슬래그 제거의 작업이 필요하거나, 또는 산화 피막이 필요 이상의 두께가 되어 벗겨지기 쉬워지므로, 도장 밀착성에 악영향을 미친다.
따라서, 실리콘 산화물, 크롬 산화물 및 니켈 산화물의 총 함유량은 와이어 전체 질량당 0.01~0.30질량%로 한다. 또한, 도막 밀착성 향상의 관점에서, 실리콘 산화물, 크롬 산화물 및 니켈 산화물의 총 함유량은 와이어 전체 질량당 0.015~0.15질량%로 하는 것이 바람직하다. 또한, 실리콘 산화물, 크롬 산화물 및 니켈 산화물은 적어도 1종이 포함되어 있으면, 전술한 효과를 얻을 수 있다.
실리콘 산화물, 크롬 산화물 및 니켈 산화물은 그 대부분이 플럭스에 함유 되어 있다. 즉, 플럭스는 실리콘 산화물, 크롬 산화물 및 니켈 산화물 중 적어도 1종의 산화물을 함유하고 있다. 그리고, 도막 밀착성 향상의 관점에서, 이들 산화물의 총 함유량은 플럭스 전체 질량당 0.1~1.0질량%로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 용접 비드 상에 생성되는 슬래그를 저감하면서, 도막 밀착성을 더욱 향상시킬 수 있다.
[S: 0.020질량% 이하(0질량%를 포함함)]
S는 산화 피막과 용접 금속의 계면에 저융점 화합물을 생성하여 산화 피막의 밀착성을 열화시키는 동시에, 고온 균열을 야기하는 원소이다. S 함유량이 와이어 전체 질량당 0.020질량%를 넘으면, 도막 밀착성이 저하하여, 고온 균열도 발생하기 쉬워진다.
따라서, S 함유량은 와이어 전체 질량당 0.020질량% 이하로 규제한다. 또한, S 함유량을 와이어 전체 질량당 0.009질량% 이하로 규제함으로써, 산화 피막과 용접 금속의 밀착성이 보다 양호해지기 때문에, 보다 바람직하다.
또한, S는 주로 플럭스에 함유되어 있어서, 도막 밀착성 향상의 관점에서, 플럭스 중에 포함되는 S량을 플럭스 전체 질량당 0.025질량% 이하로 규제하는 것이 바람직하고, 0.020질량% 이하로 규제하는 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 도막 밀착성을 더욱 향상시킬 수 있다.
[Al, Ca, Mg, K 및 Na: 0.3질량% 이하(0질량%를 포함함)]
플럭스 코어드 와이어에서는 알루미늄, 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 탈산제로서, 금속의 형태 또는 합금의 형태로 첨가할 수 있다. 그러나, 이들 탈산제는 쉴드 가스 중의 산화성 가스와 반응할 뿐만 아니라, 전술한 실리콘 산화물, 크롬 산화물 및 니켈 산화물로부터도 산소를 빼앗는다. 산화된 탈산제는 산화 피막의 일부가 되는 것 외에, 실리콘 산화물, 크롬 산화물 및 니켈 산화물은 탈산되면 금속이 되어, 산화 피막에 머물지 않고 용접 금속으로 이행한다. 이와 같이, 탈산제가 과잉으로 존재하면 산화 피막의 조성 및 두께에의 영향이 크다.
그래서, 본 실시형태의 메탈계 플럭스 코어드 와이어에서는, 밀착성이 높은 산화 피막을 형성하기 위해, Al, Ca, Mg, K 및 Na의 총 함유량을 와이어 전체 질량당 0.3질량% 이하로 규제한다. 또한, Al, Ca, Mg, K 및 Na의 총 함유량은, 도막 밀착성 향상의 관점에서, 와이어 전체 질량당 0.2질량% 이하로 규제하는 것이 바람직하다.
[P: 0.020질량% 이하(0질량%를 포함함)]
P는 고온 균열을 야기하는 원소이기 때문에, 그 함유량은 낮을수록 바람직하다. 구체적으로는, P 함유량이 와이어 전체 질량당 0.020질량%를 넘으면, 용접 금속의 내 고온 균열성이 저하된다.
따라서, P 함유량을 와이어 전체 질량당 0.020질량% 이하로 규제하는 것이 바람직하다. 또한, 용접 금속의 인성이나 연성에 미치는 영향도 고려하면, 0.015질량% 이하로 규제하는 것이 보다 바람직하다.
[Ti: 0.5질량% 이하(0질량%를 포함함)]
Ti는 아크 안정제로서 첨가되는 경우가 있는데, 그 함유량이 와이어 전체 질량당 0.5질량%를 넘으면, 비드 상에 형성되는 산화 피막에 영향을 미치는 경우가 있다. 따라서, Ti 함유량을 와이어 전체 질량당 0.5질량% 이하로 규제하는 것이 바람직하다. 또한, Ti 함유량은 금속 Ti뿐만이 아니라, 금속 이외의 형태(예컨대, 산화 티타늄)의 Ti 환산량도 포함한 합계로 한다.
[잔부]
본 실시형태의 메탈계 플럭스 코어드 와이어의 성분 조성에 있어서의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 본 실시형태의 메탈계 플럭스 코어드 와이어에 있어서의 불가피적 불순물로서는, Nb 및 B 등을 들 수 있다. 또한, 본 실시형태의 메탈계 플럭스 코어드 와이어에는, 전술한 각 성분 외에, 전술한 효과가 저해되지 않는 범위에서, Mo, W, 금속 Ni 및 금속 Cr 등이 첨가되어 있어도 좋다.
(용접 방법)
본 실시형태의 메탈계 플럭스 코어드 와이어는, 예컨대 쉴드 가스로서 아르곤 가스 또는 아르곤과 이산화탄소 혹은 산소와의 혼합 가스를 이용한 가스 쉴드 아크 용접에 이용된다.
도 2는 본 실시형태의 메탈계 플럭스 코어드 와이어를 이용한 용접 방법을 나타내는 개념도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 용접 비드(용접 금속(1)) 상에 생성되는 슬래그(5)의 발생 원인으로서는, 강판(모재(6))에 부착되어 있는 오염물이나 용접 와이어(7) 중의 산화물(산소) 및 쉴드 가스(3) 중의 산소를 들 수 있다.
그래서, 본 실시형태의 용접 방법에서는, 용접 와이어(7)에 산화물량이 매우 적은 메탈계의 플럭스 코어드 와이어를 사용하고, 쉴드 가스(3)에는, 쉴드 가스 전체 체적당, Ar 함유량이 95체적% 이상인 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 슬래그 발생량을 큰 폭으로 저감할 수 있다.
[쉴드 가스]
쉴드 가스 중에 산화성 가스가 과잉으로 포함되어 있으면, 플럭스 성분, 주로 탈산제를 산화하여, 슬래그를 발생시킨다. 이 슬래그가 산화 피막에 흡수되면 산화 피막의 조성이 변화한다. 구체적으로는, 쉴드 가스 중의 산화성 가스의 양이 쉴드 가스 전체 체적당 5체적%를 넘으면, 도막 밀착성이 악화된다.
따라서, 본 실시형태의 메탈계 플럭스 코어드 와이어에 의해 가스 쉴드 아크 용접하는 경우는, 쉴드 가스 중의 각 성분의 비율을, 쉴드 가스 전체 체적당, Ar를 95~100체적%로 하고, 산화성 가스를 0~5체적%로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상술한 산화성 가스란, 예컨대, CO2, O2, CO2와 O2의 혼합 가스 등을 의미하며, CO2 및 O2의 적어도 어느 1종의 가스가 바람직하다.
[피용접재]
본 실시형태의 용접 방법에 있어서의 피용접재(도 1 및 도 2에 있어서의 모재(6))는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 강 전체 질량당, Si를 0.1~1.0질량%로 함유하는 강으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 성분 조성을 가지는 강으로서는, 예컨대, 인장 강도가 440㎫급 이상의 고장력강 등을 들 수 있다.
본 실시형태의 메탈계 플럭스 코어드 와이어를 이들 강재의 가스 쉴드 아크 용접에 이용하면, 특히, 열영향부의 내식성 향상에 효과가 있다.
본 실시형태의 메탈계 플럭스 코어드 와이어는, 산화 피막 형성에 영향을 미치는 원소의 함유량을 특정의 범위로 하고 있기 때문에, 용접 비드의 표면에 밀착성이 높은 산화 피막을 형성할 수 있다. 그 결과, 종래의 용접 방법에 비해 용접부의 도장 밀착성이 향상되어, 도장 후의 용접 비드부의 부식 수명을 늘릴 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 들어서, 본 발명의 효과에 대해 구체적으로 설명한다. 본 실시예에서는, 하기의 표 1 및 표 2에 나타내는 조성의 실시예 및 비교예의 각 플럭스 코어드 와이어를 사용하고, 하기의 표 3에 나타내는 조성으로 두께 2.3㎜의 강판에 대해서, 하기의 표 4에 나타내는 조성의 쉴드 가스를 이용하여, 가스 쉴드 아크 용접에 의한 겹치기 필릿 용접을 실시하고, 그 용접부를 평가했다. 그때, 용접 조건은 용접 전류를 240A, 용접 속도를 100㎝/분으로 했다.
또한, 하기의 표 1 및 표 2에 나타내는 와이어 조성 및 하기의 표 3에 나타내는 강판 조성에 있어서의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 또한, 표 1 및 표 2에 나타내는, 와이어 조성(질량%)은 와이어 전체 질량에 대한 질량의 비율이며, 플럭스 중의 S량(질량%)은 플럭스 전체 질량에 대한 질량의 비율이다. 또한, 표 3에 나타내는 강판 조성(질량%)은 강판 전체 질량에 대한 질량의 비율이다. 나아가, 표 4에 나타내는 쉴드 가스 조성(체적%)은 쉴드 가스 전체 체적에 대한 체적의 비율이다.
[표 1]
Figure 112017106195936-pct00001
[표 2]
Figure 112017106195936-pct00002
[표 3]
Figure 112017106195936-pct00003
[표 4]
Figure 112017106195936-pct00004
실시예 및 비교예의 각 시험체의 평가는 이하에 나타내는 방법으로 실행했다.
<슬래그의 유무>
용접 직후의 시험체를 육안으로 및 현미경으로 관찰하여, 비드 시에 슬래그가 생성되지 않았던 것을 ○(양호), 길이 1㎜ 이하의 슬래그가 단속적으로 생성되어 있던 것을 △(가능), 길이가 1㎜를 넘는 슬래그가 단속적 또는 연속적으로 생성되어 있던 것을 ×(불가)로 했다.
<산화 피막 밀착성>
용접 후 24시간 이상 경과한 시험체의 용접부에, 세키스이 가가쿠 고교 가부시키가이샤 셀로테이프(등록상표) No. 252를, 눈으로 보아 기포가 발생하지 않은 상태로 밀착시킨 후, 1초 이내에 모두 벗겨지는 속도로 당겨 벗기고, 테이프에 부착되어 있는 산화 피막의 면적을 계측했다. 비드 상의 평가는, 테이프와 밀착하고 있는 비드의 면적에 대해서, 산화 피막의 박리 면적이 5% 미만이었던 것을 ○(양호), 5% 이상 10% 이하인 것을 △(가능), 10%를 넘는 것을 ×(불량)로 했다. 또한, HAZ(열영향부)에 대해서는 박리 개소가 2개소 이하인 것을 ○(양호), 3개소 이상인 것을 ×(불량)로 했다.
<고온 균열>
JIS Z3155: 1993에 근거하여, C형 구속 균열 시험을 실시했다. 그때, 용접 전류를 280A, 용접 속도를 70, 100 또는 120㎝/분으로 했다. 그 후, X선 투과 시험을 실시하여, 균열이 생겼던 것을 ×(불량), 균열이 없었던 것을 ○(양호)로서 평가했다.
이상의 결과를 하기의 표 5에 정리하여 나타낸다.
[표 5]
Figure 112017106195936-pct00005
상기 표 5에 나타내는 바와 같이, No. 35의 메탈계 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량당의 C 함유량이 0.3질량%를 넘고 있었기 때문에, 용접 금속에 고온 균열이 발생했다. 또한, No. 36의 메탈계 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량당의 Si 함유량이 0.3질량%에 미치지 않기 때문에, 산화 피막의 밀착성이 저하했다. 한편, No. 37의 메탈계 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량당의 Si 함유량이 1.5질량%를 넘고 있었기 때문에, 용접 금속에 고온 균열이 발생했다.
No. 38의 메탈계 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량당의 Mn 함유량이 2.5질량%를 넘고 있기 때문에, 용접 금속에 고온 균열이 발생했다. No. 39~42의 메탈계 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량당의, 금속의 형태 또는 합금의 형태로 함유되는 Al, Ca, Mg, K 및 Na의 합계의 함유량이 0.3질량%를 넘고 있기 때문에, 모두 산화 피막의 밀착성이 저하했다.
No. 43의 메탈계 플럭스 코어드 와이어는, Si 산화물, Cr 산화물 및 Ni 산화물의 합계의 함유량이 와이어 전체 질량당 0.01질량%에 미치지 않기 때문에, 산화 피막의 밀착성이 저하했다. 한편, No. 44~46의 메탈계 플럭스 코어드 와이어는, Si 산화물, Cr 산화물 및 Ni 산화물의 합계의 함유량이 와이어 전체 질량당 0.30질량%를 넘고 있기 때문에, 비드 중앙부 및 비드 지단부의 양쪽 모두에 슬래그가 생성되었다. 또한, No. 47의 메탈계 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량당의 C 함유량이 0.02질량%에 미치지 않기 때문에, 산화 피막의 밀착성이 저하했다.
이에 대해서, No. 1~34의 메탈계 플럭스 코어드 와이어는, 내 고온 균열성이 양호하고, 또한 용접부의 도장 밀착성도 우수했다. 다만, No. 33은, 쉴드 가스 전체 체적당 5체적%를 넘는 양의 O2를 포함한 쉴드 가스를 이용하고 있으며, No. 34는 쉴드 가스 전체 체적당 5체적%를 넘는 양의 CO2를 포함한 쉴드 가스를 이용하고 있기 때문에, 길이 1㎜ 이하이지만, 단속적으로 슬래그가 생성되었다.
이상의 결과로부터, 본 발명에 의하면, 내 고온 균열성이 양호하고, 도장 밀착성이 뛰어난 용접부를 얻을 수 있는 것이 확인되었다.
본 발명의 실시형태는, 이하와 같은 구성을 취할 수 있다.
[1] 강제 외피 내에 플럭스가 충전된 메탈계 플럭스 코어드 와이어로서, 와이어 전체 질량당,
C를 0.02~0.30질량%,
Si를 0.3~1.5질량%,
Mn을 0.3~2.5질량%, 그리고
실리콘 산화물, 크롬 산화물 및 니켈 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 산화물을 총량으로 0.01~0.30질량%를 함유하는 동시에,
S가 0.020질량% 이하, 그리고
금속의 형태 또는 합금의 형태로 함유되는 Al, Ca, Mg, K 및 Na의 총량이 0.3질량% 이하이며,
잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는,
가스 쉴드 아크 용접용 메탈계 플럭스 코어드 와이어.
[2] P 함유량이 와이어 전체 질량당 0.020질량% 이하인, 상기 [1]에 기재된 가스 쉴드 아크 용접용 메탈계 플럭스 코어드 와이어.
[3] 상기 메탈계 플럭스에 있어서의 S 함유량이 상기 메탈계 플럭스 전체 질량당 0.025질량% 이하인, 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 가스 쉴드 아크 용접용 메탈계 플럭스 코어드 와이어.
[4] Ti 함유량이 와이어 전체 질량당 0.5질량% 이하인, 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 가스 쉴드 아크 용접용 메탈계 플럭스 코어드 와이어.
[5] S 함유량이 와이어 전체 질량당 0.009질량% 이하인, 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 가스 쉴드 아크 용접용 메탈계 플럭스 코어드 와이어.
[6] 상기 [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 메탈계 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, 강 전체 질량당 Si를 0.1~1.0질량% 함유하는 강으로 이루어지는 피용접재를 가스 쉴드 아크 용접하는 용접 방법.
[7] 쉴드 가스 전체 체적당, Ar 95~100체적% 및 산화성 가스 0~5체적%로 이루어지는 쉴드 가스를 이용하는, 상기 [6]에 기재된 용접 방법.
[8] 상기 산화성 가스가 CO2 및 O2의 적어도 어느 1종의 가스인, 상기 [7]에 기재된 용접 방법.
본 발명을 상세하게, 또한 특정의 실시형태를 참조해서 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하는 일 없이 여러 가지 변경이나 수정을 더할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 분명하다. 본 출원은 2015년 4월 28일 출원의 일본 특허 출원(특원2015-091985)에 근거하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 통합된다.
1: 용접 금속 2: 용융지
3: 쉴드 가스 4: 산화 피막
5: 슬래그 6: 모재
7: 용접 와이어

Claims (8)

  1. 강제 외피 내에 메탈계 플럭스가 충전된 메탈계 플럭스 코어드 와이어에 있어서,
    와이어 전체 질량당,
    C를 0.02~0.30질량%,
    Si를 0.3~1.5질량%,
    Mn을 0.3~2.5질량%, 그리고
    실리콘 산화물, 크롬 산화물 및 니켈 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 산화물을 총량으로 0.01~0.30질량%를 함유하는 동시에,
    S가 0.020질량% 이하, 그리고
    금속의 형태 또는 합금의 형태로 함유되는 Al, Ca, Mg, K 및 Na의 총량이 0.3질량% 이하이며,
    잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는
    가스 쉴드 아크 용접용 메탈계 플럭스 코어드 와이어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 메탈계 플럭스 코어드 와이어는 P를 더 함유하고,
    P 함유량이 와이어 전체 질량당 0.020질량% 이하인
    가스 쉴드 아크 용접용 메탈계 플럭스 코어드 와이어.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 메탈계 플럭스는 메탈계 플럭스 전체 질량당 0.025질량% 이하의 S를 함유하는
    가스 쉴드 아크 용접용 메탈계 플럭스 코어드 와이어.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 메탈계 플럭스 코어드 와이어는 Ti를 더 함유하고,
    Ti 함유량이 와이어 전체 질량당 0.5질량% 이하인
    가스 쉴드 아크 용접용 메탈계 플럭스 코어드 와이어.
  5. 제 1 항에 있어서,
    S 함유량이 와이어 전체 질량당 0.009질량% 이하인
    가스 쉴드 아크 용접용 메탈계 플럭스 코어드 와이어.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 메탈계 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, 강 전체 질량당 Si를 0.1~1.0질량% 함유하는 강으로 이루어지는 피용접재를 가스 쉴드 아크 용접하는
    용접 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    쉴드 가스 전체 체적당, Ar 95~100체적% 및 산화성 가스 0~5체적%로 이루어지는 쉴드 가스를 이용하는
    용접 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 산화성 가스가 CO2 및 O2의 적어도 어느 1종의 가스인
    용접 방법.
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