KR102256609B1 - 하이브리드 용접기에 사용되는 교육용 용접봉 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 용접기에 사용되는 교육용 용접봉에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 향상된 가공성을 가져 다양한 종류의 용접기에 사용될 수 있으면서도 높은 기계적 강도를 나타내는, 하이브리드 용접기용 용접봉에 관한 것이다.

Description

하이브리드 용접기에 사용되는 교육용 용접봉{WELDING ROD FOR TRAINING USED IN HYBRID WELDING MACHINE}
본 발명은 하이브리드 용접기에 사용되는 교육용 용접봉에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 향상된 가공성을 가져 다양한 종류의 용접기에 사용될 수 있으면서도 높은 기계적 강도를 나타내는, 하이브리드 용접기용 용접봉에 관한 것이다.
용접(welding)은, 같거나 또는 다른 두가지의 고상 재료를 가열 또는 가압하여 서로 원자 결합을 하도록 접합시키는 것을 의미한다. 이러한 용접의 방법으로는 아크 용접(arc welding), 저항 용접(resistance welding), 레이저 용접(laser welding) 등이 있다.
첫 번째로, 아크 용접은 아크 방전에 의한 아크의 발열을 이용한 용접 방법으로, 용접하려는 재료와 용접 토치 사이에 아크를 발생시켜 수득되는 열을 이용하여 상기 재료와 용접부의 표면을 녹인 뒤 그 용접부에 다시 용접 토치의 금속을 녹여 넣어 상호 접합시키는 것을 의미하며, 용접 토치 대신 탄소 전극이나 텅스텐 전극을 사용하는 경우도 있다.
두 번째로, 저항 용접(resistance welding)은 용접부에 매우 큰 전류를 보낼 때 발생되는 접합부의 접촉 저항에 의한 열을 이용하여 접합부를 용융 상태로 가열한 후 물리적인 압력으로 압착하여 용접하는 방법을 말한다.
마지막으로, 레이저 용접(laser welding)은 원자 또는 분자의 에너지 준위 사이의 유도 방사로 생긴 강력한 에너지를 지닌 광선을 이용하여 용접하는 방법을 의미한다.
이 중, 아크 용접은 불활성 가스 아크 용접과 탄산 가스 아크 용접으로 나누어지는데, 여기서 불활성 가스 아크 용접은 다시 텅스텐 전극을 이용하는 티그(tunfsten inert gas, TIG) 용접과, 용가재를 전극으로 이용하는 미그(metal inert gas, MIG) 용접으로 나뉘어진다.
상기 티그 용접은 플럭스(flux)를 사용하지 않아 슬래그(slag)가 발생하지 않으므로, 알루미늄이나 마그네슘 합금과 같은 금속에 매우 유리하게 적용할 수 있다. 또한, 상기 티그 용접은 텅스텐 전극으로부터의 용융 금속의 이행이 없으므로, 그에 따른 아크의 불안정 및 스패터의 발생이 없으며 작업성이 좋고 용접 품질의 신뢰성이 매우 높은 장점을 가지고 있다.
이러한 티그 용접에 사용되는 용접봉은 솔리드 와이어 형태로 생산이 된다. 즉, 모합금을 티그 용접용 용접봉 성분계에 맞추어 주조한 후, 선재로 만들어 최종적으로 직경 약 1.6 mm 내지 약 2.4 mm의 솔리드 와이어를 제조한 후, 직선화 및 절단 작업을 거쳐 티그 용접용 용접봉을 생산한다.
그러나, 이렇게 제조되는 용접봉은 낮은 기계적 강도를 가지거나, 높은 기계적 강도를 가지더라도 실제 용접 시 용접 이음부의 기계적 강도가 낮은 경우가 많으므로, 많은 양의 합금 성분을 이용하여 고강도의 용접봉을 제조하고 있는 실정이다.
다만, 상기와 같이 많은 양의 합금 성분이 들어가게 되면 그에 따라 여러 번의 열처리 공정을 거쳐야 하는 등 가공성을 향상시키는 데에 많은 비용과 시간이 소모되므로, 높은 기계적 강도를 가지면서도 향상된 가공성을 가져 다양한 종류의 티그 용접기에 사용될 수 있는 용접봉의 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2018-0089310호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 향상된 가공성을 가져 다양한 종류의 용접기에 사용될 수 있으면서도 높은 기계적 강도를 나타내는, 하이브리드 용접기용 용접봉을 제공하고자 한다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 분명해질 것이다.
상기 목적은, 철 20 내지 60 중량부, 탄소 0.1 내지 1 중량부, 망간 0.5 내지 3 중량부, 크롬 10 내지 30 중량부, 규소 0.01 내지 0.05 중량부, 니켈 1 내지 15 중량부, 몰리브덴 0.1 내지 5 중량부, 은 3 내지 5 중량부, 및 백금 0.5 내지 5 중량부를 포함하는, 하이브리드 용접기용 용접봉으로서, 상기 용접봉의 표면은 직경 3 nm 내지 50 nm의 메조기공 및 직경 0.1 nm 내지 2 nm의 나노기공이 다수 형성되어 있는, 하이브리드 용접기용 용접봉에 의해 달성될 수 있다.
구체적으로, 상기 용접봉은, 알칼리금속 나프탈레나이드계 화합물 및 수용성 천연 고분자를 추가 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 용접봉은 알칼리금속 나프탈레나이드계 화합물 0.01 내지 3 중량부 및 수용성 천연 고분자 0.5 내지 5 중량부를 추가 포함하는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 알칼리금속 나프탈레나이드계 화합물은, 소듐 나프탈레나이드(sodium naphthalenide), 리튬 나프탈레나이드(lithium naphthalenide), 또는 포타슘 나프탈레나이드(potassium naphthalenide)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 수용성 천연 고분자는, 키토산, 키토산염, 키토산 유도체; 덱스트란, 덱스트란 유도체; 히알루론산, 히알루론산염, 히알루론산 유도체; 펙틴, 팩틴염, 팩틴 유도체; 알긴산, 알긴산염, 알긴산염 유도체; 아가, 갈락토만난, 갈락토만난염, 갈락토만난 유도체; 잔탄, 잔탄염, 잔탄 유도체; 베타-사이클로덱스트린, 베타-사이클로덱스트린염, 베타-사이클로덱스트린 유도체; 아밀로오즈, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명은 하이브리드 용접기에 사용되는 교육용 용접봉에 관한 것으로, 상기 용접봉은, 용접봉의 표면에 직경 3 nm 내지 50 nm의 메조기공 및 직경 0.1 nm 내지 2 nm의 나노기공을 다수 포함함으로써 기계적 강도를 감소시키지 않고도 뛰어난 가공성을 가져, 다양한 종류의 용접기에 사용될 수 있다는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 용접기용 용접봉은, 은, 백금, 알칼리금속 나프탈레나이드계 화합물 및 수용성 천연 고분자를 특정 범위의 중량부로 포함함으로써, 상기 성분들을 포함하지 않는 용접봉과 비교하여 더 높은 기계적 강도, 구체적으로는 인장 강도를 나타내어 용접 작용 시 안정적인 작업을 수행할 수 있으며, 상기 용접봉을 이용하여 용접 시 용접 이음부의 충격 인성 및 항복 강도를 향상시켜 용접 작업성을 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다.
도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 "부"란, 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.
각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원의 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 측면은, 철 20 내지 60 중량부, 탄소 0.1 내지 1 중량부, 망간 0.5 내지 3 중량부, 크롬 10 내지 30 중량부, 규소 0.01 내지 0.05 중량부, 니켈 1 내지 15 중량부, 몰리브덴 0.1 내지 5 중량부, 은 3 내지 5 중량부, 및 백금 0.5 내지 5 중량부를 포함하는, 하이브리드 용접기용 용접봉으로서, 상기 용접봉의 표면은 직경 3 nm 내지 50 nm의 메조기공 및 직경 0.1 nm 내지 2 nm의 나노기공이 다수 형성되어 있는 하이브리드 용접기용 용접봉을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 철(Fe)은 하이브리드 용접기용 용접봉을 형성하는 주요 원소로서, 상기 용접봉 전체 중량 대비 약 20 내지 약 60 중량부로 포함된다. 상기 철의 함량은 철을 제외한 나머지 구성 성분의 함량에 따라 자유롭게 변경될 수 있으나, 약 20 중량부 미만으로 포함될 경우 용접봉을 이용한 용접이 불가할 수 있으며, 약 60 중량부를 초과하여 포함될 경우 고온에서 낮은 기계적 강도를 나타낼 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄소(C)는 용접 시 용접되는 이음부의 강도 및 인장 강도를 확보할 수 있는 오스테나이트 안정화 원소이다. 상기 용접봉의 탄소 함량이 상기 용접봉 전체 중량 대비 약 1 중량부를 초과할 경우, 용접 시 이산화탄소 기체 발생량이 증가하여 용접 시 이음부의 결함을 유발할 수 있으므로, 상기 탄소의 함량은 약 0.1 내지 1 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 상기 망간(Mn)은 오스테나이트를 생성시키는 원소로서, 상기 망간의 함량이 상기 용접봉 전체 중량 대비 약 0.5 중량부 미만으로 포함될 경우 저온에서 매우 낮은 인장 강도를 나타내며, 약 3 중량부를 초과할 경우 고온에서는 균열이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 망간은 상기 용접봉 전체 중량 대비 약 0.5 중량부 내지 약 3 중량부로 포함되어야 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 크롬(Cr)은 상기 용접봉 전체 중량 대비 약 10 내지 약 30 중량부로 포함되는 원소로서, 상기 크롬을 포함함에 따라 상기 용접봉의 인장 강도가 향상되는 것일 수 있다. 그러나, 상기 크롬이 약 30 중량부를 초과하여 포함될 경우 극저온에서 기계적 강도가 하락할 수 있으므로, 상기 크롬은 약 10 내지 약 30 중량부, 구체적으로는 약 23 내지 약 27 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 상기 규소(Si)는 용접되는 이음부의 탈산 효과를 위해 첨가되는 원소이다. 상기 규소가 상기 용접봉 전체 중량 대비 0.01 중량부 미만 또는 약 0.05 중량부를 초과하여 포함될 경우 저온에서 충격 강도가 하락할 수 있으므로, 상기 규소는 약 0.01 내지 약 0.05 중량부, 구체적으로는 약 0.02 내지 0.04 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 상기 하이브리드 용접기용 용접봉은, 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 및 백금(Pt)을 각각 니켈 약 1 내지 약 15 중량부, 몰리브덴 약 0.1 내지 약 5 중량부, 은 약 3 내지 약 5 중량부, 및 백금 약 0.5 내지 약 5 중량부로 포함할 수 있다. 상기 니켈, 몰리브덴, 은 및 백금은 용접봉의 기계적 강도, 구체적으로는 인장 강도를 향상시키거나, 또는 용접봉을 이용한 용접 시 용접 이음부의 충격 인성 및 항복 강도를 향상시키기 위해 포함되는 원소이다.
일 실시예에 있어서, 상기 니켈, 몰리브덴, 은 및 백금을 상기와 같은 중량부로 포함함에 따라 용접봉 자체의 기계적 강도를 향상시키면서도 용접 시 용접봉을 보다 쉽게 가공할 수 있고, 용접 이음부의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 하이브리드 용접기용 용접봉은 표면에 메조기공(mesopore) 및 나노기공(nanopore)이 다수 형성된 다공성 표면을 가지는 것일 수 있다. 메조기공은 그 직경이 약 3 내지 50 nm인 기공이며, 나노기공은 직경이 약 0.1 내지 2 nm인 기공을 의미한다.
일 실시예에 있어서, 상기 용접봉 표면에 형성된 기공의 양은 메조기공보다 나노기공이 더 많은 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 다공성인 용접봉 표면에서 나노기공의 수가 약 80% 이상을 차지할 수 있으며, 나머지 약 20%가 메조기공일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 용접봉은 그 표면에 메조기공 및 나노기공이 다수 포함된 다공성 구조를 가짐으로써, 용접 시 용융이 빠르게 일어나 그 가공성이 우수할 수 있다. 또한, 상기 기공의 크기가 약 50 nm를 초과하지 않는 나노 스케일의 미세한 것이므로, 상기 용접봉의 인장 강도를 하락시키지 않으면서도 향상된 가공을 가지게 하는 것일 수 있다.
만약, 상기 기공의 크기가 약 50 nm를 초과하는 마크로기공이 상기 용접봉 표면에 다수 형성될 경우, 가공성은 더욱 향상될 수도 있으나 커다란 기공으로 인해 인장 강도가 하락할 수 있으므로, 상기 용접봉 표면에 형성되는 기공은 직경 약 3 nm 내지 약 50 nm의 마크로기공 및 직경 약 0.1 nm 내지 약 2 nm의 나노기공인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 용접봉 표면에 형성되는 메조기공의 크기는 직경 약 3 내지 약 10 nm일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 하이브리드 용접기용 용접봉은 알칼리금속 나프탈레나이드계 화합물을 추가 포함할 수 있다. 상기 알칼리금속 나프탈레나이드계 화합물은 하이브리드 용접기용 용접봉의 기계적 강도를 향상시키기 위한 것으로서, 상기 용접봉 전체 중량을 기준으로 약 0.01 내지 약 3 중량부로 포함됨으로써 상기 용접봉의 기계적 강도, 구체적으로는 인장 강도를 향상시킬 수 있으며, 용접봉을 이용한 용접 시 용접 이음부의 충격 인성 및 항복 강도를 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 알칼리금속 나프탈레나이드계 화합물은 소듐 나프탈레나이드(sodium naphthalenide), 리튬 나프탈레나이드(lithium naphthalenide), 또는 포타슘 나프탈레나이드(potassium naphthalenide)를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 알칼리금속 나프탈레나이드계 화합물로서 리튬 나프탈레나이드를 포함할 경우, 하이브리드 용접기용 용접봉 자체의 기계적 강도, 구체적으로는 인장 강도가 향상될 수 있으며, 상기 용접봉을 이용하여 용접 시 용접 이음부의 충격 인성 및 항복 강도가 향상될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 알칼리금속 나프탈레나이드계 화합물이 상기 용접봉 100 중량부 대비 약 0.01 중량부 미만으로 포함될 경우, 알칼리금속 나프탈레나이드계 화합물 첨가로 인한 기계적 강도 향상 효과가 미미할 수 있으며, 약 5 중량부를 초과하여 포함될 경우 제조되는 용접봉 또는 용접봉을 이용한 용접 이음부의 기계적 강도가 오히려 하락할 수 있으므로, 상기 알칼리금속 나프탈레나이드계 화합물의 함량은 상기 용접봉 100 중량부 대비 약 0.01 내지 약 5 중량부인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 알칼리금속 나프탈레나이드계 화합물의 함량은 약 0.01 내지 약 3 중량부, 약 0.01 내지 약 1 중량부, 약 1 내지 약 5 중량부, 또는 약 1 내지 약 2 중량부일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 하이브리드 용접기용 용접봉은 알칼리금속 나프탈레나이드계 화합물과 함께 수용성 천연 고분자를 추가 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 수용성 천연 고분자는 상기 용접봉 전체 중량을 기준으로 약 0.5 내지 약 5 중량부로 포함될 수 있다. 상기 수용성 천연 고분자가 약 0.5 중량부 미만으로 포함될 경우 상기 용접봉에 충분한 가공성을 부여할 수 없으며, 약 5 중량부를 초과하여 포함될 경우 용접봉 또는 용접봉을 이용한 용접 이음부의 기계적 강도가 오히려 하락할 수 있으므로, 상기 수용성 천연 고분자는 상기 용접봉 전체 중량을 기준으로 약 0.5 내지 약 5 중량부, 약 0.5 내지 약 3 중량부, 약 1 내지 약 5 중량부, 약 1 내지 약 3 중량부, 또는 약 3 내지 약 4 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 상기 수용성 천연 고분자는 키토산(chitosan), 키토산염, 키토산 유도체; 덱스트란(dextran), 덱스트란 유도체; 히알루론산, 히알루론산염, 히알루론산 유도체; 펙틴(pectin), 팩틴염, 팩틴 유도체; 알긴산(alginic acid), 알긴산염, 알긴산염 유도체; 아가(agar), 갈락토만난(galactomannans), 갈락토만난염, 갈락토만난 유도체; 잔탄(xanthan), 잔탄염, 잔탄 유도체; 베타-사이클로덱스트린(beta-cyclodextrin), 베타-사이클로덱스트린염, 베타-사이클로덱스트린 유도체; 및 아밀로오즈(amylose, 수용성 전분)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
구체적으로, 상기 수용성 천연 고분자는 덱스트란 유도체일 수 있다. 덱스트란은 사탕수수가 세균에 의해 분해된, 포도당 중합체로서 D-글루코오스로 중합되는 세균성 다당류(polysaccharide)의 일종이며, 약 3 내지 약 2000 kDa에 이르는 다양한 길이의 사슬로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 덱스트란 유도체는 아카시아 검(acacia gum), 또는 트라가칸친(tragacanthin)을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 하이브리드 용접기용 용접봉은 그 단면의 직경이 약 1.0 mm 내지 약 5.0 mm일 수 있다. 상기 용접봉 단면의 직경 길이가 약 1.0 mm 미만일 경우 용접 시 용융량이 많이 발생하여 용접봉으로서의 기능을 발휘하지 못할 수 있으며, 약 5.0 mm을 초과할 경우 용접이 충분히 용융되지 못할 수 있으므로, 상기 용접봉 단면의 직경 길이는 약 1.0 mm 내지 약 5.0 mm, 약 1.0 mm 내지 약 3.5 mm, 약 1.0 mm 내지 약 2.5 mm, 약 1.0 mm 내지 약 2.0 mm, 약 2.0 mm 내지 약 2.5 mm, 또는 약 2.5 mm 내지 약 4.0 mm일 수 있다. 구체적으로는, 약 1.5 내지 약 2.4 mm일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 용접봉은 상기 용접봉 100 중량부에 대하여 철 약 20 내지 약 60 중량부, 탄소 약 0.1 내지 약 1 중량부, 망간 약 0.5 내지 약 3 중량부, 크롬 약 10 내지 약 30 중량부, 규소 약 0.01 내지 약 0.05 중량부, 니켈 약 1 내지 약 15 중량부, 몰리브덴 약 0.1 내지 약 5 중량부, 은 약 3 내지 약 5 중량부, 백금 약 0.5 내지 약 5 중량부, 리튬 나프탈레나이드 약 0.01 내지 약 3 중량부 및 트라가칸친 약 0.5 내지 약 5 중량부를 포함할 수 있으며, 상기와 같은 중량부의 구성 성분을 포함함에 따라, 용접봉 자체의 인장 강도를 높게 유지하면서도 가공성을 향상시킬 수 있고, 용접봉을 이용한 용접 이음부의 충격 인성 및 항복 강도를 향상시킬 수 있다.
이하, 구체적인 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1 내지 실시예 3]
하기 표 1의 구성 성분을 혼합하여 단면의 직경 길이가 1.6 mm가 되도록 금속 와이어를 형성하고, 형성된 금속 와이어를 양극산화(anodization) 기술을 이용해 표면 처리를 실행함으로써 평균 직경 0.5 nm의 나노기공 및 5 nm의 메조기공을 다수 포함하는 하이브리드 용접기용 용접봉을 제조하였다. 하기 표 1의 조성에 따라, 제조된 하이브리드 용접기용 용접봉들을 실시예 1 내지 실시예 3으로 명명하였다.
용접봉의 화학성분(중량부) 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
Fe(철) 49.37 47.87 44.37 49.37
C(탄소) 0.70 0.70 0.70 0.70
Mn(망간) 2.00 2.00 2.00 2.00
Cr(크롬) 25.50 25.50 25.50 25.50
Si(규소) 0.03 0.03 0.03 0.03
Ni(니켈) 12.20 12.20 12.20 12.20
Mo(몰리브덴) 3.45 3.45 3.45 3.45
Ag(은) 4.25 4.25 4.25 4.25
Pt(백금) 2.50 2.50 2.50 2.50
lithium naphthalenide
(리튬 나프탈레나이드)		 - 1.50 1.50 -
Tragacanthin(트라가칸친) - - 3.50 -
합계 100.00 100.00 100.00 100.00
[비교예]
상기 실시예 1 내지 실시예 3과 동일한 방법으로 상기 표 1의 성분을 이용하여 제조하되, 형성된 금속 와이어들에 대해 표면 처리를 진행하지 않고 하이브리드 용접기용 용접봉을 제조하였다. 제조된 용접봉을 비교예로 명명하였다.
[실험예 1: 인장 강도 측정]
상기 실시예 1 내지 실시예 3, 및 비교예에서 제조된 하이브리드 용접기용 용접봉 자체에 대해, 표점간 거리(GL)를 250 ㎜으로, 인장 속도를 50 ㎜/min으로 하여 인장 강도를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
인장 강도(MPa) 510 620 680 440
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 표면에 나노기공 및 메조기공을 포함하지 않는 비교예의 용접봉과 비교하여, 표면에 나노기공 및 메조기공을 다수 포함하는 실시예 1 내지 실시예 3의 용접봉이 더 높은 인장 강도를 나타냈음을 확인할 수 있었다. 또한, 리튬 나프탈레나이드 및 트라가칸친을 포함하지 않는 실시예 1, 및 리튬 나프탈레나이드와 트라가칸친 중 하나만을 포함하는 실시예 2의 용접봉보다, 리튬 나프탈레나이드 및 트라가칸친을 모두 포함하는 실시예 3의 인장 강도가 향상되었다. 이는, 리튬 나프탈레나이드와 트라가칸친을 용접봉의 구성 성분으로 포함함에 따라, 용접봉의 기계적 물성이 향상되었음을 입증하는 것이다.
[실험예 2: 용접 작업성 평가]
상기 실시예 1 내지 실시예 3, 및 비교예에서 제조된 하이브리드 용접기용 용접봉에 대해, 매크로 방식에 의한 육안 관찰을 통해 각각 용접 작업성을 평가하여 하기 표 3에 나타내었다.
용접 작업성 평가를 위한 용접은 -196℃에서 25 J/mm 이상의 충격 인성을 나타내는 판재(극저온 배관 제작용)를 모재로하여 TIG 용접으로 실시하였으며, 220 A의 용접 전류 및 25 cm/min의 용접 속도에서 불활성 기체로서 아르곤(Ar) 가스를 공급하여 진행하였다. 평가 결과는 각각 우수(상), 보통(중), 불량(하)로 표기하였다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
용접 작업성 평가 결과 중 상 상 하
상기 표 3의 용접 작업성 평가 결과, 표면에 메조기공 및 나노기공을 포함하지 않는 비교예의 용접봉의 경우 불량(하)로 기준을 만족시키지 못했으며, 표면에 메조기공 및 나노기공을 다수 포함하는 실시예 1 내지 실시예 3의 용접봉의 경우 모두 우수한 용접 작업성을 나타냄을 확인하였다. 즉, 용접봉의 표면이 메조기공 및 나노기공을 포함할 경우, 용접 시 그 작업성이 향상될 수 있다는 것을 입증하였다.
[실험예 3: 충격 인성 및 항복 강도 측정]
상기 실시예 1 내지 실시예 3, 및 비교예에서 제조된 하이브리드 용접기용 용접봉을 이용하여 용접 수행 후, 샤르피 충격 인성 및 용접 이음부의 항복 강도를 각각 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
충격 인성(J/mm) 39 52 68 균열 발생
항복 강도(MPa) 380 415 482 -
상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 표면에 메조기공 및 나노기공을 포함하지 않는 비교예의 용접봉을 이용하여 용접을 실시한 경우 균열이 발생하였고, 본 발명의 조성에 따라 제조된 실시예 1 내지 실시예 3의 용접봉을 이용하여 용접을 실시한 경우 -196℃에서 25 J/mm 이상의 충격 인성을 나타내며, 높은 항복 강도를 나타낸 것을 확인할 수 있었다.
본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

Claims (3)

  1. 하이브리드 용접기용 용접봉으로서,
    상기 용접봉은, 상기 용접봉 100 중량부를 기준으로,
    철 20 내지 60 중량부, 탄소 0.1 내지 1 중량부, 망간 0.5 내지 3 중량부, 크롬 10 내지 30 중량부, 규소 0.01 내지 0.05 중량부, 니켈 1 내지 15 중량부, 몰리브덴 0.1 내지 5 중량부, 은 3 내지 5 중량부, 및 백금 0.5 내지 5 중량부를 포함하며,
    상기 용접봉의 표면은 직경 3 nm 내지 50 nm의 메조기공 및 직경 0.1 nm 내지 2 nm의 나노기공이 다수 형성되어 있는,
    하이브리드 용접기용 용접봉.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용접봉은,
    알칼리금속 나프탈레나이드계 화합물 0.01 내지 3 중량부 및 수용성 천연 고분자 0.5 내지 5 중량부를 추가 포함하는, 하이브리드 용접기용 용접봉.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 알칼리금속 나프탈레나이드계 화합물은, 소듐 나프탈레나이드, 리튬 나프탈레나이드, 또는 포타슘 나프탈레나이드를 포함할 수 있으며,
    상기 수용성 천연 고분자는, 키토산, 키토산염, 키토산 유도체; 덱스트란, 덱스트란 유도체; 히알루론산, 히알루론산염, 히알루론산 유도체; 펙틴, 팩틴염, 팩틴 유도체; 알긴산, 알긴산염, 알긴산염 유도체; 아가, 갈락토만난, 갈락토만난염, 갈락토만난 유도체; 잔탄, 잔탄염, 잔탄 유도체; 베타-사이클로덱스트린, 베타-사이클로덱스트린염, 베타-사이클로덱스트린 유도체; 아밀로오즈, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는, 하이브리드 용접기용 용접봉.
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