KR102612724B1 - Flux cored wire for horizontal electrogas arc welding - Google Patents
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Abstract
횡향 일렉트로가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어가 제공된다.
본 발명의 횡향 일렉트로가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어는, 금속 외피 내에 플럭스가 충전되어 있는 횡향 일렉트로가스 아크 용접용 플럭스 충전와이어에 있어서, 자체 중량%로, C:0.011~0.032%, Si:0.21~0.63%, Mn:1.47~2.10%, Mg:0.21~0.42%, Al:0.21.0~0.42%, Na:0.06~0.11%, K:0.13~0.21%, TiO2:1.89~2.31%, ZrO2:0.63~1.05%, SiO2:0.42~0.84%, Al2O3:0.11~0.32%, F:0.02~0.06%, 나머지는 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하며, 관계식 1을 만족한다. A flux-filled wire for transverse electrogas arc welding is provided.
The flux-filled wire for transverse electrogas arc welding of the present invention is a flux-filled wire for transverse electrogas arc welding in which the metal shell is filled with flux, and in percent by weight, C: 0.011 to 0.032%, Si: 0.21 to 0.21%. 0.63%, Mn: 1.47~2.10%, Mg: 0.21~0.42%, Al: 0.21.0~0.42%, Na: 0.06~0.11%, K: 0.13~0.21%, TiO 2 :1.89~2.31%, ZrO 2 :0.63~1.05%, SiO 2 :0.42~0.84%, Al 2 O 3 :0.11~0.32%, F:0.02~0.06%, the remainder includes iron (Fe) and inevitable impurities, and satisfies equation 1.
Description
본 발명은 아크용접용 플럭스 충전 와이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 횡향 일렉트로가스 아크 용접에서 용접성능이 우수한 플럭스 충전 와이어에 관한 것이다.The present invention relates to a flux-filled wire for arc welding, and more specifically, to a flux-filled wire with excellent welding performance in transverse electrogas arc welding.
용접(Welding)은 접합부에 아크 열원을 통해서 금속재료를 용융시켜 서로 다른 두 재료의 원자 결합을 재배열하여 결합시키는 방법이다. 이때, 아크발생과 동시에 용융금속을 설계할 수 있는 금속재료가 플럭스 충전 와이어(Flux cored wire) 용접봉이다. Welding is a method of combining two different materials by rearranging their atomic bonds by melting metal materials through an arc heat source at the joint. At this time, the metal material that can design molten metal at the same time as arc generation is a flux cored wire welding rod.
일반적인 플럭스 충전 와이어는 전자세로 용접을 할 수 있는 용접금속재료가 있으며, 조선소의 블록과 블록 사이에 틈을 메워 굳어서 용착금속을 만든다. 틈이 벌어질수록 플럭스 충전 와이어를 이용한 용접시간이 장시간 진행하여 용접구조물 제작과정이 길어지게 된다. General flux-filled wire has a welding metal material that can be welded in all directions, and it solidifies to fill the gap between blocks in a shipyard to create welded metal. As the gap opens, the welding time using the flux-filled wire lasts longer and the welded structure manufacturing process becomes longer.
이를 해결하기 위해 일렉트로가스 아크용접(Electro Gas Arc Welding;EGW)법을 이용한 플럭스 충전와이어를 사용한다. 일렉트로가스 아크 용접은 10 mm 이상의 금속판을 단일 패스로 용접할 수 있는 고효율 용접 방법으로 조선소외 대형저장탱크 및 철골 구조물의 입향상진 자동용접기법이다. 입향상진(vertical up) 자동용접 뿐만 아니라 최근에는 좌우방향 또는 수평방향(Horizontal)으로 이동하는 횡향 일렉트로가스 아크 용접기법이 개발하여 조선분야에 사용이 점차 확대하고 있다. 그러나 기존 입향상진 일렉트로가스 아크용접에 사용하는 용접재료인 플럭스 충전와이어는 횡향 일렉트로가스 아크용접에서 용접금속 결함 발생빈도가 높고 용접금속 흘러내림 및 용접성능이 저하가 되는 문제가 되고 있다.To solve this problem, a flux-charged wire using the Electro Gas Arc Welding (EGW) method is used. Electrogas arc welding is a highly efficient welding method that can weld metal plates of 10 mm or more in a single pass. It is an up-and-up automatic welding technique for large storage tanks and steel structures outside of shipbuilding. In addition to vertical up automatic welding, recently a lateral electrogas arc welding technique that moves left, right or horizontal has been developed and its use in the shipbuilding field is gradually expanding. However, flux-filled wire, a welding material used in existing vertical electrogas arc welding, has a high frequency of occurrence of weld metal defects in transverse electrogas arc welding, and is problematic in that weld metal flows down and deteriorates welding performance.
본 발명은 횡향 일렉트로가스 아크용접기법에 최적화 할 수 있는 용접금속 결함, 기계적인 성능(샤르피 충격시험, 인장시험), 그리고 용접성능을 만족하는 플럭스 충전와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다. The purpose of the present invention is to provide a flux-filled wire that satisfies weld metal defects, mechanical performance (Charpy impact test, tensile test), and welding performance that can be optimized for the transverse electrogas arc welding technique.
본 발명의 과제는 전술한 내용에 한정하지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 본 발명 명세서 전반에 걸친 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는 데 어려움이 없을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above-described content. Anyone skilled in the art to which the present invention pertains will have no difficulty in understanding the additional problems of the present invention from the overall content of the present invention specification.
본 발명의 일측면은, One aspect of the present invention is,
금속 외피 내에 플럭스가 충전되어 있는 횡향 일렉트로가스 아크 용접용 플럭스 충전와이어에 있어서, 자체 중량%로, C:0.011~0.032%, Si:0.21~0.63%, Mn:1.47~2.10%, Mg:0.21~0.42%, Al:0.21.0~0.42%, Na:0.06~0.11%, K:0.13~0.21%, TiO2:1.89~2.31%, ZrO2:0.63~1.05%, SiO2:0.42~0.84%, Al2O3:0.11~0.32%, F:0.02~0.06%, 나머지는 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 관계식 1을 만족하는 횡향 일렉트로가스 아크 용접용 플럭스 충전와이어에 관한 것이다. In the flux-filled wire for transverse electrogas arc welding in which the metal shell is filled with flux, in percent by weight, C: 0.011 to 0.032%, Si: 0.21 to 0.63%, Mn: 1.47 to 2.10%, Mg: 0.21 to 0.21%. 0.42%, Al: 0.21.0~0.42%, Na: 0.06~0.11%, K: 0.13~0.21%, TiO 2 :1.89~2.31%, ZrO 2 :0.63~1.05%, SiO 2 :0.42~0.84%, Al 2 O 3 :0.11~0.32%, F:0.02~0.06%, the remainder contains iron (Fe) and inevitable impurities, and relates to a flux-filled wire for transverse electrogas arc welding that satisfies the following relational equation 1.
[관계식 1][Relationship 1]
상술한 바와 같은 조성성분을 갖는 본 발명의 플럭스 충전 와이어를 이용하여 횡향 일렉트로가스 아크용접 시, 얻어지는 건전한 용접금속이 우수한 강도 및 저온 충격인성을 가질 수 있다. During transverse electrogas arc welding using the flux-filled wire of the present invention having the composition as described above, the resulting sound weld metal can have excellent strength and low-temperature impact toughness.
도 1 은 본 발명의 일실시예에서 표 3의 용접조건으로 횡향 일렉트로가스 아크용접에서 플럭스 충전와이어를 사용한 경우에 얻어지는 용접금속 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에서 횡향 일렉트로가스 용접 완료 후 표 4의 용접조건으로 2차 용접이 진행하는 횡향 케리지 용접금속 단면도이다.Figure 1 is a cross-sectional view of weld metal obtained when a flux-filled wire is used in transverse electrogas arc welding under the welding conditions in Table 3 in one embodiment of the present invention.
Figure 2 is a cross-sectional view of the lateral carriage weld metal in which the secondary welding is performed under the welding conditions in Table 4 after the lateral electrogas welding is completed in one embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 발명예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 발명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the invention examples disclosed below, but can be implemented in various different forms. The following invention is intended to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to clarify the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided for complete information.
본 발명은, 금속 외피 내에 플럭스가 충전되어 있는 횡향 일렉트로가스 아크 용접용 플럭스 충전와이어에 있어서, 자체 중량%로, C:0.011~0.032%, Si:0.21~0.63%, Mn:1.47~2.10%, Mg:0.21~0.42%, Al:0.21.0~0.42%, Na:0.06~0.11%, K:0.13~0.21%, TiO2:1.89~2.31%, ZrO2:0.63~1.05%, SiO2:0.42~0.84%, Al2O3:0.11~0.32%, F:0.02~0.06%, 나머지는 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하며, 관계식 1을 만족하는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a flux-filled wire for transverse electrogas arc welding in which the metal shell is filled with flux, and in percent by weight, C: 0.011 to 0.032%, Si: 0.21 to 0.63%, Mn: 1.47 to 2.10%, Mg:0.21~0.42%, Al:0.21.0~0.42%, Na:0.06~0.11%, K:0.13~0.21%, TiO 2 :1.89~2.31%, ZrO 2 :0.63~1.05%, SiO 2 :0.42 ~0.84%, Al 2 O 3 :0.11~0.32%, F:0.02~0.06%, the remainder includes iron (Fe) and inevitable impurities, and is characterized by satisfying relational equation 1.
이하, 본 발명인 횡향 일렉트로가스 아크 용접의 플럭스 충전 와이어에서 플럭스의 각각의 구성성분이 와이어에 작용하는 기능 및 미치는 영향 등 역할을 상세히 설명하고, 각 구성성분의 수치한정이 갖는 기술적 의의에 대해 상술한다. 이하 설명에 있어서 [%]는 중량%를 의미하고, 각 성분의 함유량은 와이어 전체 중량에 대한 외피와 플럭스의 각 성분의 중량%의 합계로 되는 성분 함유량을 의미한다. Hereinafter, the role of each component of the flux in the flux-filled wire of transverse electrogas arc welding of the present invention, such as the function and effect on the wire, will be explained in detail, and the technical significance of numerical limitations of each component will be explained in detail. . In the following description, [%] means weight%, and the content of each component means the component content that is the sum of the weight% of each component of the sheath and flux relative to the total weight of the wire.
탄소(C): 0.011~0.032% Carbon (C): 0.011~0.032%
본 발명의 와이어 구성 성분 중 탄소(C)는 그 함유량을 0.011~0.032%로 제어한다. 탄소는 와이어 외피와 플럭스에 포함되는 불순물로써, 그 역할은 용접금속의 강도를 확보 가장 효과적이게 할 수 있는 원소이다. 탄소 함량이 0.011% 미만이면, 용접금속의 조직이 연화되어 강도 및 충격인성이 저하된다. 0.032%를 초과되면, 용접시 아크주변의 스패터가 많이 발생하여 용접성능이 저하가 된다. 또한 용접 후 급냉으로 인한 용접금속 균열이 증가하고 용접금속 인장강도가 증가되어 저온충격인성이 감소하게 된다. Among the wire components of the present invention, the carbon (C) content is controlled to 0.011 to 0.032%. Carbon is an impurity contained in the wire sheath and flux, and its role is the element that can most effectively secure the strength of the weld metal. If the carbon content is less than 0.011%, the structure of the weld metal softens and strength and impact toughness decrease. If it exceeds 0.032%, a lot of spatter is generated around the arc during welding, and welding performance deteriorates. In addition, cracks in the weld metal increase due to rapid cooling after welding, and the tensile strength of the weld metal increases, resulting in a decrease in low-temperature impact toughness.
규소(Si): 0.21~0.63% Silicon (Si): 0.21~0.63%
규소(Si)는 그 환산치로 0.21~0.63%를 포함한다. 규소는 탈산제로 그 함량이 0.21% 미만이면, 탈산력이 부족하여 저온충격인성이 감소하고 용접시 슬래그 유동성이 저하되며 용접금속 불량이 발생한다. 반면 그 함량이 0.63%를 초과하게 되면, 용접금속의 강도가 증가하여 연실율이 감소하게 된다. 또한 용접금속이 이행하지 못한 규소가 SiO2의 산화물로 변하여 용접금속 상부의 슬래그로 존재하면서 슬래그 제거가 어렵게 된다. 본 발명에서 규소로 사용되는 금속으로는 FeSi,SiMn,CaSi,K2SiF6 등을 들 수 있다. Silicon (Si) contains 0.21 to 0.63% in conversion. Silicon is a deoxidizing agent, and if its content is less than 0.21%, the deoxidizing power is insufficient, which reduces low-temperature impact toughness, reduces slag fluidity during welding, and causes weld metal defects. On the other hand, if the content exceeds 0.63%, the strength of the weld metal increases and the open rate decreases. In addition, silicon that has not been transferred to the weld metal turns into an oxide of SiO 2 and exists as slag on the top of the weld metal, making slag removal difficult. Metals used as silicon in the present invention include FeSi, SiMn, CaSi, K 2 SiF 6 , etc.
망간(Mn):1.47~2.10% Manganese (Mn): 1.47~2.10%
망간(Mn)은 환산치로 1.47~2.10%를 포함한다. 망간은 용접금속의 강도를 증가하는 원소이다. 1.47% 미만이면 항복강도가 또는 충격인성이 저하되며, 2.10%를 초과하게 되면 강도가 높아서 저온충격인성이 감소하게 된다. 본 발명에서 망간으로 사용되는 금속은 FeMn, SiMn, Mn 등을 들 수 있다. Manganese (Mn) contains 1.47 to 2.10% in converted value. Manganese is an element that increases the strength of weld metal. If it is less than 1.47%, the yield strength or impact toughness decreases, and if it exceeds 2.10%, the strength is high and the low-temperature impact toughness decreases. Metals used as manganese in the present invention include FeMn, SiMn, and Mn.
마그네슘(Mg):0.21~0.42%Magnesium (Mg): 0.21~0.42%
마그네슘(Mg)은 환산치로 0.21~0.42%를 포함한다. 마그네슘은 강력한 탈산제로 용접금속의 산소량을 저감하여 충격인성을 향상시키는 역할을 하는 성분으로써 그 함량이 0.21% 미만에서는 용접금속의 저온충격인성 효과가 미비하고, 0.42%를 초과하면, 용접금속 상부에 슬래그 함량이 많아짐에 따라 용접 시 슬래그와 용접금속이 불균일하게 냉각이 되면서 결국 용접금속 상부에 형성되는 슬래그가 제거가 안되는 문제가 발생한다. 본 발명에서 상기 마그네슘으로 사용되는 금속은 MgAl, Mg, MgCO3,MgF2 등을 들 수 있다. Magnesium (Mg) contains 0.21 to 0.42% in conversion. Magnesium is a powerful deoxidizing agent that reduces the amount of oxygen in the weld metal and improves impact toughness. If the content is less than 0.21%, the effect on the low-temperature impact toughness of the weld metal is minimal, and if it exceeds 0.42%, the effect of magnesium is on the upper part of the weld metal. As the slag content increases, the slag and weld metal are cooled unevenly during welding, ultimately resulting in the problem that the slag formed on the top of the weld metal cannot be removed. Metals used as magnesium in the present invention include MgAl, Mg, MgCO 3 , and MgF 2 .
알루미늄(Al):0.21~0.42% Aluminum (Al): 0.21~0.42%
알루미늄(Al)은 환산치로 0.21~0.42%를 포함한다. 알루미늄은 마그네슘의 탈산제 역할과 유사한 용접시 대기중으로 유입되는 질소(N)와 용접금속의 산소함량을 저감하여 충격인성을 향상시키는 역할을 하는 성분이다. 만일 상기 알루미늄의 함량이 0.21% 미만에서는 용접금속 내 질소나 산소의 저감효과가 미비하여 저온충격인성이 향상효과가 없으며, 횡향 일렉트로가스 아크용접에서 용접금속과 슬래그 제거가 불량해 슬래그 잔해가 발생한다. 반면에 그 함량이 0.42%를 초과하면, 용접입열량이 높은 횡향 일렉트로가스 아크용접의 용접금속 내부에 AlN 또는 TiAlO3 등으로 핵생성 및 성장을 발생하여 용접금의 균열 또는 저온충격인성을 극단적으로 저하시키는 단점이 있다. 본 발명에서 상기 알루미늄으로 사용되는 금속은 MgAl, Al, Fe-Al, AlF3, NaAlF6 등을 들 수 있다. Aluminum (Al) contains 0.21 to 0.42% in conversion. Aluminum is an ingredient that improves impact toughness by reducing nitrogen (N) introduced into the atmosphere during welding and the oxygen content of the weld metal, similar to the role of magnesium as a deoxidizer. If the aluminum content is less than 0.21%, the reduction effect of nitrogen or oxygen in the weld metal is minimal, so there is no effect of improving low-temperature impact toughness, and slag debris is generated due to poor removal of weld metal and slag in transverse electrogas arc welding. . On the other hand, if the content exceeds 0.42%, nucleation and growth of AlN or TiAlO 3 occur inside the weld metal in lateral electrogas arc welding with high welding heat input, resulting in extreme cracks or low-temperature impact toughness of the weld metal. There is a downside to it. Metals used as aluminum in the present invention include MgAl, Al, Fe-Al, AlF 3, NaAlF 6 , etc.
나트륨(Na):0.06~0.11%Sodium (Na): 0.06~0.11%
나트륨(Na)은 환산치로 0.06~0.11%를 포함한다. 나트륨은 원소주기율표에서 알카리 금속으로 용접 중 아크형성에 필요한 이온화 밀도를 증가시켜 주는 역할을 한다. 그러나 상기 나트륨의 함량이 0.06% 미만에서는 전술한 역할이 미비하여 용접시 아크 불안해지거나 용접금속의 결함을 발생시키는 반면에, 그 함량이 0.11%를 초과하면 이온화 밀도가 증가시켜 용접시 아크력이 강해지면서 용접이 어려워지는 단점이 있다. 본 발명에서 상기 나트륨으로 사용되는 금속 또는 산화물은 NaF, NaAlF6, NaO·SiO2·Al2O3, NaO·SiO2 등을 들 수 있다. Sodium (Na) contains 0.06 to 0.11% in conversion. Sodium is an alkali metal in the periodic table of elements and plays a role in increasing the ionization density necessary for arc formation during welding. However, if the sodium content is less than 0.06%, the above-mentioned role is insufficient, causing arc instability during welding or causing defects in the weld metal. On the other hand, if the sodium content exceeds 0.11%, the ionization density increases and the arc force during welding becomes strong. The downside is that welding becomes difficult as it ages. Metals or oxides used as sodium in the present invention include NaF, NaAlF 6 , NaO·SiO 2 ·Al 2 O 3 , NaO·SiO 2 , etc.
칼륨(K):0.13~0.21%Potassium (K): 0.13~0.21%
칼륨(K)은 환산치로 0.13~0.21%를 포함한다. 칼륨은 나트륨과 같이 원소주기율표에서 알카리 금속으로 나트륨과 동일한 역할인 용접 중 아크형성에 필요한 이온화 밀도를 증가시켜주는 역할을 한다. 그러나 상기 칼륨의 함량이 0.13% 미만에서는 전술한 역할이 미비하여 용접시 아크형성이 불안해지는 반면에, 그 함량이 0.21%를 초과하면 이온화 밀도가 증가시켜 용접시 아크력이 강해지면서 용접이 어려워지거나 용접금속에 결함이 발생하는 단점이 있다. 또한 횡향 일렉트로가스 아크 용접에서 나트륨과 칼륨의 비율이 1:2 일 때, 용접시 아크의 안정성이 가장 효과적이다. 본 발명에서 상기 칼륨으로 사용되는 금속 또는 산화물은 KAlF4, K2SiF6, K2O·SiO2·Al2O3 등을 들 수 있다. Potassium (K) contains 0.13 to 0.21% in conversion. Potassium, like sodium, is an alkali metal in the periodic table of elements and plays the same role as sodium, increasing the ionization density necessary for arc formation during welding. However, if the potassium content is less than 0.13%, the above-mentioned role is insufficient and arc formation becomes unstable during welding. On the other hand, if the potassium content exceeds 0.21%, the ionization density increases and the arc force becomes stronger during welding, making welding difficult or difficult. There is a disadvantage in that defects occur in the weld metal. In addition, in transverse electrogas arc welding, the stability of the arc during welding is most effective when the ratio of sodium and potassium is 1:2. Metals or oxides used as potassium in the present invention include KAlF 4 , K 2 SiF 6 , K 2 O·SiO 2 ·Al 2 O 3 , and the like.
이산화티타늄(TiOTitanium dioxide (TiO 22 ):1.89~2.31%):1.89~2.31%
이산화티타늄(TiO2)은 환산치로 1.89~2.31%를 포함한다. 횡향 일렉트로가스 아크용접시 용접모재 또는 강재 사이에 세라믹 백킹제와 동담금 사이에 용접금속를 고정하기 위해 슬래그가 반드시 필요하다. 또한 1차로 횡향 일렉트로가스 아크용접 후 슬래그제거 후 2차 횡향용접을 2~3회 진행시에도 용접금속을 만들기 위해서 슬래그가 반드시 필요하다. 이때 슬래그의 주된 성분이 이산화 티타늄이다. 이산화 티타늄의 함량은 1.89% 미만에서는 슬래그 발생량이 적음으로 슬래그가 용접금속상부에 고르게 덮지 못하여 용접금속 외관불량과 용접금속 상부에서 슬래그 제거가 어려워질 수 있다. 반면에 그 함량이 2.31%를 초과하게 되면 용접시 동담금으로 슬래그가 유입되거나 동담금 외부로 슬래그가 유출되는 문제가 발생하고 슬래그의 산화물이 용접금속 내 산소함량을 증가하여 충격인성이 감소하는 단점이 있다. Titanium dioxide (TiO 2 ) contains 1.89 to 2.31% in conversion. During transverse electrogas arc welding, slag is necessary to secure the weld metal between the weld base material or steel material, the ceramic backing agent, and the copper immersion. In addition, after removing the slag after the first transverse electrogas arc welding, slag is absolutely necessary to make weld metal even when performing the second transverse welding two to three times. At this time, the main ingredient of slag is titanium dioxide. If the titanium dioxide content is less than 1.89%, the amount of slag generated is small, and the slag may not evenly cover the upper part of the welded metal, which may cause poor appearance of the welded metal and make it difficult to remove slag from the upper part of the welded metal. On the other hand, if the content exceeds 2.31%, the problem of slag flowing into the copper dip or leaking out of the copper dip during welding occurs, and the oxides of the slag increase the oxygen content in the weld metal, which reduces impact toughness. There is.
이산화 지르코늄(ZrOZirconium dioxide (ZrO 22 ):0.63~1.05%):0.63~1.05%
이산화 지르코늄 또는 산화지르코늄(ZrO2)은 환산치로 0.63~1.05%를 포함한다. 이산화 지르코늄은 슬래그 성분 중 한가지로 용접금속의 기하학적인 형상을 만들어 주는 역할을 하며, 그 함량이 0.63% 미만일 때, 그 역할이 미비하여 횡향 일렉트로가스 아크용접에서 용접금속 상부에 슬래그 형성이 완만하지 못하여 비드불량이 발생한다. 반면 그 함량이 1.05%를 초과하면, 용접시 슬래그 발생량이 증가하여 동담금과 용접금속 사이에 슬래그 형성이 불안해지는 문제가 있으며, 용접금속의 산소함량이 증가하여 충격인성이 감소하는 단점이 있다. Zirconium dioxide or zirconium oxide (ZrO 2 ) contains 0.63 to 1.05% in conversion. Zirconium dioxide is one of the slag components and plays a role in creating the geometric shape of the weld metal. When its content is less than 0.63%, its role is insignificant, and slag formation on the upper part of the weld metal is not smooth in transverse electrogas arc welding. Bead defects occur. On the other hand, if the content exceeds 1.05%, the amount of slag generated during welding increases, leading to the problem of unstable slag formation between the copper dip and the weld metal, and the oxygen content of the weld metal increases, which has the disadvantage of reducing impact toughness.
산화규소(SiOSilicon oxide (SiO 22 ):0.42~0.84%):0.42~0.84%
이산화 규소 또는 산화규소(SiO2)는 환산치로 0.42~0.84%를 포함한다. 횡향 일렉트로가스 아크용접에서 동담금과 용접금속 사이에 슬래그의 유동성을 향상시키는 역할을 한다. 산화규소 함량이 0.42% 미만일 때, 전술한 역할이 미비하여 슬래그 유동성 효과가 없어 용접금속의 상부에 슬래그가 불균일하게 덮이면서 제거가 되지 않을 수 있다. 반면에 그 함량이 0.84% 초과하면, 용접금속과 슬래그가 균일하지 못하거나 슬래그가 아래쪽 또는 한쪽 방향으로 쏠림현상이 발생하여 슬래그 제거가 어렵게 된다. 또한 산소함량증가로 충격인성이 감소하는 단점이 발생한다. Silicon dioxide or silicon oxide (SiO 2 ) contains 0.42 to 0.84% in conversion. In transverse electrogas arc welding, it plays a role in improving the fluidity of slag between the copper dip and weld metal. When the silicon oxide content is less than 0.42%, the above-mentioned role is insufficient and there is no slag fluidity effect, so slag may cover the top of the weld metal unevenly and may not be removed. On the other hand, if the content exceeds 0.84%, the weld metal and slag are not uniform, or the slag is tilted downward or in one direction, making slag removal difficult. Additionally, as the oxygen content increases, impact toughness decreases.
산화알루미늄(AlAluminum oxide (Al 22 OO 33 ):0.11~0.32% ):0.11~0.32%
산화알루미늄(Al2O3)는 환산치로 0.11~0.32%를 포함한다. 산화알루미늄은 녹는점이 매우 높은 화합물로써 횡향 일렉트로가스 아크용접에서 동담금과 용접금속사이에 슬래그의 녹는점을 올려 용접금속 상부의 슬래그의 제거를 균일하게 해주는 역할을 한다. 그러나 그 함량이 0.11% 미만이면 전술한 역할이 미비하여 슬래그 제거 효과가 없는 반면에, 그 함량이 0.32%를 초과하면, 슬래그 녹는점이 높아지면서 슬래그 제거가 안 되거나 용접금속의 산소함량 증가로 충격인성을 감소시키는 단점이 발생할 수 있다. Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) contains 0.11 to 0.32% in conversion. Aluminum oxide is a compound with a very high melting point. In transverse electrogas arc welding, it plays a role in uniform removal of slag on the upper part of the weld metal by raising the melting point of the slag between the copper immersion and the weld metal. However, if the content is less than 0.11%, the aforementioned role is insufficient and there is no slag removal effect. On the other hand, if the content exceeds 0.32%, the slag melting point increases and slag cannot be removed, or the impact toughness decreases due to the increase in the oxygen content of the weld metal. There may be a disadvantage of reducing .
불소(F):0.02~0.06%Fluorine (F): 0.02~0.06%
불소(F)는 본 발명의 용접와이어에서 환산치로 0.02~0.06%를 포함한다. 불소는 용융 슬래그의 점도를 감소시켜, 용접시 동담금의 내부에서 외부로 슬래그의 배출되는 능력을 향상시키는 역할을 한다. 그러나 상기 불소의 함량이 0.02% 미만이면 슬래그 배출 능력이 저하되어 용접의 아크 주변에 슬래그가 증가하면서 아크가 불안하고 스패터 발생량 증가 및 용접금속 결함을 유발시킬 수 있다. 반면에 0.06%를 초과하면, 용접 중 흄량 증가로 용접이 어려워진다. 또한 슬래그의 점도가 낮아져 슬래그의 응고 속도가 낮아지므로 용접시 용접금속의 용락이 발생하거나 용융금속과 슬래그가 서로 분리가 되지 않은 상태에서 냉각되어 결함발생과 슬래그 제거가 어려운 상태로 만들 수 있다. 본 발명에서 상기 불소 화합물로는 CaF2, NaF, LiF, Na3AlF6, K3AlF6, K2SiF6, AlF3, MgF2 등이 사용될 수 있다. Fluorine (F) contains 0.02 to 0.06% in converted value in the welding wire of the present invention. Fluorine reduces the viscosity of molten slag and improves the ability of slag to be discharged from the inside of the copper immersion to the outside during welding. However, if the fluorine content is less than 0.02%, the slag discharge ability is reduced, and slag increases around the welding arc, making the arc unstable, increasing spatter generation, and causing weld metal defects. On the other hand, if it exceeds 0.06%, welding becomes difficult due to an increase in the amount of fume during welding. In addition, the viscosity of the slag is lowered and the solidification speed of the slag is lowered, so melting of the weld metal may occur during welding, or the molten metal and slag may cool without being separated from each other, causing defects and making it difficult to remove the slag. In the present invention, CaF 2 , NaF, LiF, Na 3 AlF 6 , K 3 AlF 6 , K 2 SiF 6 , AlF 3 , MgF 2 , etc. may be used as the fluorine compound.
관계식 1Relation 1
본 발명은 하기 관계식 1에 의해 정의되는 값이 0.15~0.35 범위를 만족함을 특징으로 한다. 일반적인 플럭스 충전와이어는 횡향 용접 직후 용접금속 위에 슬래그로 부상하여만 한다. 이러한 슬래그는 용접금속을 고정시켜주는 역할로 다층용접이 가능하게 하여 준다. 그러나 횡향 일렉트로가스 아크용접은 슬래그 발생량이 일반적인 플럭스 충전와이에 비해 약 50%로 적게 발생함으로써 동담금이 없이는 용접금속을 고정시킬 수 없다. 따라서 횡향 일렉트로가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 있어서, 하기 관계식 1에서 정의되는 값이 0.15 미만이면 용접금속과 슬래그가 혼합되거나 동담금에 달라붙는 현상이 발생하여 용접 후 슬래그 제거가 어렵다. 또한 용접금속 내부에 슬래그가 존재하여 비파괴검사에서 용접결함 문제가 있을 수 있다. 반면에 하기 관계식 1에서 정의되는 값이 0.35를 초과하면, 용접금속과 동담금 사이에 슬래그가 불규칙적인 냉각으로 슬래그가 많아지는 구간과 적어지는 구간이 발생하므로 슬래그 잔해의 제거가 어려워지고, 좀더 심한 경우는 슬래그가 용접금속과 동담금 사이에 많은 양이 존재하여 용접이 불가능한 단점이 발생할 수 있다. The present invention is characterized in that the value defined by the following relational equation 1 satisfies the range of 0.15 to 0.35. A typical flux-filled wire should float as slag on the weld metal immediately after transverse welding. This slag plays a role in fixing the weld metal and makes multi-layer welding possible. However, transverse electrogas arc welding generates about 50% less slag than a typical flux-filled weld, making it impossible to fix the weld metal without copper immersion. Therefore, in the flux-filled wire for transverse electrogas arc welding, if the value defined in Equation 1 below is less than 0.15, the weld metal and slag mix or stick to the copper dip, making it difficult to remove the slag after welding. Additionally, due to the presence of slag inside the weld metal, there may be problems with welding defects in non-destructive testing. On the other hand, if the value defined in equation 1 below exceeds 0.35, the slag is irregularly cooled between the weld metal and the copper immersion, resulting in sections where slag increases and sections where it decreases, making it difficult to remove slag debris and causing more severe damage. In this case, a large amount of slag may exist between the weld metal and the copper dip, making welding impossible.
[관계식 1][Relationship 1]
기타, 본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)분말 등이다. In addition, the remaining components of the present invention include iron (Fe) powder and the like.
상술한 성분 외에도 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.In addition to the above-mentioned ingredients, unintended impurities may inevitably be introduced from raw materials or the surrounding environment during normal manufacturing processes, so this cannot be excluded. Since these impurities are known to anyone skilled in the ordinary manufacturing process, all of them are not specifically mentioned in this specification.
상기 본 발명의 용접용 와이어는 일반적으로 금속 외피가 합금 성분의 플럭스를 감싸는 단일 외피 구조로 나타낼 수 있다. 이때, 본 발명에서 상기 와이어의 직경은 1.2~1.4mm 정도가 적당하며, 상기 금속 외피의 무게 분율은 외피의 밀도와 플럭스의 밀도차이를 고려하면 대략 용접용 와이어의 전체 대비 무게 분율로 50~90%가 바람직하다.The welding wire of the present invention can generally have a single-sheath structure in which a metal sheath surrounds a flux of alloy components. At this time, in the present invention, the diameter of the wire is suitably about 1.2 to 1.4 mm, and the weight fraction of the metal shell is approximately 50 to 90 as the weight fraction of the entire welding wire, considering the difference in density of the shell and the density of the flux. % is preferred.
상술한 바와 같은 조성성분을 갖는 본 발명의 플럭스 충전 와이어를 이용하여 횡향 일렉트로가스 아크용접 시, 얻어지는 건전한 용접금속이 우수한 강도 및 저온 충격인성을 가질 수 있다. During transverse electrogas arc welding using the flux-filled wire of the present invention having the composition as described above, the resulting sound weld metal can have excellent strength and low-temperature impact toughness.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples.
(실시예)(Example)
상기 표 1 및 표 2와 같은 성분을 갖는 플럭스 코어드 용접용 와이어를 각각 마련하였다. 한편 표 2의 비교예의 경우, 횡향 일렉트로가스 아크 용접의 플럭스 코어드 와이어에 있어서 Si, Mn, Mg, Al, Na, K, TiO2, ZrO2, SiO2, Al2O3, F가 본 발명의 조성의 상한과 하한을 벗어나는 조성을 각각 22개의 비교예를 설정하였으며, 추가로 본 발명의 조성범위를 만족하나 관계식 1을 만족하지 않는 비교예를 4개 설정하였다. Flux-cored welding wires having the same components as shown in Tables 1 and 2 above were prepared. Meanwhile, in the case of the comparative example in Table 2, Si, Mn, Mg, Al, Na, K, TiO 2 , ZrO 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 , and F in the flux-cored wire of transverse electrogas arc welding according to the present invention. Twenty-two comparative examples were set, each with a composition exceeding the upper and lower limits of the composition, and four comparative examples were additionally set, which satisfied the composition range of the present invention but did not satisfy relational equation 1.
상기와 같이 각각 마련된 용접 재료를 이용하여 횡향 일렉트로가스 아크 용접을 실시하였다. 구체적으로, 하기 표 3에 기재한 바와 같이 횡향 일렉트로가스 아크 용접을 실시하여 용접금속이 전체 용접금속의 80%를 형성 후, 용접금속 상부의 슬래그를 제거하였다. 그리고 하기 표 4의 횡향 용접조건으로 최종 용접을 진행하였다.Transverse electrogas arc welding was performed using the welding materials prepared as described above. Specifically, as shown in Table 3 below, transverse electrogas arc welding was performed to form 80% of the total weld metal, and then the slag on the upper part of the weld metal was removed. And the final welding was performed under the lateral welding conditions shown in Table 4 below.
도 1 은 전술한 표 3의 용접조건으로 횡향 일렉트로가스 아크용접에서 플럭스 충전와이어를 사용한 경우에 얻어지는 용접금속 단면도이다. 그리고 도 2는 횡향 일렉트로가스 용접 완료 후 표 4의 용접조건으로 2차 용접이 진행하는 횡향 케리지 용접금속 단면도이다. 한편 도 1-2에서 도면부호 100은 용접모재, 110은 루트갭, 120은 동담금, 130은 세라믹 백킹제, 140 및 200은 용접금속, 150은 슬래그를 나타낸다. Figure 1 is a cross-sectional view of weld metal obtained when a flux-filled wire is used in transverse electrogas arc welding under the welding conditions shown in Table 3 above. And Figure 2 is a cross-sectional view of the lateral carriage weld metal in which the secondary welding is performed under the welding conditions in Table 4 after the lateral electrogas welding is completed. Meanwhile, in FIGS. 1-2,
표 3 및 표 4의 용접조건으로 용접이 완료된 후, 표 1의 발명예의 플럭스 충전 와이어가 적용된 용접금속, 그리고 표 2의 비교예의 플럭스 충전 와이어가 적용된 용접금속 각각에 대해 비파괴검사, 샤르피 충격시험 및 인장시험 실시하여 그 결과를 하기 표 5-6에 각각 나타내었다. 또한 횡향 일렉트로가스 아크 용접시 용접성능을 평가 실시하여, 그 결과를 또한 하기 표 5-6에 나타내었다. After welding is completed under the welding conditions in Tables 3 and 4, non-destructive testing, Charpy impact testing, and A tensile test was conducted and the results are shown in Tables 5-6 below. In addition, welding performance was evaluated during transverse electrogas arc welding, and the results are shown in Table 5-6 below.
한편 하기 표 5-6에는 각각 발명예와 비교예의 플럭스 충전 와이어가 적용된 용접금속의 비파괴검사는 방사선 투과시험(Radiographic Test:RT)으로 감마(γ)방사선을 이용하여 용접금속 반대편에 필름에 감광시켜 결함 유무를 확인하였다. 또한 샤르피 충격시험은 -20℃의 온도에서 실시하였으며, -20℃에서 충격인성을 측정하였다. 그리고 용접성능은 ◎은 매우 양호, ○은 양호, △은 보통, ×는 불량으로 나타내었으며, 종합평가에서 용접성능이 양호한 상태에서 3가지 항목(비파괴검사, 샤르피 충격시험) 모두 만족하는 것은 매우 양호 ◎, 한가지 이상 미흡한 것은 양호 ○, 용접성능 저하 상태에서 1가지 이상 미흡한 것은 보통 △, 용접성능 저하 상태에서 2가지 이상 미흡한 것은 ×로 나타내었다. Meanwhile, in Tables 5-6 below, the non-destructive test of the weld metal to which the flux-filled wire of the invention example and comparative example was applied is a radiographic test (RT), which uses gamma (γ) radiation to sensitize the film on the other side of the weld metal. The presence or absence of defects was confirmed. Additionally, the Charpy impact test was conducted at a temperature of -20°C, and impact toughness was measured at -20°C. And, for welding performance, ◎ is very good, ○ is good, △ is average, and × is poor. In the comprehensive evaluation, satisfying all three items (non-destructive test, Charpy impact test) with good welding performance is considered very good. ◎, one or more deficiencies are indicated as good ○, one or more deficiencies with deteriorated welding performance are indicated with average △, and those with two or more deficiencies with deteriorated welding performance are indicated with ×.
상기 표 1 및 표 5에 나타난 바와 같이, 플러스 충전 와이어의 조성성분이 본 발명의 범위를 만족하는 발명예들의 경우 모두 양호한 용접성능을 관찰할 수 있으며 우수한 저온충격인성 특성을 나타냄을 확인할 수 있다. 구체적으로, 샤르피 충격시험 결과 평균 70J 이상의 저온충격인성 특성을 나타내었으며, 543~588 MPa의 인장강도와 28.5~32.1%의 연신율, 그리고 455MPa 이상의 항복강도 특성을 나타내 인장특성 또한 우수함을 확인 할 수 있다. As shown in Tables 1 and 5 above, it can be confirmed that in the case of invention examples in which the composition of the plus-filled wire satisfies the scope of the present invention, good welding performance can be observed and excellent low-temperature impact toughness characteristics are observed. Specifically, the Charpy impact test results showed low-temperature impact toughness characteristics of more than 70J on average, tensile strength of 543 ~ 588 MPa, elongation of 28.5 ~ 32.1%, and yield strength characteristics of more than 455 MPa, confirming that the tensile properties are also excellent. .
이에 대하여, 상기 표 2 및 표 6에 나타난 바와 같이, 플럭스 충전와이어의 조성성분 내지 관계식 1이 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예들의 경우, 대부분 용접성능이 저하되었으며, 저온충격인성 특성도 기준값인 50J 이하를 나타내었다. 또한 인장강도도 기준값인 600MPa를 초과하였으며, 연신율 22% 이하, 그리고 항복강도 400 MPa를 초과하는 사례가 상당수를 차지하고 있음을 알 수 있다. In contrast, as shown in Tables 2 and 6 above, in the case of comparative examples in which the composition of the flux-filled wire and the relational equation 1 were outside the scope of the present invention, welding performance was mostly reduced, and the low-temperature impact toughness properties were also lower than the standard value of 50J. The following is shown. In addition, it can be seen that the tensile strength exceeded the standard value of 600 MPa, and there were many cases where the elongation was less than 22% and the yield strength exceeded 400 MPa.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and variations are possible without departing from the technical spirit of the present invention as set forth in the claims. This will be self-evident to those with ordinary knowledge in the field.
Claims (1)
자체 중량%로, C:0.011~0.032%, Si:0.21~0.63%, Mn:1.47~2.10%, Mg:0.21~0.42%, Al:0.21.0~0.42%, Na:0.06~0.11%, K:0.13~0.21%, TiO2:1.89~2.31%, ZrO2:0.63~1.05%, SiO2:0.42~0.84%, Al2O3:0.11~0.32%, F:0.02~0.06%, 나머지는 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 관계식 1을 만족하는 횡향 일렉트로가스 아크 용접용 플럭스 충전와이어.
[관계식 1]
In the flux-filled wire for transverse electrogas arc welding in which the metal shell is filled with flux,
In percent by weight, C: 0.011 to 0.032%, Si: 0.21 to 0.63%, Mn: 1.47 to 2.10%, Mg: 0.21 to 0.42%, Al: 0.21.0 to 0.42%, Na: 0.06 to 0.11%, K :0.13~0.21%, TiO 2 :1.89~2.31%, ZrO 2 :0.63~1.05%, SiO 2 :0.42~0.84%, Al 2 O 3 :0.11~0.32%, F:0.02~0.06%, the rest is iron. A flux-filled wire for transverse electrogas arc welding that contains (Fe) and inevitable impurities and satisfies the following relational expression 1.
[Relational Expression 1]
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