KR19980068561A - 용접 와이어의 제조방법 - Google Patents

Abstract

고온 가열로 탈수소화하여 고장력강 및 큰 구속력을 받는 강 구조물의 용접에 적합한, 우수한 내균열성 및 프라이머 프루프(primer-proof)특성을 가지며 매우 적은 확산성 수소를 함유하는 직경 0.8 내지 4mm의 이음매 없는 플럭스 충전 용접 와이어(flux-cored welding wire)를 제조하는 본 방법은 직경 8 내지 15mm의 직선 와이어를, 2 내지 5m의 간격으로 떨어진 제 1및 제 2쌍의 롤 전극 및 이들 사이에 배치된 링 변압기를 통한 직접 전기가열로 620 내지 1100℃의 온도로 가열하는 단계, 가열된 와이어를 250kcal/㎡h℃이하의 열전달계수로 500℃이하의 온도로 냉각하는 단계 및 냉각된 와이어를 원하는 직경으로 드로잉하는 단계로 이루어진다. 이렇게하여 얻어진 용접 와이어는 용착 금속 100g당 5ml이하의 확산성 수소를 함유하는 용접을 형성한다.

Description

용접 와이어의 제조방법

본 발명은 고장력강 및 기타 고등급 강과 큰 구속력을 받는 강 구조물의 용접에 사용하기에 적합한 우수한 내균열성 및 프라이머 프루프(primer-proof)특성을 갖는 저수소 용접용 플럭스 충전 용접 와이어의 제조방법에 관한 것이다.

종래, 이음매 없는 플럭스 충전 용접 와이어의 제조방법에 있어서 탈수소화는 직경 10 내지 13mm의 파이프로부터 직경 2 내지 4mm의 파이프에 이르기까지 드로잉된 플럭스 충전 와이어를 벨 또는 터널노내에서 600 내지 800℃로 가열함으로써 행해 왔다. 가열하의 탈수소화는 다음의 이유로 2 내지 4mm의 소직경을 갖는 와이어에 적용해 왔다. 즉 (1)대직경 와이어에 대한 효과적인 가열 탈수소화방법이 전혀 없었고, (2)소직경 와이어는 벨 또는 터널노의 전장을 단축시키기 위해 요구되는 코일 또는 루프로 쉽게 형성될 수 있기 때문이다.

게다가 외피의 경도는 자동 용접중에 직경이 0.8mm로부터 4mm로 변하는 용접와이어의 양호한 공급효율을 보장하고 제조중에 와이어의 파단을 방지하기 위해 각 플럭스 충전 와이어의 충전비(packing ratio)와 기타 사항을 충족시키도록 조절해야 한다. 따라서 가열할 와이어의 직경은 와이어를 연화 풀림 후 드로잉할 때 발생하는 외피의 가공경화를 고려하여 결정해야 한다. 두가지 다른 목적, 즉 탈수소화와 외피의 연화를 이루기 위해 단일가열을 그 자체로서 적용해 왔다. 또한 상용되고 있는 벨 및 터널 노는 충분히 만족스럽지 못한데 벨 노는 생산성이 낮고 터널노는 열효율이 낮으며 터널노의 구조와 유효수명은 800℃보다 높은 온도에서의 사용을 허용하지 않으며 또 이들은 설비에 큰 공간을 필요로 하기 때문이다.

자동용접이 대중화됨에 따라 솔리드 와이어, 즉 플럭스 충전 와이어의 사용도 또한 증가하였는데, 이어 붙인 외피를 갖는 플럭스 충전 와이어가 주류를 이루고 있다. 이러한 와이어는 용착 금속 100g당 약 7ml의 확산성 수소를 발생시키기 때문에 고강도 강의 용접이나 큰 구속력을 받는 강 구조물에서는 수소유발 균열을 형성하는 바람직하지 않은 경향이 있다. 다량의 수소를 함유하는 용접 와이어도 역시 프라이머 피복된 강판을 용접하는데 사용할 경우 가스 홈, 피트 및 기타의 용접 결함을 형성하는 경향이 있다.

이어 붙인 외피를 갖는 저수소 용접 와이어를 제조하기 어려운 이유는 다음과 같다. 즉 (1)충전된 플럭스가 점착성의 수분을 함유하고 있고, (2)500℃이상으로 가열하지 않으면 충전된 플럭스에 함유된 몇몇 광물로부터 결정수를 제거할 수 없고, (3)충전된 플럭스에 함유된 몇몇 금속 분말은 300℃이상으로 가열하지 않으면 제거할 수 없는 수소를 함유하고 있고, (4)고온으로 가열할 경우 외피의 이음매를 통해 들어간 산소가 산화를 촉진시킴으로써 충전된 플럭스의 품질 열화를 야기하고, (5)외피의 이음매를 통한 습윤화가 저수소 플럭스 충전 용접 와이어의 제조를 불가능하게 하기 때문이다.

따라서 저수소 플럭스 충전 용접 와이어의 제조를 가능하게 하기 위해 이음매 없는 플럭스 충전 용접 와이어가 개발되었다. 이러한 유형의 저수소 플럭스 충전 용접 와이어는 강관에 플럭스를 충전하여 제조한다. 충전된 관은 탈수소화를 위해 600 내지 800℃의 온도로 가열한다. 충전된 플럭스중의 물은 이하에 나타낸 화학반응에 의해 원자 수소로 바뀌어 외피를 통해 확산된다.

Me + H₂O → MeO + H₂

상기 식에서 Me는 플럭스 및 외피 내벽중의 탈산소제와 기타 금속성분이고, H₂O는 충전된 플럭스중의 물이다.

물과 기타의 수소(잠재적 수소)원을 줄이기 위해서는 와이어를 고온으로 가열해야 한다. 한편 와이어의 양호한 공급을 이루기 위해서는 외피 연화 풀림 조건을 적절히 조절해야 한다. 그러나 단일 가열에 의한 종래방법은 만족할 정도로 탈수소화된 플럭스와 만족할 정도로 연화된 외피를 갖는 용접 와이어를 제공하지 않는다. 보다 강한 탈수소화의 적용은 와이어의 크기에 따라 용접중에 용접 와이어의 공급을 저해할 수 있는 외피의 과다연화를 초래한다. 적당한 경도의 외피를 갖는 와이어에 다소 낮은 온도에서 연화 풀림을 적용하면 불충분한 탈수소화가 초래되고 확산성 수소량이 증가되고 균열에 대한 용접 금속의 저항이 감소된다. 이 종래의 가열공정은 수소 함유량이 적은 용접 와이어와 보다 높은 와이어 공급 속도에 대한 증가하는 요구를 충족시키지 못한다.

내용없음

도 1은 본 발명에 따른 링 변압기를 통과한 와이어에 적용된 직접전기가열의 원리를 예시하는 도이고,

도 2는 연화 풀림 후 직경이 8 내지 15mm인 와이어의 외피(outer skin)경도 조절영역과 외피 경도와의 관계를 나타내는 그래프도이고,

도 3은 연화 풀림 후 직경이 2 내지 7mm인 와이어의 외피 경도 조절영역과 외피 경도와의 관계를 나타내는 그래프도이고,

도 4는 직접 전기 가열과 터널노내 가열의 조합에 있어서 가열시간과 온도와의 관계를 나타내는 그래프도이고,

도 5는 연속터널노내 가열에 있어서 가열시간과 온도와의 관계를 나타내는 그래프도이고,

도 6은 수평자세 및 필릿 용접에 있어서 확산성 수소량과 수소유발 균열발생률과의 관계를 나타내는 그래프도이고,

도 7은 확산성 수소량과 형성된 피트수와 가스홈 발생률과의 관계를 나타내는 그래프도이고,

도 8은 실시예 1에 있어서 가열시간과 플럭스 충전 와이어(flux-cored wire)의 외피 온도와 플럭스 온도와의 관계를 나타내는 그래프도이고,

도 9는 실시예 2에 있어서 가열시간과 플럭스 충전 와이어의 외피 온도와 플럭스 온도와의 관계를 나타내는 그래프도이고,

도 10은 실시예 3에 있어서 가열시간과 플럭스 충전 와이어의 외피 온도와 플럭스 온도와의 관계를 나타내는 그래프도이고,

도 11은 실시예 3에 있어서 가열시간과 플럭스 충전 와이어의 외피 온도와 플럭스 온도와의 관계를 나타내는 또 다른 그래프도이고,

도 12는 각 실시예에 있어서 가열시간과 확산성 수소량과의 관계를 나타내는 그래프도이다.

상기한 문제를 해결하기 위해 본 발명자들은 종래의 단일 가열 대신에 탈수소화 가열 및 외피 연화 가열의 두가지 공정에서 최적 가열을 적용함으로써 보다 강한 탈수소화를 가능하게 하고 최적 와이어 공급속도를 제공하는 용접와이어의 새로운 제조방법을 제공한다. 본 발명의 주요 특징은 다음과 같다.

(1)고온 가열에 의한 탈수소화로 이음매 없는 플럭스 충전 용접 와이어를 제조하는 방법으로서, 플럭스로 채워지고 8 내지 15mm의 직경을 갖는 금속관인 직선 와이어를, 와이어 이동경로를 따라 2 내지 5m의 간격으로 떨어진 제 1 및 제 2쌍의 롤 전극 및 이 두쌍의 롤 전극 사이에 배치된 링 변압기내 개구에 통과시킴으로써 620 내지 1100℃의 온도에서 직접 전기 가열하는 단계, 가열된 와이어를 250kcal/㎡h℃이하의 열전달계수로 500℃이하로 냉각하는 단계, 및 냉각된 와이어를 0.8 내지 4mm의 직경으로 드로잉하는 단계로 이루어지는 방법. 이렇게하여 얻어진 이음매 없는 플럭스 충전 용접 와이어로 만들어진 용접은 용착 금속 100g중에 5ml이하의 확산성 수소를 함유한다.

(2)고온 가열에 의한 탈수소화로 이음매 없는 플럭스 충전 용접 와이어를 제조하는 방법으로서, 플럭스로 채워지고 8 내지 15mm의 직경을 갖는 금속관인 직선 와이어를 와이어 이동경로를 따라 2 내지 5m의 간격으로 떨어진 제 1 및 제 2쌍의 롤 전극 및 이 두쌍의 롤 전극 사이에 배치된 링 변압기내 개구에 통과시킴으로써 620 내지 1100℃의 온도에서 직접 전기 가열하는 단계, 예열된 와이어를 가스 또는 전기가열 노내에서 600 내지 800℃의 온도로 가열하는 단계, 가열된 와이어를 250kcal/㎡h℃이하의 열전달계수로 500℃이하로 냉각하는 단계, 및 냉각된 와이어를 0.8 내지 4mm의 직경으로 드로잉하는 단계로 이루어지는 방법. 이렇게하여 얻어진 이음매 없는 플럭스 충전 용접 와이어로 만들어진 용접은 용착 금속 100g중에 5ml이하의 확산성 수소를 함유한다.

(3)고온 가열에 의한 탈수소화로 이음매 없는 플럭스 충전 용접 와이어를 제조하는 방법으로서, 플럭스로 채워지고 8 내지 15mm의 직경을 갖는 금속관인 직선 와이어를 와이어 이동경로를 따라 2 내지 5m의 간격으로 떨어진 제 1 및 제 2쌍의 롤 전극 및 이 두쌍의 롤 전극 사이에 배치된 링 변압기내 개구에 통과시킴으로써 620 내지 1100℃의 온도에서 직접 전기 가열하는 단계, 가열된 와이어를 250kcal/㎡h℃이하의 열전달계수로 500℃이하로 냉각하는 단계, 냉각된 와이어를 2 내지 7mm의 직경으로 드로잉하는 단계, 드로잉된 와이어를 가스 또는 전기 가열 노내에서 600 내지 800℃의 온도로 가열하는 단계, 가열된 와이어를 250kcal/㎡h℃이하의 열전달계수로 500℃이하로 냉각하는 단계, 및 냉각된 와이어를 0.8 내지 4mm의 직경으로 드로잉하는 단계로 이루어지는 방법. 이렇게하여 얻어진 이음매 없는 플럭스 충전 용접 와이어로 만들어진 용접은 용착 금속 100g중에 3ml이하의 확산성 수소를 함유한다.

상기한 본 발명에 따른 방법으로 플럭스를 탈수소화하고 외피를 연화한 후 직경 8 내지 15mm의 와이어를 간단히 드로잉함으로써 직경 0.8 내지 4mm의 플럭스 충전 용접 와이어를 제조할 수 있다. 직경 8 내지 15mm의 이음매 없는 플럭스 충전 직선 와이어를 스파크를 일으키지 않고 인라인 연속 공정으로 직접 전기 가열하고 가열된 와이어를 250kcal/㎡h℃이하의 열전달계수로 500℃이하로 냉각함으로써 용착 금속 100g당 5ml이하의 확산성 수소를 함유하는 이음매 없는 플럭스 충전 용접 와이어를 얻을 수 있다. 다음에 직경 8 내지 12mm의 탈수소화된 와이어는 180 내지 250Hv의 비커즈 경도로 조절된 외피 경도를 갖는 직경 2 내지 4mm의 이음매 없는 플럭스 충전 용접 와이어로 드로잉한다. 와이어 직경이 약 8 내지 10mm로 한정될 때는 200 내지 250Hv의 비커즈 경도로 조절된 외피경도를 갖는 직경 0.8 내지 1.6mm의 이음매 없는 플럭스 충전 와이어를 얻을 수 있다. 또한 열처리할 원와이어의 직경 및 완성된 용접 와이어의 경도는 원관을 제조할 강 조각의 화학 조성에 따라 넓은 범위내에서 선택할 수 있다.

초저수소 용접 와이어는 직경 8 내지 15mm의 원와이어와 직경 2 내지 7mm의 드로잉된 와이어에 탈수소화 및 외피 연화 열처리를 적용하여 제조할 수 있다. 먼저 직경이 8 내지 15mm인 원와이어는 직접 전기가열로 탈수소화한다. 다음에 직경 2 내지 7mm로 드로잉된 와이어는 외피 연화 및 탈수소화를 위해 연속 가스 또는 전기가열노에서 가열한다. 이와같이하여 얻어진 제품은 150 내지 250Hv의 비커즈 경도로 조절된 외피 경도를 갖는, 용착 금속 100g당 3ml이하의 확산성 수소를 함유하는 초저수소 플럭스 충전 용접 와이어이다.

본 발명에 따른 방법은 충전된 플럭스를 예비베이킹할 필요를 배제한다. 다량의 물을 함유하는 플럭스이더라도 예비베이킹이나 다른 강렬한 건조를 요하지 않는다. 직경 8 내지 15mm의 원관에 적용되는 탈수소화와 직경 2 내지 7mm로 드로잉된 관에 대한 추가의 탈수소화로 그러한 예비베이킹이나 강렬한 건조 없이 용착 금속 100g당 3ml이하의 확산성 수소를 함유하는 초저수소 플럭스 충전 용접 와이어를 얻을 수 있다.

본 발명의 방법은 또한 결정수 또는 수소를 함유하는 플럭스 재료를 조절할 때 통상 경험하는 불편함을 배제한다. 직경 8 내지 15mm의 와이어에 적용되는 최대 1100℃의 온도에서의 탈수소화와 직경 2 내지 7mm로 드로잉된 와이어에 대한 후속 탈수소화의 조합으로 충전된 플럭스에 함유된 결정수 또는 수소를 조절하지 않고도 용착 금속 100g당 3ml이하의 확산성 수소를 함유하는 초저수소 플럭스 충전 용접 와이어를 제조할 수 있다.

또한 독립된 단계에서 탈수소화 가열 및 외피 연화 가열을 적용함으로써 각 가열에 대한 최적 조건을 선택할 수 있다. 독립된 단계에서 탈수소화 및 외피 연화에 대해 최적가열을 적용하는 것은 증가된 탈수소화를 보장하고 용접 동안 가요성 도관이 심하게 휜 상태에서도 안정한 와이어 공급을 보장한다. 상기에서 명백한 바와같이 본 발명에 따른 방법은 많은 산업상의 이점을 제공한다.

이제 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 링 변압기를 통과한 와이어의 직접전기가열의 원리를 예시한다. 도 1에 도시된 바와같이 한쌍의 롤 전극 유니트(2 및 3)가 소정 간격을 두고 배치되며 롤 유니트(2 및 3)를 구성하는 마주하는 롤 전극(2a 및 2b)과 롤전극(3a 및 3b)사이에 와이어(1)가 유지된다. 주행와이어(1)는 쌍 롤 전극(2a 및 2b)및 롤 전극(3a 및 3b)의 원주면과 접촉을 유지하면서 앞으로 이동한다.

링 변압기(4)는 와이어가 링 변압기내의 개구를 통과하도록 쌍 롤 전극유니트(2 및 3) 사이에 동심적으로 배치된다. 이 변압기는 예를 들면 원하는 두께로 층을 이룬, 자기 경로를 형성하는데 이상적인 특성을 갖는 전기 강의, 속이 빈 정방형 시트들로 구성된 철심으로 이루어지고 그 중앙에 빈 정방형 개구가 형성되어 있다. 변압기(4)는 인접하는 것들로부터 90°떨어져 위치된 네개의 면 각각에 감긴 긴 와이어의 1차 코일(5)을 갖는다. 1차 코일(5)의 양 단부는 전원(E)에 접속된다. 롤 전극(2 및 3)은 전도성 부재(6)에 의해 전기적으로 접속된다. 전도성 부재(6)의 접속 단부는 슬라이더(7)를 통해 롤 전극과 접촉한 상태로 미끄러지듯 유지된다.

전도성 부재(6)의 단면적과 재료를 원하는대로 선택할 수 있으므로 전도성 부재의 전기저항 R₂에 대한 가열된 와이어의 전기저항 R₂의 비를 R₁≫R₂로 유지하기가 쉽다. 전류는 회로를 신속히 통과하여 와이어를 1100℃정도의 고온으로 효과적으로 가열한다. 스파크 발생률이 낮으면서도 전력효율은 고주파수 유도 가열에서의 약 50 퍼센트와 대비할때 90 내지 95퍼센트 정도로 높다. 두번째 면의 임피던스가 첫번째 면의 것보다 낮게 유지될 수 있기 때문에 전압 변화가 작다. 공급된 전력의 전압이 제 1 및 제 2전극 유니트 사이에서 와이어 가열을 위해 소모되어 제 1 및 제 2 롤 전극 유니트는 실질적으로 동일한 전기 전위를 갖는다. 따라서 제 1 및 제 2 롤 전극 유니트가 접지될 수 있기 때문에 제 1 및 제 2 롤 전극 유니트 사이에서 밖으로 전류가 누출되지 않는다. 게다가 2 내지 5m 이하의 간격으로 떨어진 롤 전극 유니트는 가열 장치의 작고 경제적인 구성에 도움이 된다.

최적 탈수소화와 외피연화를 동시에 또는 독립적으로 이루기 위해 링 변압기를 통한 이러한 급속한 직접 전기가열을 적용할 수 있다. 독립된 공정에서는 확산성 수소의 양을 줄이기 위해 초기 단계에서 620 내지 1100℃로의 탈수소화 가열을 행한다. 이후의 단계에서 행해지는 600 내지 800℃로의 외피 연화 가열은 외피의 경도를 조절한다(공급 속도를 개선하고 와이어의 파단을 방지하기 위해). 초기 단계에서의 탈수소화가 보다 천천히 이동하는 대직경 와이어에 대해 행해진다면 후속 드로잉 및 표면처리가 원하는 제품을 얻는데 충분할 것이다. 그러므로 탈수소화를 직경 8 내지 15mm의 대직경 와이어에 적용하는 것이 바람직하다.

더 두꺼운 것보다 더 천천히 이동하는 8 내지 15mm의 대직경 와이어에 대해 초기 단계에서 탈수소화를 행하면, 후속 드로잉 이외의 어떤 다른 공정을 필요로 하지 않고도 5ml이하의 확산성 수소를 함유하는 용접 와이어를 얻을 수 있다. 비본드 플럭스보다 물을 더 많이 함유하는 본드 플럭스를 이용한 초저수소 용접 와이어의 제조는 비효과적인데 예비베이킹이나 다른 강렬한 건조를 적용하여 과잉의 물을 감소시켜야 하기 때문이다. 대조적으로 직경 8 내지 15mm의 대직경 와이어에 대한 탈수소화와, 주로 외피의 연화를 의도하는 것이지만 약간의 추가 탈수소화를 이루는 직경 2 내지 7mm의 축소된 와이어에 대한 후속 가열의 조합은 단지 약간 건조된 본드 플럭스로부터 3ml이하의 확산성 수소를 함유하는 초저수소 용접 와이어를 연속적이고 효과적으로 제조할 수 있게 한다.

도 2는 연화 풀림 후 직경이 8 내지 15mm인 와이어의 외피 경도와 외피 경도 조절영역과의 관계를 나타내고, 도 3은 가열 후 직경 2 내지 7mm로 드로잉된 와이어의 외피경도와 연화 가열후의 외피경도 조절영역과의 관계를 나타낸다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와같이 직경 8 내지 15mm의 와이어와 직경 2 내지 7mm의 와이어는 안정 공급 영역이 다르다. 와이어 공급기와 용접지점은 수미터 또는 수십미터 떨어져 있게 되며 가요성 도관에 의해 연결된다. 한정된 공간에서 휜 배선을 용접할 때와 같이 작업 부위의 조건을 충족시키기 위해 가요성 도관을 강제로 휠 때는 가요성 도관의 내벽과 통과 와이어 사이에 생기는 큰 저항이 와이어 공급을 불안정하게 한다.

저항 레벨은 가요성 도관의 휨 상태 및 와이어 직경에 따라 변하기 때문에, 작업 부위의 조건을 충족시키는 적당한 외피 경도를 갖는 와이어를 제조해야 한다. 도 3에 도시된 바와같이 충전비가 증가함에 따라 외피 경도는 감소한다. 외피 경도가 250Hv를 초과하는 와이어는 부서지기 쉬워 그 단부를 스풀에 감기 어렵게 한다. 이것이 휨 파단 한계이다. 한편 외피 경도가 150Hv이하인 와이어는 공급 롤러와 가요성 도관 사이 또는 전원 팁의 입구 단부에서 좌굴되어 원활한 공급을 저해한다. 이것이 좌굴 한계이다. 그러므로 안정 공급 영역은 외피 경도가 250Hv의 휨 파단 한계와 150Hv의 좌굴 한계 사이에 유지될 때 얻어진다.

도 4는 직접 전기 가열과 터널 노내 가열을 조합한 공정에서의 가열시간과 온도와의 관계를 나타낸다. 도시된 바와같이 직접전기가열은 외피온도를 800℃로 급속히 상승시킨다. 그 다음 외피의 내면과 접촉하는 플럭스 부분의 온도는 400℃로, 그리고 플럭스온도곡선 A를 따라 더욱 상승한다. 플럭스를 통한 열전도로 플럭스 중심부의 온도는 약간의 시간 간격을 두고 플럭스온도곡선 B를 따라 상승하여 약 5분내에 외피온도와 실질적으로 동일한 레벨에 이른다. 도 5는 연속 터널 노를 사용한 가열공정에서의 가열시간과 온도와의 관계를 나타낸다. 도 4에 도시된 경우와는 달리 외피경도는 2 내지 3분내에 800℃로 점진적으로 상승한다. 플럭스 온도도 또한 약 8분 내에 800℃로 서서히 상승한다. 상기로부터 명백한 바와같이 직접전기 가열로 고온으로의 급속 가열, 몇가지 공정의 직접 연결에 의한 인라인 연속가열 및 대직경 또는 두꺼운 외피를 갖는 와이어의 가열을 높은 열효율로 가열하 할 수 있게 된다.

도 6은 수평 필릿 용접에 있어서 확산성 수소량과 수소유발 균열과의 관계를 나타낸다. 즉 이 도면은 용착 금속 100g에 함유된 확산성 수소량과 용접금속의 인장강도와의 관계를 나타낸다. 확산성수소 함유량이 5ml일때 용접 금속의 인장강도가 60kgf/㎟로 갑자기 떨어진다. 그 함유량이 7ml를 초과할 때는 인장강도가 50kgf/㎟로 떨어지며 수소유발 파단의 가능성이 증가한다. 따라서 용착 금속 100g중의 확산성 수소 함유량을 5ml아래로 유지하는 것이 바람직하다.

도 7은 확산성 수소량과 형성된 피트 수와 가스홈 발생률과의 관계(즉 프라이머 프루프 특성)를 나타낸다. 도 7에서 용착 금속은 20㎛ 두께의 무기 아연 프라이머로 피복된 강판에 수평 필릿 용접을 적용하여 얻어진 금속이고, 확산성 수소량은 용착 금속 100g중의 함유량이고, 피트 수 및 가스 홈 발생률은 50㎝길이 용접 비드에서의 값이다. 도 7에 도시된 바와같이 피트수 및 가스 홈 발생률은 확산성 수소 함유량이 10ml를 초과할때 갑자기 증가하는 경향이 있다. 따라서 양호한 프라이머 프루프 특성을 유지하기 위해서는 확산성 수소 함유량을 10ml이하로 유지하는 것이 필요하다. 도 6에 도시된 수소유발 균열에 대한 저항과 도 7에 도시된 프라이머 프루프 특성을 고려할 때 확산성 수소 함유량을 적어도 7ml이하, 바람직하게는 5ml이하로 유지하는 것이 필요하다. 본 발명에 따른 이음매 없는 플럭스 충전 용접 와이어에 대한 바람직한 플럭스 충전비는 10 내지 26퍼센트이다.

(실시예)

실시예 1

JIS Z 3313 YFW-C50DR에 따라 이음매 없는 플럭스 충전 용접 와이어에 대해 내부 캐비티의 15퍼센트(중량으로)까지 플럭스로 채운 21mm직경의 원 와이어에 드로잉을 실시하여 직경을 10mm로 줄여 내부 캐비티가 100퍼센트 이상(벌크 밀도로)플럭스로 채워지도록 한다. 탈수소화를 행하기 위해 10mm직경의 와이어를 5m의 간격으로 떨어진 제 1 및 제 2 롤 전극 유니트 사이에 배치된 링 변압기에 분당 20m의 속도로 통과시켜 초당 72℃의 속도로 1080℃로 직접 전기 가열하였다. 도 8은 외피 온도와 플럭스 온도와의 관계를 나타낸다. 보다 구체적으로 도 8은 가열시간과 플럭스 충전 와이어의 외피 및 플럭스 온도와의 관계를 나타낸다. 전기 가열 직후에 외피온도는 1080℃로 급속히 상승하였고 외피의 내면과 접촉하는 플럭스 부분의 온도는 300℃로, 그리고 플럭스 온도 곡선 A를 따라 더욱 상승하였다. 플럭스를 통한 열전도로 플럭스 중심부의 온도는 도 8에 도시된 바와같이 약간의 시간 간격을 두고 플럭스 온도곡선 B를 따라 상승하여 1분내에 약 950℃에 이르렀다. 가열된 와이어를 4분동안 50kcal/㎡h℃의 열전달계수로 공기건조시킨 다음 초당 2.4℃의 속도로 조절된 급속냉각에 의해 500℃이하로 수냉각하였다. 그다음 와이어에 드로잉 및 표면처리공정을 실시하여 직경 2.4mm의 완성된 와이어를 얻었다. 이와 같이 얻어진 2.4mm직경의 와이어를 42볼트에서 550암페어의 전류, 분당 35cm의 용접속도, 30mm의 와이어 신장 및 분당 30리터의 이산화탄소 방출로 용접하는데 사용하였다. 가스크로마토그래피로 측정한 용착금속 100g당의 확산성 수소 함유량은 4.2ml였다.

실시예 2

JIS Z 3313 YFW-C50DR에 따라 이음매 없는 플럭스 충전 용접 와이어에 대해 내부 캐비티의 18퍼센트(중량으로)까지 플럭스로 채운 21.5mm직경의 원 와이어에 드로잉 및 표면처리공정을 실시하여 직경을 10.5mm로 줄여 내부 캐비티가 100퍼센트 이상(벌크 밀도로)플럭스로 채워지도록 한다. 탈수소화를 행하기 위해 10.5mm직경의 와이어를 5m의 간격으로 떨어진 제 1 및 제 2 롤 전극 유니트 사이에 배치된 링 변압기에 분당 20m의 속도로 통과시켜 초당 53℃의 속도로 800℃로 직접 전기 가열하였다. 도 9는 외피 온도와 플럭스 온도와의 관계를 나타낸다. 보다 구체적으로 도 9는 가열시간과 플럭스 충전 와이어의 외피 및 플럭스 온도와의 관계를 나타낸다. 전기 가열 직후에 외피온도는 800℃로 급속히 상승하였고 외피의 내면과 접촉하는 플럭스 부분의 온도는 200℃로, 그리고 플럭스 온도 곡선 A를 따라 더욱 상승하였다. 플럭스를 통한 열전도로 플럭스 중심부의 온도는 도 9에 도시된 바와같이 약간의 시간 간격을 두고 플럭스 온도곡선 B를 따라 상승하여 1분내에 약 800℃에 이르렀다. 가열된 와이어를 직접 연결된 가스 또는 연속 가열노내에서 2분 동안 800℃에서 더 가열하고 2분동안 50kcal/㎡h℃의 열전달계수로 공기건조시킨 다음 초당 2.5℃의 속도로 조절된 급속냉각에 의해 500℃이하로 수냉각하였다. 그다음 와이어에 드로잉 및 표면처리공정을 실시하여 직경 2.0mm의 완성된 와이어를 얻었다. 이와 같이 얻어진 2.0mm직경의 와이어를 38볼트에서 500암페어의 전류, 분당 35cm의 용접속도, 25mm의 와이어 신장 및 분당 25리터의 이산화탄소 방출로 용접하는데 사용하였다. 가스크로마토그래피로 측정한 용착금속 100g당의 확산성 수소 함유량은 4.5ml였다.

실시예 3

JIS Z 3313 YFW-C50DR에 따라 이음매 없는 플럭스 충전 용접 와이어에 대해 내부 캐비티의 12퍼센트(중량으로)까지 플럭스로 채운 21mm직경의 원 와이어에 드로잉을 실시하여 직경을 10mm로 줄여 내부 캐비티가 100퍼센트 이상(벌크 밀도로)플럭스로 채워지도록 한다. 탈수소화를 행하기 위해 10mm직경의 와이어를 2.5m의 간격으로 떨어진 제 1 및 제 2 롤 전극 유니트 사이에 배치된 링 변압기에 분당 60m의 속도로 통과시켜 초당 350℃의 속도로 880℃로 직접 전기 가열하였다. 도 10은 외피 온도와 플럭스 온도와의 관계를 나타낸다. 보다 구체적으로 도 10은 가열시간과 플럭스 충전 와이어의 외피 및 플럭스 온도와의 관계를 나타낸다. 전기 가열 직후에 외피온도는 880℃로 급속히 상승하였고 외피의 내면과 접촉하는 플럭스 부분의 온도는 200℃로, 그리고 플럭스 온도 곡선 A를 따라 더욱 상승하였다. 플럭스를 통한 열전도로 플럭스 중심부의 온도는 도 10에 도시된 바와같이 약간의 시간 간격을 두고 플럭스 온도곡선 B를 따라 상승하여 1분내에 약 800℃에 이르렀다. 가열된 와이어를 4분동안 20kcal/㎡h℃의 열전달계수로 공기건조시킨 다음 초당 1.6℃의 속도로 조절된 급속냉각에 의해 500℃이하로 수냉각하였다. 그다음 와이어를 직경 3.2mm의 와이어로 드로잉하고 그것을 외피연화 및 탈수소화를 위해 터널 노내에서 5분 동안 800℃로 가열하였다. 도 11은 얻어진 외피 온도와 플럭스 온도와의 관계를 나타낸다. 보다 구체적으로 도 11은 가열시간과 플럭스 충전 와이어의 외피 및 플럭스 온도와의 관계를 나타낸다. 도 11에 도시된 바와같이 외피온도는 3분내에 800℃로 상승하였다. 플럭스 온도도 또한 6분내에 약 800℃로 상승하였다. 그다음 가열된 와이어를 3분동안 80kcal/㎡h℃의 열전달계수로 다시 공기건조시킨 다음 초당 2.2℃의 속도로 조절된 급속냉각에 의해 400℃이하로 수냉각하였다. 그 다음와이어에 드로잉 및 표면처리공정을 실시하여 직경 1.2mm의 완성된 와이어를 얻었다. 이와 같이 얻어진 1.2mm직경의 와이어를 30볼트에서 270암페어의 전류, 분당 35cm의 용접속도, 20mm의 와이어 신장 및 분당 25리터의 이산화탄소 방출로 용접하는데 사용하였다. 가스크로마토그래피로 측정한 용착금속 100g당의 확산성 수소 함유량은 2.1ml였다.

도 12는 각 실시예에서의 가열시간과 확산성 수소량과의 관계를 나타낸다. 용착금속 100g중의 확산성 수소량이 실시예 1에서는 4.2ml, 실시예 2에서는 4.5ml, 880°로 직접전기가열하고 공기냉각후 500℃로 수냉각한 와이어에서는 5.0ml, 그리고 실시예 3에서 터널노내에서 더 가열하고 냉각한 와이어에서는 2.1ml였다. 명백히 본 발명의 방법으로 제조된 모든 와이어는 비교를 위해 가열하지 않고 제조한 종래의 것보다 휠씬 적은 확산성 수소를 함유하였다. 따라서 본 발명에 따른 방법에 의하면 확산성 수소 함유량을 줄임으로써 고장력 및 구조 강의 용접에 적합한 우수한 내균열성 및 프라이머 프루프 특성을 갖는 저수소 플럭스 충전 용접 와이어를 효과적으로 제조할 수 있다.

Claims (3)

1. 금속관에 플럭스를 충전하여 제조된 와이어를 고온에서 가열함으로써 탈수소화하여 이음매 없는 플럭스 충전 용접 와이어를 제조하는 방법으로서, 플럭스로 충전된 금속관으로 이루어지는 직경 8 내지 15mm의 직선 와이어를 와이어 이동경로를 따라 2 내지 5m의 간격으로 떨어진 제 1 및 제 2쌍의 롤 전극 및 이들 사이에 배치된 링 변압기에 통과시킴으로써 620 내지 1100℃의 온도로 직접 전기 가열하는 단계, 가열된 와이어를 250kcal/㎡h℃이하의 열전달계수로 500℃이하의 온도로 냉각하는 단계, 및 냉각된 와이어를 0.8 내지 4mm의 직경으로 드로잉하는 단계로 이루어지며, 이렇게 하여 얻어진 용접 와이어로 형성된 용접은 용착금속 100g당 5ml이하의 확산성 수소를 함유하는 것을 특징으로 하는 이음매 없는 플럭스 충전 용접 와이어의 제조방법.
2. 금속관에 플럭스를 충전하여 제조된 와이어를 고온에서 가열함으로써 탈수소화하여 이음매 없는 플럭스 충전 용접 와이어를 제조하는 방법으로서, 플럭스로 충전된 금속관으로 이루어지는 직경 8 내지 15mm의 직선 와이어를 와이어 이동경로를 따라 2 내지 5m의 간격으로 떨어진 제 1 및 제 2쌍의 롤 전극 및 이들 사이에 배치된 링 변압기에 통과시킴으로써 620 내지 1100℃의 온도로 직접 전기 가열하는 단계, 와이어를 가스 또는 전기가열 노내에서 600 내지 800℃의 온도에서 가열하는 단계, 가열된 와이어를 250kcal/㎡h℃이하의 열전달계수로 500℃이하의 온도로 냉각하는 단계, 및 냉각된 와이어를 0.8 내지 4mm의 직경으로 드로잉하는 단계로 이루어지며, 이렇게 하여 얻어진 용접 와이어로 형성된 용접은 용착금속 100g당 5ml이하의 확산성 수소를 함유하는 것을 특징으로 하는 이음매 없는 플럭스 충전 용접 와이어의 제조방법.
3. 금속관에 플럭스를 충전하여 제조된 와이어를 고온에서 가열함으로써 탈수소화하여 이음매 없는 플럭스 충전 용접 와이어를 제조하는 방법으로서, 플럭스로 충전된 금속관으로 이루어지는 직경 8 내지 15mm의 직선 와이어를 와이어 이동경로를 따라 2 내지 5m의 간격으로 떨어진 제 1 및 제 2쌍의 롤 전극 및 이들 사이에 배치된 링 변압기에 통과시킴으로써 620 내지 1100℃의 온도로 직접 전기 가열하는 단계, 가열된 와이어를 250kcal/㎡h℃이하의 열전달계수로 500℃이하의 온도로 냉각하는 단계, 냉각된 와이어를 2 내지 7mm의 직경으로 드로잉하는 단계, 드로잉된 와이어를 600 내지 800℃의 온도로 가열하는 단계, 가열된 와이어를 250kcal/㎡h℃이하의 열전달계수로 500℃이하의 온도로 냉각하는 단계, 및 냉각된 와이어를 0.8 내지 4mm의 직경으로 드로잉하는 단계로 이루어지며, 이렇게 하여 얻어진 용접 와이어로 형성된 용접은 용착금속 100g당 3ml이하의 확산성 수소를 함유하는 것을 특징으로 하는 이음매 없는 플럭스 충전 용접 와이어의 제조방법.