KR20000052539A - 극소 탄소 금속-심 용접 도선 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 기체 차폐 용접 작업을 위한 저 탄소 금속-심(low carbon metal-core) 용접 도선은 약 0.008% 이하의 탄소 함량을 갖는 저 탄소 철 피복(low carbon steel sheath)을 가진다. 상기 용접 도선의 금속-심 조성물은 플럭싱제(fluxing agents)를 거의 갖지 않고 가급적이면 전혀 갖지 않아서, 이것에 의해 생성된 용착금속(deposit)은 단지 부분적인 슬래그 섬(slag islands)만이 그 위에 형성된다. 상기 금속-심 조성물은 이것에 의해 생성된 용착금속의 기계적 특성을 향상시키기 위해서 이것에 첨가된 탄소를 가질 수 있는데, 상기 금속-심 조성물은 상기 금속-심 용접 도선 총 중량의 약 16% 내지 약 20%이다. 상기 저 탄소 금속-심 용접 도선은 상대적으로 느린 연기 생성 속도를 갖고, 우수한 기계적 특성을 갖는 용착금속을 생성한다.
Description
본 발명은 일반적으로 기체 차폐 용접 작업을 위한 금속-심 용접 도선에 관한 것이며, 보다 상세하게는 연기 발생이 감소된 극소 탄소 용접 도선에 관한 것이다.
기체 차폐된 아크(arc) 용접을 위한 금속-심 용접 도선은 일반적으로 공지되어 있고, 널리 사용되고 있는데, 주로 수평면에서 일반적으로 실행되는 용접 작업에서 사용되며, 또한 자리이탈(out-of-position) 용접 작업과는 달리, 고체 용접 도선 대체에 대표적으로 사용된다. 다른 것들 중에서 금속-심 용접 도선의 한 응용은 특정한 철도 차량 및 이들의 부품의 제조이며, 여기서 철은 단일 또는 다중 경로 용접 작용으로 용접된다. 이 예시적 응용에서의 철은 전형적으로 0.48-0.55 kPa(70-80 ksi)의, 대략 3.81cm(1.5 인치) 두께의 탄소 망간 철(carbon manganese steel)이다. 금속-심 용접 도선은 또한 많은 다른 응용에 대해 사용된다.
금속-심 용접 도선은 고체 용접 도선이 한때 주로 사용되었던 응용에서 점진적으로 이용된다. 고체 도선과 비교할 때, 금속-심 도선은 일반적으로 더 큰 용착 및 더 빠른 이동 속도, 향상된 아크 및 열 전송, 향상된 투과성 및 측면 용융, 감소된 스패터(spatter) 및 슬래그(slag)를 가지고, 더 나은 품질의 용접 비드(weld bead)를 가져서, 이것에 의해 생산성을 증가시키고, 비용을 감소시킨다. 금속-심 도선의 이점은 일반적으로 다른 요인 가운데서 피복(sheath)에 집중된 더 높은 전류 밀도 및, 용접 풀 터뷸런스(weld pool turbulence)를 덜 발생시켜서 더 나은 용접 비드(weld bead)를 제공하는 더 넓은 아크 프로젝션(arc projection)에 기인한다.
기체 차폐 아크 용접을 위한 한 가지 공지된 종래의 기술의 금속-심 용접 도선은 약 0.02% 내지 0.08% 탄소를 가지는 저 탄소 철 피복을 일반적으로 포함한다. 상기 종래 기술인 금속-심 용접 도선은 주로 철가루 및 다른 일반적으로 비-플럭싱(non-fluxing)인 다른 금속 화합물, 예를 들어 알루미늄, 티타늄 및 망간을 포함하는 금속-심 조성물을 갖는데, 여기에서 상기 금속-심 조성물은 상기 용접 도선 총 중량의 대략 18%이다.
금속-심 용접 도선에 의해 생산되는 상기 용착금속의 기계적인 특성은 일반적으로 이것의 조성물, 예를 들면 탄소 함량에 의존하는데, 상기 탄소 함량은 특별한 산업 분류, 예를 들면 미국 용접 학회(American Welding Society: AWS) 및 캐나다 표준 협회(Canadian Standards Association: CSA)에 부합하는 기계적인 특성을 생산하기 위해 제어된다.
상술된 금속-심 용접 도선의 많은 이점에도 불구하고, 기체 차폐된 아크 용접 작업을 위한 공지된 금속-심 용접 도선은 일반적으로 고체 도선과 비교해서 실질적으로 더 많은 연기(fume)를 생성한다. 상기 연기는 일반적으로 상기 아크에서 착 산화물(complex oxides)을 만드는 증기의 형태로 생긴다. 공지된 종래 기술의 금속-심 용접 도선의 특성을 나타내는 증가된 연기 생성은 이것의 보다 폭 넓은 이용, 특히 실내에서 실행되는 작업 및 환기가 잘 되지 않는 용접 환경에서의 이용을 제한할 가능성이 있다. 연기는 공기 품질 및 가시성을 감소시키는 경향이 있으며, 바람직하지 못한 다른 단점들을 갖는다.
본 발명의 발명자는 금속-심 용접 도선에 있는 탄소가 연기 생성의 중요한 소스(source)이며, 연기 생성은 상기 용접 도선의 상기 철 피복에 있는 상기 탄소 함량을 감소시킴으로써 실질적으로 감소될 수 있다는 것을 일반적으로 인식하였다. 본 발명자는 상기 용접 도선 철 피복의 탄소 함량 감소로부터 나타나는 용착금속의 기계적 특성상의 어떠한 손실도 보상하기 위해, 상대적으로 적은 양의 탄소, 또는 이것의 합금, 또는 다른 조성물들이 상기 용접 도선의 상기 금속-심 조성물에 주입될 수 있다는 것을 또한 인식했다.
본 발명의 발명자는 더 특별하게는, 연기 생성은 상기 용접 도선 피복의 탄소 함량을 감소시킴으로써 일반적으로 감소되고, 만일 상기 탄소가 상기 철 피복으로부터 생긴다면 발생할 연기 생성을 수반하지 않고서 상기 용착금속의 상기 기계적 특성을 제어하기 위해 상대적으로 적은 양의 탄소 및 다른 조성물들이 상기 금속-심 조성물에 첨가될 수 있다는 것을 인식했다. 명백하게, 금속-심 용접 도선의 상기 금속-심 조성물에 있는 탄소는 상기 피복으로부터 이동된 탄소와 비교해서 상대적으로 더 적은 연기를 생성하면서 보다 효율적으로 용착금속으로 이동된다.
플럭스-심(flux-core) 용접 도선의 분야에서는, 1996년 12월 3일 "연기를 적게 발생시키는 기체 차폐 아크 용접을 위한 플럭스-심 도선"이라는 제목으로 허여된 미국 특허 번호 제 5,580,475에서 논의된 바와 같이, 용접 도선의 철 피복에 있는 탄소 함량을 줄임으로써 연기를 감소시키는 것이 일반적으로 공지되어 있다. 예를 들어, ITW 호버트 브러더스(Hobart Brothers), 우드스톡(Woodstock), 온타리오(Ontario)에서 구입 가능한 종래 기술의 XL-71 플럭스-심 용접 도선은 약 0.008% 이하의 탄소를 갖는 상대적으로 적은 탄소 피복을 가지는데, 여기에서 상기 적은 탄소 피복은 다른 플럭싱제(flux agents) 중에서 예를 들면, 철-망간 실리콘 합금(ferro-manganese Si alloy), 소듐 티타네이트(sodium titanate), 실리카(silica), 알루미늄 산화물(aluminum oxides) 및 금홍석(rutile)인 플럭싱 화합물을 주로 포함하는 플럭스-심 조성물에 대해 형성된다.
플럭스-심 용접 도선의 분야에서, 철 피복에 있는 탄소 함량의 감소에 수반되는 용착금속의 기계적 특성 손실을 보상하기 위해, 플럭스-심 조성물에 탄소를 첨가하는 것이 또한 공지된다. 상술된 바와 같이 ITW 호버트 브러더스로부터 구입 가능한 종래 기술인 XL-71 플럭스-심 용접 도선에서, 피복의 상대적으로 적은 탄소 함량을 보상하기 위해 탄소가 약 0.0048% 내지 약 0.0072% 사이의 양으로 상기 플럭스-심 조성물에 첨가된다. 플럭스-심 조성물에 탄소가 첨가된 상기 XL-71 플럭스-심 용접 도선은 AWS A5.20 표준(Standard), E71T-1 분류를 따르고, 다른 특성들 가운데서도 최소 산출 강도(yield strength) 0.40 kPa(58 ksi), 최소 인장 강도(tensile strength) 0.48 kPa(70 ksi), 최소 신장율(elongation) 22%, 및 최소 충격값(impact value) 2.74 m.kg(20 ft.lbs.)을 갖는 용착금속을 생산한다.
플럭스-심 용접 도선은 일반적으로 플럭싱제를 거의 또는 전혀 포함하지 않는 금속-심 용접 도선에 비해 플럭스-심에 상대적으로 많은 양의 플럭싱제를 포함하는 것을 특징으로 한다는 점에서 금속-심 용접 도선과 구별된다. 플럭스-심 용접 도선은 또한 플럭스-심 용접 도선에 의해 형성되는 용착금속 상에 상대적으로 많은 양의 슬래그가 생성된다는 점에서 금속-심 및 고체 용접 도선과 구별된다. 보다 특별하게는, 플럭스-심 용접 도선은 상기 용착금속 상에서 슬래그의 상대적으로 연속적인 축적을 생성시키는 경향이 있다. 반대로, 플럭싱제를 실질적으로는 거의 갖지 않는 금속-심 용접 도선은 일반적으로 용착금속 상에 기껏해야 부분적인 슬래그 섬(slag island)만을 생성시킬 뿐이다.
플럭스-심 용접 도선은, 플럭싱제가 좋은 환원제(deoxidizers)이므로, 작업편(workpiece)이 심하게 부식되는 기체 차폐 아크 용접작업에서 주로 사용된다. 플럭스-심 용접 도선은 용융된 용접 풀(pool)이 경화될 때까지 이것에 의해 생성된 상당량의 슬래그가 상기 작업편 상의 용착금속을 고정시키거나 또는 지지하는 경향이 있기 때문에, 위치 이탈 용접을 필요로 하는 작업에서 또한 사용된다. 그러나 많은 응용에서, 예를 들면, 코팅이 이것에 도포되는 응용에서 상기 슬래그는 일반적으로 상당한 비용을 들여 용착금속으로부터 제거되어야만 한다. 플럭스-심 용접 도선은 일반적으로 금속-심보다, 특히 고체 용접 도선보다 상당히 더 많은 연기를 생성한다. 플럭스-심 용접 도선에 의해 생성된 상대적으로 많은 양의 연기 및 슬래그는 이러한 도선의 이용을 상술된 특별한 응용으로 제한한다. 이런 저런 이유에서, 플럭스-심 도선은 일반적으로 고체 및 금속-심 용접 도선과 교환적으로 사용되지 않는다.
본 발명은 기체 차폐 용접 작업을 위한 금속-심 용접 도선 기술에서의 진보를 가져온다.
본 발명의 목적은 상기 기술에서의 문제를 극복하는 기체 차폐 용접 작업을 위한 새로운 금속-심 용접 도선을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 경제적인 기체 차폐 용접 작업을 위한 새로운 금속-심 용접 도선을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 거의, 바람직하게는 전혀 플럭싱제를 갖지 않아서, 이것에 의해 상기 금속-심 용접 도선이 상대적으로 적은 연기 생성 속도를 가지는, 기체 차폐 용접 작업을 위한 새로운 금속-심 용접 도선을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기체 차폐 용접 작업을 위한 새로운 금속-심 용접 도선을 제공해서, 이것에 의해 상기 금속-심 용접 도선이 상대적으로 적은 연기 생성 속도를 가지고, 우수한 기계적 특성을 갖는 용착금속을 생성하는 것이다.
본 발명의 더욱 다른 목적은, 극소 탄소 철 피복, 예를 들어 약 0.008% 이하의 탄소를 갖는 철 피복 및 거의, 바람직하게는 전혀 플럭싱제를 갖지 않는 금속-심 조성물을 포함함으로써, 생성된 용착금속상에, 플럭스-심 용접 도선에서 전형적으로 나타나는 상대적으로 연속적인 슬래그 형성과 비교해서 단지 부분적인 슬래그 섬만이 형성되는, 기체 차폐 용접 작업을 위한 새로운 금속-심 용접 도선을 제공하는 것이다.
본 발명의 보다 구체적인 목적은 약 0.008% 이하의 탄소 함량을 갖는 저 탄소 철 피복을 일반적으로 포함하는, 기체 차폐 용접 작업을 위한 새로운 금속-심 용접 도선을 제공하는 것이다. 상기 용접 도선의 금속-심 조성물은 거의, 바람직하게는 전혀 플럭싱제를 갖지 않아서, 이것에 의해 생성된 용착금속 상에 단지 부분적인 슬래그 섬만이 생성되며, 상기 금속-심 조성물은 이것에 의해 생성된 용착금속의 기계적인 특성을 향상시키기 위해서 가급적이면 탄소가 첨가되며, 상기 금속-심 조성물은 상기 금속-심 용접 도선 총 중량의 약 16% 내지 약 20%를 차지함으로써 상기 금속-심 용접 도선은 상대적으로 느린 연기 생성 속도를 갖는다.
본 발명의 이런 저런 목적, 양상, 특징 및 이점들은 이해의 용이함을 위해서는 어울리지 않을 수도 있으나, 하기의 본 발명의 상세한 설명 및 첨부된 도면을 주의 깊게 고려하면 보다 전체적으로 명백해질 것인데, 여기서 같은 구조 및 단계들은 일치하는 숫자 및 지시어에 의해서 일반적으로 참조된다.
본 발명은 용접 중에 발생되는 연기를 실질적으로 감소시키기 위해서 약 0.008% 이하, 바람직하게는 약 0.003% 내지 약 0.004%의 탄소 함량을 갖는 저 탄소 철 피복을 일반적으로 포함하는, 기체 차폐 용접을 위한 금속-심 용접 도선에 관한 것이다. 극소 탄소 철 피복은 비록 다른 극소 탄소 판이 대안적으로 이용될 수 있지만, 예를 들어 연속적인 주조 철판(cast steel sheet)으로부터 제조되고, 한정된 양의 알루미늄으로 철의 성질이 약화되며, 일괄적으로 탄소처리(batch carburized) 된다.
상기 금속-심 용접 도선 철 피복의 탄소 함량을 줄이는 것은 감소된 강도 및 감소된 충격력을 포함해서, 이것에 의해 생성된 용착금속의 기계적인 특성을 일반적으로 약화시킨다. 그러므로, 한 가지 실시예에서, 기계적인 특성의 강화 조성물, 바람직하게는 탄소가 특별한 AWS 또는 CSA 전극 분류에 부합하기 위해 요구될 수 있는, 최종 용착금속의 기계적인 특성의 일반적 증가를 위해서 상기 금속-심 조성물에 재주입되거나, 또는 첨가된다.
한 가지 실시예에서, 상기 금속-심 조성물은 약 0.0020% 내지 0.0047%의 탄소를 포함하며, 상기 금속-심 조성물은 상기 금속-심 용접 도선 총 중량의 약 16% 내지 약 20%이다. 다른 실시예에 있어서, 상기 금속-심 조성물은 약 0.0025% 내지 0.0046%의 탄소를 포함하며, 상기 금속-심 조성물은 상기 금속-심 용접 도선 총 중량의 약 17% 내지 약 19%이다. 그리고 또 다른 실시예에 있어서, 상기 금속-심 조성물은 약 0.0027% 내지 0.0042%의 탄소를 포함하며, 상기 금속-심 조성물은 상기 금속-심 용접 도선 총 중량의 약 18% 이다.
한 가지 예시적 실시예에 있어서, 상기 금속-심 용접 도선의 총 중량은 약 0.005% 내지 약 0.013%의 탄소를 포함한다. 보다 특별하게는, 상기 피복에 있는 탄소의 범위는 약 0.003% 에서 약 0.008% 이하이며, 상기 금속-심에 있는 탄소의 범위는 약 0.0019% 내지 약 0.0047% 이하인데, 이것에 의해 상기 금속-심 용접 도선의 총 탄소 함량은 상기 금속-심에 있는 탄소와 상기 피복에 있는 탄소의 합이 된다.
본 발명의 금속-심 용접 도선의 총 탄소 함량은 다른 공지된 금속-심 및 고체 용접 도선에 비해 상대적으로 적다. 본 발명의 상기 금속-심 용접 도선의 총 탄소 함량은 공지된 저 탄소 플럭스-심 용접 도선, 예를 들면, ITW 호버트 브러더스로부터 구입 가능한 XL-71 플럭스-심 용접 도선보다 또한 적다. 그럼에도 불구하고 아래에서 설명하는 바와 같이 본 발명의 극소 탄소 금속-심 용접 도선은 적은 연기를 생성하고, XL-71 플럭스-심 용접 도선뿐만 아니라 공지된 금속-심 및 고체 용접 도선과 유사하거나 또는 더 나은 기계적 특성을 갖는 용착금속을 예상외로 생성한다.
생성되는 용착금속의 기계적 특성을 향상시키기 위해 금속-심 조성물에 탄소가 첨가되는 본 발명의 실시예에 있어서, 용접 도선에 있는 탄소의 총량은, 거의 모든 탄소가 철 피복으로부터 비롯한다면, 같은 특성을 획득하기 위해서 요구되는 것보다 적다. 탄소는 철 피복으로부터 보다는 금속-심 조성물로부터 더 효율적으로 용착금속으로 이동되기 때문에, 본 발명의 금속-심 조성물에 첨가된 상대적으로 적은 양의 탄소는 연기 생성 속도를 그다지 증가시키지는 않는다. 즉, 피복보다는 금속-심으로부터 용착금속으로 탄소를 이동시키는 것이 보다 효율적이다. 그러므로, 본 발명에 따르면, 피복 상의 탄소는 최소화되고, 특별한 기계적인 특성의 요구사항을 만족시키기 위해 요구되는 모든 탄소는 용접 도선의 금속-심으로부터 용착금속으로 주입되므로, 연기 생성 속도는 최소화된다.
다른 실시예에 있어서, 다른 원소 또는 조성물은, 그것의 첨가가 실질적으로 연기 생성을 증가시키지 않는 한, 용착금속의 기계적 특성을 제어하기 위해 금속-심 조성물에 첨가될 수 있다. 다른 특성의 강화 원소 또는 조성물은 금속-심 조성물에 첨가되는 탄소의 대안으로서, 또는 그것에 부가하여 사용될 수 있어서, 상기 금속-심에 첨가된 탄소 함량 및 상기 금속-심 용접 도선의 전체 탄소 함량은 감소되고, 그러므로 이것에 의해 생성된 용착금속의 기계적인 특성을 향상시키면서도 연기 생성은 더욱 감소시킨다.
본 발명의 금속-심 용접 도선은 최소한 망간 및 실리콘을 더 포함하는 것이 바람직하다. 망간은 환원제이며, 용착금속의 인장을 증가시키는 경향이 있다. 실리콘도 또한 환원제이며, 향상된 습식 특성을 제공함으로써 향상된 비드 프로파일(bead profile)을 제공한다. 특히 100% 이산화탄소 차폐 기체 상의 용접에 적합한 한 가지 실시예에 있어서, 금속-심 용접 도선의 총 중량은 약 4.0% 내지 약 4.5% 망간, 및 약 2.2% 내지 약 2.4% 실리콘을 포함한다. 망간 및 실리콘의 이러한 예시적인 양은 한정하기 위한 것이 아니며, 이들의 양은 다소간 특정한 용접 작업에 의존할 수 있다. 예를 들어, 아르곤(Ar) 또는 이산화탄소(CO2)와 이것의 혼합물을 포함하는 차폐 기체는 용접 도선으로부터 용착금속으로 망간 및 실리콘의 이동 효율성을 일반적으로 증가시킨다. 그러므로, 차폐 기체가 아르곤을 포함하면, 금속-심 용접 도선에 있는 망간 및 실리콘의 양은 차폐 기체에 첨가된 아르곤의 양에 비례해서 감소될 수 있다.
한 가지 실시예에 있어서, 철 피복은 약 0.25% 이상 및 0.50% 이하의 망간을 포함하며, 바람직하게는 약 0.35% 내지 약 0.45%의 망간을 포함한다. 상술된 바람직한 망간 범위를 구성하는 금속-심 용접 도선에서의 망간의 나머지는 아래 논의되는 바와 같이 금속-심 조성물로부터 비롯한다.
상기 철 피복은 또한 0.040% 이하의 실리콘을 포함하며, 상술된 바람직한 실리콘 범위를 이루는 금속-심 용접 도선에서의 실리콘의 나머지는 아래 논의되는 바와 같이 상기 금속-심 조성물로부터 또한 비롯된다.
상기 철 피복은 또한 0.005% 이하, 바람직하게는 0.004% 이하의 질소를 또한 포함한다. 상기 철 피복은 또한 약 0.025% 이하의 인(P), 약 0.015% 이하의 황(S), 약 0.025% 이하의 알루미늄(Al)을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 피복은 약 0.370% 망간, 약 0.005% 인, 약 0.009% 황, 약 0.007% 실리콘, 약 0.022% 알루미늄, 및 약 0.003% 질소(N)를 포함한다.
금속-심 조성물은 금속-심 용접 도선 총 중량의 약 16% 내지 약 20%이며, 바람직하게는 금속-심 용접 도선 총 중량의 약 17% 내지 약 19%이고, 더욱 바람직하게는 금속-심 용접 도선 총 중량의 약 18%이지만, 상기 피복의 탄소 함량이 약 0.008% 이하인 한, 다소 크거나 작을 수 있는데, 상기 금속-심 조성물이 탄소를 포함하는 실시예에서 상기 금속-심 용접 도선의 총 중량은 약 0.005% 내지 약 0.013% 탄소를 포함한다.
생성되는 용착금속의 기계적인 특성을 향상하기 위해 금속-심 조성물에 탄소가 첨가되는 실시예에 있어서, 탄소는 비록 다른 소스로부터도 유도될 수 있지만, 철-망간의 형태가 될 수 있다. 상기 금속-심 조성물의 나머지는 비록 상기 금속-심이 아래에서 논의되는 다른 조성을 포함할 수 있지만, 철 파우더(Fe power) 및 미량 불순물이 될 수 있다.
한 가지 실시예에 있어서, 금속-심 조성물은 용접 도선의 총 중량의 약 16% 내지 약 20%이며, 상기 금속-심 조성물은 약 1.23% 내지 약 1.56%의 철-망간을 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 금속-심 조성물은 용접 도선 총 중량의 약 17% 내지 약 19% 이며, 상기 금속-심 조성물은 약 1.46% 내지 약 1.62%의 철-망간을 포함한다. 철-망간의 상기 예시적인 비율은 상기 금속-심 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
망간 및 실리콘은 철-실리콘 및 철-망간-실리콘의 형태로 상기 금속-심 조성물에 첨가될 수 있는데, 비록 다른 소스들이 대안적으로 이용될 수 있지만 이것들은 망간 및 실리콘의 주요 소스이다. 한 가지 실시예에 있어서, 금속-심 조성물은 약 2.40% 내지 약 3.60%의 철-실리콘을 포함하며, 약 10.86% 내지 약 16.30%의 철-망간-실리콘을 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 티타늄을 환원제로서 상기 금속-심 조성물에 첨가하는 것이 바람직할 것이다. 한 가지 실시예에 있어서, 금속-심 조성물은 약 0.44% 내지 약 0.66%의 철-티타늄을 포함한다. 이러한 비율은 상기 금속-심 조성물 총 중량을 기준으로 한다. 상기 철-실리콘, 철-망간-실리콘 및 철-티타늄은 단독으로 쓰이거나, 서로서로 여러 조합으로 쓰이거나, 또는 특별한 응용에서 요구되는 바와 같이 철-망간과의 여러 조합으로 사용될 수 있다. 상기 금속-심 조성물의 나머지는 철 파우더 및 미량 불순물이다.
한 가지 바람직한 실시예에 있어서, 금속-심 조성물은 용접 도선 총 중량의 약 17% 내지 약 19% 이며, 약 1.46% 내지 약 1.62%의 철-망간, 약 2.85% 내지 약 3.15%의 철-실리콘, 약 12.90% 내지 약 14.26%의 철-망간-실리콘, 약 0.52% 내지 약 0.58%의 철-티타늄, 및 나머지로서 철 파우더 및 미량의 불순물을 포함한다.
바람직하게는 금속-심 조성물에 플럭싱제가 거의 또는 전혀 없어서, 금속-심 용접 도선에 의해 생산되는 용착금속은 플럭스-심 용접 도선에서 전형적으로 나타나는 상대적으로 연속적인 슬래그 형성에 비해서, 단지 부분적인 슬래그 섬만이 그 위에 형성된다.
한 가지 예시적인 실시예에 있어서, 본 발명의 금속-심 용접 도선은 극소 탄소 철 피복 및 상기 용접 도선 총 중량의 약 17% 내지 약 19%인 금속-심 조성물을 포함한다.
상기 철 피복은 약 0.008% 이하의 탄소, 약 0.25% 내지 약 0.50%의 망간, 약 0.025% 이하의 인, 약 0.015% 이하의 황, 약 0.040% 이하의 실리콘, 약 0.025% 이하의 알루미늄, 약 0.004% 내지 약 0.005% 질소를 포함하는데, 여기서 상기 피복 조성물의 상기 비율은 상기 피복 총 중량을 기준으로 한다.
예시적인 금속-심 용접 도선의 금속-심 조성물은 약 1.46% 내지 약 1.62%의 철-망간, 약 2.85% 내지 약 3.15%의 철-실리콘, 약 12.90% 내지 약 14.26%의 철-망간-실리콘, 약 0.52% 내지 약 0.58%의 철-티타늄, 및 나머지로서 철 파우터 및 미량의 불순물을 포함한다.
이 예시적인 금속-심 용접 도선 조성물에 따르면, 상기 금속-심 조성물의 탄소 함량은 상기 용접 도선의 총 중량을 기준으로 약 0.0025% 내지 0.0046% 이다. 상기 금속-심 조성물에서 탄소 범위는 약 1.0% 내지 약 1.5% 범위의 탄소 함량을 갖는 상기 철-망간 및, 금속-심 조성물을 총 중량의 약 17% 내지 약 18%로 갖는 금속-심 용접 도선을 기준으로 계산된다.
연기 생성 데이터
상기 실시예와 같은 조성물을 갖는 1.2mm 직경의 금속-심 용접 도선에 대한 연기 생성 속도 데이터는 여러 다른 차폐 기체 혼합물에 대한 아래의 "연기 데이터 표"에서 개시된다. 상기 금속-심 용접도선은 AWS A5.18 표준, E70C-6 분류와 동일한 캐나다 표준 협회(CSA) W48.5 표준, E4801C-6-CH 분류에 부합한다.
데이터를 산출하기 위해서, 용접 작업이 다음 조건하에서 실행되었다: 28 볼트(volts); 300 암페어(amps); 이동 속도(travel speed) 분당 35.6 cm(14 ipm); 및 도선 피드 속도(wire feed speed) 분당 1,262.4 cm(497 ipm).
"연기 데이터 표"에서의 연기 생성 속도 데이터(FGR)는 "연기 생성 속도 및 용접과 유사 공정의 총 연기 방출을 측정하기 위한 실험 방법"의 AWS F1.2에 따라서 측정되었다. 그러므로, 아래의 연기 생성 속도는 대략 AWS F1.2에 부합하는 근사값이다.
| 연기 데이터 표 | |
| 차폐 기체 | FGR (gr./min.) |
| 100% 이산화탄소 | 0.26 |
| 75% Ar 및 25% 이산화탄소 | 0.38 |
| 82% Ar 및 18% 이산화탄소 | 0.34 |
| 92% Ar 및 8% 이산화탄소 | 0.32 |
용착금속 화학 실시예 I
아래의 "용착금속 화학 표 I"은 100% 이산화탄소차폐 기체에서 상기 실시예에서와 같은 조성물을 갖는 1.6mm 직경의 금속-심 용접 도선에 의해 생성되는 용착금속 화학에 대한 것이다. 상기 금속-심 용접 도선은 AWS A5.18 표준, E70C-6 분류와 동일한 캐나다 표준 협회(CSA) W48.5 표준, E4801C-6-CH 분류에 부합한다.
| 용착금속 화학 표 I | ||
| 용착금속 | AWS E70C-6 | |
| 산출 강도 | 481,944 kPa(69,900 psi) | 399,896 kPa(min.)[58,000 psi(min.)] |
| 인장 강도 | 559,855 kPa(81,200 psi) | 482,633 kPa(min.)[70,000 psi(min.)] |
| 신장률 | 30% | 22% |
| 충격(CVNs) | 5.35 m.kg(39 ft.lbs.) | 2.74 m.kg(20 ft.lbs.) |
| 탄소 | 0.026% | 0.12%(max.) |
| 망간 | 1.48% | 1.75%(max.) |
| 인 | < 0.01% | 0.03%(max.) |
| 황 | 0.01% | 0.03%(max.) |
| 실리콘 | 0.75% | 0.90%(max.) |
| 구리 | 0.04% | 0.50%(max.) |
상기 용착금속은 미량 원소 예를 들어, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 및 AWS E70C-6분류에 따른 다른 필수적인 미량 불순물을 또한 포함한다. 상기 용착금속에 있는 부가적인 탄소는 상기 차폐 기체에 있는 이산화탄소로부터 비롯된 것이다.
용착금속 화학 실시예 II
아래의 "용착금속 화학 표 II"는 92% 아르곤및 8% 이산화탄소 차폐 기체 혼합물에서 상기 실시예에서와 같은 조성물을 갖는 1.6mm 직경의 금속-심 용접 도선에 의해 생성되는 용착금속 화학에 대한 것이다. 상기 금속-심 용접 도선은 AWS A5.18 표준, E70C-6 분류와 동일한 캐나다 표준 협회(CSA) W48.5 표준, E4801C-6-CH 분류에 부합한다.
| 용착금속 화학 표 II | ||
| 용착금속 | AWS E70C-6 | |
| 산출 강도 | 490,213 kPa(71,100 psi) | 399,893 kPa[58,000 psi(min.)] |
| 인장 강도 | 575,018 kPa(83,400 psi) | 482,629 kPa[70,000 psi(min.)] |
| 신장률 | 30% | 22% |
| 충격(CVNs) | 3.98 m.kg(29 ft.lbs.) | 2.74 m.kg(20 ft.lbs.) |
| 탄소 | 0.020% | 0.12%(max.) |
| 망간 | 1.69% | 1.75%(max.) |
| 인 | < 0.01% | 0.03%(max.) |
| 황 | 0.01% | 0.03%(max.) |
| 실리콘 | 0.85% | 0.90%(max.) |
| 구리 | 0.04% | 0.50%(max.) |
상기 용착금속은 미량원소 예를 들어, 크롬, 니켈, 몰리브덴, 바나듐, 및 AWS E70C-6분류에 따른 다른 필수적인 미량 불순물을 또한 포함한다. 상기 용착금속에 있는 부가적인 탄소는 상기 차폐 기체에 있는 이산화탄소로부터 비롯된 것이다.
본 발명의 상기 예시적인 금속-심 용접 도선에 의해 생성된 용착금속의 기계적인 특성은 공지된 종래 기술의 금속-심 및 고체 용접 도선에 의해 생성되는 용착금속의 기계적인 특성과 같거나 또는 더 우수하다. 하지만, 본 발명의 용접 도선은 공지된 종래 기술의 금속-심 및 고체 용접 도선보다는 상당히 탄소를 덜 가지고, 상당히 연기를 덜 생성한다.
본 발명의 상기 예시적인 금속-심 용접 도선에 의해 생성된 용착금속의 기계적인 특성은 또한 공지된 저 탄소 플럭스-심 용접 도선에 의해 생성되는 용착금속의 기계적인 특성과 같거나 또는 더 우수한데, 하지만, 본 발명의 용접 도선은 실질적으로 저 탄소 플럭스-심 용접 도선보다 탄소를 상당히 덜 갖는다. 예를 들어, 표 I 및 II의 기계적인 특성을 플럭스-심 조성물에 탄소를 0.0048%의 최소량으로 갖고, 철 피복에서 0.008% 이하의 탄소를 가지며 최소 산출 강도 0.40 kPa(58 ksi), 최소 인장 강도 0.48 kPa(70 ksi), 최소 신장률 22% 및 최소 충격 값 2.74 m.kg(20 ft.lbs.)을 갖는 용착금속을 생성하는, ITW 호버트 브러더스에 의해 생산되는 XL-71 저 탄소 플럭스-심 용접 도선의 기계적인 특성과 비교하면 뜻밖의 결과가 나온다. 왜냐하면 본 발명의 금속-심 조성물이 용접 도선의 총 중량을 기준으로 약 0.0025% 내지 약 0.0046%의 상대적으로 적은 탄소 함량을 갖는다는 것은 이것에 의해 생성되는 용착금속의 기계적인 특성이 플럭스-심 조성물에 상대적으로 많은 양의 탄소가 첨가된 저 탄소 플럭스-심 용접 도선에 의해 생산되는 용착금속의 기계적인 특성보다 떨어진다는 것을 암시하기 때문이다. 본 발명의 금속-심 용접 도선은 저 탄소 플럭스-심 용접 도선에 의해 생성되는 것보다 훨씬 더 적은 연기를 또한 생성한다.
본 발명의 상술된 설명은 통상의 지식을 갖는 당업자가 본 발명의 최선 실시예를 제조 및 이용할 수 있도록 한 것이나, 통상의 지식을 갖는 당업자는 여기에 있는 특정 실시예의 변화, 조합, 및 동등한 것의 존재를 이해 및 인식할 것이다. 그러므로 본 발명은 여기에 있는 상기 예시적인 실시예에 의해서가 아닌, 첨부된 청구항의 범위 및 참뜻 내에 있는 모든 실시예에 의해서 한정되어야 한다.
Claims (20)
- 기체 차폐 용접을 위한 금속-심 용접 도선(metal-core weld wire)에 있어서,약 0.008% 이하의 탄소 함량을 갖는 저 탄소 철 피복(low carbon steel sheath); 및상기 금속-심 용접 도선 총 중량의 약 16% 내지 약 20%인 금속-심 조성물을 포함함으로써 상대적으로 감소된 연기 생성 속도(fume generation rate)를 가지는, 금속-심 용접 도선.
- 제 1항에 있어서, 상기 철 피복은 약 0.003% 내지 약 0.004%의 탄소를 포함하는 금속-심 용접 도선.
- 제 1항에 있어서, 상기 금속-심 용접 도선 총 중량은 약 0.005% 내지 약 0.013%의 탄소를 포함하는 금속-심 용접 도선.
- 제 1항에 있어서, 상기 금속-심 용접 도선 총 중량은 약 4.0% 내지 약 4.5% 망간, 및 약 2.2% 내지 약 2.4% 실리콘을 포함하는 금속-심 용접 도선.
- 제 1항에 있어서, 상기 철 피복은 약 0.35% 내지 약 0.45% 망간을 포함하는 금속-심 용접 도선.
- 제 1항에 있어서, 상기 철 피복은 약 0.250% 내지 약 0.500% 망간, 약 0.025% 이하의 인(P), 약 0.015% 이하의 황(S), 약 0.040% 이하의 실리콘, 약 0.025% 이하의 알루미늄(Al), 및 약 0.005% 이하의 질소(N)를 포함하는 금속-심 용접 도선.
- 제 6항에 있어서, 상기 철 피복은 약 0.370% 망간, 약 0.005% 인, 약 0.009% 황, 약 0.007% 실리콘, 약 0.022% 알루미늄, 및 약 0.003% 질소를 포함하는 금속-심 용접 도선.
- 제 1항에 있어서, 상기 금속-심 조성물은 약 0.0020% 내지 약 0.0047% 탄소를 포함하는 금속-심 용접 도선.
- 제 1항에 있어서, 상기 금속-심 조성물은 약 1.23% 내지 약 1.56% 철-망간을 포함하는 금속-심 용접 도선.
- 제 1항에 있어서, 상기 금속-심 조성물은 약 2.40% 내지 약 3.60% 철-실리콘, 약 10.86% 내지 약 16.30% 철-망간-실리콘, 약 0.44% 내지 약 0.66% 철-티타늄, 및 나머지로서 철 파우더(Fe powder)를 포함하는 금속-심 용접 도선.
- 제 1항에 있어서, 상기 금속-심 조성물은 상기 금속-심 용접 도선 총 중량의 약 17% 내지 약 19% 이고, 상기 금속-심 조성물은 약 0.0025% 내지 약 0.0046% 탄소를 포함하는 금속-심 용접 도선.
- 제 1항에 있어서, 상기 금속-심 조성물은 상기 금속-심 용접 도선 총 중량의 약 17% 내지 약 19% 이고, 상기 금속-심 조성물은 약 1.46% 내지 약 1.62% 철-망간을 포함하는 금속-심 용접 도선.
- 제 12항에 있어서, 상기 금속-심 조성물은 약 2.85% 내지 약 3.15% 철-실리콘, 약 12.90% 내지 약 14.26% 철-망간-실리콘, 약 0.52% 내지 약 0.58% 철-티타늄, 및 나머지로서 철 파우더를 포함하는 금속-심 용접 도선.
- 제 12항에 있어서, 상기 철 피복은 약 0.250% 내지 약 0.500% 망간, 약 0.025% 이하의 인, 약 0.015% 이하의 황, 약 0.040% 이하의 실리콘, 약 0.025% 이하의 알루미늄, 및 약 0.005% 이하의 질소를 포함하는 금속-심 용접 도선.
- 제 12항에 있어서, 상기 금속-심 조성물은 상기 금속-심 용접 도선 총 중량의 약 0.0025% 내지 약 0.0046% 탄소를 포함하는 금속-심 용접 도선.
- 제 1항에 있어서, 상기 금속-심 조성물은 상기 금속-심 용접 도선 총 중량의 약 18%를 포함하고, 상기 금속-심 조성물은 약 3.00% 철-실리콘, 약 13.58% 철-망간-실리콘, 약 0.55% 철-티타늄, 약 1.54% 철-망간, 및 나머지로서 철 파우더를 포함하는 금속-심 용접 도선.
- 제 12항에 있어서, 100% 이산화탄소 차폐 기체를 가지고 용접할 때, 약 0.26 gm./min.의 연기 생성 속도를 갖는 금속-심 용접 도선.
- 제 12항에 있어서, 75% 아르곤(Ar) 및 25% 이산화탄소(CO2) 차폐 기체 혼합물을 가지고 용접할 때, 약 0.38 gm./min.의 연기 생성 속도를 갖는 금속-심 용접 도선.
- 제 12항에 있어서, 82% 아르곤 및 18% 이산화탄소 차폐 기체 혼합물을 가지고 용접할 때, 약 0.34 gm./min.의 연기 생성 속도를 갖는 금속-심 용접 도선.
- 제 12항에 있어서, 92% 아르곤 및 8% 이산화탄소 차폐 기체 혼합물을 가지고 용접할 때, 약 0.32 gm./min.의 연기 생성 속도를 갖는 금속-심 용접 도선.
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