KR20000057813A - 송급성이 뛰어난 용접용 솔리드 와이어 - Google Patents

Abstract

본 명세서에는 표면에 동도금피막을 한 아-크용접용 솔리드와이어의 최종제품의 와이어의 탄성한비(=탄성한/인장강도)를 최종신선후의 코일조정롤러에 연속하여 D/d=40∼60(D=롤러경, d=와이어경)정도로 하고, 종횡롤러 각 3∼8개로 하여 50∼88%로 조정한 것을 특징으로 하는 송급성이 뛰어난 용접용 솔리드와이어가 개시되어 있다. 이에 의해 용접시의 와이어 송급성 및 아-크안정성을 좋게 할 수 있다.

Description

송급성이 뛰어난 용접용 솔리드와이어{SOLID WIRE}

본 발명은 용접용 솔리드와이어(Solid wire)에 관한 것으로, 더 상세하게는 용접시에 있어서, 와이어의 송급성, 아-크안정성이 뛰어난 용접용 솔리드와이어(Solid wire)에 관한 것이다.

종래 일반적으로 용접용 와이어는 솔리드와이어나 플럭스코어드와이어(Flux cored wire)등 와이어의 종류에 관계없이 아-크용접에서는 용접된 비드(Bead)부의 품질향상의 관점에서 용접중의 아-크안정성이 아주 중요시 되었으며 이 아-크안정성은 와이어의 송급성능에 깊이 관계하고 있는 점은 널리 인식되어져 있다.

예를 들면, 일본국 특허공개 소56∼144892 에서는 와이어를 입계산화(粒界酸化)시켜 습식신선에서 표면에 홈을 만들고 이 홈에 액체윤할제를 보유시켜 송급성을 향상시킨 동도금 솔리드와이어에 관한 기술이 개시되어 있다. 또한 도금처리전에 1 패스(Pass)이상의 습식신선을 행하여 표면을 청정화하여 도금의 밀착성을 개량하는 것에 의해 아-크를 안정화시키는 기술도, 예를 들면 일본국 특허공개 평5∼1120호에 개시되어져 있다.

한편, 신선에서 사용하는 윤활제를 개량하여 송급성을 안정화하여 아-크안정성을 향상시킨 기술도 이미 개시되어 있다. 더욱이 최근에는 솔리드와이어 및 플럭스코어드와이어에 있어서 와이어의 실표면적에 대한 와이어경으로부터 계산되어진 겉보기 표면적의 비를 작게 억제하여 표면을 평할하게하여 아-크안정성을 향상시키는 기술도 개시되었다.(일본국 특허공보 제2682806호, 제2731505호) 또한 와이어표면에 잔류하는 직경 0.2㎛이상의 불순부착물을 적게하여 아-크안정성을 향상시킨다는 기술도 개시되었다.(일본국 특허공보 제2723793호, 제2723799호)

이러한 기술들은 모두 와이어표면의 성상에 관한 기술인 것은 명확하다.

발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 명확히 하기 전에 먼저, 와이어의 송급계통에 유래하는 문제점에 대해 도 1및 2를 참고로 고찰한다.

도 1은 동도금된 용접용 솔리드와이어의 송급계통도로, (A)는 와이어릴(Reel)을 사용한 것이고 (B)는 페일팩(Pail pack)을 사용한 경우를 나타내고 있다. 와이어(6)는 와이어릴(1) 또는 페일팩(10)으로부터 송급롤러(2,9)에서 이송되어지나 용접부의 팁(Tip)(5)에 올 때까지 와이어릴(A)의 경우에는 가이드(3)로부터 케이블(4)를 경유하여, 페일팩(B)의 경우에는 직접 케이블(4)을 경유하여 보내지며, 케이블(4)은 굴곡부 X 또는 Y 를 가진 경우가 많고, 와이어(6)는 케이블(4)의 내벽과 접촉하므로 큰 저항을 받아 송급성은 저하한다. 미 설명부호 7은 와이어(6)선단의 용접부재간의 비드형성부의 아-크를 나타내고 8은 전원이다.

도 2는 용접 팁부(5)의 단면으로 와이어(6)는 예를 들면 팁 내벽의 접촉점 A, B, C 에서 큰 저항을 받아 송급성에 영향을 준다. 이러한 경우 전술한 바와 같이 와이어의 표면성상의 변화는 당연히 송급성, 다시 말하면 송급된 와이어(6) 선단의 아-크(7)의 안정성에 영향을 주지만, 와이어의 특성이 어떻게 송급성에 관계하고 있을까는 전혀 알려져 있지 않으며 이점이 큰 문제점으로 남아 그 규명이 기대되어져 왔다. 따라서 최근의 용접작업성의 고능률화 및 송급속도의 증가요구에 따라 아-크 안정성의 향상을 목표로하는 기술개발은 여러가지 면에서 진행되고 있으며 또 기대되어져 왔다.

이에 본 발명은 상술한 점을 감안하여 용접시에 있어서 와이어의 송급성을 안정화하여 아-크 안정성이 뛰어난 용접용 솔리드와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 용접용 솔리드와이어의 송급계통도

도 2는 용접팁(Tip)부의 단면도

도 3은 솔리드와이어의 탄성한비와 와이어코일성질 및 용접성과의 관계를 나타내는 그래프

도 4는 와이어를 1m 현의 길이로 자를때 호의 높이를 설명하는 도면

도 5는 탄성한비를 구하기 위한 와이어의 응력∼변형(stress∼strain)곡선

도 6은 종래의 코일조정 종횡롤러의 정면도

도 7은 본 발명에 따른 탄성한비 제어롤러의 설명도이다.

* 도면부호의 간단한 설명*

1: 와이어릴 2: 와이어송급롤러

4: 케이블 5: 팁

6: 솔리드와이어 7: 용접아-크

9: 와이어송급롤러 10: 페일팩

12: 탄성한비 제어롤러 X, Y: 케이블굴곡부

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명자들은 새로운 관점을 부터 와이어의 송급성을 규명하는 외에, 동도금 후에 습식신선된 것과 같은 표면성상의 변화가 매우 작은 용접용 솔리드와이어를 대상으로 하여 도 1및 2에서 송급경로가 가진 의미를 상세하게 해석해 나가면서 와이어 자체가 갖고 있는 기계적 특성과 송급성능과의 상관성의 규명에 초점을 맞추면서 연구를 진행 하였으며, 그 결과 와이어의 송급성은 그 와이어의 기계적 성질과 밀접한 관계가 있다고 하는 새로운 사실을 발견하게 된 것이다.

이에 본 발명자들은 릴 및 페일팩으로 부터 채취하여 자유롭게 한 솔리드와이어의 코일(Coil)특성을 시행중인 용접을 중지하고 용접팁으로부터 분리하여 자유롭게한 와이어의 코일특성과 대비하여 상기 용접팁으로부터 나온 와이어코일이 어떤 범위내에서만 안정성이 좋고 양호한 비드로 용접가능하다는 것을 발견하여 이것이 와이어의 탄성한비(比彈性限)와 밀접한 관계가 있다고 하는 새로운 사실을 발견하여 본 발명에 이른 것이다. 본 발명의 명세서에서 탄성한비(比彈性限)는 다음식으로 정의되는 것을 의미한다.

탄성한비(比彈性限) = 탄성한(彈性限)/인장강도(引張强度)

즉, 본 발명은 표면에 동도금피막을 가진 아-크용접용 솔리드와이어에 있어서, 최종제품의 와이어의 탄성한비를 50∼88%로 조정한 것을 특징으로 하고 있다.

이에 대해 이하에서 상세히 설명한다.

도 3은 전술한 솔리드와이어의 탄성한비와 와이어의 코일특성 및 아-크안정성 등의 용접성과의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 3에서 표시한 호의 높이 x(mm), 코일직경 감소율 y(%), 슬래그혼입, 사행비드, 용접중의 전류치의 변동폭(A), 직경 1mm 이상의 스패터(Spatter)의 수(개/10㎝)의 측정법은 다음과 같다.

1) 호의 높이 x(mm)

페일팩에 수납되어 있는 솔리드와이어를 빼내어 직경100mm의 원통에 4회 감아서 30초동안 유지 후 자유롭게 하여 도 4와 같이 현(弦)의 길이를 1 m 가 되도록절단한 경우 호의 높이.

2) 코일직경 감소율 y(%)

릴에 감긴 와이어를 자유롭게 하여 직경 100mm의 원통에 4회 감아 30초 유지 후에 자유롭게 한 경우의 코일경과 감기전의 코일경과의차이에 의해 구한 코일경의 감소율.

3) 슬래그혼입, 사행비드, 용접중의 전류치의 변동폭(A), 직경 1mm 이상의 스패터(Spatter)의 수(개/10㎝)는 실제로 용접을 하향자세로 실행하여 측정한 것이다.

4) 탄성한비

솔리드와이어의 인장시험에 의해 도 5의 응력∼변형선도(stress∼strain curve)를 작성하여 영구변형율이 0.05%에 상당하는 응력을 탄성한(彈性限)이라고 정의하고 이를 인장강도로 나누어 이를 탄성한비라고 정의 하였다. 도 5는 탄성한비가 81.6%(102/125)인 경우가 나타나 있다.

도 3의 그래프로부터 탄성한비가 낮아질수록 솔리드와이어는 휘기 쉽게되고 직선성이나 자유로운 상태의 코일직경이 크게 변화되고 있으며, 용접성은 이와 같은 경향과는 달리 탄성한비가 50∼88% 에서 매우 좋아진다고 하는 새로운 사실을 알 수 있다.

따라서 이와 같은 경향으로부터 다음과 같은 것을 알 수 있다.

탄성한비가 낮으면 와이어는 휘기 쉬어지고 코일특성이 나빠지기 쉬어져 릴에 감겨진 와이어(6)가 가지고 있는 큰 코일경이나 페일팩(10)의 와이어가 가지고 있는 직선에 가깝게 평평한 와이이도 도 1의 X 나 Y부의 케이블 굴곡부 또는 또 다른 가혹한 케이블 굴곡부에서 쉽게 굽힘변형이 일어나 와이어(6)는 케이블(4)의 굴곡형상에 쉽게 따라가고 케이블(4) 내벽과의 저항은 크게 되지 않으나, 반면 최종 출구의 도 2에 나타낸 팁(5)내면은 완전히 직선상의 구멍으로 되어 있으므로 선(線)(와이어) 성질이 나쁘게 된 와이어는 큰 저항을 받는다. 따라서 결과적으로 와이어의 송급성은 나빠지고 용접품질의 저하로 나타난다.

한편, 탄성한비가 높은 경우는 와이어는 도 1의 X 나 Y부의 케이블 굴곡부의 굴곡에 의해서도 코일의 변형, 직선성의 변화는 작고 도 2의 직선상의 구멍을 갖고 있는 팁(5)부에서는 송급에 문제는 없으나, 도 1의 X 나 Y부의 케이블 골곡부에서는 굽혀지기 어려우므로 와이어는 반발이 커져서 케이블(4)내에서 큰 저항을 받고 결국 송급롤러에 의해 송출된 와이어는 원활하게 흘러가지 않으므로 아-크가 불안정하게 되고 역시 탄성한비가 낮은 경우와 같이 용접품질이 나빠진다.

그러므로 이러한 굽힘경향으로부터 탄성한비가 낮지도, 높지도 않는 탄성한비가 50∼88% 범위내에 있는 와이어는 X 나 Y부의 케이블 굴곡부도 팁부도 그다지 큰 저항을 받지 않고 송급이 행해지므로 아-크가 안정되고 용접품질이 향상되는 것으로 판단할 수 있다. 이로부터 본 발명은 송급원으로부터 용접부까지의 사이에 와이어가 극단으로 큰 저항을 받는 상황을 만들지 않는다는 것이다.

따라서 전술한 「 용접을 중지하여 팁으로부터 송출된 와이어코일의 성질과 아-크안정성과의 관계를 조사하면 어떤범위의 코일성질을 갖는 와이어만이 아-크가 안정하다.」라고 하는 사실은 위에서 서술한 해석내용에 대응되는 현상인 것이 명확하게 된다.

그런데 탄성한비를 50∼88% 로 조정하는 기술은 여러가지가 있을 수 있다. 일반적으로 동도금 솔리드와이어의 제조에 있어서는 습식신선의 직후에 코일조정 종횡(縱橫)롤러로써 도 6에 나타낸 것과 같이 각각 8∼12개의 종롤러, 횡롤러로부터 구성된 종횡롤러(D/d≒20, 단 D는 롤러직경, d는 와이어경)에서 상하좌우방향으로부터 눌러서 코일의 조정을 행하고 그 이후 페일팩권취, 릴권취 등을 행하고 있다. 그러나 본 발명의 탄성한비를 50∼88%로 컨트롤하기 위해서는 이러한 종횡롤러에서는 굽힘가공이 부족하여 도 6에 나타낸 방식에서 너무 강하게 눌르면 와이어에 주기적인 굴곡이 들어가서 아-크의 불안정화를 초래하여 적용할 수 없다고 판단되었다.

본 발명에서는 와이어에 미세굴곡변형을 생기지 않게 하면서 안정하게 탄성한비을 제어하기 위해서는 도 6에 나타난 종횡롤러 직후에 탄성한비 제어롤러로서 도 7에 나타낸 것처럼 D/d=40∼60정도의 종횡롤러 각 3∼8개가 필요한 것으로 밝혀졌다. 도 7에 있어서는 U자형의 굽힘롤러로 와이어를 거는 롤러 5개가 나타나 있고, 가이드롤러(11, 13)사이로 5개의 굽힘롤러(12)를 경유하여 와이어(6)가 인출되는 것을 나타내고 있다.

이에 따라 미세굴곡변형이 없고 탄성한비가 안정된 솔리드와이어의 제조가 가능하게 되었다. 이와같이 와이어의 진행경로는 도 6의 경우와 달리 도7에 나타낸 것처럼 U자형으로 와이어를 거는 롤러가 필요하다.

본 발명에 따른 바람직한 실시형태를 설명한다.

<실시예>

C:0.06%, Si:0.9%, Mn:1.5%, P:0.015%, S:0.01%, Ti:0.11%의 성분을 갖는 직경 5.5mm의 봉(Rod)을 산세, 보락스코팅 후, 직경 2.2mm 까지 신선하고, 그 후 700℃에서 소둔하여 중간선으로 하였다. 이 중간선을 전해산세(황산), 수세, 시안화 동도금(동부착 3g/kgFe) 한 후, 신선기에서 수용성 윤활제를 이용하여 7회 신선에서 400m/min 의 속도로 직경 1.2mm의 용접용 솔리드와이어로 마무리 하였다. 귄취는 대릴에 감은 후 200kg 의 소릴로 다시 감은 것과 바로 페일팩에 감은 2종류로 제작했다.

솔리드와이어의 탄성한비를 여러가지로 변화시키기 위해 도 6에 나타난 코일조정롤러에 연속하여 본 발명의 도 7에 나타난 U자 걸이 종횔롤러를 설치한 당해 종횡롤러의 D/d를 10∼80 으로 변화시킨것, 종횡롤러의 개수(U자형으로 와이어를 거는 롤러수)를 각 2∼10으로 변화시킨 것을 제작하고, 탄성한비를 여러 가지로 변화시킨 솔리드와이어를 얻었다. 용접조건은 하향자세에서 전류:300A , 전압:32V, Shield gas:CO₂30ℓ/min로서 60cm 의 비드를 격내부(隔內部)에서 용접했다.

솔리드와이어 자체의 특성은 도 5에 나타낸 방법에 의해 즉, 솔리드와이어의 인장시험에 의해 도 5의 응력-변형곡선을 작성하고 영구변형율 0.05%에 상당하는 응력에서 탄성한을 정해 이를 인장강도로 나누어 탄성한비를 구함으로써 도 3에 나타낸 방법에 따라 코일성질의 변화에 대해서도 체크하였다. 아-크안정성을 평가하기위해 용접중의 전류치의 변화폭, 슬래그 혼입유무, 직경1mm 이상 크기의 스패터수, 비드 사행상황에 대해서도 중점적으로 조사했다. 표 1은 그 결과를 나타낸다.

표 1로 부터 명확한 것과 같이, 와이어 자체의 탄성한비를 50∼88%로 조정하면 슬래그혼입, 사행비드가 없고 용접중의 전류치의 변화폭도 작으며 스패터수도 적은 양호한 용접비드를 얻을 수 있는 것을 확인 할 수 있다.

본 발명에 따른 송급성이 뛰어난 용접용 솔리드와이어에 의하면 동도금한 아-크용접용 솔리드와이어의 제조에 있어서, 최종 신선 후의 솔리드와이어의 탄성한비(=탄성한/인장강도)를 50∼88%로 조정하는 것에 의해 와이어의 송급성, 아-크안정성이 향상되므로 슬래그 혼입 및 사행비드가 없고 스패터의 수도 적은 양호한 용접비드를 쉽게 얻을 수 있다.

또한 신선후의 코일조정 종횡롤러에 연속하여 D/d=40∼60정도. 종횡 각 3∼8개의 탄성한비 제어롤러를 설치하는 것에 의해 용이하게 솔리드와이어의 탄성한비를 50∼88%로 조정할 수 있다.

Claims (2)

1. 표면에 동도금피막을 한 아-크용접용 솔리드와이어에 있어서, 아래식으로 정의되는 최종제품의 와이어의 탄성한비를 50∼88%로 조정한 것을 특징으로 하는 송급성이 뛰어난 용접용 솔리드와이어.

   탄성한비(比彈性限) = 탄성한(彈性限)/인장강도(引張强度)
2. 제 1항에 있어서, 탄성한비를 최종신선후의 코일조정롤러에 연속하여 D/d=40∼60(D=롤러경, d=와이어경)정도로 하고, 종횡롤러 각 3∼8개로 하여 조정한 것을 특징으로 하는 송급성이 뛰어난 용접용 솔리드와이어