KR20000070727A - 아크 용접용 차폐 가스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차폐 가스 조성물과 그 차폐 가스를 가스 차폐 아크 용접, 플럭스 충전 아크 용접 또는 컴포짓 충전 아크 용접에 사용하는 방법에 관한 것이다. 상기 차폐 가스는 상기의 모든 용접 공정에 대해 어떠한 위치에서도 금속이 쉽게 이행될 수 있도록, 아르곤, 헬륨 및 이산화탄소가 혼합된 혼합 가스이다.
Description
피복 금속 아크 용접(shielded metal arc welding), 가스 차폐 아크 용접, 플럭스 충전 아크 용접, 컴포짓 충전 아크 용접에서, 차폐 가스가 용접 공정과 최종 용접물의 품질에 영향을 미칠 수 있음은 용접 분야에서 잘 알려져 있다.
이들 공정에서는 불활성 가스인 아르곤을 주요 성분으로 하는 차폐 가스를 사용하는 것이 일반적인 방식이었다. 아르곤에는 산소, 이산화탄소, 헬륨을 포함하는 군에서 선택된 다른 가스들의 여러가지 혼합물이 혼합된다. 차폐 가스에 대해서는 미국 용접 협회(American Welding Society)에서 발간한 간행물, 에이엔에스아이/에이더불유에스씨5.10-94(ANSI/AWSC5.10-94)에서 "용접 및 플라즈마 아크 절단에 사용되는 차폐 가스의 권장된 방식(Recommended Practices For Shielding Gases For Welding And Plasma Arc Cutting)"이라는 제목으로 세세하게 설명되어 있다.
하기의 용접 공정, 특히 가스 차폐 아크 용접(GMAW)과 플럭스 충전 아크 용접(FCAW)은 미국 용접 협회에서 발간한 간행물인 용접 핸드북(Welding Handbook) 제8판 제2권의 제4 및 제5장에 각각 상세하게 설명되어 있다.
상기 용접 핸드북에 따르면, 금속이 스틱 전극(stick electrode) 또는 연속 선재(continuous wire)인 소모성 전극으로부터 용접 풀(pool)로 이행되어(transfered), 준비된 피접합 베이스 금속 간에 접합부를 형성하는 것을 기본적으로 포함하는 용접 공정에 다양한 차폐 가스 혼합물이 사용되고 있다.
가스 차폐 아크 용접(GMAW) 공정은 연속 필러(filler) 금속 전극과 용접 풀 사이의 아크 발생을 이용하는 아크 용접 공정의 일종이다. 이 공정은 압력을 가하지 않고 가스 혼합물에 의해 제공되는 차폐 작용을 이용하여 행해진다. 차폐 가스 혼합물은 산소, 이산화탄소, 헬륨 또는 수소중 하나 이상이 첨가된 아르곤을 기본으로 한다.
플럭스 충전 아크 용접(FCAW) 공정은 연속 필러 금속 전극과 용접 풀 사이의 아크를 포함한다. 이 공정은 외부에서 공급되는 가스에 의한 추가적인 차폐 작용의 유무에 무관하게, 그리고 압력을 인가하지 않고, 관상 전극 내에 담긴 플럭스를 차폐하는 방식을 이용한다. 외부 차폐 가스를 사용하는 플럭스 충전 아크 용접의 경우, 차폐 가스는 헬륨, 산소 및 이산화탄소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 요소를 갖는 아르곤을 기본으로 한다.
컴포짓 충전 아크 용접(CCAW)은 중심에 금속 분말이 충전된 관상 선재를 전극 재료로 사용하는 아크 용접 공정이다. 이 공정도 또한 아크와 용접 풀을 보호하는데 차폐 가스의 이용에 의존한다.
다양한 산업 가스 공급자 및 용접 가스 제조자들은 수많은 차폐 가스 혼합물을 제공한다.
특히, 에어 프로덕츠 앤드 케미칼즈, 인코포레이티드는 평탄하거나 수평의 위치에서 행해지는 가스 금속 아크 용접 공정에서의 높은 아크 이행 속도와 높은 금속 융착도(deposition)를 위한 아스텍 에이치피(Astec HP)란 명칭의 가스 혼합물을 시판하고 있다. 이 회사에 의해 제공된 상기 조성물은 65%의 아르곤, 25%의 헬륨, 10%의 이산화탄소를 함유한다. 상기 특정의 차폐 가스 혼합물은 평탄하거나 수평을 이루지 않는 위치에서 용접시 용융 금속의 제어가 곤란하다는 단점이 있다.
더욱이, 이 혼합물로는 섬세한 단락 회로 아크 이행을 쉽게 얻을 수 없다.
본 발명은 가스 차폐 아크 용접(gas metal arc welding), 플럭스 충전 아크 용접(flux cored arc welding), 컴포짓 충전 아크 용접(composite cored arc welding) 공정, 그리고 특히, 이들 공정에 사용되는 차폐 가스 조성물에 관한 것이다.
발견된 바에 따르면, 금속 이행과 용접 위치의 어떤 방식에서도 가스 차폐 아크 용접, 플럭스 충전 아크 용접, 컴포짓 충전 아크 용접에 사용될 수 있는 단일 차폐 가스 혼합물은 부피비로, 62-74%의 아르곤, 17-23%의 헬륨, 9-16%의 이산화탄소를 함유하는 가스 혼합물이다. 바람직한 실시예에서, 차폐 가스는 부피비로, 68%의 아르곤, 20%의 헬륨, 12%의 이산화탄소를 함유한다.
그러므로, 본 발명의 일측면은 부피비로, 62-74%의 아르곤, 17-23%의 헬륨, 9-16%의 이산화탄소를 함유하는 아크 용접용 차폐 가스 혼합물에 관한 것이다.
다른 측면으로, 본 발명은 가스 차폐 아크 용접 공정에 관한 것으로, 이때 아크는 연속 필러 금속 전극과 용접 풀 사이에 유지되며, 필러 금속과 용접 풀 사이에서 발생되는 아크의 차폐는 부피비로, 68%의 아르곤, 20%의 헬륨, 12%의 이산화탄소를 함유하는 가스 혼합물에 의해 행해진다.
또다른 측면에서, 본 발명은 플럭스 충전 아크 용접 공정에 관한 것으로, 이때 아크는 플럭스 재료를 둘러싸고 있는 금속으로 이루어진 연속 필러 금속 전극과 용접 풀 사이에 유지되며, 이때 아크의 차폐는 부피비로, 68%의 아르곤, 20%의 헬륨, 12%의 이산화탄소를 함유하는 가스 혼합물에 의해 행해진다.
또다른 측면에서, 본 발명은 컴포짓 충전 아크 용접 공정에 관한 것으로, 이때 아크는 필러 금속 전극과 용접 풀 사이에 유지되며, 이때 아크의 차폐는 부피비로, 68%의 아르곤, 20%의 헬륨, 12%의 이산화탄소를 함유하는 가스 혼합물에 의해 행해진다.
본 발명은 또한 가스 차폐 아크 용접 공정에 관한 것으로, 이때 금속은 단락 회로 이행(short curcuiting transfer), 글로뷸러 이행(globular transfer), 용사 이행, 펄스 용사 이행, 고전류 밀도 용사 이행, 고전류 밀도 회전 용사 이행 또는 고전류 밀도 비회전 용사 이행 중 하나에 의해 전극으로부터 이행되며, 공정중 발생되는 아크를 차폐하기 위한 차폐 가스는 본질적으로 부피비로, 68%의 아르곤, 20%의 헬륨, 12%의 이산화탄소를 함유하고 있다.
당업계에 잘 알려진 바에 따르면, 가스 차폐 아크 용접(GMAW), 플럭스 충전 아크 용접(FCAW), 컴포짓 충전 아크 용접(CCAW)과 같은 다양한 용접 공정의 이용자들이 이들 공정을 활용하여 허용 가능한 용접부를 생성하는데는 상이한 차폐용 가스 혼합물을 필요로 하고 또 구비하는 것이 일반적이다.
본 발명은 용접 공정중에 신속한 충전, 신속한 진행(follow) 및 신속한 냉각 방식의 금속 융착 특성을 나타내는 차폐 가스 혼합물의 제조 및 그 차폐 가스 혼합물을 다양한 공정에 적용하고자 하는 것에 중심을 두고 있다.
그러므로, 저탄소강과 연강 모두에 대해 가스 차폐 아크 용접을 적용할 때 전술한 세가지 특성을 가지며, 또한 플럭스 충전된 선재 아크 용접 및 컴포짓 충전 아크 용접에도 작용되고, 수많은 정부 기관의 적용 표준을 만족시키는 차폐 가스 혼합물을 제조하는 것이 필요하게 되었다.
여러차례에 걸친 시도를 통해, 부피비로, 68%의 아르곤, 20%의 헬륨, 12%의 이산화탄소를 함유하는 명목 조성의 차폐 가스 혼합물을, 가스 차폐 아크 용접, 플럭스 충전 아크 용접 및 컴포짓 충전 아크 용접에 사용하는 경우, 전술한 세가지 특성 모두가 얻어지는 양호한 결과를 나타냄을 발견하였다.
본 발명은 본질적으로 부피비로, 62-74%의 아르곤, 17-23%의 헬륨, 9-16%의 이산화탄소를 함유하는 조성의 차폐 가스 혼합물을 포함한다. 가스 차폐 아크 용접, 플럭스 충전 아크 용접 또는 컴포짓 충전 아크 용접의 적용에 필요한 다른 용접 조건에 적합화되도록 하는데 다양한 성분들이 조정될 수 있다.
첫번째 시도로서, 67%의 아르곤, 20%의 헬륨 및 13%의 이산화탄소를 함유하는 혼합물을 사용하여 좋은 결과를 보았다. 1차적인 시험을 거친후, 상기 바람직한 조성을 부피비로, 68%의 아르곤, 20%의 헬륨 및 12%의 이산화탄소를 함유하는 조성으로 조정하였다.
부피비로, 68%의 아르곤, 20%의 헬륨 및 12%의 이산화탄소를 함유하는 상기 조성의 혼합물을 여러가지 공정 및 다양한 용접 조건을 이용하여 시험하였다. 그결과는 하기의 표 1에 나타낸다.
| 샘플 | 용접공정(1) | 이행 형태 | 용접 방식 | 위치 | 선재크기(in) | 판두께(in) | 전류/전압 | 용접 외관 | 접촉성 | 용입 깊이 | 루트 융해 root fusion |
| 1) | GMAW | 용사 | 필렛Fillet | 수평(아래 보기 자세) | 0.035 | 0.375 | 230/29 | VGS* | VG* | VG* | VG* |
| 2) | GMAW | 용사 | 필렛 | 수평 | 0.045 | 0.375 | 280/50 | 편평/광택 | VG* | VG* | VG* |
| 3) | GMAW | 용사 | 필렛 | 수평 | 0.035 | 0.375 | 220/ 28.5- 29 | 편평/광택 | VS** | VG* | VG* |
| 4) | GMAW | 기타 (1) | 필렛 | 하향 | 0.035 | 0.1875 | 275/22 | 편평/광택 | VS** | VG* | VG* |
| 5) | GMAW | 단락 회로 | 접촉 (Butt) | (3) | 0.035 | 0.375 | 160 & 130/16-17 | 편평/광택 | VS | VS* | VG* |
| 6) | GMAW | 단락 회로 | 필렛 | 수평 | 0.035 | 0.125 (4) | 180/18.5 | VS** | VG | VG | VG |
| 7) | GMAW | 단락 회로 | 필렛 | 수평 | 0.035 | 0.125 (5) | 180/18 | VS** | VS | VG | VG |
| 8) | GMAW | 단락 회로 | 접촉 | 수평 | 0.035 | 0.125 (6) | 180/18.5 | VS | VG | VG | VG |
| 9) | GMAW | 단락 회로 | 필렛 | 수평 | 0.023 | (7) | 55-60/12-13 | 광택 & 청결 | VG | VG | VG |
| 10) | GMAW | 단락 회로 | 필렛 | 수평 | 0.030 | 0.125 | 90-110/15-16 | VG | VG | VG | VG |
| 11) | GMAW | 단락 회로 | 필렛 | 수평 | 0.030 | 0.125 | 110- 120/ 16-17 | 우수 | VG | VG | VG |
| 12) | CCAW | 용사 | 필렛 | 수평 | 0.052 | 0.375 | 290/ 27.8 | 평탄 | VG1 | VG | VG |
| 13) | CCAW | 기타 (2) | 필렛 | 수직-상향 | 0.052 | 0.025 | 250/23 | 편평, 청결, 스패터 없음 | 양호 | VG | VG |
| 14) | FCAW | 용사 | 필렛 | 수평 | 0.052 | 0.500 | 290- 300/ 27.8- 28.5 | 평탄 | VG우수 | VG | VG |
| 15) | CCAW | 용사 | 필렛 | 수평 | 0.052 | 0.375-0.50 | 230/23 | 청결한 마무리 | 양호 | 양호 | 양호 |
| 16) | CCAW | 용사 | 필렛 | 수평 | 0.052 | 0.500 | 250/22-23 | 청결 | 편평한 필렛 | 양호 | 양호 |
| 17) | CCAW | 용사 | 필렛 | 수평 | 0.052 | 0.750 | 250/23-24 | 청결-스패터 없음 | 매우 편평한 필렛 | VG | VG |
(1) GMAW= 가스 차폐 아크 용접(Gas Metal Arc Welding), CCAW= 컴포짓 충전 아크 용접(Composite Cored Arc Welding), FCAW= 플럭스 충전 아크 용접(Flux Cored Arc Welding). VG*-매우 양호. VS**-매우 평탄.
(2) 단락 회로, 용사 이행 또는 펄스 용사 이행 배제.
(3) 제1 패스 다운(pass down) 및 제2, 제3 패스 업(pass up).
(4) 아연 도금 연강판.
(5) 도장된 금속에 아연 도금 연강판.
(6) 녹 코팅된 금속에 아연 도금 연강판.
(7) 16 게이지(Gage).
표 1로부터, 본 발명의 바람직한 조성으로부터, 가스 차폐 아크 용접, 컴포짓 충전 아크 용접 및 플럭스 충전 아크 용접 등의 고효율 용접 공정에 사용되는 단일 가스 혼합물이 얻어진다. 본 발명의 이 차폐 가스는 여러가지 금속 이행 기법에 의한 금속의 이행을 제공하며, 사용자가 여러 위치 및 여러 용접 공정을 적용할 수 있도록 되어 있다. 또한, 차폐 가스 혼합물은 단락 회로 및 축방향 용사 이행에서 보다 깊은 용입 깊이가 얻어진다. 더욱이, 본 발명에 따른 차폐 가스 혼합물은 금속 불활성 가스 아크 용접(MIG) 공정에 사용되는 경우, 융합 불량(lack of fusion)이 감소된다.
또한, 표 1에 보고된 시험에서, 모든 샘플은 용접 작업자로 하여금 손쉬운 취급과 용이한 구성(setup)을 보장하여 매우 선호되는 것으로 밝혀졌다.
차폐 가스 및 공정을 사용하는 사용자에 의해 일련의 추가적인 시험이 행해졌다. 26개의 샘플을 용접한 중에, 그중 바람직한 조성의 16개 샘플은 가스 차폐 아크 용접을 이용하였고, 바람직한 조성의 6개 샘플은 플럭스 충전 아크 용접을, 바람직한 조성의 4개의 샘플은 컴포짓 충전 아크 용접을 이용하였다. 사용자는 용접 외관, 용접 습윤성(wetting), 용입 깊이, 작업자 선호도, 작업의 편리성, 열거된 공정에 바람직한 조성을 이용한 용이한 구성을 평가하였다. 26개 샘플 모두에 대한 숙련된 기술자들의 평가 결과, 본 발명의 단일의 바람직한 조성을 포함하는 샘플들은 3개의 별개 공정에 사용하였을 때, 종래에 요구되었던 여러가지 차폐 가스 혼합물에 비해 비슷하거나 양호한 결과를 나타냈다. 따라서, 본 발명의 목적은 GMAW, FCAW 또는 CCAW에 사용될 수 있는 단일의 차폐 가스 혼합물을 획득하는 것이다.
본 발명에 따른 바람직한 조성은 사용자에 의해 요구되는 차폐 가스들, 즉 가스 혼합물을 감소시킴으로써, 최종 사용자가 저장할 필요가 있는 실린더의 개수를 감소시켜, 결국 사용자를 위한 작동능을 향상시키게 된다.
차폐 가스 혼합물의 제조자에게 있어, 제조자의 트랜스필(transfill) 플랜트 효율의 향상에 상응하여 필요한 실린더의 개수가 감소되는 비슷한 효과가 있다.
본 발명에 따른 조성들 및 바람직한 조성은 환경친화적이기도 한데, 이는 본 발명의 조성이 이들 공정에 사용되는 공지된 가스 혼합물에 비해, 대기중으로 이산화탄소를 덜 배출시키기 때문이다.
이상 본 발명을 설명하였지만, 특허권으로서 보호받고자 하는 사항은 첨부된 청구항에 기재되어 있다.
Claims (10)
- 금속의 이행 방식이 단락 회로 이행, 글로뷸러 이행(globular transfer), 용사 이행, 펄스 용사 이행, 고전류 밀도 용사 이행, 고전류 밀도 회전 용사 이행 또는 고전류 밀도 비회전 용사 이행 중 하나인 아크 용접 방법에 사용되는 차폐 가스 혼합물로서,부피비로, 62-74%의 아르곤, 17-23%의 헬륨, 9-16%의 이산화탄소를 필수 성분으로 함유하는 것을 특징으로 하는 차폐 가스 혼합물.
- 제1항에 있어서, 상기 아르곤의 함량은 부피비로 68%인 것을 특징으로 하는 차폐 가스 혼합물.
- 제1항에 있어서, 상기 이산화탄소의 함량은 부피비로 12%인 것을 특징으로 하는 차폐 가스 혼합물.
- 제1항에 있어서, 상기 헬륨의 함량은 부피비로 12%인 것을 특징으로 하는 차폐 가스 혼합물.
- 연속 필러 금속 전극과 용접 풀(pool) 사이에 아크가 유지되는 가스 차폐 아크 용접 방법으로서,부피비로, 68%의 아르곤, 20%의 헬륨, 12%의 이산화탄소를 필수 성분으로 함유하는 가스 혼합물로 상기 아크를 차폐시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 차폐 아크 용접 방법.
- 플럭스 재료를 둘러싸는 금속을 필수 성분으로 하는 연속 필러 금속 전극과 용접 풀 사이에 아크가 유지되는 플럭스 충전 아크 용접 방법으로서,부피비로, 68%의 아르곤, 20%의 헬륨, 12%의 이산화탄소를 필수 성분으로 함유하는 가스 혼합물로 상기 아크를 차폐시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플럭스 충전 아크 용접 방법.
- 금속의 이행 방식이 단락 회로 이행, 글로뷸러 이행, 용사 이행, 펄스 용사 이행, 고전류 밀도 용사 이행, 고전류 밀도 회전 용사 이행 또는 고전류 밀도 비회전 용사 이행 중 하나인 가스 차폐 아크 용접 방법으로서,부피비로, 68%의 아르곤, 20%의 헬륨, 12%의 이산화탄소를 필수 성분으로 함유하는 차폐 가스를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 차폐 아크 용접 방법.
- 용접용 전극과 베이스 금속 사이에 아크가 유지되는 컴포짓 충전 아크 용접 방법으로서,부피비로, 68%의 아르곤, 20%의 헬륨, 12%의 이산화탄소를 필수 성분으로 함유하는 가스 혼합물로 상기 아크를 차폐시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴포짓 충전 아크 용접 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 전극은 연속 선재의 형태로 공급되는 것을 특징으로 하는 컴포짓 충전 아크 용접 방법.
- 금속의 이행 방식이 단락 회로 이행, 글로뷸러 이행, 용사 이행, 펄스 용사 이행, 고전류 밀도 용사 이행, 고전류 밀도 회전 용사 이행 또는 고전류 밀도 비회전 용사 이행 중 하나인 아크 용접 방법으로서,부피비로, 62-74%의 아르곤, 17-23%의 헬륨, 9-16%의 이산화탄소를 필수 성분으로 함유하는 차폐 가스를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 용접 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019997006977A KR20000070727A (ko) | 1999-08-03 | 1997-12-05 | 아크 용접용 차폐 가스 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019997006977A KR20000070727A (ko) | 1999-08-03 | 1997-12-05 | 아크 용접용 차폐 가스 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20000070727A true KR20000070727A (ko) | 2000-11-25 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019997006977A KR20000070727A (ko) | 1999-08-03 | 1997-12-05 | 아크 용접용 차폐 가스 |
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| KR (1) | KR20000070727A (ko) |
-
1997
- 1997-12-05 KR KR1019997006977A patent/KR20000070727A/ko not_active Application Discontinuation
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