KR20010040773A - 아크 용접용 실드 플럭스-함유 와이어 제조 방법 - Google Patents

아크 용접용 실드 플럭스-함유 와이어 제조 방법 Download PDF

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KR20010040773A
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라 수뒤르 오또젠 프랑세즈
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Abstract

본 발명은 충전 요소를 수용하는 금속 튜브를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 가스 상태의 대기 불순물이 특히 질소, 수소 및 습기와 같은 플럭스-함유 와이어에 진입하는 것을 방지하거나 최소화하기 위해서, 제어되는 함량을 갖는 가스 상태의 차폐 대기를 사용하여 특히 실드 플럭스-함유 용접 와이어를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
이렇게 해서 얻어질 수 있는 용접된 실드 플럭스-함유 와이어는 가스 상태의 질소가 거의 없으며, 바람직하게는 가스 상태의 질소가 완전히 없고, 수증기 및 가스 상태의 수소가 거의 없으며, 아크 용접 방법에 사용될 수 있으며 특히 TIG, MIG, MAG 및 서브머지드 아크 용접 방법에 사용될 수 있다.

Description

아크 용접용 실드 플럭스-함유 와이어 제조 방법{METHOD FOR MAKING SEALED FLUX-CORED WIRE FOR ARC WELDING}
플럭스-함유 용접 와이어는 통상적으로 분말 및/또는 입자의 형태로 된 충전 요소로 충전된 적어도 하나의 튜브형 외측 금속 피복으로 이루어지며, 이들은 금속 및/또는 무기 및/또는 유기 성질의 것이다.
본 발명의 명세서 및 청구범위 전반에서, "충전 요소"라고하는 용어는 예를 들어, 플럭스-함유 용접 와이어를 충전하기 위한 플럭스와 같은, 동일한 또는 상이한, 동일 유형의 및/또는 상이한 유형의, 분말 형태의 및/또는 입자 형태의 및/또는, 임의의 다른 유사한 덩어리 형태의 것을 말한다.
충전 요소를 포함하는 플럭스-함유 용접 와이어 및 더 일반적으로는 튜브는 사용 직경에서 그 형태에 따른 두 개의 대그룹으로 분류될 수 있으며, 즉 언실드 크림프 가공된(crimped) 플럭스-함유 와이어 또는 튜브 및 실드 용접된 플럭스-함유 와이어 또는 튜브로 분류될 수 있다.
크림프 가공된 플럭스-함유 와이어 또는 튜브는 기하학적으로 더 복잡하거나 덜 복잡한 단면에 의해 특징지어 지며, 또한 튜브의 외측 튜브형 피복을 형성하는 금속 시트의 두 개의 종방향 엣지를 함께 크림프 가공함으로써 생성되는 언실드 종방향 이음매에 의해 특징지어 진다.
역으로, 실드 용접된 플럭스-함유 와이어 또는 튜브는 상기 금속 시트의 두 개의 종방향 엣지를 함께 용접함으로써 생성되는 실드 종방향 이음매가 존재한다는 것에 의해 특징지어 진다.
실드 용접된 플럭스-함유 와이어 또는 튜브는 크림프 가공된 플럭스-함유 와이어 또는 튜브보다 나은 수 개의 장점을 갖는다.
이는, 실드 플럭스-함유 와이어 또는 튜브의 경우에는, 금속 시트의 두 엣지를 함께 접합하도록 의도된 용접 작업에 이어서 습식 인발 작업을 하는 것이 가능하고, 그리고/또는 강철 플럭스-함유 와이어의 경우에는, 부식 방지를 위하고 상기 플럭스-함유 와이어가 후속되는 아크 용접 작업에 사용될 때 접촉 튜브와 플럭스-함유 와이어 사이에 용접 전류의 흐름을 향상시키기 위하여, 상기 플럭스-함유 와이어의 외부 표면을 동판으로 하는 작업을 하는 것이 가능하기 때문이다.
또한, 실드 플럭스-함유 와이어 또는 튜브는, 상기 튜브가 실링(sealing) 처리되어 있으며, 이에 따라 용착된 금속 내에 확산성 수소 함량이 매우 낮게 존재한다는 것을 보장할 수 있으며, 따라서 얻어진 용접 접합부의 냉온 크래킹의 위험을 최소화할 수 있다는 사실 때문에, 상기 플럭스-함유 와이어 또는 튜브의 내용물 즉 충전 요소가 수분을 받아들이는 위험이 매우 낮다는 조건 하에서, 더욱 쉽게 그리고 더욱 장시간 동안 보관될 수 있다.
현재, 용접된 실드 플럭스-함유 와이어를 제조하는 산업적인 공법은 두 가지가 있다.
이들 공법 중 하나는 OERLIKON사에 의해 개발된 것이며, 도 2에 도시되어 있다. 이 공법에 따르면, 스트립이라고도 불리는 금속 시트를 먼저 수로 형상 즉 "U자" 형상으로 만들고, 이어서 상기 금속 시트의 종방향 엣지를 함께 서로를 향해 이동시킴으로써 원통형 또는 튜브형 또는 "O자" 형상으로 만들어서, 용접되지 않은 예비 와이어 또는 예비 튜브를 얻는다.
다음에, 상기 예비 와이어 또는 예비 튜브의 종방향 엣지를 용접에 의해, 예를 들어 고주파 또는 다음극(多陰極) 용접에 의해 함께 접합하여, 예정된 직경으로 이후에 압연 및/또는 인발될 수도 있는 중공 실드 와이어 또는 튜브를 얻으며, 이는 제조하고자 하는 플럭스-함유 와이어의 형태에 일반적으로 의존한다.
이렇게 얻어진 중공 실드 와이어 또는 튜브는 이후에 진동 테이블에 의해서 진동을 이용하여 충전 요소로 채워진다. 다양한 충전 요소 또는 성분이 편석(偏析)되는 것을 방지하기 위해서, 형태의 차이 및 덩어리 밀도의 차이 때문에, 상기 성분들은 과립과 같은 덩어리 형태로 되는 것이 바람직하다.
다음에, 충전 요소로 채워진 실드 와이어 또는 튜브는 중간 직경으로 압연 및/또는 인발될 수 있으며, 여기에서 이후에 재결정(再結晶) 어닐링 작업을 수행하며, 상기 재결정 어닐링 작업은 어떠한 파단도 없이 최종 직경으로 상기 플럭스-함유 와이어의 인발 작업을 이어서 하기 위해 필요한 작업이다. 마지막으로, 이렇게 얻어진 플럭스-함유 와이어 또는 튜브에 선택적으로 앞서 언급한 바와 같이 외부 동판 작업을 할 수도 있다.
실드 플럭스-함유 와이어 또는 튜브를 제조하는 두번째 공법에 따르면, 금속 시트를 상기에서와 같이 수로 형상 또는 "U자" 형상으로 만든다.
이 단계에서, 과립 및/또는 분말 형태의 충전 요소를 수로 형상의 금속시트로 직접 투입하며, 다음에 그 두 종방향 엣지를 엣지와 엣지가 부딪히게 되도록 함께 이동시킴으로써 "O자" 형상으로 만든다.
이렇게 해서 얻어진, 충전 플럭스로 채워진 용접되지 않은 예비 와이어 또는 예비 튜브를 용접하여 실드 플럭스-함유 튜브를 형성하고, 다음에 앞선 경우에서와 같이 상기 인발, 압연, 어닐링, 인발 및/또는 동판 작업을 한다.
공지의 플럭스-함유 와이어 제조 방법이 예를 들어 EP-A-제589,470호, EP-A-제158,691호, EP-A-제812,648호 및 EP-A-제158,693호에 기재되어 있다.
그러나, 플럭스-함유 와이어 또는 튜브의 유형이 무엇이든 간에 즉 실딩 처리된 것이든 크림프 가공된 것이든 간에, 그리고 이를 제조하기 위해 사용되는 제조 공정이 무엇이든 간에, 수로형 예비 튜브에 또는 중공 실드 튜브에 충전 플럭스를 투입할 때, 충전 플럭스를 형성하는 요소 사이에 및/또는 둘레에 주위 공기가 항상 포획된다는 것을 알았으며, 이는 상기 충전 플럭스가 시작 시점부터 바로 압축되어 있는 것이 절대 아니라는 가정하에 그렇다. 사실은, 용접된 또는 크림프 가공된 튜브에 수용되는 충전 플럭스가 매우 압축되게 되는 것은 후속하는 압연 및/또는 인발 단계 동안이다.
언실드(unsealed) 튜브 즉 크림프 가공된 튜브의 경우에, 충전 플럭스의 상기 성분 사이에 처음부터 존재하는 대기 공기 및 따라서 특히 질소는 절대 완전히 실링된 것이 아닌 종방향의 크림핑 이음매를 통하여 제거된다. 따라서, 이렇게 얻어진 플럭스-함유 와이어의 질소 함량은 플럭스-함유 와이어의 다양한 구성 요소, 즉 충전 플럭스와 피복의 질소 함량의 합과 거의 동일하게 되며, 상기 합은 이들 각각의 양에 의해서 가중되는 것이다.
이와 대비하여, 실드 용접된 튜브의 경우에, 포획된 대기 공기는 실링 처리된, 즉 공기 불투과성인 용접된 이음매를 통하여 제거될 수 없으며, 따라서 대기 공기는 충전 요소 또는 플럭스의 구성의 일부를 형성하게 되어버리는 원료를 이루게 된다.
플럭스-함유 와이어 또는 튜브가 사용되어야 하는 사용처에 따라서, 공기의 존재는, 공기 내의 적어도 얼마간의 가스 특히 질소가 용착된 금속 내에 즉 용접 접합부 내에 침투하게 된다면, 형성하고자 하는 용접에 특히 불리할 수도 있다.
따라서, 용융된 금속 내에 질소의 존재는 용융된 접합점의 인성을 매우 심하게 감소시키며, 높은 기계적 성질을 갖는 구조강, 즉 높은 및/또는 매우 높은 항복 응력을 갖는 강철, 급랭 가공 열처리 강철, 급랭 어닐링된 강철 등의 경우에 특히 그러하다.
튜브로부터 공기를 제거하는 것은 이미 공지되어 있다. 예를 들어, US-A-제4,673,121호는 분말을 포함하는 튜브형 용접 전극을 연속적으로 제조하는 방법을 기재하고 있으며, 여기에서 공기는 중공 튜브로부터 제거되고 그 후에 분말이 튜브에 투입되고, 상기 분말은 운반체 가스와 혼합되어 있는 것이다. 이 방법에 따르면, 분말은 양호한 가스 흡수성을 갖는 다공성 무기 재료를 함유한다.
EP-A-제0,136,276호는 수로형 예비 튜브로부터 튜브형 용접 전극을 연속적으로 제조하는 방법을 기재하고 있으며, 여기에서 예비 튜브에 분말이 투입되고 상기 예비 튜브의 종방향 엣지가 상호 용접되며, 이 용접 작업은 가스 상태의 차폐 대기 하에서 예를 들어 이산화 탄소 하에서 수행된다.
1983년 11월 30일자 일본 요약서 제007권 제269호(M-259)의 JP-A-제58,148,096호는 플럭스-함유 용접 와이어를 제조하는 방법에 관한 것이며, 여기에서 튜브에 함유된 질소는 진공 펌프에 의해 제거되고, 그 후에 튜브는 분말과 아르곤 또는 이산화 탄소로 채워진다.
1991년 11월 25일자 일본 요약서 제015권 제463호(M-1183)의 JP-A-제03198997호 및 JP-A-제03198998호는 튜브에 함유된 질소가 불활성 가스에 의해서 제거되는 것인 플럭스-함유 용접 와이어 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 충전 요소를 포함하는 실드(sealed) 용접된 금속 와이어 또는 튜브를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이며, 실드 플럭스(flux)-함유 용접 와이어에 관한 것이며, 또한 이러한 실드 플럭스-함유 와이어를 사용하는 용접 방법에 관한 것이다.
도 1은 크림핑 가공에 의해 종래 기술에 의한 언실드 플럭스-함유 와이어 제조방법을 도시하는 다이어그램.
도 2는 OERLIKONTM공법을 사용하여 실드 용접된 플럭스-함유 와이어 또는 튜브를 제조하는 공지의 방법을 도시하는 다이어그램.
도 3은 OERLIKONTM공법에 대안적인 공법을 사용하여 실드 용접된 플럭스-함유 와이어 또는 튜브를 제조하는 공지의 방법을 나타내는 다이어그램.
도 4 및 도 5는 금속 튜브를 제조하는 장치의 두 개의 실시예를 도시하는 다이어그램.
도 6은 본 발명에 따른 연속하는 산업상의 제조 장치의 다른 실시예를 도시하는 다이어그램
도 7은 본 발명에 따라, 개략적으로 단면으로 도시된 금속 시트(71)로부터 실드 용접된 플럭스-함유 와이어 또는 튜브를 제조하는 방법을 사용하는 제1의 방식을 도시하는 다이어그램.
도 8 및 도 9는 각각 도 6의 AA선 및 BB선을 따라 절취한 단면도.
따라서, 본 발명은 실드 플럭스-함유 용접 와이어와 같이 충전 요소로 채워진 실드 용접된 튜브에서 대기 공기가 포획되어 버리는 해로운 문제점에 대하여 더욱 효과적인 해결책을 제공하고, 게다가 이러한 플럭스-함유 와이어에 의한 용접에 의해 생성되는 용접 접합점의 기계적 성질을 향상시키기 위하여 도출된 것이다.
즉, 본 발명의 목적은 한편으로는, 튜브 내에 포획된 및/또는 그 안에 투입되는 충전 플럭스 내에 포획된 대기 공기 내에 특정 유해한 불순물 또는 요소가 함유되는 것을 방지하거나 그 양을 최소화하는 것을 가능하게 하는, 충전 요소로 채어진 실드 용접된 튜브를 제조하는 방법 및 장치를 제시하는 것이며, 다른 한편으로는, 종래 기술에서의 플럭스-함유 와이어에서보다 훨씬 적은 유해성 불순물, 특히 훨씬 낮은 농도의 가스 상태의 질소를 갖는 실드 용접된 플럭스-함유 와이어를 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 제1 태양에 따르면, 본 발명은 충전 요소를 수용하며 전체 질소 농도가 100 ppm 미만인 적어도 하나의 실드 용접된 금속 튜브를 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 이 방법은 적어도 부분적으로, 용접된 실드 튜브 또는 거의 수료 형상인 예비 튜브로 형성된 적어도 하나의 금속 시트로부터 시작하며, 상기 튜브 또는 예비 튜브에 충전 요소를 투입하고, 이 방법은 적어도 상기 충전 요소가 상기 튜브 또는 예비 튜브에 투입되는 동안 또는 이들 요소가 투입되고난 후에, 상기 충전 요소를 가스 상태의 차폐 대기와 접촉 상태로 이동시키는 적어도 하나의 작업을 포함하며, 상기 가스 상태의 차폐 대기는 수 개의 가스 화합물을 포함하며, 이 가스 화합물 각각에 대하여, 상기 가스 화합물의 특성, 상기 가스 화합물의 농도, 상기 가스 화합물의 압력 및 상기 가스 화합물의 유량으로부터 선택되는 적어도 하나의 인자가 제어되며,
상기 가스 화합물은 질소, 수소 및 증기로부터 선택되는 것이며,
상기 가스 상태의 차폐 대기는 아르곤, 헬륨, 이산화 탄소, 산소 및 그 혼합물로부터 선택되는 적어도 하나의 가스를 필수적으로 포함하는 것이며,
상기 가스 상태의 대기가 대기압에서 대기 공기로 이루어지는 것인 제조 방법을 제외한다.
즉, 본 발명은 충전 요소를 특히 질소, 수소 및/또는 수분 즉 수증기와 같은 유해한 가스 화합물이 적은 또는 없는 대기와 접촉 상태로 이동시키는 것에 의존한다.
이 경우에 따르면, 이러한 상기 유해한 화합물 또는 불순물의 감소 또는 제거는 튜브의 및/또는 상기 튜브를 제조하는 라인의 적어도 일부에서 압력을 감소시킴으로써, 즉 적어도 부분적으로 진공 상태를 생성함으로써 달성될 수도 있으며, 그리고/또는 튜브 또는 예비 튜브의 적어도 일부 및/또는 상기 튜브 또는 예비 튜브가 채워지는 영역의 적어도 일부에 수용되는 대기성 주위 공기 대신에, 그리고/또는 충전 요소와 접촉하는 공기 대신에, 변질된 공기, 예를 들어 질소가 감소된 공기와 같은 차폐 가스의 유동, 또는 대기 공기의 성분과는 상이한 성분을 갖는 가스의 유동, 예를 들어 아르곤이나 CO2의 유동과 같은 가스의 유동으로 대체시킴으로써 달성될 수도 있다. 선택적으로는, 사용되는 차폐 가스의 유동의 성분 및 특성은 예를 들어 금속을 아크로 변화시킬 때 및/또는 디스케일링 작업시 아크의 안정성 향상과 같은, 달성하고자 하는 부차적인 목적에 따라 선택될 수도 있다.
이 경우에 따르면, 본 발명에 따른 제조 방법은 아래의 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있는데, 즉:
- 가스 화합물 중 하나는 질소이며, 바람직하게는 이 가스 화합물은 질소와 수증기이며,
- 상기 가스 상태 대기에서 질소의 부분압은 0.77×105Pa 이하이며, 바람직하게는 0.3×105Pa 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.2×105Pa 이하이며,
- 충전 요소는 상기 충전 요소가 상기 용접된 실드 튜브 또는 상기 예비 튜브에 투입되기 전, 투입되는 동안 또는 투입된 후에, 상기 가스 상태 차폐 대기와 접촉하게 되며,
- 충전 요소는 상기 예비 튜브에 하나 이상의 중첩층으로서 투입되며,
- 적어도 충전 요소의 투입은 상기 가스 상태의 차폐 대기를 사용하여 가스 분출 하에서 수행되며,
- 충전 요소는 상기 예비 튜브 또는 상기 튜브의 적어도 일부에 포함된 대기 공기 중 적어도 어느 정도가 제거된 후에 투입되기 시작하며, 상기 대기 공기의 제거는 상기 가스 상태의 차폐 대기를 사용하여 가스 분출을 행함으로써 및/또는 상기 튜브 또는 예비 튜브의 적어도 일부에서 압력을 감소시킴으로써 수행되며,
- 또한 실드 용접된 튜브를 얻기 위해서 예비 튜브의 적어도 일부를 용접하는 적어도 하나의 단계 및/또는 상기 가스 상태의 차폐 대기의 적어도 일부에서 회복, 재생 및/또는 정화하는 적어도 하나의 단계를 더 포함할 수도 있다.
또한, 본 발명의 다른 일태양에 따르면, 본 발명은 실드 플럭스-함유 와이어 즉, 상기한 바와 같은 제조 방법에 의해서 얻어질 수 있는, 용접에 의해 두 개의 종방향 엣지가 함께 접합된 플럭스-함유 와이어에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 적어도 하나의 금속 피복 및, 충전 요소를 함유하는 충전 플럭스를 포함하는 실드 플럭스-함유 와이어에 관한 것이다. 상기 플럭스-함유 와이어는 전체 질소 농도가 100 ppm 미만, 바람직하게는 80 ppm 미만, 바람직하게는 70 ppm 미만, 바람직하게는 60 ppm 미만, 바람직하게는 55 ppm 미만, 바람직하게는 50 ppm 미만이다. "전체 질소 농도"라고 하는 표현은 플럭스-함유 와이어에 함유되거나 섞인 가스 상태 질소 및 비가스 상태 질소의 양의 총합을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
상기 플럭스-함유 와이어의 금속 피복 및 상기 충전 플럭스 내의 총 질소 농도는 상기 와이어에서 총 질소 농도의 적어도 약 60 %가 되는 것이 이로우며, 바람직하게는 적어도 약 70 %가 되는 것이 이롭다.
바람직하게는, 상기 실드 플럭스-함유 와이어는 가스 상태의 질소가 거의 없는 것이 좋으며, 바람직하게는 가스 상태의 질소가 전혀 없는 것이 좋다.
이 경우에 따르면, 실드 플럭스-함유 와이어는 가스 상태 질소의 분자와 적어도 하나의 제2 가스의 분자를 함유하며, 플럭스-함유 와이어에서 가스 상태의 산소의 분자의 농도에 대한 플럭스-함유 와이어에서 상기 제2 가스의 분자의 농도의 비율은 4 미만이며, 바람직하게는 3.5 미만이며, 바람직하게는 2.5 미만이다.
또한, 본 발명에 따른 플럭스-함유 와이어는 100 ppm 미만의 수증기를 함유하는 것이 이로우며, 바람직하게는 80 ppm 미만의 수증기를 함유하는 것이 이로우며, 더 바람직하게는 60 ppm 미만의 수증기를 함유하는 것이 이롭다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 실드 플럭스-함유 와이어가 사용되는 아크 용접 방법에 관한 것이며, 더 상세하게는 TIG(텅스템 불활성 가스), MIG(금속 불활성 가스), MAG(금속 활성 가스) 및 서브머지드 아크 용접 방법으로부터 선택되는 아크 용접 방법에 관한 것이며, 이러한 아크 용접 방법을 사용하여 얻어질 수 있는 용접부에 관한 것이며, 이 용접부는 용융 금속에서 70 ppm 미만의 질소를 함유하는 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 60 ppm 미만의 질소를 함유하며, 더욱 바람직 하게는 50 ppm 미만의 질소를 함유하는 것을 특징으로 하며, 및/또는 10 ppm 미만의 확산성 수소를 포함하는 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 5 ppm 미만의 확산성 수소를 포함하며, 더욱 바람직하게는 4 ppm 미만의 확산성 수소를 포함하는 것을 특징으로 한다. "용접부"라고 하는 용어는 플럭스-함유 와이어의 적어도 일부를 용융시킴으로써 얻어지는 용착된 금속을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 명세서 및 청구범위에서 사용되는 가스 상태 차폐 대기를 형성하는 가스 또는 가스 혼합물은 당업계에 공지된 임의의 가스 공급원으로부터 공급될 수 있으며, 즉 콘테이너(가스 병, 저장 탱크 등)로부터 공급될 수도 있으며, 또는 공급선으로부터 공급될 수도 있으며, 또는 당업계에 공지된 가스 생성 유닛으로부터 공급될 수도 있다.
본 발명을 설명하지만 한정하는 것은 아닌 비교예 및 다이어그램을 이용하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 크림핑 가공에 의해 종래 기술에 의한 언실드 플럭스-함유 와이어를 제조하는 방법을 나타내는 다이어그램이다. 이 방법은 4 개의 주된 단계를 포함하는데, 즉:
- 1단계 : 개략적으로 단면으로 도시된 금속 시트(11)를 상기 금속 시트(11)의 종방향 엣지(11a, 11b)를 서로를 향해 이동시킴으로써, 이 수로형(12) 형상 또는 "U자"형으로 형성하는 단계와,
- 2단계 : 상기 수로형(12)에 충전 요소(13)를 투입하는 단계와,
- 3단계 : 계속하여 상기 엣지(11a, 11b)를 서로를 향해 이동시켜서 원통형 또는 튜브형 형상 또는 "O자"형 형상을 얻고, 다음에 상기 엣지(11a, 11b)를 크림핑 가공에 의해 서로 접합시켜서 충전 요소를 수용하는 언실드 튜브(14)를 얻는 단계와,
- 4단계 : 상기 언실드 튜브(14)를 인발 또는 압연하여 원하는 최종 직경(15)으로 형성하는 단계
를 포함한다.
이 제조 방법은 그 전과정이 대기압에서 대기 공기 속에서 수행된다.
도 2는 OERLIKONTM공법을 사용하여 실드 용접된 플럭스-함유 와이어 또는 튜브를 제조하는 공지의 방법을 도시하는 다이어그램이며, 상기 방법은 6 개의 주된 단계를 포함하는데, 즉:
- 1단계 : 개략적인 단면으로 도시된 금속 시트(21)를 그 종방향 엣지(21a, 21b)를 서로를 향해 이동시켜서 엣지와 엣지가 접촉하도록 함으로써 원통형 또는 튜브형("O자"형)으로 형성하고, 이들 두 엣지(21a, 21b)를 함께 용접하여 중공 실드 용접된 튜브(22)를 얻는 단계와,
- 2단계 : 상기 중공 용접된 튜브(22)를 압연하여 중간 충전 직경(23)으로 형성하는 단계와,
- 3단계 : 충전 테이블의 진동에 의해서 진동을 가함으로써 2단계로부터 얻어진 튜브에 충전 요소(23')를 투입하여, 충전 요소(23')를 수용하는 실드 튜브(24), 예를 들어 플럭스-함유 와이어를 얻는 단계와,
- 4단계 : 상기 실드 튜브(24)를 압연 및/또는 인발하여 다른 원하는 직경으로 감소시키는 단계와,
- 5단계 : 4단계로부터 얻어진 실드 튜브를 재결정 어닐링 가공하는 단계와,
- 6단계 : 상기 실드 튜브(25')를 어닐링 후에 인발하고 선택적으로 동판 가공하여 최종 플럭스-함유 와이어 또는 튜브(26)를 얻는 단계
를 포함한다.
OERLIKONTM공법을 사용하는 이 제조 방법도 그 전과정에서 대기압에서 대기 공기 속에서 수행된다.
도 3은 OERLIKONTM공법에 대안적인 공법을 사용하여 실드 용접된 플럭스-함유 와이어 또는 튜브를 제조하는 공지의 방법을 나타내는 다이어그램이며, 이 방법은 6 개의 주된 단계를 포함하는데, 즉:
- 1단계 : 개략적으로 단면으로 도시된 금속 시트(31)를 그 금속 시트(31)의 종방향 엣지(31a, 31b)를 서로를 향하여 이동시킴으로써 수로형(32)으로 만드는 단계와,
- 2단계 : 수로형(32)에 충전 요소(33)를 투입하는 단계와,
- 3단계 : 계속하여 상기 엣지(31a, 31b)를 함께 이동시켜서 먼저 "O자"형의 예비 튜브를 얻고, 다음에 상기 두 개의 엣지를 함께 용접하여 충전 요소를 수용하는 실드 용접된 튜브(34)를 얻는 단계와,
- 4단계 : 상기 실드 튜브(34)를 더 작은 직경(35)으로 압연 및/또는 인발하는 단계와,
- 5단계 : 4단계로부터 얻어진 실드 튜브를 재결정 어닐링 가공하는 단계와,
- 6단계 : 상기 실드 튜브(35')를 어닐링 후에 인발하고 선택적으로 동판 가공하여 최종 플럭스-함유 와이어 또는 튜브(36)를 얻는 단계
를 포함한다.
이 제조 방법도 그 전과정에서 대기압에서 대기 공기 속에서 수행된다.
도 7에 대하여 살펴보면, 도 7은 본 발명에 따라, 개략적으로 단면으로 도시된 금속 시트(71)로부터 실드 용접된 플럭스-함유 와이어 또는 튜브를 제조하는 방법을 사용하는 제1의 방식을 도시하는 다이어그램이며, 여기에서 금속 시트는 앞서 설명한 바와 같이, 먼저 "U자"형 수로(72)의 형상으로 만들어진다.
다음에, 상기 수로형(72)에 충전 요소(73)가 투입되며, 상기 투입은 불활성화된 지역(80) 내에서 수행되며, 즉 튜브 내에서 및/또는 플럭스-함유 와이어용 충전 플럭스와 같은 충전 요소(73)와 접촉하면서 및/또는 충전 요소 내에서 접촉하면서, 질소, 수소 및/또는 수증기와 같은 불측의 가스 상태의 오염물과의 임의의 접촉 및 또는 오염물의 임의의 진입을 방지하기 위해서 및/또는 진입을 최소화하기 위해서, 가스 상태의 대기가 제어되는 지역(80) 내에서 수행된다.
충전 후에, 상기 시트(71)의 엣지를 계속하여 함께 이동시켜, 분말을 수용하는 "O자"형 예비 튜브를 얻으며, 다음에 상기 두 개의 엣지를 함께 용접하여 충전 요소(73)로 채워진 실드 용접된 튜브(74)를 얻는다.
튜브의 종방향 이음매는 낮은 농도의 불순물만을 함유하는 예를 들어 많아야 수 %, ppm 또는 ppb의 질소, 수소 및/또는 수증기만을 함유하는 또는 불순물이 거의 없는, 아르곤 또는 CO2, 또는 Ar/CO2, Ar/O2, 또는 Ar/CO2/O2혼합물의 유동과 같은, 차폐 가스의 유동이 진입되는 예를 들어 보호판에 의해서 충전 작업에서와 같이 불활성화된 지역(80) 내에서 용접된다.
이 경우에 따르면, 불활성화된 지역(80)은 적어도 어느 정도의 불순물, 특히 질소, 수소 및/또는 습기를 추출하기 위하여 적어도 부분적으로 진공이 생성되는 지역이 될 수도 있으며, 상기 기역은 진공 하에서 유지되거나 또는 아르곤과 같은 차폐 가스의 흐름을 사용하여 적어도 부분적으로 재가압된다.
또한, 차폐 가스 즉, 질소, 수소 및 습기와 같은 본 발명에 따른 플럭스-함유 와이어의 제조에 유해한 함유된 불순물이 우선적으로 제거된 공기와 같은 정화된 공기를 사용하는 것도 가능하며, 이는 당업계에 공지된 정화 공법에 의해 달성될 수도 있다.
그후에, 충전 요소로 채워진 실드 용접된 튜브(74)를 더 작은 중간 직경(75)으로 감소되도록 압연 및/또는 인발한다.
다음에, 4단계로부터 얻어진 실드 튜브(75)를 선택적으로 재결정 어닐링하여 실드 튜브(75')를 얻으며, 어닐링 후에, 실드 튜브(75')를 또 인발하고 선택적으로 동판 작업을 하여 최종 플럭스-함유 와이어 또는 튜브(76)를 얻을 수도 있다.
명백히, 종래 기술에서의 공지된 제조 방법에서와는 달리, 특히 도 1 내지 도3에 도시된 방법에서와는 달리, 본 발명에 따른 제조 방법은 플럭스-함유 용접 와이어와 같은 상기와 같이 제조된 실드 튜브에, 가스 상태의 불순물, 특히 대기 질소가 유해하게 섞이는 것을 방지하기 위해 또는 최소화하기 위해, 보호막과 같이 비활성화된 지역(80) 내에서 물리 화학적인 특성이 주의 깊게 제어되는 가스 상태의 차폐 대기를 사용한다.
도 4 및 도 5는 금속 튜브를 제조하는 장치의 두 개의 실시예를 도시하는 다이어그램이다. 이 경우에 상기 튜브는 충전 요소가 투입되는 중공 실드 튜브로부터 얻어지는 실드 플럭스-함유 용접 와이어(50)이며, 이 경우에 상기 충전 요소는 공급선(42)과 같은 접합 수단을 포함하는 충전 수단에 의해 채워지는 충전 플럭스이며, 충전 플럭스의 저장통 또는 호퍼(44)는 릴(40)에 감긴 상기 와이어(50)에 상기 충전 플럭스가 진입되도록 한다.
도 4의 실시예에 따르면, 충전 플럭스가 투입되기 전에 상기 와이어(50) 내부에 적어도 부분적인 진공이 형성되며, 이에 의해 주로 대기 질소인 원치 않는 가스 상태 화합물의 분자의 적어도 어느 정도를 실드 와이어로부터 추출한다.
진공은 일반적인 유형의 (상세히 도시하지 않은) 진공 발생 수단(48), 특히 하나 이상의 진공 펌프, 밸브, 가스선, 밀폐부, 튜브(50)로부터 나오는 과잉 분말을 회수하는 저장통(68) 등에 의해서, 와이어(50)의 적어도 일측단 그러나 바람직하게는 양측단을 통하여 형성된다.
충전 플럭스를 수용하는 저장통 또는 호퍼(44) 내에서 및/또는 공급선(42) 내에서 적어도 일시적으로 적어도 부분적인 진공이 또한 형성되며, 이에 의해 와이어(50)가 충전되기 전에 그 안에 포함된 대기 공기의 적어도 어느 정도를 제거한다.
진공을 형성한 후에, 실드 용접된 와이어(50)는 공지의 방식으로 진동을 사용하여 충전되며, 진공은 이 작업의 적어도 일부 동안에 유지된다. 충전 작업을 완료한 후에, 펌프 수단(48)에 의해 수행되는 펌프 작업 또는 진공화 공정은 중지되고, 압력은 특히 과잉 분말을 회수하는 저장통(68)에서 대기압에 이르기까지 밸브(46)를 통하여 선택된 차폐 가스, 예를 들어 아르곤을 진입시킴으로써 점차적으로 다시 안정된다.
그러나, 상기 방법을 역순으로 수행하는 것도 가능하며, 즉 저장통(68)에 또는 밸브(46)와 저장통(68) 모두에서 차폐 가스를 재진입시킴으로써 시작하는 것도 가능하다.
다른 실시예에 따르면, 진공을 형성한 후에, 밸브(46)를 통하여 호퍼(44)에 아르곤의 유동과 같은 충전 가스가 진입되며, 상기 충전 가스는 저장통 또는 호퍼(44) 내에서, 공급선(42) 내에서 및/또는 실드 용접된 와이어(50) 내에서 가스 상태의 차폐 대기를 발생시키고 유지하는 것을 가능하게 하며, 또한 상기 충전 플럭스가 호퍼(44)로부터 공급선(42)을 통하여 와이어(50)에 운반되는 것을 더 쉽게 함으로써 충전 플럭스로 와이어(50)를 충전하는 것을 촉진하는 것을 가능하게 한다.
또한, 당업계에 공지되어 있는 방법으로, 릴(40)이 서 있는 진동 테이블(43)은 충전 플럭스가 와이어(50) 내에서 순회하고 분포되는 것을 보장한다.
도 5의 실시예는 도 4의 실시예와 유사하며, 이 경우에, 부분적인 진공을 형성하는 대신에 와이어(50)의 임의의 충전 전에 호퍼(44), 공급선(42) 및 와이어(50) 내에 놓인 공기를 제거하는 것으로 대체되는 점에 차이가 있다.
상기 제거는 상기 호퍼, 공급선 및 와이어를 차폐 가스로 분출시킴으로써, 즉 아르곤 및/또는 이산화 탄소의 유동과 같은 제어된 성분의 가스의 유동에 의해서 수행되며, 상기 차폐 가스는 (상세히 도시하지 않은) 부분(46, 86)으로 진입되어 밸브(45)를 통하여 호퍼(44)에 진입되며 그리고/또는 공급선(42)에 진입된다.
포획된 공기 특히, 와이어(50)에 포획된 공기의 모두 또는 일부를 제거한 후에, 충전 요소로 와이어(50)를 충전하는 공정은 앞선 경우에서와 같이 가스 상태의 차폐 대기 하에서 수행된다.
도 6은 본 발명에 따른 연속하는 산업상의 제조 장치의 다른 실시예를 도시하며, 여기에서 와이어(60)의 일부는 질소를 함유하지 않은 차폐 가스로 예를 들어 아르곤의 유동에 의해 분출된다.
이 실시예에 따르면, 플럭스-함유 와이어(60)는 연속적으로 제조되며, 즉 와이어(60)는 0이 아닌 속도로 병진식으로 이동하며, 와이어(60)는 예를 들어 (상세히 도시하지 않은) 구동 롤러 등과 같은 수단에 의해 일반적인 방법으로 구동된다.
바람직하게는, 와이어(60)의 충전 플럭스 충전 및/또는 와이어(60)의 두 개의 종방향 엣지(60a, 60b)의 실드 용접은, 질소가 상기 플럭스-함유 와이어에 섞이는 것을 방지하기 위해서 또는 질소가 섞이는 양을 최소화하기 위해서, 제어된 질소 함량을 갖는 또는 바람직하게는 질소가 없는 대기 속에서 수행된다.
이를 위해서, 가스 상태의 차페 대기를 생성하기 위해서, 충전 플럭스 위에, 용접된 플럭스-함유 와이어(60) 내부에 및/또는 용접 지역(61)의 영역 내에 아르곤과 같은 차폐 가스를 운반하기 위해서 하나 이상의 가스 사출기(62)가 배열된다.
더욱 상세하게는, 이러한 차폐 가스의 사출은 상기 튜브(60)의 용접 지역(61)의 하류에서 상기 튜브(60) 내부에 놓이는 사출 지역(89) 내에서, 사출기(62)의 하류측 단부(88)를 통하여 수행되며, 사출기(62)는 가스 공급선, 밀폐부, 저장 콘테이너 등을 포함할 수도 있는 (상세히 도시하지 않은) 일반적인 유형의 가스 공급 수단(81)에 의해 아르곤이 공급된다.
바람직하게는, 사출기(62)와 용접 수단은, 튜브가 병진적으로 이동하는 동안에 고정적이며, 이에 의해 실드 플럭스-함유 와이어를 형성하는 다양한 단계("U자"형을 형성하고 다음에 "O자"형을 형성하고 용접하는 단계 등)는 연속적으로 수행된다.
도 8 및 도 9는 각각 도 6의 AA선 및 BB선을 따라 절취한 단면을 도시한다.
더욱 상세하게는, 도 9는 충전 요소(73)가 진입된 후에 금속 시트(66)의 종방향 엣지가 함께 용접되기 전에 "U자"형 와이어를 도시하며, 도 8은 충전 요소(73)가 진입된 후에 금속 시트(66)의 종방향 엣지가 함께 용접되어 실드 플럭스-함유 와이어(65)를 얻은 후에 와이어(60)를 도시한다. 도 8은 아르곤과 같은 차폐 가스가 사출기(62)의 하류측 단부(88)를 통하여 용접된 와이어 내에 진입되는 것을 분명하게 도시하며, 이에 의해서 상기 플럭스-함유 와이어로부터 상기 공기를 방출하며 따라서 그 속에 있는 불순물, 특히 대기 질소를 방출한다. 이렇게 해서, 본 발명에 따른 플럭스-함유 와이어 즉 대기 질소 또는 다른 원치 않는 불순물을 거의 전혀 함유하지 않는 플럭스-함유 와이어가 얻어진다.
도 6에서의 제조 방법은 연속적인 공정이며, 여기에서 와이어(60)는 공지의 유형의 구동 수단에 의해 병진적으로 이동되며, 실제 산업에서의 플럭스-함유 와이어의 제조를 가능하게 한다.
예
본 발명에 따른 제조 방법 및 이에 의해 얻어진 실드 플럭스-함유 와이어의 특성을 확인하기 위해서, 다양한 테스트가 수행되었으며 이하에서 예로서 나타내었다.
예 1
충전 요소 또는 충전 플럭스를 형성하는 과립형 분말의 동일한 혼합물이, 한편으로 도 1에서의 방법에 의해 크림프 가공된 플럭스-함유 와이어(FCW1A)를 제조하기 위해 사용되었으며, 다른 한편으로 도 2에서의 방법(Oerlikon 공법)에 의해 실드 플럭스-함유 와이어(FCW1B)를 제조하기 위해 사용되었다. 이 분말 혼합물은 주성분으로 금홍석(TiO2)을 포함하며, Al2O3및 ZrSiO4와 같은 광재 형성자, Fe-Mn이나 Si-Mn 유형의 것과 같은 합금 요소 및, Al, Al-Mg 등과 같은 환원 요소를 포함한다.
충전의 정도 또는 플럭스 중량/와이어 중량의 비는 두 경우에 모두 약 15 %이다.
또한, 이들 두 플럭스-함유 와이어의 외측 피복을 형성하는 금속 시트 또는 스트립의 질소 함량 및 이렇게 하여 얻어진 이들 두 플럭스-함유 와이어의 전체 질소 함량은 STROHLEIN사가 판매하는 ON-MAT 8500형의 분석기에 의해 결정되었다. 이들 분석의 결과를 표 1에 나타내었다.
테스트 스트립(크림프 가공된 와이어) FCW1A 와이어-스트립 차 스트립(용접된 와이어) FCW1B 와이어-스트립 차
질소 함량(ppm) 19 63 44 29 130 101
와이어의 질소 함량과 스트립의 질소 함량 사이의 차는, 충전 플럭스와 사용된 충전의 정도는 동일하지만, 크림프 가공된 플럭스-함유 와이어(FCW1A)의 경우보다 종래의 방법에 의해 제조된 실드 용접된 플럭스-함유 와이어(FCW1A)의 경우에 약 2.5배 더 크다.
즉 이들 결과는, 종래의 방법에 의해 제조된 실드 플럭스-함유 와이어에 질소가 섞이는 것이 발생되는 것이, 사용되는 원료 즉 플럭스와 스트립 때문만이 아니라 무엇보다도 상기 와이어에 포획된 주위 대기 공기 때문이기도 하다는 점을 확인시켜 준다.
존재하는 대기 가스 상태의 질소의 문제는, 크림프 가공된 플럭스-함유 와이어가 실링 처리되지 않고 따라서 제조 공정(인발, 압연 등)을 통하여 탈가스 처리될 수 있다고 하면, 실드 용접된 플럭스-함유 와이어의 경우에 주로 발생한다는 점을 주의해야 한다.
예 2
한편으로는 도 1에서의 방법에 의해 예 1에서와 같은 크림프 가공된 플럭스-함유 와이어(FCW2A) 및 다른 한편으로는 도 3에서의 방법에 의해 실드 용접된 플럭스-함유 와이어(FCW2B)를 제조하기 위해서, 예 1의 충전 플럭스가 사용되었다.
충전의 정도 또는 플럭스 중량/와이어 중량 비는 양자의 경우에 약 16.2 %이다.
또한, 이렇게 얻어진 이들 양측 플럭스-함유 와이어의 스트립의 질소 함량 및 플럭스-함유 와이어의 전체 질소 함량은 예 1에서와 같이 결정되었다.
이들 분석의 결과는 표 2에 나타내었다.
테스트 스트립(크림프 가공된 와이어) FCW2A 와이어-스트립 차 스트립(용접된 와이어) FCW2B 와이어-스트립 차
질소 함량(ppm) 19 65 46 40 112 72
얻어진 결과는 예 1에서의 결과와 유사하며, 대기 공기에 존재하는 상당량의 질소가 종래 기술의 방법에 따라 제조된 실드 플럭스-함유 와이어에 섞인다는 것을 확인시켜 준다.
예 3
이 예에서는, 동일한 스트립, 동일한 플럭스 및 약 15 %의 동일한 충전 정도를 사용하여 두 개의 실드 용접된 플럭스-함유 와이어가 제조되었다.
제1 플럭스-함유 와이어(FCW3A)는 도 2에 도시한 종래의 Oerlikon 공법에 따라 진동을 사용하여 플럭스가 충전되었다.
제2 플럭스-함유 와이어(FCW3B)도 진동을 사용하여 플럭스가 충전되었다. 그러나, 충전되기 전에, 제2 플럭스-함유 와이어의 내부, 충전 분말을 수용하는 호퍼 및 상기 호퍼를 상기 플럭스-함유 와이어 내부로 연결하는 운송 수단(공급선 등)을 내재된 대기 공기 (및 따라서 질소)의 대부분을 추출하기 위해서 연속하여 감압하였으며, 즉 진공에 노출시켰으며, 다음에 도 4에 개략적으로 도시한 바와 같이, 즉 본 발명에 따라 호퍼에 진입된 아르곤 유동으로 이루어지는 정화 분출에 노출시켰다.
또한, 이렇게 얻어진 플럭스-함유 와이어의 전체 질소 함량은 예 1에서와 같이 결정되었으며, 표 3에 그 결과를 나타내었다.
실드 플럭스-함유 와이어 번호 FCW3A FCW3B
질소 함량(ppm) 116 68
예 4
이 예에서는, 동일한 스트립, 동일한 플럭스 및 약 15 %의 동일한 충전 정도를 사용하여 세 개의 실드 용접된 플럭스-함유 와이어가 제조되었다.
제1 플럭스-함유 와이어(FCW4A)는 도 2에 도시한 종래의 Oerlikon 공법에 따라 진동을 사용하여 플럭스로 충전되었다.
제2 플럭스-함유 와이어(FCW4B)는 예 3의 플럭스-함유 와이어(FCW3B)에 대해서와 유사한 방식으로, 즉 본 발명에 따라 아르곤 유동으로 이루어지는 정화 분출하기 전에 실드 중공 와이어를 감압시킴으로써, 진동을 사용하여 플럭스로 충전되었다.
제3 플럭스-함유 와이어(FCW4C)는 제2 플럭스-함유 와이어(FCW4B)와 같이 충전되었지만, 본 발명에 따라 이산화 탄소 유동으로 이루어지는 정화 분출을 사용한다.
또한, 이렇게 얻어진 플럭스-함유 와이어의 전체 질소 함량이 결정되었으며, 표 4에 그 결과를 나타내었다.
플럭스-함유 와이어번호 FCW4A FCW4B FCW4C
질소 함량(ppm) 130 70 72
예 3 및 예 4에서 얻어진 결과는 주위 대기 즉 대기압에서의 주위 공기를 제어되는 질소 함량(아르곤 또는 CO2)을 갖는 가스 상태의 대기로 대체하는 것이 플럭스-함유 와이어의 전체 질소 함량이 약 40 % 감소되게 한다는 것을 명확히 보여준다.
예 5
이 예에서는, 예 2에서의 것과 동일한 스트립, 동일한 플럭스 및 동일한 충전 정도를 사용하여 두 개의 실드 용접된 플럭스-함유 와이어가 제조되었다.
제1 플럭스-함유 와이어(FCW5A)는 도 6, 도 8 및 도 9에 개략적으로 도시한 바와 같이, 용접에 의해 실링 처리되기 전에, 튜브 내에 포획된 대기 공기의 양을 최소화하기 위해서, 용접 지역에서 충전 요소 위에서 튜브에 가스 상태의 아르곤을 사출함으로써 제조되었다.
제2 플럭스-함유 와이어(FCW5B)는 도 7에 개략적으로 도시한 바와 같이, 튜브 충전 지역으로부터 튜브 용접 지역까지, 형성/충전/용접 장치를 둘러싸는 불활성화된 지역 또는 불활성 박스에 가스 상태의 아르곤을 사출함으로써 제조되었다.
또한, 이렇게 얻어진 플럭스-함유 와이어의 질소 함량을 결정하여, 그 결과를 표 5에 나타내었으며, 비교를 위해서 예 2의 용접된 플럭스-함유 와이어(FCW2B)의 질소 함량도 나타내었다.
플럭스-함유 와이어번호 FCW2B FCW5A FCW5B
질소 함량(ppm) 112 75 60
얻어진 결과는, 주위 대기 즉 대기압에서의 주위 공기를 제어되는 질소 함량(아르곤)을 갖는 가스 상태의 대기로 대체하는 것이, 실드 플럭스-함유 와이어의 전체 질소 함향이 감소되도록 한다는 점을 확인시켜준다.
예 6
이 예는 종래 기술에 따른 플럭스-함유 와이어 또는 적합한 경우에는 본 발명에 따른 플럭스-함유 와이어가 아크 용접 작업에 사용될 때 얻어지는 용접의 품질을 비교하기 위한 것이다.
이를 위해서, (종래 기술에 따라 제조된) FCW4A 플럭스-함유 와이어 및 (본 발명에 따라 제조된) FCW4B 플럭스-함유 와이어를 사용하여 용접된 접합점이 생성되었다.
다음에, 용접된 접합점의 용착 금속의 질소 함량 및 인성 특성을 결정하였으며, 그 얻어진 결과를 표 6에 나타내었다.
용접된 접합점을 얻기 위해 사용된플럭스-함유 와이어 번호 FCW4A FCW4B
용접부의 질소 함량(ppm) 91 36
-20℃에서의 인성 Kv(J) 31 60
예 7
이 예 7은 예 6과 유사하며, 따라서 종래 기술에 따른 플럭스-함유 와이어 또는 적합한 경우에는 본 발명에 따른 플럭스-함유 와이어를 사용하여 얻어지는 용접의 품질을 비교하기 위한 것이다.
이를 위해서, 도 2에서의 방법에 따라 종래의 방식으로 제조된 플럭스-함유 와이어(FCW7A) 및 본 발명에 따라 제조된 플럭스-함유 와이어(FCW7B, FCW7C)를 사용하여 용접된 접합점이 생성되었다. 더욱 상세하게는, 플럭스-함유 와이어(FCW7B)는 진공이 먼저 생성됨이 없이 아르곤의 가스 분출로 제조되었으며, 플럭스-함유 와이어(FCW7C)는 앞서 설명한 바와 같이 먼저 생성된 진공으로 아르곤의 가스 분출로 제조되었다.
다음에, 3 개의 플럭스-함유 와이어의 질소 함량, 용착된 금속의 질소 함량 및 인성 특성을 결정하였으며, 그 결과를 표 7에 나타내었다.
용접된 접합부를 얻기 위해 사용된플럭스-함유 와이어 번호 FCW7A FCW7B FCW7C
플럭스-함유 와이어의 질소 함량(ppm) 118 69 68
용접부의 질소 함량(ppm) 84 35 36
-20℃에서 인성 Kv(J) 50 111 108
예 4 내지 예 7에서 얻어진 결과는, 80 ppm 미만의 질소를 함유하는 실드 플럭스-함유 와이어 즉 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조된 가스 상태의 플럭스-함유 와이어가 종래의 공법에 따라 제조된 플럭스-함유 와이어 즉 100 ppm을 넘는 가스 질소를 통상적으로 함유하는 플럭스-함유 와이어보다 (용착된 금속에 섞인 질소량이 적고 인성이 좋은) 우수한 품질의 용접된 접합부를 얻을 수 있게 한다는 점을 명확히 보이고 있다.
예 8
예 8은 앞선 예들과 유사하다. 동일한 과립식 분말 혼합물(도 1 참조) 및 동일한 스트립을 사용하여 도 2의 방법(Oerlikon 공법)에 따라서 금속 함유 유형의 두 개의 실드 용접된 플럭스-함유 와이어(FCW8A, FCW8B)가 제조되었다.
더욱 상세하게는, 플럭스-함유 와이어(FCW8A)는 종래 기술에 따른 것이고, 한편 플럭스-함유 와이어(FCW8B)는 본 발명에 따른 것이며, 즉 플럭스-함유 와이어(FCW8B)는 실제 충전 전에 및 동안에, 진동을 사용하고 충전 플럭스를 수용하는 호퍼 내부에뿐만 아니라 튜브 내부에 및 호퍼로부터 실드 플럭스-함유 와이어에 바로 충전 플럭스를 운반하는 연결 수단 내부에도 진공을 가함으로써 충전 플럭스로 채워지며, 그 후에 앞서 설명한 바와 같이 호퍼에 진입된 아르곤을 사용하여 압력이 점차 증가된다.
양측의 경우에, 충전의 정도는 약 12 %이다.
다음에, ISO 3690 표준에 따라 확산성 수소 함량을 결정하기 위해 용접 비드를 생성하기 위해 이들 두 플럭스-함유 와이어가 사용되었다. 그 결과는 표 8에 나타내었다.
플럭스-함유 와이어번호 FCW8A FCW8B
확산성 H2함량(ml/용착된 금속의 100 g) 6.5 3.5
본 발명에 따라 제조된 플럭스-함유 와이어는 확산성 수소 함량이 종래 기술의 플럭스-함유 와이어의 것보다 약 46 % 적다는 점이 표 8로부터 명백하다.
따라서, 본 발명에 따른 플럭스-함유 와이어를 사용하여 생산된 용접부는 더 나은 강도 특성을 갖으며, 특히 이러한 용접부에는 구조강을 용접할 때 냉온 크래킹의 위험이 훨씬 낮으며, 특히 높은 또는 매우 높은 항복 응력을 갖는 강도 특성을 갖는다.

Claims (18)

  1. 충전 요소를 포함하며 100 ppm 미만의 총 질소 농도를 갖는 적어도 하나의 실드 용접된 금속 튜브를 제조하는 방법에 있어서,
    용접된 실드 튜브로 또는 거의 수로형 예비 튜브로 적어도 부분적으로 형성된 적어도 하나의 금속 시트로부터 시작하여, 상기 튜브 또는 예비 튜브에 충전 요소를 진입시키며,
    적어도, 상기 충전 요소가 상기 튜브 또는 예비 튜브에 진입되는 동안 또는 상기 충전 요소가 상기 튜브 또는 예비 튜브에 진입된 후에, 상기 충전 요소를 가스 상태의 차폐 대기에 접촉시키는 적어도 하나의 작업을 포함하며,
    상기 가스 상태의 차폐 대기는, 상기 가스 상태의 화합물의 특성, 상기 가스 상태의 화합물의 농도, 상기 가스 상태의 화합물의 압력 및 상기 가스 상태의 화합물의 유량으로부터 선택되는 인자 중 적어도 하나가 각각에 대하여 제어되는 수 개의 가스 상태의 화합물을 포함하며,
    상기 가스 상태의 화합물은 질소, 수소 및 수증기로부터 선택되는 것이며,
    상기 가스 상태의 차폐 대기는 아르곤, 헬륨, 이산화 탄소, 산소 및 이들의혼합물로부터 선택되는 적어도 하나의 가스를 필수적으로 포함하는 것이며,
    가스 상태의 대기가 대기압에서 대기 공기로 이루어지는 제조 방법을 제외하는 실드 용접된 금속 튜브 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가스 상태의 화합물 중 하나는 질소이며, 바람직하게는 상기 화합물은 질소 및 수증기인 것을 특징으로 하는 실드 용접된 금속 튜브 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가스 상태의 대기에서 질소의 부분압은 0.77 ×105Pa 이하이며 바람직하게는 0.2 ×105Pa 이하인 것을 특징으로 하는 실드 용접된 금속 튜브 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인자 중 적어도 하나가 제어되는 상기 화합물은 질소, 수소 및 수증기인 것을 특징으로 하는 실드 용접된 금속 튜브 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전 요소는 상기 충전 요소가 상기 용접된 실드 튜브 또는 상기 예비 튜브에 진입되기 전에, 진입되는 동안에 및/또는 진입된 후에, 상기 가스 상태의 차폐 대기와 접촉하도록 되는 것을 특징으로 하는 실드 용접된 금속 튜브 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 충전 요소의 진입은 상기 가스 상태의 차폐 대기를 사용하는 가스 분출 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 실드 용접된 금속 튜브 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전 요소는 상기 예비 튜브 또는 상기 튜브의 적어도 일부에 수용된 대기 공기의 적어도 일부를 제거한 후에 진입되기 시작하는 것이며,
    상기 대기 공기의 제거는 상기 가스 상태의 차폐 대기를 사용하여 가스 분출을 실행함으로써 및/또는 상기 튜브 또는 예비 튜브의 적어도 일부에서 압력을 감소시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 실드 용접된 금속 튜브 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 실드 용접된 튜브를 얻기 위해서 예비 튜브의 적어도 일부를 용접하는 적어도 하나의 단계 및/또는 상기 가스 상태의 대기의 적어도 일부를 회수, 재생 및/또는 정화하는 적어도 하나의 단계를 추가적으로 포함하는 실드 용접된 금속 튜브 제조 방법.
  9. 적어도 하나의 금속 피복 및 충전 요소를 포함하며,
    총 질소 농도가 100 ppm 미만이며, 바람직하게는 80 ppm 미만인 것을 특징으로 하는 실드 플럭스-함유 와이어.
  10. 제9항에 있어서, 금속 피복 내 및 상기 충전 플럭스 내의 총 질소 농도는 상기 와이어 내의 총 질소 농도의 적어도 약 60 %이며, 바람직하게는 적어도 약 70 %인 것을 특징으로 하는 실드 플럭스-함유 와이어.
  11. 제9항에 있어서, 총 질소 농도는 55 ppm 미만인 것을 특징으로 하는 실드 플럭스-함유 와이어.
  12. 제9항에 있어서, 적어도 하나의 금속 피복과 충전 요소를 포함하며,
    그 안에 가스 상태의 질소 분자 및 아르곤, 이산화 탄소, 산소 및 헬륨으로부터 선택되는 적어도 하나의 제2 가스 분자를 내포하며,
    플럭스-함유 와이어 내의 상기 제2 가스 분자의 농도는 상기 플럭스-함유 와이어 내의 가스 상태의 질소 분자의 농도보다 큰 것을 특징으로 하는 실드 플럭스-함유 와이어.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2 가스는 아르곤이나 이산화 탄소인 것을 특징으로 하는 실드 플럭스-함유 와이어.
  14. 적어도 하나의 금속 피복과 충전 플럭스를 포함하는 실드 플럭스-함유 와이어에 있어서,
    그 속에 가스 상태의 질소 분자 및 가스 상태의 산소 분자를 내포하며,
    상기 플럭스-함유 와이어 내의 가스 상태의 산소 분자의 농도에 대한 상기 플럭스-함유 와이어 내의 가스 상태의 질소 분자의 농도의 비는 4 미만이며, 바람직하게는 3.5 미만이며,
    상기 실드 플럭스-함유 와이어 내의 총 질소 농도는 100 ppm 미만인 것을 특징으로 하는 실드 플럭스-함유 와이어.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 100 ppm 미만의 수증기, 바람직하게는 80 ppm 미만의 수증기, 더욱 바람직하게는 60 ppm 미만의 수증기를 내포하는 실드 플럭스-함유 와이어.
  16. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법을 사용하여 얻어질 수 있는 실드 플럭스-함유 와이어.
  17. 제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 실드 플럭스-함유 와이어가 사용되며,
    바람직하게는 TIG, MIG, MAG 및 서브머지드 아크 방법으로부터 선택되는 아크 용접 방법.
  18. 제17항에 따른 방법을 시행함으로써 얻어질 수 있는 용접부에 있어서,
    용착된 금속 내에 60 ppm 미만의 질소, 바람직하게는 50 ppm 미만의 질소를 함유하며,
    그리고/또는 용착된 금속 내에 10 ppm 미만의 확산성 수소, 바람직하게는 5 ppm 미만의 확산성 수소, 더욱 바람직하게는 4 ppm 미만의 확산성 수소를 함유하는 용접부.
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