KR20010091183A - 플럭스가 혼합된 Ａｌ용접용 와이어의 제조 및 응력제거 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플럭스가 혼합된 알루미늄 용접재 및 그 제조방법 및 연속용접방법에 관한 것으로, 용접재를 제조하는데 있어서 Al-Si계 Al 합금 분말과 Al용 Flux분말을 일정비율로 혼합하는 단계, 혼합분말을 일정압력으로 압분성형하고 탈가스하는 단계, 상기 소재를 압출 또는 인발공정을 사용하여 용접용 와이어 및 용접용 링을 만드는 단계, 용접용 와이어를 연속으로 주입하면서 자동으로 용접이 가능하게 하는 단계로 이루어진 것이 특징이다.

본 발명에 의하면, 플럭스를 따로 첨가하지 않고도 용접이 가능하도록 하여 연속적인 자동화 용접작업이 가능하므로 용접시간이 단축되어 생산성을 향상시킴은 물론 가스 소비량 등을 줄일 수 있어서 경제적이며 용접불량 등을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

플럭스가 혼합된 알루미늄 용접재 및 그 제조방법 및 그를 이용한 연속용접 방법{flux-mixed Al welding element and Fabrication of it and continuous welding method using it}

본 발명은 플럭스(flux)가 혼합된 알루미늄(Al) 용접용 와이어의 제조방법 및 이를 이용한 연속용접방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 Al-Si계 알루미늄분말과 Al용 플럭스분말이 혼합된 분말을 압분성형 및 탈가스공정을 거쳐 압출 또는 인발공정을 사용하여 용접용 와이어를 제조하여 용접시 플럭스를 첨가하지 않고 용접용 와이어만으로 용접이 가능하도록 하는 플럭스가 혼합된 Al 용접용 와이어의 제조방법 및 이를 이용한 연속용접 방법에 관한 것이다.

종래에 알루미늄의 용접에 널리 사용되고 있는 용접봉은 플럭스가 그 외면에 도포되어 있는 용접봉이다.

그 용접봉의 제조공정을 살펴보면, 우선, Al에 12중량%의 Si, 0.8중량%의 Fe, 0.3중량%의 Cu, 0.15중량%의 Mn, 0.1중량%의 Mg, 0.2중량%의 Zn으로 구성된 단일 용접봉을 지름 1-6mm의 크기로 인발공정등으로 용접용 와이어로 제조한다.

이렇게 제조된 용접용 와이어에 물 등의 액체를 뭍히고 분말상태의 플럭스를부착하여 비로소 플럭스가 부착된 용접봉의 제조가 완성된다.

종래의 알루미늄 용접에는 이렇게 완성된 용접봉을 수작업으로 가스용접하거나, 용접용 와이어를 원형 용접링으로 가공하여 여기에 플럭스를 별도로 도포하여 연속로(furnace)에 통과시켜 용접하고 있다.

이러한 알루미늄 용접방법에 의한 용접 절차를 요약하면 다음과 같다.

용접용 와이어(Al-Si계합금) + Flux(플럭스) + 물(액상) 또는 Flux도포 ----> 가스토치(가열) 또는 연속로 통과 ----> 용접

도 1a 에는 종래의 일반적인 알루미늄 용접방법을 나타내는 개략도가 도시되고, 도 1b 에는 종래의 Al 용접에 사용되는 용접링의 개략도가 도시된다.

도 1a 를 참조하면, 종래의 Al 용접공정은 Al-Si계합금 용접용 와이어(1)에 물과 같은 액체를 발라서 용접용 와이어에 엷게 Al용 플럭스(2)가 부착되게 한다. 그리고 그 Al용 플럭스가 도포된 용접용 와이어에 가스토치(3)를 사용하여 열을 가하여 모재(4)를 용접하도록 한다.

또한, 용접링의 경우에는 도 1b에 도시된 바와 같이 용접용 와이어를 링 (Ring)형상(1)으로 가공하고 여기에 플럭스(2)를 균일하게 도포시켜 연속로에서 용접하도록 한다.

그러나, 이와 같은 종래의 알루미늄 용접방법에 의하면, 용접용 와이어와 플럭스가 분리되어 있어서 수작업에 의존하거나 플럭스 도포를 위한 별도의 장비가 필요하기 때문에 작업자에게 고도의 숙련을 필요로 하며 용접부위마다 Flux의 함량이 다를 수 있어서 접합강도에 차이를 발생할 수 있는 문제점이 있었다.

특히, 용접링(Ring)의 경우에는 부착된 플럭스가 이탈되어 용접불량을 일으키기도 하는 등 제품의 신뢰도를 떨어뜨리는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 알루미늄 합금 용접용 와이어에 플럭스가 혼합된 일체형 용접용 와이어로 제작하여, 용접할 때 Flux를 따로 첨가하지 않고도 연속적으로 자동용접이 가능하게 하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1a 는 종래의 Al-Si계 Al 용접용 와이어 용접방법을 나타내는 개략도.

도 1b 는 종래의 Al-Si계 Al 용접용 와이어의 용접링과 플럭스의 도포된 형상의 개략도.

도 2 는 본 발명에 따른 플럭스가 혼합된 Al-Si계 용접용 와이어의제조공정도 및 미세조직 모식도.

도 3a 은 본 발명에 따른 가스용접에 의한 용접용 와이어의 적용의 도식도.

도 3b 는 본 발명에 따른 용접용 와이어의 용접링 플럭스가 포함된 형상의 개략도.

도 4 는 본 발명에 따른 Al-Si계 알루미늄 용접용 와이어의 연속용접 방법의 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 용접용 와이어 2 : Al 용 플럭스

3 : 가스토치 4 : 모재

5 : Al-Si계 합금분말 6 : Al-Si계 합금분말과 플럭스의 혼합물

7 : 용접용 와이어 종면의 미세조직 8 : 용접용 와이어

9 : 용접용와이어의 링형상 10 : 연속 송급롤러

11 : 이송가이드

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플럭스가 혼합된 알루미늄 용접재의 제조방법은, 플럭스가 혼합된 Al 용접재의 제조방법에서, Al-Si계 합금분말과 Al용 플럭스를 소정의 비율로 혼합하는 플럭스 혼합단계와, 상기 Al-Si계 합금분말과 Al용 플럭스가 혼합된 분말을 성형하여 탈가스하는 성형 및 탈가스화 단계와, 상기 탈가스화된 성형체를 압출 또는 인발하여 소정의 지름을 갖는 형상으로 가공하는 형상가공 단계를 수행하는 점에 그 특징이 있다.

상기 플럭스 혼합단계는, 상기 Al-Si계 합금분말의 입도크기를 26-700㎛ 범위로 하고, 상기 Al-Si계 합금분말과 플럭스의 혼합비율을 중량비로 플럭스가 2.2-41.0%의 범위인 것이 바람직하다.

또한, 상기 플럭스 혼합단계에서, 불화리튬(LiF)을 0.01-3.0중량%의 범위내에서 더 첨가하여 균일하게 혼합하는 것이 더 바람직하다.

또한, 상기 성형 및 탈가스화 단계에서, 상기 혼합분말을 일정한 압력을 가하여 성형하고, 300-430℃의 온도에서 탈가스하고, 상기 형상가공 단계에서, 상온 또는 150-430℃의 온도에서 압출 또는 인발공정을 통해 0.5-10mm 범위의 지름으로 형상가공하는 것도 바람직하다.

또한, 상기 형상가공 단계에서, 상기 탈가스화된 성형체를 압출 또는 인발하여 용접용 와이어 및 용접용 링(Ring), 또는 판재(plate), 봉재(rod)등의 특수형상으로 가공할 수 있다.

또한, 이러한 제조 공정을 통하여 제조된 소정 형상의 용접재를 공조기기 부품 등의 조립 후 연속로(furnace)에 넣어서 자동용접하는 것을 특징으로 하는 플럭스가 혼합된 알루미늄 용접재를 연속용접을 수행할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 플럭스가 혼합된 용접재의 제조공정을 설명하도록 한다.

일실시예에서는 용접재의 가공형상을 와이어 형상으로 하였다. 이를 위해서는 우선 Al 기지를 중심으로 11.1-13.5중량%의 Si, 0.5-1.5중량%의 Fe, 0.01-0.7중량%의 Cu, 0.11-0.25중량%의 Mn, 0.01-0.2 중량%의 Mg, 0.01-0.6중량%의 Zn으로 구성된 합금분말(통상 Al-Si계 합금분말로 표시)을 가스분무법으로 급속응고시켜 제작하였고, 합금분말의 입도크기는 26-700㎛ 범위를 선별하였다. 플럭스는 염화물계, 불화물계 단독 또는 염화물계와 불화물계를 일정비율로 혼합한 플럭스를 사용하였다. 여기서 플럭스는 용융 금속의 산화를 감소시키고, 모재 표면을 청정하게하여 용착을 돕는 역할을 한다. 알루미늄용 용접봉(와이어)은 플럭스의 융점이 450-585℃이므로 융점이 575-610℃인 용접용 와이어(Al-Si계합금)보다 먼저 용융하여 산화막을 제거하고 용융중에 산화가 진행되지 않도록 보호하여 용접이 가능하도록 한다.

Al-Si계 Al합금분말과 Flux의 혼합비율은 중량비로 플럭스가 2.2-41.0%의 범위내에서 혼합되었으며 불화리튬(LiF)는 0.01-3.0중량%가 첨가되었다. 균일하게 혼합된 혼합분말은 압분기에서 일정한 압력을 가하여 성형하고 이 성형체는 300-430℃의 온도에서 불활성 또는 진공 분위기에서 탈가스 되었다. 상기 단계를 거친 소재는 상온 또는 150-430℃의 온도에서 압출 또는 인발공정을 통하여 0.5-10mm의 다양한 지름의 크기로 플럭스가 혼합된 용접용 와이어로 제조된다.

상기 용접용 와이어는 연속용접이 가능하도록 연속용접장치에 적용이 가능하며 용접용 링(Ring)형상으로 가공하여 공조기기 부품에 조립후 터널 연속로(통칭 NB"로")에 넣어서 용접하는 것이 가능하다. 또한 판상(Plate), 봉재(Rod)등의 특수형상으로 가공하여 동일한 방법으로 용접이 가능하다.

이렇게 만들어진 용접용 와이어는 용접할 때마다 표면에 플럭스를 부착시키거나 도포시킬 필요가 없다. 본 발명의 용접용 와이어 제조를 요약하면 다음과 같다

용접용 와이어 ----> 가스토치 또는 연속로 통과 ----> 용접

여기서 용접용 와이어는 Al-Si계합금분말과 플럭스가 혼합되어 있다.

도 2 에는 본 발명에 따른 플럭스가 혼합된 Al-Si계 용접용 와이어의 제조공정도 및 미세조직 모식도가 도시된다.

도 2를 참조하면, 다양한 입도분포를 갖는 Al-Si계 합금분말(5)에 플럭스(2)를 혼합(6)하여 인발 및 압출공정을 사용하여 0.5-10mm 정도의 지름을 갖는 플럭스가 포함된 용접용 와이어(7 또는 8)를 제조하게 된다. 이때 용접용 와이어 내의 플럭스는 도면(7)에서와 같이 아주 미세하고 균일하게 분포한다.

도 3에는 본 발명에 따른 가스용접에 의한 용접용 와이어의 적용의 도식도가 도시되고, 도 3b 에는 본 발명에 따른 용접용 와이어의 용접링 플럭스가 포함된 형상의 개략도가 도시된다.

도 3a를 참조하면, 상기의 플럭스가 포함된 용접용 와이어(8)를 가스토치(3)를 이용하여 가열하면 융점이 낮은 플럭스가 먼저 용해하여 산화막을 차단하고 더이상의 산소와의 접촉을 막으므로써 Al-Si계 합금분말이 용해하여 용접이 가능하도록 한다.

도 3b를 참조하면, 플럭스(2)가 혼합된 용접용 와이어(8)를 용접용 링(Ring) 형상(9)으로 가공하여 연결하고자 하는 두 매체 사이에 끼워 가스토치 또는 연속로에서 온도 575-610℃에서 용접하도록 한다.

도 4에는 상기의 용접용 와이어를 연속적인 용접작업이 가능하도록 하는 설비를 개략적으로 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 용접용 와이어(8)가 송급 롤러(10)를 통해 연속적으로 공급되고 이송가이드(11)에서 용접위치를 결정하게 되어 가스토치(3)에 의해 모재(4)에서 용접이 가능하도록 하며 모재는 원형으로 회전하거나 직선으로 이동하며 용접된다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 알루미늄 분말과 플럭스를 혼합하여 용접용 와이어를 제조할 때, 일체형 용접용 와이어를 제조하여 플럭스를 따로 첨가하지 않고도 용접이 가능하도록 하여 연속적인 자동화 용접작업이 가능하므로 용접시간이 단축되어 생산성을 향상시킴은 물론 가스 소비량 등을 줄일 수 있어서 경제적이며 용접불량 등을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 플럭스가 혼합된 알루미늄 용접재의 제조방법에 있어서,

   Al-Si계 합금분말과 알루미늄용 플럭스를 소정의 비율로 혼합하는 플럭스 혼합단계와,

   상기 Al-Si계 합금분말과 알루미늄용 플럭스가 혼합된 분말을 성형하여 탈가스하는 성형 및 탈가스화 단계,

   상기 탈가스화된 성형체를 압출 또는 인발하여 소정의 지름을 갖는 형상으로 가공하는 형상가공 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 플럭스가 혼합된 알루미늄 용접재의 제조방법,

   상기 알루미늄 용접재의 가스토치 및 연속로에의 적용에 의한 용접방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 플럭스 혼합단계는,

   상기 Al-Si계 합금분말의 입도크기를 26-700㎛ 범위로 하고, 상기 Al-Si계 합금분말과 플럭스의 혼합비율을 중량비로 플럭스가 2.2-41.0%의 범위인 것을 특징으로 하는 플럭스가 혼합된 알루미늄 용접재의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 플럭스 혼합단계는,

   불화리튬(LiF)을 0.01-3.0중량%의 범위내에서 더 첨가하여 균일하게 혼합하는 것을 특징으로 하는 플럭스가 혼합된 알루미늄 용접재의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 성형 및 탈가스화 단계는, 상기 혼합분말을 일정한 압력을 가하여 성형하고, 300-430℃의 온도에서 탈가스하고,

   상기 형상가공 단계는, 상온 또는 150-430℃의 온도에서 압출 또는 인발공정을 통해 0.5-10mm 범위의 지름으로 형상 가공하는 것을 특징으로하는 플럭스가 혼합된 알루미늄 용접재의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 형상가공 단계는,

   상기 탈가스화된 성형체를 압출 또는 인발하여 용접용 와이어 및 용접용 링(Ring), 또는 판재(plate), 봉재(rod)등의 특수형상으로 가공하는 것을 특징으로 하는 플럭스가 혼합된 알루미늄 용접재의 제조방법.
6. 제 1 항 또는 제 5 항의 제조 공정을 통하여 제조된 것을 특징으로 하는 플럭스가 혼합된 알루미늄 용접재.
7. 제 1 항 또는 제 5 항의 제조 공정을 통하여 제조된 소정 형상의 용접재를 공조기기 부품 등의 조립 후 가스토치 및 연속로(furnace)에 넣어서 자동용접하는 것을 특징으로 하는 플럭스가 혼합된 알루미늄 용접재의 연속용접방법.