KR20020003433A

KR20020003433A - 가스실드 아아크 용접용 플럭스 충전와이어

Info

Publication number: KR20020003433A
Application number: KR1020000037704A
Authority: KR
Inventors: 유철
Original assignee: 이봉주; 현대종합금속 주식회사
Priority date: 2000-07-03
Filing date: 2000-07-03
Publication date: 2002-01-12
Also published as: KR100494010B1

Abstract

가스실드 아아크 용접용 플럭스 충전 와이어가 제공된다.

본 발명은, 와이어에 대한 중량%로, C: 0.06~0.25%, Si: 0.5~2.5%, Mn: 0.8~2.5%, Al: 0.1~1.5%, Na와 K중 1종이상의 합: 0.15~3.5%, Mg, Ti, Zr 및 Ca중 선택된 1종 또는 2종이상의 합: 0.2~2.0%, 및 철분함량 4% 이상을 포함하여 조성되고; 상기 철분내 존재하는 산소함량이 0.05~0.25%이고 Al/(Na+K)가 0.1~7.0으로 제어되며; 그리고 10 ≤(상기 철분의 함량 + 상기 철분내 산소함량 × 100) ≤ 30을 만족함을 특징으로 하는 플럭스 충전 와이어에 관한 것이다.

본 발명의 와이어는 저전류 및 중전류 영역(50~350A)에서 우수한 용접작업성과 스패터성을 가지며, 또한 용접금속의 저온인성도 우수하다.

Description

가스실드 아아크 용접용 플럭스 충전 와이어{Flux cored wire for Gas shielded arc welding}

본 발명은 용접와이어가 양극이며 용접모재가 음극인 극성배열을 갖는 직류 역극성 모드의 가스실드 아아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 저전류 및 중전류 영역(50~350A)에서 전자세 작업성능이 우수할 뿐만 아니라 스패터 발생량이 적고 전용착금속의 인성이 양호한 가스 실드 아아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 관한 것이다.

가스실드 아아크 용접용 메탈계 플럭스 충전 와이어는 일반적으로 용접작업의 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 얻어지는 용착금속의 기계적 성질이 저수소계 피복 아아크 용접봉에 버금갈 정도로 우수하며, 또한 전자세 용접이 가능함등의 이유로 종래부터 광범위하게 이용되고 있다.

또한, 이러한 가스 실드 아아크 용접용 플럭스 충전 와이어는 용입이 깊은 용접금속을 형성할 수 있으므로 후판 용접에 적합한 것으로 알려져 있으나, 근자에 들어서는 박판 용접 및 다층용접에서의 초층용접을 위해서도 그 수요가 꾸준히 증가하고 있는 실정이다. 따라서, 효율적인 박판 용접등을 위해 근래에는 용적이행성이 우수하고 전자세에서 우수한 작업성능을 갖는 가스실드 아아크 용접용 플럭스 충전 와이어의 개발이 요구되고 있다.

상기와 같이, 용적이행성을 개선하고 전자세에서 우수한 작업성능을 갖는 와이어를 개시하고 있는 종래기술의 예로는 일본 특공평 2-40435호를 들 수 있다. 상기 공보에서는, C : 0.08%이하의 강재 외피중에, 알카리금속 0.1~5%, (Na/K)비 1~50, C 0.3~2.5%, 금속분 80%이상으로 이루어진 조성 및 슬라그 형성제를 함유하는 플럭스를 8~20%의 비로 충전되어 있음을 특징으로 하는 가스실드 아아크 용접용 메탈계 플럭스 충전 와이어를 제시하고 있다. 즉, 상기 특허공보에 개시된 발명에서는, 외피 탄소함량과 플럭스중 (Na/K)비를 제어하여 어느 정도 아아크 안정성과 스패터 발생량의 저감을 꾀할 수 있었으나, 안정적인 전자세 용접작업성을 확보함에는 한계가 있었으며, 특히, 용접금속의 우수한 인성확보와는 많은 거리가 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 직류역극성 용접시 저전류 및 중전류 영역(50~350A)에서 아아크 안정성이 우수하고 스패터 발생량이 적을 뿐만 아니라 용접금속의 저온인성이 우수한 가스실드 아아크 용접용 플럭스 충전 와이어를 제공함을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 와이어에 대한 중량%로, C: 0.06~0.25%, Si: 0.5~2.5%, Mn: 0.8~2.5%, Al: 0.1~1.5%, Na와 K중 1종이상의 합: 0.15~3.5%, Mg, Ti, Zr 및 Ca중 선택된 1종 또는 2종이상의 합: 0.2~2.0%, 및 철분함량 4% 이상을 포함하여 조성되고; 상기 철분내 존재하는 산소함량이 0.05~0.25%이고 Al/(Na+K)가 0.1~7.0으로 제어되며; 그리고 10 ≤(상기 철분의 함량 + 상기 철분내 산소함량 × 100) ≤ 30을 만족함을 특징으로 하는 가스실드 아아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 관한 것이다.

이하, 본 발명 와이어의 구성성분을 설명한다.

C는 직류 역극성용 아아크 용접에 있어서, 저전류 영역에서 용적을 미세하게 하여 아아크 안정성을 향상시키고 스패터의 발생량을 억제시키며, 그리고 고전류 영역에서의 산화개재물(MnS, Al₂O₃, SiO₂등)의 용착금속내부로의 침투를 억제시켜 건전한 용접부를 형성하게 한다. 또한, 아아크력을 증대시켜 용입을 충분하게 하여 용입부족을 막아 주는 역할을 한다.

따라서, 본 발명의 와이어에서는, 탄소의 함유량을, 와이어에 대한 중량%(이하, 단지 %라 한다)로 0.06~0.25%로 제한함이 바람직한데, 이는 그 함유량이 0.06% 미만이면 아아크 안정성, 인장특성 및 인성이 열화될 뿐만 아니라 용입이 부족할 수 있으며, 반면에 0.25%를 초과하면 중전류 영역(250A)에서 아아크 안정성이 열화될 뿐만 아니라 스패터 발생정도가 커지며 인성도 열화되기 때문이다.

Si는 강탈산제로서 용착금속내 산소량을 저감시킨다. 또한, 아아크력을 증대시킬 뿐만 아니라 아아크 안정성을 향상시키며, 용융금속의 유동성을 향상시키는 역할을 한다.

본 발명에서는, Si의 첨가량을 0.5~2.5%로 제한함이 바람직한데, 이는 그 함유량이 0.5%미만에서는 탈산이 부족하여 작업성능이 떨어질 뿐만 아니라 비드 외관도 불량하며, 2.5%를 초과하면 스패터 발생이 많고 슬라그의 표면부상이 과다할 뿐만 아니라 용접금속의 인성저하를 가져오기 때문이다.

Mn은 탈산제로서 첨가되며, 탈황제로도 역할을 하는데, S와 반응하여 FeS보다 MnS를 먼저 형성하여 S편석에 의한 저융점 화합물의 형성을 억제하는 역할을 한다. 본 발명에서는 Mn의 함유량을 0.8~2.5%로 제한함이 바람직한데, 이는 0.8%미만에서는 용접 비이드성이 열화될 뿐만 아니라 용접금속의 강도 및 인성도 저하되며, 2.5%를 초과하면 아아크가 불안정하고 용융성도 감소하며, 고온균열이 발생할 우려가 크기 때문이다.

Al은 강탈산제로서 용착금속내 산소량을 저감시킨다. 또한, 용융금속의 점성을 증대시켜 저전류 영역(250A이하)에서 전자세에서 양호한 작업성능을 확보케 하는 원소이다. 그러나, 그 함유량이 0.1%미만에서는 상기 함유에 따른 효과를 기대할 수 없으며, 1.5%를 초과하면 스패터 발생량이 증가하고 용접금속의 인성도 저하하기 때문에, 본 발명에서는 그 함유량을 0.1~1.5%로 제한함이 바람직하다.

Na와 K는 주로 중전류(250A이상) 영역에서 아아크력 및 용착금속의 용입을 증대시키며, 아울러 아아크 안정성을 향상시킬 뿐만 아니라 스패터의 발생량을 저감시키는 역할을 하는 원소들이다.

본 발명에서는, Na와 K중 1종이상의 성분의 합을 0.15~3.5%로 제한함이 바람직한데, 이는 0.15%미만에서는 그 첨가에 따른 효과를 기대할 수 없으며, 3.5%를 초과하면 전기 전도도가 열화되고 아아크 안정성이 나빠지며, 스패터 발생량도 과다해지기 때문이다.

한편, 본 발명은 저전류 영역뿐만 아니라 중전류 영역에서도 아아크 안정성 향상 및 스패터 발생량 저감을 꾀하기 위하여 Al/(Na+K)값을 소정치로 제한함을 특징으로 한다. 상세하게 설명하면, Al은 주로 저전류(250A이하) 영역에서의 아아크 안정 및 스패터 발생량 저감에 효과적임에 비하여, Na와 K는 주로 중전류(250A이상)에서 아아크 안정에 기여하는 원소이다. 따라서, 본 발명에서는 Al/(Na+K)값을 0.1~7.0으로 제한하는데, 이는 그 값이 0.1미만이면 저전류 영역에서 아아크 불안 및 스패터 발생이 많으며, 7.0을 초과할 경우에는 중전류 영역에서 아아크 불안 및 아아크력 약화를 가져오며, 아울러 스패터 발생량이 증대되어 작업성능을 해치기 때문이다.

Mg, Ti, Zr 및 Ca은 본 발명에서 탈산제로써 첨가되어 용착금속내 산소함량을 저감시켜 기공(blow hole)등과 같은 결함발생을 억제하는 작용을 하는 성분원소들이다. 따라서, 본 발명에서는 Mg, Ti, Zr 및 Ca중 선택된 1종 또는 2종이상의 성분의 합을 0.2~2.0%로 제한함이 바람직한데, 이는 그 함량이 0.2%미만이면 그 첨가에 따른 효과를 기대할 수 없으며, 2.0%를 초과하면 아아크 안정성이 불량해지고 스패터 발생량이 과다해지기 때문이다.

또한, 본 발명의 와이어는 철분을 포함하여 구성된다. 이러한 철분은 강재 외피중에 충전된 플럭스 성분중 가장 많은 비율을 차지하는 것으로, 아아크 안정성 향상 및 용착속도를 증대시켜 작업효율을 향상시키는 것으로, 본 발명에서는 그 함유량을 4%이상으로 제한함이 바람직하다. 왜냐하면, 만일 4%미만에서는 용접작업성이 나빠지고 스패터 발생량도 많을 뿐만 아니라 용착량의 저하로 작업효율이 지연되기 때문이다.

한편, 상술한 철분은 철분말, 철합금(Fe-Si, Fe-Mn, Fe-Al, Fe-Ti등)에 함유된 모든 금속철 성분을 의미하는 것으로 자성을 띠는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 또한, 상기 철분내에 존재하는 산소함량을 소정범위로 제어한다. 이러한 철분내 포함된 산소는 직류역극성 용접시 저전류 및 중전류 영역에서 용적의 크기를 미세하게 하여 상대적으로 작은 입자가 용융지로 이행하게 되어 아아크를 안정시키며 스패터 발생을 억제하는 역할을 한다. 또한, 용융금속의 점도를 증가시켜 용접시 용융금속의 중력에 의한 유화를 방지하여 전자세 용접성을 향상시키는 역할도 한다.

따라서, 본 발명에서는 상기 철분내 존재하는 산소함량을 0.05~0.25%로 제한함이 바람직한데, 이는 그 함유량이 0.05%미만에서는 그 함유에 따른 효과를 기대할 수 없으며, 0.25%를 초과하면 용착금속내 산소함량의 증가로 용접금속의 인성이 열화되고, 표면에 기공(blow hole)등과 같은 표면결함 발생이 용이하기 때문이다.

또한, 본 발명에서는, 상기 철분을 QI, 이 철분내 존재하는 산소함량을 QO라 할 때, 10 ≤(QI + QO ×100) ≤30을 충족하도록 상기 철분과 철분내 산소함량을 제어함을 그 특징으로 한다. 왜냐하면, 상기 값이 10미만이면 전반적으로 첨가되는 철분 및 함유된 산소량이 부족하여 이들의 첨가에 따른 제반 효과를 거둘 수 없으며, 30을 초과하면 철분 및 산소함량의 과다로 용접작업성이 열화되고 용접금속의 인성이 저하되기 때문이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예)

하기 표 1과 같은 조성을 갖는 직경 1.6mm의 가스 실드 아아크 용접용 플럭스 충전 와이어를 각각 마련하였으며, 이때, 강재외피의 조성을 와이어에 대한 중량%로 하기 표 2에 나타내었다.

상기와 같이 마련된 각각의 와이어를 이용하여 두께 20mm의 SM490A 용접모재를 용접하였으며, 이때 모재사양은 V형개선 Butt용접이었으며, 그 구체적인 용접조건은 하기 표3과 같다. 다음으로, 용접을 마친 연후, 각각의 와이어별 용접작업성, 스패터성 및 인성을 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.

본 실시예에서의 용접작업성 평가기준은 비이드 형상이 매우 평평한 경우를 매우 우수(◎), 거의 평평한 경우를 우수(○), 다소 돌출된 경우를 보통(△), 그리고 비드 형상이 불량한 경우를 불량(×)으로 평가하였다.

또한, 스패터성을 평가함에 있어서는, (스패트/용착금속) 비가 0.03미만일 경우를 매우 우수(◎), 0.06미만일 경우를 우수(○), 0.1미만일 경우를 보통(△), 그리고 상기 비가 0.1을 초과하는 경우를 불량(×)으로 평가하였다.

한편, 용접금속의 인성정도를 평가하기 위하여 -20℃에서 샤르피 충격시험을 행하였으며, 그 결과치가 80J이상이면 매우 우수(◎), 60~80J미만 이면 우수(○), 47~60J미만 이면 보통(△), 그리고 47J미만에서는 불량(×)으로 평가하였다.

구 분	C	Si	Mn	Al	Mg	Ti	Zr	Ca	Na	K	Al/(Na+K)	철분	철분내 산소량	D*
발명예	1	0.11	1.4	0.9	1.0	0.2	0.1	0.2	0.3	0.5	0.5	1.0	10	0.15	25
	2	0.07	0.6	2.0	0.7	0.5	0	0	0.2	1.0	1	0.4	5	0.1	15
	3	0.15	2.2	1.9	0.3	0.2	0.5	0.5	0	0	1.5	0.2	8	0.2	28
	4	0.20	1.0	1.4	1.3	0.5	0.1	0.5	0	0.1	0.1	6.5	15	0.15	30
비교예	1	0.17	1.2	0.9	1.8	0.2	0	0.3	0.2	0.2	0.3	3.6	6	0.09	15
	2	0.07	1.0	0.9	1.2	0.5	0.4	0.5	0.8	0.1	0.2	4.0	5	0.08	13
	3	0.2	1.1	2.1	0.7	0.9	0.6	0.4	0.6	0	0.5	1.4	12	0.15	27
	4	0.11	1.2	1.3	0.1	0	0.4	0	0.5	1.5	1.5	0.03	10	0.06	16
	5	0.15	1.3	1.2	1.5	0.3	0.2	0	0.1	0.1	0.1	7.5	4	0.08	12
	6	0.19	1.1	2.0	0.5	0.1	0.5	0	0	0.2	0.3	1.0	7	0.03	10
	7	0.21	1.2	1.3	0.7	0	0	0.5	0	1.2	1.8	0.2	12	0.3	42
	8	0.18	1.2	1.6	0.4	0.3	0	0.5	0	0.2	0.2	1.0	4	0.05	9
	9	0.09	1.1	1.5	0.7	0.3	0.1	0.1	0	0.3	0	2.3	15	0.25	40

* 상기 표에서 D*는 상기 철분의 함량 + 상기 철분내 산소함량 × 100을 의미한다.

C	Si	Mn	잔여
0.015%	0.02%	0.2%	철 및 불가피한 분순물

용접기	보호가스 및 유량	극 성	용접자세	용접전류/전압/속도	기타
SCH500A	CO2,20ℓ/분	직류 역극성(DC+)	수직보기	200~210A/20~21V/15~18cm/분	개선각 : 45°root gap: 5mmwire stick out:18~20mm

구 분	작업성	스패터성	인성	종합평가
발명예	1	◎	○	◎	◎
	2	○	◎	○	○
	3	○	◎	○	○
	4	◎	○	○	◎
비교예	1	×	△	×	×
	2	×	×	○	△
	3	×	×	△	×
	4	×	×	○	△
	5	△	×	×	×
	6	×	×	×	×
	7	○	△	×	△
	8	×	×	△	×
	9	△	△	×	△

상기 표 1 및 표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 탈산제, Al/(Na+K)비, 철분내 산소함량등이 최적으로 제어된 본 발명예 (1~4)는 모두 우수한 용접작업성과 스패터성을 가지며, 또한 인성이 우수한 용접금속이 얻어짐을 알 수 있다.

이에 반하여, 탈산제인 Al의 첨가량이나 Mg, Ti, Zr 및 Ca의 전함량이 본 발명의 범위를 벗어난 비교예(1~3)이나, Al/(Na+K)비나 철분중 산소함량등이 본 발명의 범위를 벗어난 비교예(4~9)는 모두 원하는 수준의 용접작업성, 스패터성 및 인성을 확보할 수 없음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 직류역극성 용접시 저전류 및 중전류 영역(50~350A)에서 용접작업성 및 스패터성 뿐만 아니라 저온인성이 우수한 가스실드 아아크 용접용 플럭스 충전 와이어를 제공함에 그 유용한 효과가 있다.

Claims

와이어에 대한 중량%로, C: 0.06~0.25%, Si: 0.5~2.5%, Mn: 0.8~2.5%, Al: 0.1~1.5%, Na와 K중 1종이상의 합: 0.15~3.5%, Mg, Ti, Zr 및 Ca중 선택된 1종 또는 2종이상의 합: 0.2~2.0%, 및 철분함량 4% 이상을 포함하여 조성되고; 상기 철분내 존재하는 산소함량이 0.05~0.25%이고 Al/(Na+K)가 0.1~7.0으로 제어되며; 그리고, 10 ≤(상기 철분의 함량 + 상기 철분내 산소함량 ×100) ≤ 30을 만족함을 특징으로 하는 가스실드 아아크 용접용 플럭스 충전 와이어