KR20060107283A

KR20060107283A - 불소를 함유한 플럭스 코어드 용접봉

Info

Publication number: KR20060107283A
Application number: KR1020060013575A
Authority: KR
Inventors: 닉힐 유 캐로갈; 라제에브 카티야
Original assignee: 링컨 글로벌, 인크.
Priority date: 2005-04-05
Filing date: 2006-02-13
Publication date: 2006-10-13
Also published as: JP2006289494A; KR100769100B1; US7829820B2; TWI276492B; CA2528809A1; EP1710043A1; TW200635693A; US20060219685A1; CN1846928A; AU2005256095A1; AU2005256095B2; BRPI0505798A; CN1846928B

Abstract

본 발명은 가스 트랙킹이 거의 또는 전혀 발생하지 않는 용접 비드를 형성하는 코어드 용접봉에 관한 것이다. 이 코어드 용접봉은 금속 외피와 충전 조성물을 포함한다. 충전 조성물은 슬래그 형성제와 하나 이상의 불소 함유 화합물을 포함한다.

Description

불소를 함유한 플럭스 코어드 용접봉{FLUX CORED ELECTRODE WITH FLUORINE}

본 발명은 용접 분야에 관한 것이고, 구체적으로는 용접 비드 형성 특성이 개선된 용접봉에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 가스 트랙킹량이 줄어든 용접 비드를 형성하는 코어드 용접봉에 관한 것이다.

아크 용접 분야에 있어서, 용접 프로세스의 주요 타입으로는, 솔리드 와이어를 사용하는 가스-금속 아크 용접(GMAW)이나 메탈-코어드 와이어를 사용하는 가스-금속 아크 용접(GMAW-C), 가스 실드 플럭스-코어드 아크 용접(FCAW-G), 셀프 실드 플럭스-코어드 아크 용접(FCAW-S), 피복 금속 아크 용접(SMAW) 및 잠호 용접(SAW)이 있다. 금속 부품을 결합시키거나 표면 살붙임하는 데에는, 전술한 용접 프로세스 중에서도 솔리드 용접봉 또는 메탈-코어드 용접봉을 사용하는 가스-금속 아크 용접의 이용이 증대되고 있다. 전술한 타입의 용접 프로세스는 향상된 생산성 및 융통성을 제공하기 때문에, 점점 더 보급되고 있다. 이러한 생산성 및 융통성에 있어서의 향상은, 가스-금속 아크 용접(GMAW 및 GMAW-C)에 있어서 용접봉의 연속성에 기인한 것으로, 이러한 연속성은 피복 금속 아크 용접(SMAW)에 비하여 상당한 생산성 증대를 제공한다. 또한, 상기 용접봉은 슬래그가 거의 없는 매우 좋은 모양의 용접부를 생성하므로, 그 밖의 용접 프로세스에서 종종 겪게되는 문제인 용접부의 청소 및 슬래그의 처리와 관련된 시간 및 비용이 절감된다.

솔리드 용접봉 또는 코어드 용접봉을 사용하는 가스-금속 아크 용접에 있어서, 실드 가드는 용접 중에 용접부를 대기(大氣)에 의한 오염으로부터 보호하기 위해 사용된다. 솔리드 용접봉에는, 실드 가스와 협력하여 기공이 없고 필요한 물리적 및 기계적 특성을 갖는 용접부를 제공하는 성분이 적절히 합금된다. 코어드 용접봉에서, 상기 성분은 내측, 즉 금속 외피의 코어(충전부)에 마련되고, 솔리드 용접봉의 경우와 유사한 기능을 제공한다.

솔리드 용접봉과 코어드 용접봉은, 실질적으로 기공이 없고 최종 용례에서 만족스럽게 작동될 수 있을 정도의 항복 강도, 인장 강도, 유연성 및 충격 강도를 갖는 용접부를 적절한 가스 보호하에서 제공하도록 구성되어 있다. 또한, 이들 용접봉은 용접 중에 발생되는 슬래그의 양을 최소화하도록 구성되어 있다. 구조용 부품을 용접 제작하는데 있어서 생산성이 증대된다는 이유로, 솔리드 용접봉 대신에 코어드 용접봉이 점점 더 사용되고 있다. 코어드 용접봉은 금속 외피에 의해 둘러싸인 코어(충전) 재료로 구성되는 복합 용접봉이다. 코어는 주로 아크 안정성, 용접부의 젖음성 및 외관 등을 확보하는데 도움을 주는 플럭싱 성분(fluxing ingredient)과 금속 분말로 구성되어, 필요한 물리적 및 기계적 특성이 용접부에서 획득된다. 코어 재료의 성분을 혼합하고 이를 소정 형상의 스트립 내에 넣은 후, 이 스트립을 폐쇄하고 이 스트립을 최종 직경으로 인발하는 것에 의해, 코어드 용 접봉을 제조한다. 코어드 용접봉은 솔리드 용접봉에 비하여 향상된 용착 속도(deposition rate)를 제공하고, 보다 넓고 보다 일관적인 용입(weld penetration) 프로파일을 제공한다. 또한, 코어드 용접봉은 솔리드 용접봉에 비하여 향상된 아크 동작을 제공하고, 보다 적은 연기 및 용접 불꽃을 발생시키며, 그리고 보다 나은 젖음성을 갖는 용착물을 제공한다.

용접 분야에 있어서, 예전에는 소정의 방식으로 수행하도록 되어 있는 소정의 플럭스 요소를 갖는 타입의 플럭스 조성을 개발하는데 많은 노력을 들였다. 아크 용접에서 플럭스로서 사용하기 위한 많은 조성물이 개발되었다. 플럭스는 아크 용접에서 아크의 안정성을 제어하고, 용접 금속의 조성을 변경하며, 그리고 대기에 의한 오염으로부터의 보호를 제공하는 데 이용된다. 아크의 안정성은 대개 플럭스의 조성을 변경하는 것에 의해 제어된다. 따라서, 플럭스 혼합물에서 플라즈마 전하 운반체로서 잘 기능하는 물질을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 금속 내의 불순물이 보다 쉽게 녹을 수 있게 만들고, 이러한 불순물이 (금속과 결합하여 슬래그를 형성하기 보다는) 결합할 수 있는 물질을 제공하는 것에 의해, 플럭스는 용접 금속의 조성을 변경한다. 슬래그의 융점을 낮추고, 슬래그의 유동성을 향상시키며, 그리고 플럭스 입자에 대한 바인더로서 기능하는 그 밖의 재료가 첨가될 수 있다.

코어드 용접봉은 대개 강철계 금속의 전기 아크 용접에 사용된다. 코어드 용접봉은 빠른 속도의 1패스 용접 및 다중 패스 용접에 있어서 대개 고강도 용접부를 생성한다. 코어드 용접봉은, 다양한 용례에 있어서 요구되는 최종 용도를 충족시키는 인장 강도, 유연성 및 충격 강도를 갖고 실질적으로 기공이 없는 중실형 용 접 비드를 제공하도록 만들어진다. 이러한 용접봉의 하나가 "확산성 수소를 감소시킨 코어드 용접봉(Cored Electrode to Reduce Diffusible Hydrogen)"이란 명칭으로 2005년 1월 3일 출원된 미국 출원 일련 번호 제11/028,344호 개시되어 있는데, 이 출원의 내용은 본원에 참조로 인용되어 있다.

용접 금속을 형성해오는 동안에 시도한 많은 과제 중 하나는, 고품질의 용접 비드를 형성하는 것이다. 가스 트랙킹(gas tracking)은 가스 실드 FCAW 중에 관찰되는 현상으로서, 벌레 모양의 크레이터(crater)가 용접 비드의 표면에서 관찰되는 현상이다. 이 현상은 대개 (금홍석계) 급냉 슬래그 시스템에서 관찰되는데, 여기서 슬래그는 용접풀(weld pool)보다 훨씬 빨리 고화된다. 슬래그가 급격히 고화함으로 인해, 용융된 용접부로부터 방출되는 가스가 부분적으로 갇혀 용접 비드 표면에 크레이터를 형성한다.

코어드 용접봉과 함께 사용되는 충전 조성물 기술의 현재 상황을 고려해보면, 가스 트랙킹으로부터 형성되는 표면 크레이터의 양이 감소된 고품질의 용접 비드를 형성하는 용접봉이 필요하다.

본 발명은 용접봉에 관한 것이고, 보다 구체적으로 가스 트랙킹으로부터 형성되는 표면 크레이터의 양이 감소된 고품질의 용접 비드를 형성하는 충전 조성물을 포함하는 용접봉에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 용접봉은 용접 비드에 있어서 확산성 수소의 양을 감소시키도록 만들어질 수 있지만, 이는 필수적인 것은 아니다. 특히, 본 발명의 충전 조성물은 외피의 코어에 있는 충전 조성물을 둘러싸 는 금속 외피를 구비하는 코어드 용접봉에 관한 것이지만; 이 충전 조성물은 다른 타입의 용접봉에 도포될 수 있고(예컨대, 막대 용접봉에 코팅됨), 또는 잠호 용접 프로세스에서 플럭스 조성물의 일부로서 사용될 수 있다. 본 발명의 충전 조성물은 특히 연강과 저합금강을 용접하는 데 사용되는 용접봉과 함께 사용하도록 만들어지지만; 이 충전 조성물은 다른 타입의 금속에 용접 비드를 형성하기 위해 용접봉과 함께 사용될 수 있다. 금속 용접봉은 대개 주로 철(예컨대, 탄소강, 저탄소강, 스테인레스강, 저합금강 등)로 형성되지만; 모재(base metal)는 주로 다른 재료로 형성될 수 있다. 충전 조성물은 대개 총 용접봉 중량의 약 1 중량% 이상을 구성하며, 총 용접봉 중량의 약 80 중량% 이하를 구성하고, 전형적으로는 총 용접봉 중량의 약 8∼60 중량%를 구성하며, 더 전형적으로는 총 용접봉 중량의 약 10∼50 중량%를 구성하고, 보다 전형적으로는 총 용접봉 중량의 약 11∼40 중량%를 구성하며, 보다 더 전형적으로는 총 용접봉 중량의 약 12∼20 중량%를 구성하지만; 그 밖의 중량%가 사용될 수도 있다. 충전 조성물은 하나 이상의 슬래그 형성제와 하나 이상의 불소 함유 화합물을 포함한다. 충전 조성물의 이러한 성분은 용접 금속의 가스 트랙킹을 감소시키기 위해 특유의 슬래그 시스템을 용융된 용접 금속 주위에 형성하는 데 사용된다. 또한, 상기 성분은 용접 비드의 형성을 용이하게 하고, 용접 비드에 있어서 수소의 양을 감소시키며, 및/또는 형성된 용접 비드를 대기로부터 적어도 부분적으로 보호하는 데 사용될 수 있다. 하나 이상의 슬래그 형성제의 대부분은 산화 티탄(예컨대, 금홍석 등) 및/또는 산화 티탄 함유 화합물(예컨대, 실리코티탄산 칼륨, 실리코티탄산 나트륨 등)로 이루어진다. 충전 조성물은 추가적인 슬래그 형성제를 포함할 수 있다. 충전 조성물에 있어서 하나 이상의 슬래그 형성제의 함량(중량%)은 대개 약 80 중량% 미만이고, 전형적으로는 약 20∼75 중량%이며, 더 전형적으로는 약 35∼60 중량%이지만; 그 밖의 함량이 사용될 수도 있다. 대개, 슬래그 형성제의 함량(중량%)은 불소 함유 화합물의 함량보다 크다. 대개, 슬래그 형성제 대 불소 함유 화합물의 중량%비는 약 1.1∼20:1이고, 전형적으로는 약 2∼15:1이며, 더 전형적으로는 약 5∼12:1이지만; 그 밖의 함량이 사용될 수도 있다. 하나 이상의 불소 함유 화합물은 형성된 용접 비드에 있어서의 가스 트랙킹 경향을 감소시키도록 슬래그의 특성을 변경하는 데 사용된다. 불소 함유 화합물은 슬래그의 융점을 감소시키는 데 사용될 수 있다. 슬래그의 융점이 낮아지면, 슬래그는 보다 오랜 시간 동안 용융된 상태로 유지되므로, 용융된 용접부로부터 가스가 방출되고 슬래그에서 분해되는 데 보다 많은 시간이 허용된다. 또한, 슬래그에 불소를 포함시키면 HF의 형성을 촉진시킬 수 있다. 용접부로부터 방출되는 가스 중 하나는 수소이다. 슬래그 내의 불소는 상기 방출 수소 가스와 반응하여 HF를 형성할 수 있다. HF의 형성은 용접 시스템에 있어서 수소의 분압을 감소시켜, 가스 트랙킹의 발생률을 감소시킨다. 또한, 슬래그 내의 불소는 형성된 용접 비드에 있어서 수소의 양을 감소시킬 수 있다. 이러한 수소의 감소는 하나 이상의 방식으로 달성되는 것으로 고려된다. 용접 프로세스 동안에 불소 화합물의 일부가 분해되어 불소 가스를 대기 중으로 방출하는 것으로 고려된다. 방출된 불소 가스는 용융된 용접 비드를 주변 습기 및/또는 그 밖의 수소 공급원으로부터 보호하는 보호 효과를 갖는다. 또한, 불소 중 일부는 수소와 반응하여 HF를 형성할 수 있는데, 이 HF는 용융된 용접 금속에서 녹지 않는다. 또한, 저융점 불소 함유 화합물 중 일부는 주변 수소에 대하여 장벽을 형성하도록 용접 비드를 덮거나 및/또는 피복하는 것을 용이하게 하는 것으로 고려된다. 그 때문에, 용접 비드 중으로 확산될 수 있는 수소의 양이 줄어들 수 있다. 또한, 용접 프로세스 중에 불소 화합물 중 일부가 분해되고, 용융된 용접 금속을 덮는 슬래그 안으로 들어가는 것으로 고려된다. 슬래그 내의 불소는, 용융된 용접 금속으로부터의 수소의 이동이 증대될 수 있도록, 슬래그의 격자를 변경하는 것으로 고려된다. 이와 같이 용융 금속으로부터 수소가 이동하면, 용접 비드에 있어서의 수소의 양이 감소할 뿐만 아니라 가스 트랙킹의 경향도 감소한다. 충전 조성물에 포함될 수 있는 불소 함유 화합물의 비제한적인 예로는 불화 알루미늄, 불화 바륨, 불화 비스무트, 불화 칼슘, 불화 망간, 불화 칼륨, 불화 나트륨, 불화 스트론튬, 테플론, Na₂SiF₆, K₂SiF₆, Na₃AlF₆, 및/또는 K₃AlF₆ 등이 있지만; 그 밖의 또는 추가의 불소 함유 화합물이 사용될 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 충전 조성물 중 불소의 총 함량은 적어도 약 0.5 중량%이다. 대개, 충전 조성물 중 불소의 총 함량은 약 15 중량% 미만이고, 전형적으로는 약 1∼10 중량%이지만; 그 밖의 불소 함량이 사용될 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 본 발명의 한 가지 비제한적인 실시예에서, 하나 이상의 불소 함유 화합물은 충전 조성물에 대하여 적어도 약 0.1 중량%의 불소를 제공하고, 전형적으로는 약 10 중량% 미만의 불소를 제공하지만; 그 밖의 함량으로 충전 조성물에 포함될 수 있다.

본 발명의 다른 및/또는 대안적인 양태에서, 용접봉의 금속 외피의 조성은 필요한 용접 금속의 조성에 적어도 한 걸음 더 다가가도록 선택된다. 철함유 공작물(예컨대, 탄소강, 스테인레스강 등)을 용접하는 경우 상기 금속 외피는 대개 철이 대부분을 이루지만; 외피의 조성은 특정의 용접 비드 조성을 얻도록 다양한 타입의 금속을 포함할 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 금속 외피는 주로 철을 포함하고, 하나 이상의 다른 요소, 예컨대 알루미늄, 안티몬, 비스무트, 붕소, 탄소, 코발트, 구리, 납, 망간, 몰리브덴, 니켈, 니오브, 규소, 황, 주석, 티타늄, 텅스텐, 바나듐, 아연, 및/또는 지르코늄 등(이에 한정되지는 않음)을 포함할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예 및/또는 변형례에서, 금속 외피의 철 함량은 약 80 중량% 이상이다.

본 발명의 또 다른 양태 및/또는 대안적인 양태에서, 충전 조성물은 하나 이상의 용접 금속 보호제 및/또는 개질제를 포함한다. 충전 조성물의 구성 요소는 금속 합금제(예컨대, 알루미늄, 붕소, 칼슘, 탄소, 크롬, 철, 망간, 니켈, 규소, 티타늄, 지르코늄 등)을 포함할 수 있는데, 이들 금속 합금제는 용접 절차 동안에 및/또는 이후에 용접 금속에 대한 보호를 제공하고, 특정 용접 절차를 용이하게 하며, 및/또는 용접 비드의 조성을 변경하는 데 적어도 부분적으로 사용된다. 본 발명의 일 실시예에서, 충전 조성물은 적어도 하나의 용접 금속 보호제를 포함한다. 본 발명의 다른 실시예 및/또는 변형례에서, 충전 조성물은 필요한 조성을 갖는 용접 금속의 형성을 용이하게 하는데 사용되는 하나 이상의 합금제를 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예 및/또는 변형례에서, 충전 조성물은 하나 이상의 슬래그 개 질제를 포함한다. 슬래그 개질제는 대개 슬래의 점도를 증대시키거나 및/또는 감소시키고, 용접 금속으로부터의 슬래그 제거 용이성을 향상시키며, 연기 발생 및 용접 불꽃 발생을 감소시키는 등에 사용된다.

본 발명의 또 다른 양태 및/또는 대안적인 양태에서, 용접 비드를 대기 중의 요소 및/또는 화합물로부터 보호하기 위해, 실드 가스를 용접봉과 함께 사용한다. 실드 가스는 대개 하나 이상의 가스를 포함한다. 이러한 하나 이상의 가스는 용접 비드의 조성에 대해 거의 또는 실질적으로 불활성이다. 일 실시예에서는, 아르곤, 이산화탄소, 또는 이들의 혼합물이 적어도 부분적으로 실드 가스로서 사용된다. 이 실시예의 한 가지 양태에서, 실드 가스는 이산화탄소를 약 2∼40 체적% 포함하고 나머지는 아르곤으로 이루어진다. 이 실시예의 다른 양태 및/또는 대안적인 양태에서, 실드 가스는 이산화탄소를 약 5∼25 체적% 포함하고 나머지는 아르곤으로 이루어진다. 그 밖의 및/또는 추가의 불활성인 또는 실질적으로 불활성인 가스가 사용될 수 있는 것으로 고려될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태 및/또는 대안적인 양태에서, 본 발명의 용접봉은 산화 티탄을 포함하지 않은 하나 이상의 슬래그 형성제를 포함한 충전 조성물을 포함한다. 이러한 슬래그 형성제는 하나 이상의 금속 산화물(예컨대, 산화알루미늄, 산화붕소, 산화칼슘, 산화크롬, 산화철, 산화마그네슘, 산화니오븀, 산화칼륨, 산화규소, 산화나트륨, 산화주석, 산화티타늄, 산화바나듐, 산화지르코늄 등), 및/또는 하나 이상의 금속 탄산화물(예컨대, 탄산칼슘 등)을 포함할 수 있다. 충전 조성물의 슬래그 시스템은 용착 절차 동안에 및/또는 이후에 용접 금속 또는 완충층 에 대한 보호를 적어도 부분적으로 제공하고, 및/또는 특정 용착 절차를 용이하게 하는데 사용된다. 본 발명의 또 다른 비제한적인 실시예에서, 슬래그 시스템은 적어도 하나의 슬래그 습윤제, 아크 안정화제, 슬래그 제거제, 및/또는 표면 용착제를 포함할 수 있다. 슬래그 습윤제는 사용시, 용착된 금속의 층이 적어도 부분적으로 고화될 때까지 용착 금속을 대기로부터 보호하거나 및/또는 용착 금속의 출현을 용이하게 하도록 슬래그가 확실히 용착 금속을 전부 덮는 것을 용이하게 한다. 아크 안정화제는 사용시, 용접 불꽃을 최소화한 정온(靜穩) 아크의 발생을 용이하게 한다. 표면 용착제는 사용시, 용착 금속의 광택 및 전체 표면에서의 출현에 기여한다. 슬래그 제거제는 사용시, 용착 금속 상에서 및/또는 주변에서 슬래그의 용이한 제거에 기여한다. 또한, 슬래그 시스템은 슬래그의 점도를 증대시키거나 및/또는 감소시키고, 및/또는 연기 발생을 감소시키는 작용제를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 양태 및/또는 대안적인 양태에서, 본 발명의 용접봉은 산소의 용접 금속에 대한 악영향을 감소시키기 위해 하나 이상의 탈산제를 포함할 수 있는 충전 조성물을 포함한다. 충전 조성물에 포함될 수 있는 하나 이상의 탈산제의 비제한적인 예로는 알루미늄, 마그네슘, 망간, 규소, 및/또는 티타늄 등이 있다. 대개, 탈산제는 충전 조성물에 포함되는 경우 충전 조성물의 약 40 중량% 미만을 구성하고, 전형적으로는 약 1∼30 중량%를 구성하지만; 그 밖의 함량(중량%)이 사용될 수도 있다.

본 발명의 또 다른 양태 및/또는 대안적인 양태에서, 본 발명의 용접봉은 필요한 용접 금속의 조성에 적어도 한 걸음 더 다가가도록 및/또는 형성된 용접 비드 가 필요한 특성을 갖게 하도록 선택되는 하나 이상의 금속 합금제를 포함할 수 있는 충전 조성물을 포함한다. 이러한 금속 합금제의 비제한적인 예로는 알루미늄, 안티몬, 비스무트, 붕소, 칼슘, 탄소, 크롬, 코발트, 구리, 철, 납, 망간, 몰리브덴, 니켈, 니오브, 규소, 황, 주석, 티타늄, 텅스텐, 바나듐, 아연, 및/또는 지르코늄 등이 있지만; 그 밖의 또는 추가의 금속 합금제가 사용될 수도 있다. 일 실시예에서, 금속 합금제는 붕소, 철, 망간, 규소 및 티타늄으로부터 선택된 적어도 2개의 금속을 포함한다. 대개, 금속 합금제는 충전 조성물에 포함되는 경우 충전 조성물의 약 80 중량% 미만을 구성하고, 전형적으로는 약 10∼60 중량%를 구성하지만; 그 밖의 함량(중량%)이 사용될 수도 있다.

본 발명의 주 목적은, 형성된 용접 비드에 있어서 가스 트랙킹을 감소시킨 용접봉을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적 및/또는 대안적인 목적은, 용접 비드에 있어서 확산성 수소의 양을 감소시킨 용접봉을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적 및/또는 대안적인 목적은, 형성된 용접 비드에 있어서 가스 트랙킹 및/또는 확산성 수소의 양을 감소시키기기 위해 하나 이상의 티타늄 화합물 및 불소 함유 화합물의 조합물을 포함하는 용접봉을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적 및/또는 대안적인 목적은, 코어드 용접봉인 용접봉을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적 및/또는 대안적인 목적은, 가스 실드 코어드 용접봉인 용접봉을 제공하는 것이다.

전술한 그리고 그 밖의 목적 및 장점은 본 발명에 대한 설명을 읽음으로써 명백해질 것이다.

본 발명의 코어드 용접봉은 가스 트랙킹과 관련된 종래의 문제점을 극복한다. 플럭스 코어드 용접봉의 충전 조성물은, 용접 금속에 있어서 가스 트랙킹의 발생을 감소시키거나 또는 배제시키도록 용접 중에 형성되는 슬래그의 특성을 적어도 부분적으로 변경하는 데 사용되는, 주(主) 슬래그 형성제인 산화 티탄과 하나 이상의 불소 함유 화합물을 포함한다. 다양한 타입의 불소 함유 화합물이 충전 조성물에 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면 충전 조성물의 전체 조성은 하기하는 바와 같다(중량%):

불소를 함유하지 않은 슬래그 형성제 15∼80%

불소 함유 화합물 0.5∼20%

금속 탈산제 0∼40%

금속 합금제 0∼70%

보다 특수한 충전 조성물의 다른 전체 조성의 경우(중량%):

불소를 함유하지 않은 슬래그 형성제 25∼75%

불소 함유 화합물 1∼15%

금속 탈산제 0∼35%

금속 합금제 0∼50%

전술한 전체 조성에 있어서, 하나 이상의 불소 함유 화합물에 의해 발생되는 불소 함량은 충전 조성물의 적어도 약 0.05 중량%이고, 전형적으로는 적어도 약 0.1 중량%이며, 더 전형적으로는 적어도 약 0.2 중량%이다. 전술한 전체 조성에 있어서, 충전 조성물은 대개 코어드 용접봉의 약 8∼60 중량%이고, 전형적으로는 코어드 용접봉의 약 10∼28 중량%이지만; 그 밖의 함량(중량%)이 사용될 수도 있다. 용접 비드를 형성하는 데 사용될 수 있는 금속 외피는, 약 0∼0.2 중량%의 B, 약 0∼0.2 중량%의 C, 약 0∼12 중량%의 Cr, 약 0∼5 중량%의 Mn, 약 0∼2 중량%의 Mo, 약 0.01 중량% 미만의 N, 약 0∼5 중량%의 Ni, 약 0.014 중량% 미만의 P, 약 0∼4 중량%의 Si, 약 0.02 중량% 미만의 S, 약 0∼0.4 중량%의 Ti, 약 0∼0.4 중량%의 V 및 약 75∼99.9 중량%의 Fe를 포함할 수 있다. 아크 용접 프로세스 중에, 실드 가스를 대개 코어드 용접봉과 함께 사용하지만; 이는 필수적인 것은 아니다. 실드 가스를 사용하는 경우, 실드 가스는 대개 이산화탄소 및/또는 아르곤 혼합물이지만; 헬륨 등(이에 한정되는 것은 아님)과 같은 그 밖의 또는 추가 가스가 사용될 수도 있다.

한 가지 비제한적인 충전 조성물(중량%)의 구체예는 하기하는 바와 같다:

금속 산화물 함유 슬래그 형성제 25∼70%

불소 함유 화합물 0.5∼15%

금속 탈산제 0.5∼40%

금속 합금제(철 분말 포함) 0.5∼40%

다른 비제한적인 충전 조성물(중량%)의 구체예는 하기하는 바와 같다.

TiO₂ 30∼65%

그 밖의 슬래그 형성제 0∼15%

불소 함유 화합물 1∼12%

철 분말 0∼12%

주철 분말 0∼8%

금속 합금제(철 분말 제외) 0∼18%

금속 탈산제 0∼20%

또 다른 비제한적인 충전 조성물(중량%)의 구체예는 하기하는 바와 같다.

금홍석 10∼35%

그 밖의 TiO₂ 화합물 15∼45%

Al₂O₃ 0∼10%

실리카 및/또는 실리카 화합물 0∼10%

불소 함유 화합물 1.5∼8%

FeB 0∼1%

FeMn 0∼15%

FeSi 0∼15%

FeTi 0∼15%

Mg 0∼6%

주철 분말 0∼5%

Fe 분말 0∼15%

금홍석 12∼30%

실리코티탄산 칼륨 및/또는 나트륨 24∼35%

Al₂O₃ 2∼8%

실리카 및/또는 실리카 화합물 1∼8%

K₂SiF₆, Na₂SiF₆, Na₃AlF₆, K₃AlF₆, NaF, KF 및/또는 MnF 1.5∼6%

FeB 0.05∼1%

FeMn 1∼10%

FeSi 1∼10%

FeTi 1∼10%

Mg 1∼5%

주철 분말 0∼4%

Fe 분말 2∼10%

금홍석 14∼30%

실리코티탄산 칼륨 및/또는 나트륨 25∼32%

Al₂O₃ 4∼8%

실리카 및/또는 실리카 화합물 2∼8%

K₂SiF₆, Na₂SiF₆, Na₃AlF₆, 및/또는 K₃AlF₆ 1.5∼6%

FeB 0.05∼0.6%

FeMn 5∼10%

FeSi 5∼10%

FeTi 2∼8%

Mg 1∼4%

주철 분말 0∼4%

Fe 분말 4∼10%

전술한 5개의 구체예에 있어서, 충전 조성물은 코어드 용접봉의 약 13∼20 중량%이고, 금속 외피는 약 0∼0.2 중량%의 B, 약 0∼0.2 중량%의 C, 약 0∼12 중량%의 Cr, 약 0∼5 중량%의 Mn, 약 0∼2 중량%의 Mo, 약 0.01 중량% 미만의 N, 약 0∼5 중량%의 Ni, 약 0.014 중량% 미만의 P, 약 0∼4 중량%의 Si, 약 0.02 중량% 미만의 S, 약 0∼0.4 중량%의 Ti, 약 0∼0.4 중량%의 V 및 약 75∼99.9 중량%의 Fe를 포함한다. 아크 용접 프로세스 중에, 실드 가스를 코어드 용접봉과 함께 사용한다. 실드 가스는 대개 이산화탄소와 아르곤의 혼합물이다. FeB에 있어서 붕소의 함량은 약 15∼30 중량%이다. FeMn에 있어서 망간의 함량은 약 30∼50 중량%이다. FeSi에 있어서 규소의 함량은 약 30∼50 중량%이다. FeTi에 있어서 티타늄의 함량은 약 30∼50 중량%이다. 주철 분말에 있어서 탄소 함량은 약 2∼6 중량%이다. 충전 조성물의 평균 입자 크기는 약 40∼200 메시이고, 전형적으로는 약 40∼100 메시이다.

전술한 예에서, 금홍석, 실리코티탄산 나트륨, 실리코티탄산 칼륨, Al₂O₃, 실리카 및 실리카 화합물은 슬래그 형성제이다. 또한, 실리코티탄산 나트륨 및 실리코티탄산 칼륨은 슬래그 개질제이고 아크 안정화제이다. 그 밖의 또는 추가적인 슬래그 형성제, 슬래그 개질제, 및/또는 아크 안정화제가 충전 조성물에 사용될 수 있는 것으로 고려될 수 있다. K₂SiF₆, Na₂SiF₆, K₃AlF₆, Na₃AlF₆, KF, MnF 및 NaF는 불소 발생 화합물이다. 하나 이상의 불소 발생 화합물은 충전 조성물에 대하여 적어도 약 0.2 중량%의 불소를 공급하는 양으로 존재한다. 또한, KF, NaF, MnF, K₂SiF₆ 및 Na₂AlF₆는 슬래그 개질제이다. 또한, KF, NaF, K₂SiF₆, Na₂SiF₆, K₃AlF₆ 및 Na₃AlF₆는 아크 안정화제이다. 그 밖의 또는 추가적인 불소 발생 화합물이 충전 조성물에 사용될 수 있는 것으로 고려될 수 있다. FeMn, FeSi, FeTi 및 Mg는 합금제 및/또는 탈산제이다. 이들 구성 요소는, 용접 금속에 있어서 바람직한 금속 합금 조성을 달성하고, 용접 프로세스 중에 용접 금속 내의 그리고 용접 금속 주변의 산소를 감소시키기 위해, 충전 조성물에 첨가된다. 그 밖의 또는 추가적인 합금제 및/또는 탈산제가 충전 조성물에 사용될 수 있는 것으로 고려될 수 있다. Mg는 주로 탈산제로서 첨가된다. FeB는 주로 미세 합금제로서 첨가된다. 그 밖의 또는 추가적인 미세 합금제가 충전 조성물에 사용될 수 있는 것으로 고려될 수 있다. 또한, 용접 금속에 있어서 바람직한 금속 합금 조성을 달성하기 위해, 주철 분말 및 Fe 분말을 첨가한다.

전술한 사항은 본 발명을 단지 예시하고 한정하려는 것이 아닌 것으로 해석 되어야 함이 명백함으로, 본 발명의 전술한 실시예의 상기 수정예 및 그 밖의 수정예와 본 발명의 그 밖의 실시예는, 본원으로부터 당업자에게 명백할 것이다.

본 발명에 따른 코어드 용접봉은 용접 비드 형성 특성이 개선되며, 구체적으로는 가스 트랙킹량이 줄어든 용접 비드를 형성한다.

Claims

가스 실드 전기 아크 용접 프로세스에서 가스 트랙킹(gas tacking)의 발생이 감소되는 용접 비드를 형성하는 코어드 용접봉(cored electrode)으로서,금속 외피와 충전 조성물을 포함하고, 상기 충전 조성물은 약 15∼80 중량%의 금속 산화물 슬래그 형성제와, 약 0.5∼20 중량%의 하나 이상의 불소 함유 화합물과, 그리고 약 1∼70 중량%의 금속 탈산제 및/또는 금속 합금제를 포함하며, 상기 금속 산화물 슬래그 형성제의 함량(중량%)이 상기 불소 함유 화합물의 함량(중량%) 보다 크고, 상기 불소 함유 화합물은 상기 충전 조성물의 중량%에 기초하여 적어도 약 0.2 중량%의 불소를 제공하는 것인 코어드 용접봉.
제1항에 있어서, 상기 금속 산화물의 대부분이 산화 티탄인 것인 코어드 용접봉.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 불소 함유 화합물은 AlF₃, BaF₂, CaF₂, Na₃AlF₆, K₃AlF₆, Na₂SiF₆, K₂SiF₆, MnF₃, SrF₂, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제1항 또는 제2항에 있어서, 슬래그 형성제 대 불소 함유 화합물의 중량%비 가 약 1.1∼20:1인 것인 코어드 용접봉.
제4항에 있어서, 슬래그 형성제 대 불소 함유 화합물의 중량%비가 약 5∼12:1인 것인 코어드 용접봉.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속 외피는 적어도 약 80 중량%의 철을 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제5항에 있어서, 상기 금속 외피는 적어도 약 80 중량%의 철을 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 충전 조성물은 상기 코어드 용접봉의 총 중량의 약 8∼60 중량%를 구성하는 것인 코어드 용접봉.
제7항에 있어서, 상기 충전 조성물은 상기 코어드 용접봉의 총 중량의 약 8∼60 중량%를 구성하는 것인 코어드 용접봉.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 충전 조성물은

TiO₂ 30∼65%

그 밖의 슬래그 형성제 ≤ 15%

불소 함유 화합물 1∼12%

철 분말 ≤ 12%

주철 분말 ≤ 8%

금속 합금제(철 분말 제외) ≤ 18%

금속 탈산제 ≤ 20%

를 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제9항에 있어서, 상기 충전 조성물은

TiO₂ 30∼65%

그 밖의 슬래그 형성제 ≤ 15%

불소 함유 화합물 1∼12%

철 분말 ≤ 12%

주철 분말 ≤ 8%

금속 합금제(철 분말 제외) ≤ 18%

금속 탈산제 ≤ 20%

를 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 충전 조성물은

금홍석 10∼35%

그 밖의 TiO₂ 화합물 15∼45%

Al₂O₃ ≤ 10%

실리카 및/또는 실리카 화합물 ≤ 10%

불소 함유 화합물 1.5∼8%

FeB ≤ 1%

FeMn ≤ 15%

FeSi ≤ 15%

FeTi ≤ 15%

Mg ≤ 6%

주철 분말 ≤ 5%

Fe 분말 ≤ 15%

를 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제9항에 있어서, 상기 충전 조성물은

금홍석 10∼35%

그 밖의 TiO₂ 화합물 15∼45%

Al₂O₃ ≤ 10%

실리카 및/또는 실리카 화합물 ≤ 10%

불소 함유 화합물 1.5∼8%

FeB ≤ 1%

FeMn ≤ 15%

FeSi ≤ 15%

FeTi ≤ 15%

Mg ≤ 6%

주철 분말 ≤ 5%

Fe 분말 ≤ 15%

를 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 충전 조성물은

금홍석 12∼30%

실리코티탄산 칼륨 및/또는 나트륨 24∼35%

Al₂O₃ 2∼8%

실리카 및/또는 실리카 화합물 1∼8%

K₂SiF₆, Na₂SiF₆, Na₃AlF₆, K₃AlF₆, NaF, KF 및/또는 MnF 1.5∼6%

FeB 0.05∼1%

FeMn 1∼10%

FeSi 1∼10%

FeTi 1∼10%

Mg 1∼5%

주철 분말 ≤ 4%

Fe 분말 2∼10%

를 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제9항에 있어서, 상기 충전 조성물은

금홍석 12∼30%

실리코티탄산 칼륨 및/또는 나트륨 24∼35%

Al₂O₃ 2∼8%

실리카 및/또는 실리카 화합물 1∼8%

K₂SiF₆, Na₂SiF₆, Na₃AlF₆, K₃AlF₆, NaF, KF 및/또는 MnF 1.5∼6%

FeB 0.05∼1%

FeMn 1∼10%

FeSi 1∼10%

FeTi 1∼10%

Mg 1∼5%

주철 분말 ≤ 4%

Fe 분말 2∼10%

를 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 충전 조성물은

금홍석 14∼30%

실리코티탄산 칼륨 및/또는 나트륨 25∼32%

Al₂O₃ 4∼8%

실리카 및/또는 실리카 화합물 2∼8%

K₂SiF₆, Na₂SiF₆, Na₃AlF₆, 및/또는 K₃AlF₆ 1.5∼6%

FeB 0.05∼0.6%

FeMn 5∼10%

FeSi 5∼10%

FeTi 2∼8%

Mg 1∼4%

주철 분말 ≤ 4%

Fe 분말 4∼10%

를 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제9항에 있어서, 상기 충전 조성물은

금홍석 14∼30%

실리코티탄산 칼륨 및/또는 나트륨 25∼32%

Al₂O₃ 4∼8%

실리카 및/또는 실리카 화합물 2∼8%

K₂SiF₆, Na₂SiF₆, Na₃AlF₆, 및/또는 K₃AlF₆ 1.5∼6%

FeB 0.05∼0.6%

FeMn 5∼10%

FeSi 5∼10%

FeTi 2∼8%

Mg 1∼4%

주철 분말 ≤ 4%

Fe 분말 4∼10%

를 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 충전 조성물은

금홍석 16∼28%

실리코티탄산 칼륨 및/또는 나트륨 26∼32%

Al₂O₃ 4∼8%

실리카 2∼6%

K₂SiF₆, Na₂SiF₆, Na₃AlF₆, 및/또는 K₃AlF₆ 1.5∼5%

FeB 0.2∼0.6%

FeMn 5∼10%

FeSi 5∼8%

FeTi 2∼6%

Mg 1∼3%

주철 분말 1∼4%

Fe 분말 4∼8%

를 포함하는 것인 코어드 용접봉.
제9항에 있어서, 상기 충전 조성물은

금홍석 16∼28%

실리코티탄산 칼륨 및/또는 나트륨 26∼32%

Al₂O₃ 4∼8%

실리카 2∼6%

K₂SiF₆, Na₂SiF₆, Na₃AlF₆, 및/또는 K₃AlF₆ 1.5∼5%

FeB 0.2∼0.6%

FeMn 5∼10%

FeSi 5∼8%

FeTi 2∼6%

Mg 1∼3%

주철 분말 1∼4%

Fe 분말 4∼8%

를 포함하는 것인 코어드 용접봉.
가스 트랙킹의 발생이 감소되는 용접 비드를 형성하는 방법으로서,

a) 금속 외피와 충전 조성물을 포함하고, 상기 충전 조성물은 약 15∼80 중량%의 금속 산화물 슬래그 형성제와, 약 0.5∼20 중량%의 하나 이상의 불소 함유 화합물, 그리고 약 1∼70 중량%의 금속 탈산제 및/또는 금속 합금제를 포함하며, 상기 금속 산화물 슬래그 형성제의 함량(중량%)이 상기 불소 함유 화합물의 함량(중량%) 보다 크고, 상기 불소 함유 화합물은 상기 충전 조성물의 중량%에 기초하여 적어도 약 0.2 중량%의 불소를 제공하는 것인 코어드 용접봉을 마련하는 단계와;

b) 상기 코어드 용접봉을 전류에 의해 적어도 부분적으로 용융시켜, 상기 코어드 용접봉의 용융된 부분이 공작물 상에 용착되게 하는 단계

를 포함하는 방법.
제20항에 있어서, 공작물 상에 용착되는 상기 코어드 용접봉의 상기 용융된 부분을 적어도 부분적으로 보호하기 위해 실드 가스를 상기 공작물로 안내하는 단계를 포함하는 것인 방법.
제21항에 있어서, 상기 실드 가스는 아르곤, 이산화탄소, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 방법.
제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 산화물의 대부분이 산화 티탄인 것인 방법.
제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 불소 함유 화합물은 AlF₃, BaF₂, CaF₂, Na₃AlF₆, K₃AlF₆, Na₂SiF₆, K₂SiF₆, MnF₃, SrF₂, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 방법.
제23항에 있어서, 상기 불소 함유 화합물은 AlF₃, BaF₂, CaF₂, Na₃AlF₆, K₃AlF₆, Na₂SiF₆, K₂SiF₆, MnF₃, SrF₂, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 방법.
제20항 또는 제21항에 있어서, 슬래그 형성제 대 불소 함유 화합물의 중량%비가 약 1.1∼20:1인 것인 방법.
제25항에 있어서, 슬래그 형성제 대 불소 함유 화합물의 중량%비가 약 1.1∼20:1인 것인 방법.
제26항에 있어서, 슬래그 형성제 대 불소 함유 화합물의 중량%비가 약 5∼12:1인 것인 방법.
제27항에 있어서, 슬래그 형성제 대 불소 함유 화합물의 중량%비가 약 5∼12:1인 것인 방법.
제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 금속 외피는 적어도 약 80 중량%의 철을 포함하는 것인 방법.
제29항에 있어서, 상기 금속 외피는 적어도 약 80 중량%의 철을 포함하는 것인 방법.
제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 충전 조성물은 상기 코어드 용접봉의 총 중량의 약 8∼60 중량%를 구성하는 것인 방법.
제31항에 있어서, 상기 충전 조성물은 상기 코어드 용접봉의 총 중량의 약 8∼60 중량%를 구성하는 것인 방법.
제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 충전 조성물은

TiO₂ 30∼65%

그 밖의 슬래그 형성제 ≤ 15%

불소 함유 화합물 1∼12%

철 분말 ≤ 12%

주철 분말 ≤ 8%

금속 합금제(철 분말 제외) ≤ 18%

금속 탈산제 ≤ 20%

를 포함하는 것인 방법.
제33항에 있어서, 상기 충전 조성물은

TiO₂ 30∼65%

그 밖의 슬래그 형성제 ≤ 15%

불소 함유 화합물 1∼12%

철 분말 ≤ 12%

주철 분말 ≤ 8%

금속 합금제(철 분말 제외) ≤ 18%

금속 탈산제 ≤ 20%

를 포함하는 것인 방법.
제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 충전 조성물은

금홍석 10∼35%

그 밖의 TiO₂ 화합물 15∼45%

Al₂O₃ ≤ 10%

실리카 및/또는 실리카 화합물 ≤ 10%

불소 함유 화합물 1.5∼8%

FeB ≤ 1%

FeMn ≤ 15%

FeSi ≤ 15%

FeTi ≤ 15%

Mg ≤ 6%

주철 분말 ≤ 5%

Fe 분말 ≤ 15%

를 포함하는 것인 방법.
제33항에 있어서, 상기 충전 조성물은

금홍석 10∼35%

그 밖의 TiO₂ 화합물 15∼45%

Al₂O₃ ≤ 10%

실리카 및/또는 실리카 화합물 ≤ 10%

불소 함유 화합물 1.5∼8%

FeB ≤ 1%

FeMn ≤ 15%

FeSi ≤ 15%

FeTi ≤ 15%

Mg ≤ 6%

주철 분말 ≤ 5%

Fe 분말 ≤ 15%

를 포함하는 것인 방법.
제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 충전 조성물은

금홍석 12∼30%

실리코티탄산 칼륨 및/또는 나트륨 24∼35%

Al₂O₃ 2∼8%

실리카 및/또는 실리카 화합물 1∼8%

K₂SiF₆, Na₂SiF₆, Na₃AlF₆, K₃AlF₆, NaF, KF 및/또는 MnF 1.5∼6%

FeB 0.05∼1%

FeMn 1∼10%

FeSi 1∼10%

FeTi 1∼10%

Mg 1∼5%

주철 분말 ≤ 4%

Fe 분말 2∼10%

를 포함하는 것인 방법.
제33항에 있어서, 상기 충전 조성물은

금홍석 12∼30%

실리코티탄산 칼륨 및/또는 나트륨 24∼35%

Al₂O₃ 2∼8%

실리카 및/또는 실리카 화합물 1∼8%

K₂SiF₆, Na₂SiF₆, Na₃AlF₆, K₃AlF₆, NaF, KF 및/또는 MnF 1.5∼6%

FeB 0.05∼1%

FeMn 1∼10%

FeSi 1∼10%

FeTi 1∼10%

Mg 1∼5%

주철 분말 ≤ 4%

Fe 분말 2∼10%

를 포함하는 것인 방법.
제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 충전 조성물은

금홍석 14∼30%

실리코티탄산 칼륨 및/또는 나트륨 25∼32%

Al₂O₃ 4∼8%

실리카 및/또는 실리카 화합물 2∼8%

K₂SiF₆, Na₂SiF₆, Na₃AlF₆, 및/또는 K₃AlF₆ 1.5∼6%

FeB 0.05∼0.6%

FeMn 5∼10%

FeSi 5∼10%

FeTi 2∼8%

Mg 1∼4%

주철 분말 ≤ 4%

Fe 분말 4∼10%

를 포함하는 것인 방법.
제33항에 있어서, 상기 충전 조성물은

금홍석 14∼30%

실리코티탄산 칼륨 및/또는 나트륨 25∼32%

Al₂O₃ 4∼8%

실리카 및/또는 실리카 화합물 2∼8%

K₂SiF₆, Na₂SiF₆, Na₃AlF₆, 및/또는 K₃AlF₆ 1.5∼6%

FeB 0.05∼0.6%

FeMn 5∼10%

FeSi 5∼10%

FeTi 2∼8%

Mg 1∼4%

주철 분말 ≤ 4%

Fe 분말 4∼10%

를 포함하는 것인 방법.
제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 충전 조성물은

금홍석 16∼28%

실리코티탄산 칼륨 및/또는 나트륨 26∼32%

Al₂O₃ 4∼8%

실리카 2∼6%

K₂SiF₆, Na₂SiF₆, Na₃AlF₆, 및/또는 K₃AlF₆ 1.5∼5%

FeB 0.2∼0.6%

FeMn 5∼10%

FeSi 5∼8%

FeTi 2∼6%

Mg 1∼3%

주철 분말 1∼4%

Fe 분말 4∼8%

를 포함하는 것인 방법.
제33항에 있어서, 상기 충전 조성물은

금홍석 16∼28%

실리코티탄산 칼륨 및/또는 나트륨 26∼32%

Al₂O₃ 4∼8%

실리카 2∼6%

K₂SiF₆, Na₂SiF₆, Na₃AlF₆, 및/또는 K₃AlF₆ 1.5∼5%

FeB 0.2∼0.6%

FeMn 5∼10%

FeSi 5∼8%

FeTi 2∼6%

Mg 1∼3%

주철 분말 1∼4%

Fe 분말 4∼8%

를 포함하는 것인 방법.