KR20070106429A

KR20070106429A - 내후성 강용 가스 실드 아크 용접 솔리드 와이어 및 이것을이용한 가스 실드 아크 용접 방법

Info

Publication number: KR20070106429A
Application number: KR1020070040951A
Authority: KR
Inventors: 레이이치 스즈키; 도시히코 나카노
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2007-11-01
Also published as: JP2007296541A; JP5021953B2; KR100876496B1; CN101062534A

Abstract

본 발명에 따르면, Ar과, CO₂ 또는 O₂의 1종 이상과의 혼합 가스를 사용하는 내후성 강용 가스 실드 아크 용접 솔리드 와이어로서, C, Si, Mn, P, S, Cu, Cr, Al, Ti, Mo, N, O를 소정 범위 내로 함유하고, 잔부(殘部)가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지며, C의 함유량 및 P의 함유량을 이용하여 C×P×10⁴로 계산되는 계수가 22 이하이다. 필요에 따라서, Cu를 소정 범위 내로 함유하는 Cu 도금층을 마련한다. 본 발명의 용접 와이어는, 실온으로부터 -45℃ 정도까지의 환경에서도 고인성(高靭性)을 갖는 동시에, 우수한 저(低)스패터성을 갖고, 이재(異材) 조인트에서도 양호한 내후성, 내균열성 및 강도를 갖는다.

Description

내후성 강용 가스 실드 아크 용접 솔리드 와이어 및 이것을 이용한 가스 실드 아크 용접 방법{GAS SHIELDED ARC WELDING SOLID WIRE FOR WEATHERABLE STEEL AND GAS SHIELDED ARC WELDING METHOD USING THE SAME}

도 1은 조인트 홈 단면 형상을 나타내는 모식도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 판 두께 19㎜의 강재

2: 판 두께 25㎜의 강재

3: 용접 금속

본 발명은, 내후성 강용 가스 실드 아크 용접 솔리드 와이어 및 가스 실드 아크 용접 방법에 관한 것으로, 특히, 전차 등의 차량용으로 이용되며, 내후성 강을 가스 실드 아크 용접하는 내후성 강용 가스 실드 아크 용접 솔리드 와이어 및 이것을 이용한 가스 실드 아크 용접 방법에 관한 것이다.

종래부터, 내후성 강으로서는, JIS G3114가 규정되어 있다. 이 JIS G3114는, 폭로 상태에서도 녹(rust)이 안정적이고 치밀한 상태를 형성하여 보호막으로 됨으로써 부식 진행을 저지하는 성질을 갖고 있다. 또한, 내후성 강은, 그 화학 성분으로서, Cu와 Cr, 게다가 Cu, Cr, Ni를 적량 첨가하고 있는 것을 특장(特長)으로 하고 있다. 이 강재에 대하여 적용하는 용접 솔리드 와이어로서는, JIS Z3315에 규정된 「내후성 강용 탄산 가스 아크 용접 솔리드 와이어」가 있다. 이들의 내후성 강이나 내후성 강용 용접 솔리드 와이어는, 설계 내구년도가 길고, 유지 보수(maintenance)의 경감 효과가 큰 교량 등에 사용되는 경우가 많다.

최근, 이러한 내후성 강의 이점을 빌딩 건축용으로서 적용하기 위해, 내화 강에 내후성 기능을 부여한 와이어도 개발되어 있다(예컨대, 일본 특허 공개 제 1992-294891 호 공보, 일본 특허 공개 제 1993-200582 호 공보). 또, 교량의 고능률 시공을 지향하여, 대입열(大入熱)·고패스간 온도에서도 고강도, 고인성이 얻어지는 탄산 가스 아크 용접용의 내후성 강 솔리드 와이어도 개발되어 있다(예컨대, 일본 특허 공개 제 2000-71091 호 공보). 또한, 해안 부근에 시설되는 교량의 염해 부식 방지를 목적으로, Cr의 함유량을 극력 저감시키는 동시에, Ni를 많이 첨가한 와이어도 개발되어 있다(예컨대, 일본 특허 공개 제 2003-311471 호 공보, 일본 특허 공개 제 2000-141081 호 공보).

또, 전차 등의 차량의 대차용으로서, 강재로서는, 구(舊) 국철 규격으로서 JRS 51304-2 내후성 강이 있고, 이 JRS 51304-2 내후성 강의 용접 재료로서는, 일반적인 JIS Z3315 규격재가 사용되고 있다.

그러나, 종래부터 사용되고 있는 내후성 강에 이용되는 용접 재료의 와이어에서는, 이하에 개시하는 문제가 있었다.

내후성 강이 많이 사용되는 분야로서는, 교량이나 건축 분야 외에, 전차 등의 차량의 대차를 들 수 있는데, 상기 각 특허 문헌에 기재된 용접 재료의 와이어는, 교량이나 건축 분야용으로 개발된 것이고, 또한 탄산 가스 용접법을 전제로 한 것이기 때문에, 스패터가 발생하기 쉽다. 그 때문에, 이들 와이어를 이용하여 전차 등의 차량의 대차를 용접하는 경우에는, (1) 용접부의 외관이 사람들 눈에 띄기 때문에 스패터 발생이 매우 혐오감을 준다는 점, (2) C 함유량이 0.20 질량％ 이상으로 높은 주철·주강과의 이재(異材) 조인트가 많고, 고강도의 용접 재료의 사용이나, 용입이 깊고 모재 희석율이 높은 탄산 가스 아크 용접에서는 균열의 문제가 발생하기 쉽다는 점, (3) 이재 조인트에 있어서 급격한 성분 변화가 발생하면, 선택적으로 부식이 진행되기 때문에, 용접 금속에도 어느 정도 내후성이 필요하게 된다는 점, (4) 항상 피로 상태에 노출되므로 모재와의 친밀성이 좋고, 고인성이 필요하다는 점, (5) 마찬가지로 피로 파괴를 막기 위하여, 필요에 따라 잔류 응력을 제거하기 위해 용접후 응력 제거 소둔(SR)이 행해지지만, 용접 와이어 설계로서 고려되어 있지 않다는 점 등의 문제가 있었다.

또, 최근에는 탄산 가스 아크 용접법으로부터 Ar을 주체로 하는 혼합 가스를 이용한 용접법이 많이 사용되게 되었다. 그리고, 특히 해외에서 한냉지나 고표고지에의 철도 가설이 진행되고 있다는 점에서, 이러한 지역에서도 사고시의 차량의 충돌 안전성을 높이기 위하여, 종래의 0 내지 20℃ 정도의 온도 환경에 있어서의 인성 요구로부터, 더욱 저온인 -45℃ 정도의 온도 환경에 있어서의 저온 인성이 요구되게 되었다.

그러나, 상기 각 특허 문헌에 기재된 용접 재료의 와이어는, 탄산 가스 용접법을 전제로 한 것이고, 또한 저온 인성을 구비하고 있지 않기 때문에, 이들 요구를 만족시킬 수 없다고 하는 문제가 있었다.

또, 전차 등의 차량의 대차용인 내후성 강의 용접 재료로서, 일반적인 JIS Z3315 규격재가 사용되고 있지만, JIS Z3315에서는, 실드 가스의 구분도 규정되어 있지 않고, 인성 규정도 0℃, 5℃ 밖에 없다. 또한, JIS Z3325에는 저온용 강용 와이어가 제정되어 있지만, 내후 성능은 구비되어 있지 않다. 그 때문에, 이들 와이어로도 상기 요구를 충족시킬 수 없다고 하는 문제가 있었다.

따라서, Ar계 혼합 가스를 전제로 하여, 저온 인성이 우수하고, 또한 내후성도 갖추어진 용접 와이어는 개발되어 있지 않은 것이 실상이다.

본 발명은 이러한 상황을 감안하여 개발한 기술로서, 실온으로부터 -45℃ 정도까지의 환경에서도 고인성을 갖는 동시에, 우수한 저스패터성을 갖고, 이재 조인트에서도 양호한 내후성, 내균열성 및 강도를 갖는 가스 실드 아크 용접 솔리드 와이어 및 이것을 이용한 가스 실드 아크 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 제 1 발명에 따른 용접 솔리드 와이어는, 상기 솔리드 와이어가 강 합금제의 와이어 소선(素線)으로 이루어지고, C: 0.01 내지 0.12 질량％, Si: 0.20 내지 1.00 질량％, Mn: 1.00 내지 2.00 질량％, P: 0.007 내지 0.030 질량％, S: 0.025 질량％ 이하, Cu: 0.30 내지 0.60 질량％, Cr: 0.50 내지 0.80 질량％, Al: 0.020 질량％ 이하, Ti: 0.05 내지 0.17 질량％, Mo: 0.10 질량％ 이하, N: 0.0090 질량％ 이하, 및 O: 0.0150 질량％ 이하를 함유하며, C의 함유량을 C, P의 함유량을 P로 했을 때, C×P×10⁴로 계산되는 계수가 22 이하이다.

이러한 구성에 따르면, 석출 원소인 Ti, Al 외에, O, N도 억제함으로써, SR시의 용접 금속의 인성 저하를 방지할 수 있고, Al의 억제에 의해 저스패터화를 얻을 수 있다. 또, Cu, Cr 외에, 통상 첨가하지 않는 P를 굳이 소정 범위 첨가함으로써, 비(非) 내후성 강과의 이재 조인트의 경우에도 내후 성능을 확보하고, 국부 부식을 막을 수 있는 것에 의해, 용접 금속의 내후성을 확보할 수 있다. 또한, C와 P의 용접 금속의 내균열성에 미치는 상관 파라미터의 상한 범위를 규정함으로써, 용접 금속의 내후성을 확보하면서 균열을 방지할 수 있다. 그 밖에, C, Si, Mn을 소정량 함유하고, Mo를 억제함으로써, 용접 금속의 강도를 향상시킬 수 있고, S를 소정량 함유함으로써, 모재와의 친밀성이 향상된다.

본 제 2 발명에 따른 용접 솔리드 와이어는, 상기 솔리드 와이어가 강 합금제의 와이어 소선의 표면에 Cu 도금층을 마련한 것으로서, C: 0.01 내지 0.12 질량％, Si: 0.20 내지 1.00 질량％, Mn: 1.00 내지 2.00 질량％, P: 0.007 내지 0.030 질량％, S: 0.025 질량％ 이하, Cu: 0.30 내지 0.60 질량％, Cr: 0.50 내지 0.80 질량％, Al: 0.020 질량％ 이하, Ti: 0.05 내지 0.17 질량％, Mo: 0.10 질량％ 이하, N: 0.0090 질량％ 이하, 및 O: 0.0150 질량％ 이하를 함유하며, 상기 Cu 도금층의 Cu 함유량이 0.25 질량％ 이하이고, C의 함유량을 C, P의 함유량을 P로 했을 때, C×P×10⁴로 계산되는 계수가 22 이하이다.

이러한 구성에 따르면, 석출 원소인 Ti, Al 외에, O, N도 억제함으로써, SR시의 용접 금속의 인성 저하를 방지할 수 있고, Al의 억제에 의해, 저스패터화를 얻을 수 있다. 또, Cu, Cr 외에, 통상 첨가하지 않는 P를 굳이 소정 범위 첨가함으로써, 비내후성 강과의 이재 조인트의 경우에도 내후 성능을 확보하여 국부 부식을 막을 수 있음으로써, 용접 금속의 내후성을 확보할 수 있다. 또한, C와 P의 용접 금속의 내균열성에 미치는 상관 파라미터의 상한 범위를 규정함으로써, 용접 금속의 내후성을 확보하면서 균열을 방지할 수 있다. 그 밖에, C, Si, Mn을 소정량 함유하여, Mo를 억제함으로써, 용접 금속의 강도를 향상시킬 수 있고, S를 소정량 함유함으로써, 모재와의 친밀성이 향상된다.

또, Cu 도금층을 실시함으로써, 와이어의 신선성(伸線性)이 우수하고, 또한 내청성이나 칩의 내마모성을 향상시킬 수 있다. Cu 도금층을 실시하는 경우에는, 도금의 Cu를 낮게 규정함으로써, 용접 금속의 저스패터화를 얻을 수 있다.

상기 본 제 1 발명 및 본 제 2 발명에 있어서, 용접 솔리드 와이어는, 추가로 Ni: 0.05 내지 0.80 질량％, B: 0.0005 내지 0.0030 질량％, K: 0.5 내지 20ppm 중 적어도 1종을 함유하여도 좋다.

이러한 구성에 따르면, Ni, B, K를 소정량 함유함으로써, 용접 금속의 내후성의 향상, 저온 인성의 향상, 저스패터화를 더욱 촉진할 수 있다.

본 발명에 따른 가스 실드 아크 용접 방법은, 상기 기재된 용접 솔리드 와이어를 사용하고, 실드 가스로서, Ar: 75 내지 95 체적％이고 잔부 CO₂, Ar: 90 내지 98 체적％이고 잔부 O₂, 및 Ar: 75 내지 95 체적％이고 잔부 CO₂＋O₂ 중 어느 1종인 혼합 가스를 사용하여, 내후성 강끼리, 또는 내후성 강과 탄소 강을 가스 실드 아크 용접한다.

이러한 구성에 따르면, 실드 가스로서, Ar＋CO₂, Ar＋O₂ 또는 Ar＋CO₂＋O₂의 혼합 가스를 사용하여, 이들의 가스 조성을 소정 범위로 함으로써 내(耐)블로우홀성, 저스패터성, 고인성, 비드 형상 개선이 우수한 용접 금속을 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 용접 솔리드 와이어에 따르면, 솔리드 와이어의 성분을 소정 범위로 규정함으로써, 차량의 대차 등의 용접에 최적인 내후성 강끼리, 혹은 내후성 강과 주강·주철 등의 탄소 강과의 이재 조인트의 가스 실드 아크 용접의 어느 것에 있어서도, 내후성, 저온 인성, 강도, 및 내균열성이 우수한 동시에, 저스패터성, 비드 형상, 내(耐)블로우홀성, 와이어 송급성 등도 우수한 용접 금속으로 할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 가스 실드 아크 용접 방법에 의하면, 실드 가스의 조성을 소정 범위로 규정함으로써, 내블로우홀성, 저스패터성, 저온 인성, 비드 형상이 우수한 용접 금속으로 할 수 있고, 내후성 강끼리, 혹은 내후성 강과 주강·주철 등의 탄소 강과의 이재 조인트의 어느 것에 있어서도, 양호한 용접을 수행할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 와이어나 용접 방법에 의해 차량 등의 안전성, 내구성, 피로 특성, 미관 등의 향상에 기여할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은, 솔리드 와이어의 성분을 소정 범위로 규정하는 것을 특징으로 하는 내후성 강용 가스 실드 아크 용접 솔리드 와이어 및 이 와이어를 이용하여, 실드 가스의 조성을 소정 범위로 규정하는 것을 특징으로 하는 가스 실드 아크 용접 방법이다.

지금까지 내후성 강용 용접 와이어는 교량·건축 분야만을 대상으로 하여 개발, 사용되어 왔기 때문에, CO₂ 용접이 전제이고, 또한 공금(共金) 조인트만을 상정하는 성분 설계였다. 그러나, 본 발명의 목적은, 저온에서의 고인성, 저스패터성, 이재 조인트 내후성, SR 처리에서의 성능 안정성 등을 고려하여, Ar 혼합 가스(Ar＋CO₂, Ar＋O₂, Ar＋CO₂＋O₂)용으로서 최적화한 내후성 솔리드 와이어이다.

솔리드 와이어는, 강 합금제의 와이어 소선으로 이루어지는 것이며, 소정량의 C, Si, Mn, P, S, Cu, Cr, Al, Ti, Mo, N, O를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지며, C와 P의 용접 금속의 내균열성에 미치는 상관 파라미터의 상한 범위를 규정한 것이다.

또, 이 와이어 소선의 표면에 Cu 도금층을 마련하여도 좋다.

본 발명자들은, 저스패터화를 얻는 목적 외에, SR시의 인성 저하를 방지하기 위해, 석출 원소인 Ti나 Al량을 억제하는 동시에, O, N도 억제할 필요성을 발견하였다. 또한, 내후성을 확보하기 위하여 Cu, Cr, 필요에 따라 Ni 외에, 통상 첨가하지 않는 P를 굳이 소정 범위 첨가함으로써, 비내후성 강과의 이재 조인트의 경우에 내후 성능을 확보하고, 국부 부식을 방지할 수 있음을 발견하였다. 또한, P를 적극 첨가하면, 일반적으로는 내균열성이 저하되지만, C와 P의 내균열성에 미치는 상관을 발견하고, 그 상관 파라미터의 상한 범위를 규정함으로써 내후성을 확보하면서 균열을 방지할 수 있는 범위를 도출하였다. 한편으로, Cu 도금을 실시하는 경우에는, Ar＋CO₂ 용접에서의 용적(溶滴) 이행 특성을 고려하여, Cu량을 와이어 전량과 도금량의 각각에 대하여 규정함으로써, 한층 더 저스패터화를 얻고 있다. 이들 수법에 의해 우수한 저온 인성, 저스패터성, 내후성, 내균열성 등을 만족하는 와이어로 할 수 있음을 발견하였다.

이하, 솔리드 와이어의 성분의 한정 이유에 대하여 설명한다.

＜C: 0.01 내지 0.12 질량％＞

C는 용접부의 강도를 확보하기 위하여 필요한 원소이다. 차량이나 교량 분야에서 가장 범용적인 강재 강도인 490N／㎟ 이상의 강도를 얻기 위해서는, C의 함유량이 최저 0.01 질량％인 것이 필요하다. 따라서, C의 함유량은, 0.01 질량％ 이상으로 한다. 한편, C의 함유량이 0.12 질량％를 초과하면, 고온 균열이나 저온 균열, CO 폭발에 의한 스패터가 발생하기 쉽게 된다. 따라서, C의 함유량은, 0.12 질량％ 이하로 한다. 한편, 내식성의 면에서는 적은 편이 바람직하기 때문에, 보다 바람직하게는 0.08 질량％ 이하로 한다.

＜Si: 0.20 내지 1.00 질량％＞

Si는 탈산 반응에 필요한 원소이다. Si의 함유량이 0.20 질량％ 미만에서는, 탈산 부족으로 블로우홀이 발생하고, 또한 강도 부족으로 된다. 따라서, Si의 함유량은 0.20 질량％ 이상, 보다 바람직하게는 0.40 질량％ 이상으로 한다. 한편, Si의 함유량이 1.00 질량％를 초과하면, 인성이 저하되고, 스패터도 대(大) 입자화되어 증가한다. 따라서, Si의 함유량은 1.00 질량％ 이하, 보다 바람직하게는 0.60 질량％ 이하로 한다.

＜Mn: 1.00 내지 2.00 질량％＞

Mn 또한 탈산 반응에 필요한 원소이며, 강도 확보를 위해서도 필요하다. Mn의 함유량이 1.00 질량％ 미만에서는, 탈산 부족으로 블로우홀이 발생하고, 또한 인성 부족, 강도 부족으로 된다. 따라서, Mn의 함유량은 1.00 질량％ 이상으로 한다. 한편, Mn의 함유량이 2.00 질량％를 초과하면, 용접부의 강도가 지나치게 올라가서 저온 균열을 일으킨다. 따라서, Mn의 함유량은 2.00 질량％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는, 저스패터성의 측면에서, 1.80 질량％ 이하로 한다.

＜P: 0.007 내지 0.030 질량％＞

P는 일반적으로 내균열성을 열화시키는 원소로서 유명하며, 일반적인 강재에 대해서는 적을수록 바람직하지만, P에는 내후성을 향상시키는 효과가 있어, 본 발명에는 필수적이다. 내후성 강끼리 뿐만 아니라, 내후성 기능을 갖지 않은 주철이나 주강과 같은 강재와의 이재 조인트의 경우에는, Cu나 Cr이라고 하는 다른 내후성 기능을 갖는 성분이 희석되어 용접 금속의 내후성 기능이 저하되기 쉽다. 그 때문에, P를 어느 정도 첨가함으로써, 내후성 기능을 확보할 수 있다. P는 미량의 함유량으로 유효하지만, 최저 0.007 질량％가 필요하기 때문에, P의 함유량은 0.007 질량％ 이상으로 한다. 한편, P의 함유량이 0.030 질량％를 초과하면, 내균열성이 열화된다. 따라서, P의 함유량은 0.030 질량％ 이하로 한다.

＜S: 0.025 질량％ 이하＞

S도 내균열성을 열화시키는 원소이고, 인성도 저하시키지만, 0.025 질량％ 이하이면 문제없다. 따라서, S의 함유량은 0.025 질량％ 이하로 한다. 한편, S는 모재와의 친밀성을 향상시키고, 피로 강도를 향상시키는 효과가 있으며, 바람직하게는, S의 함유량이 0.005 질량％ 이상이면 내균열성을 만족시키면서, 외관과 조인트 피로 성능을 향상시킬 수 있다. 그러나, S는 적은 편이 바람직하기 때문에, 하한은 설정하지 않는다.

＜Cu: 0.30 내지 0.60 질량％＞

여기서의 Cu는 와이어 소선 중의 Cu 함유량과 와이어에 도금이 실시되어 있는 경우에는 그 도금분의 부착량의 합계이다.

Cu는 내후성을 높이기 위하여 필요한 원소이고, Cu의 함유량은, 와이어 전체로서 최저 0.30 질량％ 필요하다. 따라서, Cu의 함유량은, 0.30 질량％ 이상으로 한다. 한편, 0.60 질량％을 초과하면 고온 균열이 발생하기 쉽게 되기 때문에, Cu의 함유량은 0.60 질량％ 이하로 한다.

＜Cr: 0.50 내지 0.80 질량％＞

Cr 또한 내후성을 높이기 위하여 필요한 원소이다. 염해 내식성에는 Cr은 유해하지만, 차량용이나 일반 교량용으로서 사용하는 경우에는, 염해 내식성은 필요로 되지 않기 때문에, 일반적인 내후성 강용으로서의 성능을 얻기 위하여 적극적으로 첨가한다. 내후성을 높이기 위해서는, 최저 0.50 질량％ 필요하다. 따라서, Cr의 함유량은 0.50 질량％ 이하로 한다. 한편, 0.80 질량％를 초과하면 지나치게 고강도로 되어 저온 균열이 발생하기 쉽게 되는 동시에 인성도 저하된다. 따라서, Cr의 함유량은 0.80 질량％ 이하로 한다.

＜Al: 0.020 질량％ 이하＞

Al은 SR시에 저온 인성을 열화시키는 동시에, 스패터를 증가시키는 원소이다. Al의 함유량이 0.020 질량％를 초과하면 인성 저하가 현저하고, 또한 스패터도 많아진다. 현재에도 용제(溶製)시에 청정도를 높이기 위하여 알루미킬드라고 불리는 탈산, 탈질 처리가 행해지는 경우가 많이 있는데, 이 경우, Al의 함유량이 0.020 질량％를 초과하는 경우가 많다. 따라서, 적극적으로 Al의 함유량이 0.020 질량％ 이하가 되도록 유의하여 제강 처리하여야 한다. 한편, Al은 적은 편이 바람직하기 때문에, 하한은 설정하지 않는다.

＜Ti: 0.05 내지 0.17 질량％＞

Ti는 강한 산화성이 있고, 실드 가스 중의 O₂나 CO₂라고 하는 산화성 가스와 결합하여, 일부는 슬래그에, 일부는 용접 금속에 잔류한다. 용접 금속 중의 Ti는 적량으로 결정 입자를 미세화하여, 고인성을 얻을 수 있다. 그러나, 과잉으로 되면 조대(粗大)한 석출물로 되어 취성(脆性) 파괴의 기점이 된다. 특히 SR 처리에서는 인성 저하가 현저하다. 탄산 가스용에 비해 Ar 혼합 가스는 산화성 가스의 분압이 낮기 때문에, Ti의 소량 첨가로 용접 금속의 결정 입자를 미세화하여, 고인성을 얻을 수 있다. 구체적으로는, Ti의 함유량이 0.17 질량％를 초과하면, 인성이 저하하므로, Ti의 함유량은 0.17 질량％ 이하, 보다 바람직하게는 0.14 질량％ 이하로 한다. 또한, 0.10 질량％ 이하로 하면, SR시의 인성도 향상되는 동시에 소(小) 입자화되어 용접 작업성이 우수하다. 한편, Ti의 함유량이 0.05 질량％ 미만에서는 결정 입자 미세화의 효과가 없어져서, -45℃ 정도의 사용에는 적합하지 않게 된다. 또, 비교적 소입자의 스패터가 다량으로 발생하므로, Ti의 함유량은 0.05 질량％ 이상, 보다 바람직하게는, 아크 안정성 향상의 관점에서, 0.07 질량％ 이상으로 한다. 또한, 내후성 강용 솔리드 와이어의 JIS 규격 Z3315에는 Ti는 규정되어 있지 않다. 일반적으로는 탄산 가스용으로서는, 고전류용으로서 Ti: 0.18 내지 0.25 질량％를 첨가하고, 단락 용접의 저전류용으로서는 무첨가로 하는 경우가 많다. 그러나, 본 발명은 Ar 혼합 가스용으로서 소량의 첨가가 최적이다.

＜Mo: 0.10 질량％ 이하＞

Mo는 일반적으로는 용접 금속의 고강도화의 향상에 이용되는 원소이다. 그 러나, 차량에서는 전술한 바와 같이 C의 함유량이 많은 주철·주강과의 이재 조인트도 많기 때문에, 용접 금속은 강도 과잉으로 되기 쉽고, 과잉 강도는 저온 균열의 발생으로 이어진다. 따라서, 강재에 대하여 지나친 강도의 오버매칭은 피할 필요가 있다. Mo의 함유량이 0.10 질량％를 초과하면, 강도 과잉에 의한 균열이 발생하기 쉽게 된다. 따라서, Mo의 함유량은 0.10 질량％ 이하, 바람직하게는 0.05 질량％ 이하로 한다. 또한, Mo는 적은 편이 바람직하기 때문에, 하한은 설정하지 않는다.

＜N: 0.0090 질량％ 이하＞

N은 인성을 저하시키는 원소이다. 실드 불량시에도 대기로부터 질소가 혼입되기 때문에 관리가 필요하지만, 와이어로부터도 극력 저감하는 것이 바람직하다. N의 함유량이 0.0090 질량％를 초과하면 인성 저하가 현저하다는 점에서, N의 함유량은 0.0090 질량％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는, 0.0070 질량％ 이하로 한다. 한편, N은 적은 편이 바람직하기 때문에, 하한은 설정하지 않는다.

＜O: 0.0150 질량％ 이하＞

와이어 표면이나 용적 표면의 산소량은, 많은 편이 용적 이행 특성 개선을 위해서는 바람직하지만, 산소는 용접 금속에 들어가면 산화물을 형성하여, SR시에 석출되어 취화시킨다. 그 때문에, 와이어 전체로서는 적은 편이 바람직하다. 따라서, O의 함유량은 0.0150 질량％ 이하로 하고, 바람직하게는 0.0100 질량％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.0050 질량％ 이하로 한다. 한편, O는 적은 편이 바람직하기 때문에, 하한은 설정하지 않는다.

＜불가피적 불순물＞

불가피적 불순물로서, 예컨대, Nb, V, Zr 등을 함유하는 것을 생각할 수 있는데, 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위에서 이들을 함유하는 것은 허용되며, 이들의 함유량은, 0.050 질량％ 이하가 바람직하다.

＜C×P×10⁴로 계산되는 계수: 22 이하＞

전술한 바와 같이, C는 강도의 증강에, P는 이재 조인트의 경우에 내후성 기능을 보조하는 데에 유효하지만, 이들을 함유함으로써 고온 균열 감수성도 증대된다. 그러나, C의 함유량을 C, 및 P의 함유량을 P로 했을 때, C×P×10⁴로 계산되는 계수를 22 이하로 규정함으로써, 고온 균열을 막을 수 있다. 즉, C, P에 있어서는, 각각의 범위로 규정하는 동시에, 본 식을 만족시킬 필요가 있다. 한편, 보다 바람직하게는 17 이하이다.

본 발명에 따른 내후성 강용 가스 실드 아크 용접 솔리드 와이어에 있어서는, 와이어 소선의 표면에 Cu 도금층을 마련하여도 좋다.

＜도금층의 Cu: 0.25 질량％ 이하＞

Cu 도금층을 실시함으로써, 와이어의 신선성이 우수하기 때문에, 저비용으로의 생산이 가능하게 된다. 또한, 내청성이나 칩의 내마모성을 향상시킬 수 있다.

Cu는 열간 연성 확보를 위해 소선에는 첨가하지 않고, 와이어에 도금한 도금분만으로 모든 Cu 규정량를 첨가하는 수단이 있지만, 본 발명에서는 불가능하다. 그 이유로서는, 지금까지의 CO₂ 용접법용이면 용적 이행의 안정성에는 그다지 도금 분은 기여하지 않지만, 본 발명의 Ar＋CO₂ 용접의 경우에는, 스프레이 용적 이행의 안정성이 와이어나 용적 표면 근방의 산소량에 강하게 영향을 받는다. 즉, Cu는 비산화성이기 때문에, 도금 Cu가 두꺼우면 와이어 표면의 산소량은 낮아 용적 표면 부근의 산화 반응이 진행되지 않는다. 그 결과, 용적의 산소량이 낮게 억제되어, 표면 장력이나 점성이 작고, 용적 이탈성이 저하된다. 즉, 대입자의 스패터 발생이나, 흔들림의 원인이 되어, 용접 작업성이 저하된다. 따라서, 도금층의 Cu의 함유량은 낮은 편이 바람직하고, 0.25 질량％ 이하이면 스패터량 억제에 대하여 허용 범위이다. 따라서, 도금층인 Cu의 함유량은, 0.25 질량％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.20 질량％ 이하로 한다. 또한, 도금층인 Cu의 함유량은 0 질량％, 즉 도금이 없어도 문제는 없다.

여기서, 와이어 성분은, Ni, B, K 중 1종 이상을 함유하는 것이 바람직하다. 이하, 이들의 한정 이유에 대하여 설명한다.

＜Ni: 0.05 내지 0.80 질량％＞

Ni는 내후성을 향상시키기 위하여 유효하다. Cu, Cr, P만으로는 무도장 사양은 곤란하기 때문에 도장 사양으로 하지만, Ni를 적량 첨가함으로써 무도장 사양으로 하는 것이 가능하다. Ni의 함유량은, 0.05 질량％ 미만에서는 그 효과가 발휘되지 않기 때문에, 0.05 질량％ 이상이 바람직하고, 0.15 질량％ 이상이 보다 바람직하다. 한편, Ni의 함유량이 0.80 질량％를 초과하면, 내후성의 효과가 포화될 뿐만 아니라, 용적의 점성이 지나치게 높아져 스패터 발생량이 증가하기 쉬운 동시 에, 비드가 볼록 형상으로 되어 열화하기 쉽다. 또한, Ni는 고가의 원소이기 때문에 비용이 과대하게 되기 쉽다. 따라서, Ni의 함유량은, 0.80 질량％ 이하가 바람직하다.

＜B: 0.0005 내지 0.0030 질량％＞

B는 미량의 첨가로 결정입자 미세화를 촉진시키고, 저온 인성을 향상시키는 효과가 있다. B의 함유량은, 최저 0.0005 질량％가 아니면 미세화의 효과가 발휘되지 않기 때문에, 0.0005 질량％ 이상이 바람직하고, 0.0010 질량％ 이상이 보다 바람직하다. 한편, B는 고온 균열을 일으키기 쉽다는 결점도 있다. B의 함유량이 0.0030 질량％를 초과하면, 균열이 발생하기 쉽게 된다. 따라서, B의 함유량은 0.0030 질량％ 이하가 바람직하고, C의 함유량이 많은 주철·주강과의 이재 조인트를 고려하면, 0.0020 질량％ 이하가 보다 바람직하다.

＜K: 0.5 내지 20ppm＞

K는 Ar을 주원소로 하는 혼합 가스 용접시에 아크를 안정시켜, 스패터를 줄이는 원소로서 효과적이다. 탄산 가스 용접에서는 일반적으로 이러한 효과는 작용하지 않는다. K는 용제시에 첨가하는 것이 곤란하기 때문에, 일반적으로는 (1) 신선 공정 중에 탄산칼륨 등의 K 첨가 신선 윤활제를 사용하여, 표면 잔류시키는, (2) K를 포함하는 용액에 침지시킨 후에 소둔하여, 와이어 표면의 입계 또는 입자 내에 확산시키는, (3) 청산칼륨 용액을 이용하여 구리 도금을 실시한다고 하는 수단에 의해 표면 근방에 존재시키는, 등의 방법에 의해 첨가한다. 그 효과는 0.5ppm부터 유효하기 때문에, K의 함유량은 0.5ppm 이상이 바람직하다. 한편, K의 함유량이 20ppm을 초과하면, 아크 안정 효과가 포화되는 동시에 와이어 표면의 윤활성을 잃어버리게 되어 와이어 송급성이 열화되기 쉽고, 또한, 도금 밀착성이 나빠져서 구리 도금이 박리되어, 역시 와이어 송급성을 손상시키기 쉽다. 따라서, K의 함유량은 20ppm 이하가 바람직하다.

다음에, 가스 실드 아크 용접 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 가스 실드 아크 용접 방법은, 전술한 내후성 강용 가스 실드 아크 용접 솔리드 와이어를 사용하여, 내후성 강끼리 또는 내후성 강과 탄소 강을 용접하는 것이며, 실드 가스로서, Ar＋CO₂, Ar＋O₂ 또는 Ar＋CO₂＋O₂ 혼합 가스를 사용하는 것이다.

＜실드 가스 조성: Ar＋CO₂, Ar＋O₂, Ar＋CO₂＋O₂＞

실드 가스는 Ar을 주체로 하여, 소량의 산화성 가스 CO₂ 혹은 O₂와 혼합한 조성을 전제로 한다. Ar＋CO₂의 경우에는 Ar이 75 내지 95 체적％이고 잔부 CO₂, Ar＋O₂의 경우에는 Ar이 90 내지 98 체적％이고 잔부 O₂, Ar＋CO₂＋O₂의 경우에는 Ar이 75 내지 95 체적％이고 잔부 CO₂＋O₂로 한다.

실드 가스가 Ar＋CO₂, Ar＋CO₂＋O₂의 경우, Ar이 75 체적％ 미만, Ar＋O₂의 경우, Ar이 90 체적％ 미만에서는, 용적 이행이 스프레이 상태를 유지할 수 없어, 스패터가 발생하고, 또한, 용융지(溶融池)의 과잉 산화 때문에, 인성이 저하된다. 또, 비드 형상도 친밀성이 나빠서 오버랩 형상으로 된다.

실드 가스가 Ar＋CO₂, Ar＋CO₂＋O₂의 경우, Ar이 95 체적％, Ar＋O₂계의 경우, Ar이 98 체적％를 초과하면, 과잉의 스프레이 아크 상태로 되고, Ar을 끌어들여 블로우홀이 발생한다. 또한, 용융지의 점성이 지나치게 높아져 비드 형상이 볼록 형상으로 되고, 또한, 산소원이 지나치게 적으면, 모재측 음극점이 불안정하게 되고, 아크 발생 방향이 흔들리게 되어, 스패터도 많이 발생한다.

＜내후성 강＞

적용되는 내후성 강으로서는, 일반적으로 이용되는 Cu－Ni계, Cu－Cr계, Cu－Cr－Ni계의 400 내지 490N／㎟급 강이다. 또한, 이들의 내후성 강과 주강, 주철 등의 탄소 강과의 이재 용접에도 바람직하다. 용도 분야로서 차량에 바람직하지만, 일반 내후성용으로서 문제가 없다는 점에서, 교량 등의 타분야에서 사용하는 것은 전혀 문제없다.

실시예

다음으로 본 발명에 따른 솔리드 와이어에 대하여, 본 발명의 요건을 충족시키는 실시예와 본 발명의 요건을 충족시키지 않는 비교예를 비교하여 구체적으로 설명한다.

먼저, 표 1 내지 3에 나타내는 조성을 갖는 와이어를 사용하여 표 4에 나타내는 용접 조건에 의해 강재를 용접하였다. 용접에서는, 표 1 내지 3에 나타내는 실드 가스 조성의 실드 가스를 사용하였다. 또한, 비교예에 있어서, 본 발명의 구성을 충족시키지 않는 것에 대해서는, 수치에 밑줄을 그어 나타낸다.

강재로서는, 표 5에 나타내는 490N／㎟급 내후성 강(a)과 주강(b)을 사용하여, 내후성 강(a)끼리(이하, (a)／(a)라고 함)의 조인트 및 내후성 강(a)과 주강(b)(이하, (a)／(b)라고 한다)의 이재 조인트의 2종류의 용접 시험을 실시하였다.

도 1은 용접 모재의 조인트 홈 단면 형상을 나타내는 모식도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 경사진 단면을 갖고, 판 두께가 19㎜인 강재(1)(내후성 강(a))과, 판 두께가 25㎜인 강재(2)(내후성 강(a) 또는 주강(b))의 2장의 강재(1, 2)를, 그 경사 단면을 대향시키고, 단면의 선단을 5㎜ 이간시킨 상태로 배치하였다. 그리고, 형성된 홈에 대하여 가스 실드 아크 용접을 실시함으로써 용접 금속(3)을 형성하였다.

다음에, 얻어진 용접 금속에 대하여, 이하에 나타내는, 강도, 저온 인성, 내후성, 내균열성, 저스패터성의 시험과 함께, 내블로우홀성, 비드 형상, 와이어 송급성의 관능 평가를 실시하였다.

＜강도＞

강도에 대해서는, 용접 금속에 620℃×1시간 유지의 SR 처리를 실시하여, (a)／(a) 조인트와 (a)／(b) 조인트에 의한 인장 시험을 실시하였다.

인장 시험은, (a)／(a) 조인트에 있어서 490N／㎟ 이상의 인장 강도를 합격치로 하였다.

＜저온 인성＞

저온 인성에 대해서는, 샤르피 충격 시험에 의해, (a)／(a) 조인트와 (a)／(b) 조인트에 의한 -45℃, 0℃의 샤르피 흡수 에너지를 측정하였다.

샤르피 흡수 에너지는 (a)／(a) 조인트, (a)／(b) 조인트 모두 -45℃에서 27J 이상을 합격으로 하였다.

＜내후성＞

내후성에 대해서는, (a)／(a) 조인트, (a)／(b) 조인트에 있어서 내후 성능 평가 시험을 실시하였다. 내후 성능 평가 시험으로서는, JSSC(일본 강 구조 협회)가 추천하는 부식 촉진 시험법인 발로형 부식 시험을 이용하였다. 이 부식 시험 조건을 표 6에 나타낸다. 내후 성능은 부식 감량이 (a)／(a) 조인트의 경우, 80㎎／㎠ 이하, 이재 조인트인 (a)／(b) 조인트는 100㎎／㎠ 이하를 합격으로 하였다.

＜내균열성, 내블로우홀성, 비드 형상, 와이어 송급성＞

(a)／(a) 및 (a)／(b) 조인트에서의 X선 투과 시험 및 초음파 탐상(探傷)에 의한 균열(고온 균열 및 저온 균열)과 블로우홀 유무의 확인, 그 용접시의 비드 형상과 와이어 송급성의 관능 평가를 실시하였다. 균열이나 블로우홀은 무결함을 합격으로 하고, 비드 형상은 융합 불량을 방지하기 위하여 그라인더 정형이 필요없는 경우, 혹은 여성(余盛)에 있어서의 모재 표면과의 친밀성이 좋다고 판단되는 경우를 합격(○), 융합 불량을 방지하기 위하여 그라인더 정형이 필요한 경우, 혹은 여성에 있어서의 모재 표면과의 친밀성이 나쁘다고 판단되는 경우를 불합격(×)으로 하였다. 와이어 송급성은 송급 불량에 의한 아크 단속이 발생하지 않은 경우를 합격(○), 송급 불량에 의한 아크 단속이 발생한 경우를 불합격(×)으로 하였다.

＜저스패터성＞

저스패터성에 대해서는, 용접 중, 용접 후에 실드 노즐에 부착된 스패터를 회수하고, 중량을 측정함으로써, 스패터 발생량에 의해 평가하였다. 저스패터성은 부착량 2.0g 이하를 저스패터의 범위로 하여 합격으로 하였다.

이들의 시험 결과를 표 7 내지 8에 나타낸다.

한편, (a)／(b) 조인트의 인장 강도와, (a)／(a) 조인트 및 (a)／(b) 조인트의 0℃의 흡수 에너지는 참고값으로서 나타내고 있다.

또한, 저스패터성, 내블로우홀성, 비드 형상, 와이어 송급성에 대해서는, (a)／(a) 조인트에 대하여 나타낸다.

표 7에 나타낸 바와 같이, 실시예 No. 1 내지 32는, 모든 와이어 성분 및 가스 실드 조성이 본 발명의 범위를 만족시키고 있기 때문에, (a)／(a)(내후성 강끼리)의 조인트, (a)／(b)(내후성과 주강)의 이재 조인트 어느 것에 있어서도, 0℃에서부터 -45℃의 저온역까지의 샤르피 흡수 에너지나 내후성, 내균열성이 우수하고, 인장 강도도 모재의 규격 하한 이상을 확보하고 있다. 또, (a)／(a) 조인트시에, 블로우홀, 비드 형상 불량 등은 전혀 발생하지 않는다. 또, 저스패터성이나 와이어 송급성도 우수하다.

한편, 표 8에 나타낸 바와 같이, 비교예 No. 33은, C의 함유량이 하한 미만이기 때문에 강도 부족이었다. 비교예 No. 34는, C의 함유량이 상한을 초과하기 때문에, 고온 균열이 발생하고, 강도가 높아져 저온 균열도 발생하는 동시에, 스패터도 많았다. 비교예 No. 35는, Si가 하한 미만이기 때문에, 강도 부족으로 될 뿐만 아니라, 탈산 부족으로 블로우홀도 발생하였다. 비교예 No. 36은, Si가 상한을 초과하기 때문에, 흡수 에너지가 낮고, 스패터도 많았다. 비교예 No. 37은, Mn이 하한 미만이기 때문에, 강도 부족으로 될 뿐만 아니라, 탈산 부족으로 블로우홀도 발생하였고, 또한, 흡수 에너지도 낮았다. 비교예 No. 38은, Mn이 상한을 초과하기 때문에, 강도가 지나치게 높아지고, 저온 균열이 발생하며, 또한 스패터도 증가하였다. 비교예 No. 39, 40은, P가 모두 하한 미만이기 때문에, 이재 조인트의 경우에 내후성을 잃게 되어, 부식 감량이 많았다. 비교예 No.41은, P가 상한을 초과하기 때문에, 고온 균열이 발생하였다.

비교예 No. 42, 43, 44는, C, P 각각 단독의 범위는 규정을 만족하고 있지만, C×P×10⁴가 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에, 고온 균열이 발생하였다. 비교예 No. 45는, S가 상한을 초과하기 때문에, 고온 균열이 발생하였다. 또한, 내후성 강끼리에서는 간신히 흡수 에너지는 만족시켰지만, 이재 조인트의 경우에는 만족시키지 못했다. 비교예 No. 46은, 도금분만으로 구리 성분을 구성하고 있지만, 그 값이 하한치 미만이기 때문에, 부식 감량이 많고 내후성이 부족하였다. 비교예 No. 47은, Cu가 상한을 초과하기 때문에, 고온 균열이 발생하였다. 비교예 No. 48은, 구리 도금량이 상한을 초과하기 때문에, 용적 형성시의 표면 산화가 억제되었으므로, 표면 장력이 높아지고 용적 이탈성이 나빠, 스패터가 많았다. 비교예 No. 49는, Cr이 하한 미만이기 때문에, 부식 감량이 많고 내후성이 부족하였다. 비교예 No. 50은 Cr이 상한을 초과하기 때문에, 흡수 에너지가 부족하였다. 또, 이재 조인트시에 강도 과잉으로 저온 균열이 발생하였다. 비교예 No. 51은 Al이 상한을 초과하기 때문에, 흡수 에너지가 부족하고, 스패터도 많았다.

비교예 No. 52는, Ti가 하한 미만이기 때문에, 결정 입자가 조대하게 되어 흡수 에너지가 낮았다. 또한, 아크 안정성도 떨어지고, 스패터가 많았다. 비교예 No. 53은, JIS Z3315 YGA－50W 그대로의 와이어로 Ti가 포함되어 있지 않다. 그 때문에, 이것도 마찬가지로 결정 입자가 조대하게 되어 흡수 에너지가 낮고, 또한, 아크 안정성도 뒤떨어져 스패터가 많았다. 비교예 No. 54는, CO₂용의 와이어이며, Ti가 상한을 초과하는 것이다. 그 때문에, SR 처리시에 과잉의 Ti 산화물이 석출됨으로써 흡수 에너지가 저하되었다. 비교예 No. 55는, Mo가 상한을 초과하기 때문에, 이재 조인트의 경우에 강도가 과잉으로 되어 저온 균열이 발생하였다. 비교예 No. 56은, N이 상한을 초과하기 때문에, 블로우홀이 발생하고, 그 때문에 인장 강도도 낮았다. 또, 취화되어 흡수 에너지도 낮았다. 비교예 No. 57은, O가 상한을 초과하기 때문에, 용융지에서의 탈산이 촉진되고, 흡수 에너지가 저하하였다. No. 58은, Ni가 상한을 초과하기 때문에, 스패터가 많아지는 동시에, 용융지의 점성이 과잉으로 되어 비드 형상이 볼록 형상을 나타내었다. 그 때문에, 패스마다 연삭 정형이 필요하였다. No.59는 B가 상한을 초과하기 때문에, 고온 균열이 발생하였다. No. 60은 K가 상한을 초과하기 때문에, 와이어 표면의 윤활성이 손상되어 와이어 송급성이 떨어지고, 아크가 불안정하였다.

비교예 No. 61은, 실드 가스가 Ar＋CO₂계이지만, Ar 비율이 하한 미만이기 때문에, 용적 이행이 스프레이 상태를 유지할 수 없고, 스패터 발생량이 많았다. 또한, 용융지의 과잉 산화 때문에, 흡수 에너지도 낮았다. 또한, 비드 형상도 친밀성이 나빠 오버랩 형상으로 되었다. 비교예 No. 62는, Ar＋CO₂계이지만, Ar 비율이 상한을 초과하기 때문에, 과잉의 스프레이 아크 상태로 되고, Ar을 끌어들여 블로우홀이 발생하였다. 또한, 용융지의 점성이 지나치게 높아져서 비드 형상이 볼록 형상으로 되었다. 비교예 No. 63은, 실드 가스가 Ar＋O₂계이지만, Ar 비율이 하한 미만이기 때문에, 용적 이행이 스프레이 상태를 유지할 수 없어, 스패터 발생량이 많았다. 또, 용융지의 과잉 산화 때문에, 흡수 에너지도 낮았다. 또한, 비드 형상도 친밀성이 나빠 오버랩 형상으로 되었다. 비교예 No. 64는, Ar＋O₂계이지만, Ar 비율이 상한을 초과하기 때문에, 과잉의 스프레이 아크 상태로 되고, Ar을 끌어들여 블로우홀이 발생하였다. 또, 용융지의 점성이 지나치게 높아져서 비드 형상이 볼록 형상으로 되었다. 또한, 산소원이 지나치게 적어 모재측 음극점이 불안정하게 되고, 아크 발생 방향이 흔들리게 되어, 스패터도 많이 발생하였다.

비교예 No. 65는, Ar＋CO₂＋O₂계이지만, Ar 비율이 하한 미만이기 때문에, 용적 이행이 스프레이 상태를 유지할 수 없어, 스패터 발생량이 많았다. 또, 용융지의 과잉 산화 때문에, 흡수 에너지도 낮았다. 또한, 비드 형상도 친밀성이 나빠 오버랩 형상으로 되었다. 비교예 No. 66은, Ar＋CO₂＋O₂계이지만, Ar 비율이 상한을 초과하기 때문에, 과잉의 스프레이 아크 상태로 되고, Ar을 끌어들여 블로우홀이 발생하였다. 또, 용융지의 점성이 지나치게 높아져서 비드 형상이 볼록 형상으로 되었다. 비교예 No. 67은, CO₂용 와이어 1종과 CO₂ 가스의 조합예이다. 그 때문에, 스패터 발생량이 매우 많은, 비드 형상의 친밀성이 나빠 오버랩 형상으로 되는, 흡수 에너지가 낮은, 이재 조인트일 때의 용입 과잉에 의해 저온 균열, 고온 균열의 발생, 이재 조인트일 때의 내후성이 낮다고 하는 여러 가지 단점이 발생하였다.

비교예 No. 68은, C, P 각각 단독의 범위는 규정을 만족하고 있지만, C×P×10⁴이 본 발명의 범위를 초과하였기 때문에, 고온 균열이 발생하였다. 비교예 No. 69는, CO₂용의 와이어이고, Ti가 상한을 초과하는 것이다. 그 때문에, SR 처리시에 과잉의 Ti 산화물이 석출됨으로써 흡수 에너지가 저하하였다. 비교예 No. 70은, 실드 가스가 Ar＋CO₂계이지만, Ar 비율이 하한 미만이기 때문에, 용적 이행이 스프레이 상태를 유지할 수 없어, 스패터 발생량이 많았다. 또, 용융지의 과잉 산화 때문에, 흡수 에너지도 낮았다. 또한, 비드 형상도 친밀성이 나빠서 오버랩 형상으로 되었다. 비교예 No. 71은, Ar＋O₂계이지만, Ar 비율이 상한을 초과하기 때문에, 과잉의 스프레이 아크 상태로 되고, Ar을 끌어들여 블로우홀이 발생하였다. 또, 용융지의 점성이 지나치게 높아져 비드 형상이 볼록 형상으로 되었다. 또한, 산소원이 지나치게 적어 모재측 음극점이 불안정하게 되고, 아크 발생 방향이 흔들리게 되어, 스패터도 많이 발생하였다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 범위에서 변경 가능하다.

본 발명에 따른 가스 실드 아크 용접 솔리드 와이어를 사용함으로써, 실온으로부터 -45℃ 정도까지의 환경에서도 고인성을 갖는 동시에, 우수한 저스패터성을 갖고, 이재 조인트에서도 양호한 내후성, 내균열성 및 강도를 가질 수 있다.

Claims

용접 솔리드 와이어로서,

상기 솔리드 와이어는 강 합금제의 와이어 소선으로 이루어지고,

C: 0.01 내지 0.12 질량％, Si: 0.20 내지 1.00 질량％, Mn: 1.00 내지 2.00 질량％, P: 0.007 내지 0.030 질량％, S: 0.025 질량％ 이하, Cu: 0.30 내지 0.60 질량％, Cr: 0.50 내지 0.80 질량％, Al: 0.020 질량％ 이하, Ti: 0.05 내지 0.17 질량％, Mo: 0.10 질량％ 이하, N: 0.0090 질량％ 이하, 및 O: 0.0150 질량％ 이하를 함유하며,

C의 함유량을 C, P의 함유량을 P로 했을 때, C×P×10⁴로 계산되는 계수가 22 이하인

용접 솔리드 와이어.
용접 솔리드 와이어로서,

상기 솔리드 와이어는 강 합금제의 와이어 소선의 표면에 Cu 도금층이 마련되고,

C: 0.01 내지 0.12 질량％, Si: 0.20 내지 1.00 질량％, Mn: 1.00 내지 2.00 질량％, P: 0.007 내지 0.030 질량％, S: 0.025 질량％ 이하, Cu: 0.30 내지 0.60 질량％, Cr: 0.50 내지 0.80 질량％, Al: 0.020 질량％ 이하, Ti: 0.05 내지 0.17 질량％, Mo: 0.10 질량％ 이하, N: 0.0090 질량％ 이하, 및 O: 0.0150 질량％ 이하를 함유하며,

상기 Cu 도금층의 Cu 함유량이 0.25 질량％ 이하이고,

C의 함유량을 C, P의 함유량을 P로 했을 때, C×P×10⁴로 계산되는 계수가 22 이하인

용접 솔리드 와이어.
제 1 항에 있어서

추가로 Ni: 0.05 내지 0.80 질량％, B: 0.0005 내지 0.0030 질량％, K: 0.5 내지 20ppm 중 적어도 1종을 함유하는

용접 솔리드 와이어.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 용접 솔리드 와이어를 사용하여 가스 실드 아크 용접을 하는 방법으로서,

실드 가스로서, Ar: 75 내지 95 체적％이고 잔부 CO₂, Ar: 90 내지 98 체적％이고 잔부 O₂, 및 Ar: 75 내지 95 체적％이고 잔부 CO₂＋O₂ 중 어느 1종인 혼합 가스를 사용하여, 내후성 강끼리, 또는 내후성 강과 탄소 강을 가스 실드 아크 용접하는

가스 실드 아크 용접 방법.