KR20120002935A - 필릿 용접 이음매 및 가스 실드 아크 용접 방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 발명은, 용접 재료에 의한 지단부의 압축 잔류 응력 부여에 과도하게 의지하지 않고 응력 집중을 개선함으로써 높은 피로 강도를 가짐과 동시에, 균열이 없고, 인성도 우수한 강의 필릿 용접 이음매, 및 이 필릿 용접 이음매를 얻기 위한 가스 실드 아크 용접 방법을 제공한다. 본 발명의 필릿 용접 이음매는, 용접 금속의 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms점)가 400℃ 이상 550℃ 이하이고, 용접 지단부의 지단 반경 ρ를 모재의 판 두께 t로 나눈 값(ρ/t)이 0.25 이상이며, 또한 하기 수학식 1을 만족하고, 균열 결함이 없다.
[수학식 1]
Ms(℃)≤375×[ρ/t]+320

Description

필릿 용접 이음매 및 가스 실드 아크 용접 방법{FILLET WELD JOINT AND METHOD FOR GAS SHIELDED ARC WELDING}
본 발명은 탄소강의 필릿(fillet) 용접시에, 저렴하고, 또한 용접 균열 발생의 위험성을 수반하지 않고서 피로 강도를 높일 수 있는 필릿 용접 이음매 및 가스 실드 아크 용접 방법에 관한 것이다.
최근, 연비 향상을 목적으로 하여 자동차나 조선 등의 수송 기기에서는 질량 경감을 위해 고장력 강판을 사용하는 움직임이 활발화되고 있다. 고장력 강판도 연강과 마찬가지로 아크 용접이 행해지는데, 용접 이음매에서는 피로 강도를 연강과 동일한 정도로밖에 확보할 수 없고, 용접부의 피로 강도가 모재보다 저하되어 고장력 강판 본래의 성능을 발휘할 수 없다는 문제가 있다.
용접부의 피로 강도가 모재보다 저하되는 원인으로서, (1) 지단부(止端部)의 응력 집중과 (2) 열의 팽창, 수축에 의해 생기는 인장 잔류 응력의 두 가지가 주된 원인으로 생각되어, 지금까지 수많은 수단에 의해 개선이 시도되어 왔다.
이들과 관련하여, 이하에서 응력 집중의 완화와 인장 잔류 응력의 저하에 관하여 설명한다.
<응력 집중의 완화>
용접 지단부의 응력 집중을 완화하기 위해, 접촉각의 감소, 지단 반경의 증대와 같은 비드 형상을 매끄럽게 하는 수단이 고안되었다. 예컨대 특허문헌 1∼4에서는, 강판 성분의 한정, 표면 장력을 낮추는 특수 성분을 첨가한 와이어의 사용, 전압 등 용접 조건의 한정 등에 의해 달성하는 것이 제시되어 있다. 그러나, 이들 수단에서는 조건에 대한 제한이 많아 범용성이 부족하였다. 그리고 지금까지, 단순히 용접을 행한 것만으로 지단 형상을 현저히 개선하는 기술은 사실상 없고, 또한 발명자들의 확인 실험 결과로는, 응력 집중의 완화만으로는 피로 강도 개선 효과가 약하다는 것을 알았다. 즉, 응력 집중의 개선만으로 피로 강도의 향상을 달성할 수 있다고는 할 수 없다.
<인장 잔류 응력의 저하(용접 금속의 항복 응력의 저하, 연성의 향상에 의한 것)>
특허문헌 5, 6에는, 잔류 응력을 저하시키기 위해 용접 금속을 소성 변형시키기 쉽게 하는 사상이 제시되어 있다. 그러나, 특허문헌 5에서는 구체적인 용접 수단이 제시되어 있지 않아 실용 불가능하고, 특허문헌 6에서는 용접 와이어에 대하여 과잉으로 탈산 성분을 줄여 강도를 저하시키기 때문에 탈산 부족으로 기공 결함이 생기기 쉽다는 문제나, 고강도 강판에 적용하면 정적 이음매 인장 강도가 부족하여 버리는 등의 문제가 있었다.
<인장 잔류 응력의 저하(응력 제거 소둔에 의한 것)>
종래부터 가장 잘 알려져 있는 잔류 응력의 제거 방법으로서, 소둔로에서 고온 유지하는 응력 제거 소둔(PWHT)이 있다. 그러나, 취급하는 강재가 비교적 얇은 것이 주체인 수송 기기 업계에서는 설비를 갖고 있는 제조사는 거의 없고, 설비를 도입하여도 생산 효율이 현저히 저하되어 고비용화를 초래하게 된다.
<인장 잔류 응력의 저하(피닝(peening)에 의한 것)>
쇼트 피닝이나 해머 피닝, 초음파 피닝이라고 불리는 수단으로 용접 후에 압축 응력을 가하는 수단이 있고, 특허문헌 7에도 제시되어 있다. 그러나 이것도 설비의 도입이 필요하고, 또한 생산 효율이 현저히 저하되어 고비용화를 초래하게 된다.
<인장 잔류 응력 저하(저온 변태 용접 재료에 의한 것)>
그래서 최근 주목받고 있는 수단으로서, 용접 금속의 마르텐사이트 변태 온도(Ms점)를 저하시켜 실온시에 팽창 변태의 압축 잔류 응력을 부여하거나, 또는 인장 잔류 응력을 저감시키는 방법이 주목받고 있다. 예컨대 특허문헌 8에는, 고 Cr과 고 Ni를 합친 용접 금속에 의해 Ms점을 저하시키는 수법이 제안되어 있다. 그 후, 수많은 동일 수법에 의한 제안이 나왔다. 예컨대 특허문헌 9∼16에는, 고 Cr, 고 Ni 또는 고 Mn계 용접 금속 또는 용접 와이어의 규정이 있다.
특허문헌 17에는, 0.45∼0.7질량%라는 고 C의 저온 용접 와이어를 이용하여 Ms점 200∼350℃라는 낮은 온도를 달성하고, 또한 용입 깊이를 판 두께의 2/3 이하로 제한하는 박판의 겹치기 필릿 용접 방법이 제안되어 있다. 또한 특허문헌 18에는, 역시 0.35∼0.7질량%라는 고 C의 저온 용접 와이어를 이용하여 Ms점 250∼400℃라는 낮은 온도를 달성하고, 또한 용입 깊이를 판 두께의 1/2 이하로 제한하고, 추가로 용접 비드 지단부가 강판 표면보다도 오목하게 들어가 있는 박판의 겹치기 필릿 용접 방법이 제안되어 있다.
다른 한편, 특허문헌 19에는, Ms점을 475∼550℃로 비교적 높게 설정하여 용접 금속의 내균열성이나 흡수 에너지를 개선하고, 또한 용입 깊이를 판 두께의 1/3 이하, 구속도(拘束度)를 4000N/mm·mm로 하는 필릿 용접 방법이 제안되어 있다.
일본 특허공개 평6-340947호 공보 일본 특허공개 평8-25080호 공보 일본 특허공개 2002-361480호 공보 일본 특허공개 2002-361481호 공보 일본 특허공개 평7-171679호 공보 일본 특허공개 평9-227987호 공보 일본 특허공개 2004-136312호 공보 일본 특허공개 소54-130451호 공보 일본 특허공개 2000-288728호 공보 일본 특허공개 2001-246495호 공보 일본 특허공개 2002-273599호 공보 일본 특허공개 2004-98108호 공보 일본 특허공개 2004-98109호 공보 일본 특허공개 2004-98113호 공보 일본 특허공개 2004-98114호 공보 일본 특허공개 2005-238305호 공보 일본 특허 제4173957호 공보 일본 특허공개 2004-136313호 공보 일본 특허 제4173999호 공보
그러나, 종래의 필릿 용접 이음매 및 필릿 용접 방법에서는 이하에 나타내는 문제가 있다.
특허문헌 8∼16에 기재된 발명에서는, 이들은 어느 것이나 고가인 원소를 다량으로 첨가하고, 또한 솔리드(solid) 와이어를 이용하는 경우는 신선성(伸線性)이 나쁜 것도 더해져, 고비용인 용접 재료가 된다. 게다가 실용상의 최대 결점으로서, Ms점의 저하에 따라 고경도 금속이 되어 지연 균열(즉, 수소 균열) 발생 우려의 증대를 피할 수 없다는 문제가 있다. 가령 판 두께가 얇아 구속이 작기 때문에 용접 직후에는 균열이 발생하지 않더라도, 그 후의 운용 환경에 따라서는 부식에 의한 수소 진입, 취화의 가능성이 있어 지연 균열의 우려가 늘 따라다닌다. 그것을 피하기 위해서는, 용접 전후에 용접체를 가열하여 확산성 수소를 놓아주는 열처리를 행할 필요가 있지만, 수송 기기와 같이 수많은 이음매를 대량 생산하는 경우에는 비용면에서 사실상 현실적이지는 않다. 또한, 마르텐사이트 조직이 주체가 될수록 일반적으로 금속은 무르게 되어 취성 파괴를 일으키기 쉬워진다. 한편, 이러한 특성의 일반적인 지표로서 샤르피 흡수 에너지가 저하된다.
특허문헌 17, 18에 기재된 발명에서는, 이들은 C의 농도가 높기 때문에, 상기한 바와 같이 지연 균열이 발생하기 쉽고, 또한 고온 균열(즉, 응고 균열)도 발생하기 쉽다. 또한 샤르피 흡수 에너지도 낮다. 게다가 실제의 생산에 있어서 용입 깊이나 비드가 오목하게 들어가는 양을 관리하는 것도 곤란하다.
특허문헌 19에 기재된 발명에서는, 역시 용입 깊이나 구속도를 관리하는 것은 실제의 생산에 있어서는 곤란하고, Ms점이 높아진 만큼 피로 강도 개선 효과가 작아진다.
이상과 같이, 저온 변태에 의한 인장 잔류 응력의 저하에 의존한 수단은 현실적이지는 않다.
본 발명은 이들 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 용접 재료에 의한 지단부의 압축 잔류 응력 부여에 과도하게 의지하지 않고 응력 집중을 개선함으로써 높은 피로 강도를 가짐과 동시에, 균열이 없고, 인성도 우수한 필릿 용접 이음매, 및 이 필릿 용접 이음매를 얻기 위한 가스 실드 아크 용접 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명에 따른 필릿 용접 이음매는, 아크 용접에 의해 형성된 강의 필릿 용접 이음매로서, 용접 금속의 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms점)가 400℃ 이상 550℃ 이하이고, 용접 지단부의 지단 반경 ρ를 모재의 판 두께 t로 나눈 값(ρ/t), 즉 지단 반경 ρ와 모재의 판 두께 t의 비율 ρ/t가 0.25 이상이며, 또한 하기 수학식 1을 만족하고, 균열 결함이 없다.
Figure pat00001
이러한 구성에 의하면, 용접 금속의 Ms점을 400℃ 이상 550℃ 이하로 함으로써 내균열성 및 인성이 저하되지 않고서 팽창 변태가 일어나 인장 잔류 응력이 작아지고 압축 잔류 응력이 발생한다. 또한, ρ/t를 0.25 이상으로 함으로써 응력 집중이 현저히 완화되어 피로 강도가 향상된다. 나아가, 수학식 1을 만족함으로써 응력 집중 완화와 잔류 인장 응력 완화의 복합 효과가 유효해진다.
또한, 본 발명에 따른 필릿 용접 이음매는, 실드 가스로서 순 Ar 가스를 이용하고, 와이어로서 플럭스 코어드 와이어를 이용한 아크 용접에 의해 형성된 강의 필릿 용접 이음매로서, 상기 와이어는, 외피로서 띠강 또는 강관을 이용하고, 와이어 전체 질량 환산으로 C: 0.08∼0.32질량%, Si: 0.40∼3.00질량%, Mn: 1.00∼5.00질량%, P: 0.030질량% 이하, S: 0.030질량% 이하를 함유하고, 산화물의 합계를 1.0질량% 이하(0질량%를 포함함)로 억제하며, 또한 와이어에 대한 총 플럭스 질량비를 7∼30질량%로 하고, 용접기의 전류 또는 전압 파형으로서 펄스 파형을 이용하여 형성되고, 균열 결함이 없다.
이러한 구성에 의하면, 실드 가스로서 순 Ar 가스를 이용함으로써 용접 지단부의 지단 반경 ρ가 커지고, 와이어로서 플럭스 코어드 와이어를 이용함으로써 순 Ar 가스로의 용접이 가능해진다. 또한, C, Mn을 소정량 함유함으로써 담금질성이 높아지고, Si를 소정량 함유함으로써 모재와 용접 비드의 순염성(馴染性)이 향상되며, P, S를 소정량 이하로 억제함으로써 응고 균열의 발생이 억제된다. 나아가, 산화물의 합계를 소정량 이하로 억제함으로써 아크 안정성이 저해되지 않아 비드 형상이 정상으로 되고, 응력 집중도 완화된다. 그리고, 와이어에 대한 총 플럭스 질량비를 규정함으로써 순 Ar 실드 가스에 있어서 적절히 아크가 안정화되고, 또한 단계 용융이 적정하게 행해진다. 또한, 펄스 파형을 이용함으로써 평균 전류에 관계없이 높은 전류 영역의 작용을 항상 이용할 수 있기 때문에, 핀치력이 부여되어 규칙적인 용적 이탈이 실현된다.
또한, 본 발명에 따른 필릿 용접 이음매는, 실드 가스로서 순 Ar 가스를 이용하고, 와이어로서 플럭스 코어드 와이어를 이용한 아크 용접에 의해 형성된 강의 필릿 용접 이음매로서, 상기 와이어는, 외피로서 띠강 또는 강관을 이용하고, 와이어 전체 질량 환산으로 C: 0.08∼0.32질량%, Si: 0.40∼3.00질량%, Mn: 1.00∼5.00질량%, P: 0.030질량% 이하, S: 0.030질량% 이하를 함유하고, 산화물의 합계를 1.0질량% 이하로 억제하며, 또한 와이어에 대한 총 플럭스 질량비를 7∼30질량%로 하고, 용접기의 전류 또는 전압 파형으로서 펄스 파형을 이용하여 형성되고,
용접 금속의 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms점)가 400℃ 이상 550℃ 이하이고, 용접 지단부의 지단 반경 ρ를 모재의 판 두께 t로 나눈 값(ρ/t)이 0.25 이상이며, 또한 하기 수학식 1을 만족하고, 균열 결함이 없다.
[수학식 1]
Ms(℃)≤375×[ρ/t]+320
이러한 구성에 의하면, 실드 가스로서 순 Ar 가스를 이용함으로써 용접 지단부의 지단 반경 ρ가 커지고, 와이어로서 플럭스 코어드 와이어를 이용함으로써 순 Ar 가스로의 용접이 가능해진다. 또한, C, Mn을 소정량 함유함으로써 담금질성이 높아지고, Si를 소정량 함유함으로써 모재와 용접 비드의 순염성이 향상되며, P, S를 소정량 이하로 억제함으로써 응고 균열의 발생이 억제된다. 나아가, 산화물의 합계를 소정량 이하로 억제함으로써 아크 안정성이 저해되지 않아 비드 형상이 정상으로 되고, 응력 집중도 완화된다. 그리고, 와이어에 대한 총 플럭스 질량비를 규정함으로써 순 Ar 실드 가스에 있어서 적절히 아크가 안정화되고, 또한 단계 용융이 적정하게 행해진다. 또한, 펄스 파형을 이용함으로써 평균 전류에 관계없이 높은 전류 영역의 작용을 항상 이용할 수 있기 때문에, 핀치력이 부여되어 규칙적인 용적 이탈이 실현된다.
나아가, 용접 금속의 Ms점을 400℃ 이상 550℃ 이하로 함으로써 내균열성 및 인성이 저하되지 않고서 팽창 변태가 일어나 인장 잔류 응력이 작아지고 압축 잔류 응력이 발생한다. 또한, ρ/t를 0.25 이상으로 함으로써 응력 집중이 현저히 완화되어 피로 강도가 향상된다. 또한, 수학식 1을 만족함으로써 응력 집중 완화와 잔류 인장 응력 완화의 복합 효과가 유효해진다.
또한, 본 발명에 따른 필릿 용접 이음매에 있어서는, 상기 와이어는 추가로 와이어 전체 질량 환산으로 Ti, Zr, Al 및 Mg의 합계(Ti+Zr+Al+Mg)를 0.80질량% 이하 함유하여도 좋다.
이들 성분을 함유함으로써, 용적의 표면 장력이 상승하여 와이어 선단 용융부의 길이가 짧아져, 순 Ar 가스 분위기 하에서의 아크 안정성이 개선된다.
또한, 본 발명에 따른 필릿 용접 이음매에 있어서는, 상기 와이어는 추가로 와이어 전체 질량 환산으로 Ni: 3.0질량% 이하, Cr: 3.0질량% 이하, Mo: 3.0질량% 이하 중 적어도 1종을 함유하여도 좋다.
이들 성분을 함유함으로써, 인성이 저하되지 않고서 Ms점이 낮아져 담금질성이 높아진다.
또한, 본 발명에 따른 필릿 용접 이음매에 있어서는, 상기 수학식 1을 하기 수학식 2로 하여도 좋다.
Figure pat00002
이러한 구성에 의하면, 응력 집중 완화와 잔류 인장 응력 완화의 복합 효과가 더욱 유효해진다.
또한, 본 발명에 따른 필릿 용접 이음매에 있어서는, 상기 아크 용접을 행하는 모재의 판 두께를 6mm 이하로 하여도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 동일한 지단 반경 ρ이면 판 두께 t가 작은 쪽이 응력 집중 효과가 소실되기 때문에, 판 두께를 6mm 이하로 함으로써 응력 집중 효과를 소실시키기 쉬워진다.
본 발명에 따른 가스 실드 아크 용접 방법은, 상기 기재된 플럭스 코어드 와이어를 이용한 가스 실드 아크 용접 방법으로서, 실드 가스로서 순 Ar 가스를 이용하고, 용접기의 전류 또는 전압 파형으로서 펄스 파형을 이용한다.
이러한 용접 방법에 의하면, 실드 가스로서 순 Ar 가스를 이용하고, 와이어로서 상기 기재된 와이어를 이용하기 때문에, 용접 지단부의 지단 반경 ρ가 커지고, 또한 담금질 경화성이나 모재와 용접 비드의 순염성이 향상됨과 동시에 응고 균열의 발생이 억제된다. 나아가, 아크 안정성이 저해되지 않아 비드 형상이 정상으로 되고, 응력 집중도 완화된다. 그리고, 펄스 파형을 이용함으로써 규칙적인 용적 이탈이 실현된다. 이들 작용에 의해, 용접 금속은 Ms점, ρ/t가 소정의 값이 됨과 동시에 이들이 소정의 관계를 갖는 것이 된다.
본 발명의 필릿 용접 이음매는 피로 강도가 높기 때문에, 필릿 용접된 제조물의 수명을 연장시키는 것이 가능해진다. 나아가, 종래 Ms점을 크게 저하시키기 위해 필요하다고 여겨졌던 Ni 등의 고가인 합금 원소를 다량으로 함유시킬 필요가 없어 비용적으로도 우수하다.
본 발명의 가스 실드 아크 용접 방법은 용접 와이어 조성 및 실드 가스 조성을 규정하고, 이것에 용접 전류 파형을 조합시킴으로써 이음매의 피로 강도가 대폭 향상되기 때문에, 필릿 용접된 제조물의 수명을 연장시키는 것이 가능해진다. 또한, 지연 균열이나 응고 균열 등의 용접 균열이 발생하지 않는다. 나아가, Ni 등의 고가인 합금 원소를 다량으로 함유시킬 필요가 없어 비용적으로도 우수하다.
도 1은 겹치기 필릿 용접 이음매에서의 ρ/t와 응력 집중 계수 kt의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 ρ/t와 Ms점의 본 발명 범위와 종래 범위를 비교한 그래프이다.
도 3의 (a)∼(c)는 가스 실드 아크 용접에서의 용적 이행을 설명하기 위한 도면으로, 용접부의 단면 형상을 나타내는 모식도이다.
도 4는 실시예에서의 겹치기 필릿 용접의 조건을 설명하기 위한 모식도로, (a)는 사시도, (b)는 (a)의 A-A 단면도이다.
도 5는 실시예에서의 지단 반경 ρ의 측정 방법 및 Ms점 측정용 시험편의 채취 요령을 나타내는 모식도이다.
도 6은 실시예에서의 피로 시험편의 형상과 치수를 나타내는 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 관하여 상세하게 설명한다.
우선, 도 1∼3을 참조하여, 본 발명자들이 완성하기에 이른 본 발명에 따른 필릿 용접 이음매 및 가스 실드 아크 용접 방법의 원리에 관하여 설명한다.
일반적으로 응력 집중 계수는 지단 반경 ρ와 판 두께 t의 비율 ρ/t와 상반하는 관계에 있어, 예컨대 지단 반경 ρ가 커질수록 응력 집중 계수는 작아진다. 즉, 응력 집중이 약해진다. 이 관계를 실험에 의해 확인한 바, 도 1에 나타내는 결과가 되었다. 즉, ρ/t가 0.20 이하인 영역에서는 응력 집중 계수가 현저히 상승하여 피로 강도 저하가 현저하다. CO2 가스나 Ar과 CO2의 혼합 가스(이하, 적절히 Ar+CO2라고 함)를 이용한 일반적인 가스 실드 아크 용접법에서는, 지단 반경 ρ에 관해서는 지금까지 검토된 어떠한 수단을 강구하더라도 ρ/t는 0 이상 0.20 이하의 영역 내에서밖에 개선되지 않고, 그 때문에 피로 강도 개선 효과가 현저하지 않다는 것을 알았다.
한편, ρ/t가 0.25 이상인 영역에서는, ρ/t의 변화에 대하여 응력 집중 계수의 변화는 둔감하여, 평판의 응력 집중 계수인 1.0에 가까운 값이 된다. 따라서, 이 영역으로까지 ρ/t를 개선할 수 있으면, 응력 집중은 현저히 완화되어 피로 강도가 개선될 것으로 기대된다.
피로 강도 저하의 또 하나의 요인인 인장 잔류 응력의 영향에 관해서는, 지금까지의 수많은 문헌에 보고되어 있는 바와 같이 피로 강도에 영향을 주고 있는 것은 틀림없다. 지금까지는 지단 형상의 개선에 의한 피로 강도의 개선 수단이 없었기 때문에, 실온 냉각시에 인장이 압축으로 변하는 체적 팽창 상(相) 변태를 최대한 이용한 수단이 제안되어 왔다. 그러나, 팽창 변태, 즉 마르텐사이트 변태는 고경도이고 취화된 특성을 가져 수소에 의한 지연 균열이 가장 발생하기 쉬운 금속 조직으로서 주지되어 있다. 여기서, 용접 금속의 경도는 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms점)와 상관이 있어, Ms점이 낮을수록 고경도가 된다. 그리고 고경도일수록 지연 균열 감수성이 높아지고, 게다가 흡수 에너지도 저하된다. 즉, Ms점이 낮은 용접 금속은 내지연균열성, 인성의 점에서 실용성이 부족하다.
이들 이유로부터, 피로 강도가 개선된 실용성이 풍부한 용접 이음매는, 예열 없이 지연 균열이 발생하지 않는 범위까지 Ms점을 저하시키는 것에 의한 인장 잔류 응력의 경감과, 피로 강도 개선의 부족분을 보충하기 위한, 지단 형상을 개선하는 것에 의한 응력 집중 완화 효과를 조합하는 하이브리드(복합) 작용으로 함으로써 달성하는 것이 가장 바람직하다는 결론에 도달하였다. 한편, Ms점을 과도하게 저하시킬 필요가 없으면, 고가인 합금을 필요로 하는 일도 없기 때문에 비용면에서도 보다 실용성이 증가한다.
구체적으로는, 용접 금속의 Ms점은 400℃ 이상으로 하는 것이 필요하다. Ms점이 400℃ 이상이면, 약간의 팽창 변태인 베이나이트 변태 또는 저 변형 영역의 마르텐사이트 변태 정도로 끝나고, 지연 균열 감수성은 높아지지 않아, 용접 후의 운용시의 환경을 고려하여도 균열 우려는 무시할 수 있다. 또한 흡수 에너지도 실용적 범위에 든다. 한편, Ms점이 550℃를 초과하면, 실질적으로 팽창 변태는 생기지 않게 되어 지단부의 압축 잔류 응력은 기대할 수 없다. 그리고 응력 집중을 아무리 완화하여도, 응력 집중 완화의 단독 효과로는 큰 피로 강도 개선에는 이르지 못한다.
한편, 본 발명의 범위에 있어서, ρ/t가 비교적 작은 영역에서는 Ms점을 저하시켜 압축 잔류 응력을 부여하는 것에 의한 복합 효과를 최대한 필요로 하기 때문에, 1차 식에 의한 상관 영역을 마련한다. 구체적으로는, 「수학식 1: Ms(℃)≤375×[ρ/t]+320」을 만족하지 않으면 안 된다. 나아가서는 「수학식 2: Ms(℃)≤375×[ρ/t]+250」을 만족하면 더욱 바람직하다. 이들 Ms점과 1차 식의 관계를 도 2에 나타낸다. 한편, 도면 중, 수학식 1의 범위는 수학식 2의 범위를 포함한다. 이 지단 형상과 Ms점으로 구성되는 영역은, 지금까지 혁신적인 지단 반경 개선 수단이 없었기 때문에 실용 수단이 존재하지 않고 있다. 그러나, 본 발명자들은 이 영역을 만족할 수 있는 실용적 아크 용접법을 개발하였다.
다음에, 도 3을 참조하여 가스 실드 아크 용접에서의 용적 이행에 관하여 설명한다. 도 3의 (a)는 종래의 와이어와 종래의 실드 가스를 조합한 경우의 용적 이행과 비드 형상을 나타내는 모식도, (b)는 종래의 와이어와 순 Ar 실드 가스를 조합한 경우의 용적 이행과 비드 형상을 나타내는 모식도, (c)는 본 발명에서 규정하는 와이어와 순 Ar 실드 가스를 조합한 경우의 용적 이행과 비드 형상을 나타내는 모식도이다.
일반적인 가스 실드 아크 용접법은 실드 가스로 CO2나 Ar+CO2와 같은 산화성 가스를 이용한다. 이는, 예컨대 상기한 모든 선행기술 문헌에서도 해당된다. 이 이유는, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 산화성 가스가 아크(11a) 중에서 열 괴리될 때에 생기는 흡열 반응이 아크(11a)를 긴축시켜 이른바 핀치력으로서 작용하여, 와이어 선단의 용융부(이하, 적절히 와이어 선단 용적부라고 함)(12a)를 조여서 절단하여 아크(11a)를 안정적으로 이행시키는 기능을 가지기 때문이다. 이에 의해, 아크(11a)는 경직성을 갖고, 일정한 좁은 영역에 아크(11a)를 집중시켜, 깊은 용입과 안정된 용적 이행을 실현하고 있다(용적(13a) 참조). 그러나, 발명자들의 연구에 의해, 이 아크(11a) 및 용적 이행 개소의 집중은, 비드 형상의 볼록화나 지단부의 젖음성 저하의 요인이 되고 있는 단점이기도 하다는 것을 규명하였다(용융지(14a) 참조).
이에 대하여 연구를 진행시킨 결과, 본 발명에서 규정하는 플럭스 코어드 와이어와, 종래 소모 전극식 가스 실드 아크 용접법에는 부적당하다고 여겨지고 있었던 순 Ar 조성의 실드 가스, 및 펄스 용접기를 조합함으로써, 종래 불가능하였던 ρ/t가 0.25 이상인 우수한 비드 지단 형상이 얻어지는 실용화 수단을 발명하기에 이르렀다.
도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 일반적으로 실드 가스로서 순 Ar을 이용하면, 핀치력이 발생하지 않기 때문에, 와이어 선단 용적부(12b)를 절단하여 용융지(14b)에 이행시키는 것이 불가능해진다. 그 때문에, 아크(11b)가 매우 불안정하여 정상인 용접 비드를 형성할 수 없다(용융지(14b) 참조). 또한 스패터(15)도 발생한다.
그러나, 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같이, 화학 성분이나 산화물량, 플럭스율 등을 규정한 본 발명에서 규정하는 플럭스 코어드 와이어에서만, 와이어 선단 용융부(12c)의 신장이 방지되어 용융지(14c)에의 용적(13c)의 이행이 가능해지고, 또한 일반적으로 산화물이 기점이 되는 모재측 음극점이 없는 것에 따르는 모재측 아크 발생점의 적절한 불안정성이 용융지(14b)를 획기적으로 넓히는 작용이 있다는 것을 알았다. 이에 의해, 지단부의 순염성이 개선되어 지단 반경 ρ를 비약적으로 크게 할 수 있다. 또한, 펄스 용접기는 전류 영역에 의존하지 않고 아크 안정성을 개선하는 효과가 있고, 나아가서는 지단부 형상의 개선, 안정화에 기여한다.
이와 같이, 용접 금속의 Ms점이 적절해지도록 용접 와이어의 화학 성분을 최적으로 조정하고, Ar 실드 가스와 펄스 용접기를 조합함으로써, 종래 행할 수 없었던 잔류 응력과 지단부에의 응력 집중의 동시 제어를 가능하게 하기에 이르렀다.
이하, 본 발명의 필릿 용접 이음매 및 가스 실드 아크 용접 방법에 관하여 설명한다.
≪필릿 용접 이음매≫
[제 1 실시형태]
본 발명의 필릿 용접 이음매는, 아크 용접에 의해 형성된 강의 필릿 용접 이음매로서, 용접 금속의 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms점)가 400℃ 이상 550℃ 이하이고, 용접 지단부의 지단 반경 ρ를 모재의 판 두께 t로 나눈 값(ρ/t), 즉 지단 반경 ρ와 모재의 판 두께 t의 비율 ρ/t가 0.25 이상이며, 또한 하기 수학식 1을 만족하고, 균열 결함이 없는 것이다.
[수학식 1]
Ms(℃)≤375×[ρ/t]+320
이하, 각 구성에 관하여 설명한다.
<Ms점: 400℃ 이상 550℃ 이하>
용접 금속의 Ms점이 낮을수록 실온 가까이에서 팽창 변태를 일으키고 인장 잔류 응력이 상쇄되어 작아진다. 나아가서는 대신에 압축 잔류 응력이 발생하여 피로 강도를 개선시킨다. 이 작용은 Ms점이 550℃ 이하가 아니면 유효해지지 않는다. 한편, Ms점이 낮을수록 압축 잔류 응력이 커지지만, 변형이 큰 마르텐사이트 조직이 조장되어 균열이 발생하기 때문에 실용적이지는 않게 된다. 나아가, 샤르피 흡수 에너지도 저하되어 충격에 약해진다. 본 발명에서는 지단 형상 개선에 의한 응력 집중의 완화가 유효하게 작용하기 때문에, 과도하게 낮은 Ms점으로 할 필요는 없고, 일반적인 시공에서 내균열성 및 인성에 문제가 없는 용접 금속이 형성되는 400℃를 하한으로 한다.
여기서 Ms점은, 예컨대 용접 금속의 단면 중앙부로부터 Ms점 측정용 시험편을 잘라내고, 이 시험편의 Ms점을 변태점 측정 장치에 의해 측정함으로써 산출할 수 있다.
<ρ/t: 0.25 이상>
응력 집중의 정도를 나타내는 응력 집중 계수는 지단 반경 ρ와 모재의 판 두께 t의 비율 ρ/t에 반비례한다. 즉, 지단 반경 ρ가 일정한 용접 지단에서는, 판 두께가 작을수록 ρ/t가 높아져 응력 집중 완화가 현저해지고, 판 두께가 커짐에 따라 ρ/t가 낮아져서 응력 집중이 강해져 피로 강도가 낮아지는 경향이 있다. 본 발명의 규정 범위의 Ms점에 의한 용접 지단부의 잔류 응력 영역에서는, ρ/t가 0.25 이상이면 응력 집중에 의한 피로 강도 저하가 크게 개선된다. 따라서, ρ/t는 0.25 이상으로 한다.
여기서 지단 반경 ρ는, 예컨대 용접 후의 비드 길이 방향 중앙부를 수직으로 절단하여 단면 매크로 시험편을 작성한 후, 이를 광학 현미경으로 용접 금속 표면과 모재 표면의 회합부인 이른바 지단부를 확대하고, 원주를 할당하여 그의 반경을 지단 반경 ρ로 정의함으로써 산출할 수 있다.
<Ms(℃)≤375×[ρ/t]+320>
상기와 같이, Ms점과 ρ/t를 둘 다 만족하는 것이 본 목적에는 필요하지만, ρ/t의 하한측과 Ms점의 상한측의 영역에서는 이들의 복합 효과가 부족하기 때문에, Ms점과 ρ/t의 관계에 대하여 소정의 제한을 마련할 필요가 있다. 이 제한에 관해서는, 이들 둘 다의 파라미터를 포함하는 하기 수학식 1의 관계를 만족하면, 응력 집중 완화와 잔류 인장 응력 완화의 복합 효과가 유효해진다. 즉, 피로 강도가 개선된다.
[수학식 1]
Ms(℃)≤375×[ρ/t]+320
한편, 더욱 효과를 높이기 위해, 상기 수학식 1의 절편을 「+250」으로 좁혀 하기 수학식 2로 하는 것이 보다 바람직하다.
[수학식 2]
Ms(℃)≤375×[ρ/t]+250
또한, 아크 용접을 행하는 모재의 판 두께는 6mm 이하인 것이 바람직하다.
<모재의 판 두께: 6mm 이하>
지단 반경 ρ와 판 두께 t의 비율 ρ/t는 응력 집중 계수와 상관이 있어, 그 값이 클수록 응력 집중 계수가 1, 즉 평면에 가까워져 응력 집중 효과가 소실되는 메커니즘은 상기한 바와 같다. 또한, 용접법으로 지단 반경 ρ를 크게 하는 수단도 상기한 바와 같지만, 동일한 지단 반경 ρ이면 판 두께 t가 작은 편이 보다 효과적이게 되는 것은 분명하다. 즉, 판 두께가 작을수록 본 발명은 그 피로 강도 개선 효과가 커진다. 그리고, 판 두께가 6mm 이하이면 본 발명에 의한 지단 반경 ρ의 개선 범위와의 조합으로 그 효과는 현저해진다. 따라서, 판 두께는 6mm 이하로 하는 것이 바람직하다.
[제 2 실시형태]
본 발명의 필릿 용접 이음매는, 실드 가스로서 순 Ar 가스를 이용하고, 와이어로서 플럭스 코어드 와이어를 이용한 아크 용접에 의해 형성된 강의 필릿 용접 이음매로서, 상기 와이어는, 외피로서 띠강 또는 강관을 이용하고, 와이어 전체 질량 환산으로 C, Si, Mn, P, S를 소정량 함유하며, 또한 산화물의 합계를 소정량 이하로 억제한 것이다. 추가로, 와이어에 대한 총 플럭스 질량비를 규정한 것이다. 그리고, 이 필릿 용접 이음매는 용접기의 전류 또는 전압 파형으로서 펄스 파형을 이용하여 형성되고, 또한 균열 결함이 없는 것이다.
추가로 와이어는 와이어 전체 질량 환산으로 Ti, Zr, Al 및 Mg의 합계(Ti+Zr+Al+Mg)를 소정량 함유하여도 좋고, Ni, Cr, Mo 중 1종 이상을 소정량 함유하여도 좋다.
이하, 각 구성에 관하여 설명한다.
<실드 가스: 순 Ar>
본 발명의 필릿 용접 이음매의 구조를 형성하는 용접 방법의 필수 조건의 하나로서, 용접시의 실드 가스를 순 Ar로 할 필요가 있다. 종래, 철계의 소모 전극식 용접법에서는 이용되지 않는 순 Ar로 함으로써, 산화성 가스를 가한 일반적인 실드 가스에 대하여 혁신적으로 비드의 지단 형상을 평탄화, 즉 지단 반경 ρ를 크게 할 수 있다. 산화성 가스를 이용한 실드 가스로는 지단 반경 ρ를 개선할 수는 없다.
한편, 본 발명에 있어서의 「순 Ar」의 표기는 숫자상의 100체적% Ar은 아니고, 공업 제품으로서의 순 Ar이다. 여기서, JIS K1105에는 공업용 Ar이 규정되어 있고, 1급이 순도 99.99체적% 이상, 2급이 순도 99.90체적% 이상이지만, 어느 쪽도 본 용접의 조합으로서 문제없이 사용 가능하다.
<와이어 형태: 외피가 띠강 또는 강관인 플럭스 코어드 와이어>
본 발명의 필릿 용접 이음매를 실현하는 용접 와이어는, 순 Ar 가스로의 용접을 가능하게 하기 위해, 그의 구조는 솔리드 와이어는 아니며, 플럭스 코어드 와이어가 아니면 안 된다. 단, 플럭스 코어드 와이어로서의 구조는 종래와 동일하다. 솔리드 와이어를 이용하여도 지단 반경 ρ가 커지지 않고 ρ/t가 낮아져 응력 집중 개선 효과를 얻을 수 없다. 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법은 띠강의 길이 방향으로 플럭스를 산포하고 나서 감싸도록 원형 단면으로 성형하여 신선하는 방법이나 굵은 직경의 강관에 플럭스를 충전하여 신선하는 방법이 있지만, 어느 방법이라도 본 발명에는 영향을 미치지 않기 때문에 어느 방법으로 제조하여도 좋다. 나아가, 시임(seam)이 있는 것과 없는 것이 있지만, 이것도 어느 것이든 좋다. 외피의 성분에 대해서는 하등 규정할 필요는 없지만, 비용면과 신선성의 면에서 연강의 재질을 이용하는 것이 일반적이다. 또한, 표면에 구리 도금을 실시하는 경우도 있지만, 도금의 유무는 문제삼지 않는다.
<C: 0.08∼0.32질량%>
C는 Ms점을 낮춰 담금질성을 높이는 효과가 있는 원소이다. Ms점을 본 발명에서의 상한인 550℃까지 낮추기 위해서는 0.08질량% 이상이 필요하다. 한편, C 함유량을 높임에 따라 Ms점은 저하되지만, 경도가 상승하여 지연 균열이 발생하기 쉬워진다. 또한, 상 변태도에서의 고체 액체 공존 온도 영역이 확대되기 때문에 응고 균열도 일어나기 쉬워진다. 게다가 인성도 저하된다. 지연 균열이 발생하지 않는 Ms점으로서 본 발명에서는 하한을 400℃로 하였는데, 이를 실현하고, 또한 고온 균열도 방지하고, 인성도 확보하기 위해서는 C 함유량을 0.32질량% 이하로 억제하는 것이 필요하다. 한편, 내고온균열성, 인성의 관점에서 더 바람직하게는 0.25질량% 이하이다.
<Si: 0.40∼3.00질량%>
Si는 용융지의 표면 장력을 낮춰 모재와 용접 비드의 순염성을 향상시키는 기능이 있는 원소이다. 지단부에서의 응력 집중을 개선하기 위해서는 0.40질량% 이상이 필요하다. 한편, 3.00질량%를 초과하면 용융지의 점성이 상승하여 반대로 순염성을 열화시킨다. 게다가 인성도 저하된다. 그 때문에, Si 함유량은 3.00질량% 이하로 억제하는 것이 필요하다.
<Mn: 1.00∼5.00질량%>
Mn은 Ms점을 낮춰 담금질성을 높이는 효과가 있는 원소이다. Ms점을 본 발명에서의 상한인 550℃까지 낮추기 위해서는 1.00질량% 이상이 필요하다. 한편, Mn 함유량을 높임에 따라 Ms점은 저하되지만, 경도가 상승하여 지연 균열이 발생하기 쉬워진다. 게다가 인성도 저하된다. 지연 균열이 발생하지 않는 Ms점으로서 본 발명에서는 하한을 400℃로 하였는데, 이를 실현하고, 인성도 확보하기 위해서는 Mn 함유량을 5.00질량% 이하로 억제하는 것이 필요하다.
<P, S: 각각 0.030질량% 이하>
P, S는 모두 응고 균열을 발생시키기 쉽게 하는 원소이다. 일반적으로는 고의로 첨가할 필요는 없다. 그러나, 각각 0.030질량% 이하이면 함유하여도 실용상문제 없기 때문에 각각 0.030질량%를 허용 상한으로 한다. 한편, S에 관해서는 표면 장력을 낮춰 모재와 용접 비드의 순염성을 향상시키는 기능이 있기 때문에, 0.007질량% 이상으로 제어하면 보다 바람직하다.
<산화물의 합계: 1.0질량% 이하(0질량 포함함)>
일반적인 산화성 가스용 플럭스 코어드 와이어의 대부분은 TiOx, SiOx, MnOx, Zr0x, Mg0x(식 중, x는 수)와 같은 금속 산화물을 아크의 소프트화, 슬래그 박리성의 향상, 슬래그 피복의 확보와 같은 목적을 위해 적극 첨가하고 있다. 그러나, 본 발명의 필릿 용접 이음매를 실현하기 위해 필요한 플럭스 코어드 와이어는, 조합하는 순 Ar 가스로 최적화시킬 필요가 있고, 순 Ar 분위기에서는 반대로 산화물의 존재는 아크 안정성을 저해한다. 이 결과, 정상인 비드 형상이 얻어지지 않고, 응력 집중 완화의 효과도 얻어지지 않는다. 따라서, 산화물은 적을수록 바람직하다. 산화물의 합계가 1.0질량% 이하이면 악영향은 현저하지는 않기 때문에 1.0질량%를 상한으로 한다.
<플럭스의 잔부가 철분(鐵粉)>
플럭스는 합금 원소 외에는 기본적으로 철분으로 구성된다. 한편, 철분의 정의로서는, Fe 농도 95질량% 이상이고 입도가 500㎛ 이하인 분체이다. 단, 아크 안정성을 한층 더 개선할 목적으로 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속 또는 그들의 화합물을 미량을 첨가하는 것은 본 발명의 목적에 대하여 단점으로는 되지 않기 때문에 허용할 수 있다. 또한, 플럭스 중에는, 기타 성분으로서 불가피적 불순물을 미량으로 포함한다. 한편, 불가피적 불순물의 성분은 본 발명의 목적에는 영향을 미치지 않는다.
<총 플럭스 질량비: 7∼30질량%>
와이어에 대한 총 플럭스 질량비는 와이어 단위 길이당 플럭스 질량이고, 총 플럭스 질량비가 작을수록 단면적에서의 중심부의 플럭스 전유(專有) 면적이 작은 것을 나타낸다. 순 Ar 실드 가스에 있어서 적절히 아크를 안정화시키기 위해서는, 플럭스와 외피 강의 2중 구조가 필요하고, 총 플럭스 질량비가 7질량% 미만이면 실질적으로 2중 구조의 효과가 소실되어, 솔리드 와이어와 동일하게 전체 단면 균일 용융을 일으켜 와이어 선단 용융부가 가늘고 길어져서, 용적 이행, 비드 형상 모두 불안정화된다. 와이어 선단 용융부를 짧게 하기 위해서는 총 플럭스 질량비로서 7질량% 이상이 필요하다. 한편, 30질량%를 초과하면 외피 강이 얇아져 와이어로서의 제조가 곤란해질 뿐만 아니라, 전류가 흐르는 외피 강의 과열이 심해져 외피 강만이 아크에 의해 상부에서 용융되어 버림으로써 역시 적정한 단계 용융이 행행해지지 않고, 아크가 불안정해진다. 따라서 와이어에 대한 총 플럭스 질량비는 30질량%를 상한으로 한다.
<용접기의 전류 또는 전압 파형으로서 펄스 파형>
펄스 용접법에서는 평균 전류에 관계없이 높은 전류 영역의 작용을 항상 이용하여 핀치력을 부여함으로써 규칙적인 용적 이탈을 실현할 수 있다. 산화성 가스의 열 괴리에 의한 열적 핀치력이 얻어지지 않는 순 Ar 가스 용접법에서는, 전류 파형에 의한 핀치력의 증대가 특히 필요하다. 규칙적인 용적 이행이 아니면 비드 형상에 악영향을 미쳐, 억지로는 응력 집중을 개선할 수 없다. 본 발명에서 규정하는 지단 형상을 얻기 위해서는 펄스 파형이 필수이다. 펄스의 설정에 대해서는 특별히 한정하지 않지만, 피크 전류: 350∼600A, 베이스 전류: 30∼100A, 1피크(상승 개시로부터 피크 정상기를 거쳐 하강 종료까지)의 기간으로 0.8∼5.0msec가 일반적으로 사용된다.
<Ti+Zr+Al+Mg: 0.80질량% 이하>
Ti, Zr, Al, Mg는 용적의 표면 장력을 상승시켜 와이어 선단 용융부의 길이를 짧게 하여 순 Ar 가스 분위기 하에서의 아크 안정성을 개선하는 원소이다. 이들 원소는 금속 그 자체(예컨대, Ti, Zr, Al, Mg)나 이들의 철 합금(예컨대, 페로타이타늄, 페로지르코늄, 페로알루미늄) 및 각각의 합금(예컨대, 알루미늄 마그네슘 합금)과 같은 형태로 플럭스로서 이용한다. 한편, 상기한 바와 같이 산화물로의 첨가는 바람직하지 않다. 어느 형태로 하더라도 Ti, Zr, Al, Mg의 환산으로 합계 0.80질량% 이하의 적극 첨가로 아크 안정성은 개선되지만, 0.80질량%를 초과하면 과잉이 되고 용접 지단부의 순염성이 열화되어 응력 집중 개선을 방해한다. 따라서, Ti+Zr+Al+Mg를 첨가하는 경우는, 합계 0.80질량%가 상한이다.
<Ni, Cr, Mo: 각각 3.0질량% 이하>
Ni, Cr, Mo는 Ms점을 낮춰 담금질성을 높이는 효과가 있는 원소이다. 이들은 반드시 첨가하지 않더라도 Ms점을 본 발명에서의 상한인 550℃까지 낮출 수는 있지만, C나 Mn과 같은 담금질성을 높이는 원소의 일부를 대체할 수 있다. 그러나, 각각의 첨가량을 높임에 따라 Ms점은 저하되지만, 경도가 상승하여 지연 균열이 발생하기 쉬워진다. 게다가 인성도 저하된다. 지연 균열이 발생하지 않는 Ms점으로서 본 발명에서는 하한을 400℃로 하였는데, 이를 실현하고, 인성도 확보하기 위해서는, 이들을 첨가하는 경우 각각 3.0질량% 이하로 억제하는 것이 필요하다.
또한, 아크 용접을 행하는 모재의 판 두께는 6mm 이하인 것이 바람직하다. 판 두께에 관해서는, 상기 제 1 실시형태에서 설명한 바와 같기 때문에 여기서는 설명을 생략한다.
[제 3 실시형태]
본 발명의 필릿 용접 이음매는, 실드 가스로서 순 Ar 가스를 이용하고, 와이어로서 플럭스 코어드 와이어를 이용한 아크 용접에 의해 형성된 강의 필릿 용접 이음매로서, 상기 와이어는, 외피로서 띠강 또는 강관을 이용하고, 와이어 전체 질량 환산으로 C, Si, Mn, P, S를 소정량 함유하고, 또한 산화물의 합계를 소정량 이하로 억제한 것이다. 추가로, 와이어에 대한 총 플럭스 질량비를 규정한 것이다. 그리고, 이 필릿 용접 이음매는 용접기의 전류 또는 전압 파형으로서 펄스 파형을 이용하여 형성된 것이다.
또한, 용접 금속의 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms점)가 400℃ 이상 550℃ 이하이고, 용접 지단부의 지단 반경 ρ를 모재의 판 두께 t로 나눈 값(ρ/t), 즉 지단 반경 ρ와 모재의 판 두께 t의 비율 ρ/t가 0.25 이상이며, 또한 하기 수학식 1을 만족하고, 균열 결함이 없는 것이다.
[수학식 1]
Ms(℃)≤375×[ρ/t]+320
한편, 상기 수학식 1은 하기 수학식 2로 하는 것이 보다 바람직하다.
[수학식 2]
Ms(℃)≤375×[ρ/t]+250
추가로 와이어는 와이어 전체 질량 환산으로 Ti, Zr, Al 및 Mg의 합계(Ti+Zr+Al+Mg)를 소정량 함유하여도 좋고, Ni, Cr, Mo 중 어느 1종을 소정량 함유하여도 좋다.
그리고, 아크 용접을 행하는 모재의 판 두께는 6mm 이하인 것이 바람직하다.
제 3 실시형태의 각 구성에 관해서는, 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태에서 설명한 바와 같기 때문에 여기서는 설명을 생략한다.
≪가스 실드 아크 용접 방법≫
본 발명의 가스 실드 아크 용접 방법은, 상기 기재된 플럭스 코어드 와이어를 이용한 가스 실드 아크 용접 방법으로서, 실드 가스로서 순 Ar 가스를 이용하고, 용접기의 전류 또는 전압 파형으로서 펄스 파형을 이용한 것이다.
즉, 실드 가스로서 순 Ar 가스를 이용하고, 와이어로서 상기 설명한 플럭스 코어드 와이어를 이용하고, 용접기의 전류 또는 전압 파형으로서 상기 설명한 펄스 파형을 이용하여 용접함으로써, 형성된 필릿 용접 이음매가 상기 기재한 본 발명의 필릿 용접 이음매가 된다. 즉, 이 가스 실드 아크 용접 방법에 의해, 상기 제 1 실시형태, 상기 제 2 실시형태, 상기 제 3 실시형태의 필릿 용접 이음매를 얻을 수 있다.
한편, 본 용접 방법에서 이용하는 순 Ar 가스, 플럭스 코어드 와이어, 펄스 파형에 관해서는, 상기 설명한 바와 같기 때문에 여기서는 설명을 생략한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 필릿 용접 이음매 및 가스 실드 아크 용접 방법은 용접 재료에 의한 지단부의 압축 잔류 응력 부여에 과도하게 의지하지 않고 응력 집중을 혁신적으로 개선함으로써, 즉 잔류 응력 제어와 지단 형상을 동시에 개선함으로써, 이음매 피로 강도를 향상시키고, 또한 지연 균열 등의 위험성, 흡수 에너지의 저하를 배제할 수 있는 것으로, 고능률, 저위험성, 저비용을 실현할 수 있다.
즉, 용접 와이어 조성 및 실드 가스 조성을 규정하고, 이것에 용접 전류 파형을 조합시킴으로써, 비드 지단 형상을 획기적으로 개선시키고, 또한 인장 잔류 응력에 영향을 주는 Ms점을 적정하게 조정하고, 추가로 판 두께를 만족시키면, 이음매의 피로 강도가 대폭 향상되어 제조물의 수명을 연장시키는 것이 가능해진다. 또한, 종래 기술의 수법인, Ms점을 실온 부근으로까지 저하시키는 것으로 일어나는 용접 균열 발생의 위험성이 생기지 않는다는 획기적인 효과가 얻어진다. 나아가, Ms점을 크게 저하시키기 위해 필요하다고 여겨졌던 Ni 등의 고가인 합금 원소를 다량으로 함유시킬 필요도 없어져 비용적으로도 실용적인 기술이다.
실시예
다음에, 본 발명에 따른 필릿 용접 이음매 및 가스 실드 아크 용접 방법에 관하여, 본 발명의 요건을 만족시키는 실시예와 본 발명의 요건을 만족시키지 않는 비교예를 비교하여 구체적으로 설명한다.
[제 1 실시예]
제 1 실시예는 상기 제 1 실시형태에 따른 필릿 용접 이음매에 관한 것이다.
도 4의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 샘플마다 판 두께를 변화시킨 모재인 강판(50, 50)끼리를 겹치기 필릿 용접하고, 이하의 항목을 확인하였다.
본 용접 조건은 이하와 같다.
와이어 직경: 1.2mm
실드 가스 유량: 20리터/분
토치 전진 후퇴각: 없음(즉, 용접선 방향에 직각)
용접 전류, 용접 전압, 용접 속도: 판 두께에 따라 최적치(여기서는 세로판측 각(脚) 길이가 상판까지 도달하는 것)
표 1에 모재의 조성과 인장 강도를 나타낸다. 또한, 플럭스 코어드 와이어 외피의 조성을 표 2에 나타내고, 와이어 형태, 와이어의 성분 조성, 실드 가스 조성, 용접기의 조건, 아크 안정성을 표 3∼5에 나타낸다. 여기서, 와이어 형태로서는, No. 48, 49, 55, 58, 61은 솔리드 와이어(표 중, Solid로 기재)를 이용한 것이고, 성분 조성란에는 솔리드 와이어의 조성을 기재하고 있다. 그 밖의 것은 플럭스 코어드 와이어(표 중, FCW로 기재)를 이용한 것이다. 한편, 표 3∼5에서, 「-」은 성분을 함유하지 않는 것이나 수치가 존재하지 않는 것이고, 또한 소정의 범위를 만족시키지 않는 것에 대해서는 수치 등에 밑줄을 그어 나타낸다. 또한, 순 Ar은 JIS K1105에 준거한 Ar 가스를 이용하고, 표 중에는 Ar 100%로 기재한다.
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
<아크 안정성>
아크 안정성에 대해서는, 용접시에 관능으로 평가하였다. 안정적으로 용접 가능한 경우를 「양호」, 격하게 스패터가 발생한 경우나 비드 형상이 불균일해진 경우 등을 「나쁨」으로 하여 구분하였다.
<Ms점>
이음매에 형성된 용접 금속(51)의 Ms점은, 도 5에 나타내는 바와 같이, 용접 금속(51)의 단면 중앙부로부터 직경 2.5mm×길이 10mm의 둥근 막대를 Ms점 측정용 시험편(52)으로서 잘라내고, 이 시험편의 Ms점을 변태점 측정 장치에 의해 측정하였다.
<지단 반경 ρ, ρ/t>
지단 반경 ρ에 대해서는, 우선 용접 후의 비드 길이 방향 중앙부를 수직으로 절단하고, 연마, 산에 의한 에칭을 거쳐 단면 매크로 시험편을 작성하였다. 이것을 배율 10으로 한 광학 현미경으로 용접 금속 표면과 모재 표면의 회합부인 이른바 지단부를 확대하고, 도 5에 나타내는 바와 같이 원주를 할당하여 그의 반경을 지단 반경 ρ(mm)로 정의하였다. 또한, 지단 반경 ρ와 판 두께 t로부터 ρ/t를 산출하였다.
<수학식 1, 2(표 중, Y1, Y2)>
지단 반경 ρ와 판 두께 t의 비율 ρ/t, 및 Ms점의 관계식인 상기 수학식 1은 편의상 식을 변환하여 「Y1=375×[ρ/t]+320-Ms(℃)」로 하고, Y1이 0 이상이면 수학식 1을 만족한 것이 되기 때문에 본 발명의 규정 범위를 만족한다고 하여 「◎」, 마이너스 값이면 본 발명의 규정 범위를 만족하지 않는다고 하여 「×」로 하였다.
더 바람직한 범위를 규정하는 상기 수학식 2는 편의상 식을 변환하여 「Y2=375×[ρ/t]+250-Ms(℃)」로 하고, Y2가 0 이상이면 수학식 2를 만족한 것이 되기 때문에 본 발명의 바람직한 규정 범위를 만족한다고 하여 「◎」, 마이너스 값이면 본 발명의 규정 범위는 만족하지만 약간 효과가 약하다고 하여 「○」로 하였다. 한편, Y1이 마이너스인 경우는 Y2를 계산할 필요는 없기 때문에 생략하고 있다.
<피로 강도>
피로 강도에 대해서는, 용접 워커로부터 도 6에 나타내는 피로 시험편(60)을 채취하고, 양진(兩振) 평면 굽힘 피로 시험에 의한 피로 강도를 측정함으로써 평가하였다. 양진 평면 굽힘 피로 시험은 주파수 25Hz, 정현파 응력의 조건에서 행하였다. 그리고, 107회의 시간 강도를 피로 강도로 정의하고, 200MPa 미만인 경우를 피로 강도 향상의 효과 없다고 하여 불합격(×), 200MPa 이상인 경우를 효과 있다고 하여 합격(○), 230MPa 이상을 현저히 효과 있다고 하여 합격(◎)으로 하였다.
<균열>
균열에 대해서는, 용접 후에 X선 투과 시험을 행하여 균열의 유무를 확인함으로써 평가하였다. 균열의 발생이 인정된 것은 불합격으로 하였다. 한편, 지연 균열인지 응고 균열인지의 판단은 비드 내의 발생 개소와 균열 파면을 관찰함으로써 특정하였다. 한편, 균열이 발생하고 있는 이음매는, 피로 시험에서 모두 107회에 달하기 전에 파단되었기 때문에 데이터가 없게 되었다.
<인성>
용접 금속의 인성에 대해서는, 샤르피 충격 시험에서의 흡수 에너지에 의해 평가하였다. 우선, 겹치기 필릿 용접시험과는 별도로, 플럭스 코어드 와이어인 JIS Z3313 또는 솔리드 와이어인 JIS Z3312를 이용하는 경우에 준거한 전체 용착 다층 용접을 행하였다. 그리고, 용접 금속의 단면 중앙부로부터 샤르피 충격 시험편을 채취하여 샤르피 충격 시험에 제공하였다. 그리고, -20℃의 흡수 에너지로서 47J 이상인 경우를 인성이 충분하다고 하여 합격(○), 47J 미만인 경우를 인성이 부족하다고 하여 불합격(×)으로 하였다.
이들의 결과를 표 6∼8에 나타낸다. 한편, 표 6∼8에서 「-」은 측정 등을 행하지 않았거나 얻어지지 않았던 것이다. 또한, 「ρ/t」는 소수점 이하 3자리째를 사사 오입한 값이고, Y1, Y2의 계산에서는 사사 오입하지 않은 값을 이용하고 있다. 또한, Y1, Y2는 소수점 이하 1자리째를 사사 오입한 값이다. 그리고, Y1이 마이너스 값이 된 것에 대해서는, 이하, 수학식 1을 만족하지 않는 것으로 하여 설명한다.
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
No. 1∼24는 본원의 실시예이다. 용접 금속의 Ms점과 ρ/t의 관계가 본원 규정 범위를 만족하고 있어, 균열 결함의 발생이 없고, 피로 강도 개선이 인정되었다. 인성도 양호하였다.
한편, No. 25∼61은 비교예이고, 이하의 결과가 되었다.
No. 25∼27은 Ms점과 ρ/t의 각각도 규정 범위를 만족하지만, 이들의 상관식인 수학식 1을 만족하지 않는 이음매 성상 때문에, 피로 강도 개선 효과가 인정되지 않았다. No. 28은 ρ/t가 규정 범위를 하회하기 때문에, 피로 강도 개선 효과가 인정되지 않았다. No. 29는 와이어의 C 함유량이 부족하기 때문에, Ms점이 규정 범위를 초과하고 있다. 따라서, 피로 강도 개선 효과가 인정되지 않았다.
No. 30은 와이어의 C 함유량이 과잉이기 때문에, Ms점이 지나치게 낮아져 용접 금속이 과잉 경도가 되어 지연 균열이 발생하였다. 또한 응고 균열도 발생하였다. 이것이 원인이 되어 피로 시험에서 단시간에 시험편이 파괴되어, 107 시간 강도가 얻어지지 않았다. 또한 인성도 뒤떨어졌다. No. 31은 Si 함유량이 부족하기 때문에, 젖음성이 저하되고 지단부 형상이 악화되어 수학식 1을 만족하지 않았다. 따라서 피로 강도 개선 효과가 인정되지 않았다. No. 32는 Si 함유량이 과잉이기 때문에, 용융지 점성이 높아지고 지단 형상이 악화되어 수학식 1을 만족하지 않았다. 따라서 피로 강도 개선 효과가 인정되지 않았다. 또한 인성도 뒤떨어졌다.
No. 33은 Mn 함유량이 부족하기 때문에,·담금질성이 부족하여 Ms점이 규정 범위를 초과하고, 또한 수학식 1을 만족하지 않았다. 따라서 피로 강도 개선 효과가 인정되지 않았다. No. 34는 Mn 함유량이 과잉이기 때문에, Ms점이 지나치게 낮아져 용접 금속이 과잉 경도가 되어 지연 균열이 발생하였다. 이것이 원인이 되어 피로 시험에서 단시간에 시험편이 파괴되어, 107 시간 강도가 얻어지지 않았다. 또한 인성도 뒤떨어졌다. No. 35, 36은 산화물 합계량이 본원 규정 범위를 초과하고 있어, 순 Ar 가스 용접에서 아크 안정성이 개선되지 않고, 비드 형상도 악화되어 ρ/t 및 수학식 1이 규정 범위로부터 벗어났다. 그 때문에, 피로 강도 개선 효과가 인정되지 않았다.
No. 37은 Ti 함유량이 과잉이기 때문에, 아크 안정성이 열화되고, 용접 지단부의 순염성도 열화되어, ρ/t가 규정 범위를 하회하였다. 또한, 수학식 1을 만족하지 않았다. 그 때문에, 피로 강도 개선 효과가 인정되지 않았다. No. 38, 39, 40은 각각 Mo 함유량, Cr 함유량, Ni 함유량이 과잉이기 때문에, Ms점이 지나치게 낮아져 용접 금속이 과잉 경도가 되어 지연 균열이 발생하였다. 이것이 원인이 되어 피로 시험에서 단시간에 시험편이 파괴되어, 107 시간 강도가 얻어지지 않았다. 또한 인성도 뒤떨어졌다.
No. 41은 와이어의 플럭스율이 부족하기 때문에, 순 Ar 가스 용접에서 아크 안정성이 개선되지 않고, 비드 형상도 악화되어 ρ/t 및 수학식 1이 규정 범위로부터 벗어났다. 그 때문에, 피로 강도 개선 효과가 인정되지 않았다. No. 42는 반대로 와이어의 플럭스율이 과잉이기 때문에, 순 Ar 가스 용접에서 아크 안정성이 개선되지 않고, 비드 형상도 악화되어 ρ/t 및 수학식 1이 규정 범위로부터 벗어났다. 그 때문에, 피로 강도 개선 효과가 인정되지 않았다. 또한 와이어 제조 자체가 곤란하였다. No. 43은 와이어에 관해서는 규정 범위를 만족하지만, 실드 가스가 순 Ar은 아니고, 일반적으로 잘 사용되는 산화성 가스인 Ar 80체적%와 CO2 20체적%의 혼합 가스 조성이다. 산화성 가스와의 조합으로는 비드가 넓어지지 않고, 용접 지단부의 순염성이 열화되어, ρ/t 및 수학식 1이 규정 범위를 하회하였다. 그 때문에, 피로 강도 개선 효과가 인정되지 않았다.
No. 44는 약간 산화성은 약해지지만, 역시 산화성을 갖는 Ar 90체적%와 CO2 10체적%의 혼합 가스 조성이다. 그 때문에, 역시 비드가 넓어지지 않고, 용접 지단부의 순염성이 열화되어, ρ/t가 규정 범위를 하회하였다. 게다가 Cr 함유량과 Ni 함유량이 과잉이기 때문에, Ms점이 지나치게 낮아져 용접 금속이 과잉 경도가 되어 지연 균열이 발생하였다. 이것이 원인이 되어 피로 시험에서 단시간에 시험편이 파괴되어, 107 시간 강도가 얻어지지 않았다. 또한 인성도 뒤떨어졌다. No. 45는 산화성이 더욱 낮은 Ar 98체적%와 CO2 2체적%의 혼합 가스 조성이다. 그러나, 역시 비드가 넓어지지 않고, 용접 지단부의 순염성이 열화되어, ρ/t 및 수학식 1이 규정 범위를 하회하였다. 그 때문에, 피로 강도 개선 효과가 인정되지 않았다.
No. 46은 CO2 용접을 행한 것이다. 일반적으로 CO2 용접에서는 펄스 용접법의 특징인 저 스패터 효과가 나타나지 않기 때문에, 전류 파형도 통상의 정전류·정전압 특성이 조합되고 있다. 그러나, 본원 발명에서 규정하는 와이어와의 조합에서는 아크 안정성이 나쁘고, 용접 지단부의 순염성이 열화되어, ρ/t 및 수학식 1이 규정 범위를 하회하였다. 그 때문에, 피로 강도 개선 효과가 인정되지 않았다. No. 47은 와이어 조성과 실드 가스 조성이 본원 범위를 만족하지만, 전류 파형이 펄스가 아니라 정전류·정전압 특성이다. 그러나 이 파형에서는 아크가 불안정하고, 용접 지단부의 순염성도 열화되어, ρ/t 및 수학식 1이 규정 범위를 하회하였다. 그 때문에, 피로 강도 개선 효과가 인정되지 않았다.
No. 48은 와이어 형태가 철사 형상의 솔리드 와이어이다. 그 때문에, 순 Ar과의 조합에서는 매우 아크 안정성이 나쁘고, 용접 지단부의 순염성도 열화되어 ρ/t 및 수학식 1이 규정 범위를 하회하였다. 그 때문에, 피로 강도 개선 효과가 인정되지 않았다. No. 49는 마찬가지로 솔리드 와이어이고, 실드 가스가 산화성의 Ar 90체적%와 CO2 10체적%의 혼합 가스 조성이다. 그 때문에, 아크 안정성은 개선되었지만, 아크는 본 발명의 용접 방법과 같이 넓어지지 않고, 비드도 넓어지지 않기 때문에, 용접 지단부의 순염성이 열화되어 ρ/t 및 수학식 1이 규정 범위를 하회하였다. 그 때문에, 피로 강도 개선 효과가 인정되지 않았다.
No. 50은 와이어 형태, 와이어 조성, 실드 가스 조성, 전류 파형은 규정 범위를 만족하지만, 판 두께와의 조합의 관계에서 ρ/t 및 수학식 1이 규정 범위를 하회하였다. 그 때문에, 피로 강도 개선 효과가 인정되지 않았다. No. 51은 일반적으로 유통되는 플럭스 코어드 와이어와, 이것에 이용하는 가스 조성 및 전류 파형의 조합이다. C 함유량이 부족하기 때문에, 담금질성이 부족하여 Ms점이 규정 범위를 초과하고 있다. 게다가 산화물량이 과잉이고, 또한 산화성 가스나 정전류·정전압 특성의 파형을 이용하고 있기 때문에, 비드 형상 개선 효과도 없고, ρ/t 및 수학식 1이 규정 범위로부터 벗어났다. 그 때문에, 피로 강도 개선 효과가 인정되지 않았다.
No. 52는 종래 제안되어 있었던 고 C계의 저온 변태 용접 재료이지만, Ms점이 지나치게 낮아, 용접 금속이 과잉 경도가 되어 지연 균열이 발생하였다. 또한 응고 균열도 발생하였다. 이것이 원인이 되어 피로 시험에서 단시간에 파괴되었기 때문에, 107 시간 강도가 얻어지지 않았다. 또한 인성도 뒤떨어졌다. 게다가, ρ/t가 규정 범위로부터 벗어났다. No. 53, 54는 각각 P 함유량, S 함유량이 과잉이어서, 응고 균열이 발생하였다. 이것이 원인이 되어 피로 시험에서 단시간에 시험편이 파괴되어, 107 시간 강도가 얻어지지 않았다.
No. 55는 특허문헌 18에 기재된 이음매 No. 3을 모의한 시험편이다. 단, 피닝 처리는 실시하고 있지 않다. 특허문헌 18에서는 솔리드 와이어인지 FCW인지 불분명하지만, 여기서는 솔리드 와이어 및 Ar 80체적%와 CO2 20체적%의 혼합 가스를 이용하였기 때문에, ρ/t가 작아 응력 집중 개선은 얻어지지 않았다. 또한, C가 과잉이어서 Ms점은 낮지만, 고온 균열, 응고 균열이 발생하였다. 이것이 원인이 되어 피로 시험에서 단시간에 파괴되었기 때문에, 107 시간 강도가 얻어지지 않았다. 또한 인성도 뒤떨어졌다. No. 56은 특허문헌 3에 기재된 와이어 No. 7을 모의한 시험편이다. 매우 다량의 S를 첨가함으로써 ρ/t를 높이고 있지만, 응고 균열이 발생하였다. 이것이 원인이 되어 피로 시험에서 단시간에 파괴되었기 때문에, 107 시간 강도가 얻어지지 않았다. 한편, Ms점 저하에 의한 잔류 응력의 저감은 일어나고 있지 않다.
No. 57은 특허문헌 12에 기재된 와이어 No. 8을 모의한 시험편이다. 다량의 Mn과 Ni를 첨가함으로써 Ms점을 낮춰 잔류 응력을 개선하고 있지만, 용접 금속이 과잉 경도가 되어 지연 균열이 발생하였다. 이것이 원인이 되어 피로 시험에서 단시간에 파괴되었기 때문에, 107 시간 강도가 얻어지지 않았다. 또한 인성도 뒤떨어졌다. 한편, Ar 80체적%와 CO2 20체적%의 혼합 가스가 적용되고 있어, ρ/t가 작아 응력 집중 개선은 얻어지지 않았다. No. 58은 특허문헌 14에 기재된 No. 3의 조건을 모의한 것이다. 다량의 Ni와 Cr을 첨가함으로써 Ms점을 낮춰 잔류 응력을 개선하고 있지만, 용접 금속이 과잉 경도가 되어 지연 균열이 발생하였다. 이것이 원인이 되어 피로 시험에서 단시간에 파괴되었기 때문에, 107 시간 강도가 얻어지지 않았다. 또한 인성도 뒤떨어졌다. 한편, Ar 98체적%와 O2 2체적%의 혼합 가스가 적용되고 있어, ρ/t가 작아 응력 집중 개선은 얻어지지 않았다.
No. 59는 특허문헌 10에 기재된 와이어 No. b를 모의한 시험편이다. 다량의 Ni와 Cr을 첨가함으로써 Ms점을 낮춰 잔류 응력을 개선하고 있지만, 용접 금속이 과잉 경도가 되어 지연 균열이 발생하였다. 이것이 원인이 되어 피로 시험에서 단시간에 파괴되었기 때문에, 107 시간 강도가 얻어지지 않았다. 또한 인성도 뒤떨어졌다. 한편, 실드 가스가 사용되고 있지 않아서, ρ/t가 작아 응력 집중 개선 효과가 얻어지지 않을 뿐만 아니라, 블로우 홀도 발생하였다(표에는 게재하지 않음). No. 60은 특허문헌 17에 기재된 와이어 No. W5를 모의한 시험편이다. Ar 80체적%와 CO2 20체적%의 혼합 가스로는 ρ/t가 작아 응력 집중 개선 효과는 얻어지지 않았다. 또한 C가 과잉이어서 Ms점은 낮지만, 고온 균열, 응고 균열이 발생하였다. 이것이 원인이 되어 피로 시험에서 단시간에 파괴되었기 때문에, 107 시간 강도가 얻어지지 않았다. 또한 인성도 뒤떨어졌다.
No. 61은 특허문헌 2에 기재된 와이어 No. C를 모의한 시험편이다. 솔리드 와이어와, Ar 80체적%와 CO2 20체적%의 혼합 가스의 조합 때문에, ρ/t가 작아 응력 집중 개선 효과는 얻어지지 않았다. 또한, Ms점과 ρ/t를 규정한 수학식 1도 만족하지 않아 피로 강도 개선 효과는 얻어지지 않았다.
[제 2 실시예]
제 2 실시예는 상기 제 2 실시형태, 상기 제 3 실시형태에 따른 필릿 용접 이음매, 및 상기 가스 실드 아크 용접 방법에 관한 것이다.
시험 방법, 평가 방법 등은 상기 제 1 실시예와 마찬가지이고, 모재의 조성이나 플럭스 코어드 와이어 외피의 조성도 마찬가지이다.
또한, 와이어 형태, 플럭스 중의 성분 조성, 실드 가스 조성, 용접기의 조건, 아크 안정성은 상기 제 1 실시예의 표 3∼5에서의 No. 1∼24, 29∼49, 51∼61과 마찬가지이다. 결과에 관해서도, 표 6∼8에서의 No. 1∼24, 29∼49, 51∼61과 마찬가지이다. 따라서, 여기서는 표 3∼8을 참조하여 설명한다.
No. 1∼24는 본원의 실시예이다. 성분 조성이나 용접 금속의 Ms점과 ρ/t의 관계가 본원 규정 범위를 만족하고 있어, 균열 결함의 발생 없이 피로 강도 개선이 인정되었다. 인성도 양호하였다. 또한, 그의 제작 조건도 본원 발명 범위를 만족하고 있어, Ms점과 ρ의 최적화를 도모할 수 있었다.
한편, No. 29∼49, 51∼61은 비교예이다. 한편, 비교예에 관해서는, 상기 제 1 실시예에서의 설명과 마찬가지이기 때문에 여기서는 설명을 생략한다.
이상, 본 발명에 관하여 실시형태 및 실시예를 나타내어 구체적으로 설명하였지만, 본 발명의 취지는 상기한 내용에 한정되지 않고, 그의 권리 범위는 특허청구범위의 기재에 기초하여 넓게 해석하여야 한다. 한편, 본 발명의 내용은 상기한 기재에 기초하여 넓게 개변·변경 등을 하는 것이 가능함은 물론이다.

Claims (10)

  1. 아크 용접에 의해 형성된 강의 필릿 용접 이음매로서,
    용접 금속의 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms점)가 400℃ 이상 550℃ 이하이고, 용접 지단부(止端部)의 지단 반경 ρ를 모재의 판 두께 t로 나눈 값(ρ/t)이 0.25 이상이며, 또한 하기 수학식 1을 만족하고, 균열 결함이 없는, 필릿 용접 이음매.
    [수학식 1]
    Ms(℃)≤375×[ρ/t]+320
  2. 실드 가스로서 순 Ar 가스를 이용하고, 와이어로서 플럭스 코어드 와이어를 이용한 아크 용접에 의해 형성된 강의 필릿 용접 이음매로서,
    상기 와이어는, 외피로서 띠강 또는 강관을 이용하고, 와이어 전체 질량 환산으로 C: 0.08∼0.32질량%, Si: 0.40∼3.00질량%, Mn: 1.00∼5.00질량%, P: 0.030질량% 이하, S: 0.030질량% 이하를 함유하고, 산화물의 합계를 1.0질량% 이하로 억제하며, 또한 와이어에 대한 총 플럭스 질량비를 7∼30질량%로 하고,
    용접기의 전류 또는 전압 파형으로서 펄스 파형을 이용하여 형성되고, 균열 결함이 없는, 필릿 용접 이음매.
  3. 실드 가스로서 순 Ar 가스를 이용하고, 와이어로서 플럭스 코어드 와이어를 이용한 아크 용접에 의해 형성된 강의 필릿 용접 이음매로서,
    상기 와이어는, 외피로서 띠강 또는 강관을 이용하고, 와이어 전체 질량 환산으로 C: 0.08∼0.32질량%, Si: 0.40∼3.00질량%, Mn: 1.00∼5.00질량%, P: 0.030질량% 이하, S: 0.030질량% 이하를 함유하고, 산화물의 합계를 1.0질량% 이하로 억제하며, 또한 와이어에 대한 총 플럭스 질량비를 7∼30질량%로 하고,
    용접기의 전류 또는 전압 파형으로서 펄스 파형을 이용하여 형성되고,
    용접 금속의 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms점)가 400℃ 이상 550℃ 이하이고, 용접 지단부의 지단 반경 ρ를 모재의 판 두께 t로 나눈 값(ρ/t)이 0.25 이상이며, 또한 하기 수학식 1을 만족하고, 균열 결함이 없는, 필릿 용접 이음매.
    [수학식 1]
    Ms(℃)≤375×[ρ/t]+320
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 와이어는 추가로 와이어 전체 질량 환산으로 Ti, Zr, Al 및 Mg의 합계(Ti+Zr+Al+Mg)를 0.80질량% 이하 함유하는 필릿 용접 이음매.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 와이어는 추가로 와이어 전체 질량 환산으로 Ni: 3.0질량% 이하, Cr: 3.0질량% 이하, Mo: 3.0질량% 이하 중 적어도 1종을 함유하는 필릿 용접 이음매.
  6. 제 1 항에 있어서,
    하기 수학식 2를 만족하는 필릿 용접 이음매.
    [수학식 2]
    Ms(℃)≤375×[ρ/t]+250
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크 용접을 행하는 모재의 판 두께가 6mm 이하인 필릿 용접 이음매.
  8. 플럭스 코어드 와이어를 이용하는 가스 실드 아크 용접 방법으로서,
    상기 와이어는, 외피로서 띠강 또는 강관을 이용하고, 와이어 전체 질량 환산으로 C: 0.08∼0.32질량%, Si: 0.40∼3.00질량%, Mn: 1.00∼5.00질량%, P: 0.030질량% 이하, S: 0.030질량% 이하를 함유하고, 산화물의 합계를 1.0질량% 이하로 억제하며, 또한 와이어에 대한 총 플럭스 질량비를 7∼30질량%로 하고,
    실드 가스로서 순 Ar 가스를 이용하고, 용접기의 전류 또는 전압 파형으로서 펄스 파형을 이용하는, 가스 실드 아크 용접 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 와이어는 추가로 와이어 전체 질량 환산으로 Ti, Zr, Al 및 Mg의 합계(Ti+Zr+Al+Mg)를 0.80질량% 이하 함유하는 가스 실드 아크 용접 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 와이어는 추가로 와이어 전체 질량 환산으로 Ni: 3.0질량% 이하, Cr: 3.0질량% 이하, Mo: 3.0질량% 이하 중 적어도 1종을 함유하는 가스 실드 아크 용접 방법.
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