KR20190006446A

KR20190006446A - 다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법

Info

Publication number: KR20190006446A
Application number: KR1020180078829A
Authority: KR
Inventors: 도모노리 가키자키; 가즈유키 기쿠치; 도모카즈 모리모토
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2018-07-06
Publication date: 2019-01-18
Also published as: CN109226938A; CN109226938B; KR102117815B1

Abstract

이면 비드의 형성 상태가 매우 양호하며, 충격 성능에도 우수한 다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법을 제공한다. 선행극과 후행극을 포함하며, 상기 선행극은 역극성이며, 플럭스 코어드 와이어 또는 솔리드 와이어를 이용하며, 상기 선행극은 와이어 돌출 길이(EL) : 15~35㎜, 용접 전류(IL) : 350~550A 및 와이어 송급량(WL) : 5.0~14.0m/분이며, 상기 선행극이, 130 ≤ (IL×WL/EL) ≤ 450의 관계를 만족하며, 상기 후행극은 정극성이며, 플럭스 코어드 와이어를 이용하며, 또한 상기 후행극의 상기 플럭스 코어드 와이어는 금속 Al : 1.5~3.5 질량% 및 Mg : 0.2~1.0 질량%를 포함하며, 2.0 질량% ≤ (금속 Al＋Mg) ≤ 4.0 질량%, 및, 2.0 ≤ (금속 Al/Mg) ≤ 10.0의 관계를 만족하는, 다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법.

Description

다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법{MULTI-ELECTRODE GAS-SHIELDED ARC ONE-SIDE WELDING METHOD}

본 실시형태는 다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법에 관한 것이다.

편면 용접이란, 피용접재인 맞댐 이음부의 개선 이면측에 내화성 이면 받침재를 가압하고, 개선 표면측으로부터 용접을 실행하여 개선 이면측에도 이면 비드를 내는 용접 방법이다. 이에 의해, 맞댐 이음부를 반전시키는 일 없이 편면측만으로부터의 용접으로 완전 용입을 얻을 수 있다.

편면 용접은 용접 전류의 고전류화나 개선 단면적의 감소(협개선화)를 실행하는 것에 의해, 그 능률을 향상시킬 수 있다. 한편, 고전류화나 협개선화에 따라서, 비드에는 고온 균열이 발생하기 쉬워진다. 그래서 단일 전극이 아닌, 제 1 전극과 제 2 전극을 포함하는 다전극을 이용한 다전극 가스 실드 아크 편면 용접이 제안되고 있다.

다전극 가스 실드 아크 편면 용접에서는, 제 1 전극에 의한 용접 금속에 생긴 고온 균열을 제 2 전극으로 재용융하는 것에 의해 상기 고온 균열을 없애는 것을 도모하고 있다.

예를 들어 특허문헌 1에서는, 제 1 전극과 제 2 전극에 각각 특정의 전극을 이용하며, 제 1 전극의 극성을 역극성, 제 2 전극의 극성을 정극성으로 하고, 용접 속도, 용접 전류, 전극간 거리, 및 제 1 전극의 용융지 길이의 값을 특정의 범위 내로 규정하고 있다. 이에 의해, 고온 균열이 없는 건전한 초기 층 비드를 얻어, 내고온 균열성이 우수한 편면 용접을 높은 용접 능률로 실행하는 것을 도모하고 있다.

일본 특허 제 4319713 호 공보

그렇지만, 다전극 가스 실드 아크 편면 용접에서는 양호한 이면 비드의 형성 상태를 얻을 수 있는 범위는 좁고, 또한 충격 성능이 낮으므로, 개선이 더욱 요구되고 있었다.

그래서 본 발명은, 이면 비드의 형성 상태가 매우 양호하고, 충격 성능에도 우수한 다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 예의 연구를 거듭한 결과, 선행극을 소정의 조건으로 하는 동시에, 후행극의 플럭스 코어드 와이어의 성분을 특정의 것으로 한정하거나 또는 비소모식 전극을 채용하는 것에 의해 충격 성능이 향상되며, 또한 선행극 및 후행극에 의한 용접 조건을 특정의 것으로 한정하는 것에 의해, 이면 비드의 형성 상태가 향상되는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법의 일 태양은, 용접선 방향으로 일렬로 배치한 복수의 전극을 이용한 다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법으로서, 상기 복수의 전극은 선행극과, 상기 선행극에 이어지는 후행극을 포함하며, 상기 선행극의 극성은 역극성이며, 상기 선행극에서는 플럭스 코어드 와이어 또는 솔리드 와이어를 이용하며, 상기 선행극은 와이어 돌출 길이(EL) : 15~35㎜, 용접 전류(IL) : 350~550A 및 와이어 송급량(WL) : 5.0~14.0m/분이며, 상기 선행극의 상기 EL(㎜), 상기 IL(A) 및 상기 WL(m/분)가 130≤(IL×WL/EL)≤450의 관계를 만족하고, 상기 후행극의 극성은 정극성이며, 상기 후행극에서는 플럭스 코어드 와이어를 이용하며, 또한 상기 후행극의 상기 플럭스 코어드 와이어는 금속 Al : 1.5~3.5 질량% 및 Mg : 0.2~1.0 질량%를 포함하며, 상기 금속 Al과 상기 Mg의 함유량이 2.0 질량% ≤ (금속 Al＋Mg) ≤ 4.0 질량%, 및 2.0 ≤ (금속 Al/Mg) ≤ 10.0의 관계를 만족하는 것을 특징으로 한다.

여기서 Mg의 함유량이란, 금속 Mg와 산화물 Mg를 Mg 환산한 값이다.

본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법의 일 태양은, 상기 후행극은 와이어 돌출 길이(ET) : 15~35㎜, 용접 전류(IT) : 160~400A 및 와이어 송급량(WT) : 1.0~10.0m/분인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법의 일 태양은, 상기 후행극의 상기 ET(㎜), 상기 IT(A) 및 상기 WT(m/분)가 5 ≤ (IT×WT/ET) ≤ 150의 관계를 만족하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법의 일 태양은, 용접 속도 : 200~400㎜/분 및 상기 선행극과 상기 후행극의 극간 거리 : 20~50㎜인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법의 일 태양은, 상기 선행극 위빙 폭 : 0~5㎜ 및 상기 후행극의 위빙 폭 : 0~5㎜인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법의 일 태양은, 용접선 방향으로 일렬로 배치한 복수의 전극을 이용한 다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법으로서, 상기 복수의 전극은 선행극과, 상기 선행극에 이어지는 후행극을 포함하며, 상기 선행극의 극성은 역극성이며, 상기 선행극에서는 플럭스 코어드 와이어 또는 솔리드 와이어를 이용하며, 상기 선행극은 와이어 돌출 길이(EL) : 15~35㎜, 용접 전류(IL) : 350~550A 및 와이어 송급량(WL) : 5.0~14.0m/분이며, 상기 선행극의 상기 EL(㎜), 상기 IL(A) 및 상기 WL(m/분)이 130 ≤ (IL×WL/EL) ≤ 450의 관계를 만족하고, 상기 후행극의 극성은 정극성이며, 또한 상기 후행극에서는 비소모식 전극을 이용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법의 일 태양은, 상기 후행극으로 비소모식 전극을 이용하는 경우에 있어서, 용접 속도 : 200~400㎜/분, 상기 선행극과 상기 후행극의 극간 거리 : 20~50㎜ 및 상기 후행극의 용접 전류(IT) : 160~300A인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법의 일 태양은, 피용접재가 판 두께 : 12~50㎜ 및 개선 각도 : 30~60°의 V형 맞댐인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 다전극 가스 실드 아크 편면 용접에 있어서, 매우 양호한 이면 비드의 형성 상태를 얻을 수 있으며, 또한 양호한 충격 성능에도 우수한 용접재를 얻을 수 있다.

도 1은 다전극 가스 실드 아크 편면 용접에 이용되는 피용접재의 일례가 되는 V형 맞댐의 구조를 도시하기 위한 모식도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하에 설명하는 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 있어서 수치 범위를 나타내는 「~」란, 그 전후에 기재된 수치를 하한값 및 상한값으로 하여 포함하는 의미로 사용된다.

본 실시형태에 따른 다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법[이하, 간략히 「용접 방법」이라 칭하는 경우가 있음]은, 용접선 방향으로 일렬로 배치한 복수의 전극을 이용하며, 상기 복수의 전극은 선행극과, 상기 선행극에 이어지는 후행극을 포함하며, 상기 선행극의 극성은 역극성이며, 상기 선행극에서는 플럭스 코어드 와이어 또는 솔리드 와이어를 이용하며, 상기 선행극은 와이어 돌출 길이(EL) : 15~35㎜, 용접 전류(IL) : 350~550A 및 와이어 송급량(WL) : 5.0~14.0m/분이며, 상기 선행극의 상기 EL(㎜), 상기 IL(A) 및 상기 WL(m/분)이 130 ≤ (IL×WL/EL) ≤ 450의 관계를 만족하며, 상기 후행극의 극성은 정극성이며, 상기 후행극에서는 플럭스 코어드 와이어를 이용하며, 또한 상기 후행극의 상기 플럭스 코어드 와이어는 금속 Al : 1.5~3.5 질량% 및 Mg : 0.2~1.0 질량%를 포함하며, 상기 금속 Al과 상기 Mg의 함유량이 2.0 질량% ≤ (금속 Al＋Mg) ≤ 4.0 질량%, 및 2.0 ≤ (금속 Al/Mg) ≤ 10.0의 관계를 만족한다.

또한, 본 실시형태에 따른 다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법은, 용접선 방향으로 일렬로 배치한 복수의 전극을 이용한 다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법으로서, 상기 복수의 전극은 선행극과, 상기 선행극에 이어지는 후행극을 포함하며, 상기 선행극의 극성은 역극성이며, 상기 선행극에서는 플럭스 코어드 와이어 또는 솔리드 와이어를 이용하며, 상기 선행극은 와이어 돌출 길이(EL) : 15~35㎜, 용접 전류(IL) : 350~550A 및 와이어 송급량(WL) : 5.0~14.0m/분이며, 상기 선행극의 상기 EL(㎜), 상기 IL(A) 및 상기 WL(m/분)이 130 ≤ (IL×WL/EL) ≤ 450의 관계를 만족하고, 상기 후행극의 극성은 정극성이며, 또한 상기 후행극에서는 비소모식 전극을 이용한다.

＜선행극＞

본 실시형태에 있어서의 선행극의 극성은 역극성(DCEP)의 소모성 전극이며, 플럭스 코어드 와이어 또는 솔리드 와이어[이하, 간략히 「와이어」라 칭하는 경우가 있음]를 이용한다. 선행극은, 와이어 돌출 길이(EL) : 15~35㎜, 용접 전류(IL) : 350~550A 및 와이어 송급량(WL) : 5.0~14.0m/분을 만족하며, (IL×WL/EL)로 나타내는 값을 130 이상 450 이하로 하는 것에 의해, 이면 비드의 형성 상태를 양호하게 할 수 있다.

즉, 와이어 돌출 길이(EL)를 15㎜ 이상으로 하는 것에 의해, 이면 비드의 안정성이 양호해지고, 용락도 방지할 수 있다. 와이어 돌출 길이는 17㎜ 이상이 바람직하며, 19㎜ 이상이 보다 바람직하다. 또한, 와이어 돌출 길이를 35㎜ 이하로 하는 것에 의해 이면 비드의 형성이 용이해진다. 와이어 돌출 길이는 33㎜ 이하가 바람직하며, 31㎜ 이하가 보다 바람직하다.

용접 전류(IL)를 350A 이상으로 하는 것에 의해 이면 비드의 형성이 용이해진다. 용접 전류는 370A 이상이 바람직하며, 400A 이상이 보다 바람직하다. 또한, 용접 전류를 550A 이하로 하는 것에 의해 이면 비드의 안정성이 양호해지고, 용락도 방지할 수 있다. 용접 전류는 530A 이하가 바람직하며, 500A 이하가 보다 바람직하다.

와이어 송급량(WL)을 5.0m/분 이상으로 하는 것에 의해 이면 비드의 형성이 용이해진다. 와이어 송급량은 5.5m/분 이상이 바람직하며, 6.0m/분 이상이 보다 바람직하다. 또한, 와이어 송급량을 14.0m/분 이하로 하는 것에 의해 이면 비드의 안정성이 양호해지고, 용락도 방지할 수 있다. 와이어 송급량은 13.0m/분 이하가 바람직하며, 12.0m/분 이하가 보다 바람직하다.

와이어 돌출 길이(EL)(㎜), 용접 전류(IL)(A) 및 와이어 송급량(WL)(m/분)은 (IL×WL/EL)(단위 : A·m/분·㎜)로 나타내는 값을 130 이상으로 하는 것에 의해, 용접 시에 피용접재의 이면측에 이면 비드를 돌출시킬 수 있게 된다. (IL×WL/EL)로 나타내는 값은 200 이상이 바람직하고, 250 이상이 보다 바람직하며, 280 이상이 특히 바람직하다. 또한, (IL×WL/EL)로 나타내는 값을 450 이하로 하는 것에 의해 이면 비드의 지나친 돌출을 방지할 수 있다. (IL×WL/EL)로 나타내는 값은 400 이하가 바람직하며, 350 이하가 보다 바람직하며, 320 이하가 특히 바람직하다.

선행극의 용접 전압(VL)은 특별히 제한되지 않지만, 35V 이상이 아크 안정성의 점에서 바람직하며, 38V 이상이 보다 바람직하다. 또한, 용접 전압은 45V 이하가 아크 안정성의 점에서 바람직하며, 43V 이하가 보다 바람직하다.

선행극의 위빙 폭은 특별히 제한되지 않지만, 0~5㎜로 하는 것이 이면 비드의 형성 상태가 향상하므로 바람직하며, 2㎜ 이상이 보다 바람직하며, 4㎜ 이하가 보다 바람직하다.

선행극의 플럭스 코어드 와이어에는 철계의 플럭스 코어드 와이어, 또는 솔리드 와이어를 이용하는 것이 바람직하다. 플럭스 코어드 와이어란, 강제 외피 내에 플럭스가 충전된 와이어이지만, 와이어의 조성은 피용접재의 종류나 용접 조건에 따라서 달라지며, 특별히 한정되지 않는다.

선행극의 플럭스 코어드 와이어로서는, 예를 들어 Fe의 함유량이 와이어 전체에 대하여 80~95 질량%인 것을 사용할 수 있다. Fe 이외에 와이어에 함유 가능한 원소로서는, 예를 들어 C, Mn, Ti, P, S, Ni, Si, Cr, Cu, Mo, Mg, B, F, Na, K, Nb, V, Zr, Al 등을 들 수 있다. 이들은 적극 첨가하는 경우와, 불가피적 불순물로서 포함되는 경우가 있다.

또한, 솔리드 와이어에 대해서도 제한되는 것은 아니지만, 일례로서는, C : 0.01~0.18 질량%, Si : 0~1.00 질량%, Mn : 0.50~2.80 질량%, P : 0.030 질량% 이하, S : 0.030 질량% 이하, 및 Cu : 0.50 질량% 이하를 함유하며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 조성을 들 수 있다. 기타, Ti, Ni, Cr, Al, Zr, Mg 등을 포함하여도 좋다.

선행극의 플럭스 코어드 와이어 또는 솔리드 와이어의 와이어 직경은 특별히 제한되지 않지만, 용접 작업성의 점에서 1.0㎜ 이상이 바람직하다. 또한, 용접 작업성의 점에서 2.0㎜ 이하가 바람직하다.

선행극에 의한 용접 시에 이용하는 실드 가스는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 Ar 가스, 탄산 가스, Ar 가스와 탄산 가스의 혼합 가스, Ar 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용할 수 있다. 가스의 유량도 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 15~30L/분으로 할 수 있다.

＜후행극 : 플럭스 코어드 와이어＞

본 실시형태에 있어서의 후행극은 선행극에 이어지는 전극이며, 극성은 정극성(DCEN)의 소모성 전극이다. 후행극에 이용되는 플럭스 코어드 와이어는, 금속 Al을 1.5~3.5 질량% 포함하며, Mg를 0.2~1.0 질량% 포함하며, 또한 (금속 Al/Mg)로 나타내는 값이 2.0~10.0이다. 여기서 Mg란, 금속 Mg와 산화물 Mg를 Mg 환산한 값이며, 이하 「Mg 성분」이라 칭하기도 한다.

플럭스 코어드 와이어 중에 포함되는 금속 Al은 그 함유량이 와이어 전체 질량에 대하여 1.5 질량% 이상인 것에 의해, 탈산 효과에 의해 충격 성능이 향상된다. 금속 Al의 함유량은 1.8 질량% 이상이 바람직하며, 2.0 질량% 이상이 보다 바람직하다. 또한, 금속 Al의 함유량은 3.5 질량% 이하인 것에 의해, 탈산 원소 과다가 되는 일이 없어, 충격 성능이 향상된다. 금속 Al의 함유량은 3.2 질량% 이하가 바람직하며, 3.0 질량% 이하가 보다 바람직하다.

와이어 중에 포함되는 Mg 성분은 그 함유량이 와이어 전체 질량에 대하여 0.2 질량% 이상인 것에 의해, 탈산 효과에 의해 충격 성능이 향상된다. Mg 성분의 함유량은 0.3 질량% 이상이 바람직하며, 0.4 질량% 이상이 보다 바람직하다. 또한, Mg 성분의 함유량은 1.0 질량% 이하인 것에 의해, 탈산 원소 과다가 되는 일이 없어, 강도 과다에 의한 충격 성능의 열화를 방지할 수 있다. Mg 성분의 함유량은 0.9 질량% 이하가 바람직하며, 0.8 질량% 이하가 보다 바람직하다.

와이어 중에 포함되는 금속 Al과 Mg 성분의 비(금속 Al/Mg)는 2.0 이상인 것에 의해, Mg에 의한 탈산 효과를 효과적으로 발휘할 수 있어, 충격 성능이 향상된다. (금속 Al/Mg)는 3.0 이상이 바람직하고, 4.0 이상이 보다 바람직하며, 5.0 이상이 특히 바람직하다.

또한, (금속 Al/Mg)는 10.0 이하인 것에 의해, 탈산 원소 과다가 되는 일이 없어, 강도 과다에 의한 충격 성능의 열화를 방지할 수 있다. (금속 Al/Mg)는 9.0 이하가 바람직하고, 8.0 이하가 보다 바람직하며, 7.0 이하가 특히 바람직하다.

금속 Al 및 Mg 성분 이외의 와이어의 조성은, 피용접재의 종류나 용접 조건에 따라서 상이하지만, 예를 들면, 또한 하기 원소로부터 선택되는 원소를 적어도 1개, 하기 범위에서 포함하고 있어도 좋다.

C : 0.01~0.1 질량%, Zr : 0.01~0.15 질량%, Mn : 0.5~2.5 질량%, 및 Si : 0.1~1.0 질량%

[C : 0.01~0.1 질량%]

C는 용접 금속의 강도 및 인성을 향상시키는 효과를 갖고, 또한 용접 중에 발생하는 스패터에 영향을 준다. 스패터에 관해서는 C의 함유량이 소량이라도 문제없기 때문에 하한은 특별히 없지만, 0.01 질량% 이상인 것이 실제적이다. 또한, 용접 금속의 강도 및 인성을 확보하는 점에서는, 0.03 질량% 이상이 바람직하다.

한편, C량이 증가하면 용적 이행이 안정되지 않고, 스패터 발생량이 증가한다. 그 때문에, C의 함유량은 0.1 질량% 이하가 바람직하며, 0.08 질량% 이하가 보다 바람직하다.

[Zr : 0.01~0.15 질량%]

Zr은 아크 안정성을 향상시키는 효과를 발휘시키는 원소이다. Zr을 함유시키는 경우에는, 0.01 질량% 이상이 바람직하며, 0.05 질량% 이상이 보다 바람직하다.

한편, Zr이 다량으로 포함되면 소둔 공정 후의 스케일층이 두꺼워지는 동시에 스케일의 밀착성도 증가하는 경우가 있다. 그 때문에, 그 함유량은 0.15 질량% 이하가 바람직하며, 0.10 질량% 이하가 보다 바람직하다.

[Mn : 0.5~2.5 질량%]

Mn은 탈산재로서의 효과를 발휘하여, 용접 금속의 강도나 인성을 확보하기 위해 유효한 원소이며, 0.5 질량% 이상 함유하는 것이 바람직하고, 1.0 질량% 이상이 보다 바람직하다.

한편, Mn이 다량으로 포함되면 용접 중에 슬래그가 대량 발생하거나, 강도가 너무 증가하여 용접 금속의 인성을 현저하게 저하시키는 경우가 있으므로, 그 함유량은 2.5 질량% 이하가 바람직하며, 2.0 질량% 이하가 보다 바람직하다.

[Si : 0.1~1.0 질량%]

Si는 탈산 원소이며, 용접 금속의 강도나 인성을 확보하는 효과가 있으며, 0.1 질량% 이상 함유하는 것이 바람직하며, 0.3 질량% 이상이 보다 바람직하다.

한편, Si가 다량으로 포함되면 용접 중에 슬래그가 대량 발생하거나, 강도가 너무 증가하여 용접 금속의 인성이 저하할 우려가 있으므로, 그 함유량은 1.0 질량% 이하가 바람직하며, 0.8 질량% 이하가 보다 바람직하다.

와이어의 잔부의 주 성분은 Fe이지만, 와이어의 잔부에는, 가스 실드 아크 용접에 통상 이용되는 와이어에 함유 가능한 것을 함유할 수 있다. 예를 들면, 상기 성분 이외에, 잔부에는, 금속 첨가제, F 화합물, 아크 안정제, 및 슬래그 형성제 등이 첨가되어 있어도 좋다.

금속 첨가제는 금속의 단체 또는 합금으로 이루어지는 것이며, 구체적인 원소로서는, 예를 들어 Ni, Cr, Cu, Mo, Ti, Ca, Li, Nb, B 등을 들 수 있다. F 화합물은 용접 금속의 확산성 수소량을 저감하는 원소이며, CaF, BaF₂, NaF, K₂SiF₆, SrF₂, AlF₃, MgF₂, LiF 등을 들 수 있다. 아크 안정제로서는, Na나 K의 화합물을 들 수 있다. 슬래그 형성제로서는, Al₂O₃, MgO, TiO₂ 등을 들 수 있다. P나 S는 불가피적 불순물로서 포함되는 일이 많지만, 목적에 따라서 적극 첨가하여도 좋다.

예를 들면, Fe(Fe 산화물과 Fe의 합계) : 85~95%, Ni ≤ 2.0%, Cr ≤ 0.2%, Mo ≤ 0.5%, F화합물 ≤ 0.3%, (Na＋K) ≤ 0.2%, Nb ≤ 0.1%, V ≤ 0.1%, Al₂O₃ ≤ 0.5%, Ti ≤ 0.5%, TiO₂ ≤ 8.0%, MgO ≤ 5.0%, B ≤ 0.02%, P ≤ 0.03%, S ≤ 0.03%의 범위로 함유할 수 있다.

잔부는 불가피적 불순물을 포함한다. 불가피적 불순물로서는, 예를 들면 O, N, Sb, As 등을 들 수 있다. 또한, O, N은 적극 첨가되기도 한다.

후행극의 플럭스 코어드 와이어는, 통형상을 나타내는 강제 외피의 내측에 플럭스가 충전되어 있지만, 강제 외피의 맞댐 자리를 용접한 이음매가 없는 와이어(심리스 타입)와, 상기 맞댐 자리를 용접하지 않고 간극이 있는 그대로 남긴 와이어(심 타입)의 모든 구조도 채용할 수 있다. 또한, 외피의 외측에 구리 도금이 실시되어 있어도 좋다.

후행극의 플럭스 코어드 와이어의 와이어 직경은 특별히 제한되지 않지만, 용접 작업성의 점에서 1.0㎜ 이상이 바람직하다. 또한, 용접 작업성의 점에서 2.0㎜ 이하가 바람직하다.

후행극은, 와이어 돌출 길이(ET) : 15~35㎜, 용접 전류(IT) : 160~400A 및 와이어 송급량(WT) : 1.0~10.0m/분을 만족하는 것이 용접 후의 고스트 라인(ghost line)을 완전하게 소실할 수 있는 점에서 바람직하다. 또한, (IT×WT/ET)로 나타내는 값을 5 이상 150 이하로 하는 것도 고스트 라인을 완전하게 소실할 수 있는 점에서 바람직하다.

즉, 와이어 돌출 길이(ET)를 15㎜ 이상으로 하는 것에 의해, 아크력이 충분하게 되어, 고스트 라인을 완전하게 소실할 수 있으므로 바람직하다. 와이어 돌출 길이는 17㎜ 이상이 보다 바람직하며, 19㎜ 이상이 더욱 바람직하다. 또한, 와이어 돌출 길이를 35㎜ 이하로 하는 것에 의해, 아크력이 충분하게 되어 고스트 라인을 완전하게 소실할 수 있는 것에 부가하여, 아크가 안정되고, 스패터의 발생량도 줄일 수 있으므로 바람직하다. 와이어 돌출 길이는 33㎜ 이하가 보다 바람직하며, 31㎜ 이하가 더욱 바람직하다.

용접 전류(IT)를 160A 이상으로 하는 것에 의해 아크력이 충분해져, 고스트 라인을 완전하게 소실할 수 있으므로 바람직하다. 용접 전류는 180A 이상이 보다 바람직하며, 200A 이상이 더욱 바람직하다. 또한, 용접 전류를 400A 이하로 하는 것에 의해, 아크력이 충분해져 고스트 라인을 완전하게 소실할 수 있는 것에 부가하여, 아크가 안정되고, 스패터의 발생량도 줄일 수 있으므로 바람직하다. 용접 전류는 380A 이하가 보다 바람직하며, 350A 이하가 더욱 바람직하다.

와이어 송급량(WT)을 1.0m/분 이상으로 하는 것에 의해 아크력이 충분해져, 고스트 라인을 완전하게 소실할 수 있으므로 바람직하다. 와이어 송급량은 1.2m/분 이상이 보다 바람직하며, 1.4m/분 이상이 더욱 바람직하다. 또한, 와이어 송급량을 10.0m/분 이하로 하는 것에 의해, 아크력이 충분해져 고스트 라인을 완전하게 소실할 수 있는 것에 부가하여, 아크가 안정되고, 스패터의 발생량도 줄일 수 있으므로 바람직하다. 와이어 송급량은 9.8m/분 이하가 보다 바람직하며, 9.6m/분 이하가 더욱 바람직하다.

와이어 돌출 길이(ET)(㎜), 용접 전류(IT)(A) 및 와이어 송급량(WT)(m/분)은 (IT×WT/ET)(단위 : A·m/분·㎜)로 나타내는 값을 5 이상으로 하는 것에 의해, 고스트 라인을 완전하게 소실할 수 있으므로 바람직하다. (IT×WT/ET)로 나타내는 값은 25 이상이 보다 바람직하고, 45 이상이 더욱 바람직하며, 55 이상이 특히 바람직하다. 또한, (IT×WT/ET)로 나타내는 값을 150 이하로 하는 것에 의해, 후행극에 의한 고스트 라인이 생성되는 것을 방지할 수 있으므로 바람직하다. (IT×WT/ET)로 나타내는 값은 130 이하가 보다 바람직하고, 110 이하가 더욱 바람직하며, 100 이하가 특히 바람직하다.

후행극의 용접 전압(VT)은 특별히 제한되지 않지만, 15V 이상이 아크 안정성의 점에서 바람직하며, 20V 이상이 보다 바람직하다. 또한, 용접 전압은 40V 이하가 아크 안정성의 점에서 바람직하며, 35V 이하가 보다 바람직하다.

후행극의 위빙 폭은 특별히 제한되지 않지만, 0~5㎜로 하는 것이 이면 비드의 형성 상태가 향상되므로 바람직하고, 2㎜ 이상이 보다 바람직하며, 4㎜ 이하가 보다 바람직하다.

후행극에 의한 용접 시에 이용하는 실드 가스는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 Ar 가스, 탄산 가스, Ar 가스와 탄산 가스의 혼합 가스, Ar 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용할 수 있다. 가스의 유량도 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 15~30L/분으로 할 수 있다.

＜후행극 : 비소모식 전극＞

본 실시형태에 있어서의 후행극은 선행극에 이어지는 전극이며, 극성은 정극성(DCEN)의 비소모성 전극이다. 후행극에서는, 비소모식 전극으로서 텅스텐 전극을 이용하며, TIG 아크 용접 또는 플라즈마 아크 용접이 실행된다. 또한 TIG 아크 용접에서는, 용가봉은 이용되지 않는 것이 바람직하다.

TIG 아크 용접 또는 플라즈마 아크 용접에 있어서, 후행극(텅스텐 전극)으로부터의 입열량으로, 용융 금속 표면 부근의 온도가 용융 금속 내부의 온도보다 높아져, 최종 응고부가 비드 표면 부근의 위치가 된다(응고 형태 변화). 이 최종 응고의 방향이 변화하는 것에 의해, 응고의 성장이 일방향이 되지 않아 충격 성능을 향상시킬 수 있다. 응고 형태 변화가 생기는 용착량은, 전술한 선행극의 와이어 송급량(WL)이 5.0~14.0m/분의 경우에 특별히 적절한 양으로 할 수 있어, 매우 우수한 충격 성능을 얻을 수 있게 된다.

텅스텐 전극의 전극 재료로서는, JIS Z 3233(2001년)에 규정되어 있는, 순텅스텐, 산화 토륨 들이 텅스텐, 산화 란탄 들이 텅스텐 및 산화 세륨 들이 텅스텐, 및 산화 이트륨 들이 텅스텐 및 산화 지르코늄 들이 텅스텐 등을 이용할 수 있다.

용접 토치는 일반적으로 TIG 아크 용접에서 이용되는 용접 토치와 마찬가지로 가스 노즐을 구비하고 있어도 좋다. 가스 노즐의 내부에는 비소모 전극이 배치된다. 가스 노즐 내에는 아르곤 가스나 헬륨 가스 등의 불활성 가스가 공급되며, TIG 용접 시에는 그 불활성 가스가 가스 노즐의 개구부로부터 실드 가스로서 분출된다. 또한, 플라즈마 아크 용접에서도 마찬가지로, 가스 노즐의 개구부로부터 플라즈마화된 불활성 가스가 분출된다.

후행극은 용접 전류(IT) : 160~300A를 만족하는 것이 우수한 충격 성능의 확보 및 용접 후의 고스트 라인을 완전하게 소실할 수 있는 점에서 바람직하다.

후행극의 용접 전압(VT)은 특별히 제한되지 않지만, 10V 이상이 아크 안정성의 점에서 바람직하다. 또한, 용접 전압은 20V 이하가 아크 안정성의 점에서 바람직하다.

후행극에 의한 용접 시에 이용하는 실드 가스는, TIG 아크 용접의 경우에는 Ar 가스, He 가스 등이 이용되며, 플라즈마 아크 용접의 경우에는 플라즈마화된 Ar 가스, He 가스 등이 이용된다. 가스의 유량은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 10~15L/분으로 할 수 있다.

＜용접 조건＞

선행극과 후행극의 극간 거리는 20~50㎜가 바람직하다. 극간 거리를 20㎜ 이상으로 하는 것에 의해, 선행극과 후행극 각각에서 용접 금속이 생성되어, 용접 금속이 일체가 되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과 양호한 내고온 균열성을 얻을 수 있으므로 바람직하다. 극간 거리는 25㎜ 이상이 보다 바람직하며, 30㎜ 이상이 더욱 바람직하다.

극간 거리를 50㎜ 이하로 하는 것에 의해, 선행극에 의한 용융지가 응고되기 전에, 상기 용융지를 후행극으로 재가열할 수 있어, 용융지가 완전한 2 풀(pool)이 되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과 양호한 내고온 균열성을 얻을 수 있으므로 바람직하다. 극간 거리는 45㎜ 이하가 보다 바람직하며, 40㎜ 이하가 더욱 바람직하다.

용접 속도는 200~400㎜/분으로 하는 것이 바람직하다. 용접 속도를 200㎜/분 이상으로 하는 것에 의해, 용접 금속이 선행하는 일이 없어, 양호한 이면 비드를 얻을 수 있다. 용접 속도는 230㎜/분 이상이 보다 바람직하며, 250㎜/분 이상이 더욱 바람직하다.

용접 속도를 400㎜/분 이하로 하는 것에 의해, 용접 금속의 냉각 속도가 너무 빨라지지 않아, 고스트 라인이 생성되는 것을 방지할 수 있으므로 바람직하다. 용접 속도는 380㎜/분 이하가 보다 바람직하며, 350㎜/분 이하가 더욱 바람직하다.

본 실시형태에 따른 용접 방법은, 공시 강판(1)의 개선 형상이 V형, U형, I형, X형, H형 등, 여러 가지 형상의 것에 대하여 사용할 수 있다. 공시 강판(1)이 V형 맞댐인 경우의 간이적인 모식도를 도 1에 도시한다. 공시 강판(1)의 V형 맞댐은, 예를 들어 판 두께(t)가 12~50㎜, V형 개선(10)의 (V형) 개선 각도(θ)가 30~60°인 것이 이면 비드의 형성 상태가 양호해지므로 바람직하다. V형 개선(10)의 루트 갭(3)은 0~5㎜가 바람직하다.

본 실시형태에 따른 용접 방법에 의해 얻을 수 있는 용접물은, JIS Z 3313:2009에 준한 0℃에서의 샤르피 충격 시험에 의해 구해지는 흡수 에너지가 47J 이상이 바람직하고, 60J 이상이 보다 바람직하며, 80J 이상이 더욱 바람직하며, 100J 이상이 특히 바람직하다.

이면 비드의 형성 상태는 전체 길이에 걸쳐서 언더컷이나 오버랩 등의 용접 결함없이 형성되어 있는 것이 바람직하고, 이면 비드 전체 길이의 덧붙임(余盛) 높이의 표준 편차가 0.5 이하의 것이 보다 바람직하며, 0.4 이하의 것이 더욱 바람직하며, 0.3 이하의 것이 특히 바람직하다.

내고온 균열성은 JIS Z 3155:1993에 규정되는 「C형 지그 구속 맞댐 용접 균열 시험 방법」에 근거하여 평가할 수 있다. 모재로서 JIS G 3106 SM490A를 이용했을 때의 균열률은 10% 이하가 바람직하고, 8% 이하가 보다 바람직하며, 6% 이하가 더욱 바람직하며, 4% 이하가 보다 더욱 바람직하고, 0%가 특히 바람직하다.

용접 시의 아크 안정성으로서는, 아크의 흔들림이나 아크 끊김이 적을수록 바람직하다.

[실시예]

이하에 실시예를 들어 본 실시형태를 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 변경을 가하여 실행하는 것이 가능하며, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

＜실시예 1 내지 40 및 비교예 1 내지 18＞

표 1 또는 표 2에 기재된 조건으로, 다전극 가스 실드 아크 편면 용접을 실행했다. 표 중, 「DCEP」또는 「DCEN」이란, 전극의 극성을 각각 역극성 또는 정극성으로 한 것을 나타낸다. 선행극 및 후행극의 용접 전압은 표 1 중에 나타내는 값으로 했다. 와이어 직경은, 선행극이 1.6㎜, 후행극이 1.4㎜로 했다. 실드 가스는, 선행극에 의한 용접에는 탄산 가스를 이용하여 유량을 25L/분으로 하고, 후행극에 의한 용접에는 탄산 가스를 이용하여 유량을 25L/분으로 했다.

선행극에 있어서의 플럭스 코어드 와이어는 JIS Z 3313:2009에 준한 금속계 플럭스 코어드 와이어를 이용했다. 선행극에 있어서의 솔리드 와이어는, 예를 들어 Fe : 90 질량%, Mn : 2.5 질량%, Si : 0.5 질량%를 함유하는, JIS Z 3312:2009에 준한 솔리드 와이어를 이용했다. 후행극에는, 표 3에 기재된 조성을 갖는 염기성의 플럭스 코어드 와이어를 이용했다. 표 3의 잔부는 Fe, F 화합물 및 불가피적 불순물이다. 또한, 피용접재에는 V형 맞댐을 이용했다. V형 맞댐의 판 두께 및 개선 각도는 표 1 또는 표 2에 기재한 바와 같다.

또한, 표 1 및 표 2 중, EL이란 선행극의 와이어 돌출 길이(㎜), IL이란 선행극의 용접 전류(A), WL이란 선행극의 와이어 송급량(m/분), ET란 후행극의 와이어 돌출 길이(㎜), IT란 후행극의 용접 전류(A), WT란 후행극의 와이어 송급량(m/분)을 각각 의미하며, 용접 전압의 단위는 V, 용접 속도의 단위는 ㎜/분, 극간 거리란 선행극과 후행극의 거리를 나타내며, 단위는 ㎜, 판 두께의 단위는 ㎜, 개선 각도의 단위는 °(도)이다.

＜실시예 41 내지 45＞

표 5에 기재된 조건으로, 다전극 가스 실드 아크 편면 용접을 실행했다. 표 중, 「DCEP」 또는 「DCEN」이란, 전극의 극성을 각각 역극성 또는 정극성으로 한 것을 나타낸다. 선행극 및 후행극의 용접 전압은 표 5 중에 나타내는 값으로 했다. 선행극의 와이어 직경은 1.6㎜이며, 실드 가스는 탄산 가스를 이용하여 유량을 25L/분으로 했다. 후행극에 의한 용접에는 Ar 가스를 이용하고, TIG 아크 용접 시는 유량을 15L/분으로 하고, 플라즈마 가스 아크 용접 시는 유량을 10L/분으로 했다.

선행극에 있어서의 플럭스 코어드 와이어는, JIS Z 3313:2009에 준한 금속계 플럭스 코어드 와이어를 이용했다. 선행극에 있어서의 솔리드 와이어는, 예를 들어 Fe : 90 질량%, Mn : 2.5 질량%, Si : 0.5 질량%를 함유하는, JIS Z 3312:2009에 준한 솔리드 와이어를 이용했다. 후행극에는, 4.0㎜ 직경의 텅스텐 전극을 이용했다.

피용접재에는 V형 맞댐을 이용했다. V형 맞댐의 판 두께 및 개선 각도는 표 5에 기재한 바와 같다.

또한, 표 5 중, EL이란 선행극의 와이어 돌출 길이(㎜), IL이란 선행극의 용접 전류(A), WL이란 선행극의 와이어 송급량(m/분), IT란 후행극의 용접 전류(A)를 각각 의미하며, 용접 전압의 단위는 V, 용접 속도의 단위는 ㎜/분, 극간 거리란 선행극과 후행극의 거리를 나타내며, 단위는 ㎜, 판 두께의 단위는 ㎜, 개선 각도의 단위는 °(도)이다.

＜평가＞

용접 시 및 용접 후의 용접물에 대하여, 충격 성능, 이면 비드의 형성 상태, 내고온 균열성, 및 아크 안정성의 평가를 실행했다. 각 평가의 상세는 이하와 같으며, 결과를 표 4 및 표 6에 나타낸다.

(충격 성능 : 0℃에서의 샤르피 충격 시험)

용접물에 대하여, JIS Z 3313:2009에 준한 샤르피 충격 시험에 의해 0℃에서의 흡수 에너지(J)를 구하는 것에 의해, 충격 성능에 대하여 평가했다.

0℃에 있어서의 각 시험에 의한 흡수 에너지는 47J 이상이면 양호하고, 60J 이상이 보다 양호하며, 80J 이상이 더욱 양호하며, 100J 이상이 특히 양호하다.

(이면 비드의 형성 상태)

용접물에 대하여, 이면 비드의 형성 상태를 육안 및 이면 비드의 덧붙임 높이의 표준 편차에 의해 평가했다. 이면 비드의 덧붙임 높이의 표준 편차는 레이저 변위계를 이용하여 측정했다.

표 4 및 표 6 중의 「◎＋」이란 육안의 결과 언더컷 및 오버랩 등의 용접 결함이 없으며, 이면 비드의 덧붙임 높이의 표준 편차가 0.3 이하인 것을 의미하고, 「◎」이란 용접 결함이 없으며, 표준 편차가 0.3 초과 0.4 이하인 것을 의미하며, 「○＋」이란 용접 결함이 없으며, 표준 편차가 0.4 초과 0.5 이하인 것을 의미하며, 「○」이란 전체 길이에 걸쳐서 용접 결함 없이 형성되어 있으며, 표준 편차가 0.5 초과인 것을 의미하며, 「×」란 이면 비드가 형성되어 있지 않은 것인 것을 의미한다.

＜내고온 균열성＞

용접 금속의 내고온 균열성을 JIS Z 3155:1993에 규정되는 「C형 지그 구속 맞댐 용접 균열 시험 방법」에 근거하여 평가했다. 또한, 사용한 모재는 JIS G 3106 SM490A이다.

표 4 및 표 6 중의 「◎＋」이란 균열률이 0%인 것을 의미하며, 「◎」이란 균열률이 0% 초과 4% 이하인 것을 의미하며, 「○＋」란 균열률이 4% 초과 8% 이하인 것을 의미하며, 「○」란 균열률이 8% 초과 10% 이하인 것을 의미하며, 「△」란 균열률이 10% 초과 20% 이하인 것을 의미한다.

＜아크 안정성＞

용접 시의 아크 안정성은 용접 중의 아크 흔들림이나 아크 끊김에 대하여, 종합적으로 관능 평가했다.

표 4 및 표 6 중의 「○」이란 아크 흔들림이나 아크 끊김이 없이, 양호했다는 것을 의미하며, 「×」이란 아크 흔들림이 크거나, 또는 아크 끊김이 보여진 것을 의미한다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

[표 4]

[표 5]

[표 6]

표 4 및 표 6의 결과로부터, 본 실시형태에 따른 용접 방법에 있어서, 선행극을 소정의 조건으로 하는 동시에, 후행극에 금속 Al 및 Mg 성분이 소정의 범위 내인 플럭스 코어드 와이어, 또는 비소모식 전극을 이용하는 것에 의해, 충격 성능이 향상하는 것을 알 수 있었다.

또한, 선행극의 극성이나 와이어 돌출 길이 등의 조건을 소정의 범위 내로 하는 것에 의해, 이면 비드의 형성 상태가 매우 양호하게 되는 것을 알 수 있었다.

상기에 부가하여, 후행극으로서 플럭스 코어드 와이어를 이용할 때에는, 와이어 돌출 길이 등의 조건을 소정의 범위 내로 하는 것에 의해, 우수한 내고온 균열성도 양립 가능하다는 것을 알 수 있었다.

1 : 공시 강판 2 : 이면 받침재
3 : 루트 갭 10 : V형 개선

Claims

용접선 방향으로 일렬로 배치한 복수의 전극을 이용한 다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법에 있어서,
상기 복수의 전극은 선행극과, 상기 선행극에 이어지는 후행극을 포함하며,
상기 선행극의 극성은 역극성이며,
상기 선행극에서는 플럭스 코어드 와이어 또는 솔리드 와이어를 이용하며,
상기 선행극은 와이어 돌출 길이(EL) : 15~35㎜, 용접 전류(IL) : 350~550A 및 와이어 송급량(WL) : 5.0~14.0m/분이며,
상기 선행극의 상기 EL(㎜), 상기 IL(A) 및 상기 WL(m/분)이 130 ≤ (IL×WL/EL) ≤ 450의 관계를 만족하며,
상기 후행극의 극성은 정극성이며,
상기 후행극에서는 플럭스 코어드 와이어를 이용하며,
또한, 상기 후행극의 상기 플럭스 코어드 와이어는 금속 Al : 1.5~3.5 질량% 및 Mg : 0.2~1.0 질량%를 포함하며, 상기 금속 Al과 상기 Mg의 함유량이 2.0 질량% ≤ (금속 Al＋Mg) ≤ 4.0 질량%, 및 2.0 ≤ (금속 Al/Mg) ≤ 10.0의 관계를 만족하는
다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 후행극은 와이어 돌출 길이(ET) : 15~35㎜, 용접 전류(IT) : 160~400A 및 와이어 송급량(WT) : 1.0~10.0m/분인
다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 후행극의 와이어 돌출 길이(ET)(㎜), 용접 전류(IT)(A) 및 와이어 송급량(WT)(m/분)이 5 ≤ (IT×WT/ET) ≤ 150의 관계를 만족하는
다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
용접 속도 : 200~400㎜/분 및 상기 선행극과 상기 후행극의 극간 거리 : 20~50㎜인
다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 선행극의 위빙 폭 : 0~5㎜ 및 상기 후행극의 위빙 폭 : 0~5㎜인
다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법.
용접선 방향으로 일렬로 배치한 복수의 전극을 이용한 다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법에 있어서,
상기 복수의 전극은 선행극과, 상기 선행극에 이어지는 후행극을 포함하며,
상기 선행극의 극성은 역극성이며,
상기 선행극에서는 플럭스 코어드 와이어 또는 솔리드 와이어를 이용하며,
상기 선행극은 와이어 돌출 길이(EL) : 15~35㎜, 용접 전류(IL) : 350~550A 및 와이어 송급량(WL) : 5.0~14.0m/분이며,
상기 선행극의 상기 EL(㎜), 상기 IL(A) 및 상기 WL(m/분)이 130 ≤ (IL×WL/EL) ≤ 450의 관계를 만족하며,
상기 후행극의 극성은 정극성이며,
또한, 상기 후행극에서는 비소모식 전극을 이용하는
다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법.
제 6 항에 있어서,
용접 속도 : 200~400㎜/분, 상기 선행극과 상기 후행극의 극간 거리 : 20~50㎜ 및 상기 후행극의 용접 전류(IT) : 160~300A인
다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법.
제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,
피용접재가 판 두께 : 12~50㎜ 및 개선 각도 : 30~60°의 V형 맞댐인
다전극 가스 실드 아크 편면 용접 방법.