KR900009219B1 - 전기 아아크 용접용의 응집 플럭스 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전기 아아크 용접용의 응집 플럭스

본 발명은 전기 아아크 용접 기술, 좀더 구체적으로는, 저탄소강의 서브머지드 아아크 용접에 사용되는 개량된 응집 입상플럭스(agglomerated granular flux)에 관한 것이다.

본 발명은 특히 원통형 파이프로 성형되는 무거운 강판의 길이방향으로 인접하여 연장되는 가장자리를 전기 아아크 용접 하는데 적용될 수 있으며, 특히 그를 중심으로 설명하겠다.

그러나, 본 발명은 보다 넓은 적용 범위를 가지는 것으로 깊은 용입과 평평한 비이드 프로필(profile)특성을 요하는 경우에 사용될 수 있다.

대직경의 강 파이프는 원하는 두께의 저 단소강 평단을 구부려줌에 의해 길이방향으로 연장되는 서로 인접한 가장자리를 갖는 관으로 형성된다.

과립상 플럭스는 제1면의 용접될 가장자리들 위에 배열되고 그리고 하나이상의 전기적으로 부하된 연강 또는 저합금강 용접봉이 상기의 열을 따라 진행하여 상기 용접봉의 단부와 길이방향으로 연장되는 가장자리 사이에 아아크를 형성한다. 상기 용접봉은 그후 상기 가장자리를 따라 이동된다. 상기 아아크는 상기 가장자리와 상기 용접봉의 단부 둘 모두를 용융시켜 상기 용접봉이 전진함에 따라 응고하는 용융 용접 웅덩이를 형성한다. 그와 동시에, 상기 아아크는 상기 용융 용접 웅덩이의 상부위에 부유하다가 상기 용접웅덩이 내의 용융강이 응고한 후 응고하는 과립상 플럭스의 일부를 용융시키므로 상기 용접웅덩이를 대기로부터 보호하고, 상기 응고된 용접 비이드의 표면을 형성하고 그리고 그것에 적당한 표면 조직을 제공한다.

녹지 않은 플럭스는 그후 회수하여 재사용할 수 있다. 용융된 플럭스는 슬래그로 응고되어 그후 제거되고 그리고 대개는 재생된다. 상기 가장자리는 그후 배면으로부터, 상기 용접의 바닥이 배면으로부터의 용접과 겹쳐지거나 또는 교차하는 방식으로 용접된다. 상기 파이프는 그후 대개는 상기 금속에 항복점을 초과하는 압력을 가하여 상기 파이프를 둥글게 만들기에 충분한 수압에 의하여 그 내면에 응력을 받게된다. 파이프 제작용 플럭스의 필요조건은 용접을 두 패스(한번의 내부와 한번의 외부)로 실시할 수 있도록 용입이 깊어야하고, 그리고 매끈한 파이프 외관을 제공하고 가장자리에서 언더컷팅이 없도록 제거되는 용접금속이 거의 없게 낮은 용접비이드 프로필을 가져야 한다.

상기 사용되는 플럭스는 칼슘, 나트륨, 칼륨, 바륨, 마그네슘, 스트론튬 및 리튬의 집단으로부터 선택되는 불화물 ; 알루미늄, 마그네슘, 실리콘, 스트론튬, 티타늄, 칼슘, 지르코늄, 망간 및 칼륨 등의 집단으로부터의 선택되는 산화물 그리고 때때로 탈산제들과 같은 여러가지 공지된 용제 성분의 혼합물이며, 이들 성분은 엄밀한 비율로 조절되어 용융슬래그에 원하는 응고온도를 부여하고, 원하는 슬래그 제거특성과 용접특성 그리고 가장 중요하게는 용착된 용점비이드에 원하는 기계적 성질을 부여한다.

분말형태의 여러가지 플럭스는 먼저 완전히 혼합되고 그후 모든 성분들이 용융되어 서로 반응하는 온도까지 가열되어 용융되고 냉각되어 최종적으로 원하는 입자크기로 분쇄되거나, 혼합물 속에 나트륨 또는 규산칼륨 같은 저온 결합제를 혼합하고 그후 충분한 온도까지 상기 혼합물을 가열하여 상기 결합제를 건조하고 반응하지 않는 상태의 다른 성분들을 원하는 크기의 입자로 결합되어 응집된다.

용융(fused)플럭스는 동일한 성분을 취할 경우, 집괴된 플럭스 보다 제조비가 더 비싼데 그 이유는 상기성분들 모두를 녹이는데 상당한 에너지가 요구되고 ; 높은 온도를 견디는데 필요한 복잡한 설비에 따라 비용이 증가되고 ; 그리고 상기 용융액을 고체로 냉각시키고 그리고 그후 그것을 바람직한 입자크기로 분쇄하는 부가적인 단계가 필요하기 때문이다.

한편, 응집 플럭스는 비교적 값싼 결합제를 사용한다. 낮은 연소 온도를 갖고 그리고 상기 성분들이 결코 액체 상태로 되지 않기때문에 이들 성분은 회전 가열식 킬른을 통상 사용하는 제조방법으로 바람직한 크기의 입자로 형성된다.

응집 플럭스는 작업자가 다루기에 편리하다. 그들은 과립상이므로 불편없이 쉽게 처리할 수 있다. 한편, 용융 플럭스는 입자 형상이 때때로 가는 막대형상이거나 또는 예리한 가장자리를 갖으므로 부서진 유리에 비유된다. 응집 플럭스는 용융된 플럭스처럼 쉽게 녹지 않으므로 그 결과 용접시 소비되는 응집 플럭스의 양은 더 적다. 따라서, 매우 바람직하게도 용접제조비를 감소시킨다.

응집 플럭스는 또한 플럭스 제조에 있어서, 합금 금속을 첨가시키는데 있어 용융된 플럭스에 비해 상당한 융통성을 허용하는데, 그 이유는 용융 플럭스는 플럭스를 녹이는데 필요한 고온에서 상기와 같은 금속이 소실되기 때문이다.

다른 방법으로 분말형태의 금속을 분쇄된 미립자에 첨가시켜 줄 수 있으나, 그러나 선적시, 상기 분말 금속이 용융된 플럭스로부터 침전하는 문제가 발생한다. 응집 플럭스에 있어서, 분말금속은 가열전에 상기 성분들과 혼합되어 상기 응집된 입자를 전체적으로 균일하게 분포된다.

응집 플럭스는 동일한 용접 전류에서 유사한 용융플럭스 보다 25% 이상 높은 용착 속도를 제공한다. 따라서, 주어진 이음매 체적을 채우거나 또는 요구되는 용접 크기를 제조하는데 필요한 용접시간을 감소시키고자 하는 대부분의 경우에 있어 높은 생산성을 제공하기 때문에 바람직하다.

그러나, 파이프 제작에 있어, 높은 용착 속도는 과도한 용접강화와 나쁜 용접 프로필을 가져오기 때문에 바람직하지 않다. 이러한 경우를 위해 상기 용접된 파이프의 표면 형상에 있어 최소의 변화를 갖는 낮은 용접 프로필을 제조하는 것이 바람직하다.

본 발명 이전에 있어서, 응집 플럭스는 상기 용융된 플럭스에 비교해 파이프 용접에 있어 또다른 결점 즉, 주어진 용접 전류에 있어 모재 금속 속으로의 용입은 그와 필적하는 용융 플럭스에 의해 만들어지는 것보다 적다. 내부와 외부의 용접패스가 끝난후, 용접 이음부가 상기 파이의 그 나머지 부분보다 약하지 않도록 인접하는 가장자리물의 전체 두께를 가로질러 용접을 연장하도록 해주는데 높은 용입이 필요하다. 이것은 수압 성형단계시 상기 용접비이드 위에 매우 높은 응력이 부과되기 때문에 특히 중요하다. 그러나, 용입을 높여주기 위해 상기 용접전류를 높이면, 상기 용착속도가 높아져 높은 프로필을 갖는 용접 비이드를 만든다. 높은 용입은 또한 상기 용접봉과 인접 이음부가 일렬로 정렬되게 정밀한 허용오차가 필요없이 꽉끼기(tie in)를 보장하게끔 상기 파이프의 각각의 면으로부터 만들어지는 상기 용접비이드가 충분히 오우버랩핑되도록 해주기 때문에 바람직하다.

지금까지, 전술한 응집 플럭스의 비용과 그밖의 장점에도 불구하고, 성형된 파이프의 길이방향으로 연장되는 가장자리들을 용접하는 작업자는 용융 플럭스에 의해 높은 용입과, 낮은 비이드 프로필 특성을 얻을 수 있었기 때문에 용융 플럭스를 더 선호해왔다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 응집된 플럭스의 잘알려진 장점과 용융플럭스의 용착특성을 모두 갖는 새로이 개량된 집괴된 전기 아아크 용접플럭스의 제조에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 지금까지 응집된 플럭스에서 사용되왔던 것보다 결합상태로 존재하는 산화칼슘과 이산화티타늄을 더 많은 양으로 포함하고 그리고 특히, 이산화티타늄, 산화칼슘, 산화알루미늄, 이산화규소 및 불화물의 결합물을 포함하여, 응집된 경우, 용융 플럭스의 용착속도와 낮은 비이드 프로필을 제공하는 동시에 지금까지는 용융 플럭스로만 가능했던 높은 용입을 갖는 저탄소강의 용접을 위한 응집 플럭스가 제공된다.

좀더 구체적으로는, 칼슘, 리튬, 알루미늄, 마그네슘, 칼륨, 나트륨, 스트론튬 또는 바륨의 불화물중 한가지 이상을 합계량이 0 내지 15중량%가 되도록 ; 알루미늄, 실리콘, 지르코늄, 마그네슘, 스트론튬, 칼륨, 망간의 산화물중 한가지 이상과 필수적인 성분들인 산화칼슘을 11% 내지 25%가 되도록 ; 그리고 이산화티타늄이 18% 내지 30%가 되도록 포함하고, 이들 모든 성분은 규산나트륨 또는 규산칼륨과 같은 적당한 결합제에 의해 자유유동하는 입자들로 응집되는 강을 서브머지드아아크 용접하는데 사용하는 응집 플럭스가 제공된다.

본 발명을 좀더 구체적으로 표현하면, 다음과 같은 총건조량의 중량%로 표시된 주요 성분들로 구성되는 응집된 용접 플럭스가 제공된다 :

산화칼슘은 상당한 흡습성을 가지며, 통상적으로는 SiO₂와/또는 A1₂O₃를 갖는 안정한 복합화합물로서 존재한다.

산화나트륨은 그 나머지 성분들을 위해 결합제로서 작용하는 규산염으로 존재하며, 이산화규소의 최대범위에 영향을 준다. 산화나트륨을 또한 광물형태로서 존재할 수 있다.

따라서, 상기 이산화규소는 정상적으로는 산화나트륨과 칼슘 둘다를 갖는 복합화합물로서 존재하며, 또한 유리된 석영으로 존재할 수 있다.

불화 칼슘은 플루오로화물중 가장 적합하며, 가장 싸므로 바람직하다. 불화 화합물은 대기로 부터 보호하고 슬래그의 용융범위를 낮추도록 소량으로 사용된다. 지나친 양의 불화물은 아아크 안정성에 악영향을 주어 용접 비이드의 가장자리가 언더킷팅되는 영향을 증가시킨다. 산화칼륨은 A.C.전원을 사용할시 아아크 안정성을 향상시킨다.

산화망간은 슬래그가 응고할때 그곳에 같히게되는 용융 플럭스 아래의 개스가 방출되게하고 용접비이드 표면에 바람직하지 못한 개스 자극을 형성하는 경향이 있다. 따라서, 보통 사용되지 않거나 또는 한정된 양으로 사용된다.

상기 플럭스 성분은 또한 용접비이드로 이동하여 거리서 공지된 원리에 따라 합금되는 망간, 규소 등과 같은 여러가지 공지된 합금 성분을 포함할 수 있다. 망간과 규소는 분말 형태로 첨가되어 용접비이드의 합금량을 증가시키며, 본 발명에서는 5% 이하로 한정되며, 이 범위를 벗어나면 합금에 해로운 영향을 준다.

본 발명의 성공에 대하여 이론적으론 설명할 수 없으나, 용접시 생기는 온도에서 액체상태로 존재하게될 많은 양의 산화칼슘과 이산화티타늄의 혼합물이 낮은 점성을 갖는데, 이것이 상기 비이드의 우수한 습윤성과 낮은 비이드 프로필을 가져오는 것으로 생각된다. 또한, 상기 산화티타늄은 아아크를 안정시킨다. 이산화티타늄과 산화칼슘이 본 발명에서 주어진 범위를 벗어날때 원하는 비이드 용입과 프로필을 얻을 수 없다.

본 발명의 플럭스는 지르코늄, 티타늄, 알루미늄 또는 마그네슘과 같은 종래의 강한 금속탈산제 중 어느것도 포함하지 않는다. 상기 금속들은 플럭스 제조에서 산화물을 감소시키는 작용을 하나 그 여분은 용접비이드로 이동하여 거기서 상기 용접금속과 합금되어 취성을 갖게하고 균열을 일으키는 문제를 야기한다. 본 발명은 이런 탈산제를 필요로 하지 않는다.

따라서, 본 발명의 주목적은 용융 플럭스처럼 용접되는 새로이 개량된 전기아아크 용접용의 응집 플럭스를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 용융 플럭스의 용접 특성을 갖는 동시에 작은 비용, 작은 플럭스 소비, 제조의 용이함, 응집된 플럭스의 합금 성분을 프함하기가 용이함등의 장점을 갖는 새로이 개량된 전기 아아크 용접용의 응집 플럭스를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 대 및 소직경의 파이프에서 길이방향 이음부 또는 나선형 이음부의 용접에 사용할 수 있는 새로이 개량된 전기 아아크 용접용의 응집 플럭스를 제공하는 것이다.

본 발명을 사용하여 품질, 비이드 형상, 용입, 충격 강도등에 있어서, 지금까지 용융플럭스에 의하여 제조된 것과 완전히 같은 용착 비이드를 용접파이프의 길이방향으로 연장된 가장자리위에 만들수 있으므로 제조가 경제적이고, 작업자에게 만족스럽고 용접자가 용이하게 취급할 수 있는 경제적인 플럭스가 만들어진다.

본 발명은 바람직한 실시예와 그에따른 성분 범위를 참조로 설명되었으나, 다음의 특허청구의 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (3)

1. 칼슘, 나트륨, 칼륨, 바륨, 알루미늄, 마그네슘, 스트론튬 및 리튬의 집단으로부터 선택되는 불화물과 알루미늄, 마그네슘, 실리콘, 스트론튬, 티타늄, 칼슘, 지르코늄, 망간 및 칼륨의 집단으로부터 선택되는 산화물로 구성되는데, 여기서 전체 중량%로 표현될 경우 산화칼슘은 11% 내지 25%의 양으로 존재하고 그리고 이산화티타늄은 18% 내지 30%의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는, 전기 아아크 용접용의 응집 플럭스.
2. 제1항에 있어서, 다음의 성분들;

   

   로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기아아크 용접용의 응집 플럭스.
3. 제1항에 있어서, 근사량으로 표시된 다음과 같은 성분들:

   산화칼슘 16

   이산화티타늄 23

   산화알루미 11

   이산화규소 32

   산화나트륨 3.0

   플루오르화칼슘 11

   산화칼륨 0.6

   금속 Mn+Si 1.0

   로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 아아크 용접용의 응집 플럭스.