KR100416278B1 - 아크 용접용 솔리드 와이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무도금 와이어 표면에 미세공을 형성시키되, 미세공의 분포 밀도를 100~600개/㎠로 제어함으로써, 송급성을 향상시킨 무도금 와이어를 제공한다.

무도금 와이어 표면에 미세공을 부여하되 미세공의 분포 밀도를 제어함으로써, 동에 의한 흄의 발생이 없어 쾌적한 작업 환경을 조성할 수 있고, 또한 용접용 와이어의 우수한 송급성을 확보함에 따라 용접 작업성을 향상시키며 용접 불량을 크게 감소시키는 실제적인 효과가 있다.

Description

아크 용접용 솔리드 와이어{Arc welding wire}

본 발명은 가스 아크 용접에 사용되는 와이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 와이어의 송급성을 향상시키기 위하여 표면 가공 처리한 가스 아크 용접용 무도금 와이어에 관한 것이다.

근래들어 용접이 반자동화되거나 자동화됨에 따라, 가스 아크 용접용 와이어의 수요가 비약적으로 증가하고 있으며 주로 철골, 자동차, 조선, 건설자재산업 등에서 광범위하게 사용되고 있다. 이와 같이 다량으로 사용되고 있는 가스 아크 용접용 와이어의 표면에는 동도금이 실시되고 있다. 이러한 동도금을 실시하는 목적은 아크 용접시의 통전을 용이하게 하기 위한 것이기 때문에 동도금층은 반드시 필요한 것으로 인식되어 왔다. 그러나, 와이어 표면에 동도금층을 형성시킴으로 인하여 발생되는 하기와 같은 문제점들이 꾸준히 제기되어 왔다.

우선, 와이어 표면에 동도금층을 형성시킨 후 신선(drawing)과정을 거치게 되면, 동도금층의 일부분이 탈락되어 미소동분이 발생되며 발생된 미소동분은 와이어 표면의 미세한 요철부에 잔류하게 된다. 잔류하는 미소동분은 용접팁 내에서 와이어와 팁 내벽이 마찰됨에 따라 와이어 표면의 미세한 요철부로부터 다시 탈락되며, 이렇게 탈락된 미소동분은 팁 내부에 남아 막힘 현상을 유발시키게 된다. 또한 미소동분이 팁을 막음으로써 와이어의 송급성뿐만 아니라 용접 아크의 불안정화 같은 문제점들이 발생된다.

또한 상기와 같은 미소동분이 존재하지 않는다고 하더라도 동 자체가 갖고 있는 특성으로 인하여 동도금이 쉽게 박리되는 문제점이 있다. 즉 동도금된 용접용 와이어가 용접 팁과의 마찰에 의해 탈락됨으로써 통전성 향상이라는 소정의 목적을 달성하기 어려우며, 동의 융점이 1083℃ 정도로 낮은 편이기 때문에 용접 아크 중의 초고온화에서 가스화되기 쉬워 용접흄이 많이 발생된다는 약점도 갖고 있다.

이와 함께, 와이어의 표면에 동도금층을 형성시키기 위하여는 도금공정을 거쳐야 하는데 도금용액은 환경적인 측면에서 심각한 문제를 야기하며 도금공정에 사용되는 설비 역시 생산단가를 높이는데 기여하게 된다. 요즘과 같은 환경규제에 대응하기 위하여서는 도금공정을 생략하는 것이 여러가지 측면에서 유리하게 된다.

이와 같은 결점을 해소하기 위하여 무도금 와이어가 등장하게 되었으나, 이로 인하여 모든 문제점이 쉽게 해결되지는 않았다. 즉, 무도금 와이어는 송급성이 도금와이어에 비하여 상대적으로 불안정하여 아크 용접시 아크가 불안정해지며, 이에 따라 용접에 소요되는 시간이 크게 증가하여 정상적인 용접이 곤란해지는 문제점이 발생되는 것이다.

따라서 무도금 와이어의 표면에 각종 표면처리를 행하여 무도금 와이어의 송급성을 향상시키려는 시도가 계속되어지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 우수한 송급성을 갖는 용접용 무도금 와이어를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 우수한 송급성을 갖는 용접용 무도금 와이어를 제조하는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 우수한 송급성을 갖는 용접용 무도금 와이어를 제조하는 장치를 제공함에 있다.

도 1a는 본 발명에 사용되는 미세공 부여용 롤러를 도시한 개략도이다.

도 1b는 본 발명의 실시예를 제조하는 방법을 나타낸 예시(例示)도이다.

도 2는 본 발명에 따른 와이어의 용접결과를 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명의 실시예와 종래와이어의 평균 흄 발생량을 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예와 종래와이어의 평균 용접 팁 막힘 발생량을 나타낸 도면이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 무도금 와이어의 표면에 미세공을 형성시키되, 무도금 와이어의 표면 1㎠ 당 100 내지 600개의 미세공 분포 밀도를 갖도록 제어한 무도금 와이어에 의해서 달성된다.

이하, 상기와 같은 기술적 사상에 입각하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 적용되는 용접용 무도금 와이어는 하기와 같은 표면가공에 그 특징이 있는 것으로서 도 1a 및 도 1b를 참고로 설명한다. 연신(drawing)과정의 마지막 단계를 거친 후, 도 1a와 같이 몸통부(5)에 미세한 요철(2)이 부여된 장구형 롤러(1)로 도 1b와 같은 방법으로 무도금 와이어(10)의 표면에 미세공(11)을 부여하게 된다. 한쌍의 롤러(1)는 톱니바퀴식 나사산(4)에 의해 맞물려 회전하면서 무도금 와이어 관통공(3)으로 무도금 와이어(10)를 진행시킨다. 롤러쌍의 갯수에 제한을 두는 것은 아니나, 무도금 와이어(10) 주변에 배치되는 롤러(1)의 갯수는 한쌍 내지 두쌍이면 충분하며, 두쌍의 롤러(1)를 배치시에는 각 쌍의 롤러가 서로 90°각을 이루도록 하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 방법 이외에도 무도금 와이어(10)의 표면에 미세공(11)을 부여하는 방법에는 제한이 없다. 한편, 본 발명의 출원인이 수차례의 실험을 반복한 결과, 롤러(1)에 부여되는 미세한 요철(2)의 크기는 무도금 와이어의 송급성과 무관한 것으로 나타났으나, 롤러(1)의 요철(2)에 의해 무도금 와이어(10)의 표면에 부여된 미세공(11)의 분포 밀도에 따라 무도금 와이어의 송급성이 영향을 받는 것으로 나타났다.

이하, 무도금 와이어의 표면에 부여된 미세공의 분포 밀도에 따른 송급성에의 영향을 하기의 실시예를 들어 보다 상세히 설명하나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에 사용된 무도금 와이어의 규격을 중량%로 표 1에 나타내었으며, 표 2에는 본 발명에 따라 미세공이 부여된 무도금 와이어의 용접 작업성, 즉 실시예의 용접 작업성 및 종래 무도금 와이어의 용접 작업성, 즉 비교예의 용접 작업성을 나타내었다.

또한, 무도금와이어의 제조방법은 보통 하기의 두가지 방법이 사용되며 본 발명의 시험에 사용된 무도금 와이어는 두번째의 방법에서 미세공을 형성시켜 제조하였다.

첫번째 방법은 선재→산세 또는 기계적인 스케일링(mechanical descaling)→신선→탈지→권체(완제품)하는 것이며, 두번째 방법은 선재→산세 또는 기계적인 스케일링→신선→탈지→스킨패스(skinpass)→권체(완제품)하는 방법이다.

C	Si	Mn	P	S	Cu	Fe
0.06	0.86	1.55	0.016	0.011	0.25	잔부

구분	미세공경(㎜φ)	미세공 밀도(개/㎠)	팁 내 금속막힘량(㎎/100㎏)	동 흄 발생량(㎎/min)	1㎜이상의스패터수(개/100㎠)	용접 중전류의 진동폭(A)	비드의사행발생유무
비교예	1	1.0	30	8	0	38	20	미량발생
비교예	2		60	9	0	27	18	미량발생
비교예	3		80	6	0	19	14	미량발생
실시예	4		100	8	0	11	11	없음
비교예	5	0.5	30	6	0	50	28	약간발생
비교예	6		50	5	0	38	25	미량발생
비교예	7		80	8	0	30	21	미량발생
실시예	8		100	7	0	11	11	없음
실시예	9		300	7	0	11	12	없음
실시예	10		390	6	0	12	11	없음
비교예	11	0.35	40	8	0	70	37	다량발생
비교예	12		60	6	0	40	32	약간발생
비교예	13		85	8	0	30	28	미량발생
실시예	14		100	6	0	12	11	없음
실시예	15		400	6	0	11	12	없음
실시예	16		500	8	0	11	11	없음
실시예	17		600	8	0	12	11	없음
비교예	18		620	9	0	29	18	미량발생
비교예	19		700	8	0	44	35	약간발생
비교예	20		800	6	0	79	50	다량발생
비교예	21	0.25	30	7	0	90	52	최대발생
비교예	22		50	7	0	70	40	다량발생
비교예	23		80	6	0	39	35	약간발생
실시예	24		100	8	0	11	12	없음
실시예	25		480	8	0	12	11	없음
실시예	26		600	6	0	11	11	없음
비교예	27		620	5	0	38	25	미량발생
비교예	28		750	6	0	82	59	다량발생
비교예	29		800	6	0	110	72	최대발생
비교예	30		830	8	0	125	79	최대발생
동도금 와이어	31	-	-	42	6.8	12	14	없음

표 2를 살펴보면, 실시예 4, 8, 9, 10, 14, 15, 16, 17, 24, 25 및 26의 경우가 용접 팁 내의 금속분의 막힘량이 적으며, 용접 중 아크 발생에 소모되는 전류의 진동폭의 변화가 적었으며, 비드의 사행 발생에 있어 전혀 문제가 없는 것으로 나타났다. 상기한 실시예들은 모두 본 발명에 따라 요철이 있는 롤러를 사용하여 무도금 와이어의 표면에 미세공을 부여한 것이며, 미세공의 크기는 1.0, 0.5, 0.35및 0.25㎜φ로 각각 다르나 미세공의 밀도가 100 내지 600개/㎠로 제어된 실시예들이다. 반면, 비교예는 실시예와 동일한 규격의 무도금 와이어에, 실시예와 동일한 요철이 있는 롤러를 사용하여 무도금 와이어의 표면에 미세공을 부여하였으나 그 미세공의 밀도가 본 발명의 범위를 벗어나는 것으로서, 미세공의 밀도 제어가 무도금 와이어의 송급성을 향상시킬 수 있는 중요한 요인임을 말해주고 있다. 와이어의 송급성은 표 1의 용접 중 전류의 진동폭으로 평가할 수 있으며, 용접 중 전류의 진동폭이 작을수록 와이어의 송급성이 우수하다고 말할 수 있다. 용접 중 전류의 진동폭과 와이어 송급성의 상관관계는, 용접 중 와이어 송급능이 저하되면, 아크 길이의 길고 짧은 장단(長短)이 발생되고 이에 따라 용접 중의 전류량이 계속 변화되는 현상이 발생하므로 용접 중 전류의 진동폭을 측정함으로써 와이어의 송급성을 평가할 수 있는 것이다. 더불어 용접 중 전류량이 계속적으로 변화하면 스패터(spatter)의 발생량이 증가되며, 와이어의 송급량이 일정치 않으면 와이어가 부분적으로 부족한 현상이 발생되어 부분적으로 얇아진 비드(bead)가 형성되며 이에 따라 비드의 사행이 일어나 용접불량이 발생되는 것이다.

도 2는 상기와 같은 결과를 한 눈에 알아볼 수 있도록 그래프화 한 것으로서, 미세공의 크기에 상관없이 미세공의 분포 밀도에 따라 사행비드의 형성, 용접중 전류의 진동폭 및 1㎜이상의 스패터 발생량이 영향을 받게 됨을 알 수 있다. 본 발명이 제안한 미세공의 분포 밀도인 100 내지 600개/㎠의 범위를 만족하여 안정한 송급성이 보장됨으로써, 전반적인 용접 작업성 및 용접 불량이 감소됨을 확인할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 무도금 와이어와 종래의 동도금 와이어의 용접 작업중 발생되는 흄의 양을 측정하였을때, 도 3과 같은 결과를 얻을 수 있었다. 즉 무도금 와이어이기 때문에 용접 작업중 발생되는 흄의 양을 동도금 와이어와 비교해볼때, 발생되는 흄의 양이 적은 것으로 나타났다. 또한 무도금 와이어 100㎏과 동도금 와이어 100㎏을 각각의 용접 팁을 이용하여 용접을 행한 후, 용접팁의 막힘정도를 비교한 결과를 도 4에 도시하였다. 도 4를 보면 무도금 와이어의 막힘정도가 동도금 와이어의 막힘정도에 비하여 현저하게 감소되었음을 알 수 있다.

상기와 같은 본 발명은 무도금 와이어 표면에 미세공을 부여하되 미세공의 분포 밀도를 제어함으로써, 동에 의한 흄의 발생이 없어 쾌적한 작업 환경을 조성할 수 있고, 또한 용접용 무도금 와이어의 우수한 송급성을 확보함에 따라 용접 작업성을 향상시키며 용접 불량을 크게 감소시키는 실제적인 효과가 있다.

Claims (3)

1. 몸통부의 표면에 미세한 요철이 형성되어 있으며 양측의 원주부에 형성된 나사산에 의해 서로 맞물려 회전하는 적어도 한쌍의 장구형 롤러에 와이어를 통과시켜 표면에 미세공이 형성되는 무도금 용접용 와이어에 있어서, 상기 무도금 와이어의 표면 1㎠ 당 100 내지 600개의 미세공을 가짐을 특징으로 하는 무도금 용접용 와이어.
2. 삭제
3. 삭제