KR100550334B1

KR100550334B1 - 서브머지드 아크 용접용 플럭스

Info

Publication number: KR100550334B1
Application number: KR1020010086571A
Authority: KR
Inventors: 장기훈; 이병원; 류동현
Original assignee: 현대종합금속 주식회사
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2006-02-09
Also published as: KR20030056367A

Abstract

서브머지드 아크 용접용 플럭스가 제공된다.

본 발명은, 중량%로 SiO₂ : 10∼20％, Al₂O₃ : 20∼35％, MgO : 20∼30％, CaF₂ : 10∼25％, CaO : 1∼3％, FeO : 1∼5％, MnO : 4∼8％, Na₂O＋K₂O : 1∼3％를 포함하여 조성되고; MgO/(SiO₂＋CaO)가 1.00∼2.20이고 CO₂함량이 1％이하이며; 그 입도가 1.7mm(ASTM 12메쉬)를 초과하는 플럭스가 10%이하이고 500㎛(ASTM 35메쉬)미만인 플럭스가 10%이하로 구성되어 있는 서브머지드 아크 용접용 플럭스에 관한 것이다.

본 발명의 서브머지드 아크 용접용 플럭스는 강재를 양면 단층용접할시에 양호한 비이드외관 및 우수한 충격인성을 확보하는데 유용하다.

양면단층용접, 플럭스, 비이드외관, 충격인성, CO2

Description

서브머지드 아크 용접용 플럭스{Submerged arc welding flux}

본 발명은 서브머지드 아크 용접재료에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 슬라그 유동성을 제어함으로써 강재의 양면단층 용접시 양호한 비드외관을 얻을수 있을 뿐만아니라 우수한 충격인성을 확보할수 있는 양면단층 용접용 서브머지드 아크 용접용 플럭스에 관한 것이다.

최근 각종 구조물의 고강도화 및 후판화에 따른 용접량의 증가로 용접생산성을 향상시키기 위한 고능률 용접기법의 채택이 증가하고 있다. 그런데, 용접이음부 개선각도의 축소 또는 생략, 용접전극의 다전극화 등의 용접기법은 용접생산성 향상 측면에서는 크게 기여하고 있으나, 고품질의 용접부를 얻기 위해서는 용접시공상에 세심한 관리가 필요한 문제가 있으므로 고전류 고속용접에 있어서도 양호한 용접부를 용이하게 얻을 수 있는 용접재료의 필요성이 크게 대두되어지고 있다.

그러나 최근 상용화되고 있는 서브머지드 아크 용접용 플럭스는 두께 20mm 이하 강재의 텐덤(Tandem) 고속용접에서는 비교적 양호한 용접품질을 얻을 수 있으 나, 20mm 이상 강재의 텐덤 고속용접에서는 용접덧살의 과대와 돌기비이드의 발생과 같은 문제를 유발한다. 또한 구조물의 녹방지를 위한 프라이머 도포 강재의 용접시 프라이머에 의한 포크마크(pock mark)의 발생으로 인해 그라인딩 등의 수정작업이 늘어나 용접생산성 향상을 크게 저해하고 있는 실정이다.

따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 연구와 시험을 거듭한 결과에 근거하여 제안된 것으로서, 슬라그의 유동성을 제어함으로써 양면단층 용접시 양호한 비이드외관을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 우수한 충격인성을 확보할수 있는 서브머지드 아크 용접용 플럭스를 제공함을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로 SiO₂ : 10∼20％, Al₂O₃ : 20∼35％, MgO : 20∼30％, CaF₂ : 10∼25％, CaO : 1∼3％, FeO : 1∼5％, MnO : 4∼8％, Na₂O＋K₂O : 1∼3%를 포함하여 조성되고; MgO/ (SiO₂＋CaO)가 1.00∼2.20범위에 있으며 CO₂함량이 1％이하이고; 그 입도가 1.7mm(ASTM 12메쉬)를 초과하는 플럭스가 10%이하이고 500㎛(ASTM 35메쉬)미만인 플럭스가 10%이하, 및 잔여 플럭스는 입도 ASTM 35메쉬~ 12메쉬로 구성되어 있는 서브머지드 아크 용접용 플럭스에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 서브머지드 아크 용접용 플럭스의 조성성분 및 그 제한사유를 설명한다.

SiO₂는 슬라그 형성제로서 슬라그의 점성 및 응고온도를 조정하여 비이드의 외관 및 형상, 슬라그의 박리성을 양호하게 하는 역할을 하는 필수적인 성분이다.

본 발명에서는 이러한 SiO₂함량을 플럭스 전체중량에 대하여 10~ 20％로 제한한다. 만일 그 함량이 10％미만이면 슬라그의 점성이 낮아짐에 따라 슬라그 유동성이 증가하여 용접비이드 균일성이 떨어지고, 또한 비이드표면이 거칠어지는 단점이 있다. 그리고 그 함량이 20％를 초과하면 슬라그의 점성이 너무 높아져 비이드폭이 불균일해지고, 비이드 표면에 포크마크가 발생하거나 슬라그 박리성이 떨어지는 등의 문제가 생김은 물론, 염기도가 떨어져 용접금속 중의 산소량이 증가하므로 충격강도를 저하시킬 수 있다.

Al₂O₃는 슬라그의 연화온도를 상승시킴과 함께 슬라그의 점성 및 응고온도를 조정하여 비이드외관을 양호하게 하면서 용접작업성을 유지하기 위하여 필요한 성분이다.

본 발명에서는 이러한 Al₂O₃함량을 20~35％로 제한한다. 만일 플럭스중 Al₂O ₃함량이 20％ 미만이면 슬라그의 점성 및 응고온도의 상승효과가 충분하지 않아 언더컷(under-cut)이 발생하거나 비이드 외관이 나빠지며, 35％를 초과하면 슬라그 의 응고온도가 너무 높게 되어 유동성이 나빠짐으로써 구불구불한 비이드를 만들거나, 용접금속내 슬라그 혼입이 발생하기 쉽기 때문이다.

MgO는 용접금속중의 산소량을 저감시켜 용접금속의 인성을 향상시키는 효과를 가지며 슬라그의 융점 및 점성을 조정하여 슬라그의 박리성을 확보하는 데 유용한 성분이다. 그러나 플럭스중 MgO함량이 너무 적으면 상술한 효과가 충분하지 않을 뿐만 아니라 용접비이드 표면에 슬라그가 달라 붙어 박리성이 나빠지며, 너무 과다하면 슬라그의 융점이 너무 상승하여 슬라그의 유동성이 나빠짐으로 비이드 외관이 불량해지며 슬라그 혼입이 발생하기쉽다.

따라서 본 발명에서는 이를 고려하여 MgO함량을 20~30％로 제한한다.

CaF₂는 슬라그 염기도를 높여 용접금속 중의 산소량을 저감시킴으로 용접금속의 인성을 향상시킨다. 또한 슬라그의 점성을 높혀 비이드의 형상을 양호하게 하는 효과를 나타낼 뿐만 아니라 아아크 안정성 및 슬라그의 유동성을 조절하기 위해 첨가되는 성분이다.

본 발명에서는 플럭스중 CaF₂함량을 10~25％로 제한한다. 만일 그 함량이 10％미만이면 그 효과가 충분하지 않으며, 25％를 초과하면 아아크의 안정성이 저하되어 슬라그 혼입이 발생하기 쉬워지며, 아울러 슬라그의 융점이 너무 상승해 슬라그 박리성이 나빠지고 비이드 외관을 해치기 때문이다.

CaO는 슬라그의 점성 및 응고온도를 조정하며 용접금속의 충격강도를 향상시키는 효과를 가지는 성분이다. 그러나 플럭스중 CaO함량이 1％미만이면 그 효과가 충분하지 않으며, 3％를 초과하면 슬라그의 박리성이 현저하게 나빠질 수 있다.

FeO는 염기성산화물로서 용접금속의 충격강도를 향상시키는 효과를 가지는 화합물로서, 본 발명에서는 그 함량을 1~5%로 제한한다. 만일 플럭스중 FeO함량 1％ 미만이면 그 효과가 충분하지 않으며 5％를 초과하면 슬라그의 박리성이 현저하게 나빠지기 때문이다.

MnO는 용접비이드 선을 균일하게 하며, 용접금속의 충격강도를 향상시키는 효과를 가지는 성분으로, 본 발명에서는 그 함량을 4~8％로 제한한다. 만일 플럭스 중 MnO함량이 4％ 미만이면 그 효과가 충분하지 않으며, 8％를 초과하면 용융지의 환원반응이 격렬해져 비이드 외관 또는 슬라그의 박리성이 현저하게 나빠질 수 있다.

Na₂O, K₂O는 플럭스를 적당한 크기의 입자로 만드는 데 사용되는 규산소다 용액으로부터 첨가되며, 본 발명의 플럭스 특성에는 크게 영향을 미치지 않는 성분이다. 그러나 이들의 첨가량이 너무 과소하면 점결력이 떨어져 적절한 입도의 플럭스 제조가 곤란하고, 너무 과도하면 아크가 불안정해지고 피트(pit)가 발생할 우려 가 있으므로, 본 발명에서는 이를 고려하여 그 함량을 1~3%로 제한한다.

또한 본 발명에서는 MgO/(SiO₂+CaO)비를 적절하게 제어함으로써 슬라그 유동성과 비이드 표면의 포크마크 발생을 방지할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 MgO/(SiO₂+CaO) 비를 1.00∼2.20로 제한하는데, 플럭스중 MgO/(SiO₂+CaO)의 비가 1.00 미만이면 비이드 퍼짐성은 양호하나 포크마크의 발생이 현저히 증가하여 충격강도가 저하된다. 그리고 상기 비가 2.20을 초과하면 비이드폭이 협소해지며 슬라그 박리성 등의 용접작업성이 현저하게 나빠질 수 있다.

플럭스내의 CO₂가스는 용접시 아아크열에 의하여 분해되어 아크 분위기중의 수소 분압을 낮추어 용접금속 중의 수소량을 낮추며, 슬라그의 염기도를 높혀 저온충격강도를 향상시키는 효과가 있다. 하지만 플럭스내의 CO₂함량이 1％를 초과하는 경우에는 아아크가 불안정해지고 슬라그의 유동성이 나빠져 비이드 외관이 나빠지며 포크마크와 같은 용접결함이 발생하기 쉽다.

따라서 본 발명에서는 플럭스내의 CO₂함량을 1％이하로 제한한다.

한편, 상기와 같이 조성된 플럭스의 입도분포 또한 용접성등에 영향을 미친다. 상술하면, 플럭스의 입도가 1.7mm(ASTM 12메쉬)보다 큰 것이 10％를 초과하는 경우에는 아아크가 불안정해지고, 슬라그의 유동성이 나빠져 비이드외관이 나빠진 다. 또한 그 입도가 500㎛(ASTM 35메쉬) 보다 작은 것이 10％를 초과하는 경우에는 아아크가 안정해지는 등 용접작업성은 양호해지나 플럭스가 미분화되기 쉬워 비이드 외관이 나빠지고 슬라그박리성이 나빠질 뿐만 아니라 용접시 발생되는 가스의 방출을 저해하여 건전한 용접금속을 얻을 수 없다.

따라서 본 발명에서는 플럭스의 입도를 1.7mm(ASTM 12메쉬)를 초과하는 플럭스가 10%이하, 500㎛(ASTM 35메쉬)미만인 플럭스가 10%이하인 것으로 제한한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예)

표 1과 같은 화학성분을 가진 용접모재를 마련하였다. 그리고 표 2와 같은 조성의 와이어를 이용하여 표 3과 같은 용접조건으로 양면단층용접을 실시하였다. 이때, 단층용접에 이용된 각각의 플럭스 조성은 표 4와 같다.

이와 같이 그 조성을 달리하는 플럭스를 이용하여 양면단층용접을 행한 후, 비이드퍼짐성, 슬라그박리성, 내포크마크성 등의 용접비이드 외관을 평가하여 그 결과를 표 5와 같이 양호(○), 보통(△), 불량(×)으로 나타내었다.

또한, 용접후 얻어진 각 용접금속의 0℃ 에서의 충격강도를 측정하여 그 결과를 표 5에 나타내었으며, 이때 그 충격강도가 70(J)이상인 경우를 우수(○), 34∼69(J)을 보통(△), 34(J)미만을 불량(×)으로 평가하였다.

모재종류	두께(mm)	화학성분(중량%)
SS400	25	C	Si	Mn	P	S
SS400	25	0.14	0.27	0.80	0.027	0.018

와이어경(mm)	화학성분(중량%)
4.8	C	Si	Mn	P	S
4.8	0.05	0.005	0.46	0.014	0.012

구분	전극	전류(A)	전압(V)	용접속도(cm/min)	개선형상
표면	선행(DC+)	1150	35	98	I-Groove
표면	후행(AC)	800	41	98
이면	선행(DC+)	1350	35	95
이면	후행(AC)	800	42	95

구 분		플럭스 조성(중량%)							MgO/ (SiO₂+CaO)	플럭스내 CO2함량 (%)	플럭스 입도
구 분		SiO₂	Al₂O₃	MgO	CaF₂	CaO	MnO	기타	MgO/ (SiO₂+CaO)	플럭스내 CO2함량 (%)	1.7㎜ 초과(%)	500㎛ 미만(%)
발명예	1	14.2	27.5	26.0	17.2	1.8	6.8	잔여분	1.63	0.65	7.9	4.2
	2	12.8	29.8	22.6	20.5	2.7	5.8	잔여분	1.45	0.87	6.7	2.6
	3	17.9	25.6	24.8	15.8	1.7	6.5	잔여분	1.26	0.59	5.5	8.1
	4	11.5	31.8	27.8	13.1	1.8	7.0	잔여분	2.09	0.63	2.1	5.7
비교예	1	8.5	29.8	25.7	18.9	1.8	6.9	잔여분	2.50	0.66	3.5	10.5
	2	12.8	23.5	33.2	14.2	1.9	5.4	잔여분	2.25	0.78	6.7	5.6
	3	14.2	17.8	29.6	20.3	2.5	7.9	잔여분	1.77	0.74	5.0	7.1
	4	12.8	24.7	23.1	27.9	1.9	3.0	잔여분	1.57	0.67	7.4	3.9
	5	13.6	27.4	26.5	15.6	4.5	6.8	잔여분	1.46	0.74	3.6	4.6
	6	11.4	23.6	32.5	15.2	1.7	6.8	잔여분	2.48	0.69	12.1	1.7
	7	16.5	35.9	18.5	15.1	2.7	5.8	잔여분	0.96	0.63	6.1	4.6
	8	17.3	32.7	18.8	17.6	2.7	6.4	잔여분	0.94	1.30	8.9	5.8
기타는 Na₂O,K₂O 등

구 분		비이드 퍼짐성	슬래그 박리성	내포크마크성	충격강도 (I.V. 0℃)
발명예	1	○	○	○	○
	2	○	○	○	○
	3	○	○	○	○
	4	○	○	○	○
비교예	1	×	×	○	△
	2	×	△	○	○
	3	△	×	○	○
	4	△	△	×	○
	5	△	×	○	△
	6	×	×	△	○
	7	×	×	△	×
	8	△	×	×	×

표 4 및 표 5에 나타난 바와 같이, 플럭스의 조성성분 뿐만 아니라 그 CO₂함량 및 입도범위가 적절하게 제어된 본 발명예(1∼4)는 모두 우수한 용접작업성과 충격강도를 나타내었다.

이에 반하여, 플럭스의 조성성분이나 CO₂함량 및 입도가 본 발명 범위를 벗어난 비교예(1∼8)는 모두 원하는 수준의 비이드 외관을 얻을 수 없었다. 특히, MgO/(SiO₂+CaO)의 조성비가 본 발명범위를 초과한 비교예(1,2,6)는 비이드 퍼짐성과슬라그 박리성이 좋지 않았으며, 미만인 비교예(7,8)은 내포크 마크성과 충격강도가 떨어짐을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 플럭스의 조성 및 MgO/(SiO₂+CaO)의 조성비 뿐만 아니라 플럭스의 CO₂함량 및 플럭스 입도가 최적으로 제어된 서브머지드 아크 용접용 소결형 플럭스를 제공함으로써 양호한 비이드외관과 우수한 충격인성을 갖는 용접금속을 확보함에 있어 유용한 효과가 있다.

Claims

중량%로 SiO₂ : 10∼20％, Al₂O₃ : 20∼35％, MgO : 20∼30％, CaF₂ : 10∼25％, CaO : 1∼3％, FeO : 1∼5％, MnO : 4∼8％, Na₂O＋K₂O : 1∼3%를 포함하여 조성되고; MgO/ (SiO₂＋CaO)가 1.00∼2.20범위에 있으며 CO₂함량이 1％이하이고; 그 입도가 1.7mm(ASTM 12메쉬)를 초과하는 플럭스가 10%이하이고 500㎛(ASTM 35메쉬)미만인 플럭스가 10%이하, 및 잔여 플럭스는 입도 ASTM 35메쉬~ 12메쉬로 구성되어 있는 서브머지드 아크 용접용 플럭스.