KR100920548B1 - 2전극 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어 및 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법 - Google Patents

2전극 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어 및 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법 Download PDF

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Abstract

1쌍의 피용접판을 맞대어 표면측이 이면측보다 폭넓은 개선(beveling)을 형성하고, 용접 와이어를 개선 깊이 방향에 대해서 고정적으로, 용접 와이어를 왕복 이동 가능하게 설치한다. 양 용접 와이어의 각 조성에서의 함유량의 평균값은 C : 0.02 내지 0.09%, Mn : 1.5 내지 2.5%, Si : 0.2 내지 0.6%, Ni : 0.6 내지 1.9%, Mo : 0.3 내지 1.2%, Ti : 0.10 내지 0.40%, B : 0.005 내지 0.020%, Mg : 0.10 내지 0.50%이고, Ni＋Mo의 총량이 1.2 내지 2.6%, Mo와 Ni의 질량비 Mo/Ni가 0.25 내지 1.00이고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물과 슬래그 생성제이다. 이와 같이 하여 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법을 실시함으로써, 입열이 500kJ/cm를 초과하여도 용접 금속의 강도 및 인성이 높고, 용접 작업성도 우수하다.

Description

2전극 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어 및 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법{FLUX-CORED WIRE FOR TWO ELECTRODE ELECTRO GAS ARC WELDING AND TWO ELECTRODE ELECTRO GAS ARC WELDING METHOD}
본 발명은 후강판(厚鋼板)의 2전극 입향(立向) 1패스 용접이 가능한 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어 및 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 관한 것이다.
일렉트로 가스 아크 용접은 고능률 입향 용접 방법으로서, 선박, 석유 저장 탱크 및 교량 등의 폭넓은 분야에서 적용되고 있다. 최근, 중국·동아시아 여러 나라의 경제 및 산업의 발전이 두드러지고, 물류량의 증가에 따라, 컨테이너 화물의 효율적인 수송을 목적으로 하여, 컨테이너 선박의 대형화가 급속하게 진행되고 있다.
컨테이너 선박의 대형화에 따라, 선측 외판 및 해치 코밍(hatch coaming) 등의 후육화(厚肉化)가 진행되고 있어, 판 두께 50㎜ 이상의 강판이 사용되고, 또한 판 두께 80㎜를 초과하는 강판의 적용도 검토되고 있다. 이러한 후강판을 고능률적으로 용접할 수 있는 시공법으로서, 일렉트로 가스 아크 용접법에 의한 대입열 1패 스 용접화의 요구가 높아지고 있다.
그러나, 이러한 후강판의 용접을 종래의 1전극 1패스 용접 방법으로 실시하면, 용접 속도가 대폭 저하하는 동시에, 융합 불량 등의 결함이 발생하기 쉬워진다. 이 문제점을 해결하기 위하여 이들의 문제를 해소하고, 작업 효율을 향상시키기 위해서 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법이 제안되고 있다(예를 들어, 일본국 특허 공개 평11-197884호 공보, 일본국 특허 공개 평11-285826호 공보, 일본국 특허 공개 2002-103041호 공보).
일본국 특허 공개 평11-197884호 공보에는, 백킹재(backing material)측 전극으로서, 슬래그 생성율이 용착 금속에 대하여 0.5 내지 2.6질량%인 강철 와이어 또는 플럭스 함유 와이어를 사용하고, 슬라이딩 동판측 전극으로서, 슬래그 생성율이 용착 금속에 대하여 2.7 내지 5.5질량%인 플럭스 함유 와이어를 사용하고, 또한, 백킹재측 전극 와이어 중 및 슬라이딩 동판측 전극 와이어 중의 C, Si, Mn, Ti 및 B의 조성을 규정하고, 양 전극 와이어 사이를 일정하게 유지하면서 백킹재와 슬라이딩 동판과의 사이에서 양 전극 와이어를 요동시킴으로써, 양호한 용접 작업성 및 우수한 용접 금속 성능이 얻어지는 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법이 개시되어 있다.
또한, 일본국 특허 공개 평11-285826호 공보에 개시된 기술은, 35 내지 90㎜ 후강판의 개선(beveling)을 2전극 입향 일렉트로 가스 아크 용접할 때에, 판 두께 방향으로 용접 전극을 2개 배치하고, 슬라이딩 동판측 전극에 슬래그 생성율이 와이어 용융양에 대하여 2.7 내지 5.5질량%인 플럭스 함유 와이어를 사용하고, 백킹 재측 전극에 슬래그 생성율이 와이어 용융양에 대하여 2.6질량% 이하인 솔리드 와이어 또는 플럭스 함유 와이어를 사용하고, 슬라이딩 동판측 전극과 백킹재측 전극의 와이어 극간 거리를 10 내지 38㎜, 또한 슬라이딩 동판측 전극의 와이어 송급 속도를 백킹재측 전극의 와이어 송급 속도의 1 내지 1.5배, 양극의 평균 와이어 송급 속도를 14 내지 20m/분으로 하고, 양 전극을 요동시키고, 입향 1패스 용접에 의해서 용접함으로써, 용접 작업성이 우수하고, 또한 양호한 용입 형상을 얻을 수 있다는 것이다.
또한, 일본국 특허 공개 2002-103041호 공보에는, 매우 두꺼운 피용접판의 한쪽 면에 슬라이딩 동당금을 접촉시키고, 다른쪽 면에 고정식 백킹재를 접촉시키고, 그 개선 내에, 슬라이딩 동당금측의 용접 전극으로서 와이어 전체량에 대하여 금속 비화물 및 그 밖의 성분 조성을 규정한 플럭스 함유 와이어를 사용하고, 고정식 백킹재측의 용접 전극으로서 솔리드 와이어를 사용하고, 이 2개의 용접 전극을 판 두께 방향으로 나란히 하여 삽입해서 피용접판을 용접함으로써, 후강판을 용접할 때에, 양호한 저온 인성 및 양호한 용접 작업성이 얻어지는 2전극 입향 일렉트로 가스 아크 용접 방법이 개시되어 있다. 이 때, 용접시에 이 2개의 용접 전극을 요동시키면, 이 2개의 용접 전극의 개선벽에 대한 용입의 균일화를 도모할 수 있다는 것이 기재되어 있다.
그러나, 상술한 종래기술에는 이하에 나타낸 바와 같은 문제점이 있다. 일본국 특허 공개 평11-197884호 공보, 일본국 특허 공개 평11-285826호 공보, 일본국 특허 공개 2002-103041호 공보에 개시된 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법은, 어떤 방법에 있어서도, 양 전극의 개선벽으로의 용입의 균일화를 도모하기 위하여, 용접시에 2전극 모두 슬라이딩시키는 것이 바람직하기 때문에, 양 전극이 피용접판의 표면측에 슬라이딩했을 때에 피용접판의 이면측에 용융 슬래그가 쌓이기 쉽고, 용접 길이가 길어지면, 피용접판의 이면측에 배치되는 전극 와이어의 슬라이딩의 영향에 의해, 피용접판의 이면측의 전극 와이어가 아크 불안정하게 되어, 안쪽 비드 불량 및 스패터 발생량 과다 등의 현상이 발생하기 쉬워진다. 이 때문에, 피용접판의 이면측의 전극 와이어에 슬래그 생성량이 적은 솔리드 와이어 또는 플럭스 함유 와이어를 사용함으로써 용접 작업성의 개선이 제안되고 있지만, 피용접판의 이면측의 전극 와이어의 조성을 규정함으로써 안쪽 비드 불량 및 스패터 발생량 과다 등을 억제하는 것은 곤란하다.
이 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명자들은 피용접판의 이면측에 배치되는 전극 와이어를 고정하여, 피용접판의 이면측의 전극 와이어의 슬라이딩에 의한 피용접판의 이면측의 용융 슬래그 쌓임 및 아크 불안정을 억제하는 방법을 제안하고 있다(일본국 특허 공개 2004-167600호 공보).
그러나, 일본국 특허 공개 2004-167600호 공보에 개시된 기술에는 이하에 나타낸 바와 같은 문제점이 있다. 동 문헌에는 인성이 높은 용접 금속을 얻을 수 있는 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어 및 용접 방법이 개시되어 있고, 이 기술에 의하면, 용접 작업성이 우수하고, 얻어지는 용접 금속의 저온 인성은 양호하지만, 상술한 바와 같이, 일렉트로 가스 아크 용접에 적용하는 강판의 후육화, 또는 고강도화 및 고인성화가 요구되는 중에, 입열이 500kJ/cm를 초과하는 경우에 있어서도, 용접 금속의 강도를 확보하고, 또한 인성이 우수한 일렉트로 가스 아크 용접 재료가 필요해지기 시작하였다. 또한, 최근, 저온역에서 안정적으로 인성이 우수한 용접 재료가 한층 더 요구되고 있으며, 동 문헌에 개시된 기술에 있어서는 이들의 점에서 불충분하다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 입열이 500kJ/cm를 초과하여도 용접 금속의 강도 및 인성이 높고, 용접 작업성이 우수한 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어 및 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어는 제1전극 와이어 및 제2전극 와이어로 이루어지고, 상기 제1전극 와이어 및 상기 제2전극 와이어의 각 조성에서의 함유량의 평균값으로서, C : 0.02 내지 0.09질량%, Mn : 1.5 내지 2.5질량%, Si : 0.2 내지 0.6질량%, Ni : 0.6 내지 1.9질량%, Mo : 0.3 내지 1.2질량%, Ti : 0.10 내지 0.40질량%, B : 0.005 내지 0.020질량%, Mg : 0.10 내지 0.50질량%를 함유하고, Ni＋Mo의 총량이 1.2 내지 2.6질량%, Mo와 Ni의 질량비 Mo/Ni가 0.25 내지 1.00이고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물과 슬래그 생성제이고, 상기 제1전극 와이어는 상기 슬래그 생성제를 상기 제1전극 와이어의 질량에 대해서 0.3 내지 1.6질량% 함유하고, 상기 제2전극 와이어는 상기 슬래그 생성제를 상기 제2전극 와이어의 질량에 대해서 1.0 내지 2.0질량% 함유하는 동시에, 상기 제1전극 와이어 및 상기 제2전극 와이어에서의 상기 슬래그 생성제의 함유량의 합이 1.3 내지 3.3질량%이다.
상기 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어에 있어서는, 상기 슬래그 생성제는 상기 제1전극 와이어 및 상기 제2전극 와이어의 각 조성에서의 함유량의 평균값으로서, F : 0.10 내지 0.70질량%인 것이 바람직하다.
또한, 상기 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어에 있어서, 상기 제2전극 와이어는 제2전극 와이어의 질량당, CO2 : 0.04 내지 0.25질량% 포함하는 탄산염을 함유하고 있어도 된다.
또한, 상기 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어에 있어서는, 상기 제1전극의 와이어 직경은 1.2 내지 1.6㎜, 상기 제2전극의 와이어 직경은 1.4 내지 2.0㎜이고, 상기 제1전극의 와이어 직경은 상기 제2전극의 와이어 직경 이하로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법은, 수직으로 배치한 1쌍의 피용접판을 맞대고 양자간에 표면측이 이면측보다 폭넓고 수직으로 연장하는 개선을 형성하고, 상기 피용접판의 이면측에 상기 개선에 고정적으로 꼭 대어진 이면측 백킹재를 설치하고, 상기 피용접판의 표면측에 상기 개선의 길이 방향을 따라 상기 개선에 대해서 상대적으로 슬라이딩 가능한 표면측 백킹재를 설치하고, 이면측의 제1전극 와이어를 상기 개선의 깊이 방향에 대해서 고정적으로 설치하고, 표면측의 제2전극 와이어를 상기 개선의 깊이 방향에 대해서 왕복 이동 가능하게 설치하여, 상기 제1전극 와이어 및 상기 제2전극 와이어에 의해 상기 개선을 입향 버트(butt) 용접하는 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서, 상기 제1전극 와이어 및 제2전극 와이어는 상기 제1전극 와이어 및 상기 제2전극 와이어의 각 조성에서의 함유량의 평균값으로서, C : 0.02 내지 0.09질량%, Mn : 1.5 내지 2.5질량%, Si : 0.2 내지 0.6질량%, Ni : 0.6 내지 1.9질량%, Mo : 0.3 내지 1.2질량%, Ti : 0.10 내지 0.40질량%, B : 0.005 내지 0.020질량%, Mg : 0.10 내지 0.50질량%를 함유하고, Ni＋Mo의 총량이 1.2 내지 2.6질량%, Mo와 Ni의 질량비 Mo/Ni가 0.25 내지 1.00이고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물과 슬래그 생성제인 조성을 가진다.
상기 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서, 이면측의 상기 제1전극의 와이어 직경은 1.2 내지 1.6㎜이고, 표면측의 상기 제2전극의 와이어 직경은 1.4 내지 2.0㎜이고, 상기 제1전극의 와이어 직경은 상기 제2전극의 와이어 직경 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법으로서, 상기 제1전극 및 상 기 제2전극을 단위 시간당의 송급량이 동일해지도록 송급하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서, 상기 제1전극 와이어는 상기 슬래그 생성제를 상기 제1전극 와이어의 질량에 대해서 0.3 내지 1.6질량% 함유하고, 상기 제2전극 와이어는 상기 슬래그 생성제를 상기 제2전극 와이어의 질량에 대해서 1.0 내지 2.0질량% 함유하는 동시에, 상기 제1전극 와이어 및 상기 제2전극 와이어에서의 상기 슬래그 생성제의 함유량의 합이 1.3 내지 3.3질량%이고, 상기 슬래그 생성제는 상기 제1전극 와이어 및 상기 제2전극 와이어의 각 조성에서의 함유량의 평균값으로서, F : 0.10 내지 0.70질량%인 것이 바람직하다.
또한, 상기 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서, 표면측의 상기 제2전극 와이어는 제2전극 와이어의 질량당, CO2 : 0.04 내지 0.25질량% 포함하는 탄산염을 함유하고 있어도 된다.
본 발명에 의하면, 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어의 C, Mn, Si, Ni, Mo, Ti, B 및 Mg의 각 성분의 조성, Ni＋Mo의 총량 및 Mo/Ni의 비를 적절하게 규정함으로써 용접 금속의 강도 및 인성을 향상시킨다. 또한, 피용접판의 표면측에 개선의 길이 방향을 따라 개선에 대해서 상대적으로 슬라이딩 가능한 표면측 백킹재를 설치하고, 이면측에 개선에 고정적으로 꼭 대어진 이면측 백킹재를 설치하고, 이면측의 제1전극 와이어를 개선의 깊이 방향에 대해서 고정적으로 설치하고, 표면측의 제2전극 와이어를 개선의 깊이 방향에 대해서 왕복 이동 가능하여 설 치하여 개선을 입향 버트 용접함으로써, 용융 슬래그의 비산을 억제한다. 이에 의해, 입열이 500kJ/cm를 초과하는 경우더라도, 강도 및 인성이 높은 용접 금속을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 첨부한 도면을 참조해서 구체적으로 설명한다. 우선, 본 발명의 제1실시형태에 대하여 설명한다. 도 1(a)는 본 실시형태에 따른 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법을 나타내는 모식적 측면도, 도 1(b)는 동 모식적 상면도, 도 2(a) 및 (b)는 용접 와이어(13)의 슬라이딩을 나타내는 모식적 상면도이다.
도 1(a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 수직으로 배치된 1쌍의 후강판으로 이루어진 피용접판(1)이 맞대어져 양자간에 표면측이 이면측보다 폭넓고 수직으로 연장하는 개선이 형성되고, 피용접판(1)의 표면측에, 개선의 길이 방향을 따라 개선에 대해서 상대적으로 슬라이딩 가능한 표면측 백킹재로서 슬라이딩 동판(2)이, 슬래그 제거 홈(3)을 형성한 상태로 설치되어 있다. 슬라이딩 동판(2)에는 용접부에 대기가 침입하지 않도록 실드하기 위한 실드 가스를 도 1(a)에 나타낸 화살표(4)의 방향으로 분출하는 가스 분출구(5)가 형성되어 있고, 또한, 슬라이딩 동판(2)을 냉각하기 위하여 슬라이딩 동판(2) 내부에 형성된 냉각수 통로(도시하지 않음)에 냉각수를 화살표(6)의 방향으로 공급하고, 화살표(7)의 방향으로 배출하는 냉각수 급배구(8)가 형성되어 있다. 또한, 피용접판(1)의 이면측에, 개선에 고정적으로 꼭 대어진 이면측 백킹재로서 백킹재(9)가 설치되어 있다. 또한, 개선 내에는, 피용접 판(1)의 이면측에 콘택트 팁(10: contact tip)에 의해 지지된 제1전극 와이어로서의 용접 와이어(11)(이면측 전극 와이어)가 개선의 깊이 방향에 대해서 고정적으로 설치되고, 표면측에 콘택트 팁(12)에 의해 지지된 제2전극 와이어로서의 용접 와이어(13)(표면측 전극 와이어)가 개선의 깊이 방향(도 1에 나타낸 화살표(14)의 방향)에 대해서 왕복 이동 가능하게 설치되어 있다.
피용접판(1)과 용접 와이어(11)의 사이 및 피용접판(1)과 용접 와이어(13)의 사이에 아크를 발생시키고, 개선을 입향 버트 용접하면, 피용접판(1), 용접 와이어(11) 및 용접 와이어(13)가 용융하고, 용융지(15) 및 용융 슬래그(16)가 형성되고, 용접부에 용접 금속(17)이 형성된다.
예를 들어, 피용접판(1)의 이면측에 설치된 용접 와이어(11) 및 피용접판(1)의 표면측에 설치된 용접 와이어(13)의 쌍방이 개선의 깊이 방향에 대해서 왕복 이동하는 경우, 쌍방의 용접 와이어가 피용접판(1)의 표면측으로 이동했을 때에, 피용접판(1)의 이면측에 용융 슬래그(16)가 쌓이고, 쌍방의 용접 와이어가 피용접판(1)의 이면측으로 이동했을 때는, 피용접판(1)의 표면측에 설치된 용접 와이어(13)의 아크에 의해 피용접판(1)의 이면측의 용융 슬래그(16)가 억제되는 결과, 피용접판(1)의 이면측에 용융 슬래그(16)가 쌓이기 쉬워진다. 이에 의해, 아크가 불안정해져서, 융합 불량을 일으키거나, 용융 슬래그(16)의 비산이 심해지거나 하여 용접 작업성이 열화한다.
본 실시형태에 따른 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서는, 피용접판(1)의 이면측에 설치된 용접 와이어(11)가 개선의 깊이 방향에 대해서 고정되 고, 피용접판(1)의 표면측에 설치된 용접 와이어(13)가 개선의 깊이 방향에 대해서 왕복 이동함으로써, 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 용접 와이어(13)가 피용접판(1)의 이면측으로 이동했을 때에, 피용접판(1)의 이면측에서 발생한 용융 슬래그(16)가 슬라이딩 동판(2) 측(도 2(a)에 나타낸 화살표(18)의 방향)으로 이동하고, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 용접 와이어(13)가 피용접판(1)의 표면측으로 이동했을 때에, 이 용융 슬래그(16)가 도 2(b)에 나타낸 화살표(19)의 방향으로 이동하고, 슬래그 제거 홈(3)에 의해 배출된다. 이에 따라, 피용접판(1)의 이면측에 발생한 용융 슬래그(16)의 일부는 안쪽 비드의 슬래그가 되지만, 용융 슬래그(16)의 대부분은 피용접판(1)의 표면측에 설치된 슬라이딩 동판(2)에 형성된 슬래그 제거 홈(3)으로부터 배출된다. 이에 따라, 이면측에 설치된 용접 와이어(11)의 아크를 안정화시켜, 융합 불량 및 용융 슬래그(16)의 비산을 억제할 수 있다.
여기에서, 본 발명자들은 후강판의 2전극 1패스 입향 버트 용접에 있어서, 플럭스 함유 와이어의 성분 조성 및 와이어 직경에 대하여 검토하고, 우수한 용접 작업성 및 양호한 저온 인성이 얻어지는 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어 및 용접 방법에 대하여 검토를 행하였다. 그리고, 본 실시형태에 따른 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서, 입열이 500kJ/cm를 초과하는 경우더라도, 강도 및 인성이 높은 용접 금속을 얻을 수 있는 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어의 성분에 대하여 예의 검토한 결과, C, Mn, Si, Ni, Mo, Ti, B 및 Mg의 최적 성분량을 발견하였다. 또한, 인성 안정화에는 Ni＋Mo의 총량 및 Mo/Ni의 비를 규정하는 것이 유효하다는 것이 분명해졌다.
이하, 본 실시형태에 따른 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어에서의 각 성분의 조성 한정 이유 및 와이어 직경의 한정 이유에 대해서 설명한다. 본 실시형태에 따른 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어는 강제 외피 및 플럭스로 이루어진 것이다. 또한, 이하의 설명에 있어서, C, Mn, Si, Ni, Mo, Ti, B의 함유량은 제1전극 와이어 및 제2전극 와이어의 각 조성에서의 함유량의 평균값이다(이하, 이것을 단지 평균값이라고 함).
「C : 0.02 내지 0.09질량%」
C는 용접 금속의 강도를 확보하기 위하여 필요한 원소이다. 제1전극 와이어(이면측 전극 와이어) 및 제2전극 와이어(표면측 전극 와이어)의 C량 평균값이 0.02질량% 미만에서는 용접 금속의 강도가 저하한다. 또한, 용접 금속의 조직이 조대화(粗大化)하여, 인성도 저하한다. 한편, C량 평균값이 0.09질량%를 초과하면 용접 금속의 강도가 너무 높아져서 인성이 저하한다. 따라서, 2전극 일렉트로 가스 아크 용접에 사용되는 플럭스 함유 와이어에 있어서, 이면측 전극 와이어 및 표면측 전극 와이어의 C량 평균값은 0.02 내지 0.09질량%로 한다. 또한, C원으로서는 강제 외피 중에 함유되는 C, C 단체(單體), 그래파이트(graphite), 또는, 철분(iron powder) 내지는 금속분 중에 함유되는 C 등을 사용할 수 있다.
「Mn : 1.5 내지 2.5질량%」
Mn은 탈산제로서 용접 금속의 산소량을 저감시키고, 인성을 향상시키는 동시에, 용접 금속의 강도를 확보하는데도 유효한 원소이다. 이면측 전극 와이어 및 표면측 전극 와이어의 Mn량 평균값이 1.5질량% 미만에서는 용접 금속의 인성이 저하 한다. 한편, Mn량 평균값이 2.5질량%를 초과하면 용접 금속의 강도가 너무 높아져서 인성이 저하한다. 따라서, Mn량 평균값은 1.5 내지 2.5질량%로 한다. 또한, Mn원으로서는 강제 외피 중에 함유되는 Mn, 금속 Mn, Fe-Mn 또는 Fe-Si-Mn 등을 사용할 수 있다.
「Si : 0.2 내지 0.6질량%」
Si도 탈산제로서 용접 금속의 산소량을 저감시키고, 인성을 향상시키는 효과를 가지는 것이다. 이면측 전극 와이어 및 표면측 전극 와이어의 Si량 평균값이 0.2질량% 미만에서는 용접 금속의 인성이 저하한다. 한편, Si량 평균값이 0.6질량%를 초과하면, 용접 금속을 탈산하여 용융 슬래그가 된 SiO2의 양이 과잉이 되고, 용융 슬래그의 점도가 높아지기 때문에, 용융 슬래그의 배출성이 악화된다. 이에 따라, 융합 불량이 발생하기 쉬워지고, 용융 슬래그가 비산하여 작업성이 열화한다. 따라서, Si량 평균값은 0.2 내지 0.6질량%로 한다. 또한, Si원으로서는 강제 외피 중에 함유되는 Si, Fe-Si, Fe-Si-Mn, Fe-Si-B, Fe-Si-Mg 또는 REM(Rare Earth Metal)-Ca-Si 등을 사용할 수 있다.
「Ni : 0.6 내지 1.9질량%」
Ni는 오스테나이트(austenite) 형성 원소이고, 용접 금속의 인성을 안정화시키는 효과를 가지는 원소이다. 이면측 전극 와이어 및 표면측 전극 와이어의 Ni량 평균값이 0.6질량% 미만에서는 용접 금속의 인성이 저하한다. 한편, Ni량 평균값이 1.9질량%를 초과하면 입열이 500kJ/cm를 초과하는 경우, 용접 금속이 오스테나이트 응고가 되고, 용접 금속의 조직이 조대화하여, 인성이 저하한다. 따라서, Ni량 평균값은 0.6 내지 1.9질량%로 한다. 또한, Ni원으로서는 금속 Ni, Fe-Ni 또는 Ni-Mg 등을 사용할 수 있다.
「Mo : 0.3 내지 1.2질량%」
Mo는 페라이트 형성 원소이고, 용접 금속의 담금질성(hardenability)을 향상시키는 효과를 가지고, 입열이 500kJ/cm를 초과하는 경우의 응고 조직 미세화에 유효한 원소이다. 따라서, 용접 금속의 인성을 향상시키고, 또한 소량의 첨가로 용접 금속의 강도를 향상시킬 수 있다. 이면측 전극 와이어 및 표면측 전극 와이어의 Mo량 평균값이 0.3질량% 미만에서는 응고 조직은 조대화하여 인성은 저하한다. 한편, Mo량 평균값이 1.2질량%를 초과하면 강도가 너무 높아져서 인성이 저하한다. 따라서, Mo량 평균값은 0.3 내지 1.2질량%로 한다. 또한, Mo원으로서는 금속 Mo 또는 Fe-Mo 등을 사용할 수 있다.
「Ti : 0.10 내지 0.40질량%」
Ti는 용접 금속의 인성을 향상시키는 효과를 가지는 원소이다. 이면측 전극 와이어 및 표면측 전극 와이어의 Ti량 평균값이 0.10질량% 미만에서는 용접 금속의 인성이 저하한다. 한편, Ti량 평균값이 0.40질량%를 초과하면 용접 금속 중의 Ti가 과잉이 되어 인성이 저하한다. 따라서, Ti량 평균값은 0.10 내지 0.40질량%로 한다. 또한, Ti원으로서는 금속 Ti 또는 Fe-Ti 등을 사용할 수 있다.
「B : 0.005 내지 0.020질량%」
B는 소량의 첨가로 용접 금속의 인성을 향상시키는 효과를 가지는 원소이다. 이면측 전극 와이어 및 표면측 전극 와이어의 B량 평균값이 0.005질량% 미만에서는 용접 금속의 인성이 저하한다. 한편, B량 평균값이 0.020질량%를 초과하면 용접 금속 중의 B가 과잉이 되고, 강도가 너무 높아져 인성이 저하한다. 따라서, B량 평균값은 0.005 내지 0.020질량%로 한다. 또한, B원으로서는 Fe-B, Fe-Si-B 또는 B2O3 등을 사용할 수 있다.
「Mg : 0.10 내지 0.50질량%」
Mg는 탈산제로서 용접 금속의 산소량을 저감하고 인성을 향상시키는 효과를 가지는 원소이다. 이면측 전극 와이어 및 표면측 전극 와이어의 Mg량 평균값이 0.10질량% 미만에서는 용접 금속의 인성이 저하한다. 한편, Mg량 평균값이 0.50질량%를 초과하면 아크가 불안정해져 스패터가 다발한다. 따라서, Mg량 평균값은 0.10 내지 0.50질량%로 한다. 또한, Mg원으로서는 금속 Mg, Al-Mg, Fe-Si-Mg 또는 Ni-Mg 등을 사용할 수 있다.
「Ni＋Mo의 총량 : 1.2 내지 2.6질량%, Mo/Ni의 비 : 0.25 내지 1.00」
상술한 바와 같이 Ni량 평균값 및 Mo량 평균값을 규정하고, 이 플럭스 함유 와이어를 사용해서, 2전극 일렉트로 가스 아크 용접을 실시한 바, 입열이 500kJ/cm를 초과하는 경우, 용접 금속의 충분한 강도 및 안정된 인성을 확보할 수 없었다. 그래서 본 발명자들이 다시 검토를 실시한 결과, 이면측 전극 와이어 및 표면측 전극 와이어의 Ni＋Mo의 총량 및 Mo량 평균값/Ni량 평균값의 비(이하, Mo/Ni의 비라고 함)를 규정하는 것이 유효하다는 것을 발견하였다. C, Mn, Si, Ni, Mo, Ti, B 및 Mg의 조성을 한정된 범위로 규정함으로써, 용접 금속의 강도 및 인성의 밸런스가 이루어지지만, 대입열 용접의 경우, Ni＋Mo의 총량이 용접 금속의 강도 및 인성의 확보에 중요한 효능을 가지는 것을 알았다. Ni＋Mo의 총량이 1.2질량% 미만에서는 담금질성이 저하하고, 조직이 조대화하여 인성이 저하하는데다가 강도도 저하한다. 한편, Ni＋Mo의 총량이 2.6질량%를 초과하면, 담금질성은 너무 높아지고, 강도도 너무 높아지기 때문에 인성이 저하한다. 따라서, Ni＋Mo의 총량은 1.2 내지 2.6질량%로 한다.
Mo는 용접 금속의 담금질성을 향상시키는 효과를 가지고, 용접 금속의 조직 미세화에 유효하지만, 과도하게 첨가하면 용접 금속의 강도가 너무 높아져서 인성이 저하한다. 한편, Ni는 용접 금속의 인성의 안정화에 유효한 원소이지만, 과도하게 첨가하면 용접 금속이 오스테나이트 응고가 되어, 용접 금속의 인성이 저하한다. 그래서, 상술한 Ni량 평균값 및 Mo량 평균값의 규정 범위내에서 용접 금속의 추가적인 인성 향상을 도모하려면, 오스테나이트 형성 원소인 Ni를 첨가하여 인성의 안정화를 도모하고, 또한, 페라이트 형성 원소인 Mo를 첨가하여 오스테나이트 응고를 억제하고, 조직의 미세화를 실시하는 것이 유효하다는 것을 발견하였다. 즉, 이면측 전극 와이어 및 표면측 전극 와이어의 Mo/Ni의 비를 적정 범위로 규정하는 것이 매우 유효하다는 것을 알았다. Mo/Ni의 비가 0.25 미만에서는 Mo가 가지는 용접 금속의 조직 미세화의 효과를 얻을 수 없어, 용접 금속의 인성이 저하한다. 한편, Mo/Ni의 비가 1.00을 초과하면, 용접 금속이 오스테나이트 응고하기 쉬워져서, 용접 금속의 인성이 저하한다. 따라서, Mo/Ni의 비는 0.25 내지 1.00으로 한다.
「이면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제의 함유량 : 0.3 내지 1.6질량%, 표면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제의 함유량 : 1.0 내지 2.0질량%, 이면측 전극 와이어 및 표면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제의 함유량의 합 : 1.3 내지 3.3질량%」
상술한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서는, 피용접판(1)의 이면측에 용접 와이어(11)가 개선의 깊이 방향에 대해서 고정적으로 설치되고, 표면측에 용접 와이어(13)가 개선의 깊이 방향에 대해서 왕복 이동 가능하게 설치됨으로써, 용융 슬래그(16)를 피용접판(1)의 표면측에 설치된 슬라이딩 동판(2)의 방향으로 이동시키기 쉬워지고, 이에 의해, 용접 작업성의 안정화를 도모하고 있다. 여기에서, 또한 용접 와이어(11)(이면측 전극 와이어)에서의 슬래그 생성제의 함유량을 이면측 전극 와이어의 질량에 대해서 0.3 내지 1.6질량%로 규정함으로써, 용융 슬래그 양을 저감시키고, 슬래그 생성제에 의한 아크의 안정화를 도모할 수 있어, 우수한 용접 작업성이 얻어진다. 이면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제의 함유량이 이면측 전극 와이어의 질량에 대해서 0.3질량% 미만에서는, 안쪽 비드의 형상이 불안정해지고, 또한, 1.6질량%를 초과하면 피용접판(1)의 이면측에 슬래그가 쌓이기 쉬워지고, 아크가 불안정해져, 융합 불량이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 이면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제의 함유량은, 이면측 전극 와이어의 질량에 대해서 0.3 내지 1.6질량%로 한다.
또한, 피용접판(1)의 표면측에 설치된 용접 와이어(13)는 개선의 깊이 방향 에 대해서 왕복 이동하기 때문에, 우수한 용접 작업성을 확보하려면 적당한 양의 슬래그 생성제를 함유하는 것이 필요하다. 한편, 슬래그 생성제의 함유량이 과도해지면, 용융 슬래그(16)가 피용접판(1)의 이면측으로 역류하거나, 아크가 불안정해지거나 하기 때문에, 융합 불량이 발생하기 쉬워진다. 용접 와이어(13)(표면측 전극 와이어)에서의 슬래그 생성제의 함유량이 표면측 전극 와이어의 질량에 대해서 1.0질량% 미만에서는, 슬래그 생성량이 부족하고, 용융 금속을 억제할 수 없어, 용접 금속이 용락(burn-through)하기 쉬워지고, 또한, 2.0질량%를 초과하면, 용융 슬래그(16)가 피용접판(1)의 이면측으로 역류하거나, 아크가 불안정해지거나 하기 때문에, 융합 불량이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 표면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제의 함유량은 표면측 전극 와이어의 질량에 대해서 1.0 내지 2.0질량%로 한다.
또한, 이면측 전극 와이어 및 표면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제의 함유량의 합이 1.3질량% 미만에서는, 용융 슬래그 양이 부족하고, 용융 금속을 억제할 수 없어, 용접 금속이 용락하기 쉬워지고, 3.3질량%를 초과하면, 용융지에 부유하는 용융 슬래그 양이 과다해지고, 아크가 불안정해지기 때문에, 융합 불량이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 이면측 전극 와이어 및 표면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제의 함유량의 합은 1.3 내지 3.3질량%로 한다.
또한, 슬래그 생성제로서는 SiO2, K2O, CaO, Na2O, Al2O3, Li2O, CaF2, BaF2, NaF, K2SiF6, SrF2, AlF3, MgF2, LiF, CaCO3, MgCO3. BaCO3, Li2CO3, Na2CO3 및 Sr2CO3 로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 1종의 원소 등을 사용할 수 있다.
「이면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제에 포함되는 F량과 표면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제에 포함되는 F량의 평균값 : 0.10 내지 0.70질량%」
슬래그 생성제에 함유되는 F는 용융 슬래그의 점성을 낮게 하고, 용융 슬래그의 배출성을 향상시키는 효과를 가진다. 이면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제에 포함되는 F량과 표면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제에 포함되는 F량의 평균값이 0.10질량% 미만에서는, 용융 슬래그의 배출성이 낮고, 용융지에 부유하는 용융 슬래그 양이 과다해지고, 아크가 불안정해지기 때문에, 융합 불량이 발생하기 쉬워진다. 한편, 그러한 F량 평균값이 0.70질량%를 초과하면, 용융 슬래그의 배출성이 너무 향상하고, 용융 금속을 억제할 수 없어, 용접 금속이 용락하기 쉬워진다. 따라서, 그러한 F량 평균값은 0.10 내지 0.70질량%로 한다. 또한, F원으로서는 CaF2, BaF2, NaF, K2SiF6, SrF2, AlF3, MgF2 또는 LiF 등을 사용할 수 있다.
「표면측 전극 와이어는 표면측 전극 와이어 질량당 CO2 : 0.04 내지 0.25질량% 포함하는 탄산염을 함유한다」
탄산염의 분해에서 발생하는 CO2는 아크를 안정적으로 확산하는 효과를 가진다. 이 탄산염을 표면측 전극 와이어에 첨가하여, 표면측 전극 와이어가 개선의 깊이 방향에 대해서 왕복 이동하여도 아크가 확산된 상태로 안정되기 때문에, 피용접판의 이면측에 생성된 슬래그를 피용접판의 표면측에 설치된 슬라이딩 동판측으로 이동시키기 쉬워진다. 탄산염이 포함하는 CO2 량이 0.04질량% 미만에서는 그 효과를 얻을 수 없어, 융합 불량이 발생하기 쉬워진다. 한편, 0.25질량%를 초과하면 가스 발생량이 과대해져 아크가 불안정해지기 쉽다. 따라서, 표면측 전극 와이어는 표면측 전극 와이어 질량당 CO2 : 0.04 내지 0.25질량% 포함하는 탄산염을 함유하는 것으로 한다. 또한, 탄산염으로서는 CaCO3, MgCO3. BaCO3, Li2CO3, Na2CO3 또는 Sr2CO3 등을 사용할 수 있다. 또한, 이면측 전극 와이어도 CO2 : 0.25질량% 이하를 포함하는 탄산염을 함유해도 된다.
또한, 상술한 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어의 잔부는 Fe, B2O3의 O, REM, P, S, Al 및 Ca로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 1종의 원소, 및 불가피적 불순물로 이루어진 조성을 가지고 있는 것으로 한다.
다음에, 본 발명의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서는 상술한 조성의 제1전극 와이어 및 제2전극 와이어를 사용하고, 제1전극 와이어의 직경을 1.2 내지 1.6㎜, 제2전극 와이어의 직경을 1.4 내지 2.0㎜로 하고, 양자의 단위 시간당의 와이어 송급량이 동일해지도록 제1전극 와이어 및 제2전극 와이어를 송급한다.
「이면측 제1전극 와이어의 와이어 직경(이하, 이면측 와이어 직경이라고 함) ; 1.2 내지 1.6㎜, 표면측 제2전극 와이어의 와이어 직경(이하, 표면측 와이어 직경이라고 함) ; 1.4 내지 2.0㎜, 또한 이면측 와이어 직경≤표면측 와이어 직경」
아크는 용접 와이어의 와이어 직경이 커질수록 확산되어, 용융 슬래그를 유 동시키기에는 유효하지만, 와이어 직경이 과도하게 크면 용융지가 불안정해지고, 스패터가 증가한다. 피용접판의 이면측은 개선 폭이 좁기 때문에, 와이어 직경이 과도하게 크면, 모재(피용접판)의 용입이 많아지고, 용접 금속이 모재(피용접판)의 영향을 받기 쉬워져서, 안쪽 비드의 과잉 용착 금속(excess weld metal)도 과다해져 버린다. 따라서, 피용접판의 이면측에 있어서는 아크의 확산이 적당하게 작은 것이 바람직하고, 이면측 와이어 직경은 1.2 내지 1.6㎜로 한다. 한편, 피용접판의 표면측에 있어서는 와이어 직경이 작으면 용융 슬래그의 배출성이 악화되어, 아크가 불안정해진다. 따라서, 표면측 와이어 직경은 1.4 내지 2.0㎜로 한다. 또한, 용접 작업성의 밸런스를 고려하면, 이면측 와이어 직경이 표면측 와이어 직경보다도 크면, 피용접판의 이면측에 용융 슬래그가 쌓이기 쉬워져서 아크가 불안정해진다. 따라서, 이면측 와이어 직경≤표면측 와이어 직경으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서의 각 성분의 2개의 용접 와이어의 평균값이란, 와이어 직경에 관계없이, 2개의 용접 와이어의 함유량을 사용하여, 그들 함유량의 평균값을 계산한 것이다. 예를 들어, 제1와이어가 와이어 직경 : 1.2㎜, C 함유량 : 0.02%, 제2와이어가 와이어 직경 : 2.0㎜, C 함유량 : 0.06% 인 경우라도, C 함유량의 평균값은 0.04%가 된다.
본 발명에 따른 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어의 플럭스 충전율은 20 내지 30질량%로 하였다.
본 발명에 따른 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서는 모재(피용접판)의 영향도 적지 않게 받기 때문에, 모재(피용접판)에 적용하는 강판은 일반 구조용 압연강재, 용접 구조용 압연강재, 용접 구조용 고항복점(高降伏点) 강판, 건축 구조용 압연강 및 선박용으로 사용되는 강판 중, 하기 표 1에 나타낸 범위(질량%)의 것이 바람직하다.
Figure 112007070588087-pat00001
<실시예>
이하, 본 발명의 실시예의 효과에 대해서, 본 발명의 범위에서 벗어나는 비교예와 비교하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에서 사용한 용접 방법을 나타내는 모식적 상면도이다. 도 3에 있어서, 도 1 및 도 2와 동일 구조물에는 동일 부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략한다.
공시 강판(피용접판(1))으로서, 항복 강도 : 390N/㎟ 이상, 판 두께 : 80㎜, 폭 : 500㎜, 길이 : 1000㎜이고, 하기 표 2에 나타낸 조성을 가지는 것을 사용하고, 표면측 와이어 직경 및 이면측 와이어 직경을 모두 1.6㎜로 하여 표 3에 나타낸 조성(질량%)을 가지는 것을 준비하고, 표 6, 9에 나타낸 바와 같이 표면측 와이어 및 이면측 와이어를 조합하여 사용하고(조합했을 때의 각 성분 함유량 등을 표 6, 7, 9, 10에 나타냄), 도 3, 표 4 및 표 5에 나타낸 조건으로 이하에 나타낸 용접 방법에 의해 본 발명에 따른 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어 및 비교예의 플럭스 함유 와이어를 사용해서 1패스 입향 버트 용접을 실시하고, 용접 중에 작업성의 확인을 실시하였다. 또한, 용접 후, UT검사(Ultrasonic Testing; 초음파 탐상 검사)를 실시하여, 융합 불량의 유무를 확인하였다. 여기에서, 표 3에 나타낸 슬래그 생성제로서는 SiO2, K2O, CaO, Na2O, Al2O3, Li2O, CaF2, BaF2, NaF, K2SiF6, SrF2, AlF3, MgF2, LiF, CaCO3, MgCO3. BaCO3, Li2CO3, Na2CO3 및 Sr2CO3 로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 1종의 원소 등을 사용할 수 있다. 또한, 잔부는 Fe, B2O3의 O, REM, P, S, Al 및 Ca로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 1종의 원소, 및 불가피적 불순물이다.
본 발명의 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어는 강제 외피에 플럭스를 충전하여 구성된다. Fe는 이 강제 외피 중의 Fe, 플럭스 중에 함유되는 철분으로부터의 Fe 및 Fe 합금(Fe-Mn, Fe-Si 등)에 함유되는 Fe를 합계한 것이지만, 이 Fe의 함유량은 적어도 와이어 전체 질량당, 90% 이상이다.
Figure 112007070588087-pat00002
Figure 112007070588087-pat00003
도 3에 나타낸 바와 같이, 1쌍의 피용접판(1)의 개선은 피용접판(1)의 표면측이 이면측보다도 폭넓은 V자형으로 하고, 개선의 각도는 20°로 하였다. 또한, 피용접판(1)의 이면측에 있어서, 1쌍의 피용접판(1)간의 거리는 8㎜로 하였다. 그리고, 이 피용접판(1)의 표면측에 개선의 길이 방향을 따라 개선에 대해서 상대적으로 슬라이딩 가능한 슬라이딩 동판(도시하지 않음)을 설치하고, 이면측에 개선에 고정적으로 꼭 대어진 백킹재(도시하지 않음)를 설치하고, 개선내에 표 3에 나타낸 조성을 가지는 와이어(A 내지 V)에서 선택된 2개의 1.6㎜의 용접 와이어(11 및 13)를, 피용접판(1)의 이면측에 있어서는 피용접판(1)의 이면으로부터 30㎜의 위치에 설치하고, 또한 피용접판(1)의 표면측에 있어서는 이면측에 설치한 용접 와이어(11)에 접촉하지 않고, 또한, 개선 내에서 판 두께 방향으로 25 내지 30㎜ 슬라이딩할 수 있는 위치에 설치하고, 이면측의 용접 와이어(11)를 개선의 깊이 방향에 대해서 고정된 상태로 표면측의 용접 와이어(13)를 피용접판(1)의 이면측에서 2초간, 피용접판(1)의 표면측에서 3초간 정지시키면서 개선의 깊이 방향에 대해서 왕복 이동시키고, 개선을 1패스 입향 버트 용접하였다.
Figure 112007070588087-pat00004
Figure 112007070588087-pat00005
하기 표 8 및 표 11에 평가 결과를 나타낸다. 또한, 공시 강판(피용접판(1))의 길이 : 1000㎜ 중, 용접이 안정적이지 않다고 생각되는 용접 개시측 및 크레이터측의 각 100㎜는 검사 대상 외로 하였다(유효 길이 : 800㎜, 또한 도중에 용접 금속이 용락한 것은 짧아진다). 유효 길이에 있어서 융합 불량이 확인되지 않는 것을 ◎, 융합 불량의 길이가 유효 길이의 2% 미만인 것을 ○, 융합 불량의 길이가 유효 길이의 2%를 초과하는 것을 ×로 하였다. 또한, 용접 금속의 인장 시험편은 판 두께 중앙부로부터 채취하여, 직경 10㎜, 표점간 거리 50㎜의 사이즈로 시험하고, 570N/㎟ 이상의 것을 충분한 강도가 얻어졌다고 판단하고, 판정을 ○로 하였다. 충격 시험에 대해서는 JIS Z 3128에 규정되어 있는 방법에 의해 －40℃에서의 충격값을 측정하고, 그 값이 41J 이상인 것을 충격 성능이 양호하다고 판단하고, 판정을 ○로 하였다.
Figure 112007070588087-pat00006
Figure 112007070588087-pat00007
Figure 112007070588087-pat00008
Figure 112007070588087-pat00009
Figure 112007070588087-pat00010
Figure 112007070588087-pat00011
상기 표 8에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 16에 있어서는, 용접 금속의 강도를 충분히 얻을 수 있고, 충격값도 양호하며 용접 작업성도 실용상 문제없이 양호하였다.
상기 표 11에 나타낸 바와 같이, 비교예 17에서는 이면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제의 함유량이 이면측 전극 와이어의 질량에 대해서 0.3질량% 미만이어서, 안쪽 비드가 약간 불안정하였다. 비교예 18에서는 표면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제의 함유량이 표면측 전극 와이어의 질량에 대해서 2.0질량%를 초과하여, 융합 불량이 발생하기 쉬워졌다. 비교예 19에서는 이면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제의 함유량이 이면측 전극 와이어의 질량에 대해서 1.6질량%를 초과하여, 융합 불량이 발생하기 쉬워졌다. 비교예 20에서는 표면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제의 함유량이 표면측 전극 와이어의 질량에 대해서 1.0질량% 미만이어서, 용접 금속이 용략하기 쉬워졌기 때문에, 돌출 길이의 조정, 즉, 돌출 길이를 짧게 하여 용융지를 요동 동판 상측으로 올림으로써, 용접 금속의 용락을 방지할 필요가 있었다. 또한, 와이어 돌출 길이를 짧게 하면 용접 속도가 느려지고, 용접 속도가 느려지면 동일 와이어 송급량에 대해서 용융지면이 상승한다. 또한, 비교예 21에서는 이면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제의 함유량이 이면측 전극 와이어의 질량에 대해서 0.3질량% 미만, 이면측 전극 와이어 및 표면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제의 함유량의 합이 1.3질량% 미만이어서, 용접 금속이 용락하기 쉬워졌기 때문에, 비교예 20과 마찬가지로 돌출 길이의 조정을 행할 필요가 있고, 또한, 안쪽 비드가 약간 불안정하였다. 비교예 22에서는 표면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제의 함유량이 표면측 전극 와이어의 질량에 대해서 2.0질량%를 초과하고, 또한, 이면측 전극 와이어 및 표면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제의 함유량의 합이 3.3질량%를 초과하고 있어, 융합 불량이 발생하기 쉬워졌다.
또한, 비교예 23에서는 이면측 전극 와이어 및 표면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제의 함유량의 합에서의 F 함유량 평균값이 0.10질량% 미만이어서, 융합 불량이 발생하기 쉬워졌다. 비교예 24에서는 이면측 전극 와이어 및 표면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제의 함유량의 합에서의 F 함유량 평균값이 0.70질량%를 초과하고 있어, 용접 금속이 용락하기 쉬워졌기 때문에, 비교예 20과 마찬가지로 돌출 길이의 조정을 행할 필요가 있었다. 비교예 25에서는 표면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제의 함유량이 표면측 전극 와이어의 질량에 대해서 1.0질량% 미만이고, 표면측 전극 와이어가 함유하는 CO2 량 평균값이 0.04질량% 미만이어서, 융합 불량이 발생하기 쉬워졌다. 비교예 26에서는 표면측 전극 와이어가 함유하는 CO2 량 평균값이 0.25질량%를 초과하고 있어, 아크가 약간 불안정해졌다.
비교예 27에서는 C량 평균값이 0.02질량% 미만이어서, 용접 금속의 강도가 부족하고, 또한 인성이 저하하였다. 한편, 비교예 28에서는 C량 평균값이 0.09질량%를 초과해서, 용접 금속의 강도가 너무 높아져 인성이 저하하였다.
비교예 29에서는 Si량 평균값이 0.2질량% 미만이어서, 용접 금속의 인성이 저하하였다. 한편, 비교예 30에서는 Si량 평균값이 0.6질량%를 초과하여, 용융 슬래그가 된 SiO2량이 과잉이 되었기 때문에, 용융 슬래그의 배출성이 악화되어, 아크가 불안정해진 결과, 융합 불량이 발생하였다.
비교예 31에서는 Mn량 평균값이 1.5질량% 미만이어서, 용접 금속의 인성이 저하하였다. 한편, 비교예 32에서는 Mn량 평균값이 2.5질량%를 초과해서, 용접 금속의 강도가 너무 높아져 인성이 저하하였다.
비교예 33에서는 Ni량 평균값이 0.6질량% 미만, Ni＋Mo의 총량이 1.2질량% 미만이고 또한 Mo/Ni의 비가 1.00을 초과하고 있어, 용접 금속의 인성이 저하하였다. 한편, 비교예 34에서는 Ni량 평균값이 1.9질량%를 초과하여, 용접 금속의 인성이 저하하였다.
비교예 35에서는 Mo량 평균값이 0.3질량% 미만이고 또한 Mo/Ni의 비가 0.25 미만이어서, 용접 금속의 인성이 저하하였다. 한편, 비교예 36에서는 Mo량 평균값이 1.2질량%를 초과해서, 용접 금속의 강도가 너무 높아져 인성이 저하하였다.
비교예 37에서는 Ti량 평균값이 0.10질량% 미만이어서, 용접 금속의 인성이 저하하였다. 한편, 비교예 38에서는 Ti량 평균값이 0.40질량%를 초과하여, 용접 금속의 인성이 저하하였다.
비교예 39에서는 B량 평균값이 0.005질량% 미만이어서, 용접 금속의 인성이 저하하였다. 한편, 비교예 40에서는 B량 평균값이 0.020질량%를 초과해서, 용접 금속의 강도가 너무 높아져 인성이 저하하였다.
비교예 41에서는 Mg량 평균값이 0.1질량% 미만이어서, 용접 금속의 인성이 저하하였다. 한편, 비교예 42에서는 Mg량 평균값이 0.5질량%를 초과해서, 아크가 불안정해져 스패터가 다발하였다.
비교예 43에서는 Ni＋Mo의 총량이 1.2질량% 미만이어서, 용접 금속의 강도가 부족하고, 또한 인성이 저하하였다. 한편, 비교예 44에서는 Ni＋Mo의 총량이 2.6질량%를 초과해서, 용접 금속의 강도가 너무 높아져 인성이 저하하였다.
비교예 45에서는 Mo/Ni의 비가 0.25 미만이어서, 용접 금속의 인성이 저하하였다. 한편, 비교예 46에서는 Mo/Ni의 비가 1.0을 초과하여, 용접 금속의 인성이 저하하였다.
이에 따라, 상술한 바와 같이, C, Mn, Si, Ni, Mo, Ti, B 및 Mg의 각 성분의 조성, Ni＋Mo의 총량 및 Mo/Ni의 비를 적절하게 규정된 본 발명에 따른 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어를 사용하고, 상술한 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 의해서 1패스 입향 용접을 실시함으로써, 입열이 500kJ/cm를 초과하는 경우더라도, 강도 및 인성이 높은 용접 금속을 얻을 수 있다는 것을 알았다.
또한, 표면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제의 함유량, 이면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제의 함유량, 표면측 전극 와이어 및 이면측 전극 와이어에서의 슬래그 생성제의 함유량의 합 및 표면측 전극 와이어가 함유하는 탄산염이 포함하는 CO2 량을 적절하게 규정함으로써, 더욱 용접 작업성이 향상하고, 강도 및 인성이 높은 용접 금속을 얻을 수 있다는 것을 알았다.
다음에, 본 발명의 실시예의 효과에 대해서, 상기 표 3에 나타낸 조성을 가지는 와이어(B) 및 와이어(R)을 사용하고, 하기 표 12에 나타낸 용접 조건에서, 상술한 공시 강판(피용접판(1))을 사용하고, 도 3에 나타낸 상술한 용접 방법에 의해서 1패스 입향 버트 용접을 실시하고, 용접 작업성에 미치는 와이어 직경의 영향을 확인하였다. 이 평가 결과를 하기 표 13에 나타낸다.
Figure 112007070588087-pat00012
Figure 112007070588087-pat00013
실시예 47 내지 53 및 비교예 54 내지 57은 모두 현저한 용접 작업성의 열화는 없어, 적용 가능하지만, 비교예 54에서는 이면측 와이어 직경이 1.6㎜를 초과하고, 안쪽 비드의 과잉 용착 금속이 높아졌다. 또한, 비교예 54에서는 이면측 와이어 직경이 1.6㎜를 초과하고, 더욱이 이면측 와이어 직경이 표면측 와이어 직경보다도 크기 때문에, 이것도 안쪽 비드의 과잉 용착 금속이 높아졌다. 또한, 비교예 56에서는 이면측 와이어 직경이 표면측 와이어 직경보다도 커서, 아크가 불안정하였다. 또한, 비교예 57에서는 표면측 와이어 직경이 1.4㎜보다도 작고, 용융 슬래그의 배출성이 악화되어, 아크가 불안정해졌다.
이에 따라, 상술한 바와 같이, 이면측 전극 와이어로서 와이어 직경이 1.2 내지 1.6㎜인 전극 와이어를 설치하고, 표면측 전극 와이어로서 와이어 직경이 1.4 내지 2.0㎜이고 또한 이면측 전극 와이어의 와이어 직경과 동등하거나 또는 그것보다 큰 전극 와이어를 설치하여, 상술한 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 의해서 1패스 입향 용접을 실시함으로써, 입열이 500kJ/㎝를 초과하는 경우더라도, 용접 작업성이 우수하다는 것을 알았다.
도 1(a)는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법을 나타낸 모식적 측면도, (b)는 동 모식적 상면도이다.
도 2(a) 및 (b)는 용접 와이어(13)의 슬라이딩을 나타내는 모식적 상면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에서 사용한 용접 방법을 나타내는 모식적 상면도이다.

Claims (9)

  1. 제1전극 와이어 및 제2전극 와이어로 이루어지고,
    상기 제1전극 와이어 및 상기 제2전극 와이어의 각 조성에서의 함유량의 평균값으로서, C : 0.02 내지 0.09질량%, Mn : 1.5 내지 2.5질량%, Si : 0.2 내지 0.6질량%, Ni : 0.6 내지 1.9질량%, Mo : 0.3 내지 1.2질량%, Ti : 0.10 내지 0.40질량%, B : 0.005 내지 0.020질량%, Mg : 0.10 내지 0.50질량%를 함유하고, Ni＋Mo의 총량이 1.2 내지 2.6질량%, Mo와 Ni의 질량비 Mo/Ni가 0.25 내지 1.00이고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물과 슬래그 생성제이고,
    상기 제1전극 와이어는 상기 슬래그 생성제를 상기 제1전극 와이어의 질량에 대해서 0.3 내지 1.6질량% 함유하고, 상기 제2전극 와이어는 상기 슬래그 생성제를 상기 제2전극 와이어의 질량에 대해서 1.0 내지 2.0질량% 함유하는 동시에, 상기 제1전극 와이어 및 상기 제2전극 와이어에서의 상기 슬래그 생성제의 함유량의 합이 1.3 내지 3.3질량%인 것을 특징으로 하는 2전극 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 슬래그 생성제는 상기 제1전극 와이어 및 상기 제2전극 와이어의 각 조성에서의 함유량의 평균값으로서, F : 0.10 내지 0.70질량%인 것을 특징으로 하는 2전극 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2전극 와이어는 제2전극 와이어의 질량당, CO2 : 0.04 내지 0.25질량% 포함하는 탄산염을 함유하는 것을 특징으로 하는 2전극 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1전극 와이어의 직경은 1.2 내지 1.6㎜, 상기 제2전극 와이어의 직경은 1.4 내지 2.0㎜이고, 상기 제1전극의 와이어 직경은 상기 제2전극의 와이어 직경 이하인 것을 특징으로 하는 2전극 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 함유 와이어.
  5. 수직으로 배치한 1쌍의 피용접판을 맞대고 양자간에 표면측이 이면측보다 폭넓고 수직으로 연장하는 개선(beveling)을 형성하고, 상기 피용접판의 이면측에 상기 개선에 고정적으로 꼭 대어진 이면측 백킹재를 설치하고, 상기 피용접판의 표면측에 상기 개선의 길이 방향을 따라 상기 개선에 대해서 상대적으로 슬라이딩 가능한 표면측 백킹재를 설치하고, 이면측의 제1전극 와이어를 상기 개선의 깊이 방향에 대해서 고정적으로 설치하고, 표면측의 제2전극 와이어를 상기 개선의 깊이 방향에 대해서 왕복 이동 가능하게 설치하여, 상기 제1전극 와이어 및 상기 제2전극 와이어에 의해 상기 개선을 입향 버트(butt) 용접하는 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법에 있어서, 상기 제1전극 와이어 및 제2전극 와이어는 상기 제1전극 와이어 및 상기 제2전극 와이어의 각 조성에서의 함유량의 평균값으로서, C : 0.02 내지 0.09질량%, Mn : 1.5 내지 2.5질량%, Si : 0.2 내지 0.6질량%, Ni : 0.6 내지 1.9질량%, Mo : 0.3 내지 1.2질량%, Ti : 0.10 내지 0.40질량%, B : 0.005 내지 0.020질량%, Mg : 0.10 내지 0.50질량%를 함유하고, Ni＋Mo의 총량이 1.2 내지 2.6질량%, Mo와 Ni의 질량비 Mo/Ni가 0.25 내지 1.00이고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물과 슬래그 생성제인 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    이면측의 상기 제1전극의 와이어 직경은 1.2 내지 1.6㎜이고, 표면측의 상기 제2전극의 와이어 직경은 1.4 내지 2.0㎜이고, 상기 제1전극의 와이어 직경은 상기 제2전극의 와이어 직경 이하인 것을 특징으로 하는 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1전극 및 상기 제2전극을 단위 시간당의 송급량이 동일해지도록 송급하는 것을 특징으로 하는 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 제1전극 와이어는 상기 슬래그 생성제를 상기 제1전극 와이어의 질량에 대해서 0.3 내지 1.6질량% 함유하고, 상기 제2전극 와이어는 상기 슬래그 생성제를 상기 제2전극 와이어의 질량에 대해서 1.0 내지 2.0질량% 함유하는 동시에, 상기 제1전극 와이어 및 상기 제2전극 와이어에서의 상기 슬래그 생성제의 함유량의 합이 1.3 내지 3.3질량%이고, 상기 슬래그 생성제는 상기 제1전극 와이어 및 상기 제2전극 와이어의 각 조성에서의 함유량의 평균값으로서, F : 0.10 내지 0.70질량%인 것을 특징으로 하는 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법.
  9. 제 5항에 있어서,
    표면측의 상기 제2전극 와이어는 제2전극 와이어의 질량당, CO2 : 0.04 내지 0.25질량% 포함하는 탄산염을 함유하는 것을 특징으로 하는 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법.
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