KR101021397B1

KR101021397B1 - 이재 접합용 플럭스 코어드 와이어, 이재 접합 방법 및 그 접합 방법을 이용한 알루미늄재 또는 알루미늄 합금재와, 강재와의 접합 이음 구조체

Info

Publication number: KR101021397B1
Application number: KR1020087019924A
Authority: KR
Inventors: 쥰 가또오; 미까꼬 다께다; 세이지 사사베; 가쯔시 마쯔모또; 히데까즈 이도; 쯔요시 마쯔모또
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2011-03-14
Also published as: US20090017328A1; US20170274479A1; EP1997579A4; EP1997579B1; WO2007094203A1; EP1997579A1; KR20080087034A; US9682446B2

Abstract

알루미늄계 재료와 철계 재료를 접합할 때에, 접합 강도를 높이는 동시에, 용접 효율도 좋은 이재 접합용 플럭스 코어드 와이어 및 이재 접합 방법 및 그에 의해 얻게 되는 접합 이음을 제공한다. 특히, 고장력 강재와 6000계 알루미늄 합금재의, 고강도의 이재끼리의 용융 용접 접합이나, 강재가 아연 도금 강재인 경우의 이재 접합 방법을 제공한다. 일 형태로서, 알루미늄재 외피 내부에 플럭스를 충전하여 이루어지는 플럭스 코어드 와이어를 이용하고, 여기서 플럭스를, AlF₃을 특정량 포함하고 또한 염화물을 포함하지 않는 불화물 조성으로 하고, 외피 알루미늄 합금을, Si를 1 내지 13 질량% 함유하는 것으로 한다. 이와 같은 플럭스 코어드 와이어를 이용하면, 고장력 강재와 6000계 알루미늄 합금재의 고강도의 이재끼리의 용융 용접 접합에 있어서 높은 접합 강도를 얻는다.

플럭스 코어드 와이어, 용접선, 용접 토치, 강재, 알루미늄재

Description

이재 접합용 플럭스 코어드 와이어, 이재 접합 방법 및 그 접합 방법을 이용한 알루미늄재 또는 알루미늄 합금재와, 강재와의 접합 이음 구조체{FLUX-CORED WIRE FOR DIFFERENT-MATERIAL BONDING, METHOD OF BONDING DIFFERENT MATERIALS AND JOINT STRUCTURE BETWEEN ALUMINUM MATERIAL OR ALUMINUM ALLOY MATERIAL, AND STEEL MATERIAL USING THE BONDING METHOD}

본 발명은 철계 재료와 알루미늄계 재료의 이종 금속 부재끼리의, 이재(異材, different material) 접합용 플럭스 코어드 와이어(FCW : Flux cored wire) 및 이재 접합 방법에 관한 것이다. 본 발명의 기술은 자동차, 철도차량 등의 수송 분야, 기계 부품, 건축 구조물 등의 구조 부재 등으로서 적합하고, 특히 자동차용 구조물 등의 조립 공정시에 필요해진다.

용접은 일반적으로는 동종의 금속 부재끼리를 접합한다. 그러나, 철계 재료(이하, 단순히 강재라 함)와 알루미늄계 재료(순알루미늄 및 알루미늄 합금을 총칭한 것으로, 이하 단순히 알루미늄재라 함)라는 이종의 금속 부재의 접합(이재 접합체)에 적용할 수 있으면, 자동차 등의 구조재로서 자동차 등의 경량화 등에 현저하게 기여할 수 있다.

그러나, 강재와 알루미늄 합금재를 용접 접합하는 경우, 접합부에 취약한 Fe-Al 금속간 화합물이 생성되기 쉽기 때문에, 신뢰성이 있는 고강도를 갖는 접합부(접합 강도)를 얻는 것은 매우 곤란하였다. 따라서, 종래에는 이들 이종 접합체(이종 금속 부재)의 접합에는 볼트나 리벳 등에 의한 접합으로 되어 있지만, 접 합 이음의 신뢰성, 기밀성, 비용 등의 문제가 있다.

또한, 한편으로는, 자동차 차체 등의 부재의 경량화를 위해 강재나 알루미늄 합금재의 고강도화가 도모되고, 강재에서는 고장력 강재(하이텐), 알루미늄 합금재에서는 합금 원소가 적고 리사이클성도 우수한 고강도의 A6000계 알루미늄 합금재가 사용되는 경향이 있다.

이로 인해, 이재끼리의 용접 접합에 있어서도, 지금까지의 연강과 순알루미늄 합금이나 A5000계 알루미늄 합금 등의, 종래의 저강도의 이재끼리의 용접 접합으로부터, 고장력 강재와 6000계 알루미늄 합금재의 고강도의 이재끼리의 용접 접합으로 접합 대상이 바뀌고 있다. 이들 고강도의 이재끼리의 용접 접합에서는, 접합부에서의 취약한 Fe-Al 금속간 화합물의 생성 조건이 다르다. 그로 인해, 신뢰성이 있는 높은 접합 강도를 얻기 위해서는, 종래의 저강도의 이재끼리의 용접 접합에 대해 새로운 접합 조건의 고안이 필요해진다.

강재와 알루미늄 합금재의 이재끼리를 접합하는 경우, 강재는 알루미늄 합금재와 비교하여, 융점, 전기 저항이 높고, 열전도율이 작기 때문에, 강측 발열이 커지고, 우선 저융점의 알루미늄이 용융된다. 다음에 강재의 표면이 용융되고, 결과적으로 계면에서 Fe-Al계의 취약한 금속간 화합물층이 형성되므로, 높은 접합 강도를 얻을 수 없다.

그래서, 종래부터 이들 강재와 알루미늄재의 이종 접합체의 접합 방법에 대해서는 많은 검토, 제안이 이루어지고 있다. 예를 들어, 진공하에서 압연 접합하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 미리 준비한 철계 재료층 및 알루미 늄 합금층으로 이루어지는 2층의 클래드재를 개재시켜 시임 용접하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 2 참조). 고온 하에서 가압 접합하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 3 참조). 서로의 접합면에 Ti 합금을 미리 개재시켜, HIP 처리에 의해 접합하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 4 및 특허문헌 5 참조). 마찰 압접하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 6 참조). 알루미늄과 접하는 강재 표면에 알루미늄 합금을 도금하거나, 혹은 미리 준비한 강재층 및 알루미늄 합금층으로 이루어지는 2층의 클래드재를 개재시켜 저항 용접하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 7 및 특허문헌 8 참조).

그러나, 이들 종래 기술에는 각각 이하와 같은 문제가 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 내지 특허문헌 8의, 강재와 알루미늄재의 이재 접합체를 얻는 방법은, 공통적으로 평판 등 비교적 단순한 형상의 부재끼리의 접합에는 이용 가능하지만, 부재 형상의 제약을 받아 부재의 형상이 복잡한 경우에는 적용할 수 없다. 이로 인해 적용 범위가 좁아 범용성이 떨어지고 있다. 또한, 접합부가 스폿적인 것이 되므로 연속적인 접합부를 얻을 수 없는 문제도 있다. 또한, 어떠한 방법이라도 공정이 복잡해지므로, 품질의 안정성을 확보할 수 없고, 접합 비용이 높아져, 실용성이 결여되는 문제가 있다. 또한, 기존의 용접 라인에서는 실시할 수 없어, 상기 각 방법을 실시하기 위한 새로운 설비를 삽입해야만 하므로, 설비 비용이 높아지는 문제도 있었다.

철계 재료와 알루미늄계 재료의 접합에 상기한 바와 같은 다양한 방법이 제안되어 있는 배경의 하나로서, 철계 재료와 알루미늄계 재료를 직접 용융 접합하면 접합부에 취약한 금속간 화합물이 생성되어, 균열을 발생시키기 쉬워지는 것을 예로 들 수 있다. 그로 인해, 용접 와이어를 이용하여 접합하는 경우를 포함하여 철계 재료와 알루미늄계 재료를 직접 접합할 때에는, 철계 재료 중의 철과 알루미늄계 재료 중의 알루미늄을 어떠한 방법으로 최대한 용융 혼합시키지 않고 용해 금속부의 연성을 확보할지, 또한 철계 재료와 알루미늄계 재료와의 계면 근방에 취약한 금속간 화합물층을 어떠한 방법으로 생성시키지 않도록 할지가 매우 중요해진다.

이에 대해, 강재와 알루미늄재를 아크 용접으로 선 혹은 면 접합하는 방법도 제안되어 있다(비특허문헌 1, 비특허문헌 2, 비특허문헌 3 참조). 또한, 건전한 접합 이음을 확보하기 위해, MIG 납땜법에 의해 강재와 알루미늄재를 직접 접합하는 방법도 제안되어 있다(특허문헌 9 참조).

상기 비특허문헌 1, 비특허문헌 2, 비특허문헌 3 등의, 강재와 알루미늄재를 아크 용접으로 접합하는 방법에서는, 접합하는 강재측에 미리 구멍을 마련하고, 이 구멍을 용융 알루미늄재로 매립함으로써, 강도 확보의 저해 요인이 되는 금속간 화합물의 성장 방향을 제어함으로써 높은 접합 강도를 얻고자 한다. 그러나, 이 비특허문헌 1, 비특허문헌 2, 비특허문헌 3에서도, 연속적으로 아크 용접한 경우에는 비드에 균열이 발생하기 쉬워, 용접 이음의 강도에는 더욱 개선의 여지가 있다. 이는 특허문헌 9에서도 마찬가지이다.

또한, 접합부에 취약한 Fe-Al 금속간 화합물이 생성되지 않도록 저온에서 납땜하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 10, 특허문헌 11 참조).

또한, 보다 고온에 있어서 접합을 행하는, 이들 이종 접합체의 용융 용접에 서는, 적어도 실리콘을 3 내지 15 wt% 첨가한 알루미늄 합금제의 솔리드 와이어를 용접 와이어로 하여, 알루미늄 합금재와 아연 도금 등을 표면에 행한 강재를 펄스 MIG 용접에 의해 접합하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 12 참조). 이 방법에서는, 용접 와이어의 용융과 함께, 실리콘도 모재로 이행시켜, 용융지 계면에 침투하여, 아크의 열에 의해 고온이 되고, 용해 금속의 습윤성을 좋게 하여 접착성을 향상시키고 있다.

또한, 이종 접합체의 용융 용접에 이용하는 플럭스의 조성을 개선하여, 용접 이음 강도를 높이고자 하는 것도 제안되어 있다. 이 예로서, 불화물(불화세슘, 불화알루미늄, 불화칼륨 및 산화알류미늄)을 포함하는 플럭스를 코어재로 하여, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 피복하여 형성되는 플럭스들이 와이어에 의해 연강과 순알루미늄이나 5000계 알루미늄 합금재를 아크 용접하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 13 참조).

또한, 불화칼륨과 불화알루미늄 등, 불화세슘, 불화알루미늄, 불화칼륨, 불화아연 중 1종 이상을 포함하는 불화물계 혼합 플럭스를 도포하여 이용하고, 마그네틱, 초음파, 고주파, 스폿 등의 다양한 용접법에 의해 용접하는, 강재와 알루미늄재의 이재 접합 방법이 제안되어 있다(특허문헌 14 참조). 이들 방법은, 상기 플럭스의 화학 반응에 의해 철강 표면의 청정 작용을 촉진시키는 동시에, 알루미늄으로 이루어지는 용해 금속의 습윤성 및 접착성을 양호하게 하여, 취약한 두꺼운 금속간 화합물층의 형성을 저지한다.

또한, 견고한 산화 피막이 형성되어 있는 알루미늄 합금재의 표면으로부터 산화 피막을 환원하여, 용해 제거하는 효과를 갖는 불화물계 플럭스를 알루미늄 합금재 표면에 도포하여, 연강과 6000계 알루미늄 합금재를 스폿 용접하는 방법도 제안되어 있다(특허문헌 15 참조). 또한, 이들 불화물계 플럭스는 알루미늄 합금재끼리의 용융 용접 접합 등에도 이용되고 있다(특허문헌 16, 특허문헌 17 참조).

특허문헌 1 : 일본 공개 특허 공보 제2000-94162호

특허문헌 2 : 일본 공개 특허 공보 평11-197846호

특허문헌 3 : 일본 공개 특허 공보 평10-185040호

특허문헌 4 : 일본 공개 특허 공보 평6-198458호

특허문헌 5 : 일본 공개 특허 공보 평5-8056호

특허문헌 6 : 일본 공개 특허 공보 평8-141755호

특허문헌 7 : 일본 공개 특허 공보 평6-39558호

특허문헌 8 : 일본 공개 특허 공보 평6-63762호

특허문헌 9 : 일본 공개 특허 공보 제2003-33865호

특허문헌 10 : 일본 공개 특허 공보 평7-148571호

특허문헌 11 : 일본 공개 특허 공보 평10-314933호

특허문헌 12 : 일본 공개 특허 공보 제2004-223548호

특허문헌 13 : 일본 공개 특허 공보 제2003-211270호

특허문헌 14 : 일본 공개 특허 공보 제2003-48077호

특허문헌 15 : 일본 공개 특허 공보 제2004-351507호

특허문헌 16 : 일본 공개 특허 공보 제2004-210013호

특허문헌 17 : 일본 공개 특허 공보 제2004-210023호

비특허문헌 1 : WELDING JOURNAL, (1963), p.302.

비특허문헌 2 : 경금속 용접 : Vol.16(1978)No.12, p.8.

비특허문헌 3 : 일본 용접 학회 전국 대회 강연 개요 제75집(2004), p.260 내지 261

강재와 알루미늄재를 용접 접합한 이재 접합 이음 구조체(이재 용접 이음)를 자동차 등의 구조 부재에 적용하는 것을 생각하면, 자동차의 충돌시 등에 부하되는 하중(응력)에 대한 이음 강도가 필요하다. 이와 같은 자동차 구조 부재로서는, 강재 사이드 멤버와, 알루미늄재 범퍼 스테이(범퍼 보강재의 후방면측 접합 부재) 등의 이재 접합 이음 구조체가 예시된다. 그러나, 상기한 각 종래 기술에서는, 이와 같은 용도를 상정한 경우에는 접합 강도는 부족하여, 더욱 개선의 여지가 있었다.

또한, 보다 중대한 문제로서, 이재 접합되는 강재측에 범용되고 있는 아연 도금층이 용접성을 저해하여, 이음 강도를 저하시키는 문제가 있다. 특히, 도금 두께가 비교적 두꺼운 용융 아연 도금이나 용융 합금화 아연 도금을 피복한 강재에서는, 알루미늄재와의 이재 접합체에 있어서는 나강재(裸鋼材)보다도 용접성이 나빠져 접합 강도의 저하가 현저하다.

이는 이재 접합의 접합부에 생성되는 상기 취약한 금속간 화합물 외에, 아연 도금 강판(아연 도금 강재)과 알루미늄재의 이재 접합에서는 아연 도금에 유래하는 취약한 Zn-Fe계 화합물층이 필연적으로 생성되게 되기 때문이다. 이 Zn-Fe계 화합물층은 취약하기 때문에, 파괴의 기점이 되어 접합 강도를 현저하게 저하시킨다.

또한, 스폿 용접은 접합부가 스폿적인 것이 되므로 연속적인 접합부를 얻을 수 없다. 이로 인해, 패널끼리의 접합에는 효율적이어서 적합하지만, 자동차 구조재용의 이재 접합에 요구되는, 필렛 용접이나 맞댐 용접 등의 선 용접에는 부적합하다.

특허문헌 10, 특허문헌 11과 같은 저온 납땜에서는, 알루미늄계 납땜재, 혹은 플럭스와 알루미늄계 납땜재를 사용한 납땜이 행해져 왔다. 그러나, 저온 납땜에서는, 피접합재의 접합 온도 범위의 관리가 납땜재의 용융 온도 이상이고, 피접합재의 용융 온도 이하로 엄밀하다. 그러므로, 자동차의 보디 등의 대형 부재의 접합에 적용하기 위해서는 정밀한 온도 제어를 행할 수 있는 대형로가 필요하다. 또한, 접합에 장시간을 필요로 하므로, 높은 생산성이 요구되는 자동차의 보디 등의 대형 부재에는 적용할 수 없다.

특허문헌 12와 같은 실리콘을 첨가한 알루미늄 합금제 솔리드 와이어를 용접 와이어로서 MIG 용접하는 방법은 입열 조건 등 고정밀도의 제어를 위한 고가의 제어 전원을 필요로 할 뿐만 아니라, 이음 형상도 크게 한정되는 문제가 있다. 이로 인해, 역시 이음 형상의 자유로운 설계가 요구되는 자동차의 보디 등의 대형 부재 등에는 적용할 수 없다.

이들 과제에 대해, 불화물계 혼합 플럭스를 도포하여 이용하여 아크 용접 등을 하는 기술은 플럭스에 의한 아크 용접성 개선 효과를 기대할 수 있다. 그러나, 상기 특허문헌 13이나 특허문헌 14에서는, 실제로 아크 용접하면, 통상의 조건 범위에서도 용접부에 도포한 불화물계 혼합 플럭스 자체가 대량으로 비산하여 용접 작업 자체가 곤란해지는 문제를 갖고 있었다. 또한, 플럭스에 의한 용접 금속의 습윤성이 지나치게 좋아져 확산되어 버려, 비드의 형성 부전이 발생하는 등의 문제도 갖고 있었다.

원래 알루미늄보다도 융점이 낮은, 불화알루미늄 및 불화칼륨을 포함하는 혼합물에, 저융점의 불화세슘을 더 첨가하여 이루어지는 상기 플럭스는 그 융점이 더욱 낮아진다. 그로 인해, 용접시에 플럭스가 다량으로 증발하여, 흄이나 스패터가 발생하는 등 작업성이 열화되는 데다가, 알루미늄으로 이루어지는 용접 금속이 지나치게 확산되어 건전한 비드가 형성되지 않아 높은 접합 강도를 얻을 수 없다는 문제가 있다.

또한, 특허문헌 13, 특허문헌 14에 개시되는 불화물 조성의 플럭스들이 알루미늄제 와이어에서는, 연강과 순알루미늄이나 5000계 알루미늄 합금재의 이재 접합은 가능하다. 그러나, 특허문헌 13, 특허문헌 14에 개시되어 있는 불화물 조성의 플럭스들이 알루미늄제 와이어는 고장력 강재와 6000계 알루미늄 합금재의 고강도의 이재끼리의 용접 접합에서는 높은 접합 강도를 얻을 수 없다. 이는, 특허문헌 15에 개시되어 있는 스폿 용접에 있어서의 불화물 조성의 플럭스라도 마찬가지이다.

상기한 바와 같이, 저강도의 이재끼리와 고강도의 이재끼리에서는 접합부에서의 취약한 Fe-Al 금속간 화합물의 생성 조건이 다르고, 신뢰성이 있는 높은 접합 강도를 얻기 위해서는, 고강도의 이재끼리에 있어서의 새로운 접합 조건의 고안과 창출이 필요하기 때문이다. 바꿔 말하면, 고장력 강재와 6000계 알루미늄 합금재의 고강도의 이재끼리의 용융 용접 접합에 있어서의 플럭스의 조성 등의 조건은 지금까지 제안되지 않은 것이 실정이다.

본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이다. 본 발명은, 특히, 고장력 강재와 6000계 알루미늄 합금재의, 고강도의 이재끼리의 용융 용접 접합에 있어서 접합 강도를 높이는 동시에, 용접 효율도 좋은 이재 접합용 플럭스 코어드 와이어 및 이재 접합 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 알루미늄계 재료와 철계 재료를 접합할 때에 건전한 비드를 형성하면서, 접합부에 있어서의 취약한 금속간 화합물의 생성을 방지함으로써 높은 접합 강도를 얻을 수 있는 접합 방법 및 그에 의해 얻게 되는 접합 이음 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 방법에 의해, 적용 조건 등의 제약이 적어 범용성이 우수한 동시에, 형상적 제약도 적고, 또한 작업성이 우수한 연속 접합을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 아연 도금 강재라도 접합 강도가 높은 용접을 할 수 있는, 아크 용접에 의한 강재와 알루미늄재의 이재 접합 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 있어서의 이재 접합용 플럭스 코어드 와이어의 요지는, 강재와 알루미늄 합금재의 이재끼리를 접합하기 위한, 플럭스가 알루미늄 합금 외피 내에 충전된 플럭스 코어드 와이어이며, 상기 플럭스를, AlF₃을 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대해 0.1 내지 15 질량% 포함하고, 또한 염화물을 포함하지 않는 불화물 조성으로 하는 것이다. 또한 이 플럭스를 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대해 0.3 내지 20 질량% 충전하는 것이다.

여기서, 접합 강도를 높이기 위해, 또한 이하의 형태로 하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 외피 알루미늄 합금이 Si를 1 내지 13 질량% 함유하고, 잔량부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 외피 알루미늄 합금이 Mn을 0.1 내지 0.3 질량% 더 함유하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 강재가 아연 도금 강재인 것이 바람직하다.

본 발명 이재 접합용 플럭스 코어드 와이어는 고장력 강재와 6000계 알루미늄 합금재의 접합에 적용되는 것이 특히 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 이재 접합 방법의 요지는, 상기 요지의 혹은 상기 및 후술하는 바람직한 형태의 플럭스 코어드 와이어를 이용하여, 고장력 강재와 6000계 알루미늄 합금재의 이재끼리를 용융 용접에 의해 접합하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 이재 접합 방법의 요지는, 불화알루미늄 및 불화칼륨을 포함하고, 또한 불화마그네슘, 불화칼슘, 불화스트론튬 및 불화바륨으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 불화물을 함유하는 플럭스를 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 피복하여 형성한 플럭스 코어드 와이어(플럭스들이 와이어)를 용가재로서 이용하여, 알루미늄계 재료와 철계 재료를 교류 MIG 용접에 의해 직접 접합하는 것이다.

상기 철계 재료는 아연 도금 강판인 것이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 접합 이음 구조체의 요지는, 상기 요지의 접합 방법에 의해 얻을 수 있는, 철계 재료와 알루미늄계 재료의 접합 이음 구조체이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이재 접합 방법의 요지는, 알루미늄재와 강재를, 플럭스 코어드 와이어(플럭스들이 와이어)를 이용하여 교류 MIG 용접 또는 직류 역극성에 의한 MIG 용접에 의해 접합하는 이재 접합 방법이며, 알루미늄재 외피 내부에 플럭스를 충전하여 이루어지는 플럭스 코어드 와이어를 이용하여, 상기 플럭스를 불화알루미늄과 불화칼륨의 혼합 플럭스로 하는 것이다. 또한 이 혼합 플럭스의 충전량을 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대해 0.1 질량% 이상, 24 질량% 미만으로 하는 것이다.

상기 이재 접합 방법은 나강재보다도 용접성이 나빠지고, 접합 강도의 저하가 현저한, 도금 두께가 비교적 두꺼운 용융 아연 도금 등의, 아연 도금 강재에 적용되는 것이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 이재 접합 방법은 상기 혼합 플럭스의 융점이 560 ℃ 내지 700 ℃의 범위이며, 상기 플럭스 코어드 와이어의 직경이 1.6 ㎜φ 이하인 것이 바람직하다.

고장력 강재와 6000계 알루미늄 합금재 등의 고강도의 이재끼리의 용융 용접 접합에 있어서, 접합 강도를 신뢰성 레벨이나 실용성 레벨로 높이기 위해서는, 접합부에서의 취약한 Fe-Al 금속간 화합물의 생성을 지금까지의 저강도의 이재끼리의 접합 이상으로 억제할 필요가 있다.

이로 인해, 이재끼리의 용융 용접 접합에 이용하는 플럭스에도 지금까지와 같은 알루미늄 합금재 등의 피용접재의 표면 산화막 환원 제거 효과뿐만 아니라, 강재 용접부에 생성되는 취약한 Fe-Al 금속간 화합물층 성장의 억제 효과가 요구된다. 이 Fe-Al 금속간 화합물층 성장의 억제 효과를 발휘하기 위해서는, 이재끼리의 용융 용접 접합에 이용하는 플럭스가 강재 표면에 작용하여 Fe와의 상호 확산을 저해하는 작용을 할 필요가 있다.

본 발명자들의 지견에 따르면, 이와 같은 Fe와 Al의 상호 확산을 저해하는 작용 효과는, 불화물 조성 혹은 불화물계의 플럭스에 있어서는, 특히 AlF₃(불화알루미늄)을 포함하는 플럭스에 있어서 현저하다. 바꿔 말하면, AlF₃을 포함하지 않는 불화물 조성의 플럭스는 AlF₃을 포함하는 불화물 조성의 플럭스에 비해, Fe와 Al의 상호 확산을 저해하는 작용 효과가 작다. 이로 인해, AlF₃을 포함하지 않는 불화물 조성의 플럭스는 저강도의 이재끼리의 용융 용접 접합에 있어서는 접합 강도를 높일 수 있지만, 고장력 강재와 6000계 알루미늄 합금재 등의 고강도의 이재끼리의 용융 용접 접합에 있어서는 접합 강도를 신뢰성 레벨이나 실용성 레벨로 높일 수 없다.

AlF₃을 포함하는 불화물 조성의 플럭스에 의한, Fe와 Al의 상호 확산을 저해하는 작용 효과, Fe-Al 금속간 화합물층 성장의 억제 효과의 기구는 확실하지 않다. 단, AlF₃을 포함하는 불화물 조성의 플럭스는 특정 화합물이 강재 표면(접합면)에 미리 얇게 생성됨으로써, 이 생성물이 Fe와 Al의 상호 확산을 저해 또는 억제하고 있을 가능성이 높다고 추측된다.

즉, 이 강재 표면의 특정 생성물은 용융 용접 중에 강과 알루미늄 합금재 사이에 Fe-Al 금속간 화합물층(계면 반응층)이 형성되는 시간을 지연시키는 것이기 때문에, 용융 용접 진행에 수반하는, Fe와 Al의 직접적인 접합을 저해하지 않는다고도 추고된다.

이상과 같이, 본 발명은 AlF₃을 포함하는 불화물 조성의 플럭스를 이용하여, 게다가 이 플럭스가 외피 내에 충전된 플럭스 코어드 와이어를 제공한다. 이로 인해, 본 발명은 특히 고장력 강재와 6000계 알루미늄 합금재의, 고강도의 이재끼리의 용융 용접 접합에 있어서, 접합 강도를 높이는 동시에, 용접 효율도 좋은 이재 접합체나 이재 접합 방법을 제공할 수 있는 우수한 효과를 갖는다.

또한, 본 발명에서는, 불화알루미늄 및 불화칼륨에, 고융점의 불화물을 함유시킨 플럭스를 용가재로서 이용함으로써, 용접시에 있어서의 플럭스의 증발을 억제하여 작업성을 개선한다. 이 플럭스의 사용에 의해, 알루미늄으로 이루어지는 용접 금속의 지나친 확산을 억제하여 건전한 비드를 형성하면서, 접합부에 있어서의 취약한 금속간 화합물의 생성을 방지함으로써 높은 접합 강도를 얻을 수 있다.

또한, 용접 수단으로서 교류 MIG 용접을 사용함으로써, 적용 조건 등의 제약이 적어 범용성이 우수한 동시에, 형상적 제약도 적고, 연속 접합이 가능하며, 효율적으로 알루미늄계 재료와 철계 재료의 접합을 행하는 것을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 불화물계 혼합 플럭스를 용접에 이용할 때에, 아크 용접 중에서도 비교적 사용 전류가 낮은, 교류 MIG(미그) 용접 또는 직류 역극성에 의한 MIG 용접에 의해 이재 접합을 행한다. 이에 의해, 불화물계 혼합 플럭스 자체의 비산을 방지하여 용접 작업성을 개선한다.

본 발명에서는 또한 불화물계 혼합 플럭스를 상기한 종래기술과 같이, 용접부에 도포하는 것은 아니며, 알루미늄재 외피 내부에 플럭스를 충전하여 이루어지는 플럭스 코어드 와이어를 이용한다. 이에 의해, 불화물계 혼합 플럭스 자체의 비산을 방지하여 용접 작업성을 개선한다.

본 발명에서는, 또한 와이어에 충전하는 플럭스를 불화물계 혼합 플럭스 중에서도 불화알루미늄과 불화칼륨의 특정 조성의 혼합 플럭스로 하고, 또한 이 혼합 플럭스의 충전량을 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대해 0.1 질량% 이상, 24 질량% 미만으로 비교적 적게 한다. 이에 의해, 용융 아연 도금 등의 아연 도금 강재라도 이재 접합의 접합 강도를 향상시킨다. 또한, 이에 의해 불화물계 혼합 플럭스 자체의 비산을 방지하여 용접 작업성을 개선하는 것도 보증된다.

이 결과, 본 발명에 따르면, 알루미늄재와 강재를 접합할 때에 적용 조건 등의 제약이 적어 범용성이 우수한 동시에, 형상적 제약도 적다. 또한, 선 용접시에 필요한 연속 접합이 가능하고, 또한 접합부에 있어서의 취약한 금속간 화합물이나, 용접부에 있어서의 블로홀(blow hole)의 발생이나 내식성의 열화도 적어, 더욱 용접 작업성도 양호한 접합 기술을 제공할 수 있다. 이로 인해, 자동차 등의 구조 부재에 적용할 수 있는 이재 접합 이음 구조체(이재 용접 이음)를 제공하는 것이 가능해진다.

도1은 본 발명 이재 접합 방법의 일 형태를 나타내는 단면도이다.

도2는 이재 접합에 있어서의 용접 비드 외관 평가의 형태를 모식적으로 나타내고, 접합 이음 구조체의 비드 형상의 좋고 나쁨을 판정하는 기준을 설명하기 위한 평면도이다.

도3은 본 발명에 이용하는 플럭스 코어드 와이어의 일 형태를 나타내는 단면도이다.

도4는 이재 접합에 있어서의 용접 비드의 습윤성 평가의 형태를 모식적으로 도시하는 단면도이다.

[부호의 설명]

1 : 플럭스 코어드 와이어(플럭스들이 와이어)

2 : 알루미늄재

3 : 강재

4 : 용접 금속

5 : 용접선

6 : 플럭스

7 : 알루미늄재

10 : 용접 토치

이하에, 본 발명의 실시 형태와, 본 발명의 각 요건의 한정 이유를 구체적으 로 설명한다.

또한, 이하에서는 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것은 아니고, 상기, 후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당하게 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하며, 그것들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

[1]

(플럭스 코어드 와이어)

본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 이재 접합용 플럭스 코어드 와이어는 용융 용접의 효율화를 위해 플럭스가 관 형상의 외피(후프라고도 함)에 충전된 플럭스 코어드 와이어라 한다. 플럭스 코어드 와이어는 고효율의 전자동 용접 혹은 반자동 용접으로서, 용융 용접에 적용할 수 있는 이점이 있다.

플럭스 코어드 와이어의 선 직경은 고효율의 전자동 용접 혹은 반자동 용접으로서 이용되고 있는 용접 시공용으로서, 와이어 송급기의 특성 등도 포함한 용접 작업성에 따라서 최적의 직경을 선정하면 된다. 예를 들어, 일반적인 CO₂ 가스 실드 아크 용접, MIG 용접 등이면, 범용되고 있는 0.8 내지 1.6 ㎜φ 정도의 가는 직경이면 된다.

플럭스 코어드 와이어의 제조 방법으로서는, 외피 알루미늄 합금 후프의 U자 형상 성형 공정, U자 형상 성형 후프에의 플럭스 충전 공정, U자 형상 후프로부터 관 형상 와이어로의 성형 공정 등의 공정에 의해 플럭스를 내부에 충전한 관 형상 성형 와이어를 제작한다. 그리고, 그 후, 이 관 형상 성형 와이어를 제품 FCW 직경까지 신선하는 공정으로 이루어지는, 일반적인 제조 공정으로 제조 가능하다.

플럭스 코어드 와이어(이하 단순히 와이어 혹은 FCW라고도 함)에는, 일반적으로 후프에 이음매(간극, 개구부 : 이하 시임이라고도 함)를 갖는 타입과, 이음매를 용접 등으로 접합하여 간극을 갖지 않는(이음매가 없는) 시임리스 타입이 있다. 본 발명은 이 중 어떠한 타입이라도 좋다. 또한, 관 형상 와이어에의 형성시에, 알루미늄판 단부의 권취 형상이나 시임 용접의 유무 등에 관해서도 몇 가지 종류가 있지만, 본 발명은 이 중 어떠한 타입이라도 좋다.

(외피 알루미늄 합금)

플럭스 코어드 와이어의 관 형상의 외피(후프라고도 함)에는, 강과 알루미늄 합금재 사이에서의 Fe-Al 금속간 화합물층의 형성 억제를 위해, 통상 이용하는 강대(綱帶)가 아닌, 알루미늄 합금대(合金帶)를 이용한다.

이때, 외피인 알루미늄 합금은 Si를 1 내지 13 질량% 함유하고, 잔량부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는, 주로 용융 상태에 있어서의 알루미늄 합금의 유동성과 응고 후의 이음 강도, 외피로서의 강도 등을 확보하기 위해서이다. Si 함유량이 지나치게 적으면 유동성 및 강도가 저하된다. 반대로 Si 함유량이 지나치게 증대하면, 유동성의 향상은 포화 경향이 되는 것 외에, 용착 금속이 취약해지는 경향이 증가한다. 이로 인해, 함유시키는 경우의 Si양은 1 내지 13 질량%의 범위로 한다.

여기서, Si양이 적은 쪽이 연성이 향상되는 경향이 강하고, 충격 특성 등을 요구되는 자동차 부재에의 적용에 있어서는, Si양이 적은, 특히 1 내지 3 질량%의 Si 함유량이 적합하다. 반대로, MIG 용접 등의 FCW의 송급성이 높은 정밀도가 요구되는 경우에는, 외피의 강도가 필요하고, 그 경우에는 9 내지 13 질량%의 Si 함유량이 바람직하다.

외피 알루미늄 합금은 이 Si에 더하여, 또한 Mn을 0.1 내지 0.3 질량% 함유하고, 잔량부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는, 주로 용융 상태에 있어서의 알루미늄 합금의 유동성과 응고 후의 이음 강도, 외피로서의 강도 등을 더욱 확보하기 위해서이다. Mn 함유량이 지나치게 적으면, 이들 효과가 없다. 반대로 Mn 함유량이 지나치게 증대하면, 유동성의 향상은 포화 경향이 되는 외에, 용착 금속이 취약해지는 경향이 증가한다. 이로 인해, 함유시키는 경우의 Mn양은 0.1 내지 0.3 질량%의 범위로 한다.

이와 같은 알루미늄 합금 조성을 갖는 외피로서, 규격화되고, 범용되어 있는 알루미늄 합금 용가재를 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 알루미늄 합금 조성을 갖는 알루미늄 합금 용가재로서는, Si를 11.0 내지 13.0 질량%, Mn을 0.15 질량% 이하 함유하는 A4047의 사용이 바람직하다. 또한, Si를 4.5 내지 6.0 질량%, Mn을 0.05 질량% 이하 함유하는 A4043도 사용할 수 있다.

(플럭스 조성)

본 발명에 있어서의 외피 내에 충전하는 플럭스는 전제로서 염화물을 포함하지 않는 불화물 조성으로 한다. 염화물은 용접부에 잔류하면, 용접부 혹은 이재 접합체의 부식 촉진 인자로서 작용하므로, 그 함유량을 규제한다. 플럭스 중에는 전혀 염화물을 포함하지 않는 것이 바람직하지만, 비용이나 실용성도 고려하면, 본 발명에서는 부식을 촉진하지 않는 범위에서의 염화물 함유는 허용한다. 이 목표로서, 플럭스 전체량에 대해 염화물량을 1 mol% 이하로 한다.

마찬가지로, 본 발명에 있어서의 플럭스는 플럭스 성분으로서 산화물을 함유하는 경우를 허용한다. 구체적으로는, 불화물의 효과를 손상시키지 않는 범위에서, 산화알류미늄, 산화나트륨, 산화리튬, 5산화인 등을 적절하게 첨가해도 상관없다. 그들의 상한은 플럭스 전체량에 대해 대략 30 mol% 정도이다.

본 발명에 있어서의 플럭스에 알루미늄 합금 분말을 혼합 첨가하면, 용접시의 스패터가 감소하는 것 외에, 용해 금속의 과대한 젖음이 억제되는 등의 효과를 얻을 수 있는 경우가 있다.

플럭스는 코어재로서 알루미늄 합금 외피에 둘러싸이는 구조가 되지만, 외피에의 플럭스 충전량이 적으면, 플럭스량이 안정되지 않아, FCW의 부위에 의해 플럭스 충전량(충전율, 함유율)이 변동하는 문제가 발생한다. 이에 대해, 특히 플럭스 충전량이 적은 경우에, 플럭스와 알루미늄 합금 분말을 외피에 혼합하여 충전하면, 이 문제가 해소 혹은 완화되고, 동시에 FCW의 제조 자체도 용이해지는 이점도 얻게 되어 바람직하다.

또한, 플럭스에의 알루미늄 합금 금속 분말의 첨가량이 과대해지면, 아크 용접에서는 아크가 불안정해지는 경우가 있는 외에, FCW의 송급성에도 문제가 발생하는 경우가 있다. 이로 인해, 플럭스에의 알루미늄 합금 금속 분말의 과대한 첨가는 피해야 한다. 플럭스에 첨가하는 알루미늄 합금 분말의 재료 종류는, 기본적으 로는 알루미늄 합금 외피의 성분 조성과 동일하면 된다. 또한, 혹은 알루미늄 합금 외피의 성분 조성과는 다른 알루미늄 합금 분말을 사용해도 상관없다. 이 알루미늄 합금 분말로서, 예를 들어 A1000계, 3000계, 4000계, 5000계, 6000계 등의 알루미늄 합금 분말을 들 수 있다.

(불화물 조성)

본 발명에 있어서의 플럭스의 기본 조성은 알루미늄 합금재 등의 피용접재의 표면 산화막을 환원 제거, 혹은 용해 제거하는 효과 발휘를 위해, 불화물 조성으로 한다. 접합 전의 알루미늄 합금재의 표면에는 매우 견고한 산화 피막이 형성되어 있고, 이것이 용접시의 통전을 저해한다. 따라서, 플럭스의, 이 표면 산화막 환원 제거 효과가 약해지면, 고장력 강재와 6000계 알루미늄 합금재 등의 고강도의 이재끼리의 용융 용접 접합에 있어서, 접합 강도를 신뢰성 레벨이나 실용성 레벨로 높일 수 없다.

이들 효과를 갖는 불화물로서는, K₃AlF₆, K₂AlF₅, KF, AlF, CaF, LiF, KAlF₄, K₂TiF₆, K₂ZrF₆, ZnF₂, ZnSiF₆ 등으로부터 선택되는 1종 이상의 불소 화합물을 함유하는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 불화물이라도 염화물과 마찬가지로 용접부에 잔류하면 부식 촉진 인자로서 작용하는 불화물의 사용은 피한다. 상기 예시하는 불화물은 수용액에의 용해도가 낮아 이와 같은 폐해가 적다. 이에 대해, 수용액에의 용해도가 100 g/ml를 크게 초과하는 불화세슘(CsAlF₄) 등의 불화물은 부식 촉진 인자로서 작용하기 쉬워 사용을 피한다.

(AlF₃)

본 발명에서는 Fe와 Al의 상호 확산을 저해하는 작용 효과, Fe-Al 금속간 화합물층 성장의 억제 효과를 발휘시키기 위해, 상기 불화물 조성의 플럭스에 AlF₃(불화알루미늄)을, 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대해 0.1 내지 15 질량%, 바람직하게는 0.4 내지 15 질량%의 범위로 포함하는 것을 최대의 특징으로 한다.

상기한 바와 같이, 불화물 조성의 플럭스에 있어서는, 특히 AlF₃을 포함하는 플럭스에 있어서, Fe와 Al의 상호 확산을 저해하는 작용 효과, Fe-Al 금속간 화합물층 성장의 억제 효과가 현저하다. AlF₃을 포함하는 불화물 조성의 플럭스는 특정 화합물이 강재 표면(접합면)에 미리 얇게 생성되어, 용융 용접 중에 강과 알루미늄 합금재 사이에 Fe-Al 금속간 화합물층(계면 반응층)이 형성되는 시간을 지연시키고, Fe와 Al의 상호 확산을 저해 혹은 억제한다.

AlF₃의 함유량이 지나치게 적으면, AlF₃을 포함하지 않는 불화물 조성의 플럭스와 마찬가지로, Fe와 Al의 상호 확산을 저해하는 작용 효과가 작다. 이로 인해, 고장력 강재와 6000계 알루미늄 합금재 등의 고강도의 이재끼리의 용융 용접 접합에 있어서는, 접합 강도를 신뢰성 레벨이나 실용성 레벨로 높일 수 없다.

한편, AlF₃의 함유량이 많아짐에 따라서 Fe-Al 금속간 화합물층의 두께는 얇아지지만, 지나치게 많아도 그 효과가 포화되어 가는 것 외에, 스패터나 흄이 증가하는 새로운 문제를 발생시킨다. 이로 인해, 불화물 조성의 플럭스에의 AlF₃의 함 유량은, 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대해 0.1 내지 15 질량%, 바람직하게는 0.4 내지 15 질량%의 범위로 한다.

AlF₃은 AlF₃ 자체가 아니라도, K₃AlF₆(25AlF₃ + 75KF), K₂AlF₅(33AlF₃ + 67KF)의 형태로 함유시켜도 좋다.

(플럭스 충전량)

알루미늄 합금 외피에의 불화물계 플럭스 충전량(플럭스 코어드 와이어 중의 불화물계 플럭스량)은 플럭스 코어드 와이어 전체 중량에 대해 0.3 내지 20 질량%의 범위로 한다. 알루미늄 합금 외피에의 불화물계 플럭스 충전량이 플럭스 코어드 와이어 전체 중량에 대해 20 질량%를 초과하면, 피용접재의 표면 산화막을 환원 제거하는 효과가 과대해진다. 이로 인해, 용융 영역이 지나치게 확대되어도, 오히려 Fe-Al 금속간 화합물층이 성장하여 용접 강도의 문제가 발생한다. 이 외에, 스패터나 흄이 증가하여 작업성이나 용접부 외관이 손상되는 문제도 있다. 반대로, 알루미늄 합금 외피에의 불화물계 플럭스 충전량이 플럭스 코어드 와이어 전체 중량에 대해 0.3 질량% 미만에서는, 불화물계 플럭스의 첨가 효과가 부족하다. 플럭스의 효과를 확실하게 보상하기 위해서는, 더욱 바람직하게는 플럭스 코어드 와이어 전체 중량에 대해 5 내지 15 질량%의 범위의 플럭스 충전량으로 한다.

(용융 용접법)

본 발명의 이재 접합에 있어서의 사용 용융 용접 방법은 특별히 제한되는 것은 아니며, 아크나 레이저 등의 열원을 사용한 범용의 용융 용접법을 사용할 수 있 다. 예를 들어 MIG법, TIG법, 레이저법 혹은 그들의 하이브리드 용접법이 적용 가능하다. 실제 용융 용접의 시공시에는, 피용접재의 종류ㆍ형상, 이들 이재 접합체의 형상이나 구조, 혹은 요구 접합 특성에 따라서, 플럭스 코어드 와이어의 외피, 플럭스 성분 등의 모든 인자를 고려하여, 용접 방법을 선정하고, 용접 조건을 최적화한다.

본 발명의 플럭스 코어드 와이어를 강재-알루미늄 합금재의 이재 용융 용접법에 적용한 경우의 용접 기구(프로세스)는 이들 사용 용융 용접 방법에 관계없이, 공통적으로 이하와 같다.

우선, 적당한 열원으로부터의 입열에 의해 알루미늄 합금재와 강재의 피용접 부분의 알루미늄 합금이 부분 용융된다. 그와는 거의 동시에, 강재-알루미늄 합금재의 피용접부 근방에 송급(送給)된 본 발명 플럭스 코어드 와이어가 용융된다. 여기서, 적절한 입열 조건을 설정하면, 강재측은 용융되지 않는다. 또한, 용융한 플럭스가 알루미늄 합금재의 표면 산화막을 환원 제거함으로써, 플럭스 코어드 와이어 외피의 알루미늄 합금 성분이 알루미늄 합금재의 표면에 젖어 확산된다. 그 후 입열량이 저하되어 용융부가 응고됨으로써 접합부가 형성된다.

이 용접 기구에 있어서, 본 발명의 플럭스 코어드 와이어는 상기 플럭스 용융시에, 피용접재의 표면 산화막 환원 제거뿐만 아니라, 강재 용접부에 생성되는 취약한 Fe-Al 금속간 화합물층의 성장을 억제한다. 즉, 본 발명에 있어서의 AlF₃을 함유하는 플럭스는 용융시에 강 표면에 작용하여, Fe와 Al의 상호 확산을 저해하는 작용을 하여, 이재 접합체의 접합 강도를 높인다.

(강재의 판 두께)

이재 접합되는 강재의 판 두께는 0.3 내지 3.0 ㎜의 범위가 바람직하다. 강재의 판 두께가 0.3 ㎜ 미만인 경우, 상기한 구조 부재나 구조 재료로서 필요한 강도나 강성을 확보할 수 없어 부적정하다. 강재의 판 두께가 3.0 ㎜를 초과하면 상기한 구조 부재나 구조 재료로서의 경량화를 도모할 수 없게 된다.

(강재)

본 발명에 있어서는, 사용하는 강재의 형상을 특별히 한정하는 것은 아니며, 구조 부재에 범용되는, 혹은 구조 부재 용도로부터 선택되는 강판, 강형재, 강관 등의 적절한 형상이 사용 가능하다. 단, 자동차 부재 등의 경량의 고강도 구조 부재(이재 접합체)를 얻기 위해서는, 강재의 인장 강도가 400 ㎫ 이상, 바람직하게는 500 ㎫ 이상의 고장력 강(하이텐)으로 한다.

인장 강도가 400 ㎫ 미만의 저강도 강이나 연강에서는, 일반적으로 저합금 강이 많고, 산화 피막이 철 산화물로 이루어지므로, Fe와 Al의 확산이 용이해져, 취약한 금속간 화합물이 형성되기 쉽다. 또한, 필요 강도를 얻기 위한 판 두께가 두꺼워져, 경량화가 희생이 된다.

(아연 도금)

접합되는 강재 표면(적어도 알루미늄 합금재와의 접합면)에 아연 도금을 미리 마련해 두면, 플럭스의 습윤성이 향상된다. 또한, 알루미늄 합금재와의 접합면에 아연 도금이 개재되어 있으므로, 이재 접합체의 내식성도 우수하다는 이점을 얻 을 수 있다. 또한, 이하의 작용으로 접합 강도를 높이는 효과도 있다. 아연 도금에는, 용접시에 강과 알루미늄의 금속간 화합물인 계면 반응층이 형성되는 시간을 지연시키는 효과도 있다. 또한, 아연 도금의 존재(개재)에 의해, 용융 용접시의 저항 발열량이 증가하여, 알루미늄의 강과의 계면에서의 확산 속도가 현저히 빨라지고, 강측에 알루미늄이 확산되어, 양호한 접합 상태가 빠르게 확보되는 효과도 있다.

이들 아연 도금은 순아연 도금, 합금 아연 도금, 합금화 아연 도금 등 공지의 강재의 아연 도금이 적용 가능하다. 또한, 도금의 수단은 전기 도금이나 용해 도금, 용해 도금 후에 합금화 처리를 행하는 등, 특별히 상관없다. 아연 도금의 두께는 통상의 1 내지 20 ㎛의 막 두께(평균 막 두께) 범위에서 좋다. 두께가 지나치게 얇은 경우에는, 아연 도금 피막이 용접시의 접합 초기에 접합부로부터 용융 배출되어 버려, 계면 반응층의 형성을 억제할 수 있는 효과를 발휘할 수 없다. 이에 대해, 아연 도금 피막의 두께가 지나치게 두꺼운 경우에는, 접합부로부터의 아연의 용융 배출을 위해 큰 입열량이 필요해진다. 이 입열량이 커지면, 알루미늄 합금재의 용융량이 증가하여, 표면 플래시(surface flash)의 발생에 의해 알루미늄 합금재측의 두께 감소량이 커지므로, 이재 접합체를 구조 부재로서 사용할 수 없게 되는 가능성도 있다.

(알루미늄 합금재)

본 발명에서 이용하는 알루미늄 합금재는 그 형상을 특별히 한정하는 것은 아니며, 각 구조용 부재로서의 요구 특성에 따라서 범용되고 있는 판재, 형재, 단 조재, 주조재 등이 적절하게 선택된다. 단, 알루미늄 합금재의 강도에 대해서도, 상기 강재의 경우와 마찬가지로 높은 쪽이 바람직하다. 이 점, 알루미늄 합금재 중에서도 강도가 높고, 합금 원소량이 적고, 리사이클성도 우수한, 이러한 종류의 구조용 부재로서 범용되고 있는, Al-Mg-Si계의 A6000계 알루미늄 합금으로 한다.

본 발명에서 사용하는 이들 알루미늄 합금재의 판 두께 0.5 내지 4.0 ㎜의 범위가 바람직하다. 알루미늄 합금재의 판 두께가 0.5 ㎜ 미만인 경우, 자동차 등의 구조 재료로서의 강도나, 차체 충돌시의 에너지 흡수성이 부족하여 부적절하다. 한편, 알루미늄 합금재의 판 두께가 4.0 ㎜를 초과하는 경우에는, 상기한 강재의 판 두께의 경우와 마찬가지로, 상기한 구조 부재나 구조 재료로서의 경량화를 도모할 수 없게 된다.

본 발명의 일 형태의 실시예를 이하에 설명한다. 시판되고 있는 A6063 알루미늄 합금판과, 시판되고 있는 590 ㎫급 합금화 용융 아연 도금(GA) 강판(하이텐)을 겹친 후에 용융 용접을 행하고, 이재 접합체를 제작하여 접합 강도를 평가하였다.

표1, 표2에는 플럭스의 성분, 플럭스의 함유량(질량% : FCW 전체 질량에 대한 함유량), 플럭스 중 AlF₃ 함유량(질량% : FCW 전체 질량에 대한 함유량), 용접 방법을 다양하게 바꾼 경우의 실시예를 나타낸다.

표3에는, 플럭스의 성분은 K₃AlF₆(혼합 mol비 : 25AlF₃ + 75KF)과 일정하게 하여, 상기 플럭스의 함유량, 상기 플럭스 중 AlF₃ 함유량도 일정하게 한 후에, 용접 방법, 외피 알루미늄 합금의 Si, Mn양을 다양하게 바꾼 경우의 실시예를 나타낸다.

(피용접재)

표1 내지 표3 모두, 공통적으로 A6063 알루미늄 합금판은 판 두께 2.5 ㎜, GA 강판은 판 두께 1.2 ㎜로 하고, 용접시의 배치는 GA 강판을 아래로 하여 알루미늄 합금판을 위에 겹치고, 서로의 랩 폭은 5 내지 20 ㎜로 하였다.

(용융 용접 방법)

표1 내지 표3 모두 레이저법 혹은 MIG법에 의해 상기 겹침 부분의 중앙부(단층 겹치기 이음)의 용접을 양 판의 폭 방향 전체 영역에 걸쳐서 행하였다. 레이저법에 대해서는, 디포커스시킨 연속 발진 YAG 레이저에 의해 출력 2 내지 4 ㎾, 속도 0.8 내지 2.0 m/min의 조건으로 하고, 실드 가스는 Ar로 하였다. MIG법에 대해서는, 교류 용접 전류 30 내지 80 A, 용접 전압 7 내지 18 V, 용접 속도 15 내지 60 ㎝/min의 조건으로 하였다.

(플럭스 코어드 와이어)

표1, 표2에서는, 외피로서 A4047 상당의 알루미늄 합금 용가재(Si : 12.0 질량%, Mn : 0.1 질량%)를 공통적으로 사용하고, 플럭스의 조성만을 다양하게 바꾸었다.

또한, 플럭스 코어드 와이어 중의 플럭스량이 플럭스 코어드 와이어 전체 중량에 대해 1 질량% 이하인 경우에는, 공통적으로 금속분을 첨가하였다. 금속분은 공통적으로 외피와 같은 A4047 상당의 조성의 알루미늄 합금 분말(입도 150 ㎛)로 하고, 플럭스 코어드 와이어 전체 중량에 대해 20 질량% 첨가하였다.

표1 내지 표3 모두 플럭스는 이하의 종류(조성)를 용해ㆍ분쇄하여 준비하고, 상기한 방법으로 선 직경 1.2 ㎜φ의 FCW의 형태로 가공하여 이용하였다. 또한, 표1 내지 표3 모두, 플럭스의 성분 조성의 수치는 플럭스 성분의 혼합 mol비(토탈이 100)를 나타내고 있다(수치를 기재하고 있지 않은 것은 그 플럭스 성분이 100인 것을 나타냄).

또한, 공통적으로 하기 Na₂O, P₂O₅를 포함하는 (2)의 경우 이외는, 플럭스는 산화물을 함유하지 않고, 염화물량도 플럭스 전체량에 대해 0.1 mol% 미만으로, 실질적으로 포함되어 있지 않았다.

(플럭스의 종류)

(1) 20CaF-80KF

(2) 10AlF₃-45LiF-30Na₂O-15P₂O₅

(3) K₃AlF₆(25AlF₃ + 75KF)

(4) K₂AlF₅(33AlF₃ + 67KF)

(5) 75AlF₃-25KF

(6) 40AlF₃-60KF

(비드 외관 평가 방법)

표1 내지 표3 모두, 용접 중의 스패터 발생량 등을 포함하는, 비드 외관을 눈으로 관찰하여 4단계 평가를 행하였다. 비드 외관(평가 관능 시험)은 가장 우수한 것을 4, 가장 떨어지는 것을 1로 하여 4단계의 평가를 행하였다.

(이음 강도)

표1 내지 표3 모두, 이재 접합체의 접합 강도로서의 이음 강도는 접합 이음으로부터 접합부를 포함하는 30 ㎜ 폭의 접합 시험편을 잘라내어, 단위 용접선당의 파단 강도를 측정하였다. 파단 강도가 250 N/㎜ 이상이면 ◎, 파단 강도가 200 내지 250 N/㎜ 미만이면 ○, 파단 강도가 100 내지 200 N/㎜ 미만이면 △, 파단 강도가 100 N/㎜ 미만이면 ×로 하였다. 여기서, 파단 강도가 200 N/㎜(○) 이상이면, 자동차 등의 구조재용 이재 접합체로서는 사용할 수 없다.

(이음 연신률)

표3은 이재 접합체의 접합 강도로서의 이음의 연신률(%)도 측정, 평가하였다. 이 연신률도 접합 이음으로부터 접합부를 포함하는 30 ㎜ 폭의 접합 시험편을 잘라내어 단위 용접선당의 연신률을 측정하였다. 연신률이 10 % 이상이면 ○○○(삼중원), 7.5 내지 10 % 미만이면 ◎(이중원), 5.0 내지 7.5 % 미만이면 ○, 2.5 내지 5.0 % 미만이면 △, 2.5 % 미만이면 ×로 하였다. 여기서, 연신률이 5.0 %(○) 이상이면, 자동차 등의 구조재용 이재 접합체로서는 사용할 수 없다.

(표1, 표2의 결과)

표1, 표2로부터 알 수 있는 바와 같이, 알루미늄 합금 외피에의 불화물계 플럭스 충전량이나 AlF₃의 함유량이 본 발명의 조건 범위에서 용융 용접 접합된 발명예 1 내지 발명예 30의 이재 접합체는 우수한 비드 외관, 이음 강도를 갖는다.

이에 대해, 알루미늄 합금 외피에의 불화물계 플럭스 충전량이나, AlF₃의 함유량이 본 발명의 조건 범위로부터 벗어나 지나치게 적거나 지나치게 많은 비교예 31 내지 비교예 42의 이재 접합체는 비드 외관, 이음 강도가 상기 발명예에 비해 현저히 떨어지고 있다.

(표3의 결과)

표3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 외피 알루미늄 합금의 Si, Mn양이 본 발명의 조건 범위에서 용융 용접 접합된 발명예 43 내지 발명예 64의 이재 접합체는 알루미늄 합금 외피에의 불화물계 플럭스 충전량이나, AlF₃의 함유량도 본 발명 범위를 만족하고 있고, 우수한 비드 외관, 이음 강도, 연신률을 갖는다.

이에 대해, 외피 알루미늄 합금의 Si, Mn양이 본 발명의 조건 범위로부터 벗어나 지나치게 적거나 지나치게 많은, 비교예 65 내지 비교예 70의 이재 접합체는 알루미늄 합금 외피에의 불화물계 플럭스 충전량이나, AlF₃의 함유량이 본 발명 범위를 만족하고 있음에도 불구하고, 비드 외관, 이음 강도, 연신률이 상기 발명예에 비해 현저히 떨어지고 있다.

이상의 실시예의 결과로부터, 고장력 강재와 6000계 알루미늄 합금재와의, 고강도의 이재끼리의 용융 용접 접합으로 있어서, 용접 효율이 좋고, 특히 접합 강도를 높이기 위한, 본 발명 이재 접합용 플럭스 코어드 와이어의 각 요건의 임계적인 의의를 알 수 있다.

[2]

본 발명의 다른 실시 형태에서는, 용접 수단으로서 교류 MIG 용접을 채용한다. 교류 MIG 용접에는 범용의 교류 MIG 용접 장치를 사용하면 된다. 교류 MIG 용접 장치는 피접합재에의 입열을 정밀하게 제어할 수 있으므로, 알루미늄계 재료 중의 알루미늄과 철계 재료 중의 철과의 용융 혼합과 그것들의 반응을 억제하기 위해, 입열량을 컨트롤할 수 있다. 그 결과적으로, 접합부에 있어서의 취약한 금속간 화합물의 생성을 억제할 수 있고, 나아가서는 접합부의 강도 결함(특히 균열의 발생)을 방지할 수 있다. 입열량의 정밀 제어가 가능한 용접 수단으로서, 교류 MIG 용접 외에, 레이저 용접도 적용 가능하다.

용접 와이어(용가재)로서는, 플럭스를 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 피복하여 형성된 플럭스들이 와이어(플럭스 코어드 와이어)를 이용한다. 사용하는 와이어 직경에 대해서는, 가능한 한 입열량을 적게 하기 위해, 저전류 조건에서 안정된 아크를 발생시킬 필요가 있으므로, 1.6 ㎜ 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 와이어 직경이 1.6 ㎜를 초과하면, 안정된 아크를 얻기 위한 전류가 과대해져 모재의 용융이 과잉 기미가 있고, 취약한 금속간 화합물(Fe-Al계 화합물)의 생성으로 이어질 우려가 있다.

용접 와이어의 플럭스로서는, 불화알루미늄 및 불화칼륨을 포함하고, 또한 불화마그네슘, 불화칼슘, 불화스트론튬 및 불화바륨으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 불화물을 함유하는 플럭스를 이용한다.

종래는, 알루미늄계 재료 표면의 견고한 산화물을 용해ㆍ제거하는 작용을 갖는 불화알루미늄과 불화칼륨을 혼합한 플럭스가 이용되고 있었다. 그러나, 불화알루미늄과 불화칼륨의 혼합 플럭스는 그 융점이 알루미늄의 융점(660 ℃) 이하로 매우 낮기 때문에, 플럭스가 다량으로 증발하여, 흄이나 스패터가 발생하는 등 작업성이 열화된다. 또한, 알루미늄으로 이루어지는 용접 금속이 지나치게 확산되어, 건전한 비드가 형성되지 않아, 높은 접합 강도를 얻을 수 없다. 따라서, 본 발명에 사용하는 용접 와이어의 플럭스로서는, 불화알루미늄과 불화칼륨의 혼합 플럭스에, ⅡA족 원소의 불화물 중 고융점 화합물인 불화마그네슘(융점 1248 ℃), 불화칼슘(융점 1403 ℃), 불화스트론튬(융점 약 1400 ℃) 및 불화바륨(융점 1353 ℃) 중 어느 1종 또는 2종 이상을 첨가한 플럭스를 함유하는 플럭스를 사용한다. 이들 고융점 불화물의 첨가에 의해 플럭스의 융점을 700 내지 1000 ℃ 정도의 온도 영역까지 상승시킬 수 있으므로, 용접 초기에 있어서의 알루미늄으로 이루어지는 용접 금속을 지나친 확산이 억제되어 건전한 비드가 형성되는 동시에, 용접시에 있어서의 플럭스의 증발ㆍ비산이 억제되어 흄이나 스패터의 발생을 저감시킬 수 있다. 상기 고융점 불화물의 합계 함유량은 너무 많으면 플럭스가 용융되기 어려워져 습윤성 개선 효과가 충분히 발휘되지 않게 되는 한편, 지나치게 적으면 플럭스 융점의 상승 효과가 충분하지 않게 되므로, 플럭스 전체 질량에 대해 10 내지 50 %로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 접합 방법을 적용하는 철계 재료는 강재, 철기 합금 등 철을 주성분으로 하는 재료이면 특별히 한정되지 않지만, 강재를 이용하는 경우에는 내식성 확보의 관점에서 아연 도금 강판을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 강판의 강도는 특별히 한정되지 않는다. 종래, 아연 도금 강판의 용접에서는, 발생하는 아연 증기에 의해 아크가 불안정해져, 스패터의 발생이나 피트, 블로홀 등의 기공 결함의 발생이 문제가 되었지만, 본 발명의 접합 방법에 따르면, 플럭스의 효과에 의해 강판 표면의 청정 작용이 효과적으로 발휘되어, 용해 금속이 습윤성 좋게 강판 표면을 덮으므로, 아연 증기의 발생도 적고, 아크의 안정성도 우수하다. 따라서, 아연 도금 강판을 용접해도 블로홀 등의 결함 발생도 적고, 피로 강도 등의 동적 특성도 기대할 수 있다.

본 발명을 실시할 때의 교류 MIG 용접의 용접 조건으로서는, 용접 전류가 20 A 이상, 더욱 바람직하게는 30 A 이상이고, 100 A 이하, 더욱 바람직하게는 80 A 이하이다. 용접 전압은 5 V 이상, 더욱 바람직하게는 7 V 이상이고, 20 V 이하, 더욱 바람직하게는 18 V 이하이다.

용접 속도는 상기 용접 전류 및 용접 전압에 따라서 모재 중의 Fe 및 Al을 과잉 용융시키지 않는 범위에서 적당하게 정하면 되지만, 용접 능률 등도 고려하여 바람직한 것은 15 ㎝/min 이상, 더욱 바람직하게는 20 ㎝/min 이상이고, 60 ㎝/min 이하, 더욱 바람직하게는 50 ㎝/min 이하이다.

본 발명에서는 교류 MIG 용접에 의해 철계 재료와 알루미늄계 재료를 직접 접합할 수 있다. 따라서, 적정한 용접 전류ㆍ전압 조건ㆍ접합 형상 등을 채용하는 한 특별히 제약을 받는 일이 없고, 적용 가능 범위가 확대되어 범용성이 높아지는 동시에, 또한 연속적인 접합도 가능해진다. 그리고, 철계 재료 및 알루미늄계 재료 모두 필요 최소한의 용융량으로 건전한 결합 상태를 얻을 수 있고, 철계 재료와 알루미늄계 재료의 계면에 취약한 금속간 화합물이 생성되기 어려워, 높은 접합 강도를 얻을 수 있다.

본 발명의 일 형태의 실시예를 이하에 설명한다. 본 발명의 일 형태의 접합 방법을 채용하여 알루미늄 합금판과 합금 용융화 아연 도금(GA) 강판과의 겹치기 필렛 용접 시험을 행하였다.

도1에 도시한 바와 같이 두께 1.6 ㎜의 알루미늄 합금판을 두께 1.2 ㎜의 GA 강판에 겹쳐서 겹치기 필렛 이음을 형성하고, 다양한 플럭스 코어드 와이어를 이용하여 알루미늄 합금판과 GA 강판과의 교류 MIG 용접을 행하였다. 또한, 실드 가스에는 Ar을 이용하였다. 시험편의 평면 사이즈는 알루미늄 합금판, GA 강판 모두 100 ㎜ × 300 ㎜로 하고, 직경 1.2 ㎜의 플럭스 코어드 와이어를 사용하였다.

플럭스 코어드 와이어의 플럭스로서는, 비교예로서 불화알루미늄(AlF₃)과 불화칼륨(KF)의 혼합 플럭스인 노코록(등록상표) 플럭스를 이용하고, 발명예로서 이 노코록(등록상표) 플럭스에 불화마그네슘(MgF₂), 불화칼슘(CaF₂), 불화스트론튬(SrF₂) 및 불화바륨(BaF₂) 중 어느 1종 또는 2종을 합계량으로 플럭스 전체 질량에 대해 10 내지 50 %의 비율이 되도록 첨가한 것을 이용하였다.

용접 조건은 상기에서 권장한 교류 MIG 용접의 용접 조건인, 용접 전류 : 30 내지 80 A, 용접 전압 : 7 내지 18 V, 용접 속도 : 15 내지 60 ㎝/min의 범위 내로 하였다.

그리고, 얻어진 접합 이음을 조사함으로써 비드 안정성 및 이음 강도의 평가를 행하였다. 비드 안정성의 평가는 얻게 된 접합 이음의 비드 형상을 관찰함으로써 행하고, 비드가 단속하는 경우를 불량(×), 비드의 폭이 대략 일정하게 연속하는 경우를 양호(○)로 하였다(도2 참조). 또한, 이음 강도의 평가는 접합 이음으로부터 판 폭 30 ㎜의 이음 강도 평가용 시험편을 채취하여 25 ㎜/min의 속도로 인장 시험을 행하고, 하기 식 (1)에서 산출한 전단 인장 강도를 이용하여 행하였다.

식 (1) (이음 강도) = (최대 하중점 하중)/(이음 단면적)

여기에, 이음 단면적은 알루미늄 합금판의 판 두께 방향 단면적으로 하였다.

평가 시험의 결과를 표4에 나타낸다. 불화칼륨과 불화알루미늄에 부가하여, ⅡA족 원소의 불화물 중 고융점 화합물을 포함하는 플럭스를 이용한 플럭스 코어드 와이어를 사용한 경우(발명예)는, 이들 고융점 불화물을 포함하지 않는 종래품을 이용한 경우(비교예)에 비해, 흄, 스패터의 발생이 적어 용접 작업성이 양호하고, 또한 비드 안정성이 우수한 동시에, 블로홀도 적은 건전한 비드를 얻을 수 있어, 높은 접합 강도를 얻을 수 있었다.

[3]

(MIG 용접)

본 발명의 또 다른 실시 형태에서는, 이재 접합에 이용하는 용접 방법으로서, 아크 용접 중에서도 비교적 사용 전류가 낮은 교류 MIG(미그) 용접, 또는 직류 역극성에 의한 MIG 용접을 선택하고, 이것들 단독으로, 혹은 양자를 조합시켜 이재 접합을 행한다. 이에 의해, 불화물계 혼합 플럭스 자체의 비산을 방지하여 용접 작업성을 개선한다.

교류 MIG 용접은 역극성과 정극성을 적절하게 조합함으로써, 피접합재에의 입열을 정밀하게 제어할 수 있으므로, 알루미늄재 중의 알루미늄과, 강재 중의 철과의 용융 혼합과 그들의 반응을 억제하기 위해 입열량을 컨트롤할 수 있다. 그 결과적으로, 접합부에 있어서의 취약한 금속간 화합물의 생성을 억제할 수 있고, 나아가서는 접합부의 강도 결함(특히 균열의 발생)을 방지할 수 있다. 이 교류 MIG 용접으로서는, 가장 일반적인 스프레이 MIG 용접법을 이용할 수 있다. 물론, 이 밖에, 전극 와이어 선단부의 용해 금속이 단락시에만 이행하는 단락 MIG 용접법이나, 평균 용접 전류가 임계 전류 이하라도 임계 전류보다도 높은 첨두파 전류를 순간적으로 부여하여 안정된 펄스 아크를 얻는 펄스 MIG 용접법을 이용해도 좋다.

직류 역극성에 의한 MIG 용접은 아크가 안정되기 쉽고, 비드의 안정성을 확보하고 싶은 경우, 특히 용융 아연 도금 강판의 이재 접합 등의 경우에 유효하다. 이 용융 아연 도금 강판의 이재 접합의 경우에는, 아크의 불안정화에 의한 용해 금속부의 블로홀의 발생이 특히 문제가 된다. 이에 대해, 직류 역극성에 의한 MIG 용접을 채용함으로써, 아크가 안정화되어, 안정된 비드를 쉽게 얻을 수 있게 된다. 단, 교류 MIG 용접은 상기한 바와 같이 역극성과 정극성을 적절하게 조합함으로써, 피접합재에의 입열을 정밀하게 제어할 수 있으므로, 입열량을 컨트롤할 수 있고, 취약한 금속간 화합물의 발생을 억제할 수 있는 이점이 있다. 이에 대해, 직류 역극성에 의한 MIG 용접으로는, 교류 MIG 용접과의 동일 전류 조건에서도 입열량이 커지는 경향이 있어, 취약한 금속간 화합물의 발생이 증가할 가능성이 있다. 이로 인해, 직류 역극성에 의한 MIG 용접을 채용하는 경우에는 용접 속도를 가능한 한 높여 용접을 행하여 입열량을 저감시킬 필요가 있다.

상기 각 MIG 용접 이외의, 그 밖의 용융 용접법인 TIG 용접법, 플라즈마, 전자 빔, 고주파 등의 다양한 용접법으로는, 상기 각 MIG 용접에 비해 사용 용접 전류가 지나치게 높고, 입열량이 지나치게 높다. 이로 인해, 용접 중에 불화물계 혼합 플럭스 자체가 비산되기 쉬워져, 용접 작업성을 저해한다. 그리고, 접합부에 있어서의 취약한 금속간 화합물의 생성의 억제도 상기 각 MIG 용접에 비하면 어렵다. 또한, 스폿 용접 등은 본 발명이 대상으로 하는 자동차 구조재용 이재 접합에 요구되는, 필렛 용접이나 맞댐 용접 등의 선 용접에는 부적합하다.

(플럭스들이 와이어)

본 발명에서는, 용접 와이어(용가재)로서, 후술하는 불화알루미늄 및 불화칼륨의 혼합 플럭스를 알루미늄 합금으로 피복한 플럭스들이 와이어를 이용한다. 도3은 본 발명에서 사용하는 플럭스들이 와이어(1)의 단면을 도시한다. 본 발명에서 사용하는 플럭스들이 와이어(1)는 관 형상의 알루미늄재 외피(7)(후프라고도 함)의 내부에, 플럭스(6)를 충전하여 이루어지는 일반적인 것이 사용 가능하다. 이 플럭스들이 와이어는 플럭스 코어드 와이어(FCW)라고도 한다.

또한, 플럭스 코어드 와이어에는, 시임(이음매 : 간극, 개구부)을 갖는 시임 있음 타입과, 이 시임을 용접 등으로 접합한 시임이 없는 시임리스 타입이 있지만, 어느 것이라도 좋다. 단, 시임리스 타입의 것은 제조 비용이 높아지기 때문에, 범용되고 있는, 시임을 갖는 플럭스 코어드 와이어 쪽이 바람직하다. 플럭스 코어드 와이어의 외피에 이용하는 알루미늄 합금으로서는, 특별히 제한은 없지만, A4043, A4047 등의 4000계 알루미늄 합금이나 A5356, A5183 등의 5000계 알루미늄 합금을 이용할 수 있다. 이 밖에, 3000계나 6000계 등의 알루미늄 합금을 이용해도 좋다.

시임을 갖는 플럭스 코어드 와이어(FCW)는 일반적인 제조 방법으로 제조 가능하다. 즉, 알루미늄판 혹은 띠의 U자 형상 성형 공정, U자 형상 성형판 혹은 띠에의 플럭스 충전 공정, U자 성형판 혹은 띠로부터 관 형상 와이어에의 성형 공정 등의 공정으로 이루어진다. 이에 의해, 플럭스를 내부에 충전한 관 형상 성형 와이어를 제작한 후에, 이 관 형상 성형 와이어를 0.8 내지 2.4 ㎜φ의 가는 직경의 제품 FCW(플럭스 코어드 와이어)까지 신선하는 공정으로 이루어지는 것이 일반적이다.

(와이어 직경)

단, 본 발명에서는, 이 통상의 방법보다도 플럭스 코어드 와이어의 직경을 가늘게 하는, 혹은 가는 플럭스 코어드 와이어를 이용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 교류 MIG 용접법이나 직류 역극성에 의한 MIG 용접법을 행할 때에, 입열량을 낮게 하고, 저전류 조건으로 한다. 이 결과, 불화물계 혼합 플럭스 자체의 비산을 방지하여 용접 작업성을 개선할 수 있고, 또한 취약한 금속간 화합물 생성 억제할 수 있다. 이로 인해, 플럭스 코어드 와이어의 직경은 1.6 ㎜φ 이하의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 와이어 직경이 1.6φ ㎜를 초과하면, 안정된 아크를 얻기 위한 전류가 과대해져, 불화물계 혼합 플럭스 자체의 비산이 커진다. 또한, 모재의 용융이 과잉 기미가 있고, 취약한 금속간 화합물(Fe-Al계 화합물)의 생성으로 연결된다. 보다 바람직한 플럭스 코어드 와이어의 직경은 1.4 ㎜ 이하이다.

이와 같이, 본 발명에서는 불화물계 혼합 플럭스를 상기한 종래기술과 같이, 용접부에 직접 도포하는 것이 아닌, 알루미늄재 외피 내부에 플럭스를 충전하여 이루어지는 플럭스 코어드 와이어를 이용한다. 이에 의해, 불화물계 혼합 플럭스 자체의 비산을 방지하여 용접 작업성을 개선한다. 또한, 취약한 금속간 화합물의 생성도 억제한다.

(플럭스 조성)

본 발명에서는, 플럭스 코어드 와이어에 사용하는 (충전하는) 플럭스 조성을, 불화물계 혼합 플럭스 중에서도, 특히 불화알루미늄과 불화칼륨의 2개의 불화물계 플럭스를 혼합한, 특정 조성의 혼합 플럭스[이하, 노코록(등록상표) 플럭스라고도 함]로 한다.

이 특정 조성의 혼합 플럭스로 함으로써, 비교적 두꺼운 용융 아연 도금(합금화를 포함함)을 피복한 강재와 알루미늄재의 이재 접합이 가능해진다. 즉, 아연 도금 강재나 알루미늄재와의 재료 표면을 청정화할 수 있어, 용접 금속의 습윤성이 향상된다. 이 결과, 비드의 형성이 양호해진다. 또한, 이재 접합부에 생성되는, 취약한 Al-Fe계 금속간 화합물층이나, 아연 도금에 유래하는 취약한 Zn-Fe계 화합물층의 생성이 억제된다. 이들의 결과, 접합 강도가 향상된다. 물론, 이 효과는 아연 도금이 없는 나강재와 알루미늄재의 이재 접합에서도 발휘된다.

본 발명에 의한 조성의 플럭스 코어드 와이어를 이용하여, 본 발명에 의한 교류 MIG 용접이나 직류 역극성에 의한 MIG 용접을 하기의 적절한 조건에서 행하면, 적정한 계면 반응층(IMC : 금속간 화합물)의 두께를 얻을 수 있고, 이음 강도가 개선된다. 이에 대해, 통상의 아크 용접을 이재 접합에 적용하면, 많은 입열 때문에, 20 ㎛를 초과하는 두꺼운 금속간 화합물이 용접 계면에 발생하여 이음 강도의 열화를 초래한다. 그러나, 본 발명 조성의 플럭스 코어드 와이어를 이용하여, 상기 각 MIG 용접을 하기 적절한 조건에서 행하면, 10 ㎛ 이하의 두께의 적정한 계면 반응층이 되고, 이음 강도가 크게 향상된다. 또한, 본 발명 조성의 플럭스 코어드 와이어가 아닌, 알루미늄 합금제의 솔리드 와이어를 이용한 경우에는, 상기 각 MIG 용접을 하기 적절한 조건에서 행해도, 20 ㎛를 초과하는 두꺼운 금속간 화합물이 용접 계면에 발생하여, 이음 강도의 열화를 초래한다. 이와 같이, 상세한 메커니즘은 불분명하지만, 본 발명 조성의 플럭스, 혹은 그 플럭스 코어드 와이어는 금속간 화합물 발생의 억제에 큰 효과가 있다.

불화물계 플럭스로서는, 이 밖에, 예를 들어 상기한 종래기술에서도 사용하고 있는 불화세슘, 불화아연 등이 있다. 이들의 다른 불화물계 플럭스에서도 재료 표면을 청정화할 수 있는 작용을 일단 갖는다. 그러나, 이들의 다른 불화물계 플럭스에서는 불화세슘, 불화아연 등의 흡습성이 매우 높다. 이로 인해, 흡습된 수분이 원인이 되어, 용접 금속부의 블로홀의 원인이 되기 쉬운 것 외에, 용접부의 내식성을 열화시키는 것이 우려된다. 또한, 용융 아연 도금을 피복한 강재와 알루미늄재의 이재 접합에서의 재료 표면의 청정화와 용접 금속의 습윤성 향상 효과가 적다.

상기 혼합 플럭스[노코록(등록상표) 플럭스]의 융점은 상기한 각 효과를 발휘시키기 위해, 용융 아연 도금 강재를 포함하는 이재 접합의 교류 MIG 용접이나 직류 역극성에 의한 MIG 용접 조건에도 따르지만, 바람직하게는 560 ℃로부터 700 ℃까지의 융점으로 조정한다.

혼합 플럭스의 융점은 불화알루미늄(AlF₃)과 불화칼륨(KF)의 분말의 혼합량(혼합 비율)에 의해 적절하게 조정할 수 있고, 용융 아연 도금 강재를 포함하는 이재 접합의 교류 MIG 용접이나 직류 역극성에 의한 MIG 용접 조건에 따라서 조정한다. 이 점, 불화칼륨과 불화칼륨의 공정(共晶) 조성(KF : 55 mol%, AlF₃ : 45 mol%)을 기준으로 하여, 불화알루미늄의 비율을 60 mol% 정도를 상한으로서 결정한다. 그리고, 나머지 비율(잔량부)을 불화칼륨으로 하여 양자를 혼합하고, 이 혼합 플럭스의 융점을 상기 560 ℃로부터 700 ℃까지의 융점 범위로 조정한다.

이 융점 범위(온도 영역)에서 플럭스가 녹으면, 습윤성이 용접 초기에 개선되므로, 용융된 알루미늄이 강재와 알루미늄재의 겹침부에 깨끗하게 들어가고, 이것이 풀과 같은 효과를 발휘하여 접합 강도가 개선된다. 이 효과는 용융 아연 도금 강재에 있어서 특히 현저해진다. 혼합 플럭스의 융점이 560 ℃ 미만에서는 이 효과가 작아진다. 한편, 혼합 플럭스의 융점이 700 ℃를 초과하면, 용접 초기의 용접 금속의 확산이 적고, 이음의 겹침부에의 유입이 불충분해진다.

(플럭스의 충전율)

단, 여기서 플럭스 코어드 와이어에의 노코록(등록상표) 플럭스의 충전율이 중요해진다. 본 발명에서는 이 노코록(등록상표) 플럭스(혼합 플럭스)의 충전량을 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대해 0.1 질량% 이상, 24 질량% 미만으로 비교적 적게 한다.

종래 시판 및 범용되고 있는 플럭스 코어드 와이어에서는, 플럭스의 충전율이 24 %를 초과하여 많게 되어 있다. 이로 인해, 통상의 교류 MIG 용접이나 직류 역극성에 의한 MIG 용접 조건이라도, 용융된 플럭스가 다량으로 비산하는 것 외에, 습윤성 개선 효과가 지나치게 강하여 용접 금속이 지나치게 확산되어, 건전한 비드가 형성되지 않는다. 또한, 용접 작업성도 나쁘고, 비드가 건전하게 형성되지 않기 때문에, 용접부의 신뢰성도 손상된다.

따라서, 본 발명에서는 플럭스 코어드 와이어에의 노코록(등록상표) 플럭스의 충전율의 상한을 종래 시판 및 범용되고 있는 레벨보다도 적게 하여, 24 % 미만으로 한다. 플럭스의 충전율이 24 % 이상에서는 플럭스의 충전율이 지나치게 많아, 상기한 바와 같이 용접시에 용융 플럭스의 비산이 심해지고, 또한 비드가 지나치게 확산되어 건전하게 형성되지 않는다.

한편, 노코록(등록상표) 플럭스의 충전율의 하한은 0.1 %로 한다. 노코록(등록상표) 플럭스의 충전율이 지나치게 적으면, 아크 용접으로 범용되는 비드를 형성하기 위한 알루미늄 용접 와이어(JIS 규격 : A4043-WY, A4047-WY, A5356-WY, A5183-WY 등)와 동일해진다. 이로 인해, 노코록(등록상표) 플럭스의 충전율이 0.1 % 미만에서는, 상기 습윤성 개선 효과 등의 노코록(등록상표) 플럭스의 효과를 발휘할 수 없어, 건전하고 신뢰성이 높은 용접 이음을 얻을 수 없다.

이들의 결과, 본 발명에 따르면, 알루미늄재와 용융 아연 도금 강재를 포함한 강재를 접합할 때에, 적용 조건 등의 제약이 적어 범용성이 우수한 동시에, 형상적 제약도 적다. 또한, 선 용접시에 필요한 연속 접합이 가능하고, 또한 접합부에 있어서의 취약한 금속간 화합물이나, 용접부에 있어서의 블로홀의 발생이나 내식성의 열화도 적고, 또한 용접 작업성도 양호한 접합 기술을 제공할 수 있다. 이로 인해, 자동차 등의 구조 부재에 적용할 수 있는 이재 접합 이음 구조체(이재 용접 이음)를 제공하는 것이 가능해진다.

(MIG 용접 시공)

다음에, 본 발명 이재 접합 방법의 교류 MIG 용접이나 직류 역극성에 의한 MIG 용접의 시공 형태를 설명하지만, 본 발명 이재 접합 방법에서는 MIG 용접의 시공 형태 자체는 통상의 방법과 동일하다. 도1에 그 일 시공 형태를 나타낸다. 도1에서는 용융 아연 도금 강재(또는 나강재)(3)의 단부(3a)에 알루미늄재(2)의 단부(2a)를 상측으로 하여 겹쳐서 서로의 단부(3a, 2a)끼리의 겹치기 이음을 형성한다.

그리고, 용접 토치(10), 본 발명에 관한 플럭스 코어드 와이어(1) 등을 이용하여, 강재(3)와 알루미늄재(2)의 서로의 단부(3a, 2a)를 따라 (도면의 전후 방향으로) 연장하는 용접선(5)을 따라 용접 토치(10)를 이동시키고, 용접선(5) 전체 길이를 상기 각 MIG 용접한다. 이때, 용접 토치(10)의 경사 각도 θ를 적절하게 선택한다. 도1에 있어서 4는 용접선(5) 상에 형성된 용접 금속(비드)이다.

본 발명 이재 접합 방법의 경우, 강재와 알루미늄재를 직접 접합할 수 있으므로, 적정한 용접 전류ㆍ전압 조건ㆍ접합 형상 등을 채용하는 한, 특별히 제약을 받지 않고, 적용 가능 범위가 확대되어 범용성을 높일 수 있는 동시에, 또한 연속적인 접합도 가능해지는 효과도 있다. 그리고, 전술한 바와 같이, 비드 등의 용접 금속 중에의 강재의 필요 최소한의 용융(희석)량으로 건전한 결합 상태를 얻을 수 있고, 용융 아연 도금 강재라도 취약한 금속간 화합물이 생성하기 어려워, 높은 접합 강도를 얻을 수 있다.

(용접 조건)

이 용접 시공시, 용접부(접합부)의 접합 강도를 향상시키기 위한, 상기 각 MIG 용접에 있어서의 바람직한 용접 조건에 대해 이하에 설명한다. 알루미늄재와 강재의 계면에 생성하는 금속간 화합물의 생성을 억제하기 위해서는, 용접 조건으로서, 모재인 강재를 과잉량 용융시키지 않고, 필요 최소한의 모재 용융(희석)량으로 건전한 접합 상태를 얻을 수 있도록 용접하는 것이 바람직하다.

용접 전류 :

본 발명 교류 MIG 용접이나 직류 역극성에 의한 MIG 용접을 실시할 때, 대전류가 될수록, 플럭스 코어드 와이어라도 플럭스가 비산되기 쉬워져, 생성하는 접합 계면의 취약한 금속간 화합물이 많아진다. 이로 인해, 이러한 플럭스의 비산이나 금속간 화합물을 억제하는데 있어서, 낮은 전류 조건으로 접합하는 것이 권장된다. 이와 같은 용접 전류로서는 20 A 이상, 더욱 바람직하게는 30 A 이상이고, 100 A 이하, 더욱 바람직하게는 80 A 이하이다.

용접 전압 :

용접 전압은 용접 전류와 마찬가지로, 교류 MIG 용접이나 직류 역극성에 의한 MIG 용접 모두 낮은 전압 조건에서 접합하는 것이 권장된다. 이러한 점, 용접 전압은 5 V 이상, 더욱 바람직하게는 7 V 이상이고, 20 V 이하, 더욱 바람직하게는 18 V 이하이다.

용접 속도 :

용접 속도는 교류 MIG 용접이나 직류 역극성에 의한 MIG 용접 모두, 상기 용접 전류 및 용접 전압에 따라서 모재 중의 Fe 및 Al을 과잉 용융시키지 않는 범위에서 적당하게 정하면 된다. 교류 MIG 용접으로, 용접 능률 등도 고려하여 바람직한 것은 15 ㎝/min 이상, 더욱 바람직하게는 20 ㎝/min 이상이고, 60 ㎝/min 이하, 더욱 바람직하게는 50 ㎝/min 이하이다.

이에 대해, 직류 역극성에 의한 MIG 용접으로는, 상기한 바와 같이 취약한 금속간 화합물 발생을 억제하기 위해, 용접 속도를 가능한 한 높여 용접을 행하여 입열량을 저감시킬 필요가 있다. 이로 인해, 용접 속도로서, 바람직한 것은 30 ㎝/min 이상, 더욱 바람직하게는 50 ㎝/min 이상이고, 200 ㎝/min 이하, 더욱 바람직하게는 150 ㎝/min 이하이다.

실드 가스 :

교류 MIG 용접이나 직류 역극성에 의한 MIG 용접 모두 실드 가스는 Ar 등 범용되는 가스를 적절하게 사용할 수 있고, 이 실드 가스 유량도 예를 들어 10 내지 50 L/min의 범용 유량을 선택할 수 있으며, 특별히 제한은 없다.

용접 토치 각도 :

용접 토치(아크 토치) 각도는 특별히 제약은 없고, 교류 MIG 용접이나 직류 역극성에 의한 MIG 용접 모두 용접이나 이음의 용접 조건 등에 따라서 각도 θ는 적절하게 선택된다.

(적용 대상 부재)

본 발명 이재 접합 방법의 적용 대상 부재로서는, 상기한 바와 같이 용융 아연 도금 강재로 이루어지는 자동차의 멤버류나 대형 패널류와, 알루미늄 합금재로 이루어지는 보강재의 구조 부재끼리의 접합이 예시된다. 이 점, 예를 들어 용융 아연 도금 강판을 성형한 직사각형 중공 형상으로 이루어지는 사이드 멤버와, 알루미늄 합금 압출 중공형재로 이루어지는 범퍼 보강재 혹은 범퍼 스테이 등과의, 도1과 같은 직접 단부끼리를 겹친 이음이나, 서로의 단부에 설치한 플랜지면끼리를 겹친 이음 등의 접합이 예시된다.

(강재)

강재의 내식성 확보의 관점에서, 또한 본 발명의 목적으로 하여, 원래 이재 접합이 곤란한, 합금화를 포함하는 용융 아연 도금 강재가 본 발명에 사용되어 특히 바람직하다. 용융 아연 도금을 포함한 아연 도금 강재의 용접에서는, 발생하는 아연 증기에 의해 아크가 불안정해지고, 스패터의 발생이나 피트, 블로홀 등의 기공 결함의 발생이 문제가 된다. 그러나, 본 발명에 따르면, 플럭스의 효과에 의해 강판 표면의 청정 효과가 발휘되어, 용해 금속이 습윤성 좋게 강판 표면을 덮으므로 아연 증기의 발생도 적다. 특히, 본 발명의 플럭스 코어드 와이어에서는 흡습성이 높은 불화세슘을 함유하지 않기 때문에, 블로홀을 더욱 억제할 수 있고, 아크의 안정성도 우수하다.

본 발명에서 이용하는 강재(철계 재료) 자체는, 상기 아연 도금을 실시한, 혹은 나(裸) 혹은 표면 처리된 보통 강, 고장력 강(하이텐) 등의 강재이다. 본 발명에 있어서는, 사용하는 강재의 종류나 형상을 특별히 한정하는 것은 아니며, 구조 부재에 범용되는, 혹은 구조 부재 용도로 선택되는 강판, 강형재, 강관 등의 적절한 형상, 재료가 사용 가능하다. 단, 구조 부재로서의 고강도를 얻기 위해서는 고장력 강(하이텐)인 것이 바람직하다.

(알루미늄재)

본 발명에서 이용하는 알루미늄재는 그 합금의 종류나 형상을 특별히 한정되는 것은 아니며, 각 구조용 부재로서의 요구 특성에 따라서, 범용되고 있는 압연 등의 판재, 압출 등의 형재, 단조재, 주조재 등이 적절하게 선택된다. 단, 구조 부재로서의 고강도를 얻기 위해서는, 성형성 등의 요구제 특성도 만족시키는 알루미늄 합금으로서 범용되는, Al-Mg계, Al-Mg-Si계 혹은 Al-Mg-Zn계의, JIS 또는 AA 규격에서 말하는, 5000계, 6000계, 7000계 등의 알루미늄 합금으로 하는 것이 바람직하다. 이들 알루미늄 합금을 구조 부재마다의 필요 강도나 성형성에 따라서

조질 처리(調質處理)한 것이 편의 선택된다.

본 발명의 일 형태의 실시예를 이하에 설명한다. 본 발명 이재 접합법을 이용하여, 알루미늄 합금판과 강판의 겹치기 필렛 용접 시험을 행하여 비드 형상과 접합 강도를 측정, 평가하였다. 여기서, 강판은 용융 합금화 아연 도금 강판(GA 강판), 용융 아연 도금 강판(GI 강판)과 나(裸)(무표면 처리)강판을 이용하였다. 교류 MIG 용접의 결과를 표5에 나타낸다. 또한, 직류 역극성에 의한 MIG 용접의 결과를 표6에 나타낸다.

알루미늄 합금판과 강판의 시험편끼리의 겹치기 필렛 용접은 교류 MIG 용접이나 직류 역극성에 의한 MIG 용접 모두 상기한 도1에 나타내는 형태로 행하였다. 즉, 판 두께 1.6 ㎜의 알루미늄 합금판(JIS5182 합금) 단부를 판 두께 1.2 ㎜의 용융 합금화 아연 도금 강판(GA 강판), 용융 아연 도금 강판(GI 강판), 혹은 나강판 단부(모두 인장 강도 : 270 ㎫)에 겹쳐서 겹치기 필렛 이음을 형성하였다. 시험편의 평면 사이즈는 알루미늄 합금판과 강판 모두 폭 100 ㎜ × 길이 300 ㎜로 하여, 서로의 겹침값을 35 ㎜로 하였다(용접선 길이는 판 폭만큼의 100 ㎜).

이에, 표5, 표6에 나타낸 바와 같이, 플럭스 충전율을 다양하게 변화시킨 KF와 AlF₃의 혼합 플럭스 코어드 와이어를 이용하여 상기 알루미늄 합금판과 아연 도금 강판의 MIG 용접을 행하였다. 이때, 플럭스의 KF와 AlF₃의 혼합 비율은 그 융점이 650 ℃로 일정해지도록, 발명예, 비교예 모두 일정하게 하여, KF : 45 mol%와, AlF₃ : 55 mol%를 혼합한 플럭스를 사용하였다. 플럭스 코어드 와이어는 공통적으로 1.2 ㎜φ의 것을 사용하였다. 플럭스 코어드 와이어는, 알루미늄 외피로서 A4043을 사용하고, 상기한 신선 가공에 의해 상기 최종 1.2 ㎜φ의 직경으로 제작하였다.

또한, 비교를 위해, KF의 일부를, 종래의 불화세슘, 불화아연으로 치환하여, 불화세슘, 불화아연을 각각 10 mol% 포함하고, KF 45 mol%, AlF₃ 55 mol%를 혼합시킨 플럭스 코어드 와이어를 이용한 예도, 발명예와 동일 조건에서 교류 MIG 용접을 행하였다. 이들을 표5에 비교예 8, 비교예 9로 하여 나타낸다. 이 비교예 8, 비교예 9의 플럭스 충전율은 발명예와 같은 10 질량%로 하였다. 또한, 비교예 8, 비교예 9의 플럭스 융점은 각각 약 500 ℃ 정도이다.

용접 조건은 교류 MIG 용접이나 직류 역극성에 의한 MIG 용접 모두 상기에서 권장한 MIG 용접 조건의 범위 내에서 실시하였다. 용접 속도 : 교류 MIG 용접은 35 ㎝/min으로 하고, 직류 역극성에 의한 MIG 용접에서는 상기한 바와 같이 취약한 금속간 화합물 발생을 억제하기 위해 용접 속도를 높여 80 ㎝/min으로 하였다. 또한, 교류 MIG 용접이나 직류 역극성에 의한 MIG 용접 모두, 용접 전류 : 75 A, 용접 전압 : 18 V, 용접 토치 각도는 90 ℃로 하고, 실드 가스에는 Ar을 이용하였다.

용접은 이상의 조건에서 각 예 모두 3회 행하고, 각 접합한 이음으로부터 시험편을 채취하여 각종 시험을 행하고, 모두 평균화하여 평가하였다. 우선, 전단 인장 강도에 대해서는, 각 3회 접합한 이음으로부터 각각 판 폭 30 ㎜의 이음 강도 평가용 시험편을 채취하고, 25 ㎜/min의 속도로 인장 시험을 행하여, 각 예 모두 그 평균치를 구하였다.

또한, 플럭스의 확산 효과를 조사하기 위해, 접합 이음부의 습윤성을 조사하였다. 습윤성의 평가는 도1을 모식화한 도4에 나타내는 바와 같이, 용접 금속(4)의 확산 폭 (a)와 용접 금속부(4)의 높이 (b)를 용접선에 걸쳐서 적당한 간격으로 각각 측정하였다. 게다가, 이들 a와 b의 비 a/b를 용접선에 걸쳐서 평균화하여, 각 예 모두 3개의(3회의 용접 시험에 의한) 시험편으로 또한 a/b를 평균화하였다. 그리고, 습윤성의 평가 기준은 이 평균화한 a/b가 6.0 미만인 범위에 있는 것을 용접 금속의 확산 폭이 적절하다고 하여 ○, 마찬가지로 a/b가 6.0 이상인 것을 ×(용접 금속이 지나치게 확산되어, 건전한 비드가 형성되지 않음)로 판정하였다.

용접 작업성에 대해서는, 용접 작업 중의 흄의 발생량, 및 비드의 안정성을 평가하였다. 흄의 발생량은 JIS-Z3930에 준거하여 측정하였다. 즉, 각 플럭스 코어드 와이어를 사용하였을 때의 용접시에 발생하는 전체 흄을 포집하여, 단위 시간당의 흄 발생량을 구하였다. 각 예 모두 3회의 용접 시험에 의해 흄 발생량을 평균화하여, 흄 발생량이 300 ㎎/min 미만을 ◎, 300 내지 700 ㎎/min을 ○, 700 ㎎/min 이상을 ×로 각각 평가하였다.

또한, 비드의 안정성은 도2에 도시하는, 생성된 비드 형상의 기준에 따라서 평가하였다. 3회의 용접 시험 모두 도2의 (b)와 같이 비드가 직선적으로 깨끗하게 형성되어 있는 것을 ○, 1회의 용접 시험이라도 도2의 (a)와 같이 비드가 단속적으로밖에 형성되어 있지 않은 예가 발생한 것을 ×로 하였다. 이들 결과를 표5, 표6에 나타낸다.

우선, 표5로부터 명확한 바와 같이, 플럭스 코어드 와이어의 플럭스와 플럭스 충전율이 본 발명 범위 내이고, 교류 MIG 용접 조건도 바람직한 범위 내인 발명예 2 내지 발명예 4는 용융 합금화 아연 도금 강판의 이재 접합이라도 용접 금속의 습윤성이 적정하여, 양호한 비드가 형성되고, 접합 강도가 개선된다. 또한, 용융 플럭스의 비산에 의한 흄 발생량이 적어 용접 안정성이 우수하다. 또한, 나강판예인 발명예 6, 발명예 7에서도 마찬가지였다.

이에 대해, 플럭스의 충전이 없는 비교예 1은 용융 합금화 아연 도금 강판의 이재 접합에서의 접합 자체를 할 수 없었다. 또한, 플럭스 코어드 와이어의 플럭스 조성은 같지만, 플럭스 충전율이 본 발명 범위를 상한에 벗어나는 비교예 5는 플럭스 충전율이 지나치게 많다. 이로 인해, 비교예 5는 용융 합금화 아연 도금 강판의 이재 접합에서의 용접 금속의 습윤성이 부적정하고, 비드 형성이 단속적이며, 접합하고는 있지만 접합 강도가 낮다. 또한, 용융 플럭스의 비산에 의한 흄 발생량이 많아, 용접의 안정성이 떨어지고 있었다.

한편, 종래의 불화세슘, 불화아연을 이용한 비교예 8, 비교예 9는 플럭스 충전율은 발명예와 동일하게 하였으므로, 용융 플럭스의 비산에 의한 흄 발생량이 적고, 용접 안정성은 우수하다. 그러나, 용접 금속의 습윤성이 부적정하고, 비드 형성이 단속적이다. 이로 인해, 용융 합금화 아연 도금 강판의 이재 접합이고, 접합하고는 있지만, 발명예에 비해 접합 강도가 현저하게 떨어지고 있었다. 이는, 불화세슘, 불화아연을 이용한 플럭스에서는 융점이 너무 낮아 지나치게 젖어 버리므로 비드가 지나치게 확산되기 때문이라 추측된다. 게다가, 불화세슘, 불화아연을 이용한 플럭스의 흡습성이 높기 때문에 수분의 영향으로 비드가 안정되지 않고 단속적이 됨으로써, 양호한 이음을 할 수 없는 것으로 추측된다.

다음에, 표6으로부터 명확한 바와 같이, 발명예 11, 발명예 12, 발명예 14 내지 발명예 16은 플럭스 코어드 와이어의 플럭스와 플럭스 충전율이 본 발명 범위 내에서, 직류 역극성에 의한 MIG 용접 조건도 바람직한 범위 내이다. 이 결과, 이들 발명예는 용융 합금화 아연 도금 강판이나 용융 아연 도금 강판의 이재 접합이라도 용접 금속의 습윤성이 적정하고, 양호한 비드가 형성되어 접합 강도가 개선된다. 또한, 용융 플럭스의 비산에 의한 흄 발생량이 적고, 용접 안정성이 우수하다. 또한, 나강판예인 발명예 17에서도 마찬가지였다.

이에 대해, 플럭스의 충전이 없는 비교예 10은 용융 합금화 아연 도금 강판의 이재 접합에서의 접합 자체를 할 수 없었다. 또한, 비교예 13은 플럭스 조성은 같지만, 플럭스 충전율이 지나치게 많아, 본 발명 범위를 상한에서 벗어난다. 이로 인해, 용융 합금화 아연 도금 강판의 이재 접합에서의, 용접 금속의 습윤성이 부적정하고, 비드 형성이 단속적이며, 접합하고는 있지만 접합 강도가 낮다. 또한, 용융 플럭스의 비산에 의한 흄 발생량이 많아, 용접의 안정성이 떨어지고 있었다.

이들 실시예로부터, 본 발명 요건인 플럭스 코어드 와이어의 플럭스 조성이나 플럭스 충전율의, 특히 아연 도금 강재와 알루미늄재 이재 접합의 접합 강도나 작업성에 대한 임계적인 의의를 알 수 있다.

본 발명에 따르면, 고장력 강재와 6000계 알루미늄 합금재의, 고강도의 이재끼리의 용융 용접 접합에 있어서, 접합 강도를 높이는 동시에, 용접 효율도 좋은 이재 접합용 플럭스 코어드 와이어 및 이재 접합 방법을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 플럭스 충전율 및 그 융점을 적정하게 제어한 플럭스 코어드 와이어를 이용하여 교류 MIG 용접에 의해 접합시킴으로써, 접합 모재의 형상 등의 제약이 전혀 없고, 또한 접합 이음부에 취약한 금속간 화합물을 발생시키지 않아, 블로홀 등의 결함이 없는 외관이 양호한, 아연 도금 강재와 알루미늄재의 이재 접합 이음 구조체를 얻을 수 있다. 이들에 의해 얻게 된 이재 접합체는, 접합 강도나 용접 효율을 높였기 때문에, 자동차, 철도차량 등의 수송 분야, 기계 부품, 건축 구조물 등에 있어서의 각종 구조 부재로서 매우 유용하게 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 강재와 알루미늄의 고강도의 이종 접합체의 용도를 크게 확대하는 것이다.

Claims

강재와 알루미늄 합금재와의 이재(異材)끼리를 접합하기 위한, 플럭스가 알루미늄 합금 외피 내부에 충전된 플럭스 코어드 와이어이며, 상기 플럭스를, 불화알루미늄을 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대해 0.1 내지 15 질량% 포함하고, 또한 염화물을 포함하지 않는 불화물 조성으로 하는 동시에, 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대해 0.3 내지 20 질량% 충전한 것을 특징으로 하는, 이재 접합용 플럭스 코어드 와이어.
제1항에 있어서, 상기 외피 알루미늄 합금이 Si를 1 내지 13 질량% 함유하고, 잔량부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는, 이재 접합용 플럭스 코어드 와이어.
제2항에 있어서, 상기 외피 알루미늄 합금이 Mn을 0.1 내지 0.3 질량% 더 함유하는, 이재 접합용 플럭스 코어드 와이어.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강재가 아연 도금 강재인 이재 접합용 플럭스 코어드 와이어.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이재 접합이 고장력 강재와 6000계 알루미늄 합금재를 접합하는 것인 이재 접합용 플럭스 코어드 와이어.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플럭스가 불화알루미늄을 더 함유하는 이재 접합용 플럭스 코어드 와이어.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플럭스가 ⅡA족으로부터 선택되는 1종 이상의 원소의 불화물을 더 함유하는 이재 접합용 플럭스 코어드 와이어.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플럭스가 불화알루미늄 및 불화칼륨을 포함하고, 불화마그네슘, 불화칼슘, 불화스트론튬 및 불화바륨으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 불화물을 더 함유하는 이재 접합용 플럭스 코어드 와이어.
제6항에 있어서, 상기 플럭스가 불화알루미늄과 불화칼륨의 혼합 플럭스인 이재 접합용 플럭스 코어드 와이어.
제9항에 있어서, 상기 혼합 플럭스의 융점이 560℃ 내지 700℃의 범위이며, 상기 플럭스 코어드 와이어의 직경이 1.6 ㎜φ 이하인 이재 접합용 플럭스 코어드 와이어.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 플럭스 코어드 와이어를 이용하여, 고장력 강재와 6000계 알루미늄 합금재의 이재끼리를 용융 용접에 의해 접합하는 것을 특징으로 하는 이재 접합 방법.
제11항에 있어서, 상기 용융 용접에 의한 접합이, 교류 MIG 용접에 의한 직접 접합인 것을 특징으로 하는 이재 접합 방법.
제11항에 기재된 방법으로 접합된 것인 고장력 강재와 6000계 알루미늄 합금재의 접합 이음 구조체.