KR20200096741A - 코팅된 용접 와이어 - Google Patents

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존 알 프로카리오
비벡 센줍타
위지안 조우
바드리 케이 나라야난
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링컨 글로벌, 인크.
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Abstract

개시된 기술은 일반적으로 용접 와이어에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 코팅된 용접 와이어에 관한 것이다. 소모성 용접 와이어는 강철 조성물을 포함하는 베이스 와이어, 및 베이스 와이어를 둘러싸는 산화철을 포함하는 코팅을 포함하며, 산화철은 용접 와이어의 외부 표면이 암회색 내지 흑색 색상을 갖도록 하는 산소 대 철(O/Fe) 비율을 갖는다.

Description

코팅된 용접 와이어{COATED WELDING WIRE}
인용에 의한 병합
본 출원은 2019년 2월 4일자로 출원된 미국 가출원번호 제62/800,688호, 및 2020년 1월 21일자로 출원된 미국 출원번호 제16/747,975호의 우선권의 이익을 주장하며, 그 내용은 전체적으로 본원에 참조로 포함된다.
개시된 기술은 일반적으로 용접 와이어에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 코팅된 용접 와이어에 관한 것이다.
다양한 용접 기술은 금속의 소스로 작용하는 용접 와이어를 사용한다. 예를 들어, 금속 아크 용접에서, 소재(workpiece)를 향해 전진하는 하나의 전극으로 작용하는 소모성 용접봉 와이어와 다른 전극으로 작용하는 소재 사이에 전압이 인가되는 경우, 전기 아크가 생성된다. 아크는 금속 와이어의 팁을 용융시킴으로써, 용접물 또는 용접 비드(bead)를 형성하도록 소재 상에 용착되는 용융된 금속 와이어의 액적을 생성한다.
용접 기술에 대한 기술적 및 경제적 요구는 계속 점점 더 복잡해지고 있다. 예를 들어, 더 높은 용착 속도를 통한 더 높은 생산성의 요구, 그리고 더 적은 오염을 통한 높은 비드 품질의 요구가 흔히 공존한다. 일부 용접 기술은 소모품을 개선함으로써, 예를 들어 용접봉 와이어의 물리적 설계 및/또는 조성을 개선함으로써, 이러한 경쟁적 요구를 해결하는 것을 목표로 한다.
일부 용접 와이어는 와이어의 둘레에 형성된 코팅을 갖는다. 일부 코팅은 용접 공정 동안 균열(cracking)이 발생하기 쉬우며, 이는 다른 문제 중에서도 결과적인 용접 빔을 오염시킬 수 있다. 또한, 일부 코팅은 용접의 용착 속도를 제한할 수 있다. 따라서, 용접 와이어를 위한 개선된 코팅이 필요하다.
일 양태에서, 소모성 용접 와이어는 강철 조성물을 포함하는 와이어, 및 코어 와이어를 둘러싸는 산화철을 포함하는 코팅을 포함하며, 산화철은 용접 와이어가 암회색(dark gray) 내지 흑색 색상을 갖도록 하는 산소 대 철(O/Fe) 비율을 갖는다.
다른 양태에서, 소모성 용접 와이어를 제조하는 방법은 강철 조성물을 포함하는 와이어를 제공하는 단계, 및 코어 와이어를 둘러싸는 산화철을 포함하는 코팅을 형성하는 단계를 포함하며, 산화철은 용접 와이어가 암회색 내지 흑색 색상을 갖도록 하는 산소 대 철(O/Fe) 비율을 갖는다.
다른 양태에서, 용접 방법은, 강철 조성물을 포함하는 와이어, 및 코어 와이어를 둘러싸는 산화철을 포함하는 코팅을 포함하는 소모성 용접 와이어를 제공하는 단계를 포함하며, 산화철은 용접 와이어가 암회색 내지 흑색 색상을 갖도록 하는 산소 대 철(O/Fe) 비율을 갖는다. 방법은, 50 인치/분(in/min) 내지 130 인치/분의 와이어 공급 속도로 용접 와이어를 공급하는 단계를 포함하는 용접부를 형성하는 단계를 추가적으로 포함한다.
도 1 및 도 2는 예시적인 가스 금속 아크 용접(GMAW) 시스템의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 3은 도 1 및 도 2의 GMAW 시스템의 케이블 조립체에 사용된 신장형 가요성 케이블의 반경방향 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 4는 예시적인 서브머지드(submerged) 아크 용접(SAW) 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 5는 예시적인 서브머지드 아크 용접(SAW) 시스템의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 6은 철-산소 상평형도이다.
도 7은 실시형태에 따른 표면 코팅된 용접 와이어와 비교 용접 와이어 간에 상이한 와이어 공급 속도(WFS)를 위해 사용된 평균 전류의 실험 비교를 도시한다.
도 8은 부식 테스트 후에 실시형태에 따른 용접 와이어 및 비교 용접 와이어의 표면 외관 및 부식 성능을 비교하는 광학 현미경 사진이다.
도 9는 실시형태에 따라 코팅된 용접 와이어를 제조하는 방법을 예시하는 흐름도를 도시한다.
도 10은 실시형태에 따른 표면 코팅된 용접 와이어와 비교 용접 와이어 간에 상이한 목표 용접 전류, 전압 및 용접봉 돌출길이(electrode stickout)에 대한 평균 와이어 공급 속도(WFS)의 실험 비교를 도시한다.
도 11은 연속적인 표면 산화물 층을 갖는 강선(steel wire)의 단면 SEM 이미지이다.
도 12는 표면 산화물 및 오일 코팅을 갖는 강선의 단면 SEM 이미지이다.
도 13은 표면 산화물 및 오일 코팅을 갖는 강선의 단면 SEM 이미지이다.
도 14는 표면 산화물 및 오일 코팅을 갖는 강선의 단면 SEM 이미지이다.
도 15는 표면 산화물 및 다른 부식 방지 코팅을 갖는 강선의 단면 SEM 이미지이다.
도 16은 표면 산화물 및 다른 부식 방지 코팅을 갖는 강선의 단면 SEM 이미지이다.
위의 요구 및 다른 요구를 해결하기 위해, 본원에 개시된 소모성 용접 와이어는 강철 조성물을 포함하는 와이어, 및 코어 와이어를 둘러싸는 산화철을 포함하는 코팅을 포함하며, 산화철은 용접 와이어가 암회색 내지 흑색 색상을 갖도록 하는 산소 대 철(O/Fe) 비율을 갖는다. 개시된 용접 와이어는 다양한 이점을 제공한다.
생산성은 용접 적용예에서 중요한 고려 사항이며 이들의 경제성과 직접적으로 관련된다. 다른 파라미터 중에서도, 용접의 용착 속도는 용접 공정의 생산성을 결정하는 핵심 지표이다. 오늘날 업계에서 사용되는 일부 용접 와이어는 다양한 요인으로 인해 제한된 용착 속도를 갖는다. 주어진 용접 와이어에 대해 달성 가능한 용착 속도는 다른 요인 중에서도, 용접 공정, 용접 파라미터, 및 사용된 소모품에 따라 좌우될 수 있다.
유리하게는, 실시형태에 따른 개시된 용접 와이어는 오늘날 업계에서 사용되는 비교 와이어에 비해 실질적으로 더 높은 용착 속도를 달성한다. 실시형태에 따른 와이어는 금속 산화물의 혼합물을 갖는 기존의 와이어와 상이한 공학적 와이어 표면을 가짐으로써 부분적으로 더 높은 용착 속도를 가능하게 한다. 용착 속도의 이러한 증가는 생산성 증대를 직접적으로 유발할 수 있다. 실시형태에 따른 용접 와이어는 더 높은 용착 속도를 달성하기 위해, 열선 가스 텅스텐 아크 용접, 레이저 및 플라즈마 열선 공정 등과 같은 공정에서 사용될 수 있다.
개시된 기술의 실시형태가 제공할 수 있는 다른 이점은 코팅의 균열의 감소, 예를 들어 구리 코팅된/피복된 와이어로 용접하는 동안 때때로 관찰되는 구리 균열의 감소를 포함한다. 실시형태에 따른 용접 와이어는 일부 용접 와이어 위에 형성된 구리 피복재를 금속 산화물 코팅으로 대체할 수 있다. 따라서, 구리 균열 및 용접부의 구리 오염이 감소될 수 있다.
개시된 기술의 실시형태가 제공할 수 있는 다른 이점은 용접 와이어의 부식 감소를 포함한다. 연강 조성물을 포함하는 용접 와이어는 부식되기 쉬울 수 있다. 코팅되지 않은 용접 와이어에서 부식 문제는 매우 심각할 수 있다. 실시형태에 따른 용접 와이어는 현재 입수 가능한 와이어에 비해 개선된 내식성을 제공할 수 있다.
개시된 기술의 실시형태가 제공할 수 있는 다른 이점은 와이어의 표면 외관의 개선을 포함한다. 현재 입수 가능한 강철 용접 와이어는 일관성 없는 표면 외관(예를 들어, 와이어의 표면 질감 또는 색상에 의해 추정될 수 있음)을 갖는다. 실시형태에 따라 와이어 상에 성장된 금속 산화물은 와이어 표면 전체에 걸쳐서 균일한 색상을 제공함으로써, 용접 와이어의 개선된 외관을 제공할 수 있다.
개시된 기술의 실시형태가 제공할 수 있는 다른 이점은 와이어 표면 위에 형성된 코팅의 표면 접착력의 개선을 포함한다. 현재 입수 가능한 코팅은 와이어 표면에 대한 비교적 좋지 않은 접착력을 가질 수 있으므로, 코팅이 비교적 쉽게 벗겨질 수 있어서, 다른 유해한 영향 중에서도, 공급 기능(feedability) 제한 및 접점 팁 마모와 같은 다양한 유해한 영향을 유발할 수 있다.
용접 와이어의 금속의 산화물로 코팅된 용접 와이어를 사용하는 아크 용접 공정
강철 조성물을 포함하는 와이어, 및 코어 와이어를 둘러싸는 산화철을 포함하는 코팅을 포함하는 본원에 개시된 소모성 용접 와이어는 제한 없이, 본원에 개시된 다양한 용접 공정에서 구현될 수 있다.
아크 용접은 일반적으로 전기 아크로부터의 열을 사용하여 금속의 소재들이 결합되는 공정을 지칭한다. 아크 용접은 비소모성 용접봉 또는 소모성 용접봉을 사용하여 달성될 수 있다. 소모성 용접봉은 코팅된 봉 또는 와이어를 포함한다. 예를 들어, 텅스텐과 같은 비소모성 용접봉을 사용하는 용접 공정은 비교적 저속일 수 있다. 따라서, 소모성 용접봉을 사용하는 아크 용접 공정이 업계에서 더 많은 인기를 얻었다. 소모성 용접봉을 사용하는 공정에서, 용접봉 또는 와이어가 용융되어, 2개의 금속 소재를 결합시키는 용접 이음부를 형성하도록 갭을 충전하는 적층 금속을 제공한다. 소모성 용접봉을 사용하는 용접 공정은 특히, 피복 금속 아크 용접(SMAW), 가스 금속 아크 용접(GMAW) 또는 금속 불활성 가스(MIG) 용접, 플럭스-코어드(flux-cored) 아크 용접(FCAW), 금속-코어드 아크 용접(MCAW), 및 서브머지드 아크 용접(SAW)을 포함한다. 소모성 용접봉을 사용하는 용접 공정은 직류 용접봉 양극성(DCEP) 모드, 직류 용접봉 음극성(DCEN) 모드, 또는 교류(AC) 모드로 수행될 수 있다. DCEP 모드에서는, 직류가 사용되고, 와이어는 전원의 양극 단자에 연결되며, 용접될 소재(들) 또는 플레이트(들)는 음극 단자에 연결되고, DCEN 모드로 용접하는 경우 그 반대로 수행된다. AC 모드에서는, 와이어 및 소재(들) 또는 플레이트(들)는 주파수에 따른 사이클에서 양극과 음극 간에 전환된다. 양극으로 작용하는 단자는 애노드로 지칭될 수 있고, 음극으로 작용하는 단자는 캐소드로 지칭될 수 있다. 이하에서는, 실시형태에 따라 산화물 코팅된 용접 와이어로 구현될 수 있는 다양한 소모성 용접봉 기반 용접 공정이 설명된다.
가스 금속 아크 용접( GMAW )
이의 서브타입 금속 불활성 가스(MIG) 용접 또는 금속 활성 가스(MAG) 용접으로 때때로 지칭되는 가스 금속 아크 용접(GMAW)은, 소모성 와이어 용접봉 또는 용접 와이어 및 실드 가스가 용접 건을 통해 연속적으로 공급되는 반자동 또는 자동 아크 용접 공정을 지칭한다.
도 1 및 도 2는 실시형태에 따라 산화물 코팅된 용접 와이어를 위해 구성된 예시적인 가스 금속 아크 용접(GMAW) 시스템(10)의 사시도를 개략적으로 도시한다. GMAW 시스템(10)은 전력 소스(12), 와이어 구동 조립체(14), 실드 가스 공급 시스템(16), 및 전력을 전달하기 위한 케이블 조립체(18), 용접될 소재(20)에 전달되도록 구성된 실드 가스 소스(28)의 실드 가스 및 스풀(24)의 용접 와이어를 포함한다. 와이어 구동 조립체(14)는 전형적으로, 연속적인 소모성 와이어 용접봉을 포함하는 스풀(24)을 유지하기 위한 릴 스탠드(22), 및 스풀(24)로부터 케이블 조립체(18)를 통하여 소재(20)로 용접 와이어를 구동하기 위한 하나 이상의 구동 휠(도시되지 않음)을 포함하는 구동 기구(26)를 포함한다. 실드 가스 공급 시스템(16)은 일반적으로 케이블 조립체(18)와 유체 연통하는, 실드 가스 소스(28) 및 가스 공급 도관(30)을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 케이블 조립체(18)는 전형적으로 신장형 가요성 케이블(32)을 포함하며, 신장형 가요성 케이블(32)은 일 단부 상에서 전원(12), 와이어 구동 조립체(14) 및 가스 공급 시스템(16)에 부착되고, 타 단부 상에서 용접 건(34)에 부착된다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 GMAW 시스템(10)의 케이블 조립체(18)에 사용될 수 있는 신장형 가요성 케이블(32)의 일 실시예의 반경방향 단면도를 개략적으로 도시한다. 도 3에 도시된 실시예에서, 가요성 케이블(32)은 용접 건(34)의 접점 팁에 용접 전력을 제공하기 위한 전기 케이블(38), 실드 가스를 이송하기 위한 가스 도관(36), 및 용접 와이어를 수용하기 위한 가요성 외장(48)을 포함한다.
가요성 케이블(32)은 적어도 10 피트(~3 m) 길이, 예를 들어 적어도 15 피트(~4.6 m), 적어도 20 피트(~6.1 m), 적어도 25 피트(~7.6 m), 또는 적어도 30 피트(~9.1 m) 길이일 수 있으므로, 용접 건(34)이 상이한 위치로 이동되는 동안, 전력 소스(12), 와이어 구동 조립체(14) 및 실드 가스 공급 시스템(16)은 기본적으로 고정된 상태로 유지될 수 있다. 또한, 가요성 케이블(32)은 용접 건(34)을 원하는 위치로 이동시켜서 위치 설정할 때 어느 정도의 가요성을 제공하도록 가요성으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 가요성 케이블(32)은 도 2에 도시된 바와 같이, 예를 들어 다수의 회전으로 감김으로써, 비교적 긴밀한 만곡을 이루도록 하기에 충분하게 가요성으로 제조될 수 있다.
용접 와이어가 가요성 케이블(32)의 내부에서 걸리는 것을 방지하기 위해, 용접 와이어는 가요성 외장(48)의 내부를 관통할 수 있다. 가요성 외장(48)은 용접 와이어의 외경보다 약간 더 클 수 있는 내경을 갖는 나선형으로 긴밀하게 감긴 금속 와이어로 제조될 수 있으므로, 결과적인 구조는 용접 와이어와 가요성 케이블(32) 내부의 다른 구성 요소 간의 접촉을 방지하는 동시에, 가요성 케이블(32)에 고도의 가요성을 제공한다.
신장형 가요성 케이블(32)의 길이 및 가요성으로 인해, 스풀(24)로부터 케이블 조립체(18)를 통하여 소재(20) 상으로 용접 와이어를 구동하는 데 비교적 많은 양의 작용력이 필요할 수 있다. 따라서, 일부 용접 와이어는 용접 와이어의 외부 표면과 용접 와이어가 통과하는 가요성 외장의 내부 표면 사이의 마찰 계수를 감소시키기 위해, 흑연, 이황화 몰리브덴 등과 같은 윤활제로 코팅될 수 있다.
서브머지드 아크 용접(SAW)
서브머지드 아크 용접(SAW)은 SAW에서, 외부 실드 가스가 사용되지 않을 수 있다는 점에서 GMAW와 상이하다. 대신에, 용융된 용접부 및 아크 구역이 플럭스의 블랭킷(blanket) 아래에 침지됨으로써, 용접봉과 용접되는 소재 사이에 전류 경로를 제공하고, 주변 분위기로부터 용접물에 대한 보호를 제공한다.
도 4는 실시형태에 따라 산화물 코팅된 용접 와이어를 사용하도록 구성된 예시적인 서브머지드 아크 용접(SAW) 시스템을 개략적으로 도시한다. SAW 시스템은 소재(56)에 용접부(58)를 형성하기 위해 구동 롤러(52)에 의해 구동되는 용접 와이어(50)를 포함한다. 용접 와이어(50)의 팁은 플럭스(60)의 층에 침지될 수 있는, 예를 들어 완전히 침지될 수 있는 아크(54)를 형성한다.
일부 SAW 시스템은 비교적 높은 용착 속도를 제공할 수 있다. 예를 들어, 일부 GMAW 공정에서의 시간당 5 내지 10 파운드(~2 내지 4 kg/h)와 비교할 때, SAW를 사용하면 시간당 100 파운드 이상의 도포된 용접 금속(45 kg/h)의 용착 속도가 가능하다. 전형적으로, 중력에 의해 입상 플럭스가 비-수평 표면에서 슬라이딩될 수 있기 때문에, SAW 공정을 사용하여 수평 표면이 용접된다. 따라서, SAW 공정은 예를 들어 파이프 제조와 같이, 수평으로 위치된 대형 물체에서 높은 용착 속도의 용접이 이루어지는 적용예에 보다 널리 사용될 수 있다.
도 5는 실시형태에 따라 산화물 코팅된 용접 와이어에 적합할 수 있는 예시적인 서브머지드 아크 용접(SAW) 시스템의 사시도를 개략적으로 도시한다. 도시된 시스템에서, 공급 스풀(64)로부터 획득되는 용접 와이어(62)는, 테이블(70) 상의 고정된 위치에 장착된 소재(도시되지 않음) 상에 용접부를 형성하는 용접 건(68)을 통하여 구동 롤러(도시되지 않음)를 포함하는 공급 조립체(66)에 의해 공급된다. 도시된 실시예에서, 공급 스풀(64), 공급 조립체(66) 및 용접 건(68)은 레일(72)을 따라 이동 가능한 프레임(71) 상의 고정된 위치에 장착됨으로써, 소재의 길이를 따라 연속적인 용접부가 형성될 수 있다. 그러나, 실시예가 한정되지는 않으며, 다른 예시적인 구성에서, 공급 스풀(64), 공급 조립체(66) 및 용접 건(68)은 고정된 위치에 장착될 수 있는 반면에, 연속적인 신장형 용접부를 제공하도록 소재가 테이블(70)을 따라 이동 가능하다. 어느 경우이든, 용접될 지점을 플럭스로 자동으로 커버하기 위해, 적합한 플럭스 공급 시스템(도시되지 않음)이 제공될 수 있다.
적용예에 따라, 도 5에 도시된 SAW 시스템은 전체 시스템이 단일 사용 위치에 영구적으로 장착될 수 있는 고정식일 수 있다. 다른 적용예에서, 이러한 SAW 시스템은 예를 들어, 브리지 거더(bridge girder)의 용접에서와 같이, 전체 시스템이 상이한 사용 위치들 간에 이동될 수 있는 이동식일 수 있다.
산업적으로, 용접 와이어(62)는 도 5에 도시된 바와 같은 공급 스풀(64) 상에서, 또는 배럴(barrel), 스템(stem), 또는 릴에서 용접 건(68)에 공급된다. 와이어 공급기는 용접 건(68)에 대하여 고정된 위치에 장착될 수 있고, 일반적으로 용접 건(68)에 비교적 가까이 장착될 수 있다. 유사하게, 공급 조립체(66)는 또한 일반적으로 용접 건(68)에 대하여 고정된 위치에 장착될 수 있고, 일반적으로 용접 건(68)에 비교적 가까이 장착될 수 있다. 이러한 특징의 결과로서, 도 1 내지 도 3에 도시된 GMAW 시스템의 가요성 외장(48)과 같은 안내 시스템이 생략될 수 있다. 이는 용접 와이어(62)와, 공급 스풀(64)로부터 용접 건(68)으로 이러한 용접 와이어를 이송하는 구조적 요소 간에 기본적으로 슬라이딩 마찰이 없기 때문이다. 따라서, SAW 시스템을 위한 용접 와이어에는 슬라이딩 마찰을 감소시키기 위해 GMAW 시스템에서 전형적으로 사용되는 고체 윤활제가 제공되지 않을 수 있다.
전술한 바와 같이, SAW의 용착 속도는 전형적으로 GMAW보다 훨씬 더 높다. 이것은 GMAW에 비해, 예를 들어, 더 두꺼운 용접 와이어를 사용함으로써 그리고 더 높은 전력을 사용함으로써 가능해진다. 예를 들어, 제한 없이, SAW를 위한 용접 와이어는 전형적으로 직경이 1/16 인치(약 1.6 mm) 이상일 수 있는 반면에, GMAW를 위한 용접 와이어는 약 1/16 인치(약 1.6 mm) 이하의 전형적인 직경을 가질 수 있다. 전술한 바와 같이, 용착 속도는 소모성 용접봉의 핵심 성능 지표 중 하나이다. 용착 속도는 특히, 일반적으로 인치/분으로 측정될 수 있거나, 상이한 측정 시스템에서 동등한 단위로 측정될 수 있는, 용접 동안의 와이어 공급 속도(WFS)와 상관될 수 있다. 용접봉의 용착 속도의 어떠한 증가는 전체적인 생산성의 증대를 야기한다.
용접 와이어의 금속의 산화물로 코팅될 베이스 용접 와이어
개시된 기술의 다양한 실시형태에 따라, 와이어의 표면 상에 금속 산화물 코팅을 형성함으로써, 전류 전달 와이어의 증가된 용착 속도를 포함하는 전술한 다양한 이점이 실현될 수 있다. 와이어 위의 금속 산화물 표면은 와이어 상에 표면 처리를 적용함으로써 형성될 수 있다. 실시형태에 따라, 산화물 코팅된 용접 와이어는 탄소강 서브머지드 아크 용접 와이어로 구현되었다. 이들 와이어에서, 본 발명자들은 다른 입수 가능한 비-구리 코팅된 용접 와이어에 비해, 목표 용착 속도를 달성하기 위해 더 낮은 평균 전류가 필요하다는 것을 발견했다.
본원에 개시된 다양한 실시형태에 따른 와이어는 용접봉이 용접 전류를 전달하는 소모성 용접봉을 사용하는 아크 용접 공정에 일반적으로 적용 가능하다. 실시형태에 따라, 소모성 와이어는 솔리드 와이어 또는 코어드 와이어일 수 있다. 솔리드 와이어는 예를 들어, 더 큰 직경을 갖는 코일로부터 인출함으로써 원하는 직경으로 형성될 수 있는 일체형 금속 와이어를 포함한다. 솔리드 와이어는 예를 들어, 그 내용이 전체적으로 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 제8,901,455호에 기술된 바와 같은, 구리 코팅 또는 구리가 없는 코팅을 가질 수 있다. 코팅과 더불어, 용접 시스템을 통한 와이어의 공급을 돕고, 아크 강화제로도 작용하는 윤활제가 와이어 표면에 첨가될 수 있다.
실시형태에 따른 코어드 와이어는 금속의 외장으로 둘러싸인 내부 개구부(코어)를 갖는 사실상 튜브형이다. 코어는 예를 들어, 금속-코어드 아크 용접(MCAW) 와이어의 금속 혼합물과 같은 혼합물, 또는 플럭스-코어드 아크 용접(FCAW) 와이어의 플럭스로 충전될 수 있다. MCAW 와이어의 경우, 충전재의 적어도 80 내지 95%가 금속 혼합물일 수 있고, 나머지는 플럭스 또는 다른 비금속성 성분을 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 용접 와이어의 금속의 상당 부분은 탄소강, 예를 들어 연강을 포함할 수 있다. 그러나, 일부 다른 실시형태에서, 용접 와이어의 금속의 상당 부분은, 예를 들어, 특히, 페라이트계, 오스테나이트계, 마텐자이트계, 듀플렉스 스테인리스 강, 및 석출 경화성 스테인리스 강을 포함하는 상이한 등급의 스테인리스 강과 같은, 다른 금속 및 이들의 합금을 포함할 수 있다. 또 다른 일부 실시형태에서, 용접 와이어의 금속의 상당 부분은 알루미늄 및 이의 합금, 다른 철계 합금계, 예를 들어 Invar®, Kovar®, 니켈 및 니켈계 초합금, 예를 들어 Inconel®, 구리, 황동, 청동, 주철, 아연, 및 카드뮴을 포함할 수 있다.
서브머지드 아크 용접(SAW)을 위해 사용되는 전형적인 와이어 직경은 1/16 인치(1.6 mm), 1/8 인치(3.2 mm), 5/32 인치(4.0 mm), 3/16 인치(4.8 mm) 이상일 수 있다. GMAW의 경우, 와이어 직경은 SAW보다 비교적 더 작을 수 있으며, 전형적으로 1/16 인치(1.6 mm) 이하의 범위일 수 있다. FCAW 및 MCAW 와이어는 GMAW 와이어의 직경과 유사한 와이어 직경을 가질 수 있다. 더 큰 직경의 SAW 와이어는 유리하게는 용접 동안 더 높은 전류 레벨의 통과를 허용할 수 있다.
실시형태에 따른 산화물 코팅된 용접 와이어가 FCAW 및 MCAW 와이어로 구현되는 실시형태에서, 적합한 용접 플럭스 또는 금속 충전재가 포함될 수 있다.
개시된 실시형태는 비피복 와이어 위에 코팅을 구현하는 것에 중점을 둔다. 그러나, 이들이 피복 또는 아연 도금 와이어로 확장될 수 있음을 이해할 것이다. 코팅 또는 피복재는 적합한 재료로 형성될 수 있다. 이하에서는, 탄소강과 관련된 표면 산화물을 포함하는 코팅 또는 피복재가 개시된다.
용접 와이어의 금속의 산화물로 용접 와이어를 코팅하기 위한 표면 처리 공정
실시형태에 따라 코팅을 형성하기 위해 강선 상에 사용되는 표면 처리는 흑색 산화물 변환 코팅 공정 또는 흑화(blackening) 공정으로 지칭될 수 있다. 화학적 흑화 공정에서, 사전 인출된 와이어가 용액 내에 침지되어 화학 반응을 통해 이의 표면을 변형시킨다. 코팅 공정에 사용되는 용액은 상이한 용접 와이어를 위해 상이하게 제조될 수 있다. 사용되는 용액의 유형은 공정 온도에 따라 좌우될 수 있다.
탄소강의 코팅 또는 흑화 공정은 실시형태에 따라 3가지 상이한 방식을 통해 수행될 수 있다: A) 열간 흑화 공정, B) 중간 온도 흑화 공정, 및 C) 냉간 흑화 공정. 실시형태에 따라, 열간 및 중간 온도 흑화 공정은 용접 와이어를 산화시키는 단계를 포함한다. 용접 와이어를 산화시키는 단계는 예를 들어, 용접 와이어를 용액에 침지하여 이의 표면을 화학적으로 산화시킴으로써, 화학적으로 산화시키는 단계를 포함한다. 화학적 산화 공정은 열 산화 공정과 구별 가능하다는 것을 이해할 것이다. 후자에서는, 금속의 표면은 산소 함유 환경에서, 예를 들어 상승된 온도로, 열로 산화된다.
실시형태에 따른 열간 코팅 또는 흑화 공정에서, 코팅은 강철 조성물을 갖는 용접 와이어를 금속 수산화물, 금속 아질산염 또는 금속 질산염 중 하나 이상을 포함하는 용액 내에 침지함으로써 수득될 수 있다. 실시형태에 따라, 용액은, 50 내지 60 중량%, 60 내지 70 중량%, 70 내지 80 중량%, 80 내지 90 중량%의 양으로, 또는 이러한 백분율 중 어느 하나에 의해 한정된 양으로, 예를 들어 60 내지 80 중량%로 수산화나트륨을 포함한다. 실시형태에 따라, 용액은, 10 내지 15 중량%, 15 내지 20 중량%, 20 내지 25 중량%, 25 내지 30 중량%, 30 내지 35 중량%, 34 내지 40 중량%, 40 내지 45 중량%의 양으로, 또는 이러한 백분율 중 어느 하나에 의해 한정된 양으로, 예를 들어 15 내지 40 중량%로, 아질산나트륨, 질산나트륨, 아질산칼륨 및/또는 질산칼륨 중 하나 이상을 추가적으로 포함한다. 실시형태에 따라, 흑색 산화물 공정은, 약 120 내지 130℃, 130 내지 140℃, 140 내지 150℃, 150 내지 160℃, 160 내지 170℃, 170 내지 180℃, 180 내지 190℃, 190 내지 200℃의 온도로, 또는 이러한 값 중 어느 하나에 의해 한정된 범위의 온도로, 예를 들어 130 내지 150℃의 온도로, 용액에서 수행된다. 실시형태에 따라, 흑색 산화물 공정은, 1 내지 10분, 10 내지 20분, 20 내지 30분, 30 내지 40분, 40 내지 50분, 50 내지 60분 동안, 또는 이러한 값 중 어느 하나에 의해 한정된 범위의 지속시간 동안, 예를 들어 약 30분 동안 수행된다. 아질산나트륨 또는 아질산칼륨, 또는 질산나트륨 또는 질산칼륨은 용접 와이어의 표면을 산화시키거나 용접 와이어의 표면을 산화물로 변환시키는 산화제로서 작용한다.
흑화 공정은 용액을 사용하는 화학적 흑화 공정으로 한정되지 않음을 이해할 것이다. 일부 실시형태에서, 열 흑화 또는 산화가 사용될 수 있다. 강선의 열 흑화 또는 산화는 산화 환경에서 대류 가열 또는 유도 가열에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 열 흑화 또는 산화는 100 내지 500℃, 500 내지 1000℃, 1000 내지 1400℃로, 또는 이러한 값 중 어느 하나에 의해 한정된 범위의 온도로, 오븐 또는 퍼니스에서 와이어를 가열함으로써 달성될 수 있다. 산화 환경은 공기 또는 적합한 산화 분위기에서 가열하거나, 질산칼륨 또는 질산나트륨과 같은 산화제를 사용함으로써 제공될 수 있다.
다양한 실시형태에서, 화학적 또는 열적 흑화 공정은 용접 와이어의 표면 위에 형성된 산화물이 마그네타이트(magnetite)(Fe3O4)를 주로 포함하도록 구현된다. 그러나, 일부 다른 실시형태에서, 용접 와이어의 표면 위에 형성된 산화물이 마그네타이트(Fe3O4)와 헤마타이트(hematite)(Fe2O3)의 혼합물을 주로 포함하도록, 공정이 구현된다. 실시형태에 따라, 표면 위에 형성된 산화물은, 10 내지 20 중량%, 20 내지 30 중량%, 30 내지 40 중량%, 40 내지 50 중량%, 50 내지 60 중량%, 60 내지 70 중량%, 70 내지 80 중량%, 80 내지 90 중량% 또는 90 내지 99 중량%의 양으로, 또는 이러한 값 중 어느 하나에 의해 한정된 백분율의 양으로, Fe3O4 및/또는 Fe2O3를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 형성된 산화물 층이 투과성일 수 있기 때문에, 용접 와이어는 그 후에 부식 방지를 위해 핫 오일 또는 부식 방지제 용액에 침지될 수 있다.
중간 온도 코팅 또는 흑화 공정은, 열간 흑색 산화물 처리에 비해 더 낮은 온도로, 예를 들어 약 90 내지 95℃, 95 내지 100℃, 100 내지 105℃, 105 내지 110℃, 110 내지 115℃, 115 내지 120℃의 온도로, 또는 이러한 값 중 어느 하나에 의해 한정된 범위의 온도로, 예를 들어 104 내지 118℃의 온도로, 공정이 수행될 수 있다는 점을 제외하고는, 열간 산화물 공정과 유사할 수 있다.
저온 코팅 또는 흑화 공정은 변환 코팅 또는 산화 공정이 아니다. 대신에, 저온 흑화 공정은 강선의 표면 위에, 예를 들어 셀레늄 구리와 같은, 구리 및 셀레늄을 포함하는 코팅의 도포를 포함한다. 스테인리스 강 와이어의 경우, 저온 흑색 산화물 공정에 사용되는 예시적인 용액은 염화수소, 셀레노우스 산(selenous acid), 구리, 인산 및 물 중 하나 이상을 포함하는 혼합물을 포함한다. 흑화 시간은, 약 1 내지 2분, 2 내지 3분, 3 내지 4분, 4 내지 5분, 5 내지 6분, 6 내지 7분, 7 내지 8분, 8 내지 9분, 9 내지 10분, 또는 이러한 값 중 어느 하나에 의해 한정된 범위의 시간, 예를 들어 2 내지 5분일 수 있다.
알루미늄 및 알루미늄 합금을 포함하는 용접 와이어의 경우, 흑화 공정을 위한 또는 코팅을 형성하기 위한 예시적인 용액은 수산화나트륨, 산화아연, 및 물 중 하나 이상을 포함하는 혼합물을 포함한다. 이 경우 흑화 시간은, 약 10 내지 30초, 30 내지 60초, 60 내지 90초, 90 내지 120초, 120 내지 150초, 또는 이러한 값 중 어느 하나에 의해 한정된 범위의 지속시간, 예를 들어 30초 내지 2분일 수 있다. 구리 또는 구리 합금을 포함하는 용접 와이어의 경우, 흑화 공정을 위한 또는 코팅을 형성하기 위한 예시적인 용액은 아염소산나트륨 및 물을 포함한다. 이 경우 흑화 시간은, 약 1 내지 5분, 5 내지 10분, 10 내지 15분, 15 내지 20분, 20 내지 25분, 25 내지 30분, 또는 이러한 값 중 어느 하나에 의해 한정된 범위의 지속시간, 예를 들어 5 내지 20분일 수 있다. 아연 또는 아연 합금을 포함하는 용접 와이어의 경우, 흑화 공정을 위한 또는 코팅을 형성하기 위한 예시적인 용액은 수산화나트륨 및 물을 포함한다. 니켈 또는 니켈 합금을 포함하는 용접 와이어의 경우, 흑화 공정을 위한 또는 코팅을 형성하기 위한 예시적인 용액은 플루오르화 붕소산 및 물을 포함하며, 흑화 시간은 약 1 내지 3분, 3 내지 6분, 6 내지 10분, 또는 이러한 값 중 어느 하나에 의해 한정된 범위의 지속시간, 예를 들어 1 내지 3분이다. 카드뮴 또는 이의 합금을 포함하는 용접 와이어의 경우, 흑화 공정을 위한 또는 코팅을 형성하기 위한 예시적인 용액은 니켈 및/또는 안티몬의 수용액을 포함하며, 약 1 내지 3분, 3 내지 6분, 6 내지 10분, 또는 이러한 값 중 어느 하나에 의해 한정된 범위의 지속시간, 예를 들어 2 내지 5분의 흑화 시간을 갖는다. 주철의 경우, 탄소강에 사용된 것과 유사한 흑화 공정이 사용될 수 있다.
도 9는 용접 와이어의 표면을 코팅하거나 흑화하기 위한 예시적인 방법(900)의 흐름도이다. 처음에, 처리될 와이어가 전술한 바와 같은 원하는 직경으로 인출된다. 방법(900)은 산 세척을 포함할 수 있는, 원하는 직경을 갖는 용접 와이어를 세척하는 단계(910)를 포함한다. 세척하는 단계(910) 후에, 방법(900)은 예를 들어, 실온 미만의 온도에서 냉수와 같은 물로 와이어를 수세(rinsing)하는 단계(920)로 진행된다. 수세하는 단계(920) 후에, 방법은 전술한 흑화 공정 중 하나를 사용하여 코팅 또는 흑화하는 단계(930)로 진행된다. 예를 들어, 탄소강 와이어의 경우, 열간 흑화 공정이 사용될 수 있으며, 세척된 와이어는 약 30분 동안, 약 130 내지 150℃의 온도에서 60 내지 80 중량%의 수산화나트륨 및 15 내지 40 중량%의 아질산나트륨/아질산칼륨/질산나트륨/질산칼륨을 포함하는 용액에 침지된다. 흑화하는 단계(930) 후에, 방법은 와이어 다발을 제거하고, 실온 미만의 온도에서 예를 들어, 냉수와 같은 물로 수세하는 단계(940)로 진행된다. 수세하는 단계(940) 후에, 방법은 와이어의 부식을 억제하기 위해 예를 들어, 오일 또는 부식 방지제를 사용하여, 와이어 표면을 밀봉하는 단계(950)로 진행된다. 선택적으로, 방법은 용접 건을 통한 와이어의 공급 기능을 추가로 향상시키기 위해, 처리된 와이어 표면에 하나 이상의 윤활제를 도포함으로써 용접 와이어를 윤활하는 단계(960)로 진행된다. 다양한 용접 와이어를 위해 사용될 수 있는 윤활제는 예를 들어, 미국 특허 제8,901,455호 및 미국 특허 제8,395,071호에 기술되어 있으며, 그 내용은 전체적으로 본원에 포함된다. 또한, 선택적으로, 방법은 마감 다이(finishing die)를 통과시킴으로써 와이어를 연마하는 단계(970)를 포함한다.
용접 와이어의 표면 처리에 의해 형성된 코팅의 조성 및 구조
도 6은 철-산소 상평형도이다. 산화철은 사면체 및 팔면체 간극을 점유하는 O2- 음이온 격자 및 Fe 양이온을 갖는다. 뷔스타이트(Wustite)(Fe1-xO 또는 FeO)는 암염 구조를 가지며, 여기서 Fe2 +는 팔면체 지점에 존재하고, Fe 양이온 결핍으로 인해 흔히 비-화학량적이다. 산화 조건에서, 난제(conundrum) 구조를 갖는 헤마타이트(Fe2O3)가 형성될 수 있다. Fe3 +는 팔면체 지점에 존재한다. 마그네타이트(Fe3O4)는 (역) 스피넬(spinel) 구조를 갖는다. 역 스피넬 구조는 B(AB)O4 구조를 가지며, 여기서 B 양이온은 사면체 지점에 있고, (AB) 이온은 팔면체 지점을 점유한다. Fe3O4의 경우, B는 Fe3 +이고, A는 Fe2 +이다. 마그네타이트의 역 스피넬 구조는 사실상 이를 페리 자성(ferrimagnetic)이 되게 한다. 다양한 산화물의 용융점은 철-산소 상평형도로부터 알 수 있다. 마그네타이트는 약 125 K에서 베르베이 전이(Verwey transition)로 알려진 전이를 받으며, 여기서 산화물의 전기 전도율은 100배만큼 증가한다.
실시형태에 따라 표면 처리에 의해 형성된 철/강철을 포함하는 용접 와이어의 표면은 일부 상황에 따라 실온에서 마그네타이트 및 잔류 철의 혼합물, 또는 일부 다른 상황에 따라, 예를 들어, 처리 단계 동안의 O/Fe 비율에 따라, 마그네타이트 및 헤마타이트의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 점점 더 높아지는 O/Fe 비율(예를 들어, 1.37 이상)은 점점 더 많아지는 헤마타이트 형성을 유발할 수 있다. 결국, 예를 들어, 1.5 초과와 같은 매우 높은 O/Fe 비율에서, 이와 같이 형성된 표면 산화물은 본질적으로 헤마타이트로 이루어질 수 있다. 도 6에 도시된 Fe-O 상평형도로부터 알 수 있는 바와 같이, 570℃ 초과로 가열되는 경우, 철 및 마그네타이트의 혼합물은 뷔스타이트 및 철로, 뷔스타이트만으로, 또는 뷔스타이트 및 마그네타이트로 변형될 수 있다. 더 높은 O/Fe 비율에서, 더 낮은 온도에서 형성된 마그네타이트 및 헤마타이트는 더 높은 온도에서 계속 존재할 수 있다.
실시형태에 따라, 용접 와이어의 코팅의 산화철은 1.3 내지 1.35, 1.35 내지 1.4, 1.4 내지 1.45, 1.45 내지 1.5, 또는 이러한 값 중 어느 하나에 의해 한정된 범위의 O/Fe 원자 비율을 갖는다.
용접 와이어의 표면 상에 형성된 코팅이 산화철을 포함하는 경우, 두께는 0.5 내지 1 미크론, 1 내지 2 미크론, 2 내지 3 미크론, 3 내지 4 미크론, 및 4 내지 5 미크론일 수 있거나, 또는 이러한 값 중 어느 하나에 의해 한정된 범위의 두께, 예를 들어 1 내지 3 미크론일 수 있다. 대안적으로, 코팅은 용접 와이어의 총 중량을 기준으로, 약 0.05 내지 0.10%, 0.10 내지 0.15%, 0.15 내지 0.20%, 0.20 내지 0.25%, 0.25 내지 0.30%, 또는 이러한 값 중 어느 하나에 의해 한정된 범위의 값, 예를 들어 0.080% 내지 0.267%일 수 있다. 이와 같이 존재하는 이러한 표면 산화물은 아래에 설명되는 바와 같이, 강선의 용접 특성에 영향을 줄 수 있다.
용접 와이어의 표면 처리에 의해 형성된 코팅의 전기 전도율
표면 산화물은 강선에 비해 더 낮은 전기 전도율을 갖는다. 마그네타이트의 전기 전도율은 실온에서부터 이의 용융점까지 비교적 일정하게 유지된다. 예를 들어, 실온에서 단결정 마그네타이트의 전기 전도율은 약 250 지멘스/cm(S/cm)이며, 약 800 K에서 약 200 S/cm로 약간 감소되고, 이를 초과하여 최대 약 1600 K까지 일정하게 유지되는 것으로 보고되었다. 또한, 뷔스타이트 상(phase)의 전기 전도율은 O/Fe 비율에 따라 변동될 수 있는 것으로 보고되었다. 예를 들어, 1.1의 O/Fe 비율을 갖는 뷔스타이트 상의 전기 전도율은 1073 K 내지 1573 K에서 170 내지 200 S/cm 내에서 변동될 수 있다. 그러나, O/Fe 비율을 1.06으로 변경함으로써, 뷔스타이트 상의 전기 전도율이 1073 K 내지 1573 K에서 90 내지 140 S/cm 내로 변경될 수 있음을 주목하는 것은 흥미롭다. 일반적으로, 많은 산화철은 넓은 온도 범위에서 동일한 자릿수(order of magnitude)의 전기 전도율을 유지할 수 있다. 이와 비교하여, AISI 1008 강철의 전기 전도율은 실온에서 ~3 x 104 S/cm에서부터 약 1273 K에서 ~0.7 x 104 S/cm로 변경된다. 따라서, 탄소강은 일반적으로 산화철의 전기 전도율보다 100배 더 높은 전기 전도율을 가질 수 있다. 따라서, 유리하게는, 실시형태에 따라 와이어 상에 형성된 코팅은 코어 와이어 자체의 전기 저항률보다 5배, 10배, 50배, 100배, 500배만큼 더 높은, 또는 실시형태에 따라, 이러한 값 중 어느 하나에 의해 한정된 범위의 값만큼 더 높은 전기 저항률을 갖는다.
코팅된 용접 와이어를 사용하는 아크 용접에서의 열 전달
와이어의 용착 속도는 용접 와이어의 용융 속도와 상관될 수 있다. 용착 속도는 흔히 와이어 공급 속도로부터 추정된다. 결과적으로, 용접 와이어의 용융 속도는 와이어로의 그리고 와이어 내에서의 열 전달 특성에 의해 영향을 받을 수 있다.
와이어가 양극 단자에 연결되는 경우, 와이어로부터의 소산된 열은 다음의 성분을 포함할 수 있다: 애노드 강하 전압, 용접봉 돌출길이 부분의 주울(joule) 가열, 아크로부터의 방사선, 및 와이어와 접점 팁 사이의 접점에서 접점 저항으로 인해 소산된 열.
애노드 강하 영역은 전자를 끌어당기는 영역이다. 전자는 이들의 열 및 운동 에너지를 애노드로 전달한다. 이러한 영역과 연관된 전압 강하는 애노드 강하 전압이라고 지칭된다. 와이어의 주울 가열은 I2R로 주어지며, 여기서 I는 용접 전류이고, R은 와이어의 재료 및 물리적 치수에 따라 좌우되는 용접봉 돌출길이 부분의 저항이다. 추가적인 열원은 접점 저항을 포함할 수 있으며, 이로부터 접점 팁으로부터 와이어 표면으로의 전류 흐름으로 인해 열이 생성될 수 있다. 와이어가 음극 단자에 연결되는 경우, 이는 전자의 소스로서 작용하는 캐소드로 지칭된다.
소모성 용접봉을 사용하여 용접하는 동안, 애노드 표면으로부터의 상당한 양의 금속 증기가 용접봉 근처에 존재할 수 있다. 구리 코팅된 강선에서, 증기의 주요 성분은 예를 들어, 구리, 철, 망간 등을 포함할 수 있다. 와이어로부터의 열 손실은 액적으로부터의 증발 손실, 와이어로부터 주변으로의 열 대류 및 열 방사와 같은 상이한 현상으로 인해 기인될 것이다.
용접 와이어의 금속의 산화물로 코팅된 용접 와이어의 용착 속도
와이어의 표면 상의 감소된 전기 전도율은 접점에서 접점 팁과 와이어 사이의 증가된 접점 저항을 유발할 수 있다. 이러한 증가된 접점 저항은 용접봉 돌출길이 부분에서의 온도 분포를 변화시킬 수 있고, 결과적으로 와이어의 가열을 증가시킬 수 있다. 결과적으로, 증가된 열 발생은 특히 더 높은 전류에서 용융을 증가시킴으로써, 용착 속도를 유리하게 증가시킨다.
아크 용접에서, 액적 온도는 ~3000 K까지 도달할 수 있다. 어떠한 이론에 구속됨이 없이, 표면 산화물의 혼합물에 존재할 수 있는 헤마타이트(Fe2O3)는 도 6에 도시된 상평형도에 따라 ~1450 K 초과에서 마그네타이트(Fe3O4) 및 산소로 분해될 수 있다. 이러한 이용 가능한 자유 산소는 Fe 및 Mn과 같은 와이어의 다른 성분과 더불어, 근처의 애노드 영역에서 증발되어 이온화될 수 있다. 그 다음, 유리하게는, 이러한 산소는 이의 더 높은 이온화 전위로 인해 애노드 강하 전압을 증가시킬 수 있다. 결과적으로, 이러한 증가된 애노드 강하 전압은 애노드에 들어가는 열을 증가시킬 수 있으므로, 와이어의 용융 속도를 증가시킬 수 있다. 그러나, FeO, Fe3O4와 같은 다른 산화물 형태의 산화철은 이러한 온도에서 쉽게 분해되지 않을 수 있으며, 액적 표면으로부터 산화물로서 단순히 증발될 수 있고 나중에 아크에서 분해될 수 있다.
용접 와이어의 금속의 산화물로 코팅된 용접 와이어의 외관
실시형태에 따른 용접 와이어에서, 외관은 이의 체적에 걸쳐서 와이어 상의 표면 색상의 균일성과 관련된다. 철의 산화물은 뚜렷한 색상을 갖고 있다. 마그네타이트 및 뷔스타이트는 흑색 색상인 반면에, 헤마타이트는 적색 색상이다. 전술한 다양한 공정을 사용하여, 와이어 표면 위에 일관된 실질적으로 흑색 코팅이 수득될 수 있다. 흑색 색상은 이의 심미감을 향상시킬 수 있다. 실시형태에 따른 흑색 색상은 흑색 표면 마감을 제공하기 위한 일부 기존의 공정과 구별 가능하다.
용접 와이어의 금속의 산화물로 코팅된 용접 와이어의 부식 방지
실시형태에 따라 용접 와이어 상에 형성된 코팅은 유리하게는 하부 와이어의 부식을 억제할 수 있다. 일부 실시형태에서, 내식성을 추가로 향상시키기 위해, 오일 또는 부식 방지제가 본원에 설명된 다양한 코팅에 도포될 수 있다. 본 발명자들은 오일 또는 부식 방지제가 일부 코팅에 형성된 기공, 예를 들어, 실시형태에 따른 산화철(들)을 포함하는 코팅에 형성된 기공을 효과적으로 밀봉할 수 있어서, 하부 용접 와이어의 내식성을 추가로 개선할 수 있음을 확인하였다. 코팅에 형성된 기공은 코팅에 도포되는 오일 또는 부식 방지제에 대한 친화력을 개선할 수 있으므로, 오일 또는 부식 방지제가 그 위에 도포된 결과적인 코팅은 하부 와이어의 내식성을 추가로 향상시킬 수 있다.
실험 실시예
이하에서는, 실시형태에 따라 제조된 코팅된 용접 와이어가 실험적으로 특성화되고, 알려진 공정에 따라 제조된 코팅된 용접 와이어와 비교된다. 표 1은 상이한 용접 와이어를 특성화하기 위해 사용된 상이한 와이어를 열거한다.
Figure pat00001
표 1을 참조하면, 2가지 유형의 흑색 산화물 코팅된 와이어(와이어 B 및 C)가 실시형태에 따라 제조되어 테스트되었다. 와이어 A는 미국 특허 제8,901,455호에 개시된 방법에 따라 비교예로서 제조된 비-구리 코팅된 SAW 와이어이다.
표 2는 와이어 A 및 B를 비교하기 위해 사용된 실험 매트릭스를 나타낸다. 표 2에 나타낸 바와 같이, 와이어 A 및 B는 DCEP 정전압 모드에서 Lincoln AC/DC 1000 전원을 사용하여 테스트되었다. 이러한 모드에서는, 입력 목표 와이어 공급 속도(WFS) 및 전압이 전원에 주어지고, 기계는 용접 동안 목표 WFS를 유지하도록 전류를 이에 따라 조정한다. 두 와이어를 사용하여, 총 21번의 용접이 이루어졌다. 사용된 목표 WFS는 50 인치/분, 80 인치/분, 및 110 인치/분이며, 목표 전압은 28 V, 36 V, 및 40 V로 각각 설정되었다. 실험을 위해, 2개의 상이한 접촉편 대 소재 거리(CTWD)로서, 1.25 인치 및 3 인치가 사용되었다. 토치 이동 속도는 모든 측정에 대해 25 인치/분으로 동일하게 유지되었다. 모든 용접부은 진동이 없는 플레이트 상의 직선 비드(stringer bead)였다. 모든 실험에 사용된 플럭스는 Lincolnweld 761 플럭스였다.
Figure pat00002
표 3은 표 2에 나타낸 실험 매트릭스를 사용하여 수행된 측정에 대해 관찰된 전류 신호의 개요를 나타낸다. 표 3에 나타낸 바와 같이, 용접 전에 기계에 연결된 아크 트레이서(arc tracer)를 사용하여 순간 용접 전류가 기록되었다. 도 7은 설정된 목표 WFS를 달성하기 위해 필요한 정상 상태의 평균 전류(용접 시작 및 정지 전류를 제외함)에 기초하여, 표 3에 요약된 결과를 나타내는 그래프를 도시한다. 도시된 바와 같이, 와이어 B는 두 CTWD 모두에 대해 더 낮은 평균 전류에서 설정된 목표 WFS를 달성한다. 결과는, 실시형태에 따른 산화물 코팅된 표면을 갖는 와이어 B가 기존의 기술을 사용하여 제조된 와이어 A에 비해 증가된 용착 속도를 갖는다는 것을 보여준다. 표 3 및 도 7에서 획득된 데이터는 단일 테스트 및 일부 다수의 테스트로부터 비롯된 것으로서, 테스트 동안 관찰된 전류 판독값에서 관찰되는 임의의 순간 변동의 영향을 무효화하기 위해 일부 다수의 테스트가 수행되었다.
Figure pat00003
실시형태에 따라 제조된 용접 와이어에서 관찰되는 다른 이점은 도 8에 도시된 바와 같은 개선된 표면 외관이다. 와이어의 표면 외관은 와이어의 표면 색상 분포와 밀접하게 관련된다. 와이어 A(좌측 상단)는 일관성 없는 표면 색상을 갖는 것으로 확인되었으며, 이는 코팅의 불균일한 분포와 관련될 수 있다. 대조적으로, 와이어 B(좌측 가운데) 및 C(좌측 하단)는 와이어 A에서 관찰된 바와 같은 어떠한 얼룩도 없이 매우 균일하고 연속적인 색상을 나타낸다. 마그네타이트 및 뷔스타이트의 존재는 흑색/암회색 색상에 기인할 수 있다. 도 8은 와이어 A, B 및 C의 표면 외관/색상의 차이를 포착한다. 와이어 B 및 C는 모두 와이어 A에 비해, 와이어의 길이 전체에 걸쳐서 더 균일한 색상 분포를 나타낸다.
실시형태에 따라 제조된 용접 와이어에서 관찰되는 다른 이점은 개선된 내식성이며, 이는 도 8에 도시된 바와 같은 와이어 A, B 및 C에 대해 수행된 실험에 의해 확인되었다. 와이어 A(좌측 상단), B(좌측 가운데) 및 C(좌측 하단)의 이미지는 부식 가속 테스트 전에 촬영되었고, 와이어 A(우측 상단), B(우측 가운데) 및 C(우측 하단)의 대응 이미지는 부식 가속 테스트 후에 촬영되었다. 부식 가속 테스트는 80%의 상대 습도 조건에서 50℃로 90분 동안 샘플이 노출된 습도 챔버를 사용하여 수행되었다. 도시된 바와 같이, 와이어 B 및 C는 와이어 A에 비해 훨씬 더 적은 부식을 나타냈다. 실시형태에 따른 산화물로 코팅된 와이어 B 및 C는 와이어 A보다 명백히 성능이 더 우수한 것으로 입증되었다.
도 10은 실시형태에 따른 표면 코팅된 용접 와이어 B와 비교 용접 와이어 A(미국 특허 번호 제8,901,455호에 개시된 방법에 따라 제조됨) 간의 상이한 목표 용접 전류, 전압 및 용접봉 돌출길이에 대해 평균 와이어 공급 속도(WFS)의 실험 비교를 도시한다. 모든 용접은 Lincolnweld® 761® 플럭스로 DCEP, CV 모드에서 수행되었다. 도 10의 결과를 얻기 위해 사용된 실험 매트릭스는 표 4에 나타낸다.
Figure pat00004
도 10 및 표 4를 참조하면, 실험은 DCEP 정전류(CC) 모드에서 상이한 Lincoln AC/DC 1000 전원 용접을 사용하여 수행되었다. 이러한 용접 모드에서, 기계는 용접 와이어에 정전류 및 전압을 공급하고, 기계는 일정한 평균 전류를 유지하도록 WFS를 제어한다. DCEP CC(프로그램 번호 48)에서 8번의 성공적인 용접이 이루어졌다. 사용된 전류는 2가지 유형의 와이어에 대해, 36 V에서 700 A, 및 42 V에서 1000 A였다. 이동 속도는 25 인치/분으로 일정하게 유지되었다. 사용된 용접 플럭스는 Lincolnweld® 761® 플럭스(제품번호: 15456057)였다. 모든 용접부는 진동이 없는 플레이트 상의 직선 비드였다. 이러한 실험 세트는 제1 실험 세트(도 7)로부터 얻어진 관찰의 타당성을 확인하기 위해 수행되었다. 전류, 전압 및 WFS의 데이터 포착은 Weld View 소프트웨어를 사용하여 기계의 내장형 데이터 포착 시스템을 사용하여 60000 Hz로 기록되었다. 첫 번째 초(60000개의 데이터 포인트)를 제거한 후에, 데이터 포착에 의해 평균 WFS가 취해졌다. 이러한 평균 WFS 값은 두 와이어 모두에 대해 용접 전류와 대비하여 도시되어 분석되었다.
또한, 도 10에 도시된 결과는 DCEP CC 모드에서 와이어 A와 와이어 B에 대한 설정된 목표 용접 전류 및 전압에 대해 관찰된 평균 WFS를 나타내는 아래의 표 5에 나타낸다. 도 10 및 표 5에 나타낸 결과는, 와이어 B에서 관찰된 WFS가 와이어 A에서 관찰된 것보다 더 높았음을 명백하게 입증한다. 이러한 차이는 와이어 B에서 WFS가 ~9% 더 높은 경우, 더 긴 돌출길이(3 인치)에서 특히 중요하다. 동일한 전류에 대한 이러한 증가된 WFS는, 와이어 B가 유사한 용접 조건에서 와이어 A에 비해 더 높은 용착 속도를 제공하므로, 제1 실험 세트(표 2, 도 7)로부터의 결과와 일치함을 보여준다.
Figure pat00005
표면 산화물로 코팅된 용접 와이어의 단면의 주사 전자 현미경(SEM) 분석이 수행되었다. 본원에 설명된 바와 같이, 표면 산화물은 강철 기질과 상이하게 에칭되는 것으로 확인되었다. 도 11은 실시형태에 따라 표면 산화물로 코팅된 강선의 대표적인 단면 SEM 이미지이다. 표면 산화물의 연속적인 층이 도시되어 있다.
관찰된 표면 산화물의 두께는 원래의 비피복 재료를 흑색 산화물 처리에 노출시키는 것에 따라, 약 1 내지 4 ㎛인 것으로 확인되었다. 이것은 도 12 내지 도 16에서 표면 산화물을 갖는 와이어 단면의 SEM 이미지로 도시되며, 표 6에 요약되어 있다. 도 12는 표면 산화물 및 오일 코팅을 갖는 강선의 단면 SEM 이미지이다. 측정된 두께는 ~1.3 ㎛의 범위였다. 도 13은 표면 산화물 및 오일 코팅을 갖는 강선의 단면 SEM 이미지이다. 측정된 두께는 ~1.8 ㎛의 범위였다. 도 14는 표면 산화물 및 오일 코팅을 갖는 강선의 단면 SEM 이미지이다. 측정된 두께는 ~2.2 ㎛의 범위였다. 도 15는 표면 산화물 및 다른 부식 방지 코팅을 갖는 강선의 단면 SEM 이미지이다. 측정된 두께는 ~3.5 ㎛의 범위였다. 도 16은 표면 산화물 및 다른 부식 방지 코팅을 갖는 강선의 단면 SEM 이미지이다. 측정된 두께는 ~1.7 ㎛의 범위였다.
Figure pat00006
도 12 내지 도 16 및 표 6에 나타낸 표면 산화물의 측정된 두께에 기초하여, 실시형태에 따른 산화물 코팅에 존재하는 상(들)에 관한 정보를 획득하기 위해, 알려진 길이 및 밀도에 대해 표면 산화물의 질량이 추정될 수 있다. 뷔스타이트는 5.99 g/cc의 알려진 밀도를 갖는 반면에, 마그네타이트는 4.87 g/cc의 알려진 밀도를 갖는다. 알려진 밀도 및 측정치에 기초하여, 1 cm의 와이어 절단 길이에 대한 표면 산화물의 질량의 추정은 4.87 g/cc 및 5.99 g/cc의 2개의 밀도에 대해 그리고 1.32 내지 3.53 ㎛의 두께 범위에 대해 수행되었다. 이러한 추정치는 표 7 및 표 8에 제시되어 있다. 추정된 질량은 0.80 mg 내지 2.65 mg의 범위인 것으로 확인되었다. 표면 산화물의 질량의 추정된 값은 표 8에 요약되어 있다. 1 cm의 동일한 길이 및 4 mm의 직경의 경우, 강선 절단 길이는 0.99 g의 추정된 질량을 가질 것이다. 이러한 추정치는 산화물 대 강철 베이스(와이어)의 관찰된 질량/중량 백분율이 0.080% 내지 0.267%의 범위에 있음을 보여준다.
Figure pat00007
Figure pat00008
추가적인 실시예
1. 소모성 용접 와이어로서,
강철 조성물을 포함하는 베이스 와이어; 및
상기 베이스 와이어를 둘러싸는 산화철을 포함하는 코팅을 포함하며,
상기 산화철은 상기 용접 와이어의 외부 표면이 암회색 내지 흑색 색상을 갖도록 하는 산소 대 철 원자 농도 비율(O/Fe)을 갖는,
소모성 용접 와이어.
2. 실시형태 1에 있어서,
상기 O/Fe는 상기 용접 와이어가 실질적으로 흑색 색상을 갖도록 하는, 소모성 용접 와이어.
3. 실시형태 1 또는 2에 있어서,
상기 O/Fe는 1.37 내지 1.5인, 소모성 용접 와이어.
4. 실시형태 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서,
상기 산화철은 헤마타이트(Fe2O3) 및 마그네타이트(Fe3O4) 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는, 소모성 용접 와이어.
5. 실시형태 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서,
상기 산화철은 본질적으로 마그네타이트로 이루어지는, 소모성 용접 와이어.
6. 실시형태 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서,
상기 산화철은 상기 베이스 와이어의 표면과 직접 접촉되는 산화물인, 소모성 용접 와이어.
7. 실시형태 1 내지 6 중 어느 하나에 있어서,
상기 산화철은 상기 베이스 와이어의 표면을 산화시킴으로써 형성된 산화물인, 소모성 용접 와이어.
8. 실시형태 1 내지 7 중 어느 하나에 있어서,
상기 소모성 용접 와이어는 상기 베이스 와이어의 표면 위에 형성된 구리 코팅을 포함하지 않는, 소모성 용접 와이어.
9. 실시형태 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서,
상기 산화철을 포함하는 상기 코팅을 코팅하는 부식 방지 오일을 더 포함하는, 소모성 용접 와이어.
10. 실시형태 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서,
상기 코팅은 약 1 ㎛ 내지 약 4 ㎛의 두께를 갖는, 소모성 용접 와이어.
11. 소모성 용접 와이어를 제조하는 방법으로서,
강철 조성물을 포함하는 베이스 와이어를 제공하는 단계; 및
상기 베이스 와이어를 둘러싸는 산화철을 포함하는 코팅을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 산화철은 상기 용접 와이어의 외부 표면이 암회색 내지 흑색 색상을 갖도록 하는 산소 대 철 원자 농도 비율(O/Fe)을 갖는,
소모성 용접 와이어를 제조하는 방법.
12. 실시형태 11에 있어서,
상기 O/Fe는 상기 용접 와이어가 실질적으로 흑색 색상을 갖도록 하는, 방법.
13. 실시형태 11 또는 12에 있어서,
상기 O/Fe는 1.37 내지 1.5인, 방법.
14. 실시형태 11 내지 13 중 어느 하나에 있어서,
상기 코팅을 형성하는 단계는 상기 코어 와이어를 산화시키는 단계를 포함하는, 방법.
15. 실시형태 11 내지 14 중 어느 하나에 있어서,
상기 코팅을 형성하는 단계는 금속 수산화물, 금속 아질산염 또는 금속 질산염 중 하나 이상을 포함하는 용액에 상기 코어 와이어를 침지하는 단계를 포함하는, 방법.
16. 실시형태 11 내지 15 중 어느 하나에 있어서,
상기 코팅을 형성하는 단계는 수산화나트륨, 아질산나트륨, 아질산칼륨, 질산나트륨 또는 질산칼륨 중 하나 이상을 포함하는 용액에 상기 코어를 침지하는 단계를 포함하는, 방법.
17. 실시형태 11 내지 16 중 어느 하나에 있어서,
상기 코팅을 형성하는 단계는 60 내지 80%의 수산화나트륨 및 15 내지 40%의 아질산나트륨/아질산칼륨/질산나트륨/질산칼륨을 포함하는 용액에 상기 코어를 침지하는 단계를 포함하는, 방법.
18. 실시형태 14 내지 17 중 어느 하나에 있어서,
상기 코팅을 형성하는 단계는 약 100 내지 200℃의 온도로 산화시키는 단계를 포함하는, 방법.
19. 실시형태 14 내지 18 중 어느 하나에 있어서,
상기 코팅을 형성하는 단계는 약 130 내지 150℃의 온도로 산화시키는 단계를 포함하는, 방법.
20. 실시형태 14 내지 19 중 어느 하나에 있어서,
상기 코팅을 형성하는 단계는 1분 내지 1시간 동안 산화시키는 단계를 포함하는, 방법.
21. 실시형태 14 내지 20 중 어느 하나에 있어서,
상기 코팅을 형성하는 단계 후에, 물로 수세하는, 방법.
22. 실시형태 11 내지 14 중 어느 하나에 있어서,
상기 코팅을 형성하는 단계는 100 내지 1400℃의 온도로 상기 베이스 와이어를 열 산화시키는 단계를 포함하는, 방법.
23. 실시형태 22에 있어서,
열 산화시키는 단계는 상기 베이스 와이어를 대류 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
24. 실시형태 22에 있어서,
열 산화시키는 단계는 상기 베이스 와이어를 유도 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
25. 실시형태 11 내지 24 중 어느 하나에 있어서,
상기 코팅의 둘레에 밀봉부를 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 밀봉부는 부식 방지 오일을 포함하는, 방법.
26. 실시형태 11 내지 24 중 어느 하나에 있어서,
상기 코팅은 약 1 ㎛ 내지 약 4 ㎛의 두께를 갖는, 방법.
27. 용접 방법으로서,
실시형태 1 내지 10 중 어느 하나에 따른 소모성 용접 와이어를 제공하는 단계; 및
50 인치/분 내지 130 인치/분의 와이어 공급 속도로 상기 용접 와이어를 공급하는 단계를 포함하는 용접부를 형성하는 단계를 포함하는,
용접 방법.
28. 실시형태 27에 있어서,
상기 용접부를 형성하는 단계는 28V 내지 42V의 전압에서 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
29. 실시형태 27 또는 28에 있어서,
상기 용접부를 형성하는 단계는 500A 내지 1200A의 전류에서 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
문맥상 달리 명확하게 요구되지 않는 한, 상세한 설명 및 청구범위 전체에 걸쳐서, "포함한다(comprise)", "포함하는(comprising)", "포함한다(include)", 및 "포함하는(including)" 등의 단어는 독점적이거나 완전한 의미와는 대조적으로, 포괄적인 의미로 해석되어야 한다; 즉, "포함하지만, 이에 한정되지 않는"의 의미로 해석되어야 한다. 본원에서 일반적으로 사용된 바와 같은, "결합된"이라는 단어는 직접 연결될 수 있거나, 하나 이상의 중간 요소를 통해 연결될 수 있는 둘 이상의 요소를 지칭한다. 마찬가지로, 본원에서 일반적으로 사용된 바와 같은, "연결된"이라는 단어는 직접 연결될 수 있거나, 하나 이상의 중간 요소를 통해 연결될 수 있는 둘 이상의 요소를 지칭한다. 추가적으로, 본 출원에서 사용되는 경우, "본원에서", "위에", "아래에"라는 단어, 및 유사한 의미의 단어는 본 출원의 임의의 특정 부분이 아닌 전체로서 본 출원을 지칭하는 것이다. 문맥상 허용되는 경우, 단수 또는 복수를 사용하는 상기 상세한 설명에서의 단어는 복수 또는 단수를 각각 포함할 수도 있다. 둘 이상의 아이템의 목록과 관련하여 "또는"이라는 단어는 해당 단어에 대한 다음의 해석을 모두 커버한다: 목록의 아이템 중 어느 하나, 목록의 모든 아이템, 및 목록의 아이템의 임의의 조합.
또한, 본원에 사용된 조건부 표현, 예를 들어, 특히, "할 수 있다(can)", "할 수 있다(could)", "할 수 있다(might)", "할 수 있다(may)", "예", "예를 들어", "~와 같은" 등은, 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 또는 사용된 바와 같은 문맥 내에서 달리 이해되지 않는 한, 일반적으로 특정 실시형태가 특정한 특징, 요소 및/또는 상태를 포함하지만, 다른 실시형태는 이들을 포함하지 않는다는 것을 전달하도록 의도된다. 따라서, 이러한 조건부 표현은 일반적으로, 특징, 요소 및/또는 상태가 임의의 방식으로 하나 이상의 실시형태에 필요함을 의미하거나, 이러한 특징, 요소 및/또는 상태가 임의의 특정 실시형태에 포함되는지 여부 또는 임의의 특정 실시형태에서 수행되어야 하는지 여부를 의미하도록 의도되지 않는다.
특정 실시형태가 설명되었지만, 이러한 실시형태는 단지 실시예로서 제시되었으며, 본 개시물의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 실제로, 본원에 설명된 새로운 장치, 방법, 및 시스템은 다양한 다른 형태로 구현될 수 있다; 또한, 본 개시물의 사상을 벗어나지 않으면서, 본원에 설명된 방법 및 시스템의 형태의 다양한 생략, 대체 및 변경이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 블록이 주어진 배치로 제시되지만, 대안적인 실시형태는 상이한 구성 요소 및/또는 회로 토폴로지를 통해 유사한 기능을 수행할 수 있으며, 일부 블록은 삭제, 이동, 추가, 세분화, 결합, 및/또는 변경될 수 있다. 각각의 이러한 블록은 다양한 상이한 방식으로 구현될 수 있다. 전술한 다양한 실시형태의 임의의 적합한 조합의 요소 및 동작이 추가적인 실시형태를 제공하도록 조합될 수 있다. 전술한 다양한 특징 및 공정은 서로 독립적으로 구현될 수 있거나, 다양한 방식으로 조합될 수 있다. 본 개시물의 특징의 모든 가능한 조합 및 하위 조합은 본 개시물의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 소모성 용접 와이어로서,
    강철 조성물을 포함하는 베이스 와이어; 및
    상기 베이스 와이어를 둘러싸는 산화철을 포함하는 코팅을 포함하며,
    상기 산화철은 상기 용접 와이어의 외부 표면이 암회색 내지 흑색 색상을 갖도록 하는 산소 대 철 원자 농도 비율(O/Fe)을 갖는,
    소모성 용접 와이어.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 O/Fe는 상기 용접 와이어의 상기 외부 표면이 실질적으로 흑색 색상을 갖도록 하는, 소모성 용접 와이어.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 O/Fe는 1.37 내지 1.5인, 소모성 용접 와이어.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산화철은 헤마타이트(Fe2O3) 및 마그네타이트(Fe3O4) 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는, 소모성 용접 와이어.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 산화철은 본질적으로 마그네타이트(Fe3O4)로 이루어지는, 소모성 용접 와이어.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 산화철은 상기 베이스 와이어의 산화된 부분인, 소모성 용접 와이어.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 소모성 용접 와이어는 상기 베이스 와이어의 표면 위에 형성된 구리 코팅을 포함하지 않는, 소모성 용접 와이어.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 산화철을 포함하는 상기 코팅을 코팅하는 부식 방지 오일을 더 포함하는, 소모성 용접 와이어.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 코팅은 약 1 ㎛ 내지 약 4 ㎛의 두께를 갖는, 소모성 용접 와이어.
  10. 소모성 용접 와이어를 제조하는 방법으로서,
    강철 조성물을 포함하는 베이스 와이어를 제공하는 단계; 및
    상기 베이스 와이어를 둘러싸는 산화철을 포함하는 코팅을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 산화철은 상기 용접 와이어의 외부 표면이 암회색 내지 흑색 색상을 갖도록 하는 산소 대 철 원자 농도 비율(O/Fe)을 갖는,
    소모성 용접 와이어를 제조하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 O/Fe 비율은 용접 와이어의 상기 외부 표면이 실질적으로 흑색 색상을 갖도록 하는, 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 O/Fe 비율은 1.37 내지 1.5인, 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 코팅을 형성하는 단계는 상기 베이스 와이어를 화학적으로 산화시키는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 코팅을 형성하는 단계는 금속 수산화물, 금속 아질산염 또는 금속 질산염 중 하나 이상을 포함하는 용액에 상기 베이스 와이어를 침지하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 코팅을 형성하는 단계는 수산화나트륨, 아질산나트륨, 아질산칼륨, 질산나트륨 또는 질산칼륨 중 하나 이상을 포함하는 용액에 상기 베이스 와이어를 침지하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 코팅을 형성하는 단계는 수산화나트륨을 포함하는 60 내지 80 중량%, 및 아질산나트륨, 질산나트륨, 아질산칼륨 및 질산칼륨 중 하나 이상을 포함하는 15 내지 40 중량%를 포함하는 용액에 상기 베이스 와이어를 침지하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    산화시키는 단계는 약 100 내지 200℃의 온도로 용액에서 상기 베이스 와이어를 산화시키는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 코팅의 둘레에 밀봉부를 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 밀봉부는 부식 방지 오일을 포함하는, 방법.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 코팅은 약 1 ㎛ 내지 약 4 ㎛의 두께를 갖는, 방법.
  20. 제10항에 있어서,
    상기 코팅을 형성하는 단계는 100 내지 1400℃의 온도에서 상기 베이스 와이어를 열 산화시키는 단계를 포함하는, 방법.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI746129B (zh) * 2020-08-26 2021-11-11 大舜鈑金股份有限公司 多模式控制型焊接加工裝置
CN112719685B (zh) * 2020-12-14 2022-05-03 河钢股份有限公司 熔化极氩弧焊用涂层不锈钢焊丝及其制备方法
CN113070607B (zh) * 2021-03-12 2022-10-25 哈尔滨威尔焊接有限责任公司 一种无铬型高耐磨抗冲击堆焊药芯焊丝
US20230089614A1 (en) * 2021-09-21 2023-03-23 Lincoln Global, Inc. Welding electrode with functional coatings
CN115537596B (zh) * 2022-10-13 2023-03-14 郑州航空港区速达工业机械服务有限公司 一种高硬度耐腐蚀性镍铝青铜焊丝及其制备方法、在合金熔覆中的应用

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2817610A (en) * 1955-05-26 1957-12-24 Isaac L Newell Method for the production of black oxide coatings on steel and iron and composition therefor
US3584187A (en) * 1969-04-03 1971-06-08 Us Steel Corp The Method of welding stainless steel
US3677827A (en) * 1969-09-09 1972-07-18 Oxford Chem Composition and method for blackening metal articles
DE2308298C2 (de) * 1973-02-20 1975-01-16 N.V. Bekaert S.A., Zwevegem (Belgien) Lichtbogen-Schweißelektrode
JPS603916B2 (ja) * 1978-03-08 1985-01-31 新日本製鐵株式会社 中空被覆ア−ク切断棒
US4325749A (en) * 1980-11-04 1982-04-20 Barlet Loren E Method of treating welding rod for corrosion resistance
JPS6133792A (ja) * 1984-07-25 1986-02-17 Kobe Steel Ltd 被覆ア−ク溶接棒
JPS61216891A (ja) * 1985-03-22 1986-09-26 Nippon Steel Corp 被覆ア−ク溶接棒
JPS63207495A (ja) * 1987-02-20 1988-08-26 Kobe Steel Ltd 炭素鋼用被覆ア−ク溶接棒
US6309476B1 (en) * 1999-05-24 2001-10-30 Birchwood Laboratories, Inc. Composition and method for metal coloring process
US7781701B2 (en) * 2005-06-13 2010-08-24 Lincoln Global, Inc. Electrode tip
CN100526505C (zh) * 2007-07-11 2009-08-12 浙江理工大学 一种碳钢表面发黑的方法
US8901455B2 (en) 2008-06-18 2014-12-02 Lincoln Global, Inc. Welding wire for submerged arc welding
US20130092674A1 (en) * 2009-06-05 2013-04-18 Lincoln Global, Inc. Electrodes incorporating metallic coated particles and methods thereof
US8395071B2 (en) * 2010-04-02 2013-03-12 Lincoln Global, Inc. Feeding lubricant for cored welding electrode
CN102212815B (zh) * 2011-06-20 2015-01-28 南昌大学 一种高温氧化法在铁基非晶带材表面制备四氧化三铁涂层的方法
CN102909495A (zh) * 2012-10-08 2013-02-06 韩永艾 用物理氧化法生产co2气体保护实芯焊丝的方法
CN106573348A (zh) * 2014-07-28 2017-04-19 西门子能源有限公司 用于金属部件的激光加工的熔剂片
CN106808114B (zh) * 2017-03-29 2019-09-03 北京工业大学 一种环保型无镀铜实心焊丝表面纳米复合涂层
CN109112520B (zh) * 2017-06-26 2021-02-05 平顶山市美伊金属制品有限公司 一种金属件表面转化膜的强化工艺

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