KR20230046213A - 편면 맞대기 용접 방법 및 용접 이음의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
[과제] 깊은 용입임과 함께, 대용착량을 얻을 수 있고, 열 변형을 억제하며, 스패터 발생량을 감소시킬 수 있는 편면 맞대기 용접 방법을 제공한다.
[해결 수단] 편면 맞대기 용접 방법은, 한 쌍의 강판을 맞대어 대략 수평으로 배치하고, 한 쌍의 강판 사이에 구성된 맞댐부(2)의 하측으로부터 백킹 플럭스를 배치하고, 선행시키는 제 1 열원인 아크(7b)와, 제 1 열원에 추종시키는 제 2 열원인 레이저 광(8a)을, 맞댐부(2)의 길이 방향에 있어서의 간격이 임의의 범위가 되도록 유지하고, 맞댐부(2)의 상측으로부터, 제 1 열원 및 제 2 열원을 한 쌍의 강판에 대해서 상대적으로 이동시키는 것에 의해, 맞댐부(2)를 용접하는 용접 방법이며, 제 1 열원 및 제 2 열원 중 어느 한쪽을, 슬래그 형성제를 함유하는 플럭스 코어드 와이어(7a)를 이용한 가스 메탈 아크 열원으로 하고, 다른 쪽을, 레이저 열원으로 한다.
[해결 수단] 편면 맞대기 용접 방법은, 한 쌍의 강판을 맞대어 대략 수평으로 배치하고, 한 쌍의 강판 사이에 구성된 맞댐부(2)의 하측으로부터 백킹 플럭스를 배치하고, 선행시키는 제 1 열원인 아크(7b)와, 제 1 열원에 추종시키는 제 2 열원인 레이저 광(8a)을, 맞댐부(2)의 길이 방향에 있어서의 간격이 임의의 범위가 되도록 유지하고, 맞댐부(2)의 상측으로부터, 제 1 열원 및 제 2 열원을 한 쌍의 강판에 대해서 상대적으로 이동시키는 것에 의해, 맞댐부(2)를 용접하는 용접 방법이며, 제 1 열원 및 제 2 열원 중 어느 한쪽을, 슬래그 형성제를 함유하는 플럭스 코어드 와이어(7a)를 이용한 가스 메탈 아크 열원으로 하고, 다른 쪽을, 레이저 열원으로 한다.
Description
본 발명은, 강판에 대해서 편면 측으로부터 맞대기 용접하기 위한 용접 방법 및 용접 이음의 제조 방법에 관한 것이다.
조선 등의 분야에 있어서는, 용접선이 긴 판이음 공정을 실시하지만, 강판의 양측으로부터 용접을 행하는 용접 방법에서는, 편측의 용접의 완료 후에 모재를 반전시키거나, 상향 용접을 행할 필요가 있다. 따라서, 이 판이음 공정이 작업 능률을 저하시키는 원인이 되고 있어, 종래부터, 판이음 공정에 대한 고능률화가 검토되고 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 구리판과 플럭스를 백킹에 사용하고, 3개 또는 그 이상의 전극을 사용하는 편면 서브머지드 아크 용접 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 개선 단면적에 대한 충전제의 충전율에 따라, 제 1 전극의 전류치가 설계된 다전극 편면 서브머지드 아크 용접 방법이 개시되어 있다.
상기 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 나타내는 바와 같이, 복수의 솔리드 와이어를 병렬시켜 서브머지드 아크 용접을 실시하면, 대용착량을 얻을 수 있어, 용접 속도를 상승시킬 수 있다. 또한, 플럭스로 백킹을 행하는 것에 의해, 용접 금속의 용락을 방지하여, 건전한 이음을 얻을 수 있다.
그러나, 복수의 솔리드 와이어에 의한 서브머지드 아크 용접은, 대입열 용접이기 때문에, 용접 후의 열 변형이 문제가 된다. 또한, 개선 가공이 필요하기 때문에, 개선 단면적이 커져, 다량의 용착 금속이 필요해진다.
그래서, 특허문헌 3에는, 금속 판재의 맞댐부를, 적어도 레이저로 용접하는 맞대기 용접 방법이 개시되어 있다. 상기 특허문헌 3에는, 개선을 최소한으로 하여 레이저를 이용하는 용접에서는, 폭이 좁아, 깊은 용입의 용접이 가능하고, 결과로서 입열이 적어져, 열 변형이 작은 용접 이음을 고효율로 생성시킬 수 있는 것이 기재되어 있다.
한편, 상기 특허문헌 3에는, 레이저를 아크와 아울러 이용하는 레이저·아크 하이브리드 용접에 대해서도 개시되어 있다.
그러나, 상기 특허문헌 3에 기재된 용접 방법에 의하면, 용접 모재의 표면(용접면)의 비드 근방에, 다량의 대립(大粒) 스패터가 부착된다는 문제점이 발생한다. 대립 스패터가 부착된 용접부는, 미관이 손상됨과 함께, 도장 공정에 있어서 불량이 발생하는 원인이 되기 때문에, 용접 후에 스패터의 제거를 행할 필요가 생긴다. 따라서, 다량의 스패터의 부착은, 작업 비용을 증대시키는 결과로 이어진다.
본 발명은, 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 깊은 용입임과 함께, 높은 용접 속도로 시공(이후, 고속 용접성이라고도 칭한다.)할 수 있고, 열 변형을 억제하며, 스패터 발생량을 감소시킬 수 있는 편면 맞대기 용접 방법 및 용접 이음의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 레이저 용접을 이용하는 것의 이점인 깊은 용입, 우수한 고속 용접성 및 열 변형의 억제를 확보하면서, 레이저 용접을 이용하는 것에 의해 발생하는 스패터 발생량을 억제할 수 있는 용접 방법에 대하여, 예의 검토를 행했다. 그 결과, 한쪽의 열원을 레이저 열원으로 하고, 다른 쪽의 열원으로서, 슬래그 형성제를 함유하는 플럭스 코어드 와이어를 이용한 가스 메탈 아크 열원으로 하는 것에 의해, 스패터 발생량을 대폭으로 저감할 수 있는 것을 발견했다.
본 발명은, 이들 지견에 기초하여 이루어진 것이다.
본 발명의 상기 목적은, 편면 맞대기 용접 방법에 관련된 하기 [1]의 구성에 의해 달성된다.
[1] 한 쌍의 강판을 맞대어 대략 수평으로 배치하고, 상기 한 쌍의 강판 사이에 구성된 맞댐부의 하측으로부터 백킹 플럭스를 배치하고,
선행시키는 제 1 열원과, 상기 제 1 열원에 추종시키는 제 2 열원을, 상기 맞댐부의 길이 방향에 있어서의 간격이 임의의 범위가 되도록 유지하고,
상기 맞댐부의 상측으로부터, 상기 제 1 열원 및 상기 제 2 열원을 상기 한 쌍의 강판에 대해서 상대적으로 이동시키는 것에 의해, 상기 맞댐부를 용접하는 용접 방법으로서,
상기 제 1 열원 및 상기 제 2 열원 중 어느 한쪽을, 슬래그 형성제를 함유하는 플럭스 코어드 와이어를 이용한 가스 메탈 아크 열원으로 하고,
상기 제 1 열원 및 상기 제 2 열원 중 다른 쪽을, 레이저 열원으로 하고,
상기 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량에 대해서, 상기 슬래그 형성제를 2.5질량% 이상 함유하는 것을 특징으로 하는, 편면 맞대기 용접 방법.
또한, 편면 맞대기 용접 방법에 관련된 본 발명의 바람직한 실시형태는, 이하의 [2]∼[15]에 관한 것이다.
[2] 상기 슬래그 형성제의 함유량은, 와이어 전체 질량에 대해서, 18.0질량% 이하인 것을 특징으로 하는, [1]에 기재된 편면 맞대기 용접 방법.
[3] 상기 슬래그 형성제는, 와이어 전체 질량에 대해서,
TiO2: 2.0질량% 이상 15.0질량% 이하,
SiO2: 0.25질량% 이상 2.0질량% 이하,
ZrO2: 0.15질량% 이상 1.0질량% 이하,
Na2O, K2O 및 Li2O의 총량: 0.02질량% 이상 0.50질량% 이하
를 포함하고,
MnO: 0.50질량% 이하(0질량%를 포함한다),
Al2O3: 0.50질량% 이하(0질량%를 포함한다),
금속 불화물: 0.50질량% 이하(0질량%를 포함한다)
인 것을 특징으로 하는, [1] 또는 [2]에 기재된 편면 맞대기 용접 방법.
[4] 상기 플럭스 코어드 와이어에 있어서의 플럭스 중의, 상기 슬래그 형성제를 제외한 성분은, 와이어 전체 질량에 대해서,
C: 0.5질량% 이하,
Si: 2.0질량% 이하,
Mn: 3.0질량% 이하,
Ni: 5.0질량% 이하,
Mo: 3.0질량% 이하,
W: 3.0질량% 이하,
Nb: 3.0질량% 이하,
V: 3.0질량% 이하,
Cr: 5.0질량% 이하,
Ti: 3.0질량% 이하,
Al: 3.0질량% 이하,
Mg: 3.0질량% 이하,
N: 0.05질량% 이하,
S: 0.05질량% 이하,
P: 0.05질량% 이하,
B: 0.005질량% 이하,
Cu: 2.0질량% 이하,
Ta: 3.0질량% 이하,
REM: 0.1질량% 이하, 및
알칼리 금속: 3질량% 이하이고,
잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 것을 특징으로 하는, [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 편면 맞대기 용접 방법.
[5] 상기 플럭스 코어드 와이어는, 외피에 플럭스가 충전된 것이고,
상기 외피는, 냉간 압연 강대에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, [1]∼[4] 중 어느 하나에 기재된 편면 맞대기 용접 방법.
[6] 상기 백킹 플럭스는,
금속 분말 및 슬래그 형성제 중, 적어도 1종을 함유하고,
잔부가 불가피적 불순물인 것을 특징으로 하는, [1]∼[5] 중 어느 하나에 기재된 편면 맞대기 용접 방법.
[7] 상기 백킹 플럭스는,
비금속 분말, 및 슬래그 형성제를 제외한 비금속 화합물 분말 중, 적어도 1종을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, [6]에 기재된 편면 맞대기 용접 방법.
[8] 상기 백킹 플럭스가, 상기 금속 분말을 백킹 플럭스 전체 질량에 대해서, 90질량% 이상 함유하는 경우에,
상기 금속 분말은, Si 분말 및 Fe-Si 분말 중 적어도 한쪽을 함유하고,
상기 Si 분말 및 상기 Fe-Si 분말에 함유되는 Si의 함유량은, 백킹 플럭스 전체 질량에 대해서, 0.5질량% 이상 50질량% 이하인 것을 특징으로 하는, [6] 또는 [7]에 기재된 편면 맞대기 용접 방법.
[9] 상기 백킹 플럭스가, 상기 슬래그 형성제를 백킹 플럭스 전체 질량에 대해서, 10질량% 초과 함유하는 경우에,
상기 슬래그 형성제는, 금속 산화물 및 금속 불화물을 포함하고, 잔부가 불가피적 불순물인 것을 특징으로 하는, [6] 또는 [7]에 기재된 편면 맞대기 용접 방법.
[10] 상기 백킹 플럭스가 상기 슬래그 형성제를 함유하는 경우에,
상기 백킹 플럭스는, 원료를 물유리로 혼련하고, 입상으로 조형한 후, 소결한 것인 것을 특징으로 하는, [6]∼[9] 중 어느 하나에 기재된 편면 맞대기 용접 방법.
[11] 상기 제 1 열원을 가스 메탈 아크 열원으로 하고,
상기 제 2 열원을 레이저 열원으로 하는 것을 특징으로 하는, [1]∼[10] 중 어느 하나에 기재된 편면 맞대기 용접 방법.
[12] 상기 제 1 열원의 겨냥 위치와, 상기 제 2 열원의 겨냥 위치의 거리가, 0mm 이상 10.0mm 이하인 것을 특징으로 하는, [1]∼[11] 중 어느 하나에 기재된 편면 맞대기 용접 방법.
[13] 상기 제 1 열원의 에너지 조사 각도는, 상기 맞댐부에 있어서의 용접 진행 방향에 대해서 45° 이상 80° 이하이고,
상기 제 2 열원의 에너지 조사 각도는, 상기 맞댐부에 있어서의 용접 진행 방향에 대해서 90° 이상 135° 이하인 것을 특징으로 하는, [1]∼[12] 중 어느 하나에 기재된 편면 맞대기 용접 방법.
[14] 상기 레이저 열원을, 상기 맞댐부의 길이 방향에 대해서 폭 방향으로 진동시키고,
상기 레이저 열원의 폭 방향의 진폭을 aL(mm), 주파수를 fL(Hz), 상기 레이저 열원이 겨냥하는 위치에 있어서의 상기 한 쌍의 강판의 개선폭을 GL(mm)로 하는 경우에,
2aL≤GL+1, 및
fL≤10
을 만족하는 것을 특징으로 하는, [1]∼[13] 중 어느 하나에 기재된 편면 맞대기 용접 방법.
[15] 상기 가스 메탈 아크 열원을, 상기 맞댐부의 길이 방향에 대해서 폭 방향으로 진동시키고,
상기 가스 메탈 아크 열원의 폭 방향의 진폭을 aA(mm), 주파수를 fA(Hz), 상기 가스 메탈 아크 열원이 겨냥하는 위치에 있어서의 상기 한 쌍의 강판의 개선폭을 GA(mm)로 하는 경우에,
2aA≤GA+1, 및
fA≤10
을 만족하는 것을 특징으로 하는, [1]∼[14] 중 어느 하나에 기재된 편면 맞대기 용접 방법.
본 발명의 상기 목적은, 용접 이음의 제조 방법에 관련된 하기 [16]의 구성에 의해 달성된다.
[16] [1]∼[15] 중 어느 하나에 기재된 편면 맞대기 용접 방법을 이용하여, 용접 이음을 제조하는 것을 특징으로 하는, 용접 이음의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 깊은 용입임과 함께, 높은 용접 속도로 시공할 수 있고, 열 변형을 억제하며, 스패터 발생량을 감소시킬 수 있는 편면 맞대기 용접 방법 및 용접 이음의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 편면 맞대기 용접 방법의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 2는, 열원의 대표적 배치의 측면도이다.
도 3은, 본 실시형태에 있어서의 용접 조건을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는, 시험 No. 1의 용접 시의 모습을 나타내는 도면 대용 사진이다.
도 5는, 시험 No. 1의 용접 후의 이음 표면의 모습을 나타내는 도면 대용 사진이다.
도 6은, 시험 No. 6의 용접 시의 모습을 나타내는 도면 대용 사진이다.
도 2는, 열원의 대표적 배치의 측면도이다.
도 3은, 본 실시형태에 있어서의 용접 조건을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는, 시험 No. 1의 용접 시의 모습을 나타내는 도면 대용 사진이다.
도 5는, 시험 No. 1의 용접 후의 이음 표면의 모습을 나타내는 도면 대용 사진이다.
도 6은, 시험 No. 6의 용접 시의 모습을 나타내는 도면 대용 사진이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 한편, 본 발명은, 이하에 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 임의로 변경하여 실시할 수 있다.
[1. 편면 맞대기 용접 방법]
본 실시형태에 따른 편면 맞대기 용접 방법은, 한 쌍의 강판을 맞대어 대략 수평으로 배치하고, 한 쌍의 강판 사이에 구성된 맞댐부의 하측으로부터 백킹 플럭스를 밀착시키고, 맞댐부의 상측으로부터, 상기 맞댐부를 용접하는 용접 방법이다. 열원으로서는, 선행시키는 제 1 열원과, 제 1 열원에 추종하는 제 2 열원을 사용한다. 그리고, 제 1 열원 및 제 2 열원을, 맞댐부의 길이 방향에 있어서의 간격이 임의의 범위가 되도록 유지하고, 이들을 한 쌍의 강판에 대해서 상대적으로 이동시키는 것에 의해, 강판끼리를 용접한다.
또한, 제 1 열원 및 제 2 열원 중 어느 한쪽을, 슬래그 형성제를 함유하는 플럭스 코어드 와이어를 이용한 가스 메탈 아크 열원으로 하고, 제 1 열원 및 상기 제 2 열원 중 다른 쪽을, 레이저 열원으로 한다.
이하, 도 1 및 도 2를 이용하여, 본 실시형태에 따른 편면 맞대기 용접 방법의 일례를 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 편면 맞대기 용접 방법의 일례를 나타내는 모식도이고, 도 2는, 열원의 대표적 배치의 측면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 강판(1a, 1b)을, 임의의 개선폭(G)으로 맞대어 수평으로 배치하고, 맞댐부(2)의 하측에, 백킹 플럭스(11)를 배치한다. 백킹 플럭스(11)는, 언더레이 플럭스(12)를 개재시켜 에어 호스(13) 내의 기체의 압력에 의해, 맞댐부(2) 측에 가압되어 있다. 또한, 백킹 플럭스(11), 언더레이 플럭스(12) 및 에어 호스(13)는, ㄷ자형의 금속 케이스(15)에 수납되어 있다. 또, 금속 케이스(15)는, 그 하방에 배치된 에어 호스(14) 내의 기체의 압력에 의해 들어올려져, 맞댐부에 근접되어 있고, 이에 의해, 에어 호스(13)에 의한 백킹 플럭스(11)의 가압을 확실히 하고 있다. 이와 같이 하여, 백킹 플럭스(11)를 소정의 위치로 유지한다.
다음으로, 맞댐부(2)의 상측에, 플럭스 코어드 와이어(7a)를 이용한 아크 용접용 토치(7) 및 레이저 용접용 헤드(8)를 임의의 간격으로 배치한다. 그 후, 맞댐부(2)에, 예를 들면 제 1 열원으로서 아크(7b)를 발생시킴과 함께, 예를 들면 제 2 열원으로서 레이저 광(8a)을 조사하면서, 양자를 화살표로 나타내는 방향으로 이동시킨다. 즉, 아크(7b)가 선행하고, 레이저 광(8a)이 추종하는 형태가 된다.
이에 의해, 맞댐부(2), 및 그의 상면 및 하면에, 각각 슬래그(4, 5)로 피복된 용접 금속(3)이 형성되고, 이에 의해, 강판(1a)과 강판(1b)이 접합된다.
한편, 도 1 및 도 2에 나타내는 전술한 실시형태에 있어서는, 가스 메탈 아크 열원인 아크(7b)를, 선행시키는 제 1 열원으로 하고, 레이저 열원인 레이저 광(8a)을, 상기 제 1 열원에 추종시키는 제 2 열원으로 했지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 즉, 레이저 광(8a)을 선행시키고, 아크(7b)를 추종시켜도 된다.
이하, 본 실시형태에 따른 편면 맞대기 용접 방법에 있어서 사용할 수 있는 플럭스 코어드 와이어, 백킹 플럭스 및 용접 조건 등에 대하여, 상세하게 설명한다.
<플럭스 코어드 와이어>
본 실시형태에 있어서는, 선행하는 제 1 열원 및 추종하는 제 2 열원 중 어느 한쪽을, 슬래그 형성제를 함유하는 플럭스 코어드 와이어를 이용한 가스 메탈 아크 열원으로 한다. 한편, 슬래그 형성제 또는 금속 분말 등은, 후술하는 백킹 플럭스에도 포함되기 때문에, 편의상, 플럭스 코어드 와이어에 포함되는 슬래그 형성제, 합금을 포함하는 금속 분말, 기타 비금속 화합물을 가리키는 경우는, 각각, 슬래그 형성제<FCW>, 금속 분말<FCW>, 화합물<FCW>로 나타내고, 백킹 플럭스에 포함되는 슬래그 형성제, 합금을 포함하는 금속 분말, 비금속 분말, 슬래그 형성제를 제외한 비금속 화합물 분말을 가리키는 경우는, 각각, 슬래그 형성제<FLUX>, 금속 분말<FLUX> 등, 비금속 분말<FLUX>, 슬래그 형성제를 제외한 비금속 화합물 분말<FLUX>로 나타낸다.
(슬래그 형성제<FCW>: 2.5질량% 이상 18.0질량% 이하)
본 실시형태에 있어서는, 와이어 중에 슬래그 형성제<FCW>를 함유하는 것에 의해, 스패터를 방지할 수 있다. 와이어 중의 슬래그 형성제<FCW>가, 와이어 전체 질량에 대해서 2.5질량% 미만이면, 플럭스 중에 융점이 높은 산화물이 부족하여, 플럭스 기둥을 확실히 형성하는 것이 곤란해져, 안정되게 용적 이행시킬 수 없다. 만일, 솔리드 와이어를 사용한 경우에는, 다른 쪽의 열원으로서 사용하는 레이저 광이 발하는 금속 증기에 의해 용적이 튀어올라, 대립 스패터가 다량으로 발생한다.
따라서, 슬래그 형성제<FCW>의 함유량은, 와이어 전체 질량에 대해서, 2.5질량% 이상으로 하고, 3.0질량% 이상인 것이 바람직하고, 3.4질량% 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, 와이어 중의 슬래그 형성제<FCW>가, 와이어 전체 질량에 대해서 18.0질량% 이하이면, 와이어 외피에 대한 플럭스의 양이 많아지는 것에 의한 외피의 박육화를 억제할 수 있어, 신선 중의 단선 등의 제조상의 문제점이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 플럭스의 양을 제어하는 것에 의해, 원하는 용착량을 얻을 수 있다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 슬래그 형성제<FCW>의 함유량은, 18.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 15.0질량% 이하인 것이 보다 바람직하고, 13.0질량% 이하인 것이 더 바람직하며, 10.5질량% 이하인 것이 특히 바람직하다.
전술한 바와 같이, 플럭스 코어드 와이어 중에는 슬래그 형성제<FCW>가 함유 된다. 본원 명세서에 있어서, 슬래그 형성제<FCW>란, 와이어 중에 적극 첨가하고 있는 금속 산화물 분말, 복합 산화물 분말, 금속 불화물 분말, 및 복합 불화물 분말을 가리킨다. 본 실시형태에 있어서, 함유되는 것이 바람직한 슬래그 형성제<FCW>의 성분 및 바람직한 함유량에 대하여, 이하에 구체적으로 설명한다.
(TiO2: 2.0질량% 이상 15.0질량% 이하)
TiO2는 고융점 성분이기 때문에, 슬래그 형성제<FCW>로서, 와이어 중에 적절한 함유량으로 TiO2가 함유되어 있으면, 플럭스 기둥이 남기 쉬워져, 아크 안정제로서 작용하기 때문에, 스패터를 저감할 수 있다.
따라서, 슬래그 형성제<FCW> 중의 TiO2의 함유량은, 와이어 전체 질량에 대해서, 2.0질량% 이상인 것이 바람직하고, 2.5질량% 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, 슬래그 형성제<FCW> 중의 TiO2의 함유량이 15.0질량%보다 많아지면, 용접 중에 충분히 용융되지 않고, 용융지 중에 혼입되어 슬래그 권입을 일으킬 우려가 있다. 따라서, 슬래그 형성제<FCW> 중의 TiO2의 함유량은, 와이어 전체 질량에 대해서, 15.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 13.0질량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 10.5질량% 이하인 것이 더 바람직하다.
(SiO2: 0.25질량% 이상 2.0질량% 이하)
SiO2는, TiO2와 마찬가지로 고융점 성분이기 때문에, 슬래그 형성제<FCW>로서, 와이어 중에 적절한 함유량으로 SiO2가 함유되어 있으면, 플럭스 기둥이 남기 쉬워져, 아크 안정제로서 작용하기 때문에, 스패터를 저감할 수 있다.
따라서, 슬래그 형성제<FCW> 중의 SiO2의 함유량은, 와이어 전체 질량에 대해서, 0.25질량% 이상인 것이 바람직하고, 아크 안정제로서 더 작용시키기 위해서는 0.30질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.35질량% 이상인 것이 더 바람직하다.
한편, 슬래그 형성제<FCW> 중의 SiO2의 함유량이 2.0질량% 이하이면, 슬래그 박리성을 보다 향상시킬 수 있다. 따라서, 슬래그 형성제<FCW> 중의 SiO2의 함유량은, 와이어 전체 질량에 대해서, 2.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 1.60질량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 1.10질량% 이하인 것이 더 바람직하다.
(ZrO2: 0.15질량% 이상 1.0질량% 이하)
ZrO2는, TiO2와 마찬가지로 고융점 성분이어서, 슬래그 형성제<FCW>로서, 와이어 중에 적절한 함유량으로 ZrO2가 함유되어 있으면, 플럭스 기둥이 남기 쉬워져, ZrO2가 아크 안정제로서 작용하기 때문에, 스패터를 저감할 수 있다. 또한, ZrO2는, 슬래그의 용융 물성에 영향을 주는 성분이어서, 비드 형상의 개선에 기여한다.
따라서, 슬래그 형성제<FCW> 중의 ZrO2의 함유량은, 아크 안정제로서의 작용을 보다 높이기 위해서는, 와이어 전체 질량에 대해서, 0.15질량% 이상인 것이 바람직하고, 0.19질량% 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, 슬래그 형성제<FCW> 중의 ZrO2의 함유량이 1.0질량% 이하이면, 슬래그를, 비드 형상의 개선에 바람직한 용융 물성으로 조정할 수 있다. 따라서, 슬래그 형성제<FCW> 중의 ZrO2의 함유량은, 와이어 전체 질량에 대해서, 1.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.95질량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.90질량% 이하인 것이 더 바람직하다.
(Na2O, K2O 및 Li2O의 총량: 0.02질량% 이상 0.50질량% 이하)
Na2O, K2O 및 Li2O는, 아크 안정성을 향상시키는 효과를 갖는 성분이다. 또한, Na2O, K2O 및 Li2O는, 슬래그의 용융 물성에 영향을 주는 성분이기도 해서, 비드 형상의 개선에 기여한다. 본 실시형태에 있어서는, Na2O, K2O 및 Li2O의 모든 성분이 와이어 중에 함유되어 있을 필요는 없고, 적어도 1종의 상기 알칼리 금속 산화물이 함유되어 있는 것이 바람직하고, 바람직한 함유량은 이들의 총량으로 규정한다.
슬래그 형성제<FCW> 중의 Na2O, K2O 및 Li2O의 함유량이, 와이어 전체 질량에 대해서, 총량으로 0.02질량% 이상이면, 아크 안정성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, Na2O, K2O 및 Li2O의 총량은, 와이어 전체 질량에 대해서, 0.02질량% 이상인 것이 바람직하고, 0.04질량% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.05질량% 이상인 것이 더 바람직하다.
한편, 슬래그 형성제<FCW> 중의 Na2O, K2O 및 Li2O의 함유량이, 와이어 전체 질량에 대해서, 총량으로 0.50질량% 이하이면, 슬래그를, 비드 형상의 개선에 바람직한 용융 물성으로 조정할 수 있다. 따라서, Na2O, K2O 및 Li2O의 총량은, 와이어 전체 질량에 대해서, 0.50질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.20질량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.15질량% 이하인 것이 더 바람직하다.
(MnO: 0.50질량% 이하(0질량%를 포함한다))
MnO는 슬래그의 용융 물성에 영향을 주는 성분이어서, 슬래그 형성제<FCW>로서, 와이어 중에 적절한 함유량으로 MnO가 함유되어 있으면, 비드 형상을 향상시킬 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 슬래그 형성제<FCW> 중의 MnO의 함유량은 0질량%여도 되지만, 슬래그를 비드 형상의 개선에 바람직한 용융 물성으로 조정하기 위해서, 와이어 전체 질량에 대해서, 0.01질량% 이상인 것이 바람직하고, 0.02질량% 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, 슬래그 형성제<FCW> 중의 MnO의 함유량이 0.50질량% 이하이면, 슬래그를 비드 형상의 개선에 바람직한 용융 물성으로 조정할 수 있다. 따라서, 슬래그 형성제<FCW> 중의 MnO의 함유량은, 와이어 전체 질량에 대해서, 0.50질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.30질량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.25질량% 이하인 것이 더 바람직하다.
(Al2O3: 0.50질량% 이하(0질량%를 포함한다))
Al2O3는, 슬래그의 용융 물성을 조정하는 성분이어서, 용접 시의 비드 형상을 양호하게 하는 효과를 갖는다.
본 실시형태에 있어서, 슬래그 형성제<FCW> 중의 Al2O3의 함유량은 0질량%여도 되지만, 슬래그를 비드 형상의 개선에 바람직한 용융 물성으로 조정하기 위해서, 와이어 전체 질량에 대해서, 0.01질량% 이상인 것이 바람직하고, 0.05질량% 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, 슬래그 형성제<FCW> 중의 Al2O3의 함유량이 0.50질량% 이하이면, 슬래그를 비드 형상의 개선에 바람직한 용융 물성으로 조정할 수 있다. 따라서, 슬래그 형성제<FCW> 중의 Al2O3의 함유량은, 와이어 전체 질량에 대해서, 0.50질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.30질량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.15질량% 이하인 것이 더 바람직하다.
(금속 불화물: 0.50질량% 이하(0질량%를 포함한다))
금속 불화물은, 슬래그의 용융 물성이나 아크 안정제로서 작용한다.
본 실시형태에 있어서, 슬래그 형성제<FCW> 중의 금속 불화물의 함유량은 0질량%여도 되지만, 아크 안정제로서의 작용을 한층 더 높이기 위해서는, 와이어 전체 질량에 대해서, 0.02질량% 이상인 것이 바람직하고, 0.04질량% 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, 슬래그 형성제<FCW> 중의 금속 불화물의 함유량이 0.50질량% 이하이면, 슬래그를 비드 형상의 개선에 바람직한 용융 물성으로 조정할 수 있다. 따라서, 슬래그 형성제<FCW> 중의 금속 불화물의 함유량은, 와이어 전체 질량에 대해서, 0.50질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.40질량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.30질량% 이하인 것이 더 바람직하다.
한편, 금속 불화물로서는, K2SiF6, NaF, KF, CeF3, Na3AlF6, Na2SiF6, AlF3, MgF2, K2ZrF6 등을 들 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 용접 방법에 있어서 사용되는 플럭스 코어드 와이어는, 상기의 슬래그 형성제<FCW> 이외의 성분에 대하여 특별히 한정되지 않고, 용도에 따라 적절히 조정하면 된다. 본 실시형태에 대해서 적합한 용도는, 깊은 용입, 고속 용접성, 저스패터가 특히 요구되는 연강, 고장력강, 저온강 또는 내후성강의 용접을 들 수 있다. 따라서, 슬래그 형성제<FCW>를 제외한 플럭스 코어드 와이어의 임의 성분은, 연강, 고장력강 또는 저온강용의 JIS Z 3313:2009년, 또는, 내후성강용의 JIS Z 3320:2012년에 규정되는 용착 금속의 화학 성분 범위와 마찬가지의 성분 범위로 하는 것이 바람직하다. 또한, 임의의 용도에 맞추어, 연강, 고장력강 또는 저온강용의 JIS Z 3313:2009년, 또는, 내후성강용의 JIS Z 3320:2012년에 규정되어 있는 원소 이외의 성분이, 일반 기술 상식 내에서 플럭스 코어드 와이어 중에 더 첨가되어 있어도 되고, 이에 의해, 기계적 성능의 조정이나 용접 작업성을 개선해도 된다.
한편, 연강용, 고장력강용, 저온강용, 내후성강용 등으로서 이용되는 플럭스 코어드 와이어에 있어서, 슬래그 형성제<FCW>를 제외한 임의 성분의 조성으로서는, 예를 들면, 와이어 전체 질량에 대한 질량%로, C: 0.5질량% 이하, Si: 2.0질량% 이하, Mn: 3.0질량% 이하, Ni: 5.0질량% 이하, Mo: 3.0질량% 이하, W: 3.0질량% 이하, Nb: 3.0질량% 이하, V: 3.0질량% 이하, Cr: 5.0질량% 이하, Ti: 3.0질량% 이하, Al: 3.0질량% 이하, Mg: 3.0질량% 이하, N: 0.05질량% 이하, S: 0.05질량% 이하, P: 0.05질량% 이하, B: 0.005질량% 이하, Cu: 2.0질량% 이하, Ta: 3.0질량% 이하, REM: 0.1질량% 이하, 및 알칼리 금속: 3질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 이들 원소는, 특별히 설명이 없는 한, 0질량%도 포함하는 것으로 한다. 또, 일반적으로 연강용, 고장력강용, 저온강용, 내후성강용 등으로서 이용되는 플럭스 코어드 와이어는 Fe기 합금을 외피로 하고 있다.
이하, 본 실시형태에 있어서 사용할 수 있는 플럭스 코어드 와이어의 임의 성분, 즉 슬래그 형성제<FCW>를 제외한 성분에 대하여, 그 한정 이유와 함께 보다 구체적으로 설명한다. 한편, 각 성분의 함유량은, 특별히 규정하지 않는 한, 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한 질량%로 표시한다. 또한, 이하에 규정하는 C, P, S와 같은 비금속 성분 및 금속 성분(합금 성분이라고 칭해도 됨)은, 플럭스 코어드 와이어의 후프(금속대) 및 플럭스 중에 포함되는 금속 분말<FCW>, 화합물<FCW> 등에 기초한다.
(C: 0.5질량% 이하)
C는, 용접 금속의 강도에 영향을 미치는 성분이고, 함유량이 늘어날수록 강도가 높아진다. 연강, 고장력강, 저온강용 등과 같이, 흔히 이용되는 강종에 요구되는 강도 범위를 만족하기 위해서, 와이어 중의 C의 함유량은, 0.5질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.2질량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 한편, 강도를 조정하기 위해, C의 함유량은, 0.001질량% 이상인 것이 바람직하다.
(Mn: 3.0질량% 이하)
Mn은, 용접 금속의 강도, 인성에 영향을 미치는 성분이다. 연강, 고장력강, 저온강용 등과 같이, 흔히 이용되는 강종에 요구되는 기계적 성능을 만족하기 위해서, 와이어 중의 Mn의 함유량은, 3.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 2.5질량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 한편, Mn의 함유량은, 0.5질량% 이상인 것이 바람직하다.
(Si: 2.0질량% 이하)
Si는, 용접 금속의 탈산제로서 작용하고, 용접 금속 중의 산소 함유량을 저감하여, 인성의 향상에 기여하는 성분이다. 연강, 고장력강, 저온강용 등과 같이, 흔히 이용되는 강종에 요구되는 기계적 성능을 만족하기 위해서, 와이어 중의 Si의 함유량은, 2.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 1.2질량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 1.0질량% 이하인 것이 더 바람직하다. 한편, Si의 함유량은, 0.1질량% 이상인 것이 바람직하다.
(Ni: 5.0질량% 이하)
Ni는, 용접 금속의 오스테나이트 조성을 안정화시켜, 저온에서의 인성을 향상시키는 성분이고, 또한, 페라이트 조성의 정출량을 조정할 수 있는 성분이다. 와이어 중의 Ni의 함유량은, 5.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 3.0질량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 한편, 저온강 등의 용접에 이용되는 경우는, Ni의 함유량은, 0.20질량% 이상인 것이 바람직하다.
(Mo: 3.0질량% 이하)
Mo는, 고온 강도 및 내공식성을 향상시키는 성분이다. 연강, 고장력강, 저온강용 등과 같이, 흔히 이용되는 강종에 요구되는 기계적 성능을 만족하기 위해서, 와이어 중의 Mo의 함유량은, 3.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 2.0질량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 한편, 고장력강이나 내열강 등의 용접에 이용되는 경우는, Mo의 함유량은, 0.10질량% 이상인 것이 바람직하다.
(W: 3.0질량% 이하)
W는, 고온 강도 및 내공식성을 향상시키는 성분이다. 연강, 고장력강, 저온강용 등과 같이, 흔히 이용되는 강종에 요구되는 기계적 성능을 만족하기 위해서, 와이어 중의 W의 함유량은, 3.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 2.0질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
(Nb: 3.0질량% 이하)
Nb는, 강도 등의 기계적 성능에 영향을 미치는 성분이다. 연강, 고장력강, 저온강용 등과 같이, 흔히 이용되는 강종에 요구되는 기계적 성능을 만족하기 위해서, 와이어 중의 Nb의 함유량은, 3.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 2.0질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
(V: 3.0질량% 이하)
V는, 용접 금속의 강도를 향상시키는 효과를 발휘하는 한편으로, 인성이나 내균열성을 저하시킨다. 그 때문에, 와이어 중의 V의 함유량은, 3.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 2.0질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
(Cr: 5.0질량% 이하)
Cr은, 용접 금속의 강도 등, 기계적 성능에 영향을 미치는 성분이다. 연강, 고장력강, 저온강용 등과 같이, 흔히 이용되는 강종에 요구되는 기계적 성능을 만족하기 위해서, 와이어 중의 Cr의 함유량은, 5.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 3.0질량% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 내열강 등에 이용되는 경우는, Cr의 함유량은, 0.10질량% 이상인 것이 바람직하다.
(Ti: 3.0질량% 이하)
Ti는, C, N과 결합해서 결정립의 미세화에 기여하여, 주로 용접 금속의 인성을 향상시키는 성분이 된다. 연강, 고장력강, 저온강용 등과 같이, 흔히 이용되는 강종에 있어서, 인성의 향상을 목적으로 하여 와이어 중에 Ti를 함유시키는 경우는, 와이어 중의 Ti의 함유량은, 3.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 1.0질량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, Ti의 함유량은, 0.01질량% 이상인 것이 바람직하다.
(Al: 3.0질량% 이하)
Al은, 탈산 성분이고, 용접 금속 중의 용존 산소량을 저하시켜, 기공 결함 발생량을 감소시키는 작용을 갖는다. 연강, 고장력강, 저온강용 등과 같이, 흔히 이용되는 강종에 있어서, 인성의 향상을 목적으로 하여 와이어 중에 Al을 함유시키는 경우는, 와이어 중의 Al의 함유량은, 3.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 1.0질량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.5질량% 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, Al의 함유량은, 0.01질량% 이상인 것이 바람직하고, 0.05질량% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.10질량% 이상인 것이 더 바람직하다.
(Mg: 3.0질량% 이하)
Mg는, Al과 마찬가지로 탈산 성분이고, 용접 금속 중의 용존 산소량을 저하시켜, 기공 결함 발생량을 감소시키는 작용을 갖는다.
본 실시형태에 있어서, 와이어 중의 Mg의 함유량은 0질량%여도 되지만, 연강, 고장력강, 저온강용 등과 같이, 흔히 이용되는 강종에 있어서, 인성의 향상을 목적으로 하여 와이어 중에 Mg를 함유시키는 경우는, 와이어 중의 Mg의 함유량은, 3.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 1.0질량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.5질량% 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, Mg의 함유량은, 0.01질량% 이상인 것이 바람직하고, 와이어 전체 질량에 대해서, 0.10질량% 이상인 것이 바람직하며, 0.20질량% 이상인 것이 보다 바람직하다.
(N: 0.05질량% 이하)
N은, 결정 구조 내에 침입형 고용되어 강도를 향상시키는 성분이다. 한편, N은, 용접 금속에 블로홀이나 피트와 같은 기공 결함을 발생시키는 원인으로도 되기 때문에, 특히 강도를 필요로 하는 경우 이외에는 적극적인 첨가는 행하지 않는다. 따라서, 와이어 중의 N의 함유량은, 0.05질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.03질량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, N의 함유량은, 0.0010질량% 이상인 것이 바람직하다.
(S: 0.05질량% 이하)
S는, 와이어가 용융되었을 때의 용적의 점성이나 표면 장력을 저하시켜, 용적 이행을 원활히 하는 것에 의해, 스패터를 소립화시켜, 용접 작업성을 향상시키는 효과를 발휘하는 한편으로, 내균열성을 저하시키는 원소이다. 그 때문에, 와이어 중의 S의 함유량은, 0.05질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.03질량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, S의 함유량은, 0.0005질량% 이상인 것이 바람직하다.
(P: 0.05질량% 이하)
P는, 내균열성이나 용접 금속의 기계적 성질을 저하시키는 원소이기 때문에, 와이어 중의 P의 함유량은, 0.05질량% 이하로 억제하는 것이 바람직하고, 0.03질량% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
(B: 0.005질량% 이하)
B는, 용접 금속 중의 질소에 의한 인성의 저하를 방지하는 한편으로, 내균열성을 저하시키는 원소이다. 그 때문에, 와이어 중의 B의 함유량은, 0.005질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.003질량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 인성의 확보를 목적으로 하여 와이어 중에 B를 함유시키는 경우에, B의 함유량은, 0.0005질량% 이상인 것이 바람직하다.
(Cu: 2.0질량% 이하)
Cu는, 용접 금속의 강도나 내후성의 향상에 기여하는 원소이다. 연강, 고장력강, 저온강용 등과 같이, 흔히 이용되는 강종에 요구되는 범위에서, 강도 및 내후성을 만족하기 위해서, 와이어 중의 Cu의 함유량은, 2.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 1.0질량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 용접 금속의 강도나 내후성을 확보하는 것을 목적으로 하여, 와이어 중에 Cu를 함유시키는 경우에, Cu의 함유량은, 0.01질량% 이상인 것이 바람직하다.
(Ta: 3.0질량% 이하)
Ta는, 강도 등 기계적 성능에 영향을 미치는 원소이다. 연강, 고장력강, 저온강용 등과 같이, 흔히 이용되는 강종에 요구되는 기계적 성능을 만족하기 위해서, 와이어 중의 Ta의 함유량은, 3.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 2.0질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
(REM 합계: 0.1질량% 이하)
REM(Rare Earth Metals)은, 희토류 원소를 의미하고, Ce나 La 등을 들 수 있다. REM은 S와의 친화성이 높아, S의 입계 편석을 억제하여, S에 의한 고온 균열을 억제하는 효과도 발휘한다. 한편, 아크 안정성은 REM의 첨가량이 적을수록 바람직하기 때문에, 요구되는 내균열성 및 아크 안정성을 만족하기 위해서, 와이어 중의 REM의 합계의 함유량은, 0.1질량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.05질량% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
(알칼리 금속의 합계: 3질량% 이하)
알칼리 금속 원소는 아크 안정제로서 작용한다. 본 실시형태에 있어서의 알칼리 금속은, 1종 또는 복수의 알칼리 금속 원소를 함유하는 금속 분말<FCW> 및 화합물<FCW>에 기초하는 것이다. 한편, 알칼리 금속 원소로서는, K, Li, Na 등을 들 수 있다. 와이어 중의 알칼리 금속의 합계의 함유량이란, 알칼리 금속 원소로부터 구성되는 금속 분말<FCW> 및 화합물<FCW>로부터 환산되는 와이어 중의 알칼리 금속의 합계의 함유량을 나타낸다. 와이어 중의 알칼리 금속의 합계는, 비드 형상의 개선에 바람직한 용융 물성으로 조정하기 쉬워진다는 관점에서, 와이어 전체 질량에 대해서, 3질량% 이하인 것이 바람직하고, 2질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
(잔부: Fe 및 불가피적 불순물)
본 실시형태에 있어서의 플럭스 코어드 와이어에 있어서, 슬래그 형성제<FCW>와, 상기 원소를 제외한 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물인 것이 바람직하다.
잔부가 되는 Fe의 함유량은, 80질량% 이상인 것이 바람직하고, 또한, 98질량% 이하인 것이 바람직하다. 불순물이란, 의도적으로 첨가하지 않는 것을 의미하고, 상기 이외의 원소로서, 예를 들면 Sn, Co, Sb, As 등을 들 수 있다. 또한, 상기 원소가 산화물로서 포함되는 경우에, O도 잔부에 포함되게 된다. 와이어 중의 불순물의 함유량은, 합계로 0.5질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.3질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
한편, 본 실시형태에 있어서 사용할 수 있는 플럭스 코어드 와이어는, 외피에 플럭스가 충전된 것이고, 외피는, 냉간 압연 강대에 의해 형성되어 있는 것이 입수성, 경제성의 관점에서 바람직하다. 냉간 압연 강대로서, 예를 들면, JIS G 3141:2017에 기재된 종류의 기호 SPCC, SPCD, SPCE, SPCF, SPCG 등의 강대를 사용하는 것이 바람직하다.
따라서, 전술한 것을 정리하면, 본 실시형태에 있어서 사용할 수 있는 플럭스 코어드 와이어로서는, 적어도 이하로 하는 것이 바람직하다.
즉, 강제 외피의 내부에 충전된 플럭스를 구비하는 플럭스 코어드 와이어로서,
플럭스 중에, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량%로, 슬래그 형성제<FCW>를, 2.50% 이상 18.0% 이하 함유하고,
슬래그 형성제<FCW>를 제외한 화학 성분이, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량%로, C: 0.5% 이하, Si: 2.0% 이하, Mn: 3.0% 이하, Ni: 5.0% 이하, Mo: 3.0% 이하, W: 3.0% 이하, Nb: 3.0% 이하, V: 3.0% 이하, Cr: 5.0% 이하, Ti: 3.0% 이하, Al: 3.0% 이하, Mg: 3.0% 이하, N: 0.05% 이하, S: 0.05% 이하, P: 0.05% 이하, B: 0.005% 이하, Cu: 2.0% 이하, Ta: 3.0% 이하, REM: 0.1% 이하, 및 알칼리 금속: 3% 이하이고, 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물인 플럭스 코어드 와이어를 사용하는 것이 바람직하다.
<백킹 플럭스>
본 실시형태에 있어서, 백킹 플럭스로서는, 금속 분말<FLUX> 및 슬래그 형성제<FLUX> 중, 적어도 1종을 함유하고, 잔부가 불가피적 불순물인 것이 바람직하다. 한편, 백킹 플럭스는, 비금속 분말<FLUX>, 및 슬래그 형성제를 제외한 비금속 화합물 분말<FLUX> 중, 적어도 1종을 더 함유하고 있어도 된다. 금속 분말<FLUX>로서는, Fe 분말, Si 분말, Fe-Si 분말 외에, Fe-Mn 분말, Fe-Al 분말이나 그들의 혼합물 등을 들 수 있고, 비금속 분말<FLUX>로서는, 그래파이트 등을 들 수 있고, 슬래그 형성제를 제외한 비금속 화합물 분말<FLUX>로서는, 슬래그 형성제를 제외한 탄화물, 질화물, 황화물을 들 수 있다.
백킹 플럭스로서는, 백킹 플럭스 전체 질량에 대해서, 금속 분말<FLUX>을 90질량% 이상 포함하는, 메탈 타입의 플럭스와, 백킹 플럭스 전체 질량에 대해서, 슬래그 형성제<FLUX>를 10질량% 초과 포함하는, 슬래그 적극 첨가 플럭스가 있고, 용도에 따라 적절히 구분하여 사용하면 된다. 한편, 메탈 타입의 플럭스는, 용접 금속의 산소 저감 효과가 있기 때문에, 용접 금속의 기계적 성능을 중시하는 경우는, 메탈 타입의 플럭스를 선택하면 되고, 이면 비드 형상이나 슬래그 박리성을 중시하는 경우는, 슬래그 적극 첨가 플럭스를 선택하면 된다.
이하, 메탈 타입의 플럭스와 슬래그 적극 첨가 플럭스에 대하여 설명한다
<메탈 타입의 플럭스>
메탈 타입의 플럭스에 포함되는 금속 분말<FLUX> 이외의 나머지 10질량% 미만은, 임의로 슬래그 형성제<FLUX>, 비금속 분말<FLUX>, 슬래그 형성제를 제외한 비금속 화합물 분말<FLUX>를 첨가하면 되고, 이들을 제외한 잔부는 불순물로 한다. 한편, 슬래그 박리성을 좋게 하는 것이라면, 상세를 후술하는 슬래그 형성제<FLUX>를 10질량% 미만의 범위에서 조정하면 되고, 기계적 성능을 향상시키는 것이라면, 비금속 분말<FLUX> 및 슬래그 형성제를 제외한 비금속 화합물 분말<FLUX>을 합계로 5질량% 이하의 범위에서 조정시키면 된다. 바꾸어 말하면, 슬래그 형성제<FLUX>, 비금속 분말<FLUX>, 슬래그 형성제를 제외한 비금속 화합물 분말<FLUX>은 필수는 아니고, 금속 분말 및 잔부 불순물로 해도 된다. 한편, 비금속 분말 및 슬래그 형성제를 제외한 비금속 화합물 분말을 구성하는 주된 원소로서는, C, N, S 등을 들 수 있고, 보다 바람직하게는, C, N, S의 합계량이 5질량% 이하의 범위에서 조정되면 된다.
금속 분말<FLUX>에 함유하는 원소는, Si가 포함되어 있으면 바람직하고, Mn, Fe가 더 포함되는 것이 보다 바람직하며, Si, Mn, Fe만으로 구성되는 것이 보다 더 바람직하다. 다음으로 금속 분말에 포함되는 Si, Mn, Fe에 대하여 상세를 설명한다.
(백킹 플럭스 중의 Si: 0.5질량% 이상 50질량% 이하)
백킹 플럭스 중에 Si를 함유시키면, 이면 비드 형상을 안정화시킬 수 있어, 외관이 매끄러워지는 효과를 얻을 수 있다. 백킹 플럭스 중에 금속 분말<FLUX>로서 함유되는 Si 분말 및 Fe-Si 분말에 기초하는 Si의 함유량이, 백킹 플럭스 전체 질량에 대해서, 0.5질량% 이상이면, 이면 비드의 외관을 양호하게 할 수 있다. 따라서, 백킹 플럭스 중의 Si의 함유량은, 백킹 플럭스 전체 질량에 대해서, 0.5질량% 이상인 것이 바람직하고, 1.5질량% 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, 백킹 플럭스 중에 금속 분말<FLUX>로서 함유되는 Si 분말 및 Fe-Si 분말에 기초하는 Si의 함유량이, 백킹 플럭스 전체 질량에 대해서, 50질량% 이하이면, 이면 비드에 함유되는 Si량이 과대해지는 것에 의해 발생하는 표면 균열을 저감할 수 있다. 따라서, 백킹 플럭스 중의 Si의 함유량은, 백킹 플럭스 전체 질량에 대해서, 50질량% 이하인 것이 바람직하고, 25질량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 10질량% 이하인 것이 더 바람직하다.
(백킹 플럭스 중의 Mn: 50질량% 이하)
Mn은, 담금질성을 향상시키는 효과가 있어, 기계적 성능의 향상에 유효한 성분이다. 그래서, 본 실시형태에 따른 백킹 플럭스에서는, 필요에 따라서, 기계적 성능의 조정을 위해서 함유시키면 되고, 하한은 특별히 불문한다. 또한, 연강, 고장력강 또는 저온강용에서 적용을 상정한 기계적 성능의 조정을 감안하면, 50질량% 이하의 범위에서 조정하는 것이 바람직하다. 한편, Mn은, Mn 단체(單體) 외에, Fe-Mn 등의 합금의 형태로 플럭스에 첨가할 수 있다.
(백킹 플럭스 중의 Fe: 99.5질량% 이하)
Fe는 플럭스의 겉보기 밀도를 높게 할 수 있기 때문에, 내발진성을 필요로 하는 경우는, 필요에 따라서 첨가하면 되고, 하한은 특별히 불문한다. 또한, Fe는 용접 금속의 합금 비용을 저하시킬 수도 있기 때문에, 전술한 Si나 Mn을 제외한, 나머지의 금속 분말을, 비용의 관점에서 Fe로 해도 된다. 전술한 바와 같이, Si가 0.5질량% 이상이면, 이면 비드의 외관을 양호하게 할 수 있기 때문에, 이면 비드의 외관의 관점에서, 적어도 Fe는, 99.5질량% 이하이면 바람직하다고 말할 수 있다.
한편, Fe는, Fe 단체 외에, Fe-Mn, Fe-Si 등의 합금의 형태로 백킹 플럭스 중에 첨가할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 백킹 플럭스로서는, 상기 금속 분말<FLUX> 외에, 슬래그 형성제<FLUX>를 함유하는 것이어도 된다. 백킹 플럭스에 슬래그 형성제<FLUX>가 함유되면, 이면 비드가 슬래그로 보호되어, 슬래그를 박리한 후에, 광택이 있는 양호한 외관을 얻을 수 있다. 한편, 슬래그 형성제<FLUX>는, 금속 산화물 및 금속 불화물을 포함하고, 잔부가 불가피적 불순물인 것이 바람직하다.
슬래그 형성제<FLUX> 중에 함유시킬 수 있는 금속 산화물로서는, TiO2, SiO2, ZrO2, MnO, Al2O3, Na2O, K2O, Li2O를 들 수 있다. 또한, 슬래그 형성제<FLUX> 중에 함유시킬 수 있는 금속 불화물로서는, K2SiF6, NaF, KF, CeF3, Na3AlF6, Na2SiF6, AlF3, MgF2, K2ZrF6 등을 들 수 있다. 한편, 후술하는 슬래그 적극 첨가 플럭스를 이용하는 경우는, 백킹 플럭스 전체 질량에 대한 질량%로, TiO2: 2.00% 이상 16.00% 이하, SiO2: 5.00% 이상 20.00% 이하, ZrO2: 3.00% 이상 9.00% 이하, Al2O3: 3.00% 이상 9.00% 이하, Na2O, K2O 및 Li2O의 합계: 3.00% 이하, K2SiF6, NaF, KF, CeF3, Na3AlF6, Na2SiF6, AlF3, MgF2 및 K2ZrF6의 합계: 35.00% 이하로 하는 것이 바람직하다.
<슬래그 적극 첨가 플럭스>
한편, 백킹 플럭스 중의 슬래그 형성제<FLUX>의 함유량은, 높을수록 슬래그 박리성이 양호해진다. 따라서, 백킹 플럭스로서, 슬래그 적극 첨가 플럭스를 채용하는 경우, 백킹 플럭스 중의 슬래그 형성제<FLUX>의 함유량은, 백킹 플럭스 전체 질량에 대해서, 10질량% 초과 포함하는 것이 바람직하고, 14.0질량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 슬래그 형성제<FLUX>의 함유량의 상한은 특별히 불문하지만, 슬래그 형성제<FLUX> 이외의 성분으로서, 필요에 따라서, 금속 분말, 비금속 원소, 슬래그 형성제를 제외한 비금속 화합물 분말을 첨가하면 된다. 예를 들면, 전술한 바와 같이, 금속 분말에 포함되는 Si의 함유량이, 백킹 플럭스 전체 질량에 대해서, 0.5질량% 이상이면, 이면 비드 형상의 안정화의 관점에서 바람직하기 때문에, 슬래그 박리성과 이면 비드 형상의 안정화의 양쪽을 바라는 경우는, 슬래그 형성제<FLUX>의 함유량은, 99.5질량% 이하로 해두면 된다. 한편, 금속 분말에 포함되는 원소, 슬래그 형성제 등의 상세에 대해서는, 전술한 메탈 베이스의 플럭스에 있어서 상세 설명한 것과 마찬가지이고, 그 효과도 동일하다.
또, 본 실시형태에 있어서, 백킹 플럭스가 상기 슬래그 형성제<FLUX>를 함유하는 경우에, 백킹 플럭스는, 원료를 물유리로 혼련하고, 입상으로 조형한 후, 소결한 것인 것이 바람직하다. 미세한 분말상의 백킹 플럭스는, 비산되어 작업 환경을 열화시킬 우려가 있고, 또한, 진동에 의해 편석되어, 용접 결과에 치우침을 초래하는 경우가 있다.
한편, 입상으로 조형한 후, 소결하는 것에 의해 얻어진 백킹 플럭스는, 비산 되기 어렵고, 편석이 일어나기 어렵기 때문에, 적합하게 사용할 수 있다.
<용접 조건>
다음으로, 선행시키는 제 1 열원과, 이에 추종시키는 제 2 열원, 및 각 열원에 의한 용접 조건에 대하여, 보다 상세하게 설명한다.
(제 1 열원 및 제 2 열원)
본 실시형태에 있어서, 선행시키는 제 1 열원을 가스 메탈 아크 열원으로 하고, 이에 추종시키는 제 2 열원을 레이저 열원으로 하는 것이 바람직하다. 가스 메탈 아크 열원에 의해 얻어진 용융지 상에 레이저 열원을 조사함으로써, 갭을 갖는(개선폭(G)이 0mm 초과인) 경우라도, 백킹 플럭스에 열을 배출하지 않아, 개선면에 열이 전해지기 쉬워져, 건전한 이음을 용이하게 얻을 수 있다.
(제 1 열원의 겨냥 위치(P1)와, 제 2 열원의 겨냥 위치(P2)의 거리: 0mm 이상 10.0mm 이하)
도 3은, 본 실시형태에 있어서의 용접 조건을 설명하기 위한 모식도이다. 도 3에 있어서, 강판(1a)과 미도시의 강판이 맞대어 배치되어, 맞댐부(2)가 구성되어 있다. 또한, 토치(17)가 선행하고, 레이저 헤드(18)는, 토치(17)에 추종하고 있는 것으로 한다.
토치(17)로부터 발생하는 제 1 열원의 겨냥 위치(P1)와, 레이저 헤드(18)로부터 발생하는 제 2 열원의 겨냥 위치(P2)의 거리(P1-P2간 거리)가 약간 떨어져 있으면, 플럭스 코어드 와이어로부터 이탈한 용적을, 레이저에 간섭시키지 않고 낙하시킬 수 있다. 한편, P1-P2간 거리를 가깝게 하는 것에 의해, 용융 효율을 높게 할 수 있다.
본 실시형태에 있어서는, 제 1 열원과 제 2 열원을, 맞댐부의 길이 방향에 있어서의 간격이 임의의 범위가 되도록 유지하고 있다. 제 1 열원과 제 2 열원은, 항상 일정한 거리를 유지하면서 이동하는 것이어도, 장치의 휘어짐 등을 고려하여, 임의의 범위 내에서 제 1 열원과 제 2 열원의 간격이 증감해도 된다. 임의의 범위란, 구체적으로는, 선행하는 제 1 열원에 의해 용융된 용융지가 용융되고 있는 기간 내에, 추종하는 열원이 들어가는 범위를 나타낸다.
구체적으로는, P1-P2간 거리가 0mm 이상인 것이 바람직하고, 2mm 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, P1-P2간 거리는 10.0mm 이하인 것이 바람직하고, 7mm 이하인 것이 보다 바람직하다.
(제 1 열원의 에너지 조사 각도(θ1): 45° 이상 80° 이하)
(제 2 열원의 에너지 조사 각도(θ2): 90° 이상 135° 이하)
제 1 열원 및 제 2 열원은, 수평으로 배치된 강판(1a)에 대해서 수직이 되도록, 각 토치(17, 18)를 배치하면, 맞댐부(2)의 깊이 방향으로 효율 좋게 입열할 수 있다. 그러나, 토치(17)와 토치(18)가 간섭하지 않도록 하기 위해, 장치의 간섭의 문제가 생기기 때문에, 토치(17, 18)의 각도는 적절한 범위를 갖는다.
선행하는 제 1 열원을 발생시키는 토치(17)의 각도, 즉 제 1 열원의 에너지 조사 각도(θ1)는, 맞댐부(2)에 있어서의 용접 진행 방향에 대해서, 45° 이상 80° 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 열원에 추종하는 제 2 열원을 발생시키는 토치(18)의 각도, 즉 제 2 열원의 에너지 조사 각도(θ2)는, 맞댐부(2)에 있어서의 용접 진행 방향에 대해서, 90° 이상 135° 이하로 하는 것이 바람직하다.
한편, 에너지 조사 각도란, 제 1 열원, 제 2 열원의 축 중심 연장선과, 용접 진행 방향에 있어서의 용접선이 이루는 각도를 말한다.
(2aL≤GL+1, fL≤10)
레이저 열원에 의한 레이저 용접은, 에너지 밀도가 높음과 함께, 비드 폭이 좁은 용접부가 얻어지기 때문에, 개선폭에 따라, 레이저 열원을, 맞댐부의 길이 방향에 대해서 폭 방향(도 1의 좌우 방향)으로 진동시키는 것이 바람직하다.
즉, 레이저 열원의 폭 방향의 진폭을 aL(mm), 주파수를 fL(Hz), 레이저 열원이 겨냥하는 위치에 있어서의 한 쌍의 강판의 개선폭을 GL(mm)로 하는 경우에,
2aL≤GL+1, 및
fL≤10을 만족하는 것이 바람직하다.
(2aA≤GA+1, fA≤10)
본 실시형태에 있어서는, 레이저 열원만을 진동시켜도 되지만, 레이저 열원은 진동시키지 않고, 가스 메탈 아크 열원만을 진동시켜도 되고, 레이저 열원 및 가스 메탈 아크 열원의 양쪽을 진동시켜도 된다. 가스 메탈 아크 열원에 대해서는, 진폭, 주파수 모두 낮게 하여, 고가속도가 되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 한편, 가스 메탈 아크 열원을 진동시키는 진폭 및 주파수를 조정하면, 입열의 폭 방향 범위를 적절히 넓게 할 수 있어, 개선면의 용융 상태를 건전하게 할 수 있다.
즉, 가스 메탈 아크 열원의 폭 방향의 진폭을 aA(mm), 주파수를 fA(Hz), 가스 메탈 아크 열원이 겨냥하는 위치에 있어서의 한 쌍의 강판의 개선폭을 GA(mm)로 하는 경우에,
2aA≤GA+1, 및
fA≤10을 만족하는 것이 바람직하다.
(실드 가스)
본 실시형태에 있어서, 실드 가스의 종류에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 100% CO2 가스나, Ar 가스와 CO2 가스의 혼합 가스 등을 사용할 수 있다. 일반적으로, Ar 함유량이 많은 혼합 가스, 예를 들면 80% Ar-20% CO2의 가스를 실드 가스로서 사용하면, 스패터 발생량을 억제할 수 있는 것이 공지이다.
본 실시형태에 따른 용접 방법에 의하면, 저렴한 100% CO2 가스를 사용해도, 스패터 발생량을 충분히 억제할 수 있기 때문에, 용접에 드는 비용을 저감할 수 있다.
[2. 용접 이음의 제조 방법]
본 실시형태에 따른 용접 이음의 제조 방법은, 상기 [1. 편면 맞대기 용접 방법]에서 설명한 용접 방법을 이용하여, 용접 이음을 제조하는 방법이다.
사용하는 열원, 가스 메탈 아크 열원용의 플럭스 코어드 와이어의 조성, 백킹 플럭스의 조성 및 용접 조건 등은, 상기 [1. 편면 맞대기 용접 방법]에서 설명한 바와 같다.
실시예
이하, 발명예 및 비교예를 들어 본 발명에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
[1. 편면 맞대기 용접]
(1-1. 피용접재, 와이어 및 백킹 플럭스의 준비)
피용접재로서, 두께가 12mm인 SM490A의 강판을 2매 준비함과 함께, 가스 메탈 아크 열원용으로서의 여러 가지의 조성을 갖는 와이어와, 여러 가지의 조성을 갖는 백킹 플럭스를 준비했다. 와이어로서는, 솔리드 와이어와 플럭스 코어드 와이어를 준비했다. 솔리드 와이어의 종류를 하기 표 1에 나타내고, 플럭스 코어드 와이어의 사이즈 및 조성을 하기 표 2에 나타낸다. 또한, 백킹 플럭스의 조성을 하기 표 3에 나타낸다.
한편, 백킹 플럭스 기호 BF-L은, 원료를 물유리로 혼련하고, 입상으로 조형한 후, 소결한 것이다.
또한, 표 3에 있어서, 슬래그 형성제<FLUX>를 제외한 성분으로서는, Mn, Si 외에, Fe도 99.5질량% 이하의 범위로 포함되지만, 표 중에는 기재하고 있지 않다. 또, 백킹 플럭스의 성분에 있어서는, 표 중에 기재된 성분 외에, 불가피적 불순물이 포함된다.
표 2에 나타내는 플럭스 코어드 와이어의 외피로서는, JIS G 3141:2017에 기재된 종류의 기호 SPCG 상당의 강대를 사용했다. SPCG 강대에 함유되는 성분의 함유량은, C: 0.02질량% 이하, Mn: 0.25질량% 이하, P: 0.020질량% 이하, S: 0.020질량% 이하이다.
표 2에 있어서, 와이어 기호 F-B의 MnO의 함유량은, 0.004질량% 이하인 것을 나타낸다.
또한, 표 2 및 표 3에 있어서, 「-」은, 해당하는 성분을 적극적으로 첨가하고 있지 않는 것을 나타낸다.
(1-2. 레이저·아크 하이브리드 용접)
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 강판(1a, 1b)을, 개선폭(G)으로 맞대어 수평으로 배치하고, 맞댐부(2)의 하측에, 백킹 플럭스(11)를 배치했다. 그리고, 선행시키는 제 1 열원으로서, 아크(가스 메탈 아크 열원)(7b), 제 1 열원에 추종시키는 제 2 열원으로서, 레이저 광(레이저 열원)(8a)을 사용하고, 실드 가스로서, 100% CO2 가스를 사용하고, 제 1 열원 및 제 2 열원을, 소정의 간격을 유지한 상태에서 동시에 도 2의 화살표로 나타내는 방향으로 이동시켰다. 이와 같이 하여, 맞댐부(2)에 대해서 레이저·아크 하이브리드 용접을 실시했다. 사용한 와이어 및 백킹 플럭스의 종류, 및 레이저 조건, 아크 조건 및 열원 이동 조건을 하기 표 4에 나타낸다.
단, 표 4에 있어서의 레이저 조건의 포커스 위치란, 모재인 강판(1a, 1b)의 상면의 위치와 레이저의 초점 위치의 어긋남을 나타내고 있고, 포커스 위치가 양의 값일 때, 레이저의 초점 위치가 강판(1a, 1b)의 상면보다도 상방인 것을 나타낸다. 또한, 제 1 열원 및 제 2 열원은, 용접 속도, 진폭 및 주파수를 각각 동일하게 했기 때문에, 이동 조건의 난에 있어서는, 공통의 조건을 기재했다. 한편, 진폭의 난에 있어서, 0이란, 진동, 즉 위빙을 실시하고 있지 않는 것을 나타낸다. 따라서, 진동시키지 않았던 것에 대해서는, 주파수의 난에 「-」으로 나타냈다.
또, 도 3에 나타내는 제 1 열원(가스 메탈 아크 열원)의 에너지 조사 각도(θ1)를 50°, 제 2 열원(레이저 열원)의 에너지 조사 각도(θ2)를 100°로 하고, 제 1 열원의 겨냥 위치(P1)와, 제 2 열원의 겨냥 위치(P2)의 거리(P1-P2간 거리)를 3mm로 했다. 또한, 각 열원의 겨냥 위치 중앙은, 도 1에 나타내는 개선폭(G)의 중앙으로 했다.
[2. 평가]
상기 편면 맞대기 용접 후의 이음의 표면(용접면) 및 이면을 관찰하고, 이하에 나타내는 여러 가지의 항목에서 이음의 외관을 평가했다.
(2-1. 이음 표면의 스패터)
이음 표면에 있어서의 스패터의 발생량을 육안에 의해 관찰했다.
평가 기준으로서는, 1mm 이상의 대립 스패터의 부착이 없는 상태였던 것을 「A」(우량)로 했다. 또한, 용접선 길이 100mm의 범위에 있어서, 1mm 이상의 대립 스패터의 부착이 10개 미만이었던 것을 「B」(양호)로 했다. 또, 용접선 길이 100mm의 범위에 있어서, 1mm 이상의 대립 스패터의 부착이 10개 이상이었던 것을 「NA」(불량)로 했다.
(2-2. 이음 표면의 비드 형상)
이음 표면의 비드 형상을 육안에 의해 관찰했다.
평가 기준으로서는, 매끄러운 비드 형상인 것을 「A」(우량)로 했다. 또한, 볼록 형상의 비드가 얻어진 것을 「B」(양호)로 했다. 또, 언더컷이나 언더필이 발생하여, 수정 용접 등의 추가 처리가 필요한 상태이지만, 이용 가능했던 것을 「C」(허용 가능)로 했다.
(2-3. 이음 이면의 용융 상태)
이음 이면의 용융 상태를 육안에 의해 관찰했다.
평가 기준으로서는, 이면에 미용융의 개선이 확인되지 않았던 것을 「A」(우량)로 했다. 또한, 이면에 미용융의 개선이 확인된 것을 「NA」(불량)로 했다.
(2-4. 이음 이면의 매끄러움)
이음 이면의 매끄러움을 육안에 의해 관찰했다.
평가 기준으로서는, 슬래그의 부착이 없어, 이면 비드의 표면이 매끄러웠던 것을 「A」(우량)로 했다. 또한, 슬래그의 부착 잔류하고 있던 면적이, 비드 이면 전체 면적에 대해서 40% 미만이었거나, 또는 상기 「A」보다도 금속 플럭스의 부착 상태가 나빠, 요철이 컸던 것을 「B」(양호)로 했다. 또, 슬래그의 부착 잔류하고 있던 면적이, 비드 이면 전체 면적에 대해서 40% 이상이었지만, 이용 가능했던 것을 「C」(허용 가능)로 했다.
(2-5. 이음 이면의 비드의 흘러내림)
이음 이면의 비드의 흘러내림을 육안에 의해 관찰했다.
평가 기준으로서는, 이면 비드의 높이가 균일하고, 높이가 3mm 미만인 것을 「A」(우량)로 했다. 또한, 이면 비드의 높이가 3mm 미만이었지만, 그 높이가 불균일했던 것이나, 또는 이면 비드의 높이 3mm 이상 6mm 미만의 범위였던 것을 「B」(허용 가능)로 했다. 또, 이면 비드의 높이가 6mm 이상이었던 것을 「NA」(불량)로 했다.
각 평가 결과를 하기 표 5에 아울러 나타낸다.
도 4는, 시험 No. 1의 용접 시의 모습을 나타내는 도면 대용 사진이다. 또한, 도 5는, 시험 No. 1의 용접 후의 이음 표면의 모습을 나타내는 도면 대용 사진이다. 비교예인 시험 No. 1은, 레이저·아크 하이브리드 용접이지만, 특허문헌 3에 기재된 방법과 마찬가지로, 제 1 열원으로서, 솔리드 와이어(27)를 이용하고 있다. 따라서, 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 용융지(19)로부터 대립 스패터(21)가 튀어올라, 이음 표면에 있어서의 용접선(20)의 양측에, 대립 스패터(21)가 다량으로 부착되었다.
또한, 비교예인 시험 No. 2는, 플럭스 코어드 와이어 중의 슬래그 형성제의 함유량이 본 발명에 있어서 규정하는 범위의 하한치 미만이기 때문에, 대립 스패터가 발생했다.
도 6은, 시험 No. 6의 용접 시의 모습을 나타내는 도면 대용 사진이다. 발명예인 시험 No. 6은, 본 발명에 있어서 규정하는 편면 맞대기 용접 방법에 의해 용접을 실시한 것이고, 제 1 열원으로서, 슬래그 형성제를 함유하는 플럭스 코어드 와이어(7a)를 이용하고 있다. 따라서, 도 6에 나타내는 바와 같이, 와이어의 선단에 플럭스 기둥(10)이 형성되고, 이를 따라 용적이 이행되었기 때문에, 대립 스패터의 비산이 감소했다.
이와 같이, 본 발명에 따른 편면 맞대기 용접 방법, 및 본 발명에 따른 용접 이음의 제조 방법에 의하면, 깊은 용입 및 대용착량을 얻을 수 있음과 함께, 스패터 발생량을 감소시킬 수 있고, 열 변형이 억제된 용접 이음을 얻을 수 있었다. 또한, 실드 가스로서, 100% CO2 가스를 사용해도, 스패터의 발생을 감소시킬 수 있기 때문에, 용접 이음의 제조 비용을 저감할 수 있었다.
1a, 1b 강판
2 맞댐부
3 용접 금속
4, 5 슬래그
7a 플럭스 코어드 와이어
7b 아크
8a 레이저 광
10 플럭스 기둥
11 백킹 플럭스
21 스패터
2 맞댐부
3 용접 금속
4, 5 슬래그
7a 플럭스 코어드 와이어
7b 아크
8a 레이저 광
10 플럭스 기둥
11 백킹 플럭스
21 스패터
Claims (16)
- 한 쌍의 강판을 맞대어 대략 수평으로 배치하고, 상기 한 쌍의 강판 사이에 구성된 맞댐부의 하측으로부터 백킹 플럭스를 배치하고,
선행시키는 제 1 열원과, 상기 제 1 열원에 추종시키는 제 2 열원을, 상기 맞댐부의 길이 방향에 있어서의 간격이 임의의 범위가 되도록 유지하고,
상기 맞댐부의 상측으로부터, 상기 제 1 열원 및 상기 제 2 열원을 상기 한 쌍의 강판에 대해서 상대적으로 이동시키는 것에 의해, 상기 맞댐부를 용접하는 용접 방법으로서,
상기 제 1 열원 및 상기 제 2 열원 중 어느 한쪽을, 슬래그 형성제를 함유하는 플럭스 코어드 와이어를 이용한 가스 메탈 아크 열원으로 하고,
상기 제 1 열원 및 상기 제 2 열원 중 다른 쪽을, 레이저 열원으로 하고,
상기 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량에 대해서, 상기 슬래그 형성제를 2.5질량% 이상 함유하는 것을 특징으로 하는, 편면 맞대기 용접 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 슬래그 형성제의 함유량은, 와이어 전체 질량에 대해서, 18.0질량% 이하인 것을 특징으로 하는, 편면 맞대기 용접 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 슬래그 형성제는, 와이어 전체 질량에 대해서,
TiO2: 2.0질량% 이상 15.0질량% 이하,
SiO2: 0.25질량% 이상 2.0질량% 이하,
ZrO2: 0.15질량% 이상 1.0질량% 이하,
Na2O, K2O 및 Li2O의 총량: 0.02질량% 이상 0.50질량% 이하
를 포함하고,
MnO: 0.50질량% 이하(0질량%를 포함한다),
Al2O3: 0.50질량% 이하(0질량%를 포함한다),
금속 불화물: 0.50질량% 이하(0질량%를 포함한다)
인 것을 특징으로 하는, 편면 맞대기 용접 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 플럭스 코어드 와이어에 있어서의 플럭스 중의, 상기 슬래그 형성제를 제외한 성분은, 와이어 전체 질량에 대해서,
C: 0.5질량% 이하,
Si: 2.0질량% 이하,
Mn: 3.0질량% 이하,
Ni: 5.0질량% 이하,
Mo: 3.0질량% 이하,
W: 3.0질량% 이하,
Nb: 3.0질량% 이하,
V: 3.0질량% 이하,
Cr: 5.0질량% 이하,
Ti: 3.0질량% 이하,
Al: 3.0질량% 이하,
Mg: 3.0질량% 이하,
N: 0.05질량% 이하,
S: 0.05질량% 이하,
P: 0.05질량% 이하,
B: 0.005질량% 이하,
Cu: 2.0질량% 이하,
Ta: 3.0질량% 이하,
REM: 0.1질량% 이하, 및
알칼리 금속: 3질량% 이하이고,
잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 것을 특징으로 하는, 편면 맞대기 용접 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 플럭스 코어드 와이어는, 외피에 플럭스가 충전된 것이고,
상기 외피는, 냉간 압연 강대에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 편면 맞대기 용접 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 백킹 플럭스는,
금속 분말 및 슬래그 형성제 중, 적어도 1종을 함유하고,
잔부가 불가피적 불순물인 것을 특징으로 하는, 편면 맞대기 용접 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 백킹 플럭스는,
비금속 분말, 및 슬래그 형성제를 제외한 비금속 화합물 분말 중, 적어도 1종을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 편면 맞대기 용접 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 백킹 플럭스가, 상기 금속 분말을 백킹 플럭스 전체 질량에 대해서, 90질량% 이상 함유하는 경우에,
상기 금속 분말은, Si 분말 및 Fe-Si 분말 중 적어도 한쪽을 함유하고,
상기 Si 분말 및 상기 Fe-Si 분말에 함유되는 Si의 함유량은, 백킹 플럭스 전체 질량에 대해서, 0.5질량% 이상 50질량% 이하인 것을 특징으로 하는, 편면 맞대기 용접 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 백킹 플럭스가, 상기 슬래그 형성제를 백킹 플럭스 전체 질량에 대해서, 10질량% 초과 함유하는 경우에,
상기 슬래그 형성제는, 금속 산화물 및 금속 불화물을 포함하고, 잔부가 불가피적 불순물인 것을 특징으로 하는, 편면 맞대기 용접 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 백킹 플럭스가, 상기 슬래그 형성제를 함유하는 경우에,
상기 백킹 플럭스는, 원료를 물유리로 혼련하고, 입상으로 조형한 후, 소결한 것인 것을 특징으로 하는, 편면 맞대기 용접 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 열원을 가스 메탈 아크 열원으로 하고,
상기 제 2 열원을 레이저 열원으로 하는 것을 특징으로 하는, 편면 맞대기 용접 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 열원의 겨냥 위치와, 상기 제 2 열원의 겨냥 위치의 거리가, 0mm 이상 10.0mm 이하인 것을 특징으로 하는, 편면 맞대기 용접 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 열원의 에너지 조사 각도는, 상기 맞댐부에 있어서의 용접 진행 방향에 대해서 45° 이상 80° 이하이고,
상기 제 2 열원의 에너지 조사 각도는, 상기 맞댐부에 있어서의 용접 진행 방향에 대해서 90° 이상 135° 이하인 것을 특징으로 하는, 편면 맞대기 용접 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 열원을, 상기 맞댐부의 길이 방향에 대해서 폭 방향으로 진동시키고,
상기 레이저 열원의 폭 방향의 진폭을 aL(mm), 주파수를 fL(Hz), 상기 레이저 열원이 겨냥하는 위치에 있어서의 상기 한 쌍의 강판의 개선폭을 GL(mm)로 하는 경우에,
2aL≤GL+1, 및
fL≤10
을 만족하는 것을 특징으로 하는, 편면 맞대기 용접 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 가스 메탈 아크 열원을, 상기 맞댐부의 길이 방향에 대해서 폭 방향으로 진동시키고,
상기 가스 메탈 아크 열원의 폭 방향의 진폭을 aA(mm), 주파수를 fA(Hz), 상기 가스 메탈 아크 열원이 겨냥하는 위치에 있어서의 상기 한 쌍의 강판의 개선폭을 GA(mm)로 하는 경우에,
2aA≤GA+1, 및
fA≤10
을 만족하는 것을 특징으로 하는, 편면 맞대기 용접 방법. - 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 기재된 편면 맞대기 용접 방법을 이용하여, 용접 이음을 제조하는 것을 특징으로 하는, 용접 이음의 제조 방법.
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