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(19)대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(51) 。Int. Cl.7
B23K 9/24
(45) 공고일자
(11) 등록번호
(24) 등록일자
2005년06월16일
10-0495572
2005년06월07일
(21) 출원번호 10-2002-0050144 (65) 공개번호 10-2003-0017424
(22) 출원일자 2002년08월23일 (43) 공개일자 2003년03월03일
(30) 우선권주장 JP-P-2001-00252526
JP-P-2002-00121436
2001년08월23일
2002년04월23일
일본(JP)
일본(JP)
(73) 특허권자 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
일본 효고켄 고베시 쥬오쿠 와키노하마쵸 2쵸메 10반26고
(72) 발명자 이토다카아키
일본가나가와켕251-0014후지사와시미야마에아자우라코우치100반1
가부시키가이샤고베세이코쇼후지사와고죠나이
스미즈히로유키
일본가나가와켕251-0014후지사와시미야마에아자우라코우치100반1
가부시키가이샤고베세이코쇼후지사와고죠나이
요코타야스유키
일본가나가와켕251-0014후지사와시미야마에아자우라코우치100반1
가부시키가이샤고베세이코쇼후지사와고죠나이
구로카와츠요시
일본가나가와켕251-0014후지사와시미야마에아자우라코우치100반1
가부시키가이샤고베세이코쇼후지사와고죠나이
고시이시후사키
일본가나가와켕251-0014후지사와시미야마에아자우라코우치100반1
가부시키가이샤고베세이코쇼후지사와고죠나이
(74) 대리인 김창세
심사관 : 이학왕
(54) 마그 용접용 무도금 고체 와이어
요약
본 발명은 와이어의 둘레에 개구부를 갖고, 개구부에서보다 안쪽이 넓은 피트(pit) 및/또는 외부 입사광으로 조사되지 않
는 부분을 갖는 피트를 갖는 아크 용접용 무도금 고체 와이어에 관한 것이다. 황화물 및 폴리이소부텐 함유 오일은 피트 내
및/또는 와이어 표면 위에 존재하며, 폴리이소부텐 함유 오일은 와이어 10kg 당 0.1 내지 2g의 양으로 존재한다. 와이어의
둘레를 따라 총 20개 이상의 피트가 존재한다. 유효한 피트 길이비는 0.5% 이상 50% 미만이다. 오일은 와이어 10kg 당
0.1 내지 2g의 양으로 존재한다. 0.1 내지 10㎛의 입경을 갖는 MoS2는 와이어 표면 위 또는 와이어 표면 바로 아래의 "병
목형 및/또는 동굴형 피트" 내에 10kg 당 0.01 내지 0.5g의 양으로 존재한다. 전체 와이어 질량을 기준으로 2 내지 10 질
량 ppm의 K 화합물이 피트 내 및/또는 와이어 표면 위에 존재한다. 이로써 양호한 공급능 및 윤활 특성을 보장할 수 있고
보다 적은 스패터(spatter)가 발생된다.
대표도
도 4a
등록특허 10-0495572
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명세서
도면의 간단한 설명
도 1은 와이어 표면 위 및/또는 상기 표면 바로 아래(표면층)에 형성된 "병목형 및/또는 동굴형 피트(pit)"를 모식적으로
나타낸 단면도이다.
도 2는 와이어 표면 일부에 작용성 물질이 존재하는 상태를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 3a 및 3b는 와이어 용접 도중 와이어 선단부의 용적(溶滴)의 이동 방식을 나타낸 도면으로서, 도 3a는 구리 도금된 와
이어에서의 용적의 이동 방식을 나타낸 것이고, 도 3b는 비-구리 도금 와이어에서의 용적의 이동 방식을 나타낸 것이다.
도 4a 및 4b는 실시예 중 와이어 표면 위에 형성된 "병목형 및/또는 동굴형 피트"의 실제 형상을 나타낸 것으로서, 도 4a
는 와이어 표면 위에 백금막을 침착하고 와이어 횡단면을 연마한 후의 현미경 사진을 나타낸 것이고, 도 4b는 상기 현미경
사진을 사진 원지에 버닝하고, 이미지를 디지털 데이터로서 이미지 캡쳐링 처리하여 수득한 사진을 도시한 것이다.
도 5는 폴리이소부텐의 특징적 흡수를 나타내는 그래프로서, 가로 좌표는 파수, 세로 좌표는 투과율을 나타낸다.
도 6은 스패터(spatter)를 측정하는 방법을 보여주는 모식도이다.
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 구리 도금과 같은 도금 처리를 하지 않는, 마그(MAG) 용접용 무도금 고체 와이어에 관한 것이다. 보다 구체적
으로, 본 발명은, 반자동 용접 또는 자동 용접 도중 발생하는 스패터의 양을 현저히 감소시킬 수 있는, 마그 용접용 무도금
금속 와이어에 관한 것이다.
일반적으로, "마그 용접"이란 용어는 방호 가스(shielding gas)로서 100% CO2를 사용하거나, CO2 또는 O2 기체와 같은
산화 기체를 10 내지 30%의 양으로 함유하는, 주로 Ar계의 혼합기체를 사용하는 용접을 의미한다. 이러한 방호 가스에 따
라 스패터의 발생량이 크게 달라지므로, 용적의 이동 방식이 다양해질 수 있다. CO2 용접에 있어서, 주된 이동 방식은 구형
이동이다. 반면, 주로 Ar계의 혼합 기체 용접에 있어서, 주된 이동 방식은 분무 이동이다. 따라서, 스패터의 발생량이 크게
감소되고, 아크 안정성의 측면에서 우수한 특성이 수득될 수 있다. 또한, 아크 안정제로서 알칼리 금속인 K 화합물을 와이
어 표면 위에 위치시킴으로써 아크를 보다 안정화시킬 수 있다. 알칼리 금속이 아크의 안정화에 기여하는 이유로는 다음의
내용을 들 수 있다. 즉, 아크 포텐셜의 구배를 낮추어 용적 위로의 아크의 크리핑-업(creeping-up)을 촉진시킨다. 이와 같
은 알칼리 금속의 효과와 관련하여서는 일본 특허 제 1881911 호에 유사한 대표적인 기술이 이미 보고된 바 있다.
반면, 폴리이소부텐에 대하여, 일본 특허 공개공보 제 157858/1996 호는 황화제에 의해 황화된 지방 및 오일을 사용하
여 피딩칩(feeding chip)의 마모를 방지하는 기술을 개시하고 있다. 한편, 일본 특허 공개공보 제 158669/1998 호는 점도
지수 개선제로서 폴리이소부텐을 사용하여 피딩칩의 마모를 방지하는 기술을 개시한다.
따라서, 종래 기술의 연장선상에서, 구리 도금의 존재 여부와 무관하게 마그 용접 품질을 추가로 개선시키기 위해서는 와
이어 표면 위에 적당량의 K 화합물 또는 오일이 존재하는 것이 최적인 것으로 여겨진다.
마그 용접을 위한 종래 기술의 고체 와이어는 대부분 구리 도금 와이어이다. 구리로 도금하는 이유는 전기전도성을 확보
하고, 방청성 등을 개선시키기 위함이다. 그러나, 구리 도금 강철 와이어는 강철의 기재가 완전히 노출된 와이어, 즉 비-구
리 도금 와이어보다 용적 위의 구리 농도가 높기 때문에, 용적의 표면장력이 더 크다는 것이 밝혀졌다. 본 발명은 1초 당
2000 프레임이 가능한 고속 비디오 카메라를 사용하여 마그 용접의 아크 현상을 관찰하였다. 그 결과, 구리 도금 와이어의
용적이 다음과 같은 방식으로 이동하는 것을 발견하였다. 각 용적의 직경은 수직 방향으로 증가하여 용적의 직경 감소를
달성하지 못한다. 이는 다음과 같은 사실에 기인한 것으로 보인다. 즉, 각 용적의 직경 증가는, 분무 아크 도중 용적들 끼리
의 순간 단락 또는 용적과 용융풀 간의 순간 단락을 유발하여 스패터의 발생을 촉진시키기 때문이다. 반면, 비-구리 도금
와이어의 용적은 다음과 같은 방식으로 이동한다. 즉, 용적 표면 위에 구리가 존재하지 않아 용적의 표면 장력이 감소하고,
이로 인해 용적의 직경이 감소한다. 따라서, 분무 아크 도중 용적 끼리의 순간 단락 또는 용적과 용융풀 간의 순간 단락이
발생하지 않으므로 스패터 발생량이 감소한다. 일본 특허 제 104883/1999 호에서는 상기 비-구리 도금 와이어의 표면 조
건하에서, 스패터의 발생량을 추가로 감소시키기 위해, 와이어 표면에 K 화합물 및 MoS2의 도포를 개시하고 있다.
그러나, 와이어가 수백 킬로그램의 단위의 안정도로 공급되어야 하는 실제 용접에서는, 무도금 와이어 표면 위에 K 화합
물 및 MoS2를 도포함으로써 다음의 문제가 명백히 발생된다. 즉, K 화합물 및 MoS2가 와이어 표면으로부터 떨어져서, 도
관선 내에 축적된다. 따라서, 와이어 공급능이 점진적으로 불안정해진다.
또한, 용접 도중 와이어 공급능이 불안정한 조건하에서는, K 화합물 및 MoS2로 인해 매우 강한 아크 안정화 및 보다 낮은
스패터 수준을 달성해야 하는 상기 효과를 충분히 수득하는 것이 불가능하다.
등록특허 10-0495572
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발명의 요약
이러한 상황에서 본 발명은 완성되었다. 따라서, 본 발명의 목적은 대량 공급 중에서도 우수한 윤활 특성 및 공급능을 유
지하면서도 스패터 발생량을 감소시킬 수 있는 마그 용접용 무도금 고체 와이어를 제공하는 것이다.
한 양태에 있어서, 본 발명은 와이어의 둘레면에 개구부를 갖고 개구부에서보다 안쪽이 넓은 피트 및/또는 외부의 입사광
으로 조사되지 않는 부분을 포함하는 피트; 및 각 피트의 내부 및/또는 와이어 표면 위에 황화물 및 폴리이소부텐 함유 오
일(폴리이소부텐 함유 오일은 와이어 10 kg 당 0.1 내지 2g의 양으로 존재한다)을 포함하는 아크 용접용 무도금 고체 와이
어를 제공한다.
부수적으로, 본 명세서에서의 "와이어의 둘레면에 개구부를 갖고, 개구부에서보다 안쪽이 넓은 피트"는 병목형 피트를 의
미한다. 반면, "와이어의 둘레면에 개구부를 갖고, 외부 입사광으로 조사되지 않는 안쪽 부분을 포함하는 피트"는 "동굴형
피트"를 의미한다.
도 1은 "병목형 및/또는 동굴형 피트"를 나타내는, 와이어의 횡단면도이다. 도 1에서 도시하는 바와 같이, 광선의 방향을
따라 중심을 향해 와이어 표면 위로 투영되는 가상의 광원이 존재한다고 가정하는 경우, 상기 와이어는 그늘이 져서 표면
으로부터 시인될 수 없는 부분을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또다른 양태에 있어서, 본 발명은 바람직하게는 설정된 와이어 둘레를 따라 둘레 길이 당 총 20개 이상의 지점에서 피트
를 포함하는, 아크 용접용 무도금 고체 와이어를 제공한다.
또다른 양태에 있어서, 본 발명은 피트의 효율적 길이비가 바람직하게는 0.5% 이상 50% 이하인, 마그 용접용 무도금 고
체 와이어를 제공한다.
또다른 양태에 있어서, 본 발명은 폴리이소부텐 함유 오일이 바람직하게는 와이어 10kg 당 0.1 내지 2g의 양으로 존재하
는, 아크 용접용 무도금 고체 와이어를 제공한다.
또다른 양태에 있어서, 본 발명은 "병목형 및/또는 동굴형 피트", 즉 와이어 표면 위 또는 와이어 표면 바로 아래에, 황화
물로서 0.1 내지 10 ㎛의 입경을 갖는 MoS2가 존재하고, 상기 MoS2의 코팅 중량이 10kg 당 0.01 내지 0.5g인 마그 용접
용 무도금 고체 와이어를 제공한다.
또다른 양태에 있어서, 본 발명은 피트내 및/또는 와이어 표면 위에 K 화합물이 존재하고, 상기 K 화합물 중 K가 와이어
의 총량을 기준으로 2 내지 10 질량 ppm의 양으로 존재하는 아크 용접용 무도금 고체 와이어를 제공한다.
또다른 양태에 있어서, 본 발명은 K 화합물이 바람직하게는 칼륨 보레이트인 아크 용접용 무도금 고체 와이어를 제공한
다.
또다른 양태에 있어서, 본 발명은 0.1 내지 10㎛의 입경을 갖는 MoS2가 바람직하게는 피트 내 및/또는 와이어 표면 위에
와이어 10 Kg 당 0.01 내지 0.5g의 양으로 존재하는 아크 용접용 무도금 고체 와이어를 제공한다.
또다른 양태에 있어서, 본 발명은 와이어 성분으로서, 바람직하게는, C 0.01 내지 0.15 질량%, Si 0.2 내지 1.2 질량%,
Mn 0.5 내지 2.5 질량%, P 0.001 내지 0.030 질량, S 0.001 내지 0.030 질량%, 및 O 0.001 내지 0.020 질량%를 함유하
는, 아크 용접용 무도금 고체 와이어를 제공한다.
또다른 양태에 있어서, 본 발명은 와이어가 0.05 질량% 이하의 Cu를 함유할 수 있는 아크 용접용 무도금 고체 와이어를
제공한다.
또다른 양태에 있어서, 본 발명은 와이어가 0.03 내지 0.3 질량%의 Ti Zr을 함유할 수 있는, 아크 용접용 무도금 고체
와이어를 제공한다.
또다른 양태에 있어서, 본 발명은 와이어가 0.01 내지 0.6 질량%의 Mo을 함유할 수 있는 아크 용접용 무도금 고체 와이
어를 제공한다.
이러한 구성을 사용하는 본 발명에 따르는 경우, 용접 도중 와이어가 칩 위에 바로 공급되는 경우에도 충분한 윤활 특성
이 유지된다. 따라서, 아크를 보다 안정화시킬 수 있고, 완전한 공급능이 유지하면서도 스패터 발생량을 추가로 감소시킬
수 있다.
또한, K 화합물 및 MoS2가 "병목형 및/또는 동굴형 피트", 즉 와이어의 표면 위 및/또는 와이어 표면의 바로 아래에 존재
하는 상태, 및 폴리이소부텐 함유 오일이 와이어 표면 위에 존재하는 상태는 다음과 같은 상태를 의미한다. 즉, 도 2에 개략
적으로 도시한 바와 같이, 이들 작용성 물질은 박막으로 침착되어 와이어 표면을 코팅하거나 와이어 표면에 형성된 다수의
피트 내부에 상기 작용성 물질이 포함된다. 이들 작용성 물질은, 염산(HCl)을 사용하여 와이어 표면을 산 피클링한 후에 와
이어 표면으로부터 30㎛ 깊이까지의 부분을 제거하는 경우에 취할 수 있는 K 화합물, MoS2, 및 폴리이소부텐 함유 오일
모두를 지칭한다.
본 발명의 기타 및 추가의 목적, 특징 및 장점은 하기 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
등록특허 10-0495572
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발명이 이루고자 하는 기술적 과제
본 발명은 대량 공급 중에서도 우수한 윤활 특성 및 공급능을 유지하면서도 스패터 발생량을 감소시킬 수 있는 마그 용접
용 무도금 고체 와이어를 제공하고자 하는 것이다.
발명의 구성 및 작용
본 발명은 하기의 실시예를 통해 보다 상세히 기술될 것이다. 도 3a에서 도시한 바와 같이, 와이어를 구리 도금하는 경우
와이어 표면의 구리 도금층으로 인해 전기전도성이 유지되는 효과가 달성되지만, 각 용적이 수직으로 신장되는 경향이 있
다. 수직으로 신장된 용적은 순간 단락의 유발을 촉진시킨다. 또한, 상기 용적은 보다 변동되기 쉬워진다.
한편, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 비-구리 도금 와이어를 사용하는 경우, 각 용적은 구리 도금 와이어에서보다 이탈되
기 쉽고, 용적이 보다 소형화되고 구(sphere) 형에 가까워진다. 따라서, 순간 단락이 발생하기 쉬워진다.
또한, 알칼리 금속인 K 화합물을 함유하는 아크 안정화제가 상기 와이어 표면 위 또는 와이어 표면 근처에 존재하는 경
우, 기재 물질로부터의 전자 방출이 보다 용이해진다. 따라서, 아크 포텐셜의 구배를 낮추면 아크의 크리핑-업(creeping-
up)이 용이해진다. 이에 따라, 용적 크기를 보다 감소시킬 수 있다. 결과적으로, 단락에 의해 발생된 스패터 등의 양이 현저
히 감소된다.
본 발명에서, K 보레이트는 바람직하게는 K 화합물을 함유하는 아크 안정화제로서 사용된다. 미세 입경의 K 보레이트는
시중에서 용이하게 구입할 수 있다. K 보레이트는 점도 개질제로서의 폴리이소부텐과 공존함으로써 와이어 표면으로부터
덜 박리된다. 한편, 와이어 드로잉(drawing) 윤활유 등으로서 K 스테아르산염과 같이 긴 탄소사슬을 갖는 유기 K 화합물
등을 사용하는 경우 K 화합물과 폴리이소부텐이 공존하더라도 박리되기 쉬운 성질은 변하지 않을 것이다.
또한, 와이어의 표면 위 또는 와이어 표면 근처에 적당한 양의 MoS2가 존재하는 것을 허용함으로써 공급 저항을 감소시
켜 각 용적의 크기 감소 및 방출성의 향상을 촉진시킨다. 와이어 표면 위에 미세 입자인 MoS2를 효율적으로 유지하기 위한
오일로서는 폴리이소부텐이 최적이다.
이하에서, 본 발명을 수행하기 위한 방법의 실시예를 도면을 참조하여 기술할 것이다. 도 2에서 도시하는 바와 같이, 본
발명에서는 와이어(1) 중 일부 표면에 작용성 물질(3)이 존재한다. 상기 작용성 물질(3)은 아크 안정화제로서의 K 함유 물
질(예를 들어, K 보레이트), 또는 0.1 내지. 10㎛의 입경을 갖는 K 함유 화합물 및 MoS2일 수 있다. 상기 물질은 "병목형
및/또는 동굴형 피트", 즉 와이어의 표면 위 및/또는 와이어 표면 바로 아래에 존재한다. 또한, 상기 작용성 물질(3) 이외에
도, 와이어(1)는 표면 위에 폴리이소부텐 함유 오일을 포함한다.
이어서, 와이어 표면 위에 "병목형 및/또는 동굴형 피트"를 형성하기 위한 방법 중 한가지 예를 설명한다. 부수적으로, 와
이어 드로잉하기 전에, 와이어에 상기 "병목형 및/또는 동굴형 피트"를 미리 형성하지 않고, 와이어 드로잉의 중간 단계에
서 형성하거나 최종 단계에서 형성할 수도 있다. 낮은 제조 단가를 가짐으로써 산업적 측면에서 효율적인 제조방법은 하기
3 단계를 기본으로 한다.
1. 와이어 블랭크의 가공 단계 중 요철 형성 단계
철공소에서의 균일한 연속식 캐스팅 및 고온 롤링 단계를 통해, 용접 와이어의 와이어 블랭크인 "미가공 와이어"를 제조
한다. 그러나, 배치식 로에서 주조하고 롤링하여 제조될 수도 있다. 이 단계에서는 롤링 조건, 즉 롤링 온도 및 감면율을 조
절하여, 와이어의 세로 방향에 따라 "주름형 피트"를 형성할 수 있다. 일반적으로 "주름형 피트"는 각각 산화철("스케일"이
라 지칭될 수 있음)로 충전되지만, 상기 산화철을 기계적 및 화학적 제거함으로써 하기에 기술될 단계들을 통해 "병목형 및
/또는 동굴형 피트"로 변할 수 있는 "와이어 블랭크 내의 피트"가 될 수 있다. 따라서, 먼저 충분한 깊이를 갖는 "와이어 블
랭크 내의 피트"가 수득되도록 롤링 온도 및 감면율을 조정한다.
다르게는, 어닐링에 의해 와이어 블랭크 상의 요철을 조절할 수도 있다. 예를 들어, 산화 조건 또는 증기 조건에서 와이어
블랭크를 우선 어닐링하여, 금속 결정 입계를 우선적으로 산화시킨다. 어닐링 후, 산화막을 화학적 또는 전기화학적으로
제거하여 입계 국부 부식을 선택적으로 제거함으로써 "와이어 블랭크 내의 피트"를 형성한다.
또한, 산화막의 화학적 제거의 전단계에서, 산 피클링 조건을 조정하여 "와이어 블랭크 내의 피트"의 정도를 조절할 수 있
다. 또한, 염산을 사용하여 와이어 블랭크를 피클링시키는 경우, 산소 및/또는 질산 및/또는 산소화된 물 등을 염산 배쓰에
첨가하여 "와이어 블랭크 내의 피트"의 정도를 조절함으로써 산화력을 개선시킬 수 있다. 또한, 염산 이외의 다른 산을 사
용하여 "와이어 블랭크 내의 피트"를 조절할 수 있다. 예를 들어, 질산을 사용하여 상기 미가공 와이어 표면에 부동태화 처
리를 수행한다. 이어서, 염소 이온 등을 사용하여 상기 표면을 국부적으로 전해질 에칭하여, 미가공 와이어 표면 내에 피트
를 형성할 수 있다. 반면, 억제제를 사용한 산 피클링을 이용해 와이어 블랭크 표면 상의 산화철(스케일)만을 선택적으로
용해시키고, 선명도가 둔화되지 않고 조성물 내에서의 고유 선명도로 피트를 유지시킴으로써, 다수의 선명한 피트를 갖는
와이어 블랭크를 수득할 수 있다. 이로부터 수득된 상기 선명한 피트는 후술할 방법에 의해서 "병목형 및/또는 동굴형 피트
"가 된다. 즉, 일반적인 산 피클링을 사용하여 생성된 피트는 개구부의 바깥쪽 가장자리가 원활하게 확장된다. 반면, 억제
제를 사용하는 경우에는, 생성된 피트의 개구부의 바깥쪽 가장자리가 예각으로 확장되어, 상기 개구부의 바깥쪽 가장자리
에서의 피트가 내부에서의 피트보다 좁아진다. 상기 억제제는 강철 기재 부식 억제제의 화학물질을 의미한다.
또한, 다르게는, 와이어 블랭크 가공 단계에서, 표면의 요철을 조정한 롤링 롤러를 사용하여 롤러 표면 상의 요철을 와이
어 표면으로 옮김으로써, "와이어 블랭크 내의 피트"를 형성시킬 수 있다. 롤러 이동에 의해, 산화막의 존재 여부, 와이어
드로잉 온도 및 와이어 직경과 무관하게 "와이어 블랭크 내의 피트"를 형성할 수 있다.
등록특허 10-0495572
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2. 일부 충전물을 사용하여 피트를 충전시키고, 피트의 존재를 유지하면서 개구부(개구)를 좁히는 단계.
크게 개방된 개구부를 갖는 와이어 블랭크 표면 상에, 최종 생성물 와이어 직경에서 요구될 작용성 코팅제를 도포한다.
이어서, 와이어를 와이어 드로잉시켜 상기 개구부를 좁힌다. 결과적으로, 강철막은 피트 내에서 코팅제로 얇게 코팅된다.
따라서, "병목형 및 동굴형 피트의 각 내부에 코팅제가 존재하는, 목적하는 와이어"를 수득할 수 있다. 본 단계에서는 와이
어 드로잉 다이 또는 마이크로밀 또는 롤러 다이를 사용하여 상기 와이어 드로잉을 수행할 수 있다.
와이어 드로잉 다이를 사용하여 와이어 드로잉을 수행하는 경우에는, "와이어 블랭크 내의 피트"의 모양을 그대로 유지시
키기가 어렵다. 그러나, 코팅제 내의 결합제 성분을 조정함으로써, "병목형 또는 동굴형 피트"를 형성시키는 것이 가능하
다. 특히, 방식피막(bonderizing) 처리에서 와이어 표면에 화학적으로 접착될 수 있는 무기 결합제 및/또는 유기 결합제,
붕사를 사용하여 피트 모양을 유지시킬 수 있다.
반면, 마이크로밀 및/또는 롤러 다이를 사용하는 경우에는, "와이어 블랭크 내의 피트"가 비교적 유지되려는 경향을 갖는
다. 따라서, 최종 와이어 직경에서 "병목형 또는 동굴형 피트"를 형성할 수 있다.
와이어 드로잉 단계에서는, 상기 와이어 드로잉 다이, 마이크로밀 또는 롤러 다이를 단독 및 조합하여 사용함으로써 와이
어를 와이어드로잉시킬 수 있다.
또한, K 화합물(특히, K 보레이트), MoS2, 또는 폴리이소부텐 함유 오일을 유기 결합제 및/또는 무기 결합제와 혼합한다.
생성된 혼합물을 와이어 표면에 도포한다. 이어서, 상기 와이어를 와이어 드로잉 전단계 처리에 적용시켜 "와이어 블랭크
내의 피트"의 각 모양을 유지하면서도 와이어 표면의 개구부(개구)를 점진적으로 좁힌다. 그 결과, 고도의 효율로 K 화합
물, MoS2, 또는 폴리이소부텐 함유 오일을 보유할 수 있는 "병목형 또는 동굴형 피트"를 형성할 수 있다.
3. 생성될 와이어의 표면을 외관상 매끄럽게 하기 위한 마무리 단계.
최종적으로, 공급 윤활제, 전기전도성 안정화제, 또는 스패터 억제제와 같은 작용성 물질을 피트 내에 충전시켜야 한다.
또한, 상기 와이어는 양호한 전기전도성 및 폐쇄 방지성의 확보를 위해 외관상 매끄러운 표면이 되도록 마무리되어야 한
다.
"와이어 블랭크 내의 피트"의 형성 단계중 최종 와이어 직경에서 작용성 물질을 충전하는 경우, 마무리 와이어 드로잉 다
이 및 롤러 다이 등을 사용하여 와이어에 스킨 패스(skin pass) 가공(낮은 감면율의 가공)을 수행한다. 따라서, 와이어 강
철막을 각 피트의 개구부 위에 얇게 코팅하여 이들의 개구를 작아지게 한다. 결과적으로, 본 발명의 와이어를 제조할 수 있
다.
또한, 다르게는, "와이어 블랭크 내의 피트"를 또다른 물질로 미리 충전한 다음, 와이어 드로잉을 수행한다. 마무리 와이
어 드로잉 단계에서, K 화합물, MoS2, 및 폴리이소부텐 함유 오일로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 물,
알콜, 오일 및 에멀젼 등에 분산시키고, 생성된 분산액으로 와이어 표면 위를 문지른다. 이러한 과정을 통해, 상기 물질은 "
병목형 또는 동굴형 피트"의 각 내부에 미리 충전되었던 물질과 교체되어 피트 내에 잔류하게 된다.
도 4는 본 발명의 실제 와이어의 횡단면의 사진이다. 본 발명의 와이어는 엄밀히 말하여 비-구리 도금 고체 와이어임을
주지해야 한다. 이는 다음의 사실에 기인한다. 즉, 구리 도금 와이어에서는, 전술한 "병목형 또는 동굴형 피트"가 형성된 경
우에서도, 구리 도금이 박리되기 쉽기 때문이다. 따라서, 상기 와이어를 실용적으로 사용하는 것이 불가능하다. 동시에, 전
술한 바와 같이, 구리 도금으로 인해 불안정한 용적 이동 현상이 발생한다.
그 다음, "병목형 및/또는 동굴형 피트"의 특성을 보다 상세히 기술할 것이다. 상기 "병목형 및/또는 동굴형 피트"를 갖는
와이어의 특성을 평가한 결과는 다음과 같이 밝혀졌다.
"병목형 및/또는 동굴형 피트"의 수에 있어서, 바람직하게는 피트는 와이어의 둘레를 따라 둘레 길이당 총 20개 이상의
지점에서 존재한다. 따라서, 코팅제가 충분한 효능을 발휘할 만큼 작용성 물질을 보유할 수 있다. 피트의 수는 다음의 방식
으로 계산한다. 우선, 상기 와이어를 1m의 길이로 샘플링하고, 종축으로 각 10개의 지점마다 횡단면을 취한다. 이어서, 와
이어의 둘레를 따라 피트의 수(둘레 당)를 세고, 10개의 횡단면 중 최대 값을 피트의 총 수로 정한다. 즉, 10개의 횡단면 중
적어도 하나의 횡단면이 20 피트 이상을 만족시킨다.
이러한 모양의 각 피트의 수가 둘레 당 20개 이상인 경우에는, 공급능, 아크 안정도 및 스패터 발생량의 감소에 대한 효과
를 충분히 발생시킬 만큼의 양으로 코팅제를 보유할 수 있다. 또한, 와이어의 둘레 중 단지 일부분에 코팅제가 매끄럽지 못
하게 공급되는 것을 방지할 수 있다. 피트의 수가 20개 미만인 경우, 와이어의 둘레 중 일부 위치에는 평탄치 못하게 공급
될 수 있다. 이러한 경우, 코팅제는 와이어의 둘레면의 일부분에서만 작용하여, 균일하고 안정적인 아크 현상을 달성하기
가 어려워진다.
또한, 유효한 피트 길이비가 0.5% 이상 50% 미만인 경우, 코팅제를 보유하는 효과가 보다 향상되고, 상기 코팅제의 효과
가 충분히 발휘된다. 부수적으로, 상기 유효한 피트 길이비는, 와이어 참조 원호(circular arc) 길이에 대하여, 광이 와이어
표면에 수직으로 가상 투영되는 경우 그늘지는 부분의 총 길이(l1 l2 …ln )의 비로서 정의된다.
1. 이는 하기 수학식 1로서 표현될 수 있다:
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수학식 1
반면, 유효한 피트 길이비가 0.5% 이상 50% 미만인 경우에는, 코팅제를 보유하는 효과가 충분히 발휘된다. 유효한 피트
길이비가 0.5% 미만인 경우에는, 충분량의 코팅제를 보유할 수 없다. 반대로, 유효한 피트 길이비가 50% 이상인 경우에는
표면 요철이 증가하여 표면의 마찰저항이 증가하게 된다. 따라서, 와이어의 공급능이 저하된다.
일반적으로, 와이어의 표면 요철 등의 크기는 평균 요철(Ra), 최대 높이(Ry), 10점 평균 요철(Rz), 로드 길이비(tp), 요철
요소간의 평균 간격(Sm), 지역 피크간의 평균 간격(S) 및 특정 표면적 등으로 표시된다. 그러나, 이러한 값들로 표현한 단
순한 요철만으로는 코팅제를 효율적으로 보유하였는지를 말할 수 없다. 즉, 종래 기술에서 연구되었던 바와 같은 단순한
요철만으로는, 와이어가 변형된 경우, 각 피트의 모양도 변한다. 따라서, 이들로부터 상기 코팅제의 방출이 보다 쉬워진다.
코팅제를 효율적으로 보유하기 위해서는, 앵커(anchor) 효과를 갖는 각각의 "병목형 및/또는 동굴형 피트" 내에 코팅제를
보유하는 것이 바람직하다. 이로써, 와이어의 변형 등이 발생하여 각 피트의 모양이 일정 부분 변하는 경우에도, 피트로부
터 코팅제가 쉽게 이탈되어버릴 가능성을 제거한다.
각 피트의 모양을 하기 방법으로 검사할 수 있다. 첫 번째로, 스퍼터링하여 와이어 표면 위의 Pt, Ni 또는 Cu의 금속 박막
을 증발시킨다. 그 다음, 상기 와이어에 열경화성 수지를 두른다. 이어서, 횡단면을 연마한다. 이어서, 상기 연마된 횡단면
을 스캐닝 전자 현미경으로 관찰하여 와이어 표면의 기하학 및 코팅제의 존재 여부를 검사한다. 바람직하게는, 1000배 내
지 2000배 확대된 와이어 횡단면의 표면을 관찰하여 병목형 및 동굴형 피트의 피트 길이비를 측정한다. 보다 구체적으로,
1000배 내지 2000배 확대된 표면의 이미지를 출력하거나, 상기 이미지를 디지털 데이터로 캡쳐링한다. 사진원지를 사용
하는 경우에는, 분할기를 사용하여 가상 광원에 대한 그림자 길이의 총합을 측정한다. 와이어의 참조용 원호 길이로 상기
측정된 값을 나눈다. 이로써, 유효한 피트 길이비를 측정할 수 있다. 반면, 디지털 데이터를 이미지 처리하여 모양을 검사
한다. 이어서, 가상 광원에 대한 그림자 길이의 총합을 측정한다. 상기 값을 참조용 와이어의 원호 길이로 나눈다. 이로써,
유효한 피트 길이비를 측정할 수 있다.
종래 수행되었던 와이어의 접촉식 요철 측정, 또는 전자빔 또는 레이저를 사용한 비접촉식 모양 측정으로는 상기의 유효
한 피트 길이비를 산출할 수 없다.
유효한 피트 길이비를 전술한 범위 내에 포함시키기 위해서는 다음과 같은 방식으로 조절한다. 즉, 미가공 와이어 또는
드로잉된 와이어를 고-감면율의 고온 롤링을 수행한다. 그 결과, 종래 기술, 특히 딥(deep) 피트로는 수득될 수 없었던 특
정 주름을 갖는 와이어 표면을 수득할 수 있다. 종래 기술에서는, 다음과 같은 이유로 인해 의도적으로 피트를 형성하는 것
이 회피되었다. 즉, 와이어 블랭크 가공 단계에서 과량의 피트가 와이어 표면 위에 형성되는 경우, 후속의 와이어 드로잉
단계에서의 거친 표면, 균열 등을 야기한다. 본 발명은 이러한 종래 기술의 상식을 반박한다.
또한, K 화합물이 폴리이소부텐 내에 함유되고 와이어 표면 위 또는 와이어의 표면 근처에 존재하도록 적절히 허용함으
로써, 용적의 크기가 감소하고 순간 단락의 발생이 보다 어려워지는 효과를 나타낼 수 있다.
또한, MoS2가 폴리이소부텐 내에 함유되고 와이어의 표면 위 또는 와이어 표면 근처에 존재하도록 적절히 허용함으로써,
용적의 크기 감소를 추가로 촉진시키는 효과를 수득할 수 있다.
이하에, K 화합물의 분석 방법 및 MoS2의 분석 방법에 대해 설명한다.
(K 화합물의 분석 방법)
1. 약 20 내지 30 mm의 길이 및 20g의 양으로 K 화합물 침착된 와이어의 절단 샘플을 제조한다;
2. 염산과 산소화된 물을 혼합하여 수득된 액체를 석영 비커에 붓는다. 상기 절단 샘플을 넣고, 수분 동안 침지시킨다. 그
다음, 절단 샘플을 꺼내고 잔여 액체를 여과한다;
3. 여과 후, 원자 흡수법으로 액체 내의 K 화합물의 농도를 측정하여 와이어 10 kg 당 코팅제 중량을 측정한다.
(MoS2 분석 방법)
유기 용매(예를 들어, 에탄올, 아세톤 및 석유 에테르 등)으로 와이어를 세척한다. 이어서, 여과지로 세척 액체를 여과한
다음, 여과지를 건조한다. 상기 여과지에 대해 습식법(질산, 황산 및 과염소산 내에서 백색 스모크를 발생시키도록 여과지
및 MoS2를 완전히 용해 및 이온화키는 습식 애싱법(ashing))을 수행하여 MoS2(a)를 용해시키고, 원자 흡수법으로 Mo을
정량화한다. 상기 와이어를 에탄올로 세척한 후, 염산 수용액(염산 1 물 1)에 침지 및 용해시켜 MoS2를 유리시킨다(b).
이어서, 유리된 MoS2(b)를 여과지로 여과하고, 습식법으로 MoS2를 용해시켜 원자 흡수법에 의해 Mo을 정량화한다. 이어
서, MoS2의 (a) (b)의 총량을 측정하고, 와이어 질량으로 나누어 와이어 10kg 당 MoS2의 코팅 중량을 측정한다.
(폴리이소부텐 정성분석법)
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와이어 표면의 오일이 폴리이소부텐을 함유하는지의 여부는 다음과 같은 방식으로 판단될 수 있다. 세척 용액으로서 사
염화탄소 또는 헥산을 사용하여 와이어 표면을 세척한다. 감압하에서 증류시켜 세척액으로부터 상기 세척 용매를 제거한
다. 이어서, 투과법으로 잔여물의 적외선 흡광 스펙트럼을 측정한다. 도 5는, 가로 좌표가 파수이고 세로 좌표가 투과율인,
폴리이소부텐의 특징적 흡수를 보여주는 그래프이다. 1230 ㎝-1, 1365 ㎝-1 및 1388 ㎝-1 근처에서 최대값을 갖는 특징
적 흡수가 관찰되는 경우, 폴리이소부텐이 함유되어 있는 것으로 판단될 수 있다. 폴리이소부텐은 하기 화학식 1의 구조를
갖는다. 12230 ㎝-1에서의 흡수는 4급 탄소 원자의 골격 진동에 기인하고, 1365 ㎝-1 및 1388 ㎝-1에서의 흡수는 디메틸
구조와 함께 메틸 그룹의 변형 진동에 기인한 것으로 생각된다. 부수적으로, 상기 파수는 공존하는 오일, 중합화 정도 및
폴리이소부텐의 분지 구조 등에 영향을 받아 약 5 ㎝-1의 편차를 발생시킬 수 있다.
화학식 1
(오일의 정량 분석법)
설정된 농도의 폴리이소부텐을 함유하는 사염화탄소 용액을 제조한다. 상기 용액을 표준 용액으로서 사용한다. 약 20 내
지 30 mm의 길이 및 약 20g의 양으로 와이어의 절단 샘플을 제조한다. 상기 절단 샘플을 사염화탄소 속에 침지시키고 세
척한다. 적외선 흡수법으로 상기 세척 액체를 측정하고, 표준 용액과 비교하여 와이어 10kg 당 폴리이소부텐 코팅의 중량
을 측정한다.
이하에, 와이어, K 화합물 및 MoS2의 조성물의 수치를 제한하는 이유에 대해 설명한다.
K 화합물의 와이어 위의 코팅 중량: 2 내지 10 질량 ppm
아크 안정화제 내에 함유된, K 화합물의 와이어 위의 코팅 중량이 2 질량 ppm 미만인 경우, 용적 위로의 아크의 크리핑-
업을 수행하기가 어려워진다. 따라서, 각 용적의 크기 감소 효과가 충분히 수득될 수 없어, 단락에 의해 스패터가 발생하기
쉬워진다. 반면, K 화합물의 와이어 위의 코팅 중량이 10 질량 ppm을 초과하는 경우, 도관선 내부가 폐쇄되어, 공급 성능
이 불량해진다. 따라서, 스패터의 발생량이 증가한다. 따라서, K 화합물의 와이어 위 코팅 중량은 2 내지 10 질량 ppm으로
설정된다.
폴리이소부텐 함유 오일의 코팅 중량: 와이어 10kg 당 0.1 내지 2g
폴리이소부텐 함유 오일의 코팅 중량이 와이어 10kg 당 0.1g 미만인 경우에는, 공급에 대한 저항 감소 효과를 기대할 수
없다. 따라서, 불안정한 공급으로 인해 스패터 발생량이 증가한다. 반면, 폴리이소부텐 함유 오일의 코팅 중량이 와이어
10kg 당 2g을 초과하는 경우에는, 폐쇄가 발생하는 경향이 있다. 따라서, 유사하게도 불안정한 공급으로 인해 스패터의 발
생량이 증가한다. 이로써, 폴리이소부텐 함유 오일의 코팅 질량은 와이어 10kg 당 0.1 내지 2g으로 설정된다.
0.1 내지 10 ㎛의 입경을 갖는 MoS2의 코팅 중량: 와이어 10kg 당 0.1 내지 0.5g
MoS2의 입경은 바람직하게는 0.1 내지 10㎛이다. MoS2의 입경이 0.1㎛ 미만인 경우, 슬립 특성이 발생하지 않는다. 따
라서, 양호한 공급능을 수득할 수 없다. 한편, MoS2의 입경이 10㎛을 초과하는 경우에는, 슬립 특성을 수득할 수 있다. 그
러나, 와이어 표면으로부터 MoS2 입자가 박리되어 충분한 공급능을 수득할 수 없게된다. MoS2의 코팅 중량이 와이어
10kg 당 0.01g 미만인 경우, 공급에 대한 저항을 감소시키는 효과를 기대할 수 없다. 따라서, 불안정한 공급으로 인해 스
패터의 발생량이 증가한다. 반면, MoS2의 코팅 중량이 와이어 10kg 당 0.5g을 초과하는 경우, 폐쇄된다. 유사하게, 결과
적으로 불안정한 공급으로 인해 스패터가 발생하게 된다. 따라서, 입경이 0.1 내지 10㎛의 입경을 갖는 MoS2의 코팅 중량
은 와이어 10kg 당 0.01 내지 0.5g으로 설정되는 것이 바람직하다.
C: 0.01 내지 0.15 질량%
C의 첨가량 0.01 질량% 미만인 경우, 각 용적의 표면장력이 극히 감소하여 순간 단락시 스패터 발생량이 증가하게 된다.
반면, C의 첨가량이 0.15 질량%를 초과하는 경우에는, 표면장력이 극히 증가하여, 아크 반발력에 의해 대형 스패터의 발
생이 쉬워진다. 따라서, C의 첨가량은 0.01 내지 0.15 질량%로 설정되는 것이 바람직하다.
Si: 0.2 내지 1.2 질량%
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Si의 첨가량이 0.2 질량% 미만인 경우, 각 용적의 표면 장력이 과도하게 감소하여 순간 단락시 스패터 발생량이 증가하
게 된다. 반면, Si의 첨가량이 1.2 질량%를 초과하는 경우, 표면 장력이 극히 증가하여 아크의 반발력으로 인해 대형 스패
터의 발생이 보다 쉬워진다. 따라서, Si의 첨가량은 0.2 내지 1.2 질량%로 설정되는 것이 바람직하다.
Mn: 0.5 내지 2.5 질량%
Mn의 첨가량이 0.5 질량% 미만인 경우, 각 용적의 표면장력이 극히 감소하여 순간 단락시 스패터 발생량이 증가하게 된
다. 반면, Mn의 첨가량이 2.5 질량%를 초과하는 경우, 표면장력이 극히 증가하여 아크의 반발력에 의해 대형 스패터의 발
생이 보다 쉬워진다. 따라서, Mn의 첨가량은 0.5 내지 2.5 질량%로 설정되는 것이 바람직하다.
P: 0.001 내지 0.030 질량%
P의 첨가량이 0.001 질량% 미만인 경우, 표면 장력이 과도하게 증가하여 스패터 발생량이 증가하게 된다. 반면, P의 첨
가량이 0.030 질량%를 초과하는 경우, 각 용적의 표면장력이 극히 감소하여 순간 단락시 스패터 발생량이 증가하게 된다.
따라서, P의 첨가량은 0.001 내지 0.030 질량%로 설정되는 것이 바람직하다.
S: 0.001 내지 0.030 질량%
S의 첨가량이 0.001 질량% 미만인 경우, 표면장력이 과도하게 증가하여 스패터 발생량이 증가하게 된다. 반면, S의 첨가
량이 0.030 질량%를 초과하는 경우 각 용적의 표면장력이 극히 감소하여 순간 단락시 스패터 발생량이 증가하게 된다. 따
라서, S의 첨가량은 바람직하게는 0.001 내지 0.030 질량%로 설정된다.
O: 0.001 내지 0.020 질량%
O의 첨가량이 0.001 질량% 미만인 경우, 표면장력이 과도하게 증가하여 스패터의 발생량이 증가하게 된다. 반면, O의
첨가량이 0.020 질량%를 초과하는 경우, 각 용적의 표면장력이 극히 감소하고, 반대로 스패터 발생량은 증가한다. 따라서,
O의 첨가량은 0.001 내지 0.020 질량%로 설정되는 것이 바람직하다.
Cu: 0.05 질량% 이하
Cu의 첨가는 와이어의 방청성을 개선시키는 효과를 제공한다. 이러한 이유로, Cu를 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나,
Cu의 첨가량이 0.05 질량%를 초과하는 경우, 각 용적의 크기가 감소하고 용적이 늘어난다. 따라서, 단락의 발생수가 증가
하여 스패터 발생량이 증가하게 된다. 따라서, Cu를 첨가하는 경우, Cu는 0.05 질량% 이하의 양을 첨가된다.
Ti Zr: 0.03 내지 0.3 질량%
Ti Zr의 첨가량이 0.03 질량% 미만인 경우, 각 용적의 표면장력이 감소하면서, 순간 단락에서의 스패터 발생량은 증가
한다. 반면, Ti Zr의 첨가량이 0.3 질량%를 초과하는 경우, 표면장력이 과도하게 증가하여 아크의 반발력에 의해 대형 스
패터의 발생이 보다 쉬워진다. 따라서, Ti Zr를 첨가하는 경우, Ti Zr의 첨가량은 0.03 내지 0.3 질량%로 설정된다.
Mo: 0.01 내지 0.6 질량%
Mo의 첨가량이 0.01 질량% 미만인 경우, 표면장력이 감소하면서 스패터의 발생량은 증가한다. 반면, Mo의 첨가량이
0.6 질량%를 초과하는 경우, 표면장력이 과도하게 증가하여 아크의 반발력으로 인해 스패터의 발생이 보다 쉬워진다. 따
라서, Mo를 첨가하는 경우, Mo의 첨가량은 0.01 내지 0.6 질량%로 설정된다.
전술한 바와 같이, 비-구리 도금 와이어를 위한 본 발명의 적용 조건을 사용함으로써 다음의 효과를 달성할 수 있다.
1) 용적의 크기가 감소되고;
2) 순간 단락이 보다 덜 발생한다.
결과적으로, "분무 이동"으로서 지칭되는 마그 용접 용적의 이동 방식이 보다 원활하게 수행된다. 따라서, 본 발명의 목적
인, 스패터의 양의 감소에 대한 충분한 효과를 달성할 수 있다.
이하에, 본 발명의 범주에 포함되는 마그 용접용 고체 와이어와, 본 발명의 범주에서 벗어나는 비교예를 비교하여 설명한
다. 이어서, 이들의 효과를 기술할 것이다.
우선, 본 발명이 적용된 와이어에서의 스패터 발생량의 감소 효과에 대한 실험을 수행하였다. 도 6은 스패터의 측정방법
을 보여주는 모형도이다. 수거 상자(11)의 상부에 용접 토치(12)의 상부가 아래쪽으로 오도록 장착하였다. 수거 상자(11)
의 토치(12) 바로 아래에 시험 시트(13)를 설치하였다. 이어서, 하향(flat position) 용접법으로 용접 와이어를 토치(12)로
부터 공급하여 시험 시트(13)를 용접시키고, 생성된 스패터(14)를 수거 상자(11)에 수거하였다. 수거 상자(11)에 수거된
스패터를 회수하여 질량을 측정하였다.
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하기 표 1 내지 3에서 나타낸, 마그 용접용 고체 와이어를 사용하여, 표 6의 용접 조건하에서 도 6의 스패터 측정 기구를
사용하여 스패터를 측정하였다. 부수적으로, 표 1 내지 3의 각 컬럼의 "스패터 평가"는 하기 표 7에서 나타낸 평가기준을
기본으로 한 평가에 의해 결정된다. 또한, 표 4의 수행결과는 1.2mm 이상의 와이어 직경을 갖는 와이어 샘플을 사용하여
수득된 결과이다. 그러나, 표 4에서는, 와이어 직경을 변화시킴으로써 수득된 수행결과 또한 제공된다.
표 1.
표 2.
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표 3.
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표 4.
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표 5.
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표 6.
용접 조건 와이어 직경(mmФ)
0.8 0.9 1.2 1.6
용접 전류(A) 110 150 260 450
와이어 신장(mm) 15 15 20 20
용접 방법 하향 기준(도 6)
시험 시트 SM490
방호 가스 조성물 80% Ar 20% CO2
방호 가스 유속 25(ℓ/분)
표 7.
스패터 평가 기준
와이어 직경(mmФ) 평가
0.8 0.9 1.2 1.6
스패터 발생량 스패터 발생량
0 - 400(㎎/분) 0 - 600(㎎/분) ◎
400 - 700 이상
(㎎/분)
600 - 1000 이상
(㎎/분)
O
700 - 900 이상
(㎎/분)
1000 - 1200 이상
(㎎/분)
△
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900 - 1200 이상
(㎎/분)
1200 - 1600 이상
(㎎/분)
×
1200 이상(㎎/분) 1600 이상(㎎/분) ××
표 1, 2 및 4는 본 발명의 실시예를 나타내고, 표 3 및 5는 비교예를 나타낸다. 부수적으로, 사용된 MoS2의 입경은 모두
0.1 내지 10㎛이다. 반면, 본원에서 사용된 폴리이소부텐-함유 오일은 80% 이상의 폴리이소부텐 함량을 갖고, 오일의 유
동성을 향상시키기 위해 에스테르와 같은 유질 개선 성분을 나머지 성분으로서 함유한다.
먼저, 표 1을 설명한다. 실시예 1의 샘플은 본 발명의 모든 요건을 만족시킨다. 그러나, C 성분의 함량은 상한선에 근접하
고, 스패터 발생량이 적지만 약간 불량하다. 실시예 2, 3 및 8 중 임의의 샘플에서는, 피트의 수가 본 발명에서 정의한 하한
선 미만이고, 스패터 발생량이 적긴 하지만 약간 불량하다. 실시예 6의 샘플에서는, 피트의 수가 20 이상이다. 그러나, 유
효한 피트 길이비가 50%를 초과하기 때문에 표면 요철이 높아지고, 이로 인해 와이어 공급능이 저하될 것으로 생각된다.
따라서, 스패터의 양을 감소시키는 효과가 약간 적은 것으로 관찰된다. 실시예 7, 12 및 13의 샘플에서는, 유효한 피트 길
이비가 본 발명에서 정의한 하한선 미만이고, 스패터 발생량은 적지만 약간 불량하다. 실시예 4, 5, 9 및 10의 샘플은 본 발
명의 모든 요건을 비교적 만족시키며, 모든 경우, 스패터 발생량이 충분히 적다. 실시예 14의 샘플에서는, MoS2의 양 및
유효한 피트 길이비가 본 발명에서 정의한 상한선을 벗어나고, 스패터 발생량이 적지만 약간 불량하다. 실시예 15의 샘플
에서는, MoS2의 양 및 유효한 피트 길이비가 본 발명에서 정의한 하한선을 벗어나고, 스패터 발생량이 적지만 보다 불량하
다.
본원에서, 실시예 2 내지 6은 동일한 성분으로 구성된 와이어를 사용하여, 피트의 수 및 유효한 피트 길이비가 다양하게
상이하도록 제조된 와이어의 실험 결과를 나타낸다. 실시예 4 및 5의 각각의 샘플에서는, 피트의 수가 20 이상이고, 스패
터의 양을 감소시키는 효과가 보다 우수하다.
이어서, 표 1의 번호 16 내지 21은 와이어 직경을 1.6mm로 바꾸어 수행한 실시예이다. 실시예 16 내지 21의 샘플에서,
MoS2의 양 및 피트의 유효한 피트 길이비는 본 발명에서 정의한 상한선을 벗어나고, 스패터 발생량은 "O: 약간 불량"으로
평가된다. 실시예 17의 샘플에서, MoS2의 양 및 유효한 피트 길이비는 본 발명에서 정의한 하한선을 벗어나고, 스패터 발
생량은 "△: 약간 양호"로서 평가된다. 실시예 19 및 20에서는 모든 청구항을 만족시키며, 모든 경우 스패터 발생량이 충분
히 적은 것으로 밝혀졌다(◎).
표 2는 본 발명에서 정의된 성분을 함유하고, 임의의 성분을 각각의 하한선 및 상한선을 벗어나는 양으로 포함하는 실시
예를 나타낸다. 부수적으로, 임의의 경우, 1.2mm의 직경을 갖는 와이어가 사용된다. 실시예 29의 샘플에서, Ti의 양은 본
발명에서 정의한 하한선 값이다. 상기 샘플은 본 발명의 모든 요건을 만족시키고, 스패터 발생량이 충분히 적다. 실시예 37
에서는, Cu의 양이 본 발명에서 정의한 상한선을 초과한다. 스패터 발생량은 "△: 약간 양호"로서 평가된다. 실시예 42 및
42의 각각의 샘플에서는, 와이어 표면 부분 위의 K 화합물의 양이 본 발명에서 정의한 범위를 초과한다. 스패터 발생량은
"△: 약간 양호"로서 평가된다. 표 2의 기타 샘플에서는, 스패터 발생량이 "O: 약간 불량"으로서 평가된다.
부수적으로, 실시예들의 모든 결과는 K 화합물로서 칼륨 보레이트를 사용하여 수득된 결과이다. 칼륨 보레이트는 미세
분말 고체이고, 폴리이소부텐 함유 오일에 용이하게 분산 및 혼합될 수 있다. 그러나, 아크 안정도에 대한 효과는, K 화합
물인 임의의 화합물을 사용하여도 동일하게 발생하는 것으로 여겨진다. 따라서, 동일한 물성을 갖는 기타 K 화합물 또한
허용 가능할 것이다.
한편, 표 3에서 나타낸 바와 같이, 비교예 44 내지 48의 각 샘플에서, 폴리이소부텐 함유 오일의 코팅 중량은 본 발명에서
정의한 범위를 벗어난다. 따라서, 본 발명에서 "무도금 와이어"를 사용한 경우의 공급능은 충분치 않아 스패터 발생량이
"×: 약간 나쁨"으로서 평가된다. 아마도, 불충분한 공급능이 순간 단락의 발생 빈도를 증가시켜 스패터 발생을 야기하는
것으로 생각된다. 비교예 49 및 50의 각 샘플에서는, 폴리이소부텐 함유 오일의 코팅 중량이 본 발명에서 정의한 범위를
벗어난다. 또한, K 화합물의 양도 본 발명에서 정의한 범위를 벗어난다. 따라서, 공급능 및 아크 안정도 모두 불충분하여
스패터 발생량이 "××: 나쁨"으로 평가된다. 구체적으로, K 화합물의 양이 다량인 경우, 도관선에 K 화합물이 침착되고,
이로 인해 공급능이 저하될 것이다. 이는 스패터 발생량을 증가시킨다.
비교예 51의 샘플에서는, 폴리이소부텐 함유 오일의 코팅 중량이 본 발명에서 정의한 하한선 미만이고, C 성분의 함량이
본 발명에서 정의한 상한선을 초과한다. 반면, 비교예 52의 샘플에서는, 폴리이소부텐 함유 오일의 코팅 중량이 본 발명에
서 정의한 상한선 이상이다. 또한, 비교예 53의 샘플에서는, 폴리이소부텐 함유 오일의 코팅 중량이 본 발명에서 정의한 하
한선 미만이다. 또한, 비교예 54에서는, 폴리이소부텐 함유 오일의 코팅 중량이 본 발명에서 정의한 하한선 미만이고,
MoS2의 코팅 중량이 본 발명에서 정의한 상한선을 초과한다. 결과적으로, 임의의 경우, 스패터의 발생량은 "××:나쁨"인
것으로 밝혀졌다. 부수적으로, 표 3은 1.2mm의 직경을 갖는 와이어를 사용하여 모든 실험을 수행한 실시예를 나타낸다.
표 4는 0.8mm 및 0.9mm의 상이한 직경을 갖는 와이어를 사용하여 수득된 실험적 결과를 나타낸다. 상기 스패터 발생량
의 평가기준은 표 7에서 나타낸 바와 같이 1.2mm 이상의 직경을 사용하는 경우와 상이하다. 표 4의 결과는 다음과 같은
내용을 설명한다. 즉, 와이어 직경이 1.2mm보다 작은 경우에는, K 화합물이 존재하지 않더라도 스패터의 양을 감소시키
는 효과를 충족시킬 수 있다. 이는 다음의 사실에 기인한다. 즉, 와이어의 선단부에 매달려 있는 용적의 수축으로 야기된
단락에 의해 스패터가 발생하는 경우, 스패터 발생량이 상기 양보다 적기 때문이다. 반대로, K가 존재하는 경우에는,
0.8mm 또는 0.9mm의 작은 직경을 갖는 와이어에서 아크 발생 시점의 크리핑-업에 의해 아크 기둥의 변동이 야기된다.
이는 용접 수행성 측면에서 바람직하지 못하다.
한편, 표 5에서 나타내는 바와 같이, 비교예 76 내지 88의 결과는, 0.8mm 및 0.9mm의 직경을 갖는, 직경이 작은 와이어
를 사용하고, 각 폴리이소부텐 함유 오일의 코팅 중량이 본 발명에서 정의한 범위를 벗어나는 경우에 수득된 것이다. 어떠
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한 실시예에서도, 본 발명의 생성물로서 "무도금 와이어"를 위한 공급능은 충분하지 않고, 이로써 스패터 발생량은 "×: 약
간 나쁨" 또는 "××: 나쁨"으로서 평가된다. 불충분한 공급능은 순간 단락의 발생 빈도를 증가시켜 스패터를 발생시키는 것
이라 생각된다.
앞서 본 발명은 바람직한 실시양태를 기준으로 기술되었다. 그러나, 당해 분야의 숙련자들은 상기 실시양태에서 다수의
변수가 존재함을 인식할 것이다. 이러한 변수는 본 발명의 범주 및 첨부된 청구항 내에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
발명의 효과
본 발명은, 둘레 상에 개구부를 갖되, 개구부에서보다 안쪽이 넓은 피트 및/또는 외부 입사광으로 조사되지 않는 부분을
포함하는 피트를 갖는 아크 용접용 무도금 고체 와이어로서, 피트 내 및/또는 와이어 표면 위에 황화물 및 폴리이소부텐 함
유 오일을 포함하고, 와이어 표면 위 또는 와이어 표면 바로 아래의 "병목형 및/또는 동굴형 피트" 내에 0.1 내지 10㎛의 입
경을 갖는 MoS2를 포함하고, 피트 내 및/또는 와이어 표면 위에 K 화합물을 포함하는 아크 용접용 무도금 도체 와이어를
제공하여, 용접에서의 양호한 공급능, 윤활 특성 및 적은 스패터 발생량을 달성하였다.
(57) 청구의 범위
청구항 1.
와이어의 둘레면에 개구부를 갖고 개구부에서보다 안쪽이 넓은 하나 이상의 각각의 피트(pit), 및 와이어의 둘레면에 개
구부를 갖고 외부 입사광으로 조사되지 않는 안쪽 부분을 갖는 각각의 피트를 포함하는 피트;
각각의 피트의 안쪽 영역 및 와이어 표면의 영역 중 하나 이상에 존재하는 황화물;
각각의 피트의 안쪽 영역 및 와이어 표면의 영역 중 하나 이상에, 와이어 10kg 당 0.1 내지 2g의 양으로 존재하는 폴리이
소부텐 함유 오일을 포함하는 것으로,
상기 와이어의 표면이 도금되지 않는, 마그(MAG) 용접용 무도금 고체 와이어.
청구항 2.
제 1 항에 있어서,
피트의 수가 와이어의 둘레면의 둘레에 20개 이상의 지점이고,
피트의 길이비가 0.5% 이상 50% 미만인, 마그 용접용 무도금 고체 와이어.
청구항 3.
제 1 항에 있어서,
K 화합물이 상기 피트의 안쪽 영역 및 와이어 표면 중 하나 이상에 존재하고,
K 화합물 중 K가, 와이어의 총 질량을 기준으로, 2 내지 10 질량 ppm의 양으로 존재하는, 마그 용접용 무도금 고체 와이
어.
청구항 4.
제 3 항에 있어서,
K 화합물이 칼륨 보레이트인 마그 용접용 무도금 고체 와이어.
청구항 5.
제 1 항에 있어서,
황화물이, 0.1 내지 10㎛의 입경을 갖는 MoS2이며, 상기 MoS2가 와이어 10kg 당 0.01 내지 0.5g의 양으로 존재하는 마
그 용접용 무도금 고체 와이어.
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청구항 6.
제 1 항에 있어서,
와이어가 C 0.01 내지 0.15 질량%, Si 0.2 내지 1.2 질량%, Mn 0.5 내지 2.5 질량%, P 0.001 내지 0.030 질량%, S
0.001 내지 0.030 질량% 및 O 0.001 내지 0.020 질량%를 추가로 포함하는 마그 용접용 무도금 고체 와이어.
청구항 7.
제 6 항에 있어서,
Cu를 0.05 질량% 이하의 양으로 추가로 포함하는 마그 용접용 무도금 와이어.
청구항 8.
제 6 항에 있어서,
Ti Zr를 0.03 내지 0.3 질량%의 양으로 추가로 포함하는 마그 용접용 무도금 고체 와이어.
청구항 9.
제 8 항에 있어서,
Mo를 0.01 내지 0.6 질량%의 양으로 추가로 포함하는 마그 용접용 무도금 고체 와이어.
도면
도면1
도면2
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도면3a
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도면4b
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도면6
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