[논문]490MPa급 플럭스코어드 와이어의 스패터, 흄, 미세조직 및 기계적 성질에 미치는 Al, Mn, Si의 영향

김민철; 정원정; 이봉근; 공종판; 강정윤

doi:10.5781/kwjs.2010.28.1.060

490MPa급 플럭스코어드 와이어의 스패터, 흄, 미세조직 및 기계적 성질에 미치는 Al, Mn, Si의 영향
Effects of Al, Mn and Si Contents on Spatter, Fume, Microstructure and Mechanical Property with 490MPa Grade Flux Core Wire 원문보기

大韓溶接·接合學會誌 = Journal of the Korean Welding and Joining Society, v.28 no.1, 2010년, pp.60 - 65

김민철 (세아에삽) , 정원정 (세아에삽) , 이봉근 (부산대학교 재료공학부) , 공종판 (부산대학교 재료공학부) , 강정윤 (부산대학교 재료공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper is concerned with effects of Al, Mn and Si contents on spatter, fume, microstructure and mechanical property with 490MPa Grade Flux Core Wire(FCW). Ten kinds of FCW were fabricated by varying Mn, Si and Al contents and each FCW was weld for check the amount of spatter and fume generations, microstructures and mechanical property. Amount of spatter and fume generations was decreased with the increasing Si contents and decreasing by Al contents in FCW. And, their microstructure of weld metal were changed by Mn, Al and Si contents in FCW. With increasing of Al and Si, acicular ferrite was fine and volume fraction of acicula ferrite was increased. Thereby leading to improvement of Charpy impact property and strength.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

FCW내의 합금원소 변화가 미세조직에 미치는 영향을 조사하기 위하여 용접 후 미세조직을 관찰하였다. 본 실험에서는 용접 가능성 및 미세조직을 관찰하기 위해 조선사 등에서 가장 가혹한 조건으로 알려져 있는¹⁰⁾ 6mm 간격을 갖는 필렛 입향상향(Vertical-up) 조건으로 용접 후 거시 및 미세 조직을 관찰하였다. Fig.
본 연구에서는 일반강재의 용접재로 많이 사용되는 490MPa급 FCW에 있어서 Mn, Al 및 Si의 함량 변화에 따른 스패터 및 흄의 발생량에 미치는 영향을 조사하였으며, 이들 원소가 용접 후 용착금속의 미세조직 및 기계적 성질에 미치는 영향을 조사하고 첨가원소들의 영향을 비교 평가하여 FCW제조에 필요한 데이터를 구축하고자 한다.
이들 미세조직의 변화는 용착금속의 기계적 특성과 밀접한 상관관계가 있으며, 미세조직 결과와 기계적 성질을 상호 비교하고자 하였다.

제안 방법

FCW내의 합금원소 변화가 미세조직에 미치는 영향을 조사하기 위하여 용접 후 미세조직을 관찰하였다. 본 실험에서는 용접 가능성 및 미세조직을 관찰하기 위해 조선사 등에서 가장 가혹한 조건으로 알려져 있는¹⁰⁾ 6mm 간격을 갖는 필렛 입향상향(Vertical-up) 조건으로 용접 후 거시 및 미세 조직을 관찰하였다.
본 연구에서 사용한 모재는 조선소에서 많이 사용되는 일반 탄소강인 SM490을 사용하였으며, 용접재료는 AWS A5.20 E71T-1C급을 기본으로 Table 1과 같이 Mn, Al 및 Si의 첨가량을 변화시키면서 각 FCW가 스패터, 흄, 미세조직 및 기계적 성질에 미치는 영향을 조사하였다.
그러나, Mn, Al 및 Si의 경우 용접시 산화제로 작용됨으로 FCW의 설계시 일정량의 Mn, Al 및 Si를 첨가하여야 한다. 상기 원소의 경우 용접 후 기계적 성질에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 상기 원소가 미세조직의 변화를 유발하기 때문에 미세조직을 관찰하였다.
스패터(Spatter) 발생량 측정은 Fig. 1과 같이 용접 속도가 조절되는 자동이송장치를 사용하여 실험을 실시하였다. 용접 후 발생되는 슬래그를 제거하고 스패터량을 3회에 걸쳐 측정한 평균을 사용하였다.
1과 같이 용접 속도가 조절되는 자동이송장치를 사용하여 실험을 실시하였다. 용접 후 발생되는 슬래그를 제거하고 스패터량을 3회에 걸쳐 측정한 평균을 사용하였다. Table 2는 스패터 측정시의 용접조건을 나타낸다.
용접 후 용착금속의 인장강도 및 충격인성을 측정하여 미세조직과의 상관관계를 조사하였다.
용접 흄(Fume) 발생량 측정은 Fig. 2와 같이 흄 포집 장치를 설계하여 측정하였다. 모재가 회전하면서 용접이 진행되며 용접시간은 1분, 용접 흄의 포집 시간은 5분이다.
3과 같이 인위적으로 6mm 간격을 갖는 T형태의 시험편에 입향상향(Vertical-up)조건으로 용접 가능유무를 평가하였다¹⁰⁾. 용접부의 단면을 1㎛까지 연마 후 미세조직은 3% 나이탈(Nital)로 부식시켜서 SEM으로 관찰하였으며, 용착금속의 기계적 성질 변화는 AWS A5.20에 준하여 시험편을 제작 및 인장강도, 충격인성 시험편을 가공하였다. 인장강도의 측정은 50ton 유압식 만능재료시험기를 충격인성은 디지털 충격 시험기(490J)를 사용하여 평가하였다.
용접부의 미세조직 및 용접성을 평가하기위해 Fig. 3과 같이 인위적으로 6mm 간격을 갖는 T형태의 시험편에 입향상향(Vertical-up)조건으로 용접 가능유무를 평가하였다¹⁰⁾. 용접부의 단면을 1㎛까지 연마 후 미세조직은 3% 나이탈(Nital)로 부식시켜서 SEM으로 관찰하였으며, 용착금속의 기계적 성질 변화는 AWS A5.
이상의 결과들로부터 FCW에 첨가된 Mn, Al 및 Si가 용접시 스패터 및 흄의 발생과 용접 후 미세조직 및 기계적 성질에 미치는 영향을 조사하였다. 그러나, 각각의 특성에 미치는 원소의 영향은 개별적으로 작용하는 것이 아니라 복합적으로 작용함으로 실제 FCW 제조시에 특히 유의해야 할 것으로 사료되며, 계속적인 연구와 데이터의 축적이 필요할 것으로 사료된다.
20에 준하여 시험편을 제작 및 인장강도, 충격인성 시험편을 가공하였다. 인장강도의 측정은 50ton 유압식 만능재료시험기를 충격인성은 디지털 충격 시험기(490J)를 사용하여 평가하였다.
합금원소의 첨가량을 변화시켜 제조한 FCW로 용접시 스패터와 흄의 변화를 조사하였다. 용접시 스패터와 흄은 용융금속내의 기포가 방출되거나, 용접봉 끝의 용적이 폭발될 때, 아크힘으로 비산될 때, 과대전류, 피복제중의 수분, 긴 아크의 발생, 운봉각도의 부적당 및 모재의 온도가 낮을 때 등에 많이 발생하는 것으로 알려져 있다³⁾.

대상 데이터

본 실험에서 사용되어진 필터(Filter)는 건조기에서 100℃로 보관하였으며, 용접후 100℃에서 1hr 보관 후 측정하였다. 흄 측정에 사용된 필터는 화트만(Whatman)사의 유리섬유형 EPM2000을 사용하였으며, 0.3㎛ 크기의 입자포집률이 99.9%를 갖는다.

성능/효과

1) 스패터와 흄의 발생량은 Si의 함량이 증가할수록, Al의 함량이 감소할수록 감소하며, 스패터 및 흄의 발생량은 거의 유사하게 변화하는 것을 확인할 수 있었다.
2) Mn의 회수율은 Si 및 Al의 첨가량에 따라 변화하며, 이로 인해 AF 및 GF의 변화를 관찰할 수 있었으며, 특히, Mn의 회수율은 Si 및 Al의 함량이 증가할수록 크게 나타나 AF의 생성량도 증가하고 있다.
3) 항복 및 인장강도는 Mn의 용착금속내 함유량이 높을수록 높게 나타나며, 연신율의 경우 변화가 없었다. 이는 Al 및 Si의 탈산효과에 의해 Mn의 회수율 증가와 페라이트의 청정도가 높아지기 때문인 것으로 사료된다.
4) 충격인성은 Mn의 함유량이 증가할 경우 높게 나타나며, 이는 언급한 바와 같이 Al 및 Si의 탈산효과에 기인하는 것으로 사료된다.
8은 Mn, Al 및 Si 변화에 따른 인장강도를 나타내고 있다. Mn의 용착금속내 함류량이 높을수록 인장 및 항복강도가 높게 나타나는 것을 확인 할 수 있었으며, 연신률은 저하되지 않았다.
상기 결과에서 Mn의 함량이 낮아질수록(Al과 Si 총량은 높을수록), 그리고, Si함량이 높아질수록 스패터및 흄 발생량이 낮아짐을 알 수 있었다. 그러나, Mn, Al 및 Si의 경우 용접시 산화제로 작용됨으로 FCW의 설계시 일정량의 Mn, Al 및 Si를 첨가하여야 한다.
4는 Mn, Al 및 Si의 함량변화에 따른 스패터(a) 및 흄(b)의 변화를 측정하여 나타내었다. 스패터는 Mn의 첨가량에 관계없이 Si 함량이 증가하고, 상대적으로 Al의 함량이 감소할수록 적게 발생하였다. 그리고, Mn의 함유량이 낮으면 스패터는 적게 발생하였다.
그리고 흄은 스패터와 마찬가지로 Si 함량의 증가 및 Al 함량이 감소할록 적게 발생하였다. 즉, Si, Al의 첨가량에 의한 스패터와 흄의 발생 경향은 유사함을 확인하였다.
그리고, Mn의 함유량이 낮으면 스패터는 적게 발생하였다. 즉, Si의 첨가량이 증가하면 스패터의 발생이 줄어들고, Al의 첨가량이 증가하면 스패터가 증가하였다. 그리고 흄은 스패터와 마찬가지로 Si 함량의 증가 및 Al 함량이 감소할록 적게 발생하였다.

후속연구

이상의 결과들로부터 FCW에 첨가된 Mn, Al 및 Si가 용접시 스패터 및 흄의 발생과 용접 후 미세조직 및 기계적 성질에 미치는 영향을 조사하였다. 그러나, 각각의 특성에 미치는 원소의 영향은 개별적으로 작용하는 것이 아니라 복합적으로 작용함으로 실제 FCW 제조시에 특히 유의해야 할 것으로 사료되며, 계속적인 연구와 데이터의 축적이 필요할 것으로 사료된다.
이와는 별도로, REM, Ti, K 및 Na를 첨가하게 되면 스패터의 발생량을 낮출 수 있다고 알려져 있는데, REM의 경우 아크 발생형태의 변화를 유도하여 용접이행을 안정화시켜 스패터의 함량을 줄이는 것으로 알려져 있으며¹⁾, Ti의 경우 용접이행 시 용융금속의 안정화를 통해서 단락 횟수를 감소시켜 스패터가 줄어들며²⁾, K의 경우 아크의 안정화로 스패터가 줄어든다고 보고 됨으로, 앞으로도 이러한 연구도 추후에 진행되어야 할것으로 사료된다²⁾.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	일반강재의 용접재로 많이 사용되는 490MPa급 FCW에 있어서 Mn, Al 및 Si의 함량 변화에 따른 스패터 및 흄의 발생량에 미치는 영향을 조사하였으며, 이들 원소가 용접 후 용착금속의 미세조직 및 기계적 성질에 미치는 영향을 조사하고 첨가원소들의 영향을 비교 평가한 결론은?	1) 스패터와 흄의 발생량은 Si의 함량이 증가할수록, Al의 함량이 감소할수록 감소하며, 스패터 및 흄의 발생량은 거의 유사하게 변화하는 것을 확인할 수 있었다. 2) Mn의 회수율은 Si 및 Al의 첨가량에 따라 변화하며, 이로 인해 AF 및 GF의 변화를 관찰할 수 있었으며, 특히, Mn의 회수율은 Si 및 Al의 함량이 증가할수록 크게 나타나 AF의 생성량도 증가하고 있다. 3) 항복 및 인장강도는 Mn의 용착금속내 함유량이 높을수록 높게 나타나며, 연신율의 경우 변화가 없었다. 이는 Al 및 Si의 탈산효과에 의해 Mn의 회수율 증가와 페라이트의 청정도가 높아지기 때문인 것으로 사료된다. 4) 충격인성은 Mn의 함유량이 증가할 경우 높게 나타나며, 이는 언급한 바와 같이 Al 및 Si의 탈산효과에 기인하는 것으로 사료된다.
	용접은 어떤 분야에서 필수적인 가공기술로 대두되고 있는가?	오늘날 기계, 조선, 건축, 전자 등 거의 모든 산업분야에서 용접은 필수적인 가공기술로 대두되고 있으며 적용되는 기술도 다양화되어 가고 있다. 최근 산업의 발달과 작업현장 여건의 변화로 인해 대부분의 산업이 노동집약적인 형태에서 기술 집약적인 형태로 바뀌어 감에 따라 용접분야에서도 고능률화, 고품질화를 위한 용접의 자동 및 반자동화가 급속히 진전되고 있는 추세이다.
	산업의 발달과 작업현장 여건의 변화로 인해 용접분야에서 무엇이 급속히 진전되고 있는 추세인가?	오늘날 기계, 조선, 건축, 전자 등 거의 모든 산업분야에서 용접은 필수적인 가공기술로 대두되고 있으며 적용되는 기술도 다양화되어 가고 있다. 최근 산업의 발달과 작업현장 여건의 변화로 인해 대부분의 산업이 노동집약적인 형태에서 기술 집약적인 형태로 바뀌어 감에 따라 용접분야에서도 고능률화, 고품질화를 위한 용접의 자동 및 반자동화가 급속히 진전되고 있는 추세이다. 이에 따라 고능률 용접법이 개발되고 있으며 국내에서도 플럭스코어드 와이어(이하 FCW)를 중심으로한 반자동 용접법의 적용이 급속도로 증가하였다.

참고문헌 (13)

Chung Sik Yoon, Dong Uk Park and Doo Youn Park : A Study on the Content Variation of Metals in Welding Fumes, Kor. J. Env. Hlth. Soc, 29-2 (2002), 117-129 (in Korean)
Chungsik Yoon : Welding Fume and Ohters from Welding Processes, Kor, J, Env, Thlth, 30-4 (2004), 320-328
김경중 : Flux Cored wire의 특성 및 사용상의 유의점, Journal of KWS, 6-3 (1988), 8-20 (in Korean)
Kataoka Tokihiko, Ikeda Rinsei, Ono Moriaki, Yasuda Koichi and Hirata Yoshinori : Effect of REM Addition of Wire on $CO_2$ Gas Shiedled Arc Phenomenon, Journal of JWJS, 26-1 (2008), 37-41 (in Korean)
Kataoka Tokihiko, Ikeda Rinsei and Yasuda Koichi : Influence of Minor Elements in Electrode Wire on Spattering Phoenomena in $CO_2$ Gas Shiedled Arc Welding, Journal of JWJS, 25-3 (2007), 410-415 (in Korean)
H.B.Chae, J.H.Kim and S.C.Yang : Analysis of the Fume Generation Rates in the Flux Cored Arc Welding, International Journal of KWS, 1-1 (2001) 71-77 (in Korean)
C.W.Yang, C.S.Kang, S.H.Hwang and K.J.Kim : The Effect of Silicon and Manganese on Mechanical Properties of Modelling Flux Cored Arc Welded Deposit, Journal of KWS, 8-2 (1990) (in Korean)
Kataoka Tokihikio, Ikeda Rinsei, Yasuda Koichi and Hirata Yoshinori : Development of Low Spatter CO2 Arc Welding Process with High Frequency Pulse Current, Journal of JWJS, 25-4 (2007) 480-485 (in Korean)
Kataoka Tokihikio, Ikeda Rinsei, and Yasuda Koichi : Development of Ultra-Low Spatter $CO_2$ Gas-shielded Arc Welding Process, JFE Technical Report, 10 (2007)
Koshishi fusaki : Welding materials, Journal of JWS, 72-2 (2003) 108-111
박대식, 스에나가카즈유키, 김동수 : 저 Fume Flux-cored Wire의 개발, 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 제1권 (1998) 239-241 (in Korean)
T.K.Han, K.Y.Lee and J.S.Lim : Recent Developments and Weldability of Advanced High Strength Steels for Automotive Applications, Journal of KWJS, 27-2 (2009) 131-135 (in Korean)

원문보기 상세보기
허만주 : 2009년 대한금속.재료학회 철강기술강좌 (2009) 31-51 (in Korean)

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증