선 체 시 공 (2008년 1학기)

용 접 공 학용 접 공 학

용 접 야 금용 접 야 금

Logo

1. 용접부의 유형

용접접합부는 용접방법 용접조건에 따라 크게 3가지 유형으로 대별된다.

1. 제살 용접부(Autogenous Weld) :용 ( g )

용접재료를 사용하지 않고 모재가 용융, 재응고 되어 형성된 용접부.

용융부의 조성은 근본적으로는 모재와 동일하다.

대부분의 전기저항용접과 용접재료를 사용하지 않는 GTAW LBW대부분의 전기저항용접과 용접재료를 사용하지 않는 GTAW, LBW.

2. 동종금속 용접부(Homogenous Weld) :

모재의 조성과 동일하거나 유사한 용접재료를 이용한 용접부.모재의 조성과 동일하거나 유사한 용접재료를 이용한 용접부.

용접부의 조성은 모재와 거의 동일

대부분의 용접부가 이 유형에 속한다.

3. 이종금속 용접부(Heterogenous Weld) :

모재와 다른 조성의 용접재료를 이용하여 접합한 용접부

용접부의 내식성 기계적 성질 등을 개선하기 위하여 모재보다 성능용접부의 내식성, 기계적 성질 등을 개선하기 위하여 모재보다 성능

이 우수한 용접재료를 사용한 용접부와 이종금속 용접을 위하여 특

수 용접 재료를 사용한 용접부

Company Logo

2. 용접부의 응고

용접금속의 유동은 용융지의 형상을 결정하며 융융역의 결정립구조와 조성적 균질성의 결정에도 어느 정도 영향을 미친다.구조와 조성적 균질성의 결정에도 어느 정도 영향을 미친다.

Lorentz ForceDrag Force용접부에 미치는힘 g용적이나 피복재의 충돌에 의한 힘표면장력

용접부에 미치는힘

용접금속의 구분

Company Logo

2. 용접부의 응고

2.1 완전 혼합역모재와 용접재료가 용융되어 완전히 혼합된 영역

대부분의 용융부가 이 영역에 속한다.

급속용융과 급속응고가 모재에 의해 구속된 상태에서 발생

모재와는 다른 조직이 된다.- 이 영역에서의 조직은 용융지의 화학재와는 다른 직이 된다. 이 영역에서의 직은 용융지의 화학

조성, 응고 조건에 따라 달라진다.

2.2 미혼합역모재는 용융되었으나 용접재료와 혼합이 없거나 불완전한 상태로 응고

용융선에 인접한 좁은 영역.

용착금속과 모재의 화학조성이 크게 다른 경우에 잘 나타난다용착금속과 모재의 화학조성이 크게 다른 경우에 잘 나타난다

매우 작기 때문에 통상 현미경으로 이 영역을 식별하는 쉽지 않다.

2 3 부분 용융역

용접부의 완전혼합역/미혼합역과 고상영역 사이의 천이 영역

상태도상에서 액상과 고상이 공존하는 구역

2.3 부분 용융역

Company Logo

2. 용접부의 응고

* 결정립계

대부분의 경우 셀상, 수지상 응고형식을 보인다

아결정립계 :

평활계면 응고

,

평활계면 응고

셀형 응고

셀형수지상응고

수지상 응고

등축수지상응고

Company Logo

2. 용접부의 응고

* 결정립계

응고 결정립계 :서로 인접해 있는응고 결정립계 서로 인접해 있는

결정립들이 서로 부딪히며 경계가

형성되고 이경계가 응고 결정립계

가 된다.

이동 결정립계 : 응고 완료시 형성

된 입계는 수지상들이 서로 마주치된 입계는 수지상들이 서로 마주치

는 경계를 따라 형성되기 때문에

굴곡이 심한 형태를 갖게 되는데

계면 에너지를 최소화하기 위해 결

정립계는 이동하여 직선화가 된다.

원래의 입계는 고스트 입계로 불린원래의 입계는 고스트 입계로 불린

다.

Company Logo

3. 용접부의 조직분류 및 특성

3.1 용착금속의 조직일반강의 주조와 유사한 과정을 거치며, 그 특징은

강도와 경도가 높다 :강도와 경도가 높다. : 불순물과 합금원소가 빠른 냉각속도 하에서 변태온도를 낮춘다.

충격특성과 인성은 낮다: 편석이 심함

용접공정용가재모재보호가스

용접금속의 미세 조직에영향을 미치는 요소 보호가스

대기중의 습기용접속도

영향을 미치는 요소

3.2 열영향부의 조직용접선과 모재 사이에 형성되는 영역으로 고상에서의 조직변화구역

통상 AC1온도 이상으로 가열된 영역이다.

①조립역 ②혼립역 ③세립역 ④부분변태역 ⑤취화역 ⑥모재로 구분①조립역 ②혼립역 ③세립역 ④부분변태역 ⑤취화역 ⑥모재로 구분

이영역의 특징은

결정립의 성장, 제2상 입자의 고용 및 석출, 잔류응력 등이 있다.

Company Logo

3. 용접부의 조직분류 및 특성

3.2 열영향부의 조직

명칭온도

미세 조직명칭(℃)

미 세 조 직

용착금속

1400이상

완전하게 용융한 다음 응고한 부분이며, 수지상결정조직이 되어 있다

-

조립역1400-1200

과열로 인하여 조질화한 부분이며 경화되기 쉽고 균열 등이 생성된다.

1

혼립역1100-

립과 세립의 중간이며 성질 중간혼립역1100950

조립과 세립의 중간이며 성질도 중간. 2

세립역950-850

Ac3점 이상으로 가열된 노르말라이징조직이며 미세 균질화한 조직으로 인성 등의 기계적 성질이 좋다.

3성 등의 기계적 성질이 좋다

부분변태역

850-750

페라이트만의 변태 또는 구상화된 조직으로 서냉시 인성이 양호하지만 급냉일때는 가끔 마르텐사이트가 발생되어 인성이 저하된다.

4

취화역700-300

열응력 및 석출에 의한 취화구역으로현미경 조직상으로는 변화가 없다.

5

모재부300-

열영향을 받지 않은 모재부위 6

Company Logo

모재부실온

열영향을 받지 않은 모재부위 6

3. 용접부의 조직분류 및 특성

* 용접 열영향부의 최고경도 와 탄소당량

HAZ의 최고 경도는 균열 감수성 등 용접성의 중요한 지표HAZ의 최고 경도는 균열 감수성 등 용접성의 중요한 지표.탄소당량의 도입으로 용접성을 평가.

1.

2.

3.

4.

5.

1 : IIW, 2:WES, 3,4:저온균열 감수성지표, 5: HAZ

Company Logo

4. 용접 결함

용접 결함

제조상의 결함(1차 결함) 고온균열, 재열균열, 슬래그혼입, 용융부족,용입부족, 언더컷, 기공, 변형

용접 결함

사용중의 결함(2차 결함) 수소유기균열, 환경유기균열, 피로균열,크리프균열, 부식피로균열, 응력파괴

Company Logo

4. 용접 결함

용접 결함

제조상의 결함(1차 결함) 고온균열, 재열균열, 슬래그혼입, 용융부족,용입부족, 언더컷, 기공, 변형

용접 결함

사용중의 결함(2차 결함) 수소유기균열, 환경유기균열, 피로균열,크리프균열, 부식피로균열, 응력파괴

용접균열은 대부분 용접시 발생되는 일차결함이 대부분이며 발생온도, 발생장소,

비드와의 상대적인 방향등에 의해 구분

4 1 용접부의 고온균열4.1 용접부의 고온균열주로 용접금속에서 발생 열영향부 및 부분용융역에서도 발생(융점/2)

응고균열, HAZ액화균열, 용접금속 액화균열, 연성저하균열

1) 응고균열 : 주로 응고 결정립계를 따라 발생

응고의 마지막 단계에서 액상의 필름이 응고 결

정립계를 따라 존재함으로써 입계를 약화시켜 균

열을 발생시킨다.

용접부의 형상/ 용접부의 구속도에 따라 발생

Company Logo

4. 용접 결함

HAZ에서 최고온도가 국부적인 응고 온도이상, 모재의 응고온도

이하로 가열된 영역에서 냉각시 발생한다

2) HAZ 액화균열 : PMZ나 HAZ의 결정립계를 따라서 발생하는 균열

이하로 가열된 영역에서 냉각시 발생한다.

다른 형태의 HAZ 액화균열로서 다층 용접시 재 가열된 용접금속에서 발견된다.

3) 용접금속 액화균열

Company Logo

4. 용접 결함

4) 연성 저하 균열

고상균열로서 입계 균열이며통상 HAZ보다 용접금속에서 주로 발생된다. 고순도 오스테나이트계 재료에서 재결정온

도보다 약간 높은 온도에서 일어나는 연성

저하 현상에 기인한다.

4 2 용접부의 저온균열4.2 용접부의 저온균열용접부의 저온 균열은 일반적으로 상온근처의 저온(300℃)이하에서 용접금속또는 HAZ에서 발생하며 수소 유기균열로도 표현된다.(또는 지연균열)

저온 균열의 인자

확산성 수소

경화 조직저온 균열의 인자

구속 조건

저 온

Company Logo

4. 용접 결함

1) 확산성 수소수소는 용접부에서 융융된 액체금속의 수소 용해도가 고체금속에 비해 훨씬 크

기 때문에 용융지로 모이게 되고 집적된 수소들은 응고 종료후 방출이 되지만기 때문에 용융지로 모이게 되고 집적된 수소들은 응고 종료후 방출이 되지만

일부가 용접금속으로부터 농도가 낮은 HAZ부로 이동하여 수소유기균열을 발생

2) 경화 조직

일반적으로 경도가 높거나 취성이 큰 조직이 수소 유기 균열에 민감하다

용접부의 잔류응력은 거의 항복강도 수준까지 올라갈 수 있으며 언더컷, 과도한

3) 구속 조건,

상부 비드와 하부 비드 그 외의 응력 집중부도 균열의 발생을 조장한다.

온도에 대단히 민감하며 150℃이상의 온도에서는

4) 저 온

온도에 대단히 민감하며 150℃이상의 온도에서는

수소가 쉽게 확산되고 소재 고유의 파괴 저항성 때문에

잘 발생되지 않는다.

-100℃이하의 온도에서도 확산도가 급격히 저하하기100℃이하의 온도에서도 확산도가 급격히 저하하기

때문에 쉽게 발생되지 않는다.

수소 유기 균열은 -100-150사이의 온도에서 고립된

수소가 HAZ로 이동하여 발생된다.

Company Logo

수 가 HAZ 이동하여 발생된다.

4. 용접 결함

5) 방지 대책

수소원의 제거: 수분 등의 이물질 제거

예열, 층간온도제어 및 용접후열처리를 실시하여 수소를 제거

구속도 저감: 설계와 용접시공에 주의

응력집중부제거: 언더컷처리 토우부 루트부 슬래그 혼입부 제거

4.3 용접부의 기타균열

응력집중부제거: 언더컷처리, 토우부, 루트부, 슬래그 혼입부 제거

1 재열균열 : 용접부의 후열시 고온에서 장시간 사용시1. 재열균열 : 용접부의 후열시, 고온에서 장시간 사용시

2. 라멜라티어 :

1)HAZ에서 비금속 개재물 경계부의 국부적인 박리 현상

2)균열은 압연판재 특히 두꺼운 후판재에서 주로 발생2)균열은 압연판재, 특히 두꺼운 후판재에서 주로 발생

3)감수성 증가의 인자

모재 두께 방향의 인성부족

후판 용접시의 높은 구속도후판 용접시의 높은 구속도

연신된 개재물의 높은 체적분율

두께 방향의 잔류응력을 증가시키는 용접설계

Company Logo