용접 이론 4 - 금속 총론, 금속 결함, 비철 금속

[햇빛전사]

용접필기 이론

[ 금 속 ]​

1. 금속 총론

1) 금속의 공통적인 성질(특성)

* 상온에서 고체이며 결정체이다. 예외 Hg(마그네슘), Na(나트륨), K(칼륨), Li(리듐)

* 비중이 크고 금속마다 고유의 광택을 갖는다.

* 결정면에서 슬립이 용이하여 가공이 용이하고, 연성, 전성이 좋다.

* 열과 전기의 양도체이다.

* 이온화하면 양이온이 된다.

* 모든 금속은 전자, 양자, 중성자를 가지고 있다.

* 각 금속마다 금속의 성질과 구조가 다른 이유는 입자들이 다르게 배열되어 있기 때문이다.

* 대부분의 금속은 고체 상태에서 바르게 배열되어 있다.

* 금속 결합의 요인은 자유 전자이다.

2) 경금속과 중금속 : 비중 5 이하 경금속, 5 이상 중금속

* 경금속 : Al, Mg, Be(베릴륨), Ca(칼슘), Ti, Li(리튬은 비중 0.53으로 금속 중 가장 가벼움)

* 중금속 : Fe(비중 7.87), Cu, Cr(크롬), Ni, Bi(비스무트), Cd(카드뮴), Ce(세륨), Co(코발트),Mo(몰리브덴), Pb, Zn, Ir(이리듐 비중 22.5로 가장 무거움).

* 비금속 또는 준금속 : B(붕소), Si(규소), Ge(저마늄), As(비소), Te(덜루륨), Po(올로늄)

3) 강괴(제강법) :제강로에서 퍼낸 용강을 금속 주형이나 사형에 넣어 덩어리로 냉각시킨 것

* 킬드강 : 완전 탈산강으로 탈산제로는 Fe-Si, Fe-Mn, Al 등을 이용.

편석이 적고 재질이 균일하며 압연재로 널리 사용됨

* 세미킬드강 : 약간 탈산강, 킬드강보다 탈산이 적은 것, 킬드강과 림드강의 중간

* 림드강 : 탈산 및 가스처리가 불충분한 상태의 것, 강괴 전부를 쓸 수 있는 이점이 있으나 기계적 성질은 킬드강만 못하여 용접봉, 선재 등으로 쓰임.

4) 철강의 5 원소 : C, Si, Mn, P, S - 탄소가 철강 성질에 가장 큰 영향을 줌

5) 철강의 분류

* 순철 : 탄소 0.03% 이하를 함유한 철

* 강(Steel) : 탄소강 - 탄소 0.03~2.0%, 합금강 - 탄소강에 금속 합금

* 주철(cast iron) : 탄소 2.0~6.68 % 함유한 철이나 보통 4.5% 다용.

* 철강과 주철의 기준은 탄소 함유량 2.1%

* 철은 768도에서 비자성을 띤다.

7) 금속의 물리적 성질

① 비중 : 4도의 순수한 물을 기준으로 한 무게

② 용융점 고체에서 액체로 변하는 온도점 6) 용융점(고체에서 액체로 변하는 온도점)으로 텅스텐 3410도로 금속 중 가장 높고, 수은 -38.8도로 금속 중 가장 낮다. 순철은 1530도이다.

③ 비열 : 단위 질량의 물체 온도를 1도 올리는데 필요한 열량으로 비열 단위는 kJ/kg▪℃이다.

④ 선팽창 계수 : 물체의 단위 길이에 대하여 온도 변화에 따라 막대 길이가 늘어나는 정도로, 단위는 cm/cm▪℃ 이다.

⑤ 열전도율 : 거리 1미터에 1도 변할 때, 1제곱미터 단면에 1시간 동안 전해지는 열량. 단위는 kJ/m▪h▪℃이며, 은>구리>백금>알루미늄> 순이다.

⑥ 전기전도율은 물체에 전기가 흐르는 정도로 은(Ag)>구리(Cu)>금(Au)>알루미늄(Al)>마그네슘(Hg)>아연(Zn)>니켈(Ni)>철(Fe)>납(Pb)>안티몬(Sb) 순

8) 금속의 기계적 성질

① 항복점 : 하중을 0부터 응력의 근소한 증가에도, 또는 증가 없이도 변형이 급격히 증가하는 점. 연강에는 존재하나 경강이나 주철에는 존재하지 않는다. 항복 강도는 용접 구조용 압연 강재 SWS재에 A,B,C 로 구별하여 표시한다.

② 연성 : 물체가 탄성한도를 초과한 힘을 받고도 파괴되지 않고 늘어나 소성변형이 되는 성질로 금>은>알루미늄>구리>백금>납>아연>철 순으로 좋다.

③ 전성 또는 가단성 : 금속을 얇은 판이나 박으로 만들 수 있는 성질로 금>은>알루미늄>철>니켈>구리>아연 순.

④ 인성 : 굽힘이나 비틀림 작용을 반복했을 때 끈기 있게 저항하는 성질

⑤ 인장강도 : 최대하중을 원단면적으로 나눈 값

Pmax

인장강도 = [MPa]

A0

⑥ 취성 : 물체가 약간의 변형에도 견디지 못하고 파괴되는 성질로 인성의 반대 개념이다.

⑦ 가공 경화 : 금속이 가공에 의하여 강도, 경도가 커지고 연신율이 감소하는 성질이다.

⑧ 가주성 : 가열하면 유동성이 좋아져서 주조 작업이 가능한 성질을 말한다.

2. 금속결정구조

1) 고용체의 격자

① 침입형 고용체 : Fe-C, Fe-N, H, O, B, C, M

원자의 지름이 작아 Fe 가운데로 침입하여 들어간다.

② 치환형 고용체 : Ag-Cu, Ag-Au, Cu-Zn, Fe-Al

원자의 반지름 값이 비슷하여 서로의 원자 자리에 들어감.

③ 규칙 격자형 고용체 : Ni3-Fe, Cu3-Au, Fe3-Al

고용체의 성분 원자 지름의 차가 15% 이내여야 들어간다.

2) 고용체의 종류

④ 1차 고용체 : 침입형, 치환형.

어떤 고체에서도 그 결정 구조는 모체 금속과 같은 것.

⑤ 중간 고용체 : 성분 금속의 어느 쪽과도 다른 구조를 가진 고용체

⑥ 전율 고용체 : 전 농도에 걸친 고용체. 두 성분 금속의 50% 점에서 경도가 최대이다.

⑦ 한율 고용체 : 농도에 따라 공정을 만드는 고용체로, 공정점에서 경도와 강도가 최대이다.

3) 금속의 결정 구조

* γ 철 - 면심입방격자(FCC) : 원소 - Al(알루미늄), Ag(은), Au(금), 감마Fe, Cu(구리), Ni(니켈), Pb(납), Pt(백금), Ca(칼슘), 베타Co(코발트), Rh(도듐), Pd(팔라듐), Ce(세륨), Th(토듐), Ir(이리듐), Sr(스토론륨). ① 많이 사용된다. ② 전연성과 전기 전도도가 크다. ③ 가공이 우수하다. ④ 귀속 원자수는 4이며, 원자 충전율은 74%이다. ⑤ 순철에는 감마 구역(910-1400도)에서 생긴다.

* α, δ 철 - 체심입방격자(BCC) : Fe(알파, 델타철), Cr(크롬), W(텅스턴), Mo(몰리브덴), V(바나늄), Li(리튬), Na(나트륨), Ta(탄탈튬), K(칼륨), Ba(바륨), Rb(루비듐), Nb(니오브), 베타Ti, 베타Zn. ① 전연성이 좋다. ② 융점이 높다. ③ 강도가 크다. ④ 순철의 경우 910도 이하와 1400도 이상에서 이 구조를 갖는다. ⑤ 귀속 원자수는 2이며, 원자 충전율은 68%이다.

* 조밀육방격자(HCP) : Mg(마그네슘), Zn(아연), Ti(티탄늄), Be(베릴륨), Hg(수은), Zr(지리코늄), Cd(카드륨), Ce(세륨), Os(오스뮴) ① 전연성이 불량하다. ② 접착성(자성)이 적다. ③ 가공성이 좋지 않다. ④ 귀속 원자수는 2이며, 원자 충전율은 70.45 %이다.

4) 금속의 변태(transformation) : 고체에서 액체, 액체에서 고체로 결정 격자 혹 자기 변화

* 동소변태 : 고체 내에서 원자 배열의 변화를 수반하는 변태

순철 체심 입방격자가 A4(1400도) 변태점에서 면심 입방격자로 바뀌고 다시 A3(910도) 변태점에서 면심 입방 격자로 바뀜

* 자기변태 : 원자 배열의 변화 없이 자기의 강도만 변화하는 것

순철의 자기 변태는 A2 변태점(768도)에서 일어난다.

시멘타이트(탄화철Fe3C 고온에서 생성)의 자기 변태점은 A0(210도)이다.

* 동소체란 동일 화학 물질이면서, 서로 다른 상을 가지는 것

5) 합금 : 제조 공정이나 자연적, 또는 인위적으로 한 개 이상의 금속이나 비금속을 첨가시키는 것

합금의 성질(특성) ① 경도가 증가한다. ② 색이 변하며 주조성이 커진다. ③ 용융점이 낮아진다. ④ 성분을 이루는 금속보다 우수한 성질을 나타낸는 경우가 많다. ⑤ 동종 원자의 결합 에너지보다 이종 원자끼리의 결합 에너지가 크고 안되어 있다. 따라서 전위가 규칙 격자 중간을 통과하기 위해 큰 에너지를 필요로 하기 때문에 합금은 강화된다.

3. 화합물의 반응

금속 변이 반응

* 포정반응 : 고체A+액체 <=> 고체 B

* 편정반응 : 액체 <=> 고체+액체B

하나의 액체에서 고체와 다른 액체를 동시에 형성하는 반응

* 고용체 : 고체 A+고체B <=> 고체 C

* 공정반응은 A, B 금속을 합금하여 A, B 각각의 금속보다 저융점을 갖는 합금을 의미한다.

3. 용접 금속의 결함 - (고온균열 및 저온균열의 발생원인과 방지)

1) 박판 용접시 결정립 성장 속도

* 평균 성장 속도는 본드부에서 용접 비드 중심선에 가까울수록 증가하고, 중심 선상에서는 용접 속도와 같다.

* 입열량이 일정하면 성장 속도는 용접 속도에 비례한다.

* 용접 속도가 일정하면 입열량의 감소에 따라 각 부분의 성장 속도는 균일화 경향을 보인다.

2) 후판 용접 비드 중심부에서의 주상정

* 주상정 또는 주상 조직이란 벽면에 발생한 핵의 결정이 벽에 직각으로 가늘고 긴 모양이 되는 것을 말한다. 주상조직 : 충격치가 낮다. 방향성을 나타낸다. 보통 단층 용접의 경우에 나타난다.

* 용접 속도가 작을수록 또 용접 비드의 전 두께가 얇을수록 용접 방향으로 굽는다.

* 온도 확산율이 작은 재료, 즉 γ계 스테인리스강의 경우에도 주상정이 직립하는 경향이 있고, 또 알루미늄과 같이 큰 재료는 수평 방향에 가깝게 된다.

3) 실제 용접에서 등축정(합금 주괴-ingot- 중앙부의 돌출 등축정대)이 생성될 조건

① 기계적인 진동으로 핵 발생의 범위가 넓어지고 결정립이 미세화되기 쉽다.

② 어떤 종류의 합금 원소 첨가로 미세립 생성이 용이하다.

③ 스테인리스강 등에서는 가로 균열이 발생하기 쉽다.

④ 저합금강 등에서는 등축정에 의해 세로 균열의 진전이 저지된다.

⑤ 등축정 내에 미소 균열이 생성되는 것도 있다.

⑥ 등축정의 용접 비드는 방향성이 없기 때문에 균질한 기계적 성질을 나타내는 현상을 볼 수 있다.

3) 응고 조직에서의 용질 원자 편석과 기공의 생성

① 성장 속도의 변화에 따라 용질원자의 분포 변화가 심하다.

② 용접 비드에서도 용융지 내의 용접 금속이 각종 원인으로 요동되므로, 응고 계면에서의 성장 속도에도 리플이 생긴다.

③ 용접 비드 표면의 파상에서도 볼 수 있다.

④ 용접 비드 표면의 EPMA(Electron Probe Micro Analysis) 결과를 보면, 용접에서는 응고는 연속적이 아니고 단속적으로 일어남을 알 수 있다.

⑤ 편석되기 쉬운 금속을 용접봉으로부터 첨가할 때에는 특히 주의해야 한다.

⑥ 용질 원자의 분포 상태, 즉 편석은 철강 중의 니켈과 크롬, 알루미늄 합금 중의 아연과 마그네슘, 티타늄 합금 중의 알루미늄 등이 특히 심하다.

⑦ 첨가 목적이 용접부의 기계적 성질이나 내식성 등의 화학적 성질 개선을 위해 첨가할 때는 더욱 주의를 요한다. ⑧ 용접부의 편석은 용접부의 기공 생성에 큰 영향을 준다.

⑨ 기공은 편석층에 따라서 생성되기 쉽다.

⑩ 결정립 성장 속도의 급증으로 기공의 빠짐이 불가능하게 된 것, 수지상정 내부에 포착된 것이다.

⑩ 용접 시공의 입장에서 보면 용접 비드의 파(ripple)를 적게 할 수 있는 방법을 강구해야 한다. (용접기, 용접법의 개선, 용접 중의 진동 효과 활용 등)

4) 용접 금속의 결정 미세화

① 응고하고 있는 용융 금속에 진동을 주면 결정이 미세화된다.

② 결정 미세화하는 방법에는 자기 교반, 초음파 진동, 합금 원소를 첨가하는 방법이 있다.

③ 용융 금속의 진동 작용은 결정을 미세화하고, 기공 발생을 방지하고, 용접 균열을 방지하며, 잔류 응력 발생을 방지한다.

④ 합금 원소의 조건 * 탄화물, 질화물 등의 고융점을 만든다. * 융액 중에서 미세한 고상으로 석출한다. * 융액과의 접촉각이 작아야 한다. * Al, Ti, V, Cr 등이 유용한 첨가 원소이다.

⑤ 용접 시공에서는 실드 가스에 질소를 혼입시켜 결정립을 미세화하거나, 용접 중에 풍압을 가하거나 응고 직후에 가압하여 용접부의 주조 조직 파괴와 동시에 결정립을 미세화한다.

5) 균열에는 용접 금속의 균열과 열 영향부 균열이 있다.

* 용접 금속의 균열

① 비드의 균열 - 횡균열, 종 균열, 루트 균열, micro crack, sulfur crack(고온 균열, 용접 금속 내부를 향해 균열이 진행됨, 황의 영향을 덜 받는 와이어와 플럭스의 결합을 고려함, 저수소계 용접봉으로 수동 용접)

② 크레이터의 균열(고온균열, 고장력강이나 합금 원소가 많은 강에 주로 나타남, 아크를 끊는 점을 중심으로 발생, 용접 금속의 수축이 원인, 아크를 끊을 때의 처리 방법이 필요), 선상 균열

* 열 영향부 균열

① 루트 균열 : 저온 균열에서 가장 주의해야 할 균열, 맞대기 이음의 가접부 또는 제1층 용접의 루트 부근 열영향부에서 발생, 종균열 형태로 표면에 잘 나타나지 않지만, 열영향부에서 발생하여 차차 비드 속으로 성장해 들어와 서서히 진행되는 경우가 많다. 이것의 원인은 열영향부의 조직 경화, 용접부에 함유된 수소량, 작용하고 있는 응력 등이다.

② 비드 밑 균열

③ toe 균열

④ micro crack ⑤ 입계액화 균열 ⑥ lamellar tear

6) 균열 이외의 결함으로는 용접 금속 내부의 결함과 표면 결함이 있다.

* 용접 금속 내부의 결함 - ① 기공 ② 개재물 ③ 슬래그 혼입 ④ 은점 ⑤ 선상 조직

* 표면 결함 - ① overlap ② undercut ③ bead 파형 불량 ④ 표면의 기공

7) 기공

① 용강에 침입한 다량의 가스가 응고시 용해도의 급감으로 기포가 부상되지 못하고 공동을 형성한 것이다.

② 가용접 기공의 원인은 먼저 CO 가스이고, N2나 H2도 다량으로 혼입되면 기공을 형성한다. 따라서 와이어에 탈산제가 부족하면 안된다.

③ 고 S강의 용접시 아크 분위기에서 H2와 화합하여 H2S가 되고 기공을 형성한다. 이 때 저수소계 용접봉을 쓰면 방지할 수 있다.

④ 상기의 가스 이외에도 용접 금속의 응고 상황이 매우 중요한 인자가 된다. 층상의 기공 대부분은 응고 진행 방향에 발달한다.

⑤ 기공은 강도나 신율의 저하를 초래한다.

8) 개재물(inclusion)

* 슬래그 혼입에 의한 것과 가스의 반응으로 생긴 비금속 개재물이 있다.

* 비금속 개재물은 미량이라면 그다지 유해하지 않지만, 슬래그 혼입은 파괴의 원인이 되므로 충분히 유의해야 한다.

9) 은점

① 용접 금속이 인장 또는 굽힘으로 파단될 때, 그 파면에 나타나는 원형의 결함이다. 중심에는 작은 기공이나 슬래그가 혼입되어 있어 고기의 눈과 같이 보인다.

② 강괴 백점(flake)의 생성 원인과 공통점이 많고, 외력에 의한 소성 변형에 수반하여 확산성 수소가 기공이나 비금속 개재물의 주위에 집결되어 일어나는 일종의 수소 취화이다.

③ 기계적 성질, 특히 신율이나 Deep Drawing성을 저하시킨다. 용접 후 장시간 방치하거나 가열하여 수소를 추출하면 은점은 발생되지 않는다.

10) 성상 조직 ice flower-like structure (상주상 조직)

① 아크 용접부에 생기는 특이 조직으로, 용접 금속을 파단시켰을 때, 그 일부가 상주상 아주 미세한 주상정으로 보이는 것이다.

② 응고 과정에서 생기는 주상정 간에 SiO2 등의 개재물이나 기공을 품기 때문에 결정립 간의 결합력이 약해져서 생긴다.

③ 역시 기계적 성질을 저하시킨다.

11) 용접 금속 균열

① 육안으로 볼 수 있는 거시적 균열과 현미경으로 확인할 수 있는 미시적 균열이 있다.

② 응고 온도 범위 또는 그 직하에서 일어나는 고온 균열과 약 200도 이하에서 일어나는 저온 균열이 있다.

③ 주로 저온 균열은 특히 페라이트 및 오스테나이트강에 나타나고, 오스테나이트계 스테인리스강, 알루미늄, 동합금 등은 고온 균열이 발생한다.

12) 취화 : 용접 금속 주에 가스가 침입하거나 기타 가공 또는 열처리에 의해서 용접 금속의 기계적 성질, 특히 연성이나 인성이 저하하는 현상을 취화라 한다. 이들 현상은 수소 취화를 제외하고는 거의 용접 금속 중의 탄소, 산소 및 질소가 단독 또는 화합물로서 작용된다고 볼 수 있다.

취화의 종류로는 수소 취화, 저온 취성, 열간 취성, 뜨임 취성, 시효 등이 있다.

① 수소 취화 : 수소를 다량 함유하는 용접 금속은 신율과 심교성의 저하가 현저하다. 저온 균열이나 은점의 원인이 된다.

② 저온 취성 : 실온 이하의 저온에서 취약한 성질을 나타내는 현상으로 O2나 N2가 저온취성에 큰 영향을 준다. 용접 금속은 보통 O2나 N2가 강재보다 많고, 또 주조 조직이 있는 등의 원인으로 일반적으로 노치 취성이 높다. 저수소계 용접봉, 용접 금속의 성분이나 용착 방법 조정으로 개선시킬 수 있다.

③ 열간 취성 : 강을 가열 중에 인정 시험 등의 변형을 주면 2단계의 범위에서 취화가 나타난다. 1000도 부근의 고온에서 일어나는 취화는 적열취성이며, S, O, Cu 등이 원인이며, 150~300도 범위에서 일어나는 취화는 청열취성이라 한다. 청열 취성의 원인은 특히 N이며, 그 외 C, O의 영향도 있다. 용접 금속은 특히 N2나 O2가 강재에 비하여 높기 때문에 청열 취성을 일으키기 쉽다.

④ 뜨임 취성 : 용접 구조물은 용접 후 응력을 제거하기 위해 변태점 이하에서 풀림(annealing)을 한다. 그러나 어떤 합금 원소를 함유한 용접 금속은 응력 제거 풀림의 후열 처리로 경도가 증가하고, 신율 및 노치 인성이 현저히 저하되는 현상이 있다. 이것을 뜨임 취성이라고 한다. Mn, Cr, Ni, V을 품고 있는 합금계의 용접 금속에서 많이 발생한다. Ni은 인성을 증가시키지만, 2.5% 이 뜨첨가되면 뜨임 취성이 현저하여 제한된다. 뜨임 취성의 원인은 입계에 성분 원소의 석출 때문, Ni200~400도에서 일어나는 저온 뜨임 취성과 500~600도에서 일어나는 고온 뜨임 취성(뜨임 시효 취성)이 있다. 뜨임 시효 취성은 500도 정도에서 시온 뜨임 경과와 더불어 충격치가 저하되는 현상으로 Mo 뜨임 첨가로 방지한다. 뜨임 시효 취성은 냉각속도 뜨의존성이 있고, 급랭으로 방지 가능하다. 고강도 합금계의 다층육성 용접 금속에서 앞의 용접층이 뒤층의 용접으로 뜨임 취화를 받는 것도 있다. 뜨임 서랭 취성은 550~650도 정도에서 수랭 및 유랭한 것보다 서랭하면 취성이 커지는 현상을 말한다.

⑤ 시효(aging) : 실온에서 장시간 방치하거나 저온으로 가열하면 시간이 경과함에 따라 경도가 증가하고 신율 및 충격치가 저하하는 현상을 시효라 한다. 강 중의 C, O2, N2의 용해도는 저온에서 급격히 감소하기 때문에 약 600도 이상에서 급랭하면 이들의 원소가 과포화 상태에서 서서히 석출하는 현상을 일으킨다. 이것을 담금질 시효라 한다. 냉간 가공의 슬립으로 전위가 증가한 곳에 O2나 N2가 집적되어 전위 이동을 방해한다. 냉간 가공 후 일어나는 시효 현상을 변형 시효(strain aging)라 한다. 용접 금속에는 보통의 내부 변형이 남아 있어 냉간 가공을 하지 않아도 O2나 N2가 많은 경우에는 변형 시효가 생긴다.

13) 용접 변형의 교정 및 경감법

변형을 감소하는데는 용접부의 수축을 억제해야 하지만, 그 결과 잔류 응력이 크게 된다. 이와 같이 변형과 잔류 응력은 상반 관계로 되는 일이 많지만, 변형과 잔류 응력을 용접 조건에 의해서 똑같이 감소시키는 방법을 생각해야 한다.

① 억제법 : 가장 많이 사용되는 방법으로 공작물을 가접 또는 지그 홀더 등을 장착하고 변형의 발생을 억제하는 방법이다. 용접 후 응력을 제거하기 위하여 풀림을 하면 좋다.

② 역변형법 : 용접 금속 및 모재의 수축에 대하여 용접 전에 반대 방향으로 굽혀 놓고 작업하는 방법이다.

③ 도열법 : 용접부에 구리로 된 덮개판을 두거나 뒷면에서 용접부를 수랭 또는 용접부 근처에 물기가 있는 석면, 천 등을 두고 모재에 용접 입열을 막음으로써 변형을 방지하는 법이다.

④ 피닝법 : 용접 직후 피닝 해머로 비드를 두드려서 용접 금속의 변형을 방지하는 방법으로, 이것은 비드가 700도 이상의 고온일 때 행해야 한다.

⑤ 롤링법 ; 판상 또는 직선상과 같이 형상이 간단한 용접물을 롤에 의하여 롤링하는 것을 말한다.

⑥ 가열법 : 박판이나 형재는 변형 부분을 가열한 후 수랭하면 수축 응력 때문에 다른 부분을 잡아당겨 변형이 감소된다. 또 경우에 따라서는 가열 후에 때리기도 한다. 후판이나 큰 구조물은 구속판으로 압력을 주면서 가열한 후 수랭한다. 이 방법은 일반적으로 많이 사용된다.

4. 용접부의 열영향 및 기계적 성질

1) 아크 용접에서 발생하는 열량 H[Joule/cm]=60VI/υ

2) 열 영향부의 열 싸이클이 일반적인 열처리와 다른 점은 첫째, 가열 속도가 매우 크다. 둘째, 가열 온도가 높다. 셋째, 가열 시간이 아주 짧다.

3) 열 영향부의 냉각 속도(cooling rate)는 용접부의 기계적 성질을 좌우하는 중요한 인자이다. 특히 강에서는 열 영향부가 800도에서 500도로 되는 냉각 속도가 제일 중요한데, 이 시간을 Δt8-5 로 표시한다. 냉각 속도를 표시하는데에는 세 가지의 온도 구배를 취하고 있다. 첫째 700도 오스테나이트 스테인리스강의 열 영향, 둘째, 540도의 탄소강이나 저합금강의 변태나 경도, 셋째 300도의 저온 균열의 관련성 파악에 유효하다.

4) 열 영향부의 냉각 속도는 용접 입열, 판 두께, 이음 현상, 예냉 또는 예열 온도와 밀접한 관계가 있다.

5) 열 영향부의 기계적 성질

① 열 영향부의 경도 : 일반적으로 본드부에 근접한 조립역의 경도가 가장 높다. 이 값을 최고 경도(maximum hardness Hmax)라 하고 용접 난이의 측도가 된다. 최고 경도치는 일반적으로 열 사이클 중의 냉각 속도와 함께 증가한다. 냉각 조건이 일정하면 강재 성분으로 나타내며, 등가 탄소량 또는 탄소당량을 쓰면 편리하다.

② 열 영향부의 기계적 성질 : 열 싸이클 재현 시험이며, 간접적으로 측정한다. 조립역의 신율이나 인성은 현저히 저하된다(마텐자이트 생성이 원인이다).

6) 열 영향부에 생기는 결함

① 용접 균열의 종류 : under bead crack(용접 금속 밑에 평행), toe crack(용접 가장자리 끝의 응력 집중), bead crack, lameller tear(압연 강재의 층상 개재물이 원인으로 황 함유량이 높을수록 심하고, 수소도 균열 경향을 증가시킨다), root crack(마텐자이트나 수소 이외에, 루트의 노치에 의한 응력 집중도 원인이 된다), 조대 결정역의 입계액화에 의한 고온 균열(스테인리스강이나 고장력강에 흔히 나타난다.)

② 저온 균열의 인자 : 강재 성분(마텐자이트 생성이 쉬운, 즉 용접 열로 경화되기 쉬운 강재), 냉각 속도(냉각속도가 클수록), 수소(수소취화의 원인), 구속

③ 수소에 의한 지연 파괴(delayed failure) : 저온 균열이라고도 하며, 강의 마텐자이트 변태와 관련이 있고, 탄소강이나 저합금강에 많이 나타난다. 지연파괴는 수소(확산성 수소)에 의한 저온 파괴의 일종이다. 특징은 하중이 가해져 파괴에 이를 때까지 잠복 시간과 그 이하에서는 전혀 파괴되지 않는다는 한계 응력이 존재하는 것이다. 한계 응력 및 잠복 시간은 용접봉의 수분량이나 예열 온도의 영향을 크게 받는다. 이것은 저수속계 용접봉의 발달 이유가 되었다. 지연 파괴의 특성을 알아보는데 적합한 시험법으로는 TRC(Tensile Restraint Cracking Test)가 있다.

④ 구속의 영향 : 루트 균열이나 토 균열은 구속의 영향이 매우 크다. 일반적으로 강판의 두께가 두꺼울수록, 이음 현상이 복잡할수록 구속은 증가하고 용접부에 큰 구속 응력이 유기된다. 균열 감수성과 구속의 정도를 정량화하기 위한 시험이 RRC이다. 강의 성분, 용접 금속의 수소량, 계수의 구속도를 알면 균열 방지를 위한 예열 온도(T[℃]=1440Pw -392)를 구할 수 있다.

⑤ 열 영향부의 취화 : 취화 영역이라 불리는 제 2의 취화는 가열 온도가 낮아서 조직 변화가 나타나지 않는데도 불구하고, 이와같이 취화하는 것은 소입 시효나 변형 시효라고 불리는 탄소나 질소 원자의 석출 현상에 의한 것이다. 담금질, 뜨임한 고장력강, 즉 조질강의 경우 취화 영역보다 조립역의 충격치가 현저히 낮은 것은 조질강의 모재가 열처리로 재질은 향상되지만, 용접 열로 그 효과가 상실되기 때문이다. 조립역 열영향부의 충격치는 냉각속도가 클수록, 마텐자이트가 증가할수록 높아지는 경향이 있다.

⑥ 흑연화(graphitization) : 강을 400~700도에서 장기간 가열시킬 경우, 탄화물이 분해하여 흑연을 생성시켜 취화하는 현상이다. 흑연화는 담금질 효과를 받는 부분에 우선적으로 일어나기 때문에 용접 열영향부는 그 경향이 특히 강하다. 용접 후 A1 변태점 이상으로 가열하여 풀림하면 방지할 수 있다. 고온 고압용 C-Mo 강관에 잘 나타나며, 열영향부의 저온측 경계에 층상으로 연이어 파괴를 일으킨다.

⑦ 내식성의 저하 : 오스테나이트 스테인리스강에서는 용접 열영향부가 선택적으로 부식을 일으키는 현상이다.

5. 용접 전후처리

예열, 후열처리, 응력풀림처리

1) 예열 및 후열의 의의 : 용접부는 급격한 열 싸이클 및 응고 수축을 받기 때문에 모재부의 조직 변화, 열응력, 변형 또는 균열을 일으킬 수 있기 때문에 사용 성능상 지장을 주지 않고, 용접 구조물의 특징을 충분히 발휘하도록 하기 위하여 각종 열처리를 시행한다.

2) 예열의 목적

냉각 속도를 작게 하여 다음과 같은 효과를 초래한다. ① 균열의 방지 ② 기계적 성질 향상 ③ 경화 조직의 석출 방지 ④ 변형, 잔류 응력의 저감 ⑤ 블로혹(blowhole) 생성 방지

3) 후열의 목적

① 균열의 방지 ② 기계적 성질의 향상 ③ 화학적 성질의 향상 ④ 최적 조직으로 개선 ⑤ 변형, 잔류 응력의 완화 ⑥ 함유 가스의 배출

4) 후열 처리의 종류

① 응력 제거(stress relief) ② 완전 풀림(A3 점 이상) ③ 고용화 처리(solution heat treatment) ④ 불림(normalizing) ⑤ 불림 후 뜨임 ⑥ 담금질 후 뜨임 ⑦ 뜨임(tempering) ⑧ 저온 응력 제거(A1 점 이하) ⑨ 석출 열처리

5) 예열의 효과

① 예열에 의해 용접부의 온도 분포, 최고 도달 온도 및 냉각속도가 변한다. ② 예열하면 온도 분포가 완만하게 되어 열응력(Thermal stress)의 저감으로 변형, 잔류 응력의 발생이 적게 된다. ③ 냉각 속도는 예열로 느려지지만 비교적 저온에서 큰 영향을 준다. ④ 냉각 시간이 길 경우 수소의 방출, 경도의 저하, 구속력의 저하로 균열 발생의 한계 응력이 높게 된다.

6) 후열의 효과

① 저온 균열의 원인이 되는 수소를 방출시킨다. 온도가 높고 시간이 길수록 수소 함유량은 낮아진다. ② 잔류 응력을 제거한다. 실제 시공에 있어 예열 온도를 높게 할 수 없으므로 후열에 의한 잔류 응력 제거가 유리하다. ③ 가열 온도 A3 이상의 완전 풀림 또는 고온 풀림과 A1 이하의 저온 풀림으로 나뉜다. A3 이상 가열하면 변형이 심한 경우가 있어 A1 이하가 바람직하다.

7) 응력 제거 풀림(SR - stress relief heat treatment)

① 보통 A1 변태점 이하의 어떤 온도까지 가능한 한 균일한 온도 분포가 되도록 가열하고, 일정 시간 유지 후 서랭하는 열처리 방법이다. ② 용접 후 열처리로서 일반적으로 사용되고 있는 열처리이다. ③ 조질강인 경우 풀림 온도 (600~700도) 이상 가열하면 재료의 특성이 상실되므로, 용접 후 열처리는 강판의 제조열 이력을 고려하여야 한다.

8) 용접 후 열처리의 목적

① 용접 잔류 응력의 완화와 치수 안정화 ② 용접 열영향 경화부의 연화 ③ 용접부의 연성, 인성 향상 ④ 내응력 방식 균열성의 향상, 회복 ⑤ 수소 등의 함유 가스 방출

9) 재열(reheating) 균열과 취화

용접 후 열처리는 잔류 응력의 완화 등 용접 구조물의 신뢰성을 향상시키는 유효한 방법이지만, 강종에 따라서는 다음과 같은 문제를 유발하므로 주의해야 한다.

① 고장력강 저합금강의 SR 균열 ② 저합금강의 SR 취화 ③ 모재, 용접부의 강도 저하 ④ 이재 이음에서의 탈탄, 침탄 ⑤ 탄화물 석출에 의한 내응력 부식성 저하

10) SR 균열

① 용접 그대로의 상태에서는 확인되지 않지만, 용접 후 열처리 과정에서 용접 toe부의 용접 열영향부 조립역에 발생하는 결정립계 균열이다. ② SR 균열은 다음 조건이 필수적 * 열영향부 조립역 * 잔류 응력 및 응력 집중 * 2차 경화 원소를 함유한 강 ③ 고장력강이나 Cr-Mo-V 강 등의 구속력이 큰 후판 용접부, 특히 압력 용기의 노즐(nozzle) 이음부에 발생하기 쉽다.

11) SR 균열의 방지

① 모재 화학 성분 중 가능한 한 석출 경화 원소를 적게 한다. ② 용접 열영향부 결정립의 조대화를 방지한다. 단 마텐자이트나 하부 베이나이트 등의 담금질 조직에서는 풀림 과정 중에 시효 변화가 크게 되고 SR 균열이 조장되므로 주의를 요한다. ③ 용접부 표면 덧살,언더컷 등을 제거하거나 버터링 비드(buttering bead)를 두어 열영향부 조립역으로 응력 집중이 안되게 한다. ④ 될 수 있는 한 응력 집중이 적게 설계한다. ⑤ SR 과정 중 열응력이 생기지 않도록 균일 가열한다.

6. 도면

1) 특수한 용도의 선 : 가는 실선, 아주 굵은 실선

* 가는 실선 : a) 외형선 및 숨은 선의 연장을 표시 b) 평면이란 것을 표시, c) 위치를 명시하는데 사용한다.

2) 아주 굵은 실선 : 얇은 부분의 단면을 도시하는데 사용

2. 투상법

1) 정투상법 : 투상선이 투상면에 대하여 수직으로 되어 있는 것(평행 광선에 의해 투상이 되는 것)

2) 축측 투상법(등각투상법 또는 부등각투상도) : 정투상도의 투상법에서 선이 겹쳐 이해하기 복잡해지는 것을 피하기 위해 경사진 광선에 의해 투상하는 것

3) 사투상법 : 정면도의 크기, 모양은 그대로 두고, 평면도와 우측면도를 경사시켜 그린 것.

4) 투시도법 : 시점과 물체의 각 점을 연결하는 방사선에 의해 그리는 것으로, 원금감이 있어 건축 조감도 등 건축 제도에 많이 쓰임

5) 2면도 : 원통형 도는 평면형인 간단한 물체는 정면도와 평면도, 정면도와 우측면도의 두 개의 도면으로 완전하게 도시할 수 있는 것

6) 보조투상도 : 경사면부가 있는 물체는 정투상도로 그리면 그 물체의 실형을 나타낼 수 없기 때문에 그 경사면과 맞서는 위치에 보조 투상도를 그려준다.

7) 회전투상도(회전도시단면도) : 핸들이나 바퀴 등의 암 및 리브, 훅, 축, 구조물의 부재 등 투상면이 어느 각도를 갖고 있어서 그 실제 모양을 표시하지 못할 경우 그 부분을 회전해서 그린다. 또 잘못 볼 우려가 있을 경우에는 작도에 사용한 선을 남긴다.

8) 부분 투상도 : 부품의 일부분만 도시

9) 국부 투상도 : 대상물의 특별한 부분, 즉 구멍, 홈 등 국부

10) 부분 확대도 : 특정 부분의 도형이 작아서 그 부분의 상세한 도시나 치수 기입을 할 수 없을 때에는 그 부분을 가는 실선으로 에워싸고, 영문의 대문자로 표시한 후 그 해당 부분을 따로 확대하여 그리고 척도를 기입한다.

11) 전개 투상도 : 구부러진 판재를 만들 때는 공작상 불편하므로 실물을 정면도에 그리고 평면도에 전개도를 그린다.

12) 가상선에 의한 도형의 도시 : 이것은 도시된 물품의 인접부, 어느 부품과 연결된 부품, 또는 물품의 운동 범위, 가공 변화 등을 도면상에 표시할 필요가 있을 경우에 가상선을 사용하여 표시한다.

13) 단면도 : 물체 내부와 같이 볼 수 없는 것을 그릴 때, 숨은 선으로 표시하면 복잡해지므로 절반 또는 부분을 절단하여 내부가 보이게 그리면 선이 명확해진다. 단면도는 a) 정투상법으로 그린다. b) 절단면은 기본 중심선을 지나고, 투상면에 평행한 면을 선택하되, 같은 직선상에 있지 않아도 된다. c) 전부 또는 일부를 단면으로 도시한다. d) 단면은 절단하지 않은 면과 구별하기 위해 해칭이나 스머징을 한다. e) 단면 뒤에 숨은 선은 되도록 생략한다.

* 단면도의 종류 : 온 단면도, 한쪽 단면도, 부분 단면도, 회전도시 단면도, 조합에 의한 단면도

3. 도형의 표시 및 치수 기입 방법

1) 평면의 표시 : 도형 내의 특성한 부분이 평면이란 것을 표시할 필요가 있을 경우에는 가는 실선으로 대각선을 그린다.

2) 특수한 가공 부분의 표시 : 대상물의 면의 일부를 특수한 가공을 하는 경우네는 그 범위를 외형선에 평행하게 약간 떼어서 굵은 1점 쇄선으로 그린다.

1) 용접부의 결함과 그 대책

* 치수상 결함 : 변형, 치수불량, 형상 불량

* 구조상 결함 : 기공 및 피트(blow hole & pit), 은점, 슬래그 섞임, 용입 불량(부족), 융합 불량, 언더컷, 오버랩, 균열, 선상 조직

* 성질상 결함 : 기계적 불량(인장강도, 피로 강도, 경도, 연성 등), 화학적 불량(화학성분 부적당, 부식 등)

2) 용접 결함의 종류와 그 방지 대책

* 용입 불량(IP - incomplete penetration) : 발생원인은 이음 설계의 결함, 용접 속도가 너무 빠름, 용접 전류가 낮음, 용접봉 선택 불량, 방지 대책으로는 루트 간격 및 치수를 크게 함, 용접 속도를 늦춤, 슬래그가 벗겨지지 않는 한도 내로 전류를 높임, 용접봉의 선택을 잘 함.

* 언더컷(under cut) : 발생 원인으로는 잔류가 너무 높음, 아크 길이가 너무 김, 용접봉 취급의 부적당, 용접 속도가 너무 빠름, 용접봉 선택 불량, 방지 대책으로는 낮은 전류를 사용, 짧은 아크 길이 유지, 유지 각도를 바꿈, 용접 속도를 늦춤, 적정봉을 선택함.

* 오버랩(over lap) : 발생 원인은 용접 전류가 너무 낮음, 운봉 및 봉의 유지 각도 불량, 용접봉 선택 불량, 방지 대책으로는 적정 전류 선택, 수평 필릿의 경우는 봉의 각도를 잘 선택함, 적정봉을 선택함.

* 선상조직 : 발생 원인은 용착 금속의 냉각속도가 빠름, 모재 재질 불량, 방지 대책은 급랭을 피함, 모재의 재질에 맞는 적정봉을 선택함.

* 균열(crack) : 발생 원인은 이음의 강성이 큼, 부적당한 용접봉 사용함, 모재의 탄소, 망간 등의 합금 원소 함량이 많음, 과대 전류 또는 과대 속도, 모재의 유황 함량이 많음, 방지 대책으로는 예열, 피닝 작업을 하거나 용접 비드 배치법 변경, 비드 단면적을 넓힘, 적정봉을 선택함, 예열, 후열을 함, 적정 전류 속도로 운봉함, 저수소계봉을 사용함.

* 기공(blow hole) : 발생 원인은 용접 분위기 가운데 수소 또는 일산화탄소의 과인, 용접부의 급속한 응고, 모재 가운데 유황 함유량 과대, 강재에 부착되어 있는 기름, 페인트, 녹 등, 아크 길이, 전류 조작의 부적당, 과대 전류의 사용, 용접속도가 빠름, 방지 대책으로는 용접봉을 바꿈, 위빙을 하여 열량을 늘리거나 예열함, 충분히 건조한 저수소계 용접봉을 사용함, 이음의 표면을 깨끗이 함, 정해진 범위 안의 전류로 좀 긴 아크를 사용하거나 용접법을 조절함, 적당한 전류로 조절함, 용접 속도를 늦춤.

* 슬래그 섞임(slag inclusion) : 발생 원인은 슬래그 제거 불완전, 전류 과소, 운봉 조작 불완전, 용접 이음의 부적당, 슬래그 유동성이 좋고 냉각하기 쉬울 때, 봉의 각도 부적당, 운봉 속도가 느림, 방지 대책으로는 슬래그를 깨끗이 제거함, 전류를 약간 세게 함, 운봉 조작을 적절히 함, 루트 간격을 넓게 설계함, 용접부를 예열을 함, 봉의 유지 각도가 용접 방향에 적절하게 함, 슬래그가 앞지르지 않도록 운봉 속도를 유지함.

* 피트(pit) : 발생 원인은 모재 가운데 탄소, 망간 등의 합금 원소가 많을 때, 습기가 많거나 기름, 녹, 페인트가 묻었을 때, 후판 또는 급랭되는 용접의 경우, 모재 가운데 유황 함유량이 많을 때, 방지 대책으로는 염기도가 높은 봉을 선택함, 이름부를 청소함, 예열을 함, 저수소계봉을 사용함, 봉을 건조 시킴.

* 스패터(spatter) : 발생 원인은 전류가 높음, 건조되지 않은 용접봉을 사용함, 아크 길이가 너무 김, 아크 블로가 큼, 방지 대책은 모재의 두께와 봉지름에 맞는 최소 전류로 용접함, 충분히 건조시켜 사용함, 위빙을 크게 하지 말고 적당한 아크 길이로 함, 교류 용접기를 사용함, 아크의 위치를 바꿈.

[출처] 용접필기 이론학.금속 총론(11.)(용접기능사.산업기사.기능장.기사)이것만 알면 필기 합격한다.|작성자 아기천사

[ 비철 금속 재료 ]

⑴ 구리 Cu

②용융점 외에는 변태점이 없다.

③비자성체이며, 전기 전도율은 두 번째로 좋다.

④청수(靑水)에는 변하지 않으나 소금물에는 부식된다.

※열간 가공은 750~850℃, 가공 경화된 것은

600~700℃로 30분간 풀림

⑵ 알루미늄 Al

①비중 2.7, 용융점 660℃의 면심 입방격자

②용융점 외에는 변태점이 없으며 비자성체이다.

③알칼리수용액, 해수에 부식, 유기산에는 강하다.

⑶ 마그네슘 Mg

①비중 1.74로 실용금속 중 가장 가벼우며, 용융점은

650℃이다.

②조밀육방격자이다.

③산, 염류에 약하고 알칼리에는 강하다.

⑷ 니켈 Ni

①비중 8.9, 용융점은 1455℃

②면심입방격자이며 상온에서 흰색

③350℃에서 자기변태를 일으킨다.

④질산에 약하나 염산이나 황산에는 강함, 알칼리에 대한

저항이 크다.

⑸ 티탄 Ti

①비중 4.5, 용융점 1800℃, 인장강도 50㎏/㎟

②용점은 가능하나 절삭성 및 주조성이 우수하지 않다.

⑹ 황동 (구리 Cu + 아연 Zn)

7 : 3 황동 + Sn 1% 헤드퍼럴티

Zn : 30% 연신율최대

6 : 4 + Sn 1% 네이벌

Zn : 40% 인장강도최대

6 : 4 + Fe 1~2% 델타배탈

※자연균열방지법 (200~300℃) 20~30분간

※탈아연현상 (Zn판 연결, 1%주석첨가)

⑺ 청동 (구리Cu + 주석Sn)

한 합금) :고속회전페어링

연신율 Sn 4% 최대

인장가동 Sn 18% 최대

브리넬 Sn 32% 최대

②레빗빗탈 (Sn을 기지로 한 합금)

③오일리스베어링 (Cu+Sn+C)

④Al청동 (Al 10%시 강도 최대)

⑤아암즈 청동 (Fe, Mn, Ni, Si, Zn을 첨가한

강력 한 Al 청동)

⑻ 니켈청동

①콜슨합금 (인장강도 105㎏/㎟전선)

②레릴륨 청동 (인장강도 133㎏/㎟)

③양온 Ni 15~20% (장식품, 식기)

⑼ Al 합금

①라우탈 (Al+Cu+Si)

②실루먼 (Al+Si)

③하이드로날륨 (Al+Mg) : 대표적 내식성 Al 합금

(알민,알드리)

④Y합금 (Al+Cu+Mg+Ni)

⑤듀랄루먼 (Al+Cu+Mg+Mn)

⑥클래드재 - 고릭 합금의 표면에 내식성이 좋은

Al판을 붙혀서 사용하는 것

⑽ Mg 합금 - 비중 1.75~2.0, 인장강도 15~33㎏/㎟ 의 경합금

①도우레탈 (Mg+Al)

②엘렉트론 (Mg+Al+Zn)

⑾ Ni 합금

①콘스탄탄 : Ni 40~45% 온도측정용 열전쌍

②어드밴스 : Ni 44-Cu 55%-Mn 1% 전기기계의 저항선

③인바아 : Ni 36% 자 지진계진자

④엘린바아 : Ni 36 - Cr 12% 스프링제

⑤플레티나이트 : Ni 42~48% 전구의 봉입선

⑥퍼어멀로이 (고주파의 철심)

⑦내열용합금-인코넬,하스텔로이,니크롬선, 크로엘

⑿ 주철 (2.11~6.68%)

①종류 󰠇 흑주철 - 탄소가 화합탄소(규소량이 적고

󰠐 냉각속도가 빠를 때)

󰠉 회주철 - 탄소가 유려탄소(규소량이 많고

󰠐 냉각속도가 느릴 때)

󰠌 반주철

②주철의 성장원인 󰠇 Fe3C의 흑연에 의한 팽창

-A1 변태의 체적변화

-가열로 생기는 균열에 의한 팽창

-Si의 산화에 의한 팽창

◎흑연화촉진제(Si, Al, Ni, Ti),

흑연화방지제 (Cr, Mn, S, Mo, V)

⑤ 미이나이트 주철  

(인장강도 25~45, 칼슘-Si 분말첨가, 퍼얼라이트)

⑥ 구상흑연주철 (마그네슘, 세슘첨가)

◎시멘타이트, 퍼얼라이트, 페라이트 3가지 종류

⑦칠드주철 (압연로올라, 기차바퀴, 분쇄기)

⑧가단주철 -백주철을 탈탄 (관이음쇠)

(13) 특수강

구조용특수강 - 강인강, 표면강화강, 스프링강, 쾌삭강

크롬강 - 퍼얼라이트

Ni-Cr강 (600℃에서 뜨임,솔바이트 조직) 뜨임 깨짐 발생

Ni-Cr-Mo (뜨임취성 방지, Mocja가)

Mn -저망간강 - 듀코올 (퍼얼라이트)

-고망간 - 하드팔드강 (오스테나이트)

*표면경화강 -침탄용, 질화용, 스프링강

(14) 공구강

①공구강의 구비조건 - 강도가 크고 고온경도 유지

- 내마멸성이 클 것 - 강인성

②공구강의 종류

㉠합금공구강 (STS, STD)

㉡고속도강 (SKH) 일명하이스(HSS)

-W : 고속도강 18(W)-4(Cr)-1(V)

-Co : 고속도강 -Mo : 고속도강

*담금질온도 1250~1320℃, EM임온도 550~580℃

㉢주조경질합금 (스텔라이트)

Co + Cr + W + C

㉣초경합금 (TiC, TaC, Wc)

상품명 : 위디아, 미디아, 텅갈로이

​

(15) 스테인레스

13Cr : 마르텐사이트계

16Cr : 페라이트계

18(Cr)-8(Ni) : 오스트나이트계

*Cr 12% 이하를 내식강이라 한다

(16) 내멸강 - 주성분은 Cr

규소강 - 변랍기의 철심 , 교류기계의 철심

(17) 강의 열처리

일반 열처리 : 담금질, 뜨임, 풀림, 불림

항온 열처리 : 오스템퍼 , 마르템퍼, 마퀜칭

표면 강화 열처리 : 화염경화법, 고주파경화법, 침탄법,

시인화법, 질화법 담금질의 조직 -

오스테나이트 (노중)

(강도, 경도증가) - 마르텐사이트 (수중냉각)

- 트루스나이트 (기름)

- 소르바이트 (공기중)

(18) 탄소강

①순철 : 0.003%이하 (전기분해법)

강 : 0.13~2.11% 이하 (제강로)

주철 : 2.11~6.68% (큐우폴라)

②순철의 변태

(α철(체심), ϓ철(면심), δ철(체심)의 3가지 동소체)

* 순철의 자기변태 768℃

니켈의 자기변태 360℃

주석의 자기변태 18℃

③Fe-C의 상태도

◎공석점 - 0.77%

조직 : 퍼얼라이트 = 페라이트 +시멘타이트

◎공정점 - 4.3%

조직 : 레데뷰라이트

④탄소강의 기계적성질

평균강도 : aB = 20+100 X C

브리넬 : HB =2.8 X aB

⑤탄소강의 취성

◎ 청열취성 (200~300℃) : P이 원인

◎ 적열취성 (850~950℃) : S이 원인

◎ 상온취성 - P가 원인

⑥탄소강의 종류와 용도

◎주강품 : 주강은 수축율이 주철이 2배, 주철로선 강도가 부족할 때

* 연강 : C 0.13~0.20% 건축용 철골, 철교, 볼트, 리벳

반연강 : C 0.20~0.30% 기어, 레버, 강철판, 볼트, 너트, 파이프

반경강 : C 0,30~0.40% 철골, 강철판. 차축

경강 : C 0.40~0.50% 차축, 기어, 캠, 레일

⑦강의 표준조직

- 페라이트

- 퍼얼라이트

- 시멘타이트

* 기계재료의 KS기호

SB: 일반 구조용 압연강재 SBB: 보일러용 압연강재

SM: 기계 구조용 탄소강재 SF: 탄소강 단조품

SWS: 용접구조용 압연강제 SC: 탄소 주강품

STC: 탄소공구강 BMC: 흑심 가단 주철

STS: 합금공구강 WMC: 백심 가단 주철

STD: 합금 공구강재 SKH: 고속도 공구강재

PWR: 피아노선재 SBC: 냉간 압연강판 및 강재

SPS: 일반구조용 탄소강관 SPP: 일반배관용 탄소강관

(19) 제강법

◎평로제강 (1회당 용해 할 수 있는 쇳물의 무게)

◎전호제강 (1회에 제강할 수 있는 무게를 톤으로 표시)

◎전기로 (1회에 용해할 수 있는 무게)

◎도가니로 ( 용해할 수 있는 구리의 중량)

◎강괴 - 림드강 - 페로망간으로 탄산, 기포발생, 편석

- 킬드강 - 상부에 수축관, 10~20% 절단

- 세미킬드강

*탈산제 - 페로망간, 페로실리콘, 알루미늄 (Al이 가장 우수)

(20) 금속의 결정구조 - 체심입방격자

(a-Fe, b-Fe, Cr, Mo, W, Y(이트륨), Li(리듐)

- 면심입방격자 (r-Fe, Au, Ag, Cu, Al, Pt(백금), Pb)

- 조밀육방격자 (Mg,Zn,Cd(카드뮴),Ti,Ce(세륨),Co(코발트))

(21) 합금의 결정격자

침입형, 치환형, 규칙격자형

(22) 물리적 성질

연전도율 = 은 -> 구리 -> 백금 -> 알루미늄

전기전도율 = 은-> 구리 -> 금-> 알루미늄-> 아연->니켈

(24) 재료시험

​

23. 주율의 법칙 : H=0.24I²Rt

24. 점용접으로 할 수 없는 금속은 알루미늄합금,

주철 등 탄소 함유량이 높은 것

25. 저항의 3요소 : 용접전류, 가압력, 통전시간

26. 시임 용접

주로 기밀, 수밀을 요하는데 사용

※ 통전방식 : 뜀, 연속, 맥동(뜀통전이 가장 많이 사용)

27. 플래쉬 용접의 3단계 : 예열 -> 플래쉬 -> 업셋

# 가열범위가 좁고 이음의 신뢰도가 높다,

용접 속도가 빠르다

28. 아크점 용접

아크의 고열과 그 집중성을 이용하여 겹친 2장의 판재

한 쪽에서 아크를 0.5~5초간 발생시켜 접함

※ 점용접이 가장 많이 사용되는 팁은 R형

29. 테르밋 용접

※ 테르밋제 사용 (알루미늄 분말과 산화철 분말) 2800℃

※ 전기가 필요없고 주로 철도 레일이나 차축등의

용접에 사용

30. 일렉트로 슬래그 용접

아크열이 아니고 와이어와 용융슬래그 사이에 통전된

전류의 저항열을 이용

※ 용접에서 가장 두꺼운 판의 용접에 사용

①켈빗(Pb를 기지로

※ 연납용 용제 - 염화아연, 염산, 염화암모늄

※ 단층 수직용접에만 사용

※ 홈가공이 필요하다.

31. 전자비임 용접 : 전공 중에서 용접, 반도체 금속용접,

용융점이 높은 W, Mo용접 활성금속의

용접이 가능, 어종금속의 용접

32. 마찰 용접 : 컨벤셔널, 플라이 휠형

33. 초음파용접 : 이종금속용접이 가능, 필름도 용접가능

34. 알루미늄 납땜의 용접 : 600℃

35. 용제의 구비조건

① 산화물의 산화방지

② 납에 대한 부식작용이 최소

③ 유동성 증가

[출처] 용접필기 이론학,비철 금속 재료(9.)(용접기능사.산업기사.기능장.기사)이것만 알면 필기 합격한다.|작성자 아기천사