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02. 용접부의 야금학적 특징
3. 용접 금속의 결함 1
(1) 박판 용접 시 결정립 성장 속도
① 평균 성장 속도는 본드부에서 용접 비드 중심선에 가까울수록 증가하고, 중심선상에서는 용접 속도와 같다.
② 입열량이 일정하면 성장 속도는 용접 속도에 비례한다.
③ 용접 속도가 일정하면 입열량의 감소에 따라 각 부분의 성장 속도는 균일화 경향을 보인다.
(2) 후반 용접 비드 중심부에서의 주상정
① 주상정 또는 주상 조직이란 벽면에 발생한 핵의 결정이 벽에 직각으로 가늘고 긴 모양이 되는 것을 말한다.
② 용접 속도가 작을수록, 용접 비드의 전 두께가 얇을수록 용접 방향으로 굽는다.
③ 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.
(4) 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, 용접에서 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 기게적 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.
⑪ 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)
(5) 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.
포스팅 내용 참조 : 오분만 용접산업기사 필기 > 용접 금속의 결함