용접 시 수소가 용접부에 미치는 영향 용접기술사 서브노트

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용접부의 수소의 영향

용접금속 내에는 일반강재에 비해 수소량이 10^3~10^4배로 존재하고 이들 수소는 여러가지 문제점을 만들어낸다.

1. 수소 취성

철이 수소를 용해하면 취화하여 연성이 저하하고, 단면 수축률의 감소 등을 일으켜 그 기계적 성질은 저하한다.
그러나 극저온 혹은 급속 부하의 경우에는 수소의 확산 속도가 늦기 때문에 취성이 나타나지 않는 경욷 있다.
용접 금속 중의 수소는 시간이 경과 (응고가 진행)함에 따라 농도가 낮은 쪽으로 확산하여 간다.
용융선상의 열영향부가 가장 경화도가 높고 수소 취화를 일으키므로 파단 강도는 저하하고 용접부에 가해지는 인장 잔류 응력에 따라 어느 정도의 잠복기간을 거쳐 균열이 일어난다.

이 수소 취성은
1) 약 -150'C ~ 150'C 사이에서 일어나며, 실온보다 약간 낮은 온도에서 취화의 정도가 현저하다.
2) 견고하고 강한 재질일수록 취화의 정도가 심하다.
3) 잠복기간을 거쳐서 용접 균일 일어난다.
이러한 수소 취성은 전기 도금을 실시한 고장력 강재의 경우에 심각한 문제를 일으킬 수 있다.
도금 과정에서 침입된 수소에 의해 강재의 파단 강도가 약 1/5 정도가 되기도 한다

조직별 수소 용해도

2. Under Bead Cracking

용접 비드직하의 열 영향부에서 발생하는 균열.
용접 금속으로부터 확산된 수소가 주요 원인이다.

급랭 상태의 용접 조직에서 수소가 외부로 방출되지 못하고 모재 쪽으로 향한 수소는 비드 인접부까지 확산하여 Bonding 부분에서 수소가 집중하게 된다. 집중된 수소는 수소 취성을 일으키고 내부 응력과의 상호 작용에 의해 균열을 발생시킨다.
이 균열은 열 영향뷰가 경화된 경우 쉽게 발생하며, 용접부의 Ms점 근방의 냉각 속도에 영향을 크게 받는다.

이와 같은 수소 취성을 방지하기 위해서는 기본적으로 수소의 방출 시간을 가능한 길게하고, 수소의 용해량을 작게 하는 것이다.

즉, 아크 용접에서 입열을 크게하여 용융금속의 고온 유지 시간을 길게 함으로써 수소의 방출을 촉진시킬 수 있으며, 수소 균열을 일으킬 수 있는 마텐사이트 조직의 석출을 저지할 수 있다. 또한 용접 전후에 예열과 후열을 실시하여도 효과가 있다.

3. 은점 (Fish Eye)

용접부를 파단한 경우 파단면에 은점이는 결함이 수소가 존재하는 경우에 잘 발생된다.
이것은 수소가 용접금속내의 공공 및 비금속개재물 주변에 집중되어 취화를 일으켜 시험편을 파단하면 국부적인 취화 파면으로 관찰된다. 파단면에 고기의 눈과 같이 원형으로 수소가 집중되어 있기 때문에 은점이라고 불린다.

4. 미소균열

수소를 많이 함유한 용접금속 내부에는 0.01 ~ 0.1mm 정도의 미소 균열이 다수 발생하여 용접금속의 굽힘강도를 저하시키는 경우가 있다. 이 미소균열은 비금속개재물의 주변 및 결정입계의 열간 미소 균열 등에 수소가 집적되어 발생한다. 이로 인해 융착 금속의 연성이 저하되고 피로강도 및 굽힘강도가 저하한다.

5. 선상조직

수소가 국부적으로 집중하여 존재하는 현상으로 은점에 비해 가늘고 긴 선상으로 석출하여 융착 금속 중의 SiO2 등의 개재물 및 기포 주변에 많이 집중되어 타 수소취화와 마찬가지로 용접 금속의 연성을 저하시켜 취성 파괴의 원인이 된다.

은점 (Fish Eye)

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