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문제 정의
- 중요하다. 이러한 보수용접에 사용한 용접봉은 국내에서 확보할 수 있는 것 중 세 회사의 용접봉을 선택하고, 각각의 예열 조건, 사용 용접 전류 등을 변화시켜 가장 적절한 용접봉과 시공조건을 확립하는 기초를 쌓고자 한다.
제안 방법
- 이러한 특성을 고려하여 적용하고 있는 주철의 보수 용접 시공은 열간 시공과 냉간 시공이 있고, 용접법은 산소-아세틸렌 용접, 아크 용접, 경랍 땜 등이 있으나, 현재 주철 보수용접에서 가장 많이 사용하는 용접방법은 용접결함 발생을 최소화하고, 용접부의 기계절삭이 가능한 것으로서 니켈 계통 용접봉을 사용하는 냉간 아크 용접법이다. 이런 주철의 냉 간 아크 용접법을 선박용 디젤기관 부품에 적용하고자 한다.
- 용접봉 종류에 따른 각 용접부위별 경도 분포를 알기 위해 Table 3 및 Table 4의 지름 3, 2mm 용접봉을 주철 모재에 동일한 전류로 현장 용접 조건과 가깝게 Fig. 1과 같이 3층 용접하였다. 용접한 부위의 경도는 용접선 방향과 직각 방향으로 기계식 절단기로 절단하여 기계가공, 연마 등을 한 단면을 에칭 (Etcl商g)을 실시하고 용접부위를 구분하여 비커스 경도기로서 측정하였다.
- 1과 같이 3층 용접하였다. 용접한 부위의 경도는 용접선 방향과 직각 방향으로 기계식 절단기로 절단하여 기계가공, 연마 등을 한 단면을 에칭 (Etcl商g)을 실시하고 용접부위를 구분하여 비커스 경도기로서 측정하였다.
- 아크 용접을 실시할 경우 회사에서 제시한 숫자 뒤에 가자를붙인 최저 전류와 H자를 붙인 최고 전류를 사용하여 경도를 상호 비교하였다. 상온에서 용접 비드 길이 30~40mm로 한 층만 Fig.
- 비교하였다. 상온에서 용접 비드 길이 30~40mm로 한 층만 Fig. 2와 같이 냉간 용접한 후 용접금속부, 용접열영향부 및 모재 부의 각각 경도 등을 측정하여 적절한 용접 전류에 대한영향을 확인하였다. 또한 주철의 보수용접에 사용하는 용접봉별로 용접부위에 만들어질 수 있는 기공의 발생 상태와 함께 조직 사진을 금속현미경으로 촬영하여 경도의 증가 원인을 확인하도록 하였다.
- 2와 같이 냉간 용접한 후 용접금속부, 용접열영향부 및 모재 부의 각각 경도 등을 측정하여 적절한 용접 전류에 대한영향을 확인하였다. 또한 주철의 보수용접에 사용하는 용접봉별로 용접부위에 만들어질 수 있는 기공의 발생 상태와 함께 조직 사진을 금속현미경으로 촬영하여 경도의 증가 원인을 확인하도록 하였다.
- 주철의 냉간 아크용접 전에 예열 효과를 알아보기 위해 모재의 예열을 각각 ioo°c, 2(xrc로 한 후 상온에서와 동일한 조건과 방법으로, 모든 용접봉에 대해서 100A의 전류로 용접을 실시하여 각각의 경도를 측정, 비교하여 보았다.
- 실제 주철 냉간 아크 용접과 비슷한 상황을 고려하여 Fig. 1 과 같이 200E로 예열한 모재에 3 층 모두를 Ni 계통(AWS E Ni-CI를 나타냄)으로 용접한 경우와 1층과 3층은 Ni 계통으로 2층은 Ni-Fe 계통(AWS E NiFZZI를 나타냄)으로 각각 3 회사의 자체 용접봉으로 용접하여 즉, 1번으로 1층과 3충 용접을 한 경우 2번으로 2충 용접을 하였다. 용접부위 경도는 모재에서부터 위 3충까지 전체를 측정하여 비교하였다.
- 1 과 같이 200E로 예열한 모재에 3 층 모두를 Ni 계통(AWS E Ni-CI를 나타냄)으로 용접한 경우와 1층과 3층은 Ni 계통으로 2층은 Ni-Fe 계통(AWS E NiFZZI를 나타냄)으로 각각 3 회사의 자체 용접봉으로 용접하여 즉, 1번으로 1층과 3충 용접을 한 경우 2번으로 2충 용접을 하였다. 용접부위 경도는 모재에서부터 위 3충까지 전체를 측정하여 비교하였다.
대상 데이터
- 시험한 주철은 대형디젤기관에 사용하는 선급 인정 실린더 라이너의한 부분이며, 화학적 성분과 기계적 성질은 각각 Table 1 및 Table 2와 같고, 사용한 재질의 가공 치수는 25tx50><100mm이다.
- 국내에는 시공 조건으로 열간 중에서 산소-아세틸렌 용접 방법보다 용접재료가 고가이지만 시공 중에 비드의 온도를 낮게 유지해야 하므로 장기간 소요되는 주철 용접을 끊임없이 용접할 수 있고, 용접부위의 기계 가공성이 우수할 뿐만 아니라 짧은 시간 내 용접 작업이 끝나는 냉간 아크용접을 훨씬 많이 이용하고 있다. 이 냉간 아크용접에서 어떤 용접봉이 용접성이 우수하고 용접 결함 발생이 적은 것인가를 판단하기 위해, 대표적으로 3회사의 용접봉을 선정하였으며, 각 용접봉의 화학적 성분과 기계적 성질은 Table 3 및 Table 4와 같다. 1번과 2번은 같은 회사제품이고, 3번과 4번도 같은 회사 제품이다.
성능/효과
- 6에서 첫 글자가 짝수인 232, 432, 632는 2층에 NiFe 계통 용접봉을 용접한 경우이다. 전체적으로 경도 분포 경향은 동일하고 이 실험에서 2충에 NiFe 계통 용접봉을 사용하였다1고 하더라도 단충 용접을 한 Fig. 3처럼 큰 차이는 나지 않는다는 것을 알 수 있다. NiFe 계통의 용접봉은 경도적인측면보다는 목적에 적합한 역할을 하기 위해서 사용한다는 것이 밝혀졌고, 이번 실험의 경우 한해서 중간층에 용접을 하더라도 경도 상승과는 별로 관계가 없는 것으로 사료된다.
- 3처럼 큰 차이는 나지 않는다는 것을 알 수 있다. NiFe 계통의 용접봉은 경도적인측면보다는 목적에 적합한 역할을 하기 위해서 사용한다는 것이 밝혀졌고, 이번 실험의 경우 한해서 중간층에 용접을 하더라도 경도 상승과는 별로 관계가 없는 것으로 사료된다.
- (1) NiFe계통의 용접봉이 Ni계통보다 용접부위 별 경도가 더 높게 나타났고, Ni계통 용접봉 중 탄소 함유량과 용접 금속의 경도가 제일 낮은 용접봉이 그 차이도 제일 적었으며, 또한 제일 낮은 경도 값을 가졌다.
- (2) 상온에서 실시한 용접봉 종류에 따른 주철의 냉간 아크용접에서 각 용접부위 별 경도 차이가 제일 적게 나타난 것은 Ni계통 용접봉 중 탄소 함유량과 용접금속의 경도가 제일 낮은 용접봉이고, 그 다음이 용접금속의 인장강도가 제일 낮은 용접봉이다.
- (4) 버터링 용접의 경우는 Ni 계통을 사용하는 것이 경도 상승이 낮고, 기공 발생이 적다.
- (5) 예열한 경우에 실시한 용접봉 종류에 따른 주철의 냉 간 아크 용접에서 각 용접부위 별 경도 차이는 상온보다는 100℃, 100℃ 보다 200℃가 더 적게 나타났고, Ni계통 용접봉 중 탄소함유량과 용접금속의 경도가 제일 낮은 용접봉의 용접 부위가 제일 우수하다.
후속연구
- 일반적으로 주철 보수용 Ni 계통 용접봉이 NiFe 계통보다 용접 전류가 낮고 주철과의 융합성이 우수하며, 용접 입열량이 적은 최저 전류로 버터링 하는 편이 조직의 변화가 적을. 뿐만 아니라 이러한 기공의 발생도 잘 일어나지 않게 할 수 있어 좋은 용접 결과를 가져올 것으로 사료된다. 사실 주철의 냉간 보수 용접 부위에 기공이 발생하는 이유는, 고온에서 오랫동안 사용된 주철은 주철 자체가 성장하여 흑연을 따라 들어온 고온 산화성 가스에 의한 산화와 열팽창계수의 차이에서 발생한 공극으로 용착 불량, 용접중 주철이 함유한 많은 양의 탄소와 공기 중의 산소가 높은 아크열로 인해 일산화탄소를 만들든지, 주조 불량으로 주철 자체에 보유하고 있는 기공이나 주철에 포함된 주물사의 결함 등에서도 일산화탄소가 만들어질 수도 있다.
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