[논문]오버레이 용접에 있어서 용접재료에 따른 최신 연구동향

유호천

doi:10.5781/kwjs.2013.31.6.17

오버레이 용접에 있어서 용접재료에 따른 최신 연구동향
Recent Study in Variation of Welding Materials for Overlay Welding 원문보기

大韓溶接·接合學會誌 = Journal of the Korean Welding and Joining Society, v.31 no.6, 2013년, pp.17 - 26

유호천 (한국과학기술정보연구원 ReSEAT 프로그램)

Abstract ▼ AI-Helper

Recent developing tendency of overlay welding on welding materials are studied by searching of NDSL, Science Direct, KIPRIS and so on. Fe, Co, Ni and WC are selected as welding materials. Development and improvement of various new overlay welding technology, especially improvement of quality and for...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

% 이하로 낮게 제한하고 다량의 티타늄(0.5～4wt.%)을 1≤Ti/N≤20의 범위로 첨가하여 친화력이 강한 질소와 반응시켜 기지의 크롬농도를 억제시키지 않고 질화물을 입내에 골고루 석출시켜 내열균열성 및 내식성을 유지하면서 내마모성을 겸비할 수 있도록 하였으며 동시에 Co, Mo, Ni 등의 값비싼 첨가원소를 줄일 수 있는 방안이다.
Just 등²⁹⁾ 은 Ni기지에 60wt.%WC/W₂C로 구성시킨 금속기지복합재료(MMC, Metal matrix composites) 하드페이싱 합금에 대하여 PTA용접에 의한 용접전류에 대한 변화를 조사하였다. 높은 용접전류에서는 WC상의 함량이 3배나 증가하였으며 용접전류를 약 25% 상승시킴에 따라 계면의 두께가 5배 증가하였다.
여기에서 탄화텅스텐은 60mass%의 분율로 구성되었으며 직경 63～150㎛ 범위의 구상 WC/W₂C로 이루어진 공정반응에 의한 용융혼합물이다. 또한 W₂C 결정은 층상형태의 구조로 삽입되어 특별한 용융과정으로 제조하였다.
용적이행모드는 240A에서 27V, 270A 이상에서는 30V가 단락 이행모드에서 스프레이 이행모드로 천이되는 구간으로 나타났다. 용접 비드의 희석률에 영향을 미치는 주요인자는 용접전류이며 주로 용접시 용입깊이가 일정한 반면 용착량이 증가하는데 기인하고, 용접비드의 퍼짐성에 미치는 주요인 자는 용접전압이며 주로 용입깊이 대비 용입폭의 증가가 큰 데에 기인하는 것으로 추정하였다.
%WC합금을 대면적으로 코팅하여 내마모성(dry sliding wear)을 크게 향상시켰다. 이때 Fe계 합금의 평균입도는 80㎛로 하였으며, 세라믹 상으로 WC입자의 평균입도 30㎛로 하고 과립상(granulating)으로 WC+ W₂C공정의 층상혼합물로 제조하였다.
또한 국내 용접관련 산업 및 용접재료업체의 기술개발 의지가 필요한 이 시점에서, 오버레이 용접기술에 대한 제조기술의 확립과 향후 방향제시를 목표로 하고 있는 정보자료의 출현이 국내산업 발전을 더욱 활성화할 수 있는 촉진제가 될 것이다. 이를 위해 본고에서는 NDSL, ScienceDirect, KIPRIS 등의 검색을 통하여, 국내외 오버레이 용접관련 학술지와 특허자료를 입수하여 체계적으로 분석하였다. 특히 용접재료에 따른 오버레이 용접기술 개발동향을 파악하기 위하여 철계, Co계, Ni계, WC계 재료에 관한 해외 및 국내 오버레이 용접의 기술개발 동향을 파악하고 정성분석하였으며 향후 기술을 전망하였다.
이를 위해 본고에서는 NDSL, ScienceDirect, KIPRIS 등의 검색을 통하여, 국내외 오버레이 용접관련 학술지와 특허자료를 입수하여 체계적으로 분석하였다. 특히 용접재료에 따른 오버레이 용접기술 개발동향을 파악하기 위하여 철계, Co계, Ni계, WC계 재료에 관한 해외 및 국내 오버레이 용접의 기술개발 동향을 파악하고 정성분석하였으며 향후 기술을 전망하였다.

성능/효과

0wt.% 이하를 함유시킨 플럭스 코어드 용접와이어를 이용하여 순아르곤을 실드가스로서 하드페이싱 용접하여 양호한 용접 작업성 및 저희석률을 실현하여 내식성이 우수한 용접부를 얻었다. 이 방법은 특히 용착속도, 용착효율이 크다는 장점이 있다.
% 첨가시 5～10㎛크기의 가장 미세한 입도를 얻을 수 있었으며 이 이상 첨가 시에는 희토류산화물과 δ-Fe와의 부정합(misfit)과, 핵생성의 효율성이 상실되어 페라이트 입도가 증가하였다.
5C성분의 플럭스 코어드 와이어에 V첨가의 영향을 조사하였다. V함량이 증가할수록 내마모성이 증가하였는데, 벌크형 1차 탄화물의 양은 감소하고 미세한 공정탄화물의 양은 상승하였다. 기지조직(마르텐사이트+잔류오스테나이트) 내에 M₇C₃와 VC형의 탄화물이 석출되었으며, VC는 하드페이싱 금속의 응고 후에 2차 탄화물로서 석출이 되었다.
을 해결해 왔으나 원자로 부품(Indian Proto-type Fast Breeder Reactor)은 격심한 작업조건으로 기인되는 마모손상에 견디어내야 한다. 그러나 Co계 합금(예, Stellite 6)은 방사선 활동으로 사용상 바람직하지 못하여 대체합금으로 Ni계 합금을 검토한 결과, 장기간 시효연구에서 오스테나이트계 스테인리스강의 표면에 Ni계 Colnomoy 5의 하드페이싱 증착은 550℃에서 40년의 사용수명을 보증할 수 있을 정도의 적절한 경도를 유지하고 있음을 보여주었다.
둘째, 레이저 클래딩방법은 T. Gómez-del Río 등27)에 의해 ① 준안정 Ni3B 공정상을 지닌 수지상의 Ni-rich 상과 ② Ni-Si층상의 공정상을 지닌 수지상간 상과 ③ CrB, Cr3C2 혹은 (Cr,Fe)7C3로 이루어진 석출물이 관찰되었다.
Gómez-del Río 등²⁷⁾에 의해 ① 준안정 Ni₃B 공정상을 지닌 수지상의 Ni-rich 상과 ② Ni-Si층상의 공정상을 지닌 수지상간 상과 ③ CrB, Cr₃C₂ 혹은 (Cr,Fe)₇C₃로 이루어진 석출물이 관찰되었다. 셋째, PTW용접의 출현으로 C. Sudha 등²³⁾ 에 의해서 15kg/h까지의 높은 코팅속도와 약 85%의 양호한 용착효율과 낮은 희석률을 나타내었다. PTA용접 에서는 γ-Ni 수지상과 수지상간 석출물로 이루어지는 데, 이 수지상간 석출물에는 Cr탄화물과 Cr붕화물을 함유시켜 내에로젼성이 향상시켰다.

후속연구

3) 향후 오버레이 용접기술은 용접시공, 잔류응력 완화, 합금원소 제어, 희석률 향상 및 용접결함 방지기술의 개발이 더욱 활성화 될 것으로 전망된다.
향후 각종 산업 분야에의 오버레이 용접기술의 정착을 위해서는 산학연이 합심하여 공동목적으로 적극적인 지원을 해야 할 것이다. 또한 국내 용접관련 산업 및 용접재료업체의 기술개발 의지가 필요한 이 시점에서, 오버레이 용접기술에 대한 제조기술의 확립과 향후 방향제시를 목표로 하고 있는 정보자료의 출현이 국내산업 발전을 더욱 활성화할 수 있는 촉진제가 될 것이다. 이를 위해 본고에서는 NDSL, ScienceDirect, KIPRIS 등의 검색을 통하여, 국내외 오버레이 용접관련 학술지와 특허자료를 입수하여 체계적으로 분석하였다.
변형유기 마르텐사이트 상변태를 이용하는 신개념 내마식 합금조성 설계기술과 또한 오일샌드, 해저자원 등의 에너지라인 이외에도 임계변형에너지를 이용한 변형유기 마르텐사이트 제어합금설계 기술은 건설중장비 적재함, 버켓 등에서 사용되기 위한 고인성 내마모 강판의 연구개발에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
오버레이 용접시 희석률의 정교한 제어를 통해 원하는 합금조성의 용접부를 형성하는 용접플럭스조성 설계 기술에 대한 연구를 통해 우수한 내마식 성능을 갖는 오버레이 접합금속소재가 개발될 수 있을 것으로 기대된다.
오버레이 용접재료의 경우에는 첫째 내마모성, 내열성, 내소부성, 내충격성, 내산화성 등과 같이 복합물성을 가지는 합금개발, 둘째 용접균열을 발생하지 않는 고경도 내마모성 합금개발, 셋째 고기능 오버레이 용접재 제조를 위한 원료분말 제조기술, 용접봉 및 와이어 제조기술 그리고 플럭스 제조기술 개발이 요구된다.
그러나 Inconel 690 용접금속은 일반 스테인리스강의 용접금속과는 달리 완전 오스테나이트이므로 고온균열에 민감하고, 기공, 용입 불량 등의 결함이 발생하기 쉽다는 단점을 가지고 있으며, 용접재료 등과 관련한 용접법이 정확히 정착되지 않은 관계로 여전히 많은 불건전 용접부가 발생하고 있는 실정이다. 이에 대비하여 Inconel 690 용접부의 고온균열을 방지 또한 저감화를 위해서는 용접조건에 대한 검토와 함께, 용접재료의 화학조성, 모재 또는 인접용접부의 종류와 이에 따른 희석, 용접순서 등을 종합적으로 고려하여 연구개발 되어야 할 것으로 생각된다⁴⁵⁾.
제조업의 경쟁력 강화를 위한 설비의 고도화 유지의 필요성은 증대될 것이며, 이를 위한 한 방편으로 오버레이 용접기술의 적극적인 적용 및 개발은 우수한 품질의 저가 오버레이 용접재료 개발, 생산성 향상을 가질 수 있는 용접시공기술의 개발, 오버레이 용접기술 적용을 위한 새로운 수요개발 측면에서 이루어져야 한다. 연구개발을 통한 신기술의 개발로 새로운 수요창출의 노력이 요구되고 있다.
특히 국내 기업체의 오버레이 용접재료의 기술확립은 국제경쟁력 확보를 위해서 필수적으로 거쳐야 하는 과제이다. 향후 각종 산업 분야에의 오버레이 용접기술의 정착을 위해서는 산학연이 합심하여 공동목적으로 적극적인 지원을 해야 할 것이다. 또한 국내 용접관련 산업 및 용접재료업체의 기술개발 의지가 필요한 이 시점에서, 오버레이 용접기술에 대한 제조기술의 확립과 향후 방향제시를 목표로 하고 있는 정보자료의 출현이 국내산업 발전을 더욱 활성화할 수 있는 촉진제가 될 것이다.
지금까지 희석률은 예측하기가 힘들고, 용접 시마다 균일한 품질의 용접표면조직을 얻지 못하고 마모저항성이 떨어져 표면균열 등 다양한 마모현상이 자주 발생하였다. 향후 희석률을 일정하게 유지하고 최소화시키기 위해서는 플럭스 분말 구성원소의 질량비율에 따른 최적의 조성을 설정하는 연구가 추진되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Stellite 6을 Inconel 625 합금 또는 Inconel 718 합금으로 대체하려는 노력이 시도되어온 이유는?	Stellite 6는 고온에서의 마모특성 및 내부식성이 우수하나 가격이 비싸 제작 및 주기적인 보수에 따른 비용이 상당히 크다. 따라서 현재에는 전세계적으로 Stellite 6와 등등한 내마모성 및 내부식성을 보유하고 상대적으로 저렴한 합금, 예를 들면 PTA용접시 Inconel 625 합금 또는 Inconel 718 합금으로 대체하려는 노력이 윤병현 등18)에 의해 시도되었으나, 적용분야에 알맞은 연삭마모 및 미끄럼 마모에 대한 특성보증에 대한 파악이 무엇보다 중요하다.
	저합금 고장력강에 오스테나이트계 스테인리스강의 오버레이 클래딩 용접시 필요한 기술은?	저합금 고장력강에 오스테나이트계 스테인리스강의 오버레이 클래딩용접 시에는 최적의 용접공정인자를 선정함으로써 블로우홀, 핀홀 및 포착된(entrapped) 슬래그와 같은 결함이 없는 클래드 접합부를 형성시키는 제조기술이 필요하다1).
	고크롬계 철계 합금에 일반적으로 첨가되는 합금원소는?	고크롬계 철계 합금에 일반적으로 첨가되는 합금원소 로는 Mo, Ni, Mn, Cu 등이 있다. Mo은 냉각시 펄라 이트 변태를 억제하며 이차 탄화물 석출을 효과적으로 억제함으로써 경화능을 향상시킨다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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