[논문]용접방법에 따른 오버레이 용접기술의 연구동향

유호천

doi:10.5781/kwjs.2013.31.1.11

용접방법에 따른 오버레이 용접기술의 연구동향
Recent Study of Overlay Welding on Welding methods 원문보기

大韓溶接·接合學會誌 = Journal of the Korean Welding and Joining Society, v.31 no.1, 2013년, pp.11 - 20

유호천 (한국과학기술정보연구원 ReSEAT 프로그램)

Abstract ▼ AI-Helper

Recent developing tendency of overlay welding on welding methods are studied by searching of NDSL, ScienceDirect and KIPRIS. PTA, Laser cladding, SMAW, GTAW, GMAW, SAW and ESW are selected as welding methods. Development and improvement of various new overlay welding processes and technology are int...

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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제안 방법

% WC 코팅을 실시하여 Fe계 수지상간 기지 내에 과포화된 고용체 α-Fe와 탄화물(즉, M12C와 M23C6)을 석출시켜 내마모성을 크게 향상시켰다.
8 wt.% nano-Al2O3입자의 첨가로, 적층결함과 전위 셀월(cell wall) 형성을 촉진하여 슬라이딩마모저항성을 1.7배 향상시켰다.
GMA 용접을 위한 오버레이 용접용 메탈코어드 와이어를 제조하기 위하여 합금분말로 Fe- Cr-C합금을 기본조성으로 하고 비드의 희석률에 따라 Cr와 C의 질량 비율을 조절함으로써 용접완료 후 용착부의 최종합금 조성이 오스테나이트로부터 마르텐사이트로 변태되는 순간인 변형유기 상변태 경계선에 근접하도록 하였다. 또한 플럭스 분말에 Mn, Al, Si, Ti, ZrO₂, NaF 및 MgF₂를 첨가시켜 희석률을 효과적으로 조절하였다⁴⁴⁾.
Hamamoto Yosio 등²⁹⁾에 의해 가열용 레이저빔을 스터브 튜브의 균열 부분에 응력부식균열감수성이 낮은 재료로 오버레이 용접을 행하여 새로운 균열의 발생의 방지와 노수 누설 방지를 위한 원자로 노저부의 보수용접기술을 확보하였다.
이를 위해 NDSL, ScienceDirect 및 KIPRIS의 검색을 통하여, 국내외 오버레이 용접관련 학술지와 특허자료를 입수하여 오버레이 용접기술 동향을 체계적으로 분석하였다. 그리고 용접방법(PTA, 레이저 클래딩 용접, SMAW, GTAW, GMAW, SAW, ESW)에 따른 해외 및 국내의 오버레이 용접의 기술개발 동향을 파악하고 정성분석하였으며 향후 기술전망을 제시하였다.
레이저 클래딩 공정으로 하드페이싱한 결과, 분말공급량이 증가하고 속도가 감소하면 Ac는 증가하였으며, 넓은 Ac와 좁은 Wp를 갖는 클래드층을 획득하기 위해서는 속도를 줄이기보다 분말공급량을 증가시키는 것이 유리하였다. 또한 250℃로 예열로 계면균열 발생률을 감소시키고 내마모성을 향상시켰다. 또한 패스간의 겹침률이 50% 오버랩 오버레이 샘플이 0% 오버랩에 비해서 왕복슬라이딩 마모성이 우수하였다.
은 템퍼비드 용접을 적용할 경우 후열처리를 생략할 수 있는 템퍼비드 용접기술을 확립하였다. 원자력 주기기의 노즐에 사용되는 SA508 Gr.3 모재에 용가재로서 Alloy 52 및 52M을 사용하여 자동 GTAW 용접을 적용하여, 용접부 PWSCC(Primary Water Stress Corrosion Cracking)에 대한 열화를 방지할 수 있는 용접기술을 제시하였다.
이러한 어려운 국내외 상황을 탈피하고 국제적인 경쟁력을 갖추기 위해서는 국내외 최신 오버레이 용접기술을 분석하고 지속적으로 발전시켜 나가야 한다. 이를 위해 NDSL, ScienceDirect 및 KIPRIS의 검색을 통하여, 국내외 오버레이 용접관련 학술지와 특허자료를 입수하여 오버레이 용접기술 동향을 체계적으로 분석하였다. 그리고 용접방법(PTA, 레이저 클래딩 용접, SMAW, GTAW, GMAW, SAW, ESW)에 따른 해외 및 국내의 오버레이 용접의 기술개발 동향을 파악하고 정성분석하였으며 향후 기술전망을 제시하였다.
또한 플럭스 분말에 Mn, Al, Si, Ti, ZrO₂, NaF 및 MgF₂를 첨가시켜 희석률을 효과적으로 조절하였다⁴⁴⁾. 합금의 마모저항성을 높이기 위하여 Cr와 C의 비율을 변형유기 상변태경계영역으로 설정함으로써 변형유기상변태를 극대화하였다.

성능/효과

65wt.% WC의 첨가에 의한 MMC 강화상으로 W-rich 금속간 상이 촉진되어 670Hv₁₀₀에서 1140Hv₁₀₀까지 상승시킬 수 있었다.
6vol.%로 균일하게 분산시킨 결과, 양호한 내마모성과 낮은 마찰계수를 얻을 수 있었다.
Shengfeng Zhou 등²¹⁾은 클래딩속도를 증가시키고 클래딩층의 균열을 방지하기 위하여 LIHRC 장치를 개발하여 Ni계 WC를 복합코팅한 결과, 균열이 없는 양호한 금속접합이 이루어졌다. LIHRC의 효율은 예열을 하지 않은 레이저 클래딩보다 4배나 더 증가하였다.
에 의하면 Mn-Ni-Cr-Mo강에 대한 Inconel 690의 오버레이 용접과정 중에 자주 발생되는 균열현상을 분석하고 균열방지대책을 확립하였다. STS 309L 클래드층과 Inconel 690의 클래드층을 연결하는 경계 부위에서 고온균열현상이 가장 심하게 발생하였는데, Nb이 상대적으로 많이 함유된 SMAW방법이 초층과 두 번째 층 사이의 입계에 다량의 Nb으로 인하여 GTAW방법보다 균열감수성이 민감하다는 것을 확인하였다.
또한 500±50℃에서 예열처리와 300±20℃에서 후열처리 효과로 고온균열감수성을 낮출 수 있었다.
. 또한 균열은 용접입열량이 증가할수록, 또한 용접 비드가 길수록 발생량이 증가하는 경향을 보이고 있으나 용접시작부와 종료부의 용접순서를 적절히 조합하면 균열발생이 현저히 감소된다.
또한 250℃로 예열로 계면균열 발생률을 감소시키고 내마모성을 향상시켰다. 또한 패스간의 겹침률이 50% 오버랩 오버레이 샘플이 0% 오버랩에 비해서 왕복슬라이딩 마모성이 우수하였다.
%)된 새로운 형태의 SMAW 하드페이싱 FCW를 개발하였다. 래스 마르텐사이트, 잔류오스테나이트 및 탄질화물의 미세조직을 갖고 있으며, 특히 미세하게 분산된 탄질화물은 내고온마모성을 크게 향상시켜 롤의 수명을 크게 향상시킬 수 있었다.
Katsich 등⁷⁾에 의하면 PTA용접인자로서 용접전류, 진동(oscillation)과 용접속도, 기판, 분말공급속도, 가공물과 노즐과의 거리 및 캐리어, 실딩과 플라즈마 가스의 유동속도 등이 영향을 미친다. 특히 WC/W₂C로 강화된 Ni계 MMC의 바람직한 탄화물/모재 계면층의 형성과 2차경화상 석출은 높은 전류에서 더 촉진됨을 확인하였다.

후속연구

2) 오버레이 용접기술에 대한 정성분석 결과, 국내 연구는 최근 10년간 GMA, GTA, SMA, PTA, 레이저 클래딩을 중심으로 연구가 꾸준히 추진되고 있으나 향후 경제성 및 용착효율성을 감안한 새로운 기술의 정착이 필요하다.
3) 향후 국내 오버레이 용접기술은 다양한 용접기술, 특히 PTA와 레이저 클래딩 용접기술이 활성화 되어야 할 것으로 기대된다. 이외에도 생산성 및 품질 향상을 위한 자동화용접기술의 개발이 요구되고 있다.
PTA 오버레이 용접은 용사에 비해서 낮은 제조원가와 높은 생산성을 나타내고 있으며 레이저에 의한 코팅층보다 더 두껍게 육성할 수 있어서 내충격성을 향상시키는 연구에 더욱 전망이 밝을 것으로 예상된다.
레이저 클래딩은 높은 자동화비율과 낮은 변형으로 인하여, 표면개질 기술에 촉망을 받을 수 있는 새로운 분야가 될 수 있을 것이다. 레이저를 이용한 금속의 내마모성 향상기술은 고출력 CO₂레이저의 응용으로 가능하게 되었다.
현재 레이저 클래딩기술은 국내에서 고가 및 고신뢰성을 요구하는 부품에만 제한적으로 활용되고 있다. 레이저ㆍ자동화장비 제작기술을 국산화하여 레이저 클래딩장치의 대중화에 힘을 쏟고, 고부가가치 부품소재 산업이 활성화된다면 국내 레이저 클래딩기술의 활용도는 더욱 높아질 것으로 판단된다.
은 분말공급용 헤드를 이용하여 레이저 클래딩을 실시하였다. 원전용 밸브의 표면실링에 Co무첨가 FeCr-1(C 1.0wt.%, Cr 21.0wt. %, Ni, Mn, Mo W, V, B, Si, Re 소량첨가) 분말은 활성화된 방사선오염을 피할 수 있고, Fe₃C, Fe₅C₂ 및 Fe_0.4Mn_3.6C에 의해서 미세탄화물 분산강화에 의한 고경도, 고용강화 및 2차상 강화효과를 기대할 수 있으므로 차세대 원자력발전소용 밸브의 표면실링에 활용될 것으로 기대된다.
특히 모재에 국부적으로 표면에 열을 가하므로, 열영향부를 최소화할 수 있으므로, 불량제어 및 잔류응력을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 하지만 다른 오버레이 용접보다 고가이므로, 배기밸드와 같은 초합금재, 내열강과 같은 높은 신뢰성이 요구되고 고가의 재료를 육성하는데 향후 많이 선호될 수 있을 것이다.
생산성을 높이기 위해서는 전류를 높이고 용접 속도를 증가시켜야 하지만 대전류를 사용하게 되면 아크압력에 의한 강한 아크력에 의해 용융지 표면에 심한 압입현상이 생기며 언더컷, 험핑비드, 분리비드 등과 같은 용접결함이 발생되어 고속용접에 한계가 있다³⁹⁾. 향후 TIG용접에서 용융속도를 향상시켜 생산성을 증가시키는 기술개발이 필요하다.
%Cr) 표면에 레이저 클래딩 TiC-Co복합분말의 오버레이 용접기술²⁵⁾은 응력을 강하게 받는 부품, 즉 샤프트, 엑셀 슬리브, 블레이드휠, 터빈 블레이드의 제조에 이용되고 있으나 내마모성이 부족하여 사용수명이 짧았다. 향후 이 분야에 용접기술의 확대가 기대된다.
2450을 나타내어 터빈블레이드 수명을 크게 향상시킬 수 있었다. 향후 플라스틱금형 분야에 경제적 효율성 향상에 대한 기대가 가능하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	현재 국내 오버레이용접기술은 어디에 이용되는가?	현재 국내 오버레이용접기술은 발전설비, 제철설비, 광산기계, 토목건설기계, 시멘트설비, 석유화학설비, 제지설비, 금속소성 가공기계 등 전반적인 산업분야에 표면경화와 보수에 널리 이용되고 있으나 대부분의 국내 관련 중소기업체에서는 오버레이용접에 대한 제조비용의 과중과 경쟁력의 심화로, 상당한 어려움을 겪고 있다. 이러한 어려운 국내외 상황을 탈피하고 국제적인 경쟁력을 갖추기 위해서는 국내외 최신 오버레이 용접기술을 분석하고 지속적으로 발전시켜 나가야 한다.
	PTA기술로 Ni계 하드페이싱 합금을 적용할 때 고려해야 할 사항은?	Fernandes 등4)은 PTA기술로 Ni계 하드페이싱 합금을 적용하였다. 이 경우 아크전류의 증가는 주철의 희석량을 증가시키고 입계에 석출물의 양과 탄소박편(C-flake)을 증가시켜 조직을 미세화시키지만 경도를 감소시켜 내마모성을 저하시키므로 최적의 전류선정이 중요하다.
	용접방법에는 무엇이 있는가?	이를 위해 NDSL, ScienceDirect 및 KIPRIS의 검색을 통하여, 국내외 오버레이 용접관련 학술지와 특허자료를 입수하여 오버레이 용접기술 동향을 체계적으로 분석하였다. 그리고 용접방법(PTA, 레이저 클래딩 용접, SMAW, GTAW, GMAW, SAW, ESW)에 따른 해외 및 국내의 오버레이 용접의 기술개발 동향을 파악하고 정성분석하였으며 향후 기술전망을 제시하였다.

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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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