[논문]FCAW 다층 용접 후 표면 GTAW 용접시 표면 용접부에 생성된 고착 슬래그 분석

김정민; 김남규; 김기동; 박지홍

doi:10.5781/jwj.2015.33.5.14

[국내논문] FCAW 다층 용접 후 표면 GTAW 용접시 표면 용접부에 생성된 고착 슬래그 분석
Analysis of Adhesive Slag Formed on Weld Metal Surface of GTAW Welding after Flux Cored Multi-Pass Welding 원문보기

Journal of welding and joining = 대한용접·접합학회지, v.33 no.5, 2015년, pp.14 - 19

김정민 (한국기계연구원 부설 재료연구소) , 김남규 (한국기계연구원 부설 재료연구소) , 김기동 (한국기계연구원 부설 재료연구소) , 박지홍 (한국기계연구원 부설 재료연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

This study has been performed to investigate the adhesive slag at GTAW weld zone after FCAW multi-pass welding. The cause of adhesive slag formation was examined using optical microscope, field emission scanning electron microscope(FE-SEM) and XRD analysis. The results obtained in this experiment are summarized as follows. Slag of GTAW weld zone surface during welding were formed by mixing the presence of slag in FCAW weld zone. While the slag cools, Cr-spinel phase were formed due to reactions in slag/metal interface. Also, a Cr moves form the weld metal to the slag to strong affinity between oxide atoms and Cr atoms. Hence, detachability of slag was exacerbated by decreasing the interfacial tensions between slag and weld metal.

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AI 본문요약
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제안 방법

따라서 본 연구에서는 FCAW 용접부 위에 GTAW 용접기술을 적용하는 경우, GTAW 용접부의 표면에 생성되는 고착 슬래그를 분석하여 생성 원인 및 과정을 분석하였다.
V-groove로 개선된 STS 304 판재를 GTAW를 적용 하여 루트(root)부를 용접한 후, FCAW 다층 용접을 실시하였다. FCAW 용접 시에는 각 패스마다 용접비드에 생성되는 슬래그의 영향을 최소화하기 위하여 각각의 용접비드에 생성되는 슬래그를 기계적 방법으로 완전히 제거하였다.
FCAW 용접 시에는 각 패스마다 용접비드에 생성되는 슬래그의 영향을 최소화하기 위하여 각각의 용접비드에 생성되는 슬래그를 기계적 방법으로 완전히 제거하였다. FCAW 용접이 완료된 시험재 표면에 GTAW로 단층(5 Pass) 용접을 수행하였다. 시험재를 제작하기 위해서 사용된 각각의 용접조건은 Table.
시험재의 최종 GTAW 단층 용접 비드 표면에 생성된 고착 슬래그는 마크로 현미경으로 관찰하였다. 각각의 용접부 미세조직은 광학 현미경(Nikon, AM100) 및 전계방사현미경(FE-SEM, Inspect F50)으로 관찰하였으며 고착 슬래그 및 개재물의 화학성분 분석에는 EDS(Apollo EDS)를 활용하였다.
시험재의 최종 GTAW 단층 용접 비드 표면에 생성된 고착 슬래그는 마크로 현미경으로 관찰하였다. 각각의 용접부 미세조직은 광학 현미경(Nikon, AM100) 및 전계방사현미경(FE-SEM, Inspect F50)으로 관찰하였으며 고착 슬래그 및 개재물의 화학성분 분석에는 EDS(Apollo EDS)를 활용하였다.
XRD(X-ray Diffractometer, Rigaku Ultima Ⅳ)를 이용하여 GTAW 단층 용접부 표면에 생성된 고착 슬래그를 구성하고 있는 상을 분석하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 모재는 두께 100mm의 STS 304후판을 사용하였으며, FCAW 용접재료는 E308LT1-1 Φ1.2mm, GTAW 용접재료는 E308L Φ2.4mm를 사용하였다.
FCAW 용접부 위에 적용된 GTAW 용접부 표면에 형성되는 고착 슬래그의 마크로 조직을 Fig. 1에 나타내었다. Fig.

성능/효과

고착 슬래그는 Cr의 함량이 높은 수지상을 Si의 함량이 높은 상이 둘러싸고 있는 것으로 관찰되었다. 용접부 표면 XRD 분석 결과 Fig. 3과 같이 Cr 함량이 높은 상은 Cr스피넬상(MnCr₂O₄)^10-13), Si 함량이 높은 상은 SiO₂ 및 CaAl₂Si₂O₈로 각각 분석 되었다.
5에 나타내었다. FCAW 용접부와 최종 GTAW 용접부에 존재하는 개재물은 오스테나이트 입내에 구형으로 존재하는 것을 확인하였다. 또한 EDS 분석 결과 FCAW 용접 부와 최종 GTAW 용접부에 존재하는 개재물은 Si, Al, Mn 및 Ti의 함량이 높은 유사한 화학 조성을 나타내었으며, FCAW 용접봉의 플럭스만을 채취하여 EDS 분석한 결과(Fig.
FCAW 용접부와 최종 GTAW 용접부에 존재하는 개재물은 오스테나이트 입내에 구형으로 존재하는 것을 확인하였다. 또한 EDS 분석 결과 FCAW 용접 부와 최종 GTAW 용접부에 존재하는 개재물은 Si, Al, Mn 및 Ti의 함량이 높은 유사한 화학 조성을 나타내었으며, FCAW 용접봉의 플럭스만을 채취하여 EDS 분석한 결과(Fig. 6), Fig. 5에서 용접부에 존재하는 개재물과 같이 Ti, Mn, Si 및 Al의 함량이 높게 나타났다. 따라서 최종 GTAW 용접부에 존재하는 개재물은 FCAW 용접부에 생성된 개재물이 최종 GTAW 용접중에 혼입된 것으로 판단된다.
7에 나타내었다. 용접부와 슬래그의 계면을 분석한 결과 고착 슬래그는 Fig. 2의 결과와 같이 Cr의 함량이 높은 수지상의 Cr 스피넬상과 Si의 함량이 높은 상이 관찰되었다. Cr 스피넬상은 용접부 표면에서 슬래그 방향으로 성장 하여 불규칙한 계면을 형성하고 있었다.
용접부와 고착 슬래그의 계면을 Line EDS 분석한 결과 Fig. 8과 같이 수지상의 Cr 스피넬상에서 Cr의 함량이 높게 분석되었다. 또한 최종 GTAW 단층 용접부와 고착 슬래그의 경계에서 용착금속보다 높은 Cr 함량을 나타내었다.
8과 같이 수지상의 Cr 스피넬상에서 Cr의 함량이 높게 분석되었다. 또한 최종 GTAW 단층 용접부와 고착 슬래그의 경계에서 용착금속보다 높은 Cr 함량을 나타내었다.
1) 고착 슬래그의 생성 원인은 최종 GTAW 용접시 FCAW 용접부에 존재하는 개재물의 혼입 및 재용해로 생성되었다.
2) 최종 GTAW 용접 후 냉각되는 과정에서 생성된 산소 함량이 높은 슬래그로 용착금속의 Cr이 확산하여 용접부와 슬래그의 계면에 Cr 스피넬상이 생성되어 낮은 계면장력으로 인하여 슬래그의 접합력이 상승하여 슬래그의 박리성이 악화되었다.
3) 최종 GTAW 용접부와 슬래그의 계면에서 Cr 스피넬상과 슬래그와의 화학반응으로 국한적인 고갈로 인한 불규칙 계면의 형성으로 슬래그의 박리성이 악화되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	FCAW 용접기술이 원자력 발전소 건설에서 적용이 제한되는 이유는?	그러나, FCAW 용융부의 낮은 충격특성으로 원자력 발전소 건설에서의 FCAW 용접기술의 적용은 제한되었다. FCAW 용융부의 충격특성이 향상된 용접재료가 개발된 후, 한울 원자력발전소 5, 6호기 CLP(Containment Liner Plate), SLP(Stainless Steel Liner Plate)등 구조물 용접에 FCAW 용접기술이 최초로 적용되었다.
	본 논문에서 FCAW 용접 후 최총 GTAW 용접으로 표면에 생성 되는 고착 슬래그의 생성 원인 및 과정을 연구한 결과는?	1) 고착 슬래그의 생성 원인은 최종 GTAW 용접시 FCAW 용접부에 존재하는 개재물의 혼입 및 재용해로 생성되었다. 2) 최종 GTAW 용접 후 냉각되는 과정에서 생성된 산소 함량이 높은 슬래그로 용착금속의 Cr이 확산하여 용접부와 슬래그의 계면에 Cr 스피넬상이 생성되어 낮은 계면장력으로 인하여 슬래그의 접합력이 상승하여 슬래그의 박리성이 악화되었다. 3) 최종 GTAW 용접부와 슬래그의 계면에서 Cr 스피넬상과 슬래그와의 화학반응으로 국한적인 고갈로 인한 불규칙 계면의 형성으로 슬래그의 박리성이 악화되었다.
	FCAW 용융부의 충격특성이 향상된 용접재료가 개발된 후 어디에서 FCAW 용접기술이 최로로 적용되었는가?	그러나, FCAW 용융부의 낮은 충격특성으로 원자력 발전소 건설에서의 FCAW 용접기술의 적용은 제한되었다. FCAW 용융부의 충격특성이 향상된 용접재료가 개발된 후, 한울 원자력발전소 5, 6호기 CLP(Containment Liner Plate), SLP(Stainless Steel Liner Plate)등 구조물 용접에 FCAW 용접기술이 최초로 적용되었다. 현재 원자력 발전소 건설에서의 FCAW 용접기술의 적용범위는 TGB(Turbine Generator Building) 대구경 배관 및 Headplate 용접 등으로 확대되고 있다.

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