[논문]선체구조용 EH36 TMCP 후판의 FCAW 및 EGW 조합 용접부 기계적 성질에 미치는 개선조건의 영향

김기혁; 김기원; 심호섭; 배강호; 홍현욱; 박병규

doi:10.5781/jwj.2015.33.5.35

선체구조용 EH36 TMCP 후판의 FCAW 및 EGW 조합 용접부 기계적 성질에 미치는 개선조건의 영향
Effect of Groove Conditions on the Mechanical Properties of Welds Produced by the Combined Welding Process of Flux Cored Arc and Electro Gas in EH36 TMCP Steel Plate for Hull Structures 원문보기

Journal of welding and joining = 대한용접·접합학회지, v.33 no.5, 2015년, pp.35 - 40

김기혁 (동국제강 후판사업본부) , 김기원 (부산대학교 융합학부) , 심호섭 (동국제강 후판사업본부) , 배강호 (동국제강 후판사업본부) , 홍현욱 (창원대학교 신소재공학부) , 박병규 (동국제강 후판사업본부)

Abstract ▼ AI-Helper

Characterization of microstructures and mechanical properties of 83mm thickness EH36-TM welds produced by the combined flux cored arc (FCA) and electro gas (EG) welding processes has been studied with the two different groove conditions, single-V (SV) and double-V (DV) bevels. The welding consumables used for FCA and EG welding processes were ASME/AWS A5.29 (E81T1-K2) and A5.26 (EG72T), respectively. Experimental results showed that all the mechanical properties of welds such as tensile property, CVN toughness and Vickers hardness met IACS requirements. The tensile strength of EG welded plates were reduced by approximately 4% (DV: 3.8%, SV: 4.2%) compared to the base metal. The hardness value of SV-beveled weld metal was slightly lower than that of DV-beveled one. There were no significant differences as per welding groove conditions except for the weld metal. In addition, at the fusion line, the toughness of SV condition was 20J lower and the weld metal was 40J lower than DV condition, respectively. On the basis of microstructural analysis, grain boundary ferrite (GBF) structures for SV condition were 2 times higher volume fraction than for DV condition and their packet sizes were coarsened to almost double. It was thus suggested that the GBF volume fractions and packet sizes in the weld metal of EH36-TM steel plates are the most important factors affecting the mechanical properties of the combined FCA and EG welded joint. Nevertheless, all the results of welds with both DV and SV conditions were found to be excellent.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

조합용접은 조선사별로도 다르게 활용하고 있으나 주로 single-V (이하 SV) 및 double-V (이하 DV) 형태의 개선방식으로 대별된다. 따라서 본 연구에서는 선체구조용 두께 83mm 극후물 EH36 TMCP 강재의 FCAW 및 EGW 조합용접시 용접부 기계적 특성에 미치는 SV 및 DV 개선조건의 영향에 대해 검토하였다. 특히 입열량이 높은 EGW 부위를 위주로 소재특성을 비교하였다.

제안 방법

용접부의 기계적 성질을 확인하기 위해 인장시험은 용접 비드의 최대폭 양쪽에 각각 40mm를 포함하는 길이가 표점거리인 DNV-GL 규격시편을 이용하여 평가하였다. 용접부 CVN 충격시험의 시편채취는 용접금속, Fusion Line(FL), 열영향부(FL+2mm, FL+5mm)에서 채취하여 ASTM E23에 기준하여 평가하였다. 용접부 매크로조직은 7%-Nital 용액으로 40초 에칭한 후 실체 현미경을 이용해 관찰하였고, 용접부의 경도측정은 하중 10kgf 및 유지시간 15초를 적용하여 표면에서 2mm offset된 지점을 기준으로 용접금속부터 열영향부를 지나 모재부까지 2mm 간격으로 연속적으로 측정하였다.
용접부 매크로조직은 7%-Nital 용액으로 40초 에칭한 후 실체 현미경을 이용해 관찰하였고, 용접부의 경도측정은 하중 10kgf 및 유지시간 15초를 적용하여 표면에서 2mm offset된 지점을 기준으로 용접금속부터 열영향부를 지나 모재부까지 2mm 간격으로 연속적으로 측정하였다. 용접부 미세조직의 비교 평가를 위해 3%-Nital+ Saturated Picral+Interface surfactant 혼합용액을 사용하여 18℃에서 30초간 에칭한 후 광학현미경과 영상분석장치를 이용해 미세조직을 관찰하였다.

대상 데이터

사용 모재의 화학조성은 Table 1과 같다. 5대원소외 미량의 합금성분으로 Ti, Nb이 첨가된 IACS 규격의 EH36- TM 50~100mm 두께의 해당규정에 맞도록 합금설계된 Ceq 0.33, Pcm 0.16인 260mm slab를 이용하여 Fig. 2의 조건으로 누적압하율 68%인 두께 83mm TMCP 후판을 제조하였다.

성능/효과

1) 용접부 인장시험 결과 SV, DV 개선 적용조건 모두 IACS 규격을 만족하나 모재대비 각각 4.2%, 3.8% 감소하였다.
2) 용접금속 중심부 경도는 SV 조건이 DV 조건에 비해 상대적으로 낮지만 열영향부 경도는 개선조건에 따라 차이가 없었다.
3) 열영향부 충격인성은 SV, DV 개선조건 모두 요구사양인 34J에 비해 3배 이상 우수하였다.
4) 개선조건별 충격인성을 비교시 DV 조건 대비 SV 조건의 용융경계부는 20J 낮고 용접금속은 40J 낮았는데 이로부터 용접부 충격인성은 DV 개선조건이 상대적으로 우수함을 확인하였다.
5) 미세조직 고찰결과 용접금속의 GBF 분율과 AGS 크기가 기계적 성질에 가장 큰 영향을 미치며 SV 조건의 GBF 분율이 DV 조건에 비해 2배 높고 AGS 크기가 2배 조대하여 DV 개선 조건의 용접금속 및 융융경계부의 특성이 상대적으로 우수하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	FCAW 및 EGW 조합 용접기법이란 무엇인가?	대형 컨테이너선의 Side Shell, Longitudinal Bulk Head 등에 적용되는 EH36 TMCP 후물재의 경우, 수직용접부는 선박건조의 생산성을 고려하여 FCAW 및 EGW 조합 용접기법이 적용된다. 이러한 용접기법은 약 350kJ/cm 정도의 대입열 one pass single EGW를 적용하고 나머지 두께에는 약 30kJ/cm 정도의 소입열 multi-run FCAW를 적용하는 방법으로 FCAW 단독 공정대비 생산성이 4배 높은 고속 용접시공 방법이다.1,2)
	선체구조용 TMCP 후판의 FCAW 및 EGW 조합 용접부 기계적 성질에 미치는 영향 연구 결과, 용접금속 중심부 경도와 열영향부 경도는 어떠한 결과를 보였는가?	2) 용접금속 중심부 경도는 SV 조건이 DV 조건에 비해 상대적으로 낮지만 열영향부 경도는 개선조건에 따라 차이가 없었다.
	SV, DV 개선조건에 따른 인장강도 차이는 무엇에 기인하는가?	용접부 인장시험결과 시편의 파단위치를 고려할 때열영향부 특성에 의한 모재와 인장강도 편차가 가장 큰요인으로 판단된다. 또한 SV, DV 개선조건에 따른 미소한 인장강도 차이는 용접 열에 의한 용접금속 및 열영향부에 생성된 미세조직의 차이로 인한 것으로 판단된다.

참고문헌 (8)

D. S. Kim, Welding techniques and welding consumables for shipbuilding and offshore fabrication, Proceedings of the Welding Metallurgy Symposium of KWJS, Summer (2008) 5-23 (in Korean)
T. W. Jang, J. H. Moon, D. R. Yoon, High speed welding present and future in shipbuilding assembly stage, Journal of KWJS, 22 (6) (2004), 14-18 (in Korean)
K. H. Kim, B. G. Park et al, Microstructures and mechanical properties of electro-gas arc welded zone as per welding consumables for EH36-TMR plate, Proceedings of the Conference of KWJS, 49 (2008) 66 (in Korean)
R. A. Ricks, P. R. Howell, G. S. Barritte, J. Mater. Sci. 17 (1982), 732-740

상세보기
Babu, S. S. The mechanism of acicular ferrite in weld deposits. Current Opinion in Solid State and Materials Science, 8 (2004) 267-278

상세보기
A. Kojima, Development of high HAZ toughness steel plates for box columns with high heat input welding, Nippon Steel Techical Report, 90 (2004) 39-44 (in Japanese)
Bhadeshia, H. K. D. H., Svensson, L. E. and Gretoft B., A model for the development of microstructure in low-alloy steel (Fe-Mn-Si-C) weld deposits, Acta Metallurgica, 33 (1985) 1271-1283

상세보기
J. S. Lee J. O. Yun, S. H. Jeong, C. G. Park, Y. H. An, The study about characteristics of welding consumable and weld metal for EGW, Journal of KWJS, 28 (2) (2010) 79-83 (in Korean)

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