[논문]철골 다층 용접금속 강도 및 인성에 미치는 입열 및 패스간 온도의 영향

변지철; 방국수; 장웅성; 박철규; 정우현

철골 다층 용접금속 강도 및 인성에 미치는 입열 및 패스간 온도의 영향
Effects of Heat Input and Interpass Temperature on the Strength and Toughness of Multipass Weld Metal 원문보기

변지철 (부경대학교 신소재공학부) , 방국수 (부경대학교 신소재공학부) , 장웅성 (포항산업과학연구원 용접센타) , 박철규 (KISWEL 기술연구소) , 정우현 (KISWEL 기술연구소)

570MPa grade weldable steels were $CO_{2}$ welded with various heat input and interpass temperature using flux cored wires. Effects of heat input and interpass temperature on the strength and toughness of weld metal were investigated and interpreted in terms of microstructural change, recovery of alloying elements, and the amount of reheated weld metal.

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문제 정의

본 연구에서는 높은 입열과 패스간 온도에서도 기계적 성질이 우수한 용접재료 개발을 위한 기초연구로, 플럭스 코어드 와이어를 사용한 인장강도 570MPa급 강재의 다충용접 시 입열 및 패스 간 온도에 따른 용접금속 강도와 인성의 변화를 정량화하고, 다층용접 시 용접금속 강도와 인성 지배 요인을 해석하였다.

제안 방법

다층용접에 의한 이러한 기계적 성질 변화가 인성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 흡수에너지 변화를 충격시험편 노치가 위치하는 곳에서 재가열 영역의 총 길이로 나타내었다. Fig.
두께 25mm의 인장강도 570MPa급 용접 구조용 압연 강을 기등과 보의 용접에 적용되는 싱글 베벨 그루브 (single bevel groove)로 가공하여 탄산가스 아크 용접하였다. 사용한 와이어는 직경 1.
입열은 18~49kJ/cm, 패스간 온도는 150~320℃로 변경하였으며, 입열 변경 시 패스 간 온도는 150℃, 패스간 온도 변경 시 입열은 39kJ/cm로 일정하게 유지하였다. 용접 중 패스 간 온도는 용접선 길이 (250mm) 중앙에서 그루브로부터 10mm 떨어진 곳의 판 표면에서 접촉식 온도계를 사용하여 측정하였다. 용접 후 용접 금속 인장 및 충격시험을 행하여 기계적 성질을 측정하였다.
용접 중 패스 간 온도는 용접선 길이 (250mm) 중앙에서 그루브로부터 10mm 떨어진 곳의 판 표면에서 접촉식 온도계를 사용하여 측정하였다. 용접 후 용접 금속 인장 및 충격시험을 행하여 기계적 성질을 측정하였다.
입열 증가는 용접금속의 냉각속도를 저하시켜조직에 영향을 미치므로 최종 패스에서의 용접 금속 조직관찰을 행하였다. Fig.

대상 데이터

아크 용접하였다. 사용한 와이어는 직경 1.4mm의 슬래그계 및 메탈계 플럭스 코어드 와이어로 각각 KS YFW-C₆₀2R 및 YFW-C₆₀2M 에 상당한다. 입열은 18~49kJ/cm, 패스간 온도는 150~320℃로 변경하였으며, 입열 변경 시 패스 간 온도는 150℃, 패스간 온도 변경 시 입열은 39kJ/cm로 일정하게 유지하였다.

성능/효과

(1) 입열이 18에서 29kJ/cm로 증가함에 따라 두 와이어 모두 용접금속 인장강도는 저하하나, 그 이상에서는 저하의 정도가 작았다. 이러한 입 열 증가에 따른 강도 저하는 침상 페라이트 감소 및 주상정 성장 등 조직적인 요인 이외에 탈산원소 산화손실에 기인한 합금원소 저하에도 영향을 받았다.
(2) 패스간 온도가 150에서 320℃ 로 증가함에 따라 인장강도는 지속적으로 저하하였다. 패스 간 온도 증가는 입열 증가와 동일한 조직변화를 나타내었다.
(3) 용접금속 충격인성은 패스간 온도 증가에 따라 지속적으로 저하하였으나 입열 증가에 따라서는 뚜렷한 경향을 보이지 않았다. 이는 후속 패스에 따른 재가열 영역의 존재 때문으로 재가열 영역이 증가함에 따라 충격인성이 증가하였다.
패스간 온도의 증가에 따라 인장강도는 지속적으로 저하하고 있으며 메탈계 와이어가 슬래그 계보다 20~50MPa 정도 높은 값을 나타내었다. 용접금속 조직관찰 결과 모든 패스간 온도에서침상페 라이트와 입계페라이트 혼합조직을 나타내나, 패스간 온도의 증가에 따라 침상 페라이트는 저 하하고 입계페라이트는 증가하였다.
3에 패스간 온도에 따른 용접금속의 인장강도 변화를 나타내었다. 패스간 온도의 증가에 따라 인장강도는 지속적으로 저하하고 있으며 메탈계 와이어가 슬래그 계보다 20~50MPa 정도 높은 값을 나타내었다. 용접금속 조직관찰 결과 모든 패스간 온도에서침상페 라이트와 입계페라이트 혼합조직을 나타내나, 패스간 온도의 증가에 따라 침상 페라이트는 저 하하고 입계페라이트는 증가하였다.

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