[논문]10%Cr 주강품의 보수용접 방법 및 용접후열처리 조건 타당성 검토

이경운; 지병하; 권희경; 이명열

문제 정의

따라서 본 연구에서는 주강 소재 보수용접부의 품질 및 용접생산성 향상을 위해 기존 용접후열처리 조건(이하 PWHT)을 모재에 적용하는 품질 열처리(이하 NTT)로의 대체 및 반자동 FCAW 용접방법의 적용 타당성을 검토하였다.
주강 소재 보수 용접부의 품질 및 용접 생산성 향상을 위해 FCAW 용접 및 품질열처리(NTT) 조건에서 용접부 특성을 평가한 결과 다음 과 같은 결론이 얻어졌다.

제안 방법

" data-before="iv " data-ocr-fix="">Ⅳ.Cracking 등 많은 문제점을 발생하는 원인이 되고 있다 이에 대한 대안으로 모재에 적용하는 품질 열처리 (NTT)를 용접 후 PWHT 대신 적용함으로써 용접금속 및 열영향부를 모재와 동등한 수준의 물성치를 회복시켜 용접부의 물성의 불연속성을 해소하고 열영향부의 야금학적 Degradation을 복구하여 Type IV cracking을 억제하는 방안으로 제안되었다.
사용하였다. FCAW 용접공정 타당성 조사를 위해 용접후열처리는 종래의 PWHT 조건인 730℃x5hrs 에서 SMAW 용접방법과 기본 물성을 비교평가한 후, 품질열처리(NTT) 1080℃ X 10hrs / 720℃ xl0hrs/720℃xl0hrs 및 종래의 PWHT 조건에서 용접방법별 고온 물성을 비교 평가하였다.

대상 데이터

용접 개선은 두께 40mm, 폭 240mm, 길이 400mm의 Single bevel 이며, SMAW 용접의 경우 평균 전류 180A, 평균 전압 26V, 용접속도 16cm/min, FCAW 용접의 경우 평균 전류 220A, 평균전압 29V, 용접속도 22cm/min 및 차폐 가스는 75%Ar+25%C₆의 혼합가스를 사용하였다. FCAW 용접공정 타당성 조사를 위해 용접후열처리는 종래의 PWHT 조건인 730℃x5hrs 에서 SMAW 용접방법과 기본 물성을 비교평가한 후, 품질열처리(NTT) 1080℃ X 10hrs / 720℃ xl0hrs/720℃xl0hrs 및 종래의 PWHT 조건에서 용접방법별 고온 물성을 비교 평가하였다.

성능/효과

1) 미세경도 및 인장 특성 측면에서, FCAW는 . SMAW와 동등이상의 특성을 보였다.
2) 충격인성은 FCAW가 SMAW보다 낮은 값을 보였다.
3) Cross weld 인장강도는 용접 방법별 큰 차이는 발생하지 않으며, PWHT에 비해 NTT의 경우, 강도 편차가 다소 줄어드는 것으로 나타났다.
4) 크리프 파단 강도는 용접금속의 경우 SMAW 보다 FCAW가 단시간 크리프 파단 강도는 우수한 것으로 확인되었으며, Cross weld의 경우 FCAW가 SMAW에 비해 약간 높은 크리프 파단강도를 보이지만, 그 차이는 미미한 수준으로 확인되었다.
충격인 성값은 용접방법에 관계없이 용접 금속에서 가장 낮은 값을 보이며, 용접열 영향부 및 모 재는 용접 방법별 약간의 차이가 발생하고 있는데, 이것은 경도 분포에서 설명되어진 바와 같은 원인으로서 SMAW 및 FCAW 용접방법의 차이에 의한 용접입열량의 차이에 따른 것으로 생각된다. 본 강종에서 요구되어지는 통상의 충격 인성 값은 상온에서 약 40J/cm²인데, SMAW 용접금속의 경우 62J/cm², FCAW 용접금속의 경우 32J/cm2 로서 SMAW가 FCAW 보다 상당히 높은 값을 보인다.
사용 목표 온도인 593 ℃ 에서 모재의 IS시간 외삽강도가 약 94MPa인데, 용접금속의 경우 최저 약 83MPa에서 최대 약 118MPa로서 모재와 동등 이상의 특성을 보이며, PWHT 보다는 NTT 조건이, SMAW보다는 FCAW가 단시간 크리프 파단 강도는 우수한 것으로 확인되었다. Cross weld 의 경우 최저 약 80MPa 에서 최대 약 91MPa로서 모재 대비 최대 15% 저감을 보이며, FCAW가 SMAW에 비해 약간 높은 크리프 파단강도를 보이지만, 그 차이는 미미한 수준이다.
종래의 PWHT의 경우, FCAW는 상온 항복 및 인장강도가 각각 621MPa, 781MPa, 600℃에서의 항복 및 인장강도가 각각 307MPa, 384MPa의 값을 보이며, SMAW는 상온 항복 및 인장강도가 각각 605MPa, 745MPa, 600℃ 에서의 항복 및 인장강도가 각각 312MPa, 372MPa 의 값을 가지고 있다. 상온에서의 항복 및 인장강도를 비교해보면, FCAW가 SMAW보다 각각 2% 및 5% 정도 높은 값을 가지고 있으며, 600P에서는 항복강도의 경우 SMAW가 약 2%, 인장강도의 경우 3% 정도 높은 값을 가지고 있다.
값을 가지고 있다. 상온에서의 항복강도 및 인장강도를 비교해보면 FCAW가 SMAW보다각각 13% 및 2% 정도 높은 값을 보이며, 600 ℃ 에서는 항복강도의 경우 FCAW 용접이 4% 높은 값을 보인다. 인장 강도는 거의 동등한 값을 보이고 있으며, PWHT조건에서는 상온 및 600℃에서 용접 방법별 5% 및 3% 정도의 차이를 보이는 반면, NTT 조건에서는 2% 및 0%로서 NTT 조건의 경우, 강도 편차가 줄어드는 것으로 나타났다.
용접금속 최고 경도는 FCAW 가 258Hv, SMAW 247Hv로서 용접 방법별 큰 차이가 확인되지 않으며, 용접열 영향부의 경우 SMAW용접의경우 Peak 경도 280Hv, FCAW용접의 경우 Peak 경도 261Hv로 FCAW가 약 7% 정도 높은 값을 보이는데, 이와 같이 Peak 경도값의 차이는 SMAW 및 FCAW용접 방법의 차이에 기인한 것으로 용접조건 특히, 용접 입열량의 차이에 의한 것으로 생각된다. 용접 방법에 관계없이 용접 금속 및 용접열영향 부 모두 본 강종에서 요구되는 Peak 경도 350Hv 미만을 모두 만족하고 있다.
상온에서의 항복강도 및 인장강도를 비교해보면 FCAW가 SMAW보다각각 13% 및 2% 정도 높은 값을 보이며, 600 ℃ 에서는 항복강도의 경우 FCAW 용접이 4% 높은 값을 보인다. 인장 강도는 거의 동등한 값을 보이고 있으며, PWHT조건에서는 상온 및 600℃에서 용접 방법별 5% 및 3% 정도의 차이를 보이는 반면, NTT 조건에서는 2% 및 0%로서 NTT 조건의 경우, 강도 편차가 줄어드는 것으로 나타났다.

후속연구

Cross weld 의 경우 최저 약 80MPa 에서 최대 약 91MPa로서 모재 대비 최대 15% 저감을 보이며, FCAW가 SMAW에 비해 약간 높은 크리프 파단강도를 보이지만, 그 차이는 미미한 수준이다. 또한 NTT경우 용접 방법별 크리프 파단 강도의 차이가 시간이 증가할수록 그 차이가 작아지는 경향을 보이고 있지만, 용접 방법 및 용접 열처리 조건별 장시간 크리프 특성 평가가 이루어져야 상기 결과에 대한 정확한 평가가 가능할 것으로 생각된다.
또한 주강 소재 보수 용접 효율 향상을 위해 종래의 수동용접(SMAW) 방법을 반자동 용접 (FCAW) 방법으로 대체함으로서 용접생산성 향상에도 큰 도움이 될 것으로 생각된다.

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