개념 한 쪽
용접 과정에서는 모재 성분과 용융 금속의 가스 거동이 균열과 결함 발생에 직접적인 영향을 준다. 유황(S)은 고온에서 저융점의 액상을 형성하여 고온균열을 유발하고, 수소는 용접금속 내부에 들어가 냉각 중에 균열이나 서리 모양의 미세 주상 조직을 형성한다. 또한 용융 금속의 가스 용해 거동은 압력의 제곱근에 비례하는 법칙으로 설명한다.
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출제기준 단원 「탈산, 탈황 및 탈인반응」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 고온균열 원인 판별 | 1 | 모재 성분과 고온균열의 인과관계를 고르기 |
| 유황의 영향 확인 | 1 | 유황 과다와 균열 발생 메커니즘 연결하기 |
| 선상조직 정의 및 원인 | 1 | 선상조직의 형상 설명과 주원인 식별하기 |
유황(S)은 용접 시 문제를 일으키는 불순물로서, 철과 결합하여 저융점 화합물을 만들면 용접부 응고 과정에서 액상이 형성되어 약한 부분이 생기고 고온균열이 발생하기 쉬운 조건을 만든다. 따라서 모재의 과다한 유황 함유는 고온균열의 주원인으로 본다.
저온균열은 용접 후 냉각 과정에서 수소의 영향과 잔류응력 등에 의해 발생하는 균열을 지칭한다. 통상적으로 약 300℃ 이하에서 발생하는 것으로 정의하므로, 발생 온도의 범위로 고온균열과 구별할 수 있다.
선상조직은 용접금속의 파면에 서리처럼 나타나는 미세 주상정 구조를 의미한다. 이 형상은 주로 용접금속 내에 포함된 수소가 주된 원인으로, 수소의 영향으로 미세 균열이나 주상 결정 형태가 나타나는 경우를 설명한다.
용융 금속의 가스 흡수 거동은 스베르베 법칙으로 설명한다. 즉, 금속 내에 녹아있는 가스의 양은 해당 가스의 압력의 제곱근에 비례하는 성질을 가지며, 고온에서는 더 많은 가스를 흡수하고 냉각 시 과포화되어 기공 등의 결함으로 이어질 수 있다.
용접 균열 전반은 발생 시기와 위치로 나뉘며, 고온균열은 주로 응고 직후 용접금속 내부에서 종·횡·크레이터 균열 형태로 나타나고, 저온균열은 열영향부나 냉각 중에서 수소와 결합해 발생하는 특징을 보인다.
고온균열 관련 문제는 모재의 유황 과다와 응고 시 액상 형성의 연관성을 확인하는 형태로 출제된다. 예를 들어 '모재의 유황이 많아 낮은 용융점을 갖는 화합물이 형성되어 응고 중 균열이 생긴다'는 설명은 고온균열의 대표적 원인으로 판단한다. 선상조직 관련 문제는 '파면이 서리 모양으로 미세 주상정을 보이고 주된 원인은 수소'라는 연결을 보면 정답으로 본다.
오스테나이트계 스테인리스강을 용접할 때 고온균열(Hot crack)이 발생하기 쉬운 원인이 아닌 것은?
정답 ④ · 질문은 오스테나이트계 스테인리스강에서 고온균열이 발생하기 쉬운 원인이 아닌 것을 묻고 있다. 자유로운 상태에서 용접하면 수축응력이 분산되어 고온균열 발생 가능성이 오히려 낮아지므로 자유로운 상태는 원인이 아니다.
오스테나이트계 스테인리스강의 고온균열은 자유로운 용접 상태에서는 발생하기 쉬우므로 자유로운 상태는 원인이 아니다.
용접부 고온 균열 원인으로 가장 적합한 것은?
정답 ③ · 문제는 용접부의 고온 균열 원인으로 가장 적합한 요인을 묻고 있다. 고온 균열은 용융 또는 반고체 상태에서 저융점 상이 형성되어 응고 중 취약한 액상영역이 생길 때 주로 발생하며, 모재에 유황이 과다하면 저융점 황화물이 형성되어 이 현상을 촉진한다.
용접부 고온 균열의 주원인은 모재의 유황(S) 과다 함유로 인한 저용점 온도 액상 형성이다.
용접시 발생하는 결함 중 선상조직(ice-flower structure) 이란?
정답 ③ · 질문은 용접 시 선상조직이라고 불리는 현상이 무엇인지 묻고 있다. 선상조직은 용접금속의 파면에서 서리 모양으로 미세한 주상 결정이 나란히 발달한 조직으로, 주로 수소로 인한 응고·결정 형성 과정에서 나타난다.
선상조직은 용접금속 파면에 서리처럼 나타나는 미세 주상정 조직으로, 수소가 주된 원인이다.
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