개념 한 쪽
용접부의 야금적 특징은 모재 조성, 잔류 수소, 그리고 열영향부에서의 조직 변화가 결함 발생과 용접성에 직접 영향을 준다는 점을 이해하는 것을 목표로 한다. 탄소 당량과 탄소 함유량은 용접성·연신율·균열 민감도와 관련되고, 수소는 냉각 과정에서 기공과 균열을 유발한다. 또한 용접 중에 발생하는 결함과 모재에 기인한 결함을 구분해야 한다는 점을 강조한다.
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출제기준 단원 「철강 및 비철재료의 열처리」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 루트 균열 원인 판단 | 1 | 루트 균열의 직접적 원소를 가리기 |
| 탄소 함유량과 기계적 성질 구별 | 1 | 탄소 증가에 따른 강도·연신율 변화 설명하기 |
| 용접부 결함과 모재 결함 구분 | 1 | 용접 중 발생하는 결함과 모재 결함을 구별하기 |
수소는 용접 공정에서 중요한 해로운 요소로 작용한다. 용융 상태에서는 수소 용해도가 높지만 금속이 냉각될 때 용해도가 급격히 떨어지므로 과포화된 수소가 확산·집적되어 기공(은점)이나 균열을 유발한다. 특히 루트 부근에 수소가 모이면 루트 균열이 발생할 수 있으므로 수소의 제거와 억제가 중요하다는 점을 이해해야 한다.
탄소 함유량의 증가는 탄소강의 기계적 성질을 변화시킨다. 탄소가 많아지면 인장강도와 경도는 증가하지만 연신율과 연성은 감소한다. 이로 인해 용접성은 저하되고 저온에서의 균열 민감도가 커지므로 탄소 당량이 높은 재료는 예열 등 보완조치가 필요하다는 원리를 기억해야 한다.
용접부 결함과 모재의 결함을 구분하는 관점이 중요하다. 기공, 슬래그 혼입, 텅스텐 혼입 등은 용접 공정 중에 직접 발생하는 용접부 결함이다. 반면 라미네이션 균열은 압연 공정에서 생긴 층간 박리로 용접 과정에서 새로 발생한 결함이 아니라 모재의 결함으로 분류한다. 시험에서 '용접부에 발생하는 결함'을 묻는 경우 이러한 구분 원리를 적용해야 한다.
열에 의한 취성 변화도 구분하여 이해해야 한다. 특정 온도대에서 나타나는 취성 현상(예: 200~300℃ 부근에서 강도와 경도가 오르지만 연신율이 저하되는 현상)은 재료의 사용 온도와 용접 후 냉각 조건을 고려하는 데 중요하다. 이처럼 온도 구간과 결함 발생 기작을 연결하여 기억하는 것이 필요하다.
대표적 출제 방식을 고려하면 다음과 같은 함정에 주의해야 한다. 루트 균열의 원인을 묻는 보기에서 황·인·망간과 같은 원소의 역할이 섞여 나오면 수소가 직접 원인이라는 점을 선택해야 한다. 탄소 함유량 관련 문제에서는 '강도↑, 연신율↓'이라는 기본 관계를 적용하여 정답을 고른다. 용접부 결함인지 모재 결함인지 묻는 문제는 라미네이션을 모재 결함으로 분류하는 점을 기준으로 판단한다.
루트 균열의 직접적인 원인이 되는 원소는?
정답 ④ · 루트 균열(Root Crack)은 용접부의 시작점인 루트 부근에서 발생하는 균열로, 주로 용접부에 침투한 수소(H)가 어닐링 등의 과정에서 확산 및 집적되어 발생하는 수소 지연 균열의 대표적인 형태입니다. 따라서 루트 균열의 직접적인 원인이 되는 원소는 수소입니다.
용접부 루트 균열은 수소(H)가 응집되어 발생하는 수소 지연 균열이므로 정답은 수소입니다.
탄소강의 용접에서 탄소함유량이 많아지면 낮아지는 성질은?
정답 ③ · 문제는 탄소강에서 탄소 함유량이 증가할 때 감소하는 기계적 성질을 묻고 있다. 탄소가 증가하면 인장강도와 경도는 증가하지만 연성(연신율)은 감소하게 되어 늘어나는 능력이 떨어진다.
탄소강에서 탄소 함량이 증가하면 인장강도와 경도는 올라가지만, 변형 능력인 연신율은 감소한다.
용접시 용접부에 발생하는 결함이 아닌 것은?
정답 ④ · 문항은 용접부에서 발생하는 결함들 가운데 용접 과정에서 직접 발생하는 결함이 아닌 것을 묻고 있다. 기공, 텅스텐 혼입, 슬래그 혼입 등은 용접 공정 자체에서 발생하는 용접부 결함인 반면 라미네이션 균열은 압연공정에서 생기는 층간 박리로 모재의 결함에 해당하며 용접 과정에서 새로 생기는 용접부 결함은 아니다.
라미네이션 균열은 압연재 내부의 층간 박리 결함으로, 용접 과정에서 발생하는 용접부 결함이 아니다.
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