개념 한 쪽
고온균열은 용접 금속이 응고되는 고온 구간에서 수축 응력과 취성 조직 또는 저융점 액상이 결합되어 나타나는 균열 현상이다. 원인을 이해하면 적절한 재료선택과 공정으로 방지할 수 있다.
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출제기준 단원 「고온균열의 발생원인과 방지」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 주철 용접 곤란 원인 판별 | 1 | 주철 용접의 곤란 원인 가운데 맞지 않는 설명을 가리기 |
| 합금·불순물과 열간균열 관계 | 1 | 특정 합금원소나 불순물이 고온균열에 미치는 영향 판단하기 |
| 균열 유형과 발생 메커니즘 구분 | 1 | 크레이터·비드밑 등 균열 위치별 원인과 온도구간 구분하기 |
고온균열은 용접금속이 액상에서 고체로 응고되는 과정에서 발생하는 균열이다. 응고 시 발생하는 부피 수축과 열팽창·냉각 과정에서 발생하는 응력이 결합되어 균열을 직접적으로 유발한다. 응고 직하의 고온에서 발생한다는 점이 특징이다.
외부구속이나 용접부의 민감한 조직(취성성향)이 있으면 응고 수축 응력이 집중되어 고온균열이 잘 발생한다. 따라서 용접 시 구속 조건과 형상, 모재 성질이 균열 발생에 영향을 준다. 고온균열은 저온 수소균열과 구분되며, 저온균열은 주로 수소 침입과 200℃ 이하에서의 지연 균열과 관련된다.
합금원소와 불순물도 고온균열에 큰 영향을 준다. 오스테나이트계 스테인리스강 등에서는 황(S)이나 인(P) 같은 불순물이 저융점 액상을 형성하여 응고 중에 취약한 액상조직을 만들고, 이로 인해 열간균열(고온균열)이 증가한다. 황(S)의 영향이 특히 크다는 점을 기억한다.
균열의 형태별로 보면 크레이터 균열은 용접 종단부의 응고 수축으로 인한 고온균열에 해당한다. 반대로 비드 밑 균열은 수소 확산과 잔류응력으로 인한 지연성 저온균열에 해당한다. 이처럼 균열의 발생 온도와 메커니즘을 구분하면 원인 규명과 방지책 수립이 용이하다.
문항 유형은 주로 응고 관련 수축 응력과 불순물의 영향, 균열 위치별 원인 구분을 묻는다. 예를 들어 응고 직하의 수축 응력과 외부구속, 그리고 균열 민감 조직의 결합 상황이 주어지면 고온균열을 선택해야 한다. 오스테나이트계 스테인리스의 고온균열 유발 원소로는 황(S)이 가장 큰 영향을 미친다는 설명을 바탕으로 선택지를 소거해 정답을 도출한다. 크레이터 균열을 고온균열로, 비드 밑 균열을 저온 수소 지연 균열로 연결하는 문제도 동일한 원리로 해결한다.
주철 용접이 곤란한 이유 중 맞지 않는 것은?
정답 ② · 문제는 주철 용접이 곤란한 이유들 가운데 부적절한 설명을 찾는 것이다. 주철은 용접 시 수축과 균열이 잘 생기고 기공이 발생하기 쉬우며 흑연의 조대화로 모재와의 친화력이 떨어지는 등의 문제가 있으나 용융금속이 연화된다는 표현은 맞지 않는다.
주철은 용융 시 연화되지 않고 오히려 취성이 강해 용접이 곤란하며, 연화는 주철 용접의 특징이 아니다.
오스테나이트계 스테인리스 강의 용접시 발생하기 쉬운 고온 균열에 영향을 주는 합금원소 중에서 균열의 증가에 가장 관계가 깊은 원소는?
정답 ④ · 문제는 오스테나이트계 스테인리스강의 고온 균열에 가장 영향을 주는 합금원소가 무엇인지를 묻고 있다. 고온(열간) 균열은 응고 시 저융점 성분이 국부적으로 존재하면 발생하기 쉬운데 황(S)은 저융점의 저항층을 형성하여 열간균열을 크게 증대시키는 주된 불순물이다.
고온 균열(열간균열)은 용융금속 내 불순물인 황(S)이 저융점 공정을 형성하여 가장 크게 영향을 준다.
용접균열은 고온균열과 저온균열로 구분된다. 크레이터 균열과 비드 밑 균열에 대하여 옳게 나타낸 것은?
정답 ④ · 크레이터 균열은 용접 마지막 부분인 크레이터에서 응고 수축 시 발생하는 것으로 고온균열(응고 균열)에 속합니다. 반면 비드 밑 균열(Underbead crack)은 수소를 포함한 마르텐사이트 조직이 생성되는 저온(상온 부근)에서 발생하는 지연 균열의 일종으로 저온균열에 속합니다.
크레이터 균열은 응고 시 발생하는 고온균열, 비드 밑 균열은 수소 취성에 의한 저온균열로 구분한다.
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