개념 한 쪽
용접부 조직과 결함은 가열·냉각 과정과 금속 내부 불순물 또는 외부 요인에 의해 결정된다. 수소 침입은 은점, 헤어크랙, 비드 밑 균열 등 여러 결함을 유발하며, 용접 종료부와 특정 온도 구간에서는 다른 유형의 조직 변화와 균열이 발생한다. 또한 주상정의 발달을 억제하는 방법은 열구배와 외부 에너지 투입의 관계로 이해해야 한다.
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출제기준 단원 「용접부 조직과 특징」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 수소 결함 판정 | 1 | 수소 침입에 따른 결함 유형 중 수소 관련이 아닌 항목을 가림 |
| 크레이터 균열 식별 | 1 | 비드 끝의 급냉 조건에서 발생하는 고온 균열의 명칭을 묻음 |
| 주상정 억제 방법 | 1 | 주상정 발달을 억제하는 적절한 방법을 판별함 |
수소가 용접금속 내부로 침입하면 냉각 중에 기공(은점)이나 미세 균열(헤어크랙), 그리고 지연되어 발생하는 비드 밑 균열 등을 초래한다. 수소는 금속 격자 사이에 들어가 취성을 유발하거나 내부 압력을 증가시켜 균열을 촉진하므로, 수소 관련 결함은 주로 기공과 균열 계열로 묶어 기억한다.
용접 비드의 끝부분인 크레이터는 용접이 갑자기 종료될 때 냉각 속도가 급격히 증가하면서 발생하는 고온 균열의 발생 지점이다. 비드 종료부에서 수축 응력이 집중되면 고온 상태에서 균열이 생기므로, 비드 끝+고온 균열이면 크레이터 균열을 떠올려야 한다.
용접 열영향부(HAZ)는 가열 온도에 따라 조직과 기계적 성질이 달라진다. 저탄소강의 경우 900~1100℃ 범위에서는 재결정이 일어나 조직이 미세화되어 인성 등이 양호한 세립부가 형성된다. 이보다 높은 온도에서는 조립부가 되고, 낮은 온도에서는 취화부가 된다.
주상정은 용접 금속의 결정 성장 형태 중 길쭉하게 발달하는 조직이며, 온도 구배가 클수록 촉진된다. 따라서 주상정의 발달을 억제하려면 온도 구배를 줄이고 외부에서 에너지를 가해 결정 성장 자체를 방해하는 방법을 사용한다. 반대로 온도 구배를 현저하게 하면 억제 목적에 반하는 결과가 된다.
크리프는 고온에서 일정 하중을 장시간 가하면 시간 의존적으로 변형도가 증가하는 현상이며, 이는 용접부나 고온 사용 조건을 평가할 때 구분해야 하는 변형 메커니즘이다. 내열합금의 경우 냉각 중이나 열처리에서 발생하는 구속 균열은 변형시효균열로 분류되며, 이는 고온 변형과 시효 경화의 복합 작용으로 이해한다.
수소 관련 결함을 묻는 문제에서 은점, 헤어크랙, 비드 밑 균열을 포함하는 선택지가 나왔다면 이는 수소 침입의 전형적 결과이므로 정답으로 묶을 수 있다. 반면 언더컷은 비드와 모재 사이의 패임으로 주로 용접 전류나 기법 문제이므로 수소 원인 항목에서 제외한다.
용접 비드 끝과 고온 균열을 연결하는 문항에서는 '비드 끝+급냉+수축 응력' 조건이 나오면 크레이터 균열을 선택한다. 용접 HAZ의 온도 구간을 물을 때 900~1100℃ 구간은 재결정으로 미세화되어 인성이 좋은 세립부라는 온도–조직–성질 관계를 적용한다.
주상정 억제 방법을 묻는 문항에서는 온도 구배를 줄이는 것과 초음파·공기 충격·롤러 가공 등 외부 에너지로 결정 성장을 방해하는 방법을 억제 수단으로 고른다. '온도 구배를 현저하게 한다'는 오히려 주상정 성장을 촉진하므로 오답으로 처리한다.
용접부에 수소가 미치는 영향에 대하여 설명한 것 중 틀린 것은?
정답 ④ · 문제는 용접부에 존재하는 수소가 끼치는 영향을 묻고 있다. 수소는 용접 금속 내에서 확산하여 저온 균열을 유발하고 용접 비드의 아래쪽에서 균열이 발생하는 언더비드 크랙을 초래하며, 용접 중 기공(은점) 발생의 원인이 되기도 한다.
수소는 저온 균열, 언더비드 크랙, 은점 등을 유발하지만 슬래그는 용접 피복재의 불순물에서 비롯된다.
금속에 고온으로 장시간동안 일정한 인장하중을 가하면 시간과 더불어 변형도가 증가되는 현상은?
정답 ④ · 문항은 고온에서 일정 인장하중을 장시간 가했을 때 시간 경과에 따라 변형이 증가하는 현상을 묻고 있다. 이와 같은 시간의존적 연립 변형 현상은 크리프(creep)로 정의되며 주로 고온·정하중·장시간 조건에서 발생한다.
고온에서 일정 하중을 장시간 가하면 시간 의존적으로 변형이 증가하는데, 이를 크리프 현상이라고 한다.
용접금속 조직의 특징에서 주상정(主狀晶)의 발달을 억제하는 방법으로 가장 적합하지 않은 것은?
정답 ④ · 용접 금속의 결정 조직 중 주상정(Columnar Structure)은 용접 금속의 응고 시, 용접 금속과 모재의 경계면인 용접 본드에서부터 열을 빼앗기는 방향(모재 방향)으로 수직으로 성장하는 결정입니다. 따라서 용접 금속 내의 온도 구배(온도 차이)가 클수록 열 흐름이 일방향으로 발생하여 주상정의 성장이 촉진됩니다.
주상정 발현은 온도 구배가 클수록 촉진되므로, 구배를 현저하게 하는 것은 억제 방법이 될 수 없다.
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