용접균열은 그 성질에 따라 고온균열, 재가열균열, 저온균열, 라멜라파열 등으로 분류된다. 다음은 각종 균열의 원인과 특징, 예방방법에 대해 자세히 설명한다.
01
뜨거운 균열
용접시 고온에서 발생하므로 핫크랙(Hot Crack)이라고 합니다. 원래의 오스테나이트 결정립계를 따라 균열이 발생하는 것이 특징입니다. 용접되는 금속의 재질(저합금 고강도강, 스테인리스강, 주철, 알루미늄 합금 및 일부 특수 금속 등)에 따라 열간균열의 형상, 온도 범위 및 주요 원인도 다릅니다. 현재 열균열은 결정균열, 액화균열, 다측균열의 세 가지 범주로 나누어진다.
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(1) 결정 균열
이는 주로 더 많은 불순물(S, P, C, Si 함유)을 더 많이 함유한 탄소강 및 저합금강, 단상 오스테나이트강, 니켈 기반 합금 및 일부 알루미늄 합금 용접부에서 발생합니다. 이러한 종류의 균열은 용접 결정화 과정에서 고상선 근처에서 발생합니다. 응고된 금속의 수축으로 인해 잔류 액체 금속이 부족하여 제때에 채울 수 없습니다. 응력의 작용으로 입계 균열이 발생합니다.
예방 및 제어 조치는 야금학적 요인 측면에서 용접 금속의 조성을 적절하게 조정하고 취성 온도 영역의 범위를 단축하며 용접 내 황, 인, 탄소와 같은 유해한 불순물의 함량을 제어합니다. 용접 금속의 1차 결정립을 미세화합니다. 즉, Mo, V, Ti, Nb 및 기타 원소를 적절하게 첨가합니다. 기술적으로는 용접 전 예열, 라인 에너지 조절, 접합 구속 감소 등을 통해 예방할 수 있습니다.
(2) 솔기 부분 근처의 액상 균열
오스테나이트 결정립계를 따라 균열이 발생하는 일종의 미세균열이다. 그 크기는 매우 작으며 솔기 영역 근처 또는 층 사이의 HAZ에서 발생합니다. 그 형성은 일반적으로 용접 중 이음매 근처 영역의 금속 또는 용접 이음새 사이의 금속으로 인해 이러한 영역의 오스테나이트 결정립계의 저융점 공융 조성이 고온에서 재용해된다는 사실에 기인합니다. 인장 응력의 작용으로 저융점 공융 조성 오스테나이트 입계 균열이 액화 균열을 형성합니다.
이러한 종류의 균열에 대한 예방 및 제어 조치는 기본적으로 결정 균열에 대한 조치와 동일합니다. 특히 야금에서는 황, 인, 규소, 붕소 등 저융점 공융 원소의 함량을 최대한 줄이는 것이 매우 효과적입니다. 기술적인 측면에서 라인 에너지를 줄이고 용융 풀에서 융합 라인의 오목함을 줄일 수 있습니다.
(3) 다각형 균열
이는 다각형이 형성되는 동안 고온에서 낮은 소성으로 인해 발생합니다. 이러한 종류의 균열은 흔하지 않으며 균열의 예방 및 제어 조치에는 용접부에 Mo, W, Ti 등과 같은 원소를 추가하여 다측 여기 에너지를 증가시키는 것이 포함될 수 있습니다.
02
균열을 재가열하다
이는 일반적으로 석출 강화 요소를 포함하는 특정 강철 유형 및 고온 합금(저합금 고강도강, 펄라이트 내열강, 석출 강화 고온 합금 및 일부 오스테나이트계 스테인리스강 포함)에서 발생합니다. 용접 후 균열은 발견되지 않았습니다. 대신 열처리 과정에서 균열이 발생했다. 재열균열은 용접열영향부의 과열조립부에서 발생하며, 그 방향은 융착선의 오스테나이트 조립계를 따라 확장되는 방향이다.
재가열균열 방지를 위한 재질선택으로는 세립강을 사용할 수 있다. 기술적인 측면에서는 더 작은 선형 에너지를 사용하고, 더 높은 예열 온도와 후속 가열 조치를 사용하며, 응력 집중을 피하기 위해 일치하지 않는 용접 재료를 사용합니다.
03
차가운 균열
이는 주로 고중탄소강, 중저합금강의 용접 열 영향부에서 발생하지만 때로는 일부 초고강도강, 티타늄 및 티타늄 합금과 같은 일부 금속의 용접부에서도 저온 균열이 발생합니다. 일반적으로 강종의 경화성향, 용접이음부의 수소함유량 및 분포, 접합부의 구속응력상태는 고강도강의 용접시 냉간균열을 일으키는 3가지 주요 요인이다. 수소 원소와 인장 응력의 작용으로 용접 후 형성된 마르텐사이트 조직은 냉간 균열을 형성합니다. 그것의 형성은 일반적으로 입계 또는 입계이다. 냉간균열은 일반적으로 용접지단균열, 용접비드균열, 루트균열로 구분된다.
저온 균열을 예방하고 제어하는 것은 공작물의 화학적 조성, 용접 재료 선택 및 공정 조치의 세 가지 측면에서 시작할 수 있습니다. 탄소당량이 낮은 재료를 가능한 한 많이 사용해야 합니다. 용접 재료로는 저수소 전극을 사용해야 하며, 용접에는 저강도 매칭을 사용해야 합니다. 오스테나이트 용접 재료는 저온 균열 경향이 높은 재료에도 사용할 수 있습니다. 선형 에너지, 예열 및 후열은 합리적으로 제어되어야 합니다. 열처리는 냉간균열을 방지하기 위한 공정조치이다.
용접생산에서는 사용되는 강종과 용접재료, 구조물의 종류와 강성, 특정 시공조건에 따라 다양한 형태의 냉간균열이 발생할 수 있습니다. 그러나 지연 균열은 주로 생산 과정에서 발생합니다.
지연 크래킹은 세 가지 형태로 나타납니다.
(1) 용접 지단 균열 - 이 유형의 균열은 모재와 용접부 사이의 경계면에서 발생하며 응력 집중 위치가 뚜렷합니다. 균열의 방향은 용접 비드와 평행한 경우가 많으며 일반적으로 용접 지단 표면에서 시작하여 모재 깊이까지 확장됩니다.
(2) 용접 비드 아래의 균열 - 이러한 종류의 균열은 경화 경향이 크고 수소 함량이 높은 용접 열영향부에서 흔히 발생합니다. 일반적으로 균열방향은 융합선과 평행하다.
(3) 루트 균열 - 이러한 유형의 균열은 지연 균열의 일반적인 형태로, 주로 수소 함량이 높고 예열 온도가 부족할 때 발생합니다. 이러한 유형의 균열은 용접 지단 균열과 유사하며 응력 집중이 가장 큰 용접 루트에서 발생합니다. 뿌리균열은 열영향부의 거친 부분이나 용접 금속에서 발생할 수 있습니다.
강종의 경화 경향, 용접 이음부의 수소 함량 및 분포, 이음부의 구속 응력 상태는 고강도 강재의 용접 시 냉간 균열을 일으키는 세 가지 주요 요인입니다. 이 세 가지 요소는 특정 조건에서 상호 연관되어 있으며 상호 강화됩니다.
강의 종류의 경화 경향은 주로 화학 성분, 판 두께, 용접 공정 및 냉각 조건에 따라 결정됩니다. 용접 시 강종의 경화 경향이 클수록 균열이 발생하기 쉽습니다. 강철이 경화된 후 균열이 발생하는 이유는 무엇입니까? 이는 다음 두 가지 측면으로 요약될 수 있습니다.
(1) 부서지기 쉽고 단단한 마르텐사이트 구조의 형성 - 마르텐사이트는 ɑ 철에 있는 탄소의 과포화 고용체입니다. 탄소 원자는 결정 격자에 격자간 원자로 존재하여 철 원자가 평형 위치에서 벗어나 결정 격자가 변하게 됩니다. 큰 왜곡으로 인해 조직이 경화된 상태가 됩니다. 특히 용접 조건에서는 이음부 부근의 가열 온도가 매우 높아 오스테나이트 결정립이 심각하게 성장합니다. 급격하게 냉각되면 조대한 오스테나이트가 조대한 마르텐사이트로 변태됩니다. 마르텐사이트는 부서지기 쉽고 단단한 구조로 파괴될 때 에너지를 덜 소모한다는 것을 금속의 강도 이론으로부터 알 수 있습니다. 따라서 용접이음부에 마르텐사이트가 존재하면 균열이 생기고 팽창하기 쉽습니다.
(2) 경화는 더 많은 격자 결함을 형성합니다. 금속은 열 불균형 조건에서 많은 수의 격자 결함을 형성합니다. 이러한 격자 결함은 주로 공극과 전위입니다. 용접 열영향부의 열 변형이 증가함에 따라 응력 및 열 불균형 상태에서 공극 및 전위가 이동하고 모이게 됩니다. 농도가 특정 임계값에 도달하면 균열 소스가 형성됩니다. 지속적인 응력 작용으로 거시적 균열은 계속해서 확장되고 형성됩니다.
수소는 고장력강 용접 시 냉간균열을 일으키는 중요한 요인 중 하나로 지연특성을 가지고 있다. 따라서 수소에 의해 발생하는 지연균열을 많은 문헌에서는 "수소유발균열"이라고 부른다. 실험적 연구에 따르면 고강도 강철 용접 조인트의 수소 함량이 높을수록 균열에 대한 민감도가 높아진다는 것이 입증되었습니다. 특정 지역의 수소 함량이 특정 임계값에 도달하면 균열이 나타나기 시작합니다. 이 값을 균열발생 임계값이라 한다. 수소 함량 [H]cr.
다양한 철강의 냉간균열 [H]cr 값은 다르며, 이는 철강의 화학적 조성, 철강 강도, 예열 온도 및 냉각 조건과 관련이 있습니다.
(1) 용접 중 용접 재료의 수분, 녹, 용접 홈의 기름 얼룩 및 환경 습도는 모두 수소가 풍부한 용접의 원인입니다. 일반적인 상황에서 모재와 용접와이어에 함유된 수소의 양은 매우 적지만, 전극코팅의 수분과 공기중의 수분도 무시할 수 없어 수소화의 주요 원인이 됩니다.
(2) 서로 다른 금속 구조에서 수소의 용해 및 확산 능력이 다릅니다. 오스테나이트의 수소 용해도는 페라이트의 수소 용해도보다 훨씬 큽니다. 따라서 용접 시 오스테나이트에서 페라이트로 전이되는 동안 수소의 용해도가 갑자기 감소합니다. 동시에, 수소의 확산 속도는 정반대이며, 오스테나이트에서 페라이트로 변태할 때 갑자기 증가합니다.
용접 중 고온의 작용으로 다량의 수소가 용융 풀에 용해됩니다. 이후의 냉각 및 응고 과정에서는 용해도의 급격한 감소로 인해 수소가 최대한 빠져나오지만 급속 냉각으로 인해 수소가 빠져나올 시간이 없게 됩니다. 용접 금속에 남아 확산 수소를 형성합니다.
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층판 파열
내부 저온균열입니다. 후판의 모재나 용접 열영향부에 국한되며, 주로 "L", "T", "+"형 접합부에서 발생합니다. 압연된 후강판의 두께방향 소성이 이 방향의 용접수축변형을 견딜 만큼 충분하지 않아 모재에 발생하는 계단형의 냉간균열로 정의됩니다. 일반적으로 두꺼운 강판을 압연하는 과정에서 강재에 포함된 일부 비금속 개재물이 압연방향과 평행한 띠 모양의 개재물로 압연되기 때문입니다. 이러한 개재물은 강판의 기계적 특성에 이방성 전도성을 유발합니다. 라멜라 찢어짐을 방지하기 위해 재료 선택에 정련된 강철을 사용할 수 있습니다. 즉, Z 방향 성능이 높은 강판을 사용할 수 있습니다. 단면 용접을 피하거나 z 방향 응력을 받는 측면에 홈을 만들기 위해 접합 설계를 개선할 수도 있습니다.
라멜라 찢어짐은 냉간 균열과 다릅니다. 발생은 강종의 강도와는 관계가 없으며, 주로 강재의 함유량 및 분포형태와 관련이 있습니다. 일반적으로 라멜라 파열은 저탄소강, 저합금 고강도강, 심지어 알루미늄 합금판과 같이 압연된 두꺼운 강판에서 발생할 수 있습니다. 층판 파열은 위치에 따라 대략 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
첫 번째 유형은 용접 열 영향부의 용접 지단 또는 용접 루트의 저온 균열로 인해 발생하는 라멜라 찢어짐입니다.
두 번째 유형은 용접 열 영향부를 따른 개재물 균열로, 엔지니어링에서 가장 흔한 층상 파열입니다.
열 영향부에서 멀리 떨어진 모재의 세 번째 유형의 개재물 균열은 일반적으로 MnS 플레이크 개재물이 더 많은 두꺼운 판 구조에서 발생합니다.
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라멜라 찢어짐의 형태는 함유물의 유형, 모양, 분포 및 위치와 밀접한 관련이 있습니다. 박편형 MnS 개재물이 압연 방향을 따라 우세한 경우 라멜라 찢어짐은 명확한 계단 모양을 가지며, 규산염 개재물이 우세한 경우 선형, Al 개재물이 우세한 경우 불규칙합니다. 밟았다.
두꺼운 판 구조, 특히 T자형 및 코너 조인트를 용접할 때 강성 구속조건 하에서 용접 수축으로 인해 모재의 두께 방향으로 큰 인장 응력과 변형이 발생합니다. 변형률이 모재의 소성을 초과하면 변형 능력이 발생하면 개재물과 금속 매트릭스가 분리되어 미세 균열이 발생합니다. 지속적인 응력 작용 하에서 균열 팁은 함유물이 위치한 평면을 따라 확장되어 소위 "플랫폼"을 형성합니다.
주로 다음 측면을 포함하여 층판 파열에 영향을 미치는 많은 요인이 있습니다.
(1) 비금속 개재물의 종류, 양, 분포 형태가 라멜라 찢어짐의 근본적인 원인이다. 이는 강철의 이방성 및 기계적 성질의 근본적인 이유입니다.
(2) Z방향 구속응력
벽이 두꺼운 용접 구조물은 용접 공정 중 서로 다른 Z 방향 구속 응력, 용접 후 잔류 응력 및 하중을 견디는데, 이는 라멜라 찢어짐을 유발하는 기계적 조건입니다.
(3) 수소의 영향
일반적으로 수소는 열영향부 근처의 저온균열에 의해 유발되는 라멜라 찢어짐에 중요한 영향을 미치는 요인으로 여겨진다.
라멜라 찢김은 영향이 크고 위험성이 매우 크기 때문에 시공 전 강재의 라멜라 찢김에 대한 민감도를 판단하는 것이 필요합니다.
일반적으로 사용되는 평가 방법에는 Z 방향 인장 면적 수축 및 핀 Z 방향 임계 응력 방법이 있습니다. 라멜라 찢어짐을 방지하려면 면적 수축이 15% 이상이어야 합니다. 일반적으로 15~20% 정도로 예상됩니다. 25%이면 내층판 인열성이 우수한 것으로 간주된다.
라멜라 찢어짐을 방지하려면 주로 다음 측면에서 조치를 취해야 합니다.
(1) 정련된 강철
용선의 조기 탈황 및 진공 탈기 방법은 황 함량이 0.003~0.005%에 불과한 초저황강을 제련하는 데 널리 사용될 수 있으며 단면 수축률(Z 방향) 23~25%에 도달할 수 있습니다.
(2) 황화물 개재물 형태 제어
MnS를 다른 원소의 황화물로 변화시켜 열간압연 시 연신을 어렵게 하여 이방성을 감소시킵니다. 현재 널리 사용되는 첨가원소는 칼슘과 희토류 원소이다. 위와 같이 처리된 강재는 Z 방향 면적 수축율이 50~70%인 라멜라형 인열강판을 생산할 수 있습니다.
(3) 라멜라 찢어짐 방지 관점에서 설계 및 시공 공정은 주로 Z 방향 응력과 응력 집중을 방지하는 것입니다. 구체적인 조치는 다음과 같습니다.
1) 일방적인 용접은 가능한 한 피해야 한다. 대신 양측 용접을 사용하면 용접 루트 영역의 응력 상태를 완화하고 응력 집중을 방지할 수 있습니다.
2) 과도한 응력을 피하기 위해 용접량이 많은 완전 관통 용접 대신 용접량이 적은 대칭 필렛 용접을 사용하십시오.
3) Z 방향 응력을 받는 면에 경사를 만들어 주십시오.
4) T자형 접합의 경우 수평판에 저강도 용접재료층을 사전 용접하여 용접 루트 균열을 방지하고 용접 변형을 완화할 수 있습니다.
5) 냉간균열에 의한 라멜라 찢어짐을 방지하기 위해서는 수소량 감소, 예열의 적정 증가, 층간온도 조절 등 냉간균열을 최대한 방지하기 위한 조치를 취해야 한다.
