금속 재료의 용접성이란 용접 방법, 용접 재료, 용접 사양 및 용접 구조 형태를 포함한 특정 용접 공정을 사용하여 우수한 용접 접합부를 얻을 수 있는 금속 재료의 능력을 말합니다.금속이 보다 일반적이고 간단한 용접 공정을 사용하여 우수한 용접 접합을 얻을 수 있다면 용접 성능이 좋은 것으로 간주됩니다.금속 재료의 용접성은 일반적으로 공정 용접성과 응용 용접성이라는 두 가지 측면으로 구분됩니다.
공정 용접성: 특정 용접 공정 조건에서 우수하고 결함 없는 용접 조인트를 얻을 수 있는 능력을 나타냅니다.이는 금속 고유의 특성이 아니며 특정 용접 방법 및 사용된 특정 공정 측정을 기반으로 평가됩니다.따라서 금속 재료의 공정 용접성은 용접 공정과 밀접한 관련이 있습니다.
서비스 용접성: 용접 이음부 또는 전체 구조가 제품 기술 조건에서 규정한 서비스 성능을 충족하는 정도를 나타냅니다.성능은 용접 구조물의 작업 조건과 설계에 제시된 기술 요구 사항에 따라 달라집니다.일반적으로 기계적 특성, 저온 인성 저항, 취성 파괴 저항, 고온 크리프, 피로 특성, 지속 강도, 내식성 및 내마모성 등이 포함됩니다. 예를 들어 일반적으로 사용되는 S30403 및 S31603 스테인레스 강은 내식성이 우수하고 16MnDR 09MnNiDR 저온강은 저온 인성 저항도 우수합니다.
금속재료의 용접성능에 영향을 미치는 요인
1. 물질적 요인
재료에는 모재와 용접 재료가 포함됩니다.동일한 용접 조건에서 모재의 용접성을 결정하는 주요 요인은 물리적 특성과 화학적 조성입니다.
물리적 특성 측면에서: 금속의 융점, 열전도도, 선팽창 계수, 밀도, 열용량 및 기타 요인과 같은 요인은 모두 열 주기, 용융, 결정화, 상 변화 등과 같은 공정에 영향을 미칩니다. , 이로 인해 용접성에 영향을 미칩니다.스테인리스강과 같이 열전도율이 낮은 재료는 온도 구배가 크고, 잔류 응력이 높으며, 용접 중 큰 변형이 발생합니다.또한, 고온에서의 체류시간이 길어 열영향부의 입자가 성장하여 접합성능에 해를 끼치게 된다.오스테나이트계 스테인리스강은 선팽창 계수가 크고 접합 변형 및 응력이 심합니다.
화학적 조성 측면에서 가장 영향력 있는 원소는 탄소이며, 이는 금속의 탄소 함량이 용접성을 결정한다는 것을 의미합니다.강철의 다른 합금 원소 대부분은 용접에 도움이 되지 않지만 일반적으로 그 영향은 탄소보다 훨씬 작습니다.강의 탄소 함량이 증가할수록 경화 경향이 증가하고 소성이 감소하며 용접 균열이 발생하기 쉽습니다.일반적으로 용접 중 균열에 대한 금속 재료의 민감도와 용접 조인트 영역의 기계적 특성 변화가 재료의 용접성을 평가하는 주요 지표로 사용됩니다.따라서 탄소 함량이 높을수록 용접성은 나빠집니다.탄소 함량이 0.25% 미만인 저탄소강 및 저합금강은 가소성 및 충격 인성이 우수하며, 용접 후 용접 이음부의 가소성 및 충격 인성도 매우 좋습니다.용접시 예열 및 용접후열처리가 필요하지 않으며, 용접공정의 제어가 용이하여 용접성이 양호합니다.
또한, 강의 제련 및 압연 상태, 열처리 상태, 조직 상태 등은 모두 용접성에 다양한 정도로 영향을 미칩니다.강철의 용접성은 입자를 미세화하거나 제어하고 압연 공정을 제어함으로써 향상될 수 있습니다.
용접 재료는 용접 공정 중에 용접 금속의 구성, 구조, 특성 및 결함 형성을 결정하는 일련의 화학 야금 반응에 직접적으로 참여합니다.용접 재료를 부적절하게 선택하고 모재와 일치하지 않으면 사용 요구 사항을 충족하는 접합을 얻을 수 없을 뿐만 아니라 균열 및 구조적 특성 변화와 같은 결함도 발생합니다.따라서 용접 재료의 올바른 선택은 고품질 용접 조인트를 보장하는 중요한 요소입니다.
2. 공정요소
공정 요소에는 용접 방법, 용접 공정 매개변수, 용접 순서, 예열, 사후 가열 및 용접 후 열처리 등이 포함됩니다. 용접 방법은 주로 열원 특성과 보호 조건이라는 두 가지 측면에서 용접성에 큰 영향을 미칩니다.
다양한 용접 방법에는 출력, 에너지 밀도, 최대 가열 온도 등의 측면에서 열원이 매우 다릅니다. 서로 다른 열원에서 용접된 금속은 서로 다른 용접 특성을 나타냅니다.예를 들어, 일렉트로슬래그 용접의 힘은 매우 높지만 에너지 밀도는 매우 낮고 최대 가열 온도도 높지 않습니다.용접 중 가열이 느리고 고온 체류 시간이 길어 열 영향부에 거친 입자가 생기고 충격 인성이 크게 감소하므로 표준화해야 합니다.개선하기 위해.이에 비해 전자빔 용접, 레이저 용접 및 기타 방법은 전력은 낮지만 에너지 밀도가 높고 가열 속도가 빠릅니다.고온 체류시간이 짧고, 열영향부가 매우 좁으며, 입자 성장의 위험이 없습니다.
용접 공정 매개변수를 조정하고 예열, 후가열, 다층 용접 및 층간 온도 제어와 같은 기타 공정 조치를 채택하면 용접 열 주기를 조정 및 제어할 수 있어 금속의 용접성이 변경됩니다.용접 전 예열이나 용접 후 열처리 등의 조치를 취하면 균열 결함 없이 성능 요구 사항을 충족하는 용접 조인트를 얻는 것이 전적으로 가능합니다.
3. 구조적 요인
이는 주로 구조적 형상, 크기, 두께, 조인트 홈 형태, 용접 레이아웃 및 단면 형상과 같은 요소가 용접성에 미치는 영향과 같은 용접 구조 및 용접 조인트의 설계 형태를 나타냅니다.그 영향은 주로 열 전달과 힘 상태에 반영됩니다.다른 판 두께, 다른 접합 형태 또는 홈 모양은 열 전달 속도 방향과 속도가 다르며 이는 용융 풀의 결정화 방향과 입자 성장에 영향을 미칩니다.구조적 스위치, 판 두께 및 용접 배열은 접합부의 응력 상태에 영향을 미치는 접합부의 강성과 구속력을 결정합니다.열악한 결정 형태, 심한 응력 집중 및 과도한 용접 응력은 용접 균열 형성의 기본 조건입니다.설계에 있어서 접합 강성을 줄이고, 교차 용접을 줄이고, 응력 집중을 유발하는 다양한 요인을 줄이는 것은 모두 용접성을 향상시키는 중요한 조치입니다.
4. 이용조건
용접 구조물의 사용 기간 동안 작동 온도, 부하 조건 및 작동 매체를 나타냅니다.이러한 작업 환경과 작동 조건에는 용접 구조에 상응하는 성능이 필요합니다.예를 들어, 저온에서 작동하는 용접 구조물은 취성 파괴 저항성을 가져야 합니다.고온에서 작동하는 구조물은 크리프 저항성을 가져야 합니다.교번 하중 하에서 작동하는 구조물은 피로 저항성이 좋아야 합니다.산, 알칼리, 염분 매체에서 작업하는 구조물 용접된 용기는 내식성이 높아야 합니다.즉, 사용 조건이 가혹할수록 용접 조인트에 대한 품질 요구 사항이 높아지고 재료의 용접성을 보장하기가 더 어려워집니다.
금속재료의 용접성 식별 및 평가지표
용접 과정에서 제품은 용접 열 공정, 야금 반응, 용접 응력 및 변형을 겪게 되어 화학 성분, 금속 조직, 크기 및 모양이 변화되어 용접 조인트의 성능이 용접 조인트의 성능과 종종 달라지게 됩니다. 기본 재료, 때로는 사용 요구 사항을 충족할 수 없는 경우도 있습니다.많은 반응성 또는 내화성 금속의 경우 고품질 접합을 얻으려면 전자빔 용접 또는 레이저 용접과 같은 특수 용접 방법을 사용해야 합니다.재료로부터 양호한 용접 접합을 만드는 데 필요한 장비 조건이 적고 난이도가 낮을수록 재료의 용접성이 좋아집니다.반대로, 복잡하고 값비싼 용접 방법, 특별한 용접 재료 및 공정 조치가 요구된다면 이는 재료의 용접성이 좋지 않다는 것을 의미합니다.
제품을 제작할 때에는 사용되는 재료의 용접성을 먼저 평가하여 선정된 구조재료, 용접재료, 용접방법이 적절한지 판단해야 합니다.재료의 용접성을 평가하는 방법에는 여러 가지가 있습니다.각 방법은 용접성의 특정 측면만을 설명할 수 있습니다.따라서 용접성을 완전히 결정하려면 테스트가 필요합니다.테스트 방법은 시뮬레이션 유형과 실험 유형으로 나눌 수 있습니다.전자는 용접의 가열 및 냉각 특성을 시뮬레이션합니다.후자는 실제 용접 조건에 따라 테스트합니다.시험 내용은 주로 모재와 용접 금속의 화학 조성, 금속 조직, 기계적 성질, 용접 결함 유무를 검출하고 저온 성능, 고온 성능, 내식성 및 내식성을 결정하는 것입니다. 용접 조인트의 균열 저항.
일반적으로 사용되는 금속재료의 용접특성
1. 탄소강의 용접
(1) 저탄소강의 용접
저탄소강은 탄소 함량이 낮고 망간 및 실리콘 함량이 낮습니다.정상적인 상황에서는 용접으로 인해 심각한 구조적 경화 또는 담금질 구조가 발생하지 않습니다.이러한 종류의 강철은 가소성과 충격 인성이 우수하며 용접 조인트의 가소성과 인성도 매우 좋습니다.일반적으로 용접 중에는 예열과 후가열이 필요하지 않으며 만족스러운 품질의 용접 조인트를 얻기 위해 특별한 공정 조치가 필요하지 않습니다.따라서 저탄소강은 용접성이 뛰어나며, 모든 강 중에서 용접성이 가장 좋은 강입니다..
(2) 중탄소강의 용접
중탄소강은 저탄소강보다 탄소 함량이 높고 용접성이 떨어집니다.CE가 하한(0.25%)에 가까우면 용접성이 좋다.탄소 함량이 증가할수록 경화 경향이 증가하며, 열영향부에 저소성 마르텐사이트 조직이 쉽게 생성됩니다.용접물이 상대적으로 단단하거나 용접 재료 및 공정 매개변수가 부적절하게 선택되면 냉간 균열이 발생할 가능성이 높습니다.다층 용접의 첫 번째 층을 용접할 때 용접부에 용착되는 모재의 비율이 높기 때문에 탄소 함량, 황 및 인 함량이 증가하여 열간 균열이 발생하기 쉽습니다.또한, 탄소 함량이 높을수록 기공 민감도도 증가합니다.
(3) 고탄소강의 용접
CE가 0.6% 이상인 고탄소강은 경화성이 높고 단단하고 부서지기 쉬운 고탄소 마르텐사이트가 생성되기 쉽습니다.용접부나 열영향부에는 균열이 발생하기 쉬워 용접이 어려워집니다.따라서 이러한 유형의 강은 일반적으로 용접 구조물을 만드는 데 사용되지 않지만 경도나 내마모성이 높은 부품이나 부품을 만드는 데 사용됩니다.대부분의 용접은 손상된 부품을 수리하는 것입니다.이러한 부품 및 부품은 용접 균열을 줄이기 위해 용접 수리 전에 어닐링을 수행하고 용접 후 다시 열처리해야 합니다.
2. 저합금 고강도강의 용접
저합금 고강도강의 탄소 함량은 일반적으로 0.20%를 초과하지 않으며, 총 합금 원소는 일반적으로 5%를 초과하지 않습니다.저합금 고장력강은 일정량의 합금 원소를 함유하고 있기 때문에 용접 성능이 탄소강과 다소 다릅니다.용접특성은 다음과 같습니다.
(1) 용접 이음부의 용접 균열
냉간균열 저합금 고강도강은 강재를 강화하는 C, Mn, V, Nb 등의 원소를 함유하고 있어 용접시 경화되기 쉽습니다.이러한 강화된 구조는 매우 민감합니다.따라서 강성이 크거나 구속응력이 큰 경우 용접이 부적절할 경우 냉간균열이 발생하기 쉽습니다.더욱이 이러한 유형의 균열은 어느 정도 지연이 발생하며 매우 해롭습니다.
재가열(SR) 균열 재가열 균열은 용접 후 응력 완화 열처리 또는 장기간 고온 작업 시 용융선 근처의 조립 영역에 발생하는 입계 균열입니다.이는 일반적으로 HAZ 근처의 V, Nb, Cr, Mo 및 기타 탄화물이 오스테나이트에 고체로 용해되는 높은 용접 온도로 인해 발생한다고 믿어집니다.용접 후 냉각시 석출될 시간이 없으나 PWHT시 분산, 석출되어 결정구조를 강화시킨다.내부에서는 응력 완화 중 크리프 변형이 결정립계에 집중됩니다.
저합금 고강도강 용접 조인트는 일반적으로 16MnR, 15MnVR 등과 같은 재가열 균열이 발생하기 쉽지 않습니다. 그러나 Mn-Mo-Nb 및 Mn-Mo-V 시리즈 저합금 고강도강의 경우 다음과 같습니다. 07MnCrMoVR, Nb, V, Mo는 재열균열에 강한 민감도를 갖는 원소이므로 이러한 강종은 용접후열처리 시 처리가 필요합니다.재가열균열의 발생을 방지하기 위해서는 재가열균열의 민감한 온도영역을 피하도록 주의가 필요하다.
(2) 용접 이음부의 취화 및 연화
변형 노화 취성 용접 조인트는 용접 전에 다양한 냉간 공정(블랭크 전단, 배럴 롤링 등)을 거쳐야 합니다.강철은 소성 변형을 일으킵니다.해당 부위를 200~450°C로 더 가열하면 변형 노화가 발생합니다..변형 노화 취성은 강철의 소성을 감소시키고 취성 전이 온도를 증가시켜 장비의 취성 파괴를 초래합니다.용접 후 열처리는 용접 구조의 변형 노화를 제거하고 인성을 복원할 수 있습니다.
용접부 및 열 영향부 취약성 용접은 가열 및 냉각 과정이 고르지 않아 구조가 고르지 않게 됩니다.용접부(WM)와 열영향부(HAZ)의 취성 전이 온도는 모재의 취성 전이 온도보다 높으며 접합부의 약한 연결 고리입니다.용접 라인 에너지는 저합금 고강도강 WM 및 HAZ의 특성에 중요한 영향을 미칩니다.저합금 고강도강은 경화되기 쉽습니다.선에너지가 너무 작으면 마르텐사이트가 HAZ에 나타나 균열이 발생합니다.라인 에너지가 너무 크면 WM 및 HAZ의 입자가 거칠어집니다.관절이 부서지기 쉬운 원인이 됩니다.열간압연 및 노멀라이징 강철에 비해 저탄소 담금질 및 템퍼링 강철은 과도한 선형 에너지로 인해 HAZ 취성이 발생하는 경향이 더 심각합니다.따라서 용접시 라인에너지는 일정범위로 제한되어야 한다.
용접 이음부의 열영향부의 연화 용접열의 작용으로 인해 저탄소 담금질강의 열영향부(HAZ) 외부, 특히 Ac1 부근의 영역이 템퍼링 온도 이상으로 가열되어, 강도가 감소된 연화 영역이 생성됩니다.HAZ부의 구조적 연화는 용접선 에너지 및 예열온도의 증가에 따라 증가하지만 일반적으로 연화부의 인장강도는 여전히 모재 기준치의 하한값보다 높으므로 열영향부는 이러한 유형의 강철은 연화됩니다. 기술이 적절하다면 문제는 접합 성능에 영향을 미치지 않습니다.
3. 스테인레스강의 용접
스테인레스강은 다양한 강철 구조에 따라 오스테나이트계 스테인레스강, 페라이트계 스테인레스강, 마르텐사이트계 스테인레스강, 오스테나이트-페라이트 이중 스테인레스강의 네 가지 범주로 나눌 수 있습니다.다음은 주로 오스테나이트계 스테인레스강과 양방향 스테인레스강의 용접특성을 분석한 것입니다.
(1) 오스테나이트계 스테인리스강의 용접
오스테나이트계 스테인리스강은 다른 스테인리스강보다 용접이 더 쉽습니다.어떤 온도에서도 상 변형이 없으며 수소 취성에 민감하지 않습니다.오스테나이트계 스테인리스강 조인트는 용접 상태에서도 우수한 가소성과 인성을 갖고 있습니다.용접의 주요 문제점은 용접 열간 균열, 취성, 입계 부식 및 응력 부식 등입니다. 또한 열전도율이 낮고 선팽창 계수가 크기 때문에 용접 응력 및 변형이 큽니다.용접 시 용접 입열량은 가능한 한 작아야 하며 예열이 없어야 하며 층간 온도를 낮추어야 합니다.층간 온도는 60°C 이하로 조절되어야 하며, 용접 접합부는 엇갈리게 이루어져야 합니다.입열량을 줄이기 위해서는 용접속도를 과도하게 높이지 말고, 용접전류를 적절히 줄여야 합니다.
(2) 오스테나이트-페라이트계 양방향 스테인리스강의 용접
오스테나이트-페라이트 이중 스테인리스강은 오스테나이트와 페라이트의 두 단계로 구성된 이중 스테인리스강입니다.오스테나이트강과 페라이트강의 장점을 결합하여 강도가 높고 내식성이 우수하며 용접이 용이한 특성을 가지고 있습니다.현재 이중 스테인리스강에는 Cr18, Cr21 및 Cr25의 세 가지 주요 유형이 있습니다.이러한 유형의 강철 용접의 주요 특징은 다음과 같습니다. 오스테나이트계 스테인리스강에 비해 열 경향이 낮습니다.순수 페라이트계 스테인리스강에 비해 용접 후 취화 경향이 낮고, 용접 열영향부의 페라이트 조대화 정도도 낮아 용접성이 좋습니다.
이 유형의 강은 용접 특성이 좋기 때문에 용접 중에 예열 및 후열이 필요하지 않습니다.얇은 판은 TIG로 용접해야 하며, 중간 및 두꺼운 판은 아크 용접으로 용접할 수 있습니다.아크용접에 의한 용접시에는 모재와 유사한 조성의 특수용접봉이나 탄소함유량이 적은 오스테나이트 용접봉을 사용해야 한다.니켈 기반 합금 전극은 Cr25 유형 이중상 강철에도 사용할 수 있습니다.
이중상 강은 페라이트의 비율이 더 높으며, 475°C에서의 취성, σ상 석출 취성 및 조대한 결정립과 같은 페라이트 강의 고유 취성 경향은 오스테나이트의 존재 때문에 여전히 존재합니다.밸런싱 효과를 통해 어느 정도 완화될 수 있지만 용접 시에는 여전히 주의가 필요합니다.Ni-free 또는 low-Ni 듀플렉스 스테인레스강을 용접할 때 열영향부에서 단상 페라이트 및 결정립 조대화 경향이 있습니다.이때 용접열 입력을 제어하는 데 주의를 기울여야 하며 전류가 적고 용접 속도가 빠르며 좁은 채널 용접을 사용하도록 노력해야 합니다.그리고 열 영향부에서 결정립 조대화 및 단상 페라이트화를 방지하기 위한 다중 패스 용접.층간 온도는 너무 높아서는 안됩니다.냉각 후 다음 패스를 용접하는 것이 가장 좋습니다.
게시 시간: 2023년 9월 11일