용접부 결함 발생 설명

 

♣ 용접부의 결함 ♣

 

◈ 용접금속 균열

 

▶ 비드의 균열

  ① 횡균열 : 용접 축 방향을 기준으로 해서 분류하였을 경우 용접부의 축과 수직으로 발생된 균열

  ② 종균열 : 용접 축 방향을 기준으로 해서 분류하였을 경우 용접부의 축과 평행으로 발생된 균열

  ③ 루트균열 : root 간격이 너무 넓은 경우, 루트용접부에 응력이 집중되는 경우 발생된 균열

  ④ micro crack : 용접금속 내부에 발생하며, 외부까지 발생하지 않는 모상의 미세한 균열

              이는 저합금강 또는 내마모 용접봉의 용접 금속이 급랭되었을 때에 생기기 쉬우며,

용접 금속의 급랭에 의한 취화, 국부적인 응력의 발생과 수소가 주 원인이 된다.

              → 냉각속도를 느리게 하고 예열하거나, 저수소계 용접봉을 충분히 건조시킴으로써

방지할 수 있다.

⑤ sulfur crack : 유황 band가 강한 강재(연강 rimmed강)를 용접한 경우 유황 band에서 용접

금속내에생기는 균열로 수분 또는 황수소 물질의 존재로 저융점의 황화철과 수소가스가 공존

작용을 하며, 이는 저수소계 용접봉을 사용하거나 이음표면과 용제 부위가 청결하고 건조하게

유지함으로써 방지할 수 있다.

 

▶ 크레이터의 균열

: 용접패스가 끝나는 지점에서 발생되며, 용접 마무리 지점에서 용접부가 완전히 채워지지 않은

경우 그 부위에 얇은 용착부위가 형성되어 용접수축응력에서 발생된 균열

→ 갑작스럽게 아크를 끊지 말고 운봉을 멈춘 채로 크레이터가 생기지 않게 이 부분을 채워

주거나, 일단 아크를 끊고 다시 몇 번 아크를 일으켜 크레이터를 채워주는 방법으로

방지할 수 있다.

① 선상균열 : 모재의 재질 결함으로 용접부의 기포가 압연되어 생기는 것으로 설퍼밴드와 같이

층상으로 편재에 있어 강재의 내부적 노치를 형성한다. 금속의 강도, 특히 Z 방향 또는 강판의

두께방향에 강도를 감소시킨다.

② 종균열 : 용접 축 방향을 기준으로 해서 분류하였을 경우 용접부의 축과 평형으로 발생된 균열

③ 횡균열 : 용접 축 방향을 기준으로 해서 분류하였을 경우 용접부의 축과 수직으로 발생된 균열

 

◈ 열영향부 균열

① root 균열 : root 간격이 너무 넓은 경우, 루트용접부에 응력이 집중되는 경우 발생된 균열

② under bead 균열 : 용접이 완료된 후 많은 시간이 지나도록 진행되지 않을 수도 있기 때문에

특별히 위험한 균열이다. 때론 지연균열(delayed crack)로 불리기도 한다. 지연균열에 민감한

강재의 용접에 대한 최종 육안검사나 비파괴검사는 용접완료 후 48~72시간 후에 수행되어야

한다. 고강도의 강재는 특히 이러한 균열에 매우 민감하다. under bead 균열은 용접부위에

수소가 있을 때 잘 발생된다. 용접봉, 오염된 모재, 대기 등으로부터 흡수된 수소는 용착금속에

포함되어 있다가 냉각 후 열영향부로 이동하게 된다. 열영향부에서 모인 수소는 분자 형태로

모이려고 하고 그 만큼 많은 체적이 필요하게 된다. 이때에 주위의 금속이 충분한 연성을 갖지

않는다면 갇힌 수소분자에서 형성된 내부응력이 언더비드 균열을 유발하게 되는 것이다.

③ toe 균열 : 용접부의 toe에서 발생되는 모재의 균열로 용접 덧 살 또는 지나치게 볼록한

용접부의 형상 에서 기인한 응력의 집중으로 발생된다.

④ micro 균열 : 용접금속 내부에 발생하며, 외부까지 발생하지 않는 모상의 미세한 균열

   이는 저합금강 또는 내마모 용접봉의 용접 금속이 급랭되었을 때에 생기기 쉬우며,

용접 금속의 급랭에 의한 취화, 국부적인 응력의 발생과 수소가 주 원인이 된다.

 → 냉각속도를 느리게 하고 예열하거나, 저수소계 용접봉을 충분히 건조시킴으로써 방지할 수 있다.

⑤ 입계 액화 균열 : 특정한 액체 금속 환경 중에서 인장응력과 액체 금속의 공동작용으로

발생하는 균열

⑥ lamellar tear : 황 화합물의 존재에 기인한다. 제강 압연 중에 편석 된 황 화합물은 film상태로

존재 하며, 이것이 응력을 받을 경우 층상의 형상이 갈라져 crack을 유발 시키는 것이다. 이것은

모재의 황 함유량도 중요하지만 황이 골고루 분포되지 않고 집중 되었을 때 문제가 된다.

 

◈ 용접금속 내부의 결함

① 기공(blowhole) : CO, H2, N2 등이 다량을 혼입되면 응고 시 용해도의 급감으로 기포가 부상되지 못하고 공동을 형성한다. 고 S강의 용접 시 아크 분위기에서 H2와 화합하여 H2S가 되고 기공을 형성한다. 이는 강도나 신율을 저하 시키나, 저수소계 용접봉 사용으로 방지할 수 있다.

 

② 개재물(inclusion) : 개재물이란 슬래그, 플럭스, 텅스텐 등과 같이 용접부 내에 들어 있는 이물질을 말하며, 슬래그 개재물은 용해된 금속을 보호하기 위해 사용되는 플럭스가 용착금속의 내부 또는 용접표면에 박혀 있는 것을 말한다. 텅스텐 개재물은 GTAW, PAW처럼 텅스텐 전극봉을 사용하는 경우 발생되며, 원인은 텅스텐 전극봉과 용접봉의 접촉, 스패터에 의한 텅스텐 전극봉의 오염, 전극봉의 과열, 과도한 전류 사용, 너무 작은 구경의 전극봉, 부적절한 차폐가스의 사용 등이 있다.

 

③ 슬래그 혼입 : 부적당한 운봉 또는 기량부족에 의한 형상불량이 큰 슬래그혼입은 용접부의 강도, 연성등을 약하게 하며 때론 취성파괴의 원인이 될 수 있다. 슬래그혼입은 root부, 각 패스의 경계및 패스내의 혼입형태로 분류되며 완전히 제거되어야 한다.

 

④ 은점 : 용접 금속이 인장 또는 굽힘으로 파단 될 경우 그 파면에 나타나는 원형의 결함으로 중심부에 작은 기공이나 슬래그가 혼입되어 물고기 눈과 같이 형성되며, 강괴의 백점(Flake)의 생성 원인과 비슷하다. 외력에 의한 소성변형에 수반하여 확산성 수소가 기공이나 비금속 개재물의 주위에 집결되어 일어나는 일종의 수소취화이다. 이는 기계적 성질, 신율, Deep Drawing성의 저하를 가져오나, 용접 후 장시간 방치 또는 가열하여 수소를 추출하면 억제할 수 있다.

 

⑤ 선상조직 : 아크 용접부에 생기는 특이조직으로 용접 금속을 파단 시켰을 때 그 일부가 상주 상(서리모양) 또는 아주 미세한 주상정으로 보이는 것으로 응고과정에서 주상정간에 SiO2 등의 개재물이나 기공으로 인해 결정립간의 결합력이 약해져서 생기며, 기계적 성질을 저하시킨다.      

 

◈ 표면 결함

 

① overlap : 용융된 금속이 모재 면에 덮쳐진 상태를 말한다. 원인은 언더컷이 생기는 경우와 반대로 용접 전류가 너무 약할 때 또는 용접속도가 너무 느릴 때 생기기 쉬우므로 적당한 용접조건과 운봉법에 주의하면 방지할 수 있다.

② undercut : 용접끝단에 생기는 작은 홈을 말하는 것으로 용접전류가 과대할 때, 아크(arc) 길이가 길 때,  운봉속도가 너무 빠를 때 생기기 쉽다. 따라서 전류를 적절히 조정하고 아크 길이를 짧게 유지하며 너무 빨리 운봉하지 않도록 한다.

③ bead 파형불량 : 가스용접이나 전호용접 시에 모재의 표면에 부풀은 면이 발생되는 경우가 있는데, 이는 열 영향부에서 수소가 외부로 방출되지 않고 용접부에 남아 수소 취하를 일으켜 내부응력과 함께 균열을 일으킨다.

④ 표면의 기공 : 피복재나, 개선면의 유분, 녹, 용접분위기에 따라 N2, H2, H2O 등으로 인해 발생하며 이 가스는 응고에 따라 방출되나 표면 기공은 응고속도와 가스 방출 속도가 비슷하여 기/액 계면에서 응고와 더불어 성장하며 관형기공이 생성된다.

균  열	용접금속 균열	비드의 균열	⋅ 횡균열 ⋅ 종균열 ⋅ 루트균열 ⋅ micro crack ⋅ sulfur crack
		크레이터의 균열	⋅ 선상균열 ⋅ 종균열 ⋅ 횡균열
	열 영향부 균열	⋅ root 균열 ⋅ under bead 균열 ⋅ toe 균열 ⋅ micro 균열 ⋅ 입계 액화 균열 ⋅ lamellar tear
균 열 이외의 결함	용접 금속 내부의 결함	⋅ 기공(blowhole) ⋅ 개재물 ⋅ 슬리그 혼입 ⋅ 은점 ⋅ 선상조직
	표면 결함	⋅ overlap ⋅ undercut ⋅ bead 파형불량 ⋅ 표면의 기공