학문
용접부의 강도는 어떤 요인에 따라 달라지나요?
금속 부품을 용접하면 접합부가 만들어지지만 모재와 동일한 성질을 갖는다고 단전하기는 어려운데, 용접 온도와 냉각 속도, 접합 방식 등이 용접부의 강도에는 어떤 영향을 미치는지 의견 부탁드립니다.
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 박재화 박사입니다.
용접부의 강도는 단순히 잘 붙었는지만 보는 것이 아니라, 용접하면서 금속 조직이 어떻게 변했는지가 매우 중요할 수 있습니다.
용접 온도가 너무 높거나 열이 오래 머물면 주변 금속의 결정립이 거칠어지기 때문에 약해질 수 있고, 반대로 너무 빨리 식으면 단단할 수는 있지만 잘 깨지는 조직이 만들어질 수 있습니다. 또 용접봉이나 용가재의 성분이 모재와 잘 맞는지도 고려해야하고, 기공이나 균열 같은 결함이 없는지도 강도에 큰 영향을 줍니다.
용접 방식과 열입력, 냉각 속도, 후열처리를 잘 조절하면 잔류응력을 줄이고 접합부의 인성과 피로수명을 높일 수도 있습니다. 결국엔 용접부 강도는 온도, 냉각 속도, 재료 조합, 결함 관리와 용접 방식들이 함께 결정한다고 보시면 되겠습니다.
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채택된 답변용접부의 강도는 용접 온도와 냉각 속도뿐 아니라 용접 방법과 작업 조건에 따라서도 크게 달라집니다.
용접 온도가 너무 낮으면 금속이 충분히 녹지 않아 접합이 약해질 수 있고, 너무 높게되면 조직 변화나 변형이 커질 수 있습니다.
냉각 속도가 빠르면 일부 강철에서는 단단하지만 취성이 큰 조직이 생겨서 균열 위험이 높아질 수 있고, 냉각이 너무 느려도 원하는 성질을 얻지 못할 수 있죠. 또한 용접 방식과 용가재의 종류, 모재의 성분, 용접 속도와 열 입력도 강도에 영향을주게 됩니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
용접부는 고온의 열 사이클을 거치며 모재와는 다른 미세 조직과 열영향부를 형성하므로 동일한 성질을 갖기 어렵고 이때 용접 온도가 지나치게 높으면 결정립이 조대화되어 인성과 강도가 저하될 수 있습니다 또한 용접 후 냉각 속도가 너무 빠르면 취성 조직이 생성되어 경도는 높아지나 충격에 취약해지고 반대로 너무 느리면 결정이 과도하게 성장해 강도가 떨어지는 문제가 발생합니다. 아울러 어떤 접합 방식과 용접 재료를 선택하느냐에 따라 용입 깊이 잔류 응력 그리고 기포나 슬래그 같은 내부 결함의 발생 여부가 달라져 최종 강도에 직접적인 영향을 미칩니다. 이처럼 용접부의 강도는 가해진 열에너지와 냉각 과정 그리고 접합 공정의 세부 조건들이 복합적으로 상호작용하여 결정되는 매우 민감한 특성을 지닙니다
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
용접부는 녹았다 굳은 용융부, 녹지는 않았지만 열을 받아 조직이 바뀐 열영향부(HAZ), 그리고 영향을 받지 않은 모재로 나뉘어요. 용융부는 주조 조직처럼 기둥 모양 결정이 자라고, HAZ는 용융선에 가까울수록 결정립이 커지며 강도와 인성이 가장 나빠지기 쉬워요.
입열량(전류×전압÷용접 속도)이 크면 넓은 영역이 오래 뜨거워 결정립이 조대해지고 인성이 떨어져요. 반대로 너무 빨리 식으면 탄소강과 저합금강의 HAZ에 단단하지만 깨지기 쉬운 마르텐사이트가 생기고, 용접 중 들어간 수소와 겹쳐 며칠 뒤 저온 균열이 나기도 해요. 탄소당량이 0.4를 넘는 강은 100~200°C로 예열해 냉각을 늦춰요. 6061-T6 같은 석출경화형 알루미늄은 열을 받으면 강화 석출물이 녹거나 커져 HAZ 강도가 모재의 60% 안팎까지 떨어지니, 설계 때 이 값을 기준으로 잡아요.
기공, 융합 불량, 언더컷 같은 결함은 단면을 줄이고 응력을 모으며, 비드 끝단 형상 자체가 응력 집중점이라 피로 균열 대부분이 여기서 시작돼요. 완전 용입 맞대기 용접은 모재에 가까운 강도를 내지만 필릿 용접은 목 두께로 강도가 정해지고, 비드 끝을 매끄럽게 갈아내거나 피닝하면 피로 수명이 늘어요. 냉각 중 생긴 항복강도 수준의 잔류응력은 600~650°C 응력 제거 열처리로 풀어요.
공정별로는 레이저와 전자빔이 HAZ를 좁게 만들고, 마찰교반용접은 재료를 녹이지 않아 알루미늄 접합 강도를 모재의 70~90%까지 지켜요 :)