용접 균열은 가장 심각한 용접 결함 유형입니다.
용접 균열은 크게 냉간 균열, 열간 균열, 재가열 균열, 층상 파단, 응력 부식 균열의 다섯 가지 주요 범주로 나뉩니다.
오늘은 주로 저온 균열에 대해 이야기해 보겠습니다. 그렇다면 저온 균열이란 무엇일까요?
저온 균열은 비교적 낮은 온도에서 발생하는 균열입니다. 그렇다면 얼마나 낮은 온도일까요? 일반적으로 300°C 이하입니다. 어떤 사람들은 300°C도 상당히 높은 온도라고 생각할 수 있지만, 강철의 융점(합금 원소에 따라 약 1500°C)과 고온 균열이 발생하는 온도와 비교하면 300°C는 저온에 해당합니다. 따라서 용접부가 300°C 이하(마르텐사이트 변태 시작 온도 이하)로 냉각될 때 발생하는 균열을 저온 균열이라고 부릅니다.
저온 균열은 크게 세 가지 범주로 나뉩니다.
첫 번째 유형은 지연 균열이라고 합니다. 이는 용접 직후에 발생하는 것이 아니라 일정 시간이 지난 후에 발생합니다. 이 시간은 몇 시간, 며칠 또는 몇 달이 될 수도 있습니다.
지연 균열은 어떻게 형성되나요?
지연 균열은 주로 용접 부위의 확산성 수소 함량이 높기 때문에 발생합니다. 공장에서는 중고탄소강이나 중고합금강과 같은 일부 재료의 확산성 수소 함량을 제어하기 위해 저수소 용접봉이나 용접선을 사용합니다. 저수소 용접봉이나 용접선은 일반적으로 지연 균열 발생을 방지하기 위해 사용됩니다.
냉기 균열
두 번째 유형의 저온 균열은 담금질 경화 취성 균열입니다. 이러한 유형의 균열은 주로 상변환 과정 중 마르텐사이트에 의해 발생합니다.
마르텐사이트란 무엇일까요? 엄밀한 학문적 정의는 α-철에 탄소가 과포화된 고용체라는 것입니다. 이 정의는 이해하기에 너무 복잡합니다. 간단한 비유를 들자면, 사무실에 네 개의 의자가 있는데 네 명 이상의 사람이 앉으려고 한다고 생각해 보세요. 어떻게 해야 할까요? 그들을 내쫓을 수는 없으니 억지로 끼워 넣어야 합니다. 이렇게 억지로 끼워 넣으면 모두가 불편해집니다. 따라서 마르텐사이트는 상대적으로 높은 강도와 경도를 가진 경화 구조입니다. 용접부가 급속 냉각될 경우, 담금질 경화 균열이 발생하기 쉽습니다. 물론 마르텐사이트에는 래스 마르텐사이트, 쌍정 마르텐사이트, 판상 마르텐사이트 등 여러 종류가 있으며, 각 종류마다 다른 특성을 가지고 있습니다.
일반적으로 중탄소강 및 고탄소강과 마르텐사이트계 스테인리스강은 담금질 균열이 발생하기 쉬운 재료입니다. 따라서 이러한 재료를 용접할 때는 균열 발생 경향에 특히 주의해야 합니다.
세 번째 유형의 저온 균열은 저연성 균열입니다. 이는 저온에서 수축 변형률이 재료 자체의 소성 한계를 초과할 때 발생합니다.
예를 들어 주철을 생각해 보세요. 잘 알려진 바와 같이, 주철을 용접으로 수리하는 것은 매우 어렵습니다. 그 이유는 무엇일까요? 주철은 매우 단단한 재질이기 때문입니다. 재질이 단단할수록 용접이 어려워지고 연성이 낮은 균열이 발생하기 쉽습니다. 따라서 주철을 용접할 때는 적절한 주철 용접봉이나 용접 와이어를 선택하는 것이 필수적입니다. 그렇지 않으면 연성이 낮은 균열이 발생할 가능성이 매우 높습니다.
이번 에피소드는 여기까지입니다. 다음 에피소드에서는 용접에서 발생하는 또 다른 심각한 결함인 고온 균열에 대해 알아보겠습니다.