고탄소강 용접의 도전 과제 살펴보기
고탄소강 용접이 어려운 이유는 무엇일까요? 이 기사에서는 취성 마르텐사이트를 형성하는 경향과 같은 이 소재와 관련된 고유한 어려움에 대해 자세히 설명합니다....
탄소강 용접은 어떻게 일반적인 작업인 동시에 복잡한 도전일 수 있을까요? 이 가이드에서는 탄소강의 종류, 용접성, 강력하고 안정적인 접합부를 보장하기 위한 구체적인 기술을 다루는 복잡한 탄소강 용접의 세계를 살펴봅니다. 저탄소강, 중탄소강, 고탄소강 용접의 차이점과 일반적인 용접 결함을 방지하기 위해 필요한 예방 조치에 대해 알아봅니다. 성공적인 탄소강 용접을 위한 중요한 단계와 모범 사례에 대해 자세히 알아보세요.
1. 탄소강이란 무엇인가요?
강철은 화학 성분에 따라 탄소강과 합금강의 두 가지 주요 카테고리로 분류됩니다. 탄소강은 탄소 함량에 따라 다시 세 가지 유형으로 세분화됩니다:
연강이라고도 하는 저탄소강은 탄소 함량이 0.25% 미만입니다. 저탄소강은 다음과 같은 특징이 있습니다:
애플리케이션에는 다음이 포함됩니다:
일부 저탄소강은 침탄 또는 기타 표면 경화 처리를 통해 특정 기계 응용 분야의 내마모성을 향상시킵니다.
2. 중간 탄소강
탄소 함량이 0.25% ~ 0.60%인 중간 탄소강을 제공합니다:
주요 특징
애플리케이션:
3. 고탄소강
공구강이라고도 불리는 고탄소강은 0.60%~1.70%의 탄소를 함유하고 있습니다. 다음과 같은 특징이 있습니다:
탄소 함량에 따른 애플리케이션:
고탄소강은 일반적으로 열처리(담금질 및 템퍼링)를 통해 용도에 맞는 최적의 기계적 특성을 얻습니다.
강철의 용접성은 주로 화학 성분에 의해 영향을 받으며, 탄소 함량이 가장 중요한 요소입니다. 강철의 다른 합금 원소도 용접에 영향을 줄 수 있지만 일반적으로 탄소와 비교하면 그 영향은 덜합니다.
저탄소강(일반적으로 0.25% C 미만)은 용접성이 뛰어나며 최소한의 특수 가공이 필요한 경우가 많습니다. 그러나 두꺼운 판재(>25mm), 낮은 주변 온도(0.05%)의 경우 추가 예방 조치가 필요합니다:
중간 탄소강(0.25-0.60% C)은 용접 시 냉간 균열에 더 취약합니다. 탄소 함량이 증가하면 HAZ의 경화성이 상승하여 냉간 균열이 발생할 가능성이 높아지고 용접성이 저하됩니다. 또한 모재의 탄소 함량이 높아지면 용접 금속의 탄소 함량도 증가하여 존재하는 황과 결합하여 열균열을 촉진할 수 있습니다. 중탄소강 용접 시 이러한 문제를 완화하기 위해:
고탄소강(>0.60% C)은 탄소 함량이 높기 때문에 가장 중요한 용접 과제를 안고 있습니다. 용접 시 상당한 열 응력이 발생하고 HAZ는 경화 및 냉간 균열에 매우 취약해지며 용접 금속은 열 균열이 발생하기 쉽습니다. 결과적으로 고탄소강은 세 가지 범주 중 용접성이 가장 떨어집니다. 일반적으로 용접 구조물에는 사용하지 않으므로 내마모성 부품의 용접 또는 하드페이싱을 수리하는 용도로만 제한적으로 사용됩니다. 고탄소강 용접이 필요한 경우:
중탄소강은 탄소 함량이 0.25%~0.60%인 탄소강을 말하며, 여기에는 고품질 탄소가 포함됩니다. 구조용 강재 등급 30, 35, 45, 50, 55 및 ZG230-450, ZG270-500, ZG310-570, ZG340-640과 같은 주조 탄소강 등급이 있습니다.
저탄소강에 비해 중탄소강의 탄소 함량이 높기 때문에 용접성이 떨어집니다. 탄소 질량 비율이 0.30%에 가깝고 망간 함량이 높지 않은 경우 용접성은 여전히 좋지만 탄소 함량이 증가함에 따라 용접성이 점차 악화됩니다.
탄소 질량 분율이 약 0.50%에 도달하면 용접성이 크게 악화됩니다.
중탄소강을 용접할 때 발생할 수 있는 문제는 다음과 같습니다:
강철의 탄소 함량이 높기 때문에 열 영향을받는 영역은 쉽게 단단하고 부서지기 쉽습니다. 마르텐사이트 구조 용접 중에 냉간 균열이 발생할 수 있습니다.
부적절한 용접 재료를 사용하거나 용접 프로세스 가 제대로 배합되지 않으면 용접부에 냉간 균열이 쉽게 발생할 수 있습니다.
용접하는 동안 고탄소 모재가 녹아 용접부에 탄소가 유입되어 용접의 탄소 함량이 증가합니다. 탄소는 금속의 황과 인의 영향을 강화하여 뜨거운 균열을 일으킬 수 있습니다.
따라서 중탄소강을 용접할 때 용접부에 고온 균열이 쉽게 발생할 수 있습니다. 이는 모재의 황 및 인 함량 또는 용접 재료 가 엄격하게 제어되지 않아 핫 크랙이 발생할 가능성이 더 높습니다.
또한 강철의 탄소 함량이 높으면 용접부가 CO 가스 기공을 생성하는 경향이 높아질 수 있습니다.
중탄소강은 용접 시 냉간 및 고온 균열과 같은 결함이 발생하는 경향이 있기 때문에 성공적인 용접을 위해서는 특별한 기술적 조치를 취해야 합니다.
중간 탄소에는 다양한 아크 용접 방법을 사용할 수 있습니다. 강철 용접. 중탄소강은 대규모 용접 구조물보다는 기계 부품 생산에 일반적으로 사용되므로 차폐 금속 아크 용접 가 가장 자주 사용됩니다.
용접부에 냉간 및 고온 균열이 형성되는 것을 방지하기 위해 일반적으로 저수소 전극은 차폐형 전극에 사용됩니다. 금속 아크 용접. 이러한 전극은 용접부의 수소 함량을 낮게 유지할 뿐만 아니라 탈황 및 탈인화 효과도 발휘하여 용접부의 가소성과 인성을 향상시킵니다.
강철의 탄소 함량이 낮고 접합부의 강성이 낮은 경우, 루틸 또는 기본 전극을 사용할 수 있습니다. 그러나 용융 비율을 최소화하고, 공작물을 엄격하게 예열하고, 층간 온도를 제어하는 등 엄격한 기술적 조치를 취해야 합니다.
예열이 불가능한 경우 E308L-16(A102), E308L-15(A107), E309-16(A302), E309-15(A307), E310-16(A402), E310-15(A407) 등의 오스테나이트 스테인리스 스틸 전극을 사용할 수 있습니다.
예열은 중탄소강 용접 시 균열을 방지하는 가장 효과적인 기술입니다. 예열은 접합부의 냉각 속도를 줄여 마르텐사이트의 형성을 방지할 뿐만 아니라 용접 응력을 줄이고 수소 확산을 촉진합니다.
대부분의 상황에서는 예열과 층간 온도 유지가 필요합니다.
예열 및 층간 온도 선택은 강철의 탄소 등가물, 모재의 두께, 구조의 강성, 전극의 유형에 따라 달라집니다.
예열 온도는 용접 테스트를 통해 또는 경험적 공식 T0=550(C-0.12)+0.4δ를 통해 결정할 수 있습니다. 이 공식에서 T0는 예열 온도(℃)를 나타내고, C는 용접되는 모재의 탄소 질량 비율(%)을 나타내며, δ는 강판 (mm).
30, 35, 45강 용접의 예열 및 층간 온도는 표 1에서 확인할 수 있습니다.
표 1 카본의 예열 온도 및 용접 후 템퍼링 온도 강철 용접
| 강철 등급 | 용접 두께 /mm | 운영 프로세스 | 용접봉 카테고리 | 참고 | |
| 층간 온도 예열 /℃ | 스트레스 완화 템퍼링 온도 /℃ | ||||
| 30 | -25 | >50 | 600-650 | 비 저수소형 용접봉 | 1. 국부 예열을 위한 홈 양쪽의 가열 범위는 150-200mm입니다. 2. 용접 과정에서 망치질을 사용하여 용접을 줄일 수 있습니다. 잔류 스트레스. |
| 저수소형 용접봉 | |||||
| 35 | 25-50 | >100 | 저수소 유형 | ||
| >150 | 비저수소 유형 | ||||
| 50-100 | >150 | 저수소 유형 | |||
| 45 | -100 | >200 | 저수소 유형 | ||
용접부에 녹아드는 모재의 비율을 줄이려면 공작물에 U자형 또는 V자형 홈이 있는 것이 이상적입니다. 주물의 결함을 수리하는 경우, 용접부에 녹아드는 모재의 양을 최소화하기 위해 파낸 홈의 외관이 매끄러워야 합니다.
용접에는 직류 역극성 전원 공급 장치를 사용해야 합니다. 다층 용접, 소구경 전극, 저전류, 저속 용접의 경우 용접 속도 용접의 첫 번째 층으로 녹는 모재의 비율이 최대 30%에 도달할 수 있으므로 사용해야 합니다.
용접 후 공작물은 즉시 응력 제거 열처리를 하는 것이 이상적입니다. 이는 두께가 두꺼운 용접물, 고강성 구조물, 동적 또는 충격 하중을 받는 용접물의 경우 특히 중요합니다.
스트레스 해소를 위한 온도 어닐링 는 일반적으로 섭씨 600~650도 사이입니다.
용접 직후 응력 제거 열처리를 할 수 없는 경우, 용접 후 약간 위쪽에서 가열하는 후열을 수행해야 합니다. 예열 온도두께 10mm당 약 1시간의 유지 시간이 소요됩니다.
(I) 35 스틸 및 ZG270-500 주조 탄소강
35강의 탄소 질량 비율은 0.32% ~ 0.39%이며, ZG270-500 주조 탄소강의 탄소 질량 비율은 0.31% ~ 0.40%입니다. 탄소 등가물은 약 0.45%이므로 이 강철의 용접성은 다음과 같습니다. 강철 유형 를 사용할 수 있습니다.
그러나 용접 중 열의 영향을받는 영역에서는 단단하고 부서지기 쉬운 마르텐사이트 구조 이 형성되어 균열이 발생할 수 있습니다. 따라서 이러한 유형의 강철을 용접할 때는 특정 기술적 조치를 취해야 합니다.
전극 아크 용접을 사용할 때 다음과 같은 경우 용접 솔기 모재와 동일한 강도의 용접 심이 필요한 경우, E5016(J506) 또는 E5015(J507) 용접봉을 사용할 수 있습니다. 모재와 동일한 강도의 용접 심이 필요하지 않은 경우 E4316(J426), E4315(J427), E4303(J422), E4310(J423) 등의 용접봉을 선택할 수 있습니다.
서브머지드 아크 용접의 경우, HJ430 또는 HJ431 플럭스와 H08MnA 또는 H10Mn2 와이어를 선택할 수 있습니다.
슬래그 용접의 경우 HJ430, HJ431, HJ360 플럭스 및 H10Mn2, H08Mn2Si, H08Mn2SiA 와이어를 선택할 수 있습니다.
35강 및 ZG270-500 주강 용접 시, 용접 부품의 일반적인 예열 온도와 층간 온도는 약 150℃입니다. 용접 부품의 강성이 상대적으로 큰 경우 예열 온도와 층간 온도를 200-250℃로 높여야 합니다.
국부 예열을 위한 가열 범위는 홈의 양쪽에서 150-200mm입니다.
두께가 두껍고 강성이 높거나 동적 또는 충격 하중을 받는 용접 부품의 경우 용접 후 즉시 응력 제거 어닐링을 수행해야 합니다. 어닐링 온도는 일반적으로 600-650℃입니다.
일반적인 두께의 용접 부품의 경우 후가열을 사용하여 수소가 확산되어 빠져나갈 수 있습니다.
가열 후 온도는 일반적으로 200-350℃이며, 유지 시간은 용접 부품의 두께에 따라 2-6시간입니다.
(II) 45 스틸 및 ZG310-570 주조 탄소강
45강의 탄소 질량 비율은 0.42% ~ 0.5%이며, ZG310-570 주강의 탄소 질량 비율은 0.41% ~ 0.50%입니다. 탄소 당량은 약 0.56%입니다. 이 강철은 경화 경향이 크고 균열이 생기기 쉬워 용접성이 상대적으로 떨어집니다.
전극 아크 용접의 경우 저수소 용접봉을 선택해야 합니다. 모재와 동일한 강도의 용접 심이 필요한 경우 E5516-G(J556) 또는 E5515-G(J557) 용접봉을 사용할 수 있습니다.
모재와 동일한 강도의 용접 심이 필요하지 않은 경우 E4316(J426), E4315(J427), E5016(J506), E5015(J507), E4303(J422), E4301(J423) 등의 용접봉을 선택할 수 있습니다.
서브머지드 아크 용접의 경우, HJ350 또는 SJ101 플럭스 및 H08MnMoA 와이어를 선택할 수 있습니다.
45강 및 ZG310-570 주조 탄소강을 용접할 때는 용접 이음새의 용융 비율을 줄이고 모재에서 용접 이음새로 전이되는 탄소량을 줄이기 위해 더 작은 용접 전류를 선택해야 합니다.
이러한 유형의 강철을 용접하려면 전체 조각을 200℃ 이상의 온도로 예열하는 것이 가장 좋습니다.
T 조인트의 경우 맞대기 조인트보다 방열 방향이 더 많기 때문에 냉각 속도가 더 빠릅니다. 용접 조인트 가 증가하여 콜드 크랙이 발생하는 경향이 높아집니다.
따라서 용접 부품의 두께에 따라 예열 온도를 250-400℃로 적절히 높여야 합니다.
층간 온도는 예열 온도보다 낮아서는 안 됩니다.
용접 후 용접된 부품은 즉시 응력 제거 어닐링을 거쳐야 합니다. 어닐링 온도는 600-650℃입니다.
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