용접 융착 및 열 영향 영역에 대한 이해

용융 용접 중에는 용접 열원의 작용으로 인해 용접부에서 용융에서 고체 상태로의 일련의 변화가 발생합니다.

또한 용접 열 전달의 영향으로 녹지 않은 용접 양쪽의 모재의 구조와 특성이 변경됩니다.

또한 모재와 용접부 사이에는 용접부와 모재 모두와 구별되는 전이 영역이 존재하며 용접 조인트의 성능에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

1 - 용접 솔기
2 - 퓨전 존
3 - 열 영향 구역
4 - 베이스 메탈

1. 퓨전 존의 구조 및 성능

용접 조인트에서 중요한 영역인 융착 영역은 용접 금속과 열 영향 영역(HAZ) 사이의 전환을 표시합니다. 이 미세한 영역은 확대해도 식별하기 어려운 경우가 많지만 용접의 전반적인 무결성에서 중추적인 역할을 합니다.

철골 구조물에서 '과열 구조'는 심각한 내부 결함을 나타냅니다. 비정상적으로 큰 입자 크기가 특징인 이 구조는 강철이 AC3 온도(오스테나이트 형성이 완료되는 온도) 이상으로 장시간 가열되거나 가열 후 고온이 유지될 때 형성됩니다. 이 현상은 강철의 기계적 특성에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.

융합 영역은 철-탄소 상 다이어그램에서 고체와 액체 선 사이의 온도를 경험합니다. 이 온도 범위에서 금속은 부분적으로 녹은 상태로 존재하며, 흔히 "흐릿한 영역" 또는 "반고체 영역"이라고도 합니다. 이 영역은 입자가 매우 큰 것이 특징이며, 냉각 시 과열된 거친 구조가 형성됩니다. 이 미세 구조는 가소성이 떨어지고 인성이 감소하여 응력 하에서 용접의 성능을 저하시킬 수 있습니다.

용접 조인트에서 퓨전 존의 독특한 위치는 특히 결함에 취약합니다. 고유한 화학적 및 구조적 이질성은 종종 균열 또는 국부적인 취성 고장의 시작점으로 작용합니다. 따라서 이 영역은 일반적으로 용접 조인트 내에서 파괴 인성이 가장 낮은 영역을 나타내므로 용접 공정에서 품질 관리 및 비파괴 테스트의 중요한 초점이 됩니다.

이러한 문제를 완화하기 위해 용접 엔지니어는 열 입력 제어, 적절한 필러 재료 선택, 용접 후 열처리 등의 기술을 사용하여 퓨전 존의 미세 구조와 특성을 최적화합니다. 전자빔 용접이나 레이저 용접를 사용하면 퓨전 영역의 폭을 최소화하고 관련 위험을 줄일 수 있습니다.

2. 용접 열 사이클

용접물의 한 지점의 온도가 시간이 지남에 따라 변화하는 과정입니다. 용접 열 열원을 "용접 열 사이클"이라고 합니다. 이 용어는 열원이 가까운 용접부의 특정 지점을 가리킵니다.

기간 동안 용접 열 사이클를 누르면 해당 지점의 온도가 최대 값에 도달할 때까지 상승합니다. 열원이 멀어짐에 따라 온도는 점차 실온으로 다시 낮아집니다. 이 과정은 곡선으로 표현할 수 있습니다.

용접 열 사이클 곡선

• T_m - 최대 가열 온도
• T_A - 상전이 온도
• t_A - 상전이 온도 이상의 체류 시간

3. 용접 열 영향 영역의 구조 및 특성

"용접 열 영향 구역(HAZ)"은 용접 중 열 노출(용융은 아님)의 결과로 모재의 야금 구조 및 기계적 특성이 변경되는 영역을 말합니다. 용접 프로세스. HAZ의 특성과 성질은 용접된 조인트의 특성과 품질을 반영합니다.

저탄소강 및 합금 원소를 최소화한 저합금 고강도강의 경우 용접 열 영향 구역은 "과열 구역", "정상화 구역", "불완전 재결정화 구역" 및 "재결정화 구역"으로 나눌 수 있습니다.

담금질이 불가능한 강철의 용접 열 영향 영역

1. 퓨전 존
2. 과열된 영역
3. 영역 정규화
4. 불완전한 재결정화 영역
5. 재결정화 영역
6. 베이스 메탈

과열된 구조: 위드만슈타텐 구조

용접 열 영향 영역의 과열 영역에서 거친 형성이 발생합니다. 오스테나이트 입자는 빠른 냉각으로 특수한 과열 구조를 형성합니다. 이 구조는 거친 입자 안에 페라이트(시멘타이트) 바늘이 평행하게 배치된 것이 특징입니다. 오스테나이트 입자로 변하고 바늘 사이에 남은 오스테나이트는 펄라이트로 변합니다. 이 과열된 구조를 "페라이트(시멘타이트) 비드만슈타텐 구조"라고 합니다.

간단히 말해, 오스테나이트 입자가 거칠고 냉각 속도가 적당하면 강철의 전 유텍토이드 상이 바늘 모양의 플레이크 펄라이트를 형성합니다. 비드만슈타텐 구조는 입자 크기가 클 뿐만 아니라 수많은 페라이트 바늘이 만들어내는 깨지기 쉬운 표면으로 인해 금속 유연성이 크게 감소하여 쉽게 담금질되지 않는 강철의 용접 접합부가 취화되는 주요 원인입니다.

열 영향 영역(HAZ)의 폭은 용접 방법, 용접 매개변수, 용접물의 크기와 두께, 금속 재료의 열 물리적 특성, 접합 형태 등 여러 가지 요소의 영향을 받습니다.

더 작은 사이즈의 용접 매개변수용접 전류를 줄이고 용접 속도를 높이는 등의 작업을 수행합니다.

HAZ의 폭은 사용된 용접 방법에 따라 다릅니다. 전극에 대한 HAZ의 총 너비 아크 용접 는 약 6mm, 서브머지드 아크 용접의 경우 약 2.5mm, 가스 용접의 경우 약 27mm입니다.

용접 조인트의 특성을 제어하고 개선하는 방법

1. 소재 매칭

소재 매칭"은 주로 다음 중 하나를 선택하는 것과 관련이 있습니다. 용접 재료.

저탄소강, 저합금 고강도 구조용 강재, 저온용 강재의 경우 용접 금속과 모재의 성분이 동일할 필요는 없지만 기계적 성질은 모재와 동일해야 합니다.

내열강 및 스테인리스강으로 작업할 때 용접이 모재와 유사한 고온 성능과 내식성을 갖도록 하려면 용접 재료의 화학 성분이 모재와 밀접하게 일치해야 합니다.

2. 융합 비율 제어

용융 용접에서 용접 금속에서 용융된 모재가 차지하는 비율을 용융 비율이라고 합니다.

융합 비율의 계산 공식은 다음과 같습니다:

r = F_m/(F_m+F_t)

어디

• r - 융합 비율;
• F_m - 용융 모재의 단면적입니다:
• F_t - 용접부의 필러 금속 단면적입니다.