3.1 실험 재료
본 연구에서는 LNG연료탱크에 사용되는 9% Ni강에 Nb조성이 다른 두 가지 Alloy
625용접와이어를 사용하였다.
Table 3-1 Composition of welding wire
Table 3-2 Composition of base metal
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3.2 용접 조건
본 연구에 사용된 재료에 대하여 Fig 3-1에서처럼 동일한 구속조건에서 FCAW 기법을 적용하였으며 자세한 용접조건은 Table 3-3에 정리하였다. 용접부는 V-개선으로 기계 가공하였으며, 100% CO2 보호가스를 사용하여 1Pass의 용접 조건을 적용하였다.
Table 3-3 Welding conditions
Welding technique
Welding position
Groove angle Root gap Plate size
FCAW 1G 50˚ 6mm
Length : 1000mm Width : 400mm Thickness : 20mm
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Fig 3-1 Solidification crack test frame
Fig 3-2 Solidification crack test frame with plate
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3.3 응고균열 정량화
용접실험이 끝난 재료에 대하여 액상침투시험을 실시하여 균열 발생 유/무를 판단하였 고 발생한 총 균열 길이로 응고균열 감수성을 정량화 하였다.
3.4 희석률 측정
용접실험이 끝난 재료를 절단한 후 용접부 단면에 대해서 나이탈 에칭을 실시하여 모재와 용접부를 시각적으로 구분하였다. 후에 광학현미경(Optical Microscope)를 활용 하여 용접부 단면사진을 촬영하여 전체 용접부 면적에서 용융된 모재의 면적계산을 통 해 용접조건에 따른 희석률을 정량화했다.
3.5 미세조직 관찰
2000# SiC 연마지를 활용하여 시편을 Grinding을 실시한 다음 3μm, 1μm 다이아몬드
용액을 이용하여 Polishing을 마쳤다. 그리고 CrO3 10%, H20 90% 혼합용액을 이용하여
25℃에서 3-4V 전압으로 3초간 전해에칭을 실시하여 미세조직 관찰 시편을 만들었다.
3.6 희석률에 따른 용접부 조성 분석
SEM-EDS장비를 활용하여 용접부 중앙부에서 면 성분분석을 통해 희석률에 따른 용
접부 조성변화 경향성을 파악하였다. Ni계 합금에서 응고균열에 원인이 되는 원소인 C 를 분석하기 위해 시편의 이면비드를 기계 가공하여 Spark Emission 분석을 실시하였다.
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3.7 용접부 조성변화에 따른 용질원자의 거동 분석
SEM-EDS장비를 활용하여 Ni합금에서 응고균열에 영향을 미치는 원소로 알려진 Nb,
Fe에 대하여 Dendrite Core 부위와 Inter Dendrite 영역에서 점 성분분석(Point Analysis) 를 실시하였다.
3.8 저융점 액상필름 정량화
Ni합금에서 저융점 액상필름은 NbC공정상 또는 Laves 공정상 조성으로 이루어 져있
으며 공정반응을 일으키며 응고를 종료하기 때문에 용접부 중앙영역의 NbC상과 Laves 상의 분율로 저융점 액상필름의 양을 정량화 하였다. 상분율 측정은 용접부 중앙영역의
SEM이미지를 통해 Image Analyzer 프로그램을 활용하여 도출하였다. SEM이미지를 통해
NbC공정상과 Laves상을 관찰하기위해 Perchloric acid 60% 200mL, ethanol 96% 700mL, butyl cellsolve 99% 100mL를 혼합한 용액을 사용하여 25℃에서 50V 전압으로 1초 동안 전해연마를 실시 한 후 공정상을 관찰했다.
3.9 응고형상 분석
응고균열에 영향을 주는 인자 중 응고형상의 영향을 파악하고자 용접조건에 따른 Depth/Width ratio(D/W ratio)와 비드 상단 응고형상을 광학현미경에서 얻은 이미지 를 활용하여 분석했다.
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