2. 이론적배경
2.3 응고균열(Solidification Cracking)
2.3.4 응고균열 영향 인자
(1) 초정상의 영향
일반적으로 탄소강의 응고 시 탄소함량에 따라서 초정 응고상이 δ-Ferrite 또는 γ-
Austenite로 결정되는데 초정상의 종류에 따라 응고균열 감수성이 변한다. Table 2-4에
δ-Ferrite와 γ-Austenite의 S와 P의 최대 고용도를 나타냈다. 최대 고용도는 비교적 γ- Austenite에서 매우 작기 때문에 초기 응고조직이 γ-Austenite로 일어나면 S, P가 고용 되지 못하고 액상에 편석되어 저융점 화합물을 형성함으로써 고온균열을 조장하게 된 다. 또 고용도의 차이 뿐만 아니라 열팽창계수의 차이도 균열 감수성에 영향을 미는데 γ-Austenite의 열팽창계수가 δ-Ferrite보다 크기 때문에 초정 응고가 γ-Austenite으로 일 어나면 구속력이 증가해 균열 감수성을 증가시키게 된다. 따라서 일반적인 탄소강의 경 우에는 초정 응고가 δ-Ferrite로 일어나게끔 제어하는 것이 응고균열의 방지에 효과적이 다.[43-44]
Table 2-4 Maximum solubility of S and P in δ-Ferrite and γ-Austenite [43]
Element In δ-Ferrite In γ-Austenite
S(wt.%) 0.18 0.05
P(wt.%) 2.8 0.25
23 (2) 용접비드 형상
용접비드의 형상은 응고 종료 시 용접부에 작용하는 변위의 크기나 구속도에 영향을 미친다. Fig 2-9는 구속도에 미치는 비드형상의 영향을 설명하기 위한 것으로, 대입열의 큰 비드보다는 소입열의 작은 비드가 균열방지에 효과적임을 알 수 있다.[45-46]
Fig 2-9 Effect of bead shape and size on solidification cracking susceptibility [47]
24 (3) 용접속도의 영향
일반적으로 용접속도의 증가는 응고균열 감수성의 증가를 야기하는 것으로 알려져 있 다. 이는 용접 중 용융풀의 형상에 따른 주상정의 응고방향 변화 때문인 것으로 알려져 있다. 용접속도가 증가하면 용융지의 길이가 증가하여 용융풀의 형상은 Teardrop형태가 되어 주상정이 비드 중심을 향하여 직선에 가깝게 성장한다. 이 주상정들이 서로 마주 치는 비드 중심부에는 불순물 원소들의 편석이 심하게 일어나 저융점 화합물의 액상이 형성되며 용접부의 구속응력은 용접방향에 수직으로 작용하기 때문에 균열이 쉽게 발 생하게 된다. 반면에 용접속도가 느린 경우에는 용융풀의 형상이 타원형 형태로 되어 온도구배가 연속적으로 변화하기 때문에 비드 중심부의 수지상은 서로 평행하게 성장 하여 응고균열 발생가능성을 낮추게 된다.[43]
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Fig 2-10 Comparison of weld pool shapes according to travel speeds.
(a) Slow, (b) Intermediate, (c) Fast [48]
26 (4) Depth/Width ratio (D/W ratio)
용접금속의 D/W ratio가 증가할수록 응고균열의 발생위험이 증가하게 된다. Fig 2-11에 서와 같이 D/W ratio가 큰 경우, 즉 좁고 깊은 용접금속의 모양은 주상정이 내부로 성 장하기 때문에 중심부에 편석이 심하게 일어나고 수축변형이 중앙에서 집중적으로 작 용하기 때문에 고온균열의 발생가능성이 매우 높다. 따라서 고온균열을 최소화하기 위 해서는 주상정의 성장방향을 내부쪽(Inward)으로 하는 것보다 위쪽(upward)방향으로 성 장시키는 것이 바람직하며 D/W ratio를 작게 하는 것이 필요하다.[43]
Fig 2-11 Effect of weld depth-width ratio on solidification cracking (a) ratio too high; (b) ratio correct.[49]
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