용접 열처리 실시 ㅣ 철골공사 실무

출처: NCS학습모듈, " 강구조시공 용접접합",교육부(20??)

 

용접 열처리 실시

 

1) 용접 변형

       용접부의 변형은 근본적으로 용접 과정에서 발생하는 용융 금속의 수축에 의한 인장 응력에 기인한다. 이 인장 응력은 용착량, 용접 방법, 용접 속도 등의 용접 조건에 따라 큰 차이를 보인다.

구분		내용
용접부 변형의 원인	모재의 영향	● 모재의 열팽창 계수가 크고, 열전달이 잘되는 재료 일수록 용접부 변형이 발생하기 쉬운 경향이 있다
	용접 형상의 영향	● V형 이음에서는 각 변화가 한 방향에서만 일어나지만 X형 이음부에서는 뒷면 용접시 발생하는 각 변화가 반대 방향이므로 앞면 용접의 각 변화와 상쇄되어 전체적 인 각 변형이 작게 된다.
	용접 속도의 영향	● 용접 진행 속도가 느릴수록 앞서 전파되는 용접열이 많아지고, 속도가 빠를수록 적어지니까 진행이 빠를수록 변형이 적어진다. 따라서 용접 속도를 빠르게 하는 것이 각 변형 방지에 유리하다.
	용접 방법의 영향	● 대입열(high heat input) 용접일수록 많은 용융 금속이 발생하게 되면서 응고 수축에 의한 응력이 크게 작용한다. 따라서, 용접부 변형을 최소화 하기 위해서는 가능한 저입열(low heat input)의 용접 방법으로 용접하는 것이 좋다.
용접부 변형 종류	용접 변형은 복합적으로 발생하지만 편의상 면내 변형, 면외 변형, 좌굴 변형으로 구분할 수 있다
	면내 변형
	면외 변형
	좌굴 변형
용접부 변형 방지		● 가능한 용접부 단면이 대칭이 되도록 한다. ● 튼튼한 지그로 견고하게 고정한다. ● 가능한 용접 Pass수를 적게 한다. ● 미리 용접 이음부에 예상 변형의 반대로 변형각을 주어준다. ● 용접 속도를 빠르게 한다. ● 용접 순서를 조절하여 열 분포를 고르게 한다. (전진법, 대칭법 등) ● 이음의 크기가 요구되는 강도 이상이 되지 않도록 하여 용착량이 과다하지 않도 록 설계한다.

 

2) 용접 후열처리

구분	내용
용접 후열처리의 목적	● 철강은 소재 상태에서 사용하는 경우도 있으나, 일반적으로 기계적, 금속학적 특성을 가지도록 열처리를 실시한 후에 사용하게 된다. ● 후열처리는 철강에서 매우 중요한 작업이며, 다음과 같은 목적이 있다.
	● 모재, 용접부 및 구조물의 성능 개선	▷ 용접 열 영향부의 연화와 조직의 안정 ▷ 용착 금속의 연성 증대 ▷ 파괴 인성의 향상 ▷ 함유 가스의 제거 ▷ 크리프(creep) 특성의 개선 ▷ 부식에 대한 성능의 향상
	● 내부 응력 및 변형 감소	-
용접 후열처리 방법	● 철강에 대한 기초적인 열처리는 아래와 같다.
	풀림	● 풀림은 강을 적당한 온도에서 가열, 유지한 후 열처리 노내에서 천천히 냉각하는 방법이다. ● 풀림의 주 목적은 강 내부의 잔류 응력 제거, 경도 저하, 냉간 가공성의 개선, 요구하는 기계적, 물리적 또는 기타의 성질은 얻는 것이다. ● 풀림은 목적에 따라 완전 풀림, 확산 풀림, 응력 제거 풀림, 중간 풀림 등이 있다. ● 이 중에서 응력 제거 풀림은 용접 제작하는 부품에서 발생하기 쉬운 잔류 응력을 감소시키는 것을 목적으로 한다.
	불림	● 불림은 철강 상태도의 A3선 이상의 적당한 온도에서 강을 가열한 후 공기 중에서 냉각하는 열처리 방법이다.  ● 전 가공의 영향을 제거하고 결정립을 미세화하여 기계적 특성을 향상시키는 것이 주 목적이다.  ● 600MPa급 고장력강 등에서는 강도와 인성을 확보하는 목적으로 시행한다.
	담금질	● 담금질은 강을 오스테나이트 조직의 영역으로 가열한 후 급랭하는 것을 말한다.  ● 냉각방법의 종류는 수중에서 냉각, 오일 중에서의 냉각방법이 있다.  ● 담금질은 반드시 경화 목적으로만 행하는 것이 아니며, 강을 급랭하면 평형상태도에 따르지 않고 변태, 경화 한다.  ● 또한 담금질한 재료를 그대로 사용하는 경우는 극히 적고, 담금질을 하고 바로 뜨임을 시행하여 사용한다.
	뜨임	● 뜨임은 담금질하여 경화된 강을 변태가 일어나지 않는 A1점 이하에서 가열한 후 서랭 또는 공랭하는 열처리 방법이다.  ● 뜨임은 담금질할 때 생긴 조직을 변태 또는 석출을 진행시켜 안정된 조직으로 만들어 요구되는 성질 및 상태를 확보하기 위한 열처리 방법이다.  ● 담금질한 강에는 잔류 응력이 존재하고 있어 그대로 사용하면 균열 발생 등의 문제가 발생하기 때문에 잔류 응력을 제거하기 위해 뜨임 할 필요가 있다.  ● 담금질 후 뜨임을 하면 강도와 인성을 함께 가지게 된다.
표면 경화 열처리	● 표면 경화 열처리는 재료의 표면을 단단한 재질로 만들기 위한 방법으로 크게 화학적방법, 물리적 방법으로 나눌 수 있다.  ● 화학적 방법에는 침탄법, 질화법이 있으며 물리적 방법에는 고주파 경화법, 불꽃 경화법 등이 있다.
	질화법	● 금속 재료 표면에 질소를 침투시켜 매우 단단한 질소 화합물 층을 형성 시키는 표면 경화법이다.  ● 열처리를 실시한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다.
	고주파 경화법	● 0.4~0.5%의 탄소를 함유한 고탄소강을 고주파를 사용하여 일정 온도로 가열한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다.

 

3) 용접 후 열처리 실시 후 부재 변형 교정하기

       용접에 의해서 생긴 부재의 변형은 프레스나 가스 화염 가열법 등에 의하여 교정할 수 있다. 가스 화염 가열법에 의해 교정을 실시하는 경우의 강재 표면온도 및 냉각법은 다음표에 의한다.

가스 화염법에 의한 선상 가열시의 강재 표면 온도 및 냉각법