용접(2) 한국교통대학교 기계공학과 강의내용 금속의 융단 가공 가스절단 아크절단 특수절단 용접 결함 및 시험과 검사 용접 결함 시험과 검사 파괴 시험 비파괴 시험 금속의 융단(fusion cutting) 가공 금속의 융단 가스나 아크의 열에너지를 이용하여 금속을 국부적으로 용융 절단하는 방법 가열절단, 열절단, 용단 등으로도 불림 가스 절단 가스 절단 산소아세틸렌이나 수소 가스의 화염으로 가열하여, 고압의 산소를 불어 넣어 절단 주로 강재의 절단에 이용 원리 절단 부분을 팁(tip)에서 나오는 산소아세틸렌 가스 화염으로 850~900ºC까지 예열 팁 중심에서 고압의 산소 (절단 산소)를 불어내면 철은 산화철이 되어 용융과 동시에 절 단됨 가스 절단 금속의 가스 절단성 연소 시 산화 반응에 의한 발열 반응이 심한 재료는 절단성이 좋음 주철은 용융점이 연소온도 및 슬래그의 용융점보다 낮아 절단이 어려움 스테인레스 강이나 알루미늄의 경우 절단 중 발생하는 산화물이 모재보다 융점이 높아 절단이 어려움 가스 절단 난이도에 따른 분류 절단이 용이한 금속 : 순철, 연강, 주강 절단이 약간 어려운 금속 : 경강, 합금강, 고속도강 절단이 꽤 어려운 금속 : 주철 절단이 안되는 금속 : 동, 황동, 청동, 알루미늄, 연, 주석, 아연 가스 절단 가스 절단법 수동 가스 절단 예열 화염으로 표면을 약 850~950ºC 정도로 가열 절단 산소 밸브를 열어 절단 자동 가스 절단 소재 절단 가공을 자동화한 것 강판에 놓인 직선 레일 위를 필요한 일정 속도로 주행하는 전동 대차에 토치를 부착하여 절단 가스 절단 가스 절단법 수치제어 가스 절단 수치제어 방식을 이용한 NC 절단기 선박 구조물의 소재 제단 등에 사용 아크 절단 아크 절단법 아크열에 의해 금속을 국부적으로 가열 용해하여 절단하는 방법 가스 절단이 어려운 주철, 스테인레스강, 비철금속의 절단이 가능 절단면은 가스절단면에 비해 매끄럽지 못함 절단 단가 저렴 탄소 아크 절단 탄소 또는 흑연과 모재 사이에 아크를 일으켜 절단 직류, 교류 모두 가능하나 직류가 많이 사용됨 아크 절단 금속 아크 절단 탄소 전극봉 대신 피복 용접봉을 사용 (원리는 탄소 아크 절단과 거의 유사) 산소 아크 절단 속이 빈 피복 용접봉과 모재 사이에 아크를 발생시켜 모재를 예열 예열된 모재에 고압 산소를 분출시켜 그 산화열로 절단 일반 아크 절단보다 절단 능력 우수 특수 절단 플라즈마 절단법 TIG, MIG 절단법 레이저 절단법 용접 결함 및 시험과 검사 용접 결함 용접부의 급열과 급랭에 따른 조직의 변화와 성질상의 결함 용접 실무의 미숙에 의한 치수와 구조상의 결함과 불량 용접의 신뢰도와 안전도에 큰 영향을 미침 시험과 검사 조직 검사, 기계적 검사 비파괴 검사 외관 검사, 누설 검사, 압력 시험, 침투 시험, 방사선 투과 검사, 초음파 탐상 등 구조상의 용접 결함 구조상의 용접 결함 기계적 성질의 저하로 용접의 안정성을 위협 균열 균열(crack) : 용접부나 열영향부에 발생 고온 균열 (섭씨 300도 이상) 황화물이나 산화물 등이 국부적으로 용융하여 발생 저온 균열 (섭씨 300도 이하) 용착 금속의 응고, 냉각시 발생한 내부 응력과 외적 구속력이 재료의 강도 이상이 되었을 때 발생 구조상의 용접 결함 내부 결함 기공(blow hole) : 가스가 방출되지 못하여 생성된 공간 피트(pit) : 금속 표면에 거품이나 가스의 방출에 의한 자국 개재물(inclusion) : 용착 금속 내에 녹아 들어간 슬래그에 의한 결함 은점(fish eye) : 용접부의 파단시 둥근 은백색의 파면, 용착 금속 중의 수소가스가 원인, 연성을 감소시킴 선상 조직 아크 용접에서 생기는 서리 모양의 조직, 냉각속도가 빠를 때 발생 용접 불량 비드표면의 불량 언더컷(undercut) : 과다한 전류에 의해 비드 가장자리에 생기는 홈 오버랩(overlap) : 과잉의 용융 금속이 용착부 밖으로 덮인 상태 융합 불량 : 용착 금속과 모재 또는 용착 금속간의 융합이 잘 안된 상태 용입 불량 : 용접 이음에서 개선부의 용입이 불충분한 경우 크레이터(crater)와 스패터(spatter) 용접 불량 성질상의 결함 용접부는 국부적인 가열 후 냉각되므로 모재와 성질이 다름 용접 구조물에 요구되는 기계적, 물리적, 화학적 성질의 부족 용접부의 시험과 검사 시험 기계적 성질, 내식성, 내마멸성 등 어떤 특정의 성질을 조사 검사 시험 결과에 대한 판정을 포함한 개념 파괴 시험 파괴 시험 용접 부위에서 시편을 채취 후 파괴, 변형, 또는 화학적 처리로 용접부의 조직과 기계적 성질, 취성 파괴(brittle fracture) 등의 성능을 시험 기계적 시험 인장시험 (KS B 0833) 용접 부위를 시험편의 중앙부에 위치시키고 인장시험 수행 취약부분의 파단으로 이음부의 인장 강도를 평가 파괴 시험 기계적 시험 굽힘 시험 (KS B 0832) 시험편의 굽힘을 통하여 균열과 굽힘, 연성을 조사 파괴 시험 기계적 시험 경도 시험 (KS B 0826) 일반 경도 시험과 같이 브리넬, 로크웰, 비커스, 쇼어 경도 시험 충격 시험 : 샤르피(Charpy)식과 아이조드(Izod)식 사용 피로 시험 : 인장 피로 시험 방법 KS B 0825 파괴 시험 화학적 시험 화학 분석 모재, 용착 금속, 용접봉 등의 금속이나 합금의 재료 분석 금속 중에 포함된 불순물, 가스의 조성 및 양을 분석 부식 시험 습부식 : 청수, 해수, 유기산, 무기산, 알칼리에 의한 부식 상태를 시험 고온부식 : 고온의 증기, 가스 등과의 반응 상태 시험 응력 부식 : 응력 하에서의 부식을 시험 침식(erosion) 불순물과 기포 등에 의한 금속의 마멸 현상 수소 시험 용착 금속 내의 수소량을 측정 수소에 의한 결함 : 기공, 비드 균열, 은점, 선상 조직 파괴 시험 금상학적 시험 파면 시험 모재나 용착 금속의 파면을 육안으로 관찰하여 결정의 조밀, 용입, 균열, 슬래그 섞임, 기공, 선상 조직, 은점 등을 검사 매크로 조직 시험 용접부의 단면을 연마하여 매크로 에칭을 하여 육안이나 확대경으로 관찰 금속 조직 시험 용접부의 단면을 가공 연마하고, 일정한 부식액으로 관찰면을 부식하여 현미경으로 조직 이나 결함을 관찰 비파괴 시험 비파괴 시험 재료의 재질, 형상, 치수의 변화 없이 시험편의 투과, 흡수, 산란,반사, 누설, 침투 등의 현 상 변화를 검출하고, 표준물과 비교하여 이상 유무나 크기, 분포 상태를 조사 외관 검사 음향 검사 용접부를 해머로 두들겨, 그 음향으로 결함의 유무 판정 누설 검사 용접부의 표면에 대해 육안이나 확대경으로 비드의 형상 및 용접 결함을 검사 탱크, 용기 등의 용접부의 기밀성을 조사 침투 탐상 검사 침투액에 시험재를 담갔다 꺼내어 결함부를 검사 (표면 균열이나 피트 등의 결함) 자기 탐상 검사가 되지 않는 비자성 금속 재료에 사용 비파괴 시험 초음파 탐상 검사(ultrasonic flaw test; UT) 투과법, 펄스 반사법, 공진법이 있으나 펄스 반사법이 가장 널리 사용 정밀 측정 장치, 데이터 처리 및 화상 처리 기술의 개발로 정밀도가 향상 우주선, 심해 잠수선 등 특수 분야 용접부의 검사에 적용 비파괴 시험 자분 탐상 시험 (magnetic dust test; MT) 표면 가까이 존재하는 균열, 개재물, 편석, 기공, 용입 불량 등을 검출 무수히 많은 작은 결함이나 비자성체는 사용 불가 맴돌이 전류 검사(eddy current test) 또는 와류 탐상 시험 표면 또는 표면 가까운 내부 균열, 개재물, 피트, 기공, 용입 및 융합 불량 등을 검출 조직 변화 및 기계적 열적 변형도 검출 비자성 금속의 결함 검출에도 사용 가능 방사선 투과 검사(radiographic test; RT) 또는 방사선 탐상 검사 X 선 또는 선을 조사하여 투과 후의 방사선의 강도의 차이를 필름에 현상하여 내부의 결 함 유무를 검사