고탄소강은 w(C)가 0.6% 이상인 탄소강을 말하며, 중탄소강보다 경화되는 경향이 크고, 냉간균열 형성에 더 민감한 고탄소 마르텐사이트를 형성한다. 동시에, 용접 열영향부에 형성된 마르텐사이트 조직은 단단하고 취성이 있어, 접합부의 가소성과 인성이 크게 저하된다. 따라서 고탄소강의 용접성은 매우 나쁘고, 접합부의 성능을 보장하기 위해 특수한 용접 공정을 채택해야 한다. 따라서 용접 구조물에서는 일반적으로 거의 사용되지 않는다. 고탄소강은 주로 샤프트, 대형 기어, 커플링과 같이 높은 경도와 내마모성이 요구되는 기계 부품에 사용된다[1]. 강철을 절약하고 가공 공정을 단순화하기 위해 이러한 기계 부품은 종종 용접 구조물과 결합된다. 고탄소강 부품의 용접 문제는 중장비 제조에서도 발생한다. 고탄소강 용접부의 용접 공정을 수립할 때, 발생할 수 있는 다양한 용접 결함을 종합적으로 분석하고, 이에 따른 용접 공정 대책을 취해야 한다.
1 고탄소강의 용접성
1.1 용접방법
고탄소강은 주로 경도가 높고 내마모성이 높은 구조물에 사용되므로 주요 용접 방법으로는 전극 아크 용접, 브레이징, 잠수 아크 용접이 있습니다.
1.2 용접재료
고탄소강의 용접은 일반적으로 접합부와 모재의 강도를 필요로 하지 않습니다. 전극 아크 용접에서는 일반적으로 강한 탈황 능력, 용착 금속의 확산성 수소 함량이 낮고 인성이 좋은 저수소 전극을 사용합니다. 용접 금속과 모재의 강도가 필요한 경우 해당 수준의 저수소 유형 전극을 선택해야 합니다. 용접 금속과 모재의 강도가 필요하지 않은 경우 모재보다 강도 수준이 낮은 저수소 유형 전극을 선택해야 합니다. 모재보다 강도 등급이 높은 용접 전극은 선택할 수 없습니다. 용접 중에 모재를 예열할 수 없는 경우 열 영향 구역에서 냉간 균열을 방지하기 위해 오스테나이트계 스테인리스 강 전극을 사용하여 가소성이 좋고 균열 저항성이 강한 오스테나이트 구조를 얻을 수 있습니다.
1.3 홈 준비
용접금속 중 탄소의 질량분율을 제한하기 위하여 용융율을 낮춰야 하므로 일반적으로 용접시에는 U자형 또는 V자형 홈을 사용하고, 홈내부 및 홈양면 20mm 이내의 기름얼룩, 녹 등을 깨끗이 청소하여야 한다.
1.4 예열
구조용 강재 전극을 사용하여 용접할 경우 용접 전에 예열해야 하며, 예열 온도는 250도~350도로 조절해야 합니다.
1.5 인터레이어 프로세싱
다층 멀티패스 용접에서 첫 번째 패스는 소구경 전극과 저전류 용접을 사용합니다. 일반적으로 공작물을 반수직 용접에 놓거나 용접봉을 측면으로 스윙하여 모재의 전체 열영향 구역을 단시간에 가열하여 예열 및 보온 효과를 얻습니다.
1.6 용접 후 열처리
용접 직후 작업물을 가열로에 넣고 650도 유지하여 응력제거 어닐링한다.
2 고탄소강의 용접결함 및 예방대책
고탄소강은 경화 경향이 강하기 때문에 용접 중에 고온균열과 저온균열이 발생하기 쉽습니다.
2.1 열균열에 대한 예방조치
1) 용접부의 화학성분을 조절하고, 유황, 인의 함량을 엄격히 조절하며, 망간 함량을 적당히 증가시켜 용접조직을 개선하고 편석을 감소시킨다.
2) 용접부의 단면 형상을 제어하고, 용접부 중앙부에서 편석이 발생하지 않도록 폭-깊이의 비율을 약간 크게 해야 합니다.
3) 강성이 높은 부품의 용접에는 적절한 용접 매개변수, 적절한 용접 순서 및 방향을 선택해야 합니다.
4) 필요한 경우 예열 및 완만한 냉각 조치를 취해 뜨거운 균열이 발생하지 않도록 하세요.
5) 전극이나 플럭스의 염기성을 높여 용접부의 불순물 함량을 줄이고 분리도를 향상시킨다.
2.2 콜드크랙에 대한 예방조치
1) 용접 전 예열과 용접 후 천천히 냉각하면 열영향부의 경도와 취성을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 용접부 내 수소의 외부 확산을 촉진합니다.
2) 적절한 용접 방법을 선택하세요.
3) 적절한 조립 및 용접 순서를 채택하여 용접부의 구속응력을 줄이고 용접부의 응력 상태를 개선한다.
4) 적합한 용접재료를 선택하고, 용접전 전극 및 플럭스를 건조하여 필요에 따라 사용합니다.
5) 용접하기 전에 홈 주변의 모재 금속 표면에 있는 물, 녹, 기타 오염 물질을 조심스럽게 제거하여 용접부의 확산성 수소 함량을 줄여야 합니다.
6) 탈수소처리는 용접직전에 실시하여 수소가 용접부에서 완전히 빠져나갈 수 있도록 하여야 한다.
7) 용접 후 즉시 응력 제거 어닐링 처리를 실시하여 용접부 내 수소의 외부 확산을 촉진해야 합니다.
3. 결론
고탄소강은 탄소 함량이 높고 경화성이 높으며 용접성이 좋지 않아 용접 시 고탄소 마르텐사이트 조직이 생기기 쉽고 용접 균열이 생기기 쉽다. 따라서 고탄소강을 용접할 때는 합리적인 용접 공정을 선택해야 하며, 적절한 시기에 해당 조치를 취해 용접 균열 발생을 줄이고 용접 접합부의 성능을 개선해야 한다.
