왜 강화 된 강철을 용접 할 수 없습니까?

열처리 (예 : 담금질 및 템퍼링) -로 인한 높은 강도와 ​​경도로 알려진 경화 강철 -는 용접에 중대한 도전을 제시합니다. 용접은 불가능하지는 않지만 재료를 손상 시키거나 약하고 불안정한 조인트를 만들지 않으면 서 그렇게하기가 매우 어렵습니다. 핵심 문제는 용접의 열이 강철의 미세 구조와 상호 작용하는 방법에있어서 일련의 문제를 일으킨다. 자세한 분석은 다음과 같습니다.
1. 강화 강철을 "강화"하는 이유는 무엇입니까?
첫째, 강화 강철이 왜 다르게 행동하는지 이해하는 것이 중요합니다. Hardened Steel은 열처리 공정을 통해 특성을 달성합니다.
• 담금질 : 강철을 고온 (예 : 800-900도)으로 가열하여 균일 한 "오스테 나이트"미세 구조를 형성 한 다음 (물이나 기름에) 빠르게 냉각하여 탄소 원자를 포획하여 마르텐 사이트라고 불리는 단단하고 부서지기 쉬운 단계를 만듭니다.
•이 martensitic 구조는 강화 강철에게 높은 경도를 제공하지만 (종종 50+ HRC), 또한 부서지기 쉬운 열에 민감하게 만듭니다.
2. 핵심 이유 용접 강철 강철은 문제가된다
용접은 용융 및 re - 굳어지는 금속을 고화시켜 강철을 극한의 온도 변화로 간단하게합니다. 이러한 변경 사항은 미세 구조를 방해하고 피할 수없는 문제를 만듭니다.
에이. 빠른 냉각은 더 많은 마르텐 사이트 - 및 균열을 유발합니다
용접 풀이 냉각되면 열 -에 영향을받는 영역 (HAZ) - 용접 주변의 영역이 녹지 않지만 가열 -는 급격한 온도 변화를 겪습니다.
• HAZ는 강철의 "임계 온도"(약 723도) 위로 가열되어 기존의 Martensite를 다시 오스테 나이트로 변환합니다.
• 용접이 식 으면서이 오스테 나이트는 원래 경화 공정보다 (용접의 국소화 된 강한 열로 인해)보다 훨씬 빠르게 마르텐 사이트로 되돌아갑니다.
•이 새로운 마르텐 사이트의 빠른 형성은 마르텐 사이트가 오스테 나이트보다 밀도가 높기 때문에 극심한 내부 스트레스를 유발하여 HAZ 또는 용접에서 차가운 균열 ( "수소 - 유도 크래킹")을 초래합니다.
비. 수소 손잡이는 균열을 악화시킵니다
용접은 종종 공기, 플럭스 또는 오염 된 표면의 수분으로 강철에 수소를 소개합니다. 강화 된 강철의 마르텐 사이트 구조는이 수소를 잡아냅니다.
• 스트레스에 저항하는 금속의 능력을 약화시킵니다.
• 마르텐 사이트 형성에서 내부 응력과 결합하여 균열을 트리거, 때로는 용접 후 몇 시간 또는 며칠을 유발합니다.
기음. HAZ의 경도 상실
HAZ의 일부는 새로운 Martensite에서 더 단단 해지고 (더 부서지기 쉬운), 다른 지역은 기존의 Martensite를 "성화"하는 온도로 가열됩니다.
• 템퍼링은 마르텐 사이트를 부드럽게하여 해당 지역의 경도를 줄입니다.
• 이것은 HAZ에 "소프트 스팟"을 생성하여 강철의 의도 된 강도와 내마모성을 약화시킵니다.
디. Brittleness는 골절 위험을 증가시킵니다
마르텐 사이트 구조로 인해 강화 된 강철은 이미 부서지기 쉽습니다. 용접은 이것을 악화시킵니다.
• 새로운 마르텐 사이트 또는 카바이드 형성에서 HAZ가 더욱 부서지기 쉽습니다 (강철이 높은 경우 - 탄소).
• 스트레스 하에서 구부리는 연성 금속과 달리,이 취성 부위는 갑자기 부하로 골절 될 수있어 치명적인 실패를 초래합니다.
3. 강화 된 강철을 용접하는 방법이 있습니까?
용접 강화 강철은 불가능하지는 않지만 손상 -을 최소화하기 위해 특수 기술이 필요하며, 그 결과는 거의 완벽하지 않습니다. 일반적인 해결 방법은 다음과 같습니다.
• 강철 예열 : 용접이 느려지기 전에 전체 부품을 200-300 도로 가열하여 냉각 속도가 느려져 마르텐 사이트 형성 및 응력이 줄어 듭니다. 이것은 중요하지만 위험을 제거하지는 않습니다.
• 낮은 - 수소 용접 방법을 사용하십시오 : 수소 흡수를 줄이기 위해 불활성 가스 차폐가있는 Tig (가스 텅스텐 아크 용접)와 같은 프로세스 (가스 텅스텐 아크 용접)를 선택하십시오.
• {- 용접 열처리 (PWHT) : 용접 후 200 ~ 300 도로 가열하여 천천히 냉각하여 강철을 충전시킵니다. 이것은 스트레스를 완화하고 과도한 마르텐 사이트를 부드럽게하지만 강철의 전반적인 경도를 줄입니다.
• 용접을 피하십시오 : 많은 경우에, 어닐링 된 (부드러운) 강철에서 부품을 가공하고, 먼저 용접 한 다음 나중에 강화하는 것이 좋습니다. 이것은 강화 된 구조를 손상시키는 것을 피합니다.
4. 용접 강화 강철을 피하는 것이 종종 더 나은 이유
예방 조치가 있어도 용접 강화 강철은 재료를 원래 특성으로 복원하는 경우가 거의 없습니다.
• 균열은 여전히 ​​높은 - 툴링 또는 구조 부품과 같은 응력 응용 프로그램에서 여전히 형성 될 수 있습니다.
• HAZ는 항상 일관성이없는 경도가있어 구성 요소를 약화시킵니다.
• 예열, 특수 장비 및 Post - 용접 처리의 시간과 비용은 종종 혜택을 능가합니다.
결론
용접이 마르텐 사이트 미세 구조를 방해하고 내부 응력을 생성하며 수소를 도입하며 경도의 균열 또는 손실을 일으키기 때문에 경화 강철은 성공적으로 용접하기가 매우 어렵습니다. 제한적이고 전문화 된 기술은 위험을 줄일 수 있지만 원래 강철만큼 신뢰할 수있는 조인트를 거의 생산하지 않습니다. 이러한 이유로, 용접 강화 강철은 일반적으로 절대적으로 필요한 경우 -이라도 권장되지 않습니다. 심지어 전문가 기술과 신중한 계획이 필요합니다. 대부분의 경우, 강화하기 전의 용접 (강철이 여전히 부드러워 질 때)은 훨씬 안전한 대안입니다.