(용접관련 자료) 피복아크 용접 모재의 선택과 유지관리

Ⅰ. 모재 금속에 관한 특성

 

1. 철강 재료의 분류

(1) 탄소강(보통강)

 

 

(가) 순 철
철중에 불순물이 전혀 함유되어 있지 않은 순수한 철을 얻기는 매우 힘들다.
보통 순철이라고 하는 것에도 다소의 불순물이 함유되어 있다. 순철은 탄소 함유량 이 0~0.02% 정도로 기계구조용 재료로 사용되는 일이 거의 없으나 전기재료로 많이 사용되고 있다. 순철에는  철, 철, δ철의 3개의 동소체가 있다.

 

 

(나) 강
강은 학술적으로는 탄소를 0.035~1.7% 포함한 것이나 보통 0.04~0.6% 정도의 것이 많다. 강에는 다른 금속 원소가 많이 포함되지 않고 주로 탄소만 함유된 것을 탄소 강 또는 보통강이라 하고, 니켈, 크로뮴, 망가니즈, 텅스텐, 몰리브데넘 등의 특수 금 속 원소가 포함된 강을 특수강 또는 합금강라고 한다.
탄소강은 비교적 염가로 고강도를 얻을 수 있지만, 이와 같은 성질만으로 모든 공 업적 응용을 못한다. 일반적으로 탄소강은 다음과 같은 한계성을 갖고 있다.

1) 인성과 연성을 감소시킴 없이 10,000psi 이상의 강도를 얻을 수 없다.
2) 부품의 조직을 완전한 마르텐자이트로 할 수 없다. 즉, 경화능이 작다.
 

(다) 합금강
탄소강에 다른 원소를 1개 이상 첨가하면 우수한 기계적 성질과 물리적 성질 등을 얻을 수 있다. 이와 같이 탄소 이외의 금속을 합금시킨 강을 합금강 또는 특수강이 라고도 한다.
구조용 합금강은 기계를 구성하는 주요 부품 또는 구조물을 만드는 데 사용하는 강재로서 인장 강도, 탄성 한도, 연신율, 단면 수축률, 충격 값, 피로 한도, 등의 기계 적 성질이 우수하며 탄소강에서 얻을 수 없는 성질을 얻기 위해 탄소강에 Ni, Cr, Si, Mn, Mo, W, W, Ti, 등을 첨가한 것이다.
공구용 특수강은 각종 공구재료에 사용되는 합금강은 탄소 공구강 보다 강도, 경 도, 인성, 내 마멸 성이 우수하여야 하므로 높은 탄소함량 외에 Cr, W, Ni, Mn 등을 일종 또는 그 이상 첨가한 강을 말한다. 담금질 효과가 좋고, 또 결정입자도 미세하고 경도가 크며, 내마멸성이 우수하다. 또 고온에서 경도가 유지되기 때문에 절삭공구, 형단조용 공구 등으로 쓰인다.

 

 

 

 

2. 탄소강의 종류와 용도

(1) 용도

(가) 대량 생산 및 가공변형하기 쉽다.
(나) 기계적 성질이 우수하여 강중에서 가장 용도가 높게 쓰인다.
(다) 탄소량이 적은 것은 건축 구조용 기계부품, 기차, 선박, 자동차, 교량 등의 재료로 쓰임
(라) 탄소량이 많은 것은 스프링 또는 공구가중에서 이용된다.

 

(2) 탄소강의 C 함유량별 종류

(가) 극연강, 연강, 반연강은 단접은 잘되나 물이나 기름의 높은 온도에서 급랭해도 단단해지지 않는다.
(나) 반연강, 경강, 초경강은 단접이 잘 되지 않으나 열처리 효과는 크다.

 

<탄소강의 용도> 

종별	C%	용도
극연강	0.12%	철판, 철선, 못, 파이프, 와이어, 리벳
연강	0.13 ~ 0.2%	관, 교량, 각종 강철봉, 판 파이프, 건축용 철공, 철교, 보울트, 리벳
반연강	0.2 ~ 0.3%	기어, 레버, 강철판, 보울트, 너트, 파이프
반경강	0.3 ~ 0.4%	철골, 강철판, 차축
경강	0.4 ~ 0.5%	차축, 기어, 캠, 레일
최경강	0.5 ~ 0.7%	축, 기어, 레일, 스프링, 공구, 피아노선

 

 
(3) 탄소강의 용도별 종류

(가) 냉간 압연 강판 (SCP) : 재결정 온도 이하에서 가공
  1) 강괴로부터 열간 압연 후 냉간 압연
  2) 프레스 성형이 우수하고 표면이 미려, 치수 정확하여 차량, 전기기기 소재로 사용

 

(나) 열간 압연 강판 (SHP) 재결정 온도 이상에서 가공
  1) 강괴를 열간 압연하여 제조
  2) 가공이 쉬우나 표면에 산화가 발생하며 얇은 철판, 아연 도금 강판, 주석 도금 강판

 

(다) 일반 구조용 압연강 (SS)
  기계적 성질을 요구하지 않는 건축물, 교량, 철도차량, 조선, 자동차 소재로 사용

 

(라) 기계 구조용 탄소강 (SMC)
  기계 부품에 사용되는 고급 탄소강으로 킬드강을 열간 압연이나 단조한 소재

 

(마) 탄소 공구강 (STC)
  1) 경도와 내마멸성, 강인성이 커야 하며, 특히 고온에서 경도가 유지되어야 하고, 열처리와 가공이 쉬워야 한다.
  2) 목공용 공구, 연질 금속의 경절삭용 바이트나 공구용 재료로 사용

 

 

 

 

 

3. 탄소강의 성질

(1) 물리적 성질

 

탄소량의 증가에 따라 비중, 열팽창계수, 열전도도, 온도 계수는 감소하 나 비열, 전기저항, 항자력은 증가한다.

 

 

(2) 화학적 성질

  (가) 알카리에는 거의 부식 안됨 , 산성에는 내식성 없다.

  (나) 담금질된 강은 풀림이나 불림한 강 보다 내식성이 있다.

 

 

 

(3) 기계적 성질

  (가) C의 량이 증가하면 인장강도와 경도 증가, 연신율과 충격 값 감소
공석점(0.8%) 상이 되면 시멘타이트가 망상조직으로 되어 경도는 증가하나 인장 강 도 감소한다.
  (나) 온도 200-300℃에서 인장강도와 경도가 최대가 되고 연신율이 최소가 되는 청열 취성이 나타나고 이런 현상이 저온취성이라는 영하 온도에서도 일어난다.

 

<탄소강의 화학성분(%)> 

종류	C	Si	Mn	P	S
연강	0.08~0.3	0.02 이하	0.23~0.50	0.05 이하	0.05 이하
경강	0.3~0.5	0.15~0.25	0.40~0.60	0.05 이하	0.05 이하
최경강	0.5~0.9	0.15~0.25	0.50~0.80	0.05 이하	0.05 이하

 
<탄소강의 기계적 성질과 용도>

종류	인장강도(Mpa)	항복점(Mpa)	연신율(%)	경도	용도
연강	320~490	200~290	25~40	80~140	판재, 구조용
경강	490~630	290~450	14~30	140~200	볼트, 차축
최경강	630~980	330~360	10~20	180~240	축, 외륜

 

 

Ⅱ. 용접 이음의 홈(그루브) 형상

 

맞대기 용접이란 대략 동일 평면에 있는 두 부재를 맞대어서 용접하는 이음을 말하며, 용 접 이음부가 충분한 강도를 얻기 위해서는 용입 깊이(penetration)와 덧살부, 비드 폭 등을 충분히 확보할 필요가 있다.  맞대기 용접의 기본 홈 모양으로 I형, V형, ⩗베벨형, X형, U형, J형, X형, K형, H형, 양면 J형, 플레어형 등이 있다.

용접법의 선택과 용접 조건 즉 전류, 전압, 용접 속도, 그리고 루트 간격의 조절만으로 용 접 이음부에 충분한 용입이 이루어지지 못할 때에는 이음부의 한쪽 면 또는 양면에 개선 가공하여 용접 작업을 하면 두꺼운 모재도 완전한 용입을 얻을 수 있다. I형 홈은 모재 두께가 6mm 이하에 적용하며, V형 홈은 6~20mm이다.

 

맞대기 용접부 홈 형상

 

플러그 용접은 접합하려는 두 부재를 겹쳐 놓고 한쪽의 부재에 드릴 머신이나 밀링머신으 로 둥근 구멍을 뚫고 그곳을 용접하는 것을 말하며, 슬롯 용접은 접합하기 위하여 겹친 두 부재의 한쪽에 둥근 구멍 대신 좁고 긴 홈을 만들어 놓고 그곳을 용접하는 이음을 말하며, 종류에는 플러그 용접, 슬롯 용접, 비드 용접이 있다.

 

 

플러그 및 슬롯 용접, 비드 용접 형상