강재 급냉이 용접부 결함에 미치는 영향 = The Effects of Steel Quenching on Welding Defects

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 연강 재질인 SS275를 대상으로, 다양한 급냉 조건이 용접부 의 결함 특성과 기계적 성질 변화에 미치는 영향을 체계적으로 분석하였 다. 용접은 GTAW(Gas Tungsten Arc Welding, TIG) 공정을 이용하여 루 트 패스(root pass)를 형성한 후, SMAW(Shielded Metal Arc Welding, 피복 금속아크용접) 공정을 적용하여 2차부터 5차까지의 다층 패스(fill passes) 를 수행하였다. 용접 직후의 표면 용접부 온도를 각각 350℃, 300℃, 25 0℃, 200℃, 150℃, 100℃ 및 자연 서냉 조건으로 설정하여 급속 냉각을 적용하였다. 이후, 비파괴검사(PT, RT)와 인장시험, 굽힘시험, 경도시험, 마크로 단 면 관찰을 통해 각 급냉 온도 조건에 따른 기계적 성질 변화와 결함 발 생 양상을 정량적으로 비교·분석하였다. 그 결과, 100℃ ~ 250℃의 낮은 온도에서 급냉된 시편은 자연 서냉 조건에 비해 인장강도와 연성이 모두 저하되었으며, 미세조직의 불균일화와 취성 증가로 인해 결함 발생 빈도 가 높게 나타났다. 반면, 모재의 표면 용접부 온도 300~350℃를 급냉한 시편은 강도와 연성, 경도 간의 균형이 우수하였으며, 결함 억제 효과 또 한 탁월하게 확인되었다. 특히 350℃ 조건에서는 PT 검사에서 표면 결함 이 검출되지 않았고, 굽힘시험 및 마크로 조직 관찰에서도 균질한 금속 조직과 안정된 용접 품질이 확보되었다. 따라서 본 연구는 용접 직후 용접부의 온도 조건에 따른 냉각 방식이 용접 품질과 구조적 신뢰성에 미치는 영향을 실험적으로 규명하였으며, 그 결과 300~350℃에서 급냉된 시편은 강도·경도·연성 간의 균형이 가장 우수하여 산업 현장에서 적용 가능한 최적 냉각 온도 범위로 도출되었 다. 또한 자연 서냉 조건 역시 균열 저항성과 연성이 우수하여 구조물의 신뢰성 확보 측면에서 안정적인 냉각 방식으로 활용 가능함을 확인함으 로써, 산업 현장 적용성을 뒷받침할 수 있는 실질적인 기초자료를 제공 한다는 점에서 연구의 의의가 있다.

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 i
• 목차 iii
• 표 목차 v
• 그림 목차 vi
• 제 1장 서론 1
• 1.1. 연구 배경 및 필요성 1
• 1.2. 연구 목적 2
• 1.3. 연구 방법 및 범위 2
• 1.4. 논문의 구성 3
• 제 2장 이론적 배경 및 선행연구 5
• 2.1. 피복금속아크용접 (SMAW) 5
• 2.2. 가스텅스텐아크용접 (GTAW) 7
• 2.3. 보호가스 종류와 특성 9
• 2.3.1. 아르곤 (Ar) 10
• 2.3.2. 헬륨 (He) 10
• 2.3.3. 혼합가스 (Mixed Shielding Gas) 11
• 2.4. 비파괴검사 방법 13
• 2.4.1. 방사선투과검사 (RT) 13
• 2.4.2. 침투탐상검사 (PT) 15
• 2.5. 연강 SS275 재질특성 17
• 2.6. 기계적 시험의 이론적 배경 18
• 2.6.1. 굽힘시험 (Bending Test) 18
• 2.6.2. 경도시험 (Hardness Test) 20
• 2.6.3. 마크로 시험 및 단편관찰 22
• 2.7. 온도 변화에 따른 미세조직 및 결함 영향 24
• 2.8. 선행연구 고찰 26
• 제 3장 실험 재료 및 방법 28
• 3.1. 시험재료 및 시편 준비 28
• 3.2. 용접 공정 및 조건 31
• 3.3. 용접 직후 냉각 온도 조건 및 냉각 방식 35
• 3.4. 검사 장비 및 조건 45
• 제 4장 실험 결과 48
• 4.1. 비파괴검사(PT,TR)결과 48
• 4.2. 인장 시험 결과 55
• 4.3. 굽힘 시험 결과 59
• 4.4. 경도 시험 결과 62
• 4.5. 마크로 조직 결과 65
• 제 5장 결론 및 제언 68
• 5.1. 결론 68
• 5.2. 제언 73
• 참고문헌 74
• Abstract 76