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용접부 해부학
용착금속, HAZ, 모재 구조
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용접부의 단면을 현미경으로 보면 세 가지 뚜렷한 구역이 나타납니다. 각 구역의 특성을 이해하면 용접 품질 관리의 핵심을 파악할 수 있습니다.
0/6 탐색
HAZ(열영향부)가 왜 중요한가? 고강도강에서 HAZ가 급냉되면 마르텐사이트(매우 경한 조직)가 형성되어 균열 위험이 높아집니다. 예열(Preheat)은 이 급냉을 방지하기 위한 것입니다.
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용접 패스 구조 (다층 용접)
두꺼운 재료에서는 한 번에 채울 수 없으므로 여러 층(Layer)으로 용접합니다.
1. 루트 패스 (Root Pass) — 첫 번째 패스. 가장 중요. 주로 GTAW 사용.
2. 핫 패스 (Hot Pass) — 루트 패스 위에 빠르게 올려 루트를 보호.
3. 필 패스 (Fill Pass) — 개선부를 채우는 중간 패스들.
4. 캡 패스 (Cap Pass) — 마지막 패스. 외관과 여성 높이를 결정.
1
루트 패스 시공
첫 번째 패스로 루트 갭을 관통. GTAW 또는 SMAW E6010 사용이 일반적. 이면 용입 확인.
2
핫 패스 적용
루트 패스 위에 빠르게 핫 패스를 올려 루트를 보호하고 슬래그를 제거합니다.
3
필 패스로 개선부 충전
중간 패스들로 개선부를 채웁니다. 각 패스 후 슬래그 제거와 층간 온도를 관리합니다.
4
캡 패스 마무리
마지막 패스로 외관을 완성합니다. 여성 높이(Reinforcement)가 규격 이내인지 확인합니다.
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v1.6 보강 — HAZ 6구역 세분 모델 (PDF 보강)
HAZ를 본드 부근에서 모재까지 6개 영역으로 세분화한 야금학적 분류. 각 영역의 최고 가열 온도·조직·기계적 성질이 다릅니다.
| 구역 | 영문 | 최고 가열 온도 | 조직 변화 | 기계적 성질 |
|---|---|---|---|---|
| A. 용접금속 | Weld Metal | 융점 이상 | 주조 수지상 결정조직 | 모재 대비 결정립 조대 |
| B. 반용해부(본드) | Bond / Partially Melted | 1,400℃ 이상 | 위드만 스테텐 조직 — A3 이하에서 페라이트 층상 석출 | 가장 취약, 균열 多 |
| C. 조립부 | Coarse-Grained HAZ (CGHAZ) | 1,400~1,200℃ | 과열로 조대화 + 위드만 스테텐 | 최고경도, 충격값↓ |
| D. 미세부 | Fine-Grained HAZ (FGHAZ) | 1,200~900℃ | 조대화 전 냉각, 미세 페라이트+펄라이트 | 인성·연성 양호 |
| E. 입상 펄라이트부 | Partially Transformed | 950~750℃ | AC1~AC3 부분 변태, 시멘타이트 입상화 | 미립상 펄라이트 |
| F. 취화부 | Tempered / Embrittled | 700~100℃ | 조직 변화 거의 없으나 미시 석출 | MICRO 취화 발생 |
| G. 원질부 | Unaffected BM | < 100℃ | 변화 없음 | 모재와 동일 |
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핵심 사실: 본드부에 가까운 조립부(C)는 담금질 경화로 강도↑ 연성↓ 부서지기 쉬움. 세립·입상 펄라이트부(D, E)는 인성·연성 우수. 본드부에서 경도의 불연속과 최고경도가 발생. AUSTENITE STS는 변태 없어 명확한 HAZ가 보이지 않습니다.
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v1.6 보강 — 용접 입열 H 공식 + 5대 영향 인자 (PDF 보강)
용접 입열량(Heat Input) — 단위 길이당 에너지
$$H = \frac{60 \times E \times I}{V}\,(\text{J/cm}) \quad = \quad 0.24 \times \frac{60 \times E \times I}{V}\,(\text{cal/cm})$$
- E: 아크 전압 (V), I: 아크 전류 (A), V: 용접속도 (cm/min)
입열량 ↑ → 열영향부 폭↑, 냉각속도↓, 결정립 조대화↑
열 영향부 임계 온도역(800~700℃) 냉각 속도 (강의 대표적 용접법)
| 용접법 | 냉각 속도 |
|---|---|
| 가스용접 | 0.5~2 ℃/sec (30~110 ℃/min) — 가장 느림 |
| ARC 용접 | 2~100 ℃/sec (110~5,600 ℃/min) — 보편적 |
| 점용접 | 50~370 ℃/sec — 가장 빠름 |
열 사이클에 영향을 미치는 5대 인자
1. 용접 방법 — 가스(느림) vs ARC(중간) vs 점용접(빠름)
2. 용접 속도·입열 — 빠를수록·입열 작을수록 냉각 빠름
3. 이음 형상 — 필렛 > 맞대기 (열 확산 방향 多 → 냉각 빠름)
4. 모재 두께·예열 온도 — 두꺼울수록 빠름, 75mm 이상은 거의 일정. 예열 시 현저히 늦어짐
5. 모재 열전도율·융점 — AL은 강의 약 10배 (변형 큼), STS·동·AL은 강과 매우 다른 열 사이클
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🎯 학습 확인 퀴즈⚠️ 자체 제작 문항1 / 7
HAZ(열영향부)란?