P1-1822분
용접 균열 심화
저온균열, 고온균열, 라멜라 티어링
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용접 균열은 용접 결함 중 가장 심각한 결함으로, 발견 시 반드시 보수해야 합니다. P1-16에서 저온/고온 균열의 기본을 다루었으며, 여기서는 각 균열 유형의 메커니즘과 세부 분류를 심화합니다.
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저온 균열(Cold Crack) 상세
저온 균열은 용접 후 수 시간~수 일 뒤에 발생하므로 지연 균열(Delayed Crack)이라고도 합니다.
수소 유기 균열(HIC: Hydrogen Induced Cracking)
- 확산성 수소가 HAZ의 마르텐사이트 조직 내에서 집적
- 수소 원자가 격자 결함부에 모여 내부 압력 생성
- 인장 잔류응력과 결합하여 균열 개시
- 특징: HAZ의 조립열영향부(CGHAZ)에서 주로 발생
수소의 침입 경로:
- 용접봉 피복의 수분 흡습
- 모재/용가재 표면의 기름, 녹, 도장
- 대기 중 수분
- 보호가스 내 수분
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저온 균열 세부 유형
| 유형 | 발생 위치 | 특징 |
|---|---|---|
| 언더비드 균열 | HAZ (용접 비드 아래) | 가장 일반적, 표면에서 보이지 않을 수 있음 |
| 토우 균열 | 용접 토우(Toe) 부위 | 응력 집중부에서 시작, 피로 균열로 진전 가능 |
| 루트 균열 | 용접 루트 | 구속도가 높은 루트에서 발생 |
| 횡방향 균열 | 용접금속 내부 | 고강도 용접금속에서 발생 (고합금 용가재 사용 시) |
방지법 종합:
1. 예열: CE 기반 예열 온도 결정 → 냉각 속도↓ → 마르텐사이트↓
2. 저수소 용접봉: E7018, 건조 관리(120~150°C 보관)
3. 후열(Post Heating): 200~300°C에서 2~4시간 → 수소 방출
4. 용접 입열량 증가: Δt₈/₅ 증가 → 연질 조직 생성
5. 구속도 감소: 용접 순서 최적화, 임시 구속재 사용 자제
시험 핵심: "후열(Post Heating)과 PWHT의 차이" — 후열(200~300°C, 수소 방출 목적)은 용접 직후 실시. PWHT(600~750°C, 잔류응력 제거)는 용접 완료 후 실시. 두 가지는 목적과 온도가 다릅니다.
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고온 균열(Hot Crack) 상세
1. 응고 균열(Solidification Crack)
- 용접금속이 응고되는 동안 발생
- 원인: 저융점 공정 필름(FeS, NiS)이 수지상(dendrite) 사이에 잔류
- 응고 수축 시 인장력 → 결정립계 분리
- 비드 중심선을 따라 발생 (중심선 균열)
- 방지: 저S/P 모재, 적정 비드 폭/깊이 비율, 용접 순서 조절
2. 액화 균열(Liquation Crack)
- HAZ에서 결정립계의 저융점 상이 재용융되면서 발생
- 용접금속이 아닌 HAZ에서 발생
- 다층 용접 시 이전 패스의 HAZ가 재가열될 때
- 니켈 합금, 오스테나이트계 STS에서 특히 문제
3. 재열 균열(Reheat Crack)
- PWHT(응력 제거 열처리) 중에 발생
- Cr-Mo-V강에서 Cr, Mo, V 탄화물이 결정립 내부를 강화
- 결정립계는 약한 상태 → 응력 제거 과정에서 입계 파단
- 2¼Cr-1Mo강, 일부 STS에서 위험
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라멜라 티어링(Lamellar Tearing)
| 항목 | 내용 |
|---|---|
| 정의 | 압연 강판의 두께 방향(Z방향)으로 발생하는 계단 모양 균열 |
| 원인 | 판재 내 비금속 개재물(MnS)이 압연 방향으로 정렬 → 두께 방향 연성 부족 |
| 발생 조건 | T형·십자형 이음에서 두께 방향 구속 응력이 큰 경우 |
| 외관 | 계단(Staircase) 형태 — 수평 분리 + 수직 연결 |
| 방지법 | Z방향 성질 보증강(Z25, Z35) 사용, 버터링(Buttering), 이음 설계 변경 |
> Z방향 인장시험: KS/EN에서 두께 방향 단면 수축률(RA)이 25% 이상(Z25) 또는 35% 이상(Z35)인 강판을 라멜라 티어링 방지용으로 지정합니다.
시험 빈출: "라멜라 티어링의 발생 방향은?" → 두께 방향(Z방향). "어떤 이음에서 많이 발생하는가?" → T형, 십자형 이음. "방지를 위한 강판 등급은?" → Z25, Z35.
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균열 종합 비교
| 구분 | 저온 균열 | 고온 균열 | 라멜라 티어링 |
|---|---|---|---|
| 발생 온도 | < 300°C | 응고점 부근 | 상온~저온 |
| 발생 시기 | 수 시간~수 일 후 | 용접 중/직후 | 용접 중~냉각 시 |
| 주요 원인 | H₂ + 경화조직 + 응력 | S, P 편석 | MnS 개재물 + Z방향 응력 |
| 발생 위치 | HAZ (주로) | 용접금속 중심선 | 모재 내부 (HAZ 근처) |
| 방지 핵심 | 예열, 저수소 | 저S/P, 비드 형상 | Z등급강, 버터링 |
1
균열 유형 분류
저온균열(HIC/지연균열), 고온균열(응고/액화/재열), 라멜라 티어링을 발생 시기와 위치로 구분.
2
저온균열 3조건 확인
경화조직(마르텐사이트) + 확산성 수소 + 구속응력. 3개 중 하나만 제거해도 방지 가능.
3
고온균열 원인 분석
응고균열: 저융점 S/P 편석. 액화균열: HAZ 결정립계 재용융. 재열균열: PWHT 중 Cr-Mo-V 석출.
4
방지법 적용
예열·후열(저온균열), 저S/P·비드 형상 관리(고온균열), Z등급강·버터링(라멜라 티어링).
🎯 학습 확인 퀴즈⚠️ 자체 제작 문항1 / 8
저온 균열의 별칭이 아닌 것은?