용접 균열 심화

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.

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

저온 균열 세부 유형

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

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

라멜라 티어링(Lamellar Tearing)

> Z방향 인장시험: KS/EN에서 두께 방향 단면 수축률(RA)이 25% 이상(Z25) 또는 35% 이상(Z35)인 강판을 라멜라 티어링 방지용으로 지정합니다.

v1.6 보강 — 분리계수 K와 고온균열 감수성 (PDF 보강)

각 원소의 합금 응고 시 편석 정도를 정량화한 값. K가 낮을수록(=0에 가까울수록) 입계 편석이 심해 고온균열 위험.

3대 방지 원칙
1. K 낮은 원소(S, O, B, Ti, N) 함량 ↓
2. 저융점 화합물 석출 원소 배제
3. 낮은 Wetting Angle(결정립 잘 분포) 형성 원소 배제

ESW·SAW 같은 대입열 용접은 응고 조직이 조대화 → 입계 저융점 개재물이 film 상으로 집중 → 주상정 사이 균열 多.

v1.6 보강 — UNDER BEAD CRACK 5단계 발생 메커니즘 (PDF 보강)

저합금·고탄소강에서 BEAD 직하 HAZ 조립부에 발생하는 저온균열의 대표 유형.

1. 수소 분해·흡수 — 용접 중 H₂가 분해되어 H⁺ 이온화, 용접금속에 흡수
2. 수소 확산 — 응고 시 용해도 급감 → 용접금속에서 HAZ 오스테나이트로 확산 (Austenite는 수소 흡수 능력 큼)
3. 냉각 + 확산 지속 — HAZ도 냉각되며 잔류 오스테나이트 영역의 수소 농도 증가
4. 변태 + 미세균열 — 과포화 수소를 가진 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태 → 미세 균열
5. 재결합 + 거시 균열 — 용착금속의 H가 재결합 H + H = H₂ → 분자상 수소 압력 → 응력 집중 → 거시 균열

3대 발생 조건 (모두 만족 시 발생):
① 수축응력 (구속력)
② 마르텐사이트 변태 (체적 팽창 → 변태응력)
③ 수소 (③이 없으면 발생 안함)

대책
- 저수소계 용접봉 사용 (E7016/7018)
- 100~150℃ 예열로 마르텐사이트 변태 회피
- AUSTENITE Cr-Ni 용접봉(E309 등)도 효과적
- 용접 후 100~200℃ × 1~5hr 후열 → H 방출

v1.6 보강 — 탄소당량 3종 식 정리 (PDF 보강)

용접균열 감수성 지수 PCM (Ito-Bessyo):
$$P_{CM} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu+Cr}{20} + \frac{Ni}{60} + \frac{Mo}{15} + \frac{V}{10} + 5B\,(\%)$$

통합 균열 감수성 PC:
$$P_C = P_{CM} + \frac{H}{60} + \frac{T}{600}$$
- H: 확산성 수소량 (cc/100g)
- T: 판 두께 (mm)
- 또는 K/40,000 (K: 구속도)

예열온도 권장값 (Ceq 기준)

균열 종합 비교