스테인리스강과 탄소강 접합 시 용접 균열

Dec 20, 2023

우리는 ER309LSi 용가재와 펄스 가스 금속 아크 용접(GMAW)을 사용하여 A36 또는 유사한 등급의 탄소강을 304L 또는 316L 스테인리스강에 성공적으로 용접했습니다. 최근 우리는 대형 구조물의 용접 시간을 줄이기 위해 자동화 및 서브머지드 아크 용접(SAW)에 투자했습니다. 이러한 통합과 함께 주로 단일 패스 PJP(부분 접합 침투) 수평 필렛 용접에서 응고 용접 균열이 나타나기 시작했습니다. 그러나 플랫 그루브 용접에서는 아무런 문제도 발생하지 않았습니다. 왜 이런 일이 발생하는지 아시나요?

이런 일이 발생하는 데에는 몇 가지 다른 이유가 있을 수 있지만 문제의 범위를 좁히는 데 도움이 되는 몇 가지 귀중한 정보를 제공하셨습니다. 더 나은 이해를 위해 프로세스와 응용 프로그램을 빠르게 검토해 보겠습니다.

이종 금속, 특히 탄소강(CS)과 스테인리스강(SS)의 용접은 수십 년 동안 성공적으로 수행되어 왔습니다. 사실, 이용 가능한 정보가 너무 많아서 원하는 답변을 정리하고 찾는 것이 어려울 수 있습니다.

CS는 SS에 비해 간단합니다. 기본 카테고리에는 저탄소, 중탄소, 고탄소, 고강도/저합금이 포함되며, 모두 고탄소 유형에 주의해서 용접할 수 있습니다. 반면 SS에는 페라이트, 오스테나이트, 마르텐사이트 등 서로 매우 다른 각각의 미세 구조를 기반으로 하는 세 가지 주요 그룹이 있습니다. 또한 석출 경화형과 페라이트와 오스테나이트가 혼합된 이중 SS가 있으며, 이들 그룹 각각에는 하위 범주가 있습니다. 이들 중 다수는 서비스 중인 응용 분야에 적합하게 용접하기 위해 특별한 주의가 필요합니다.

용가재의 목적은 모재를 결합하고 균열에 강한 용접 미세구조를 만드는 것입니다. 이러한 용접 접합 유형의 부식은 자연적인 내식성이 없는 CS에 용접하기 때문에 문제가 되지 않습니다. 그러나 용접 강도와 무결성은 여전히 ​​매우 중요합니다.

309 필러 금속은 4~10 사이의 페라이트 수(FN)를 갖는 용접 비드를 생성하기 위해 특별히 합금됩니다. 페라이트 함량은 필러 금속과 두 모재의 희석에 의해 결정됩니다. 페라이트는 통제된 양으로 용접 균열에 매우 강한 미세 구조입니다. 이 범위를 벗어난 FN을 갖는 용접 비드는 균열에 매우 취약합니다.

펄스형 GMAW 또는 홈 용접의 SAW에 균열 문제가 없다고 말씀하셨는데, 이는 놀라운 일이 아닙니다. 그러나 균열 문제는 수평 필렛(2F) 용접에서 시작되었으며 이는 응고 유형입니다.

기본 재료, 특히 CS가 과도하게 희석될 가능성이 있는 것으로 보입니다. 2F 위치의 SAW는 매우 깊게 침투하는 용접 비드를 생성할 수 있으며, 이는 용접 금속의 희석을 증가시키고 이상적인 범위를 벗어나는 FN을 생성할 수 있습니다. 탄소는 강력한 오스테나이트 형성자로 알려져 있기 때문에 이는 용접 금속에서 페라이트 형성을 감소시킵니다.

강하게 구속된 접합부의 잔류 응력, 작은 크기의 용접 비드 또는 잘못된 용접 매개변수와 같은 다른 요인도 균열 문제의 원인이 될 수 있습니다. 테스트 피스에 용접을 수행하고 용접 침투에 접근하기 위해 매크로 에칭을 수행하는 것이 매우 유리할 것입니다. 이상적으로는 적절한 FN을 촉진하려면 희석률을 30% 미만으로 유지하는 것이 좋습니다.

펄스 또는 표준 GMAW는 침투가 과도한 용접을 생성하지 않습니다. 홈 용접은 일반적으로 용접 전극의 특성과 홈 베벨 각도와의 인터페이스로 인해 문제가 없습니다. 이러한 유형의 조인트는 첫 번째 통과에서 30% 미만의 희석을 생성합니다. 후속 단계에서는 접합 유형 및 두께에 따라 기본 재료의 희석이 훨씬 낮아집니다.

PJP 2F 용접에서는 두 모재의 경계면을 약간 넘어서는 관통력만 필요하므로 이를 달성하기 위한 용접 매개변수를 개발해야 합니다. 종종 이러한 응용 분야에서 SAW를 사용하면 침투 프로파일이 기본 재료에 매우 깊기 때문에 필요하지 않습니다. 침투 프로파일을 약 1/8인치 깊이로 줄이면 용접 금속의 과도한 희석이 줄어들고 맞춤 차이가 허용되며 건전한 PJP 용접 비드가 계속 유지됩니다.