KR20010060514A - Test method for heat-affected-zone liquation cracking susceptibility - Google Patents

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이종섭
김태수
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이구택
포항종합제철 주식회사
신현준
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Abstract

PURPOSE: A testing method for the liquefied crack of a heat affected zone is provided to accurately test the sensitivity of the liquefied crack by deforming a sample with many regular angled torches. CONSTITUTION: A pair of torches(32,33) are arranged on the upper side of a sample(10) in 45 to 60 degrees to the horizontal face of the sample and moved along the lengthwise direction of the sample, with electrodes(34,35). Then, each torch is moved from both ends of the sample to the center for welding a material. When a distance between two electrodes becomes 2 to 5mm, a bending block(36) is lifted to generate cracks on the sample. After that, arc is removed from the electrodes and a liquefied crack sensitivity tester tests the liquefied cracks of a heat affected zone.

Description

용접열영향부 액화균열 시험방법{TEST METHOD FOR HEAT-AFFECTED-ZONE LIQUATION CRACKING SUSCEPTIBILITY}TEST METHOD FOR HEAT-AFFECTED-ZONE LIQUATION CRACKING SUSCEPTIBILITY}

본 발명은 두 개의 토치를 이용하여 균열의 크기가 매우 작은 용접열영향부 액화균열의 발생특성을 정확하게 측정할 수 있도록 한 용접열영향부 액화균열 시험방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of testing a liquefied crack of the weld heat affected zone to accurately measure the occurrence characteristics of the liquefied crack of the weld heat affected zone having a very small crack size using two torch.

용접열영향부(HEAT-AFFECTED-ZONE)의 액화균열(또는 용접금속 액화균열)은 부분용해역(PARTIALLY MELTED ZONE)이나 용접열영향부의 결정립계를 따라서 발생하는 균열로서, 통상 길이가 짧은 것이 특징이고 용접부를 지나서 2∼3개의 입자 직경정도 성장한 후 모재의 고상선 온도이상, 액상선 온도이하로 가열된 영역에서 냉각시 발생하는 입계균열을 말한다.Liquefaction crack (or weld metal liquefaction crack) of HEAT-AFFECTED-ZONE is a crack that occurs along the grain boundary of PARTIALLY MELTED ZONE or welding heat affected zone, and is characterized by short length. It means grain boundary crack that occurs when cooling in the area heated to above the solidus temperature and below the liquidus temperature of the base material after growing about 2-3 particle diameters past the weld.

이러한 액화균열은 용접열영향부/부분용해역의 결정립계가 국부적으로 용해되어 일어난다.Such liquefaction cracks are caused by locally dissolving the grain boundaries of the weld heat affected zone / partial melting zone.

용접금속 액화균열은 다른 형태의 용접열영향부 액화균열로서, 다층 용접중 재 가열된 용접금속에서 발생하며 균열발생 부분은 상기 용접열영향부 액화균열과 동일하다.The welding metal liquefaction crack is another type of welding heat affected zone liquefied crack, which occurs in the reheated weld metal during the multi-layer welding, and the crack generation part is the same as the weld heat affected zone liquefied crack.

이와 같은 용접열영향부 액화균열에 민감한 소재들은 예컨대, 스테인레스347(니오븀 첨가재), 321(티타늄 첨가재)과 같은 안정화 처리된 오스테나이트계 스테인레스강과; 스테인레스309S, 310S 등의 내열강과; 고질소 스테인레스강과; 니켈기합금, 알루미늄계 합금들이다.Materials sensitive to such welding heat affected zone liquefaction cracks include, for example, stabilized austenitic stainless steels such as stainless347 (niobium additive) and 321 (titanium additive); Heat-resistant steels such as stainless 309S and 310S; High nitrogen stainless steels; Nickel base alloys and aluminum alloys.

종래에는 바레스트레인트(Varestraint) 시험법과 글리블(Gleeble) 재현시험 등을 통해 용접열영향부의 액화균열 감수성을 평가하였다.Conventionally, the liquefied cracking susceptibility of the weld heat affected zone was evaluated through the Varestraint test method and the Gleeble reproduction test.

상기 바레스트레인트 시험법은 도 1에 도시된 바와 같이, 시편(10)의 일측단에서부터 타측단을 향해 한 개의 토치(12)로 티그용접을 실시하다가 상기 토치(12)가 굽힘블럭(14)의 상부까지 오면 시편(10)에 변형을 주어 균열을 발생시키도록 하는 시험법으로서, 응고균열, 용접열영향부 및 용접금속 액화균열 모두를 시험할 수는 있으나 시편(10)에 생기는 균열의 대부분은 응고균열이고 액화균열의 경우는 매우 미세하기 때문에 응고균열의 감수성 평가에는 우수한 방법이나 액화균열의 감수성 평가에는 적합하지 않은 방법이다.As shown in FIG. 1, the barrest lane test method performs a TIG welding with one torch 12 from one end of the specimen 10 to the other end, and then the torch 12 is bent block 14. As a test method to deform the specimen 10 to cause cracking when it comes to the upper part of, the solidification crack, the weld heat affected zone and the liquefied crack of the weld metal can be tested, but most of the cracks in the specimen 10 Is a solidification crack, and in the case of liquefied cracks, it is a very good method for assessing the sensitivity of the solidification crack, but is not suitable for the evaluation of the sensitivity of the liquefied crack.

즉, 이러한 방법을 사용할 경우에는 도 2에서와 같이, 시편(10)에 생기는 액화균열(21)은 하나의 토치를 수직하게 가동시켜 변형을 일으키게 되므로 변형이 집중되는 좁은 부분에서만 미세하게 몇 개가 발생되므로 시편을 연마하지 않고 용접한 그대로의 상태에서는 균열인지 아닌지를 분별하기 어렵고 연마를 하게 되면 균열이 사라져 버리는 문제가 있다.That is, when using this method, as shown in FIG. 2, the liquefied crack 21 generated in the specimen 10 generates a deformation by moving a single torch vertically so that only a few are generated in a narrow portion where the deformation is concentrated. Therefore, it is difficult to distinguish whether or not the crack is in the state of being welded without polishing the specimen, and there is a problem that the crack disappears when polished.

글리블 재현시험의 경우는 모재의 고온물성을 글리블을 이용하여 조사한 후 소재의 용접열영향부 액화균열의 감수성을 유추하는 것으로, 소재에 용접을 실시하지 않기 때문에 실제 용접하였을 때 발생하는 상황과는 현저한 차이가 발생하는 바, 이는 용접시 용접조건에 따른 균열 감수성의 차이, 용접에 의한 가스성분의 흡입 또는 방출 등을 전혀 고려하지 않기 때문이다.In the case of the gleeble reproducing test, the high temperature property of the base material is investigated using the gleeble to infer the susceptibility of the liquefied crack of the welding heat-affecting zone of the material. The significant difference occurs because the difference in crack susceptibility according to the welding conditions, the inhalation or release of gas components by welding is not considered at all.

본 발명은 상술한 바와 같은 용접열영향부의 액화균열을 시험하는 방법상의 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 시편에 변형을 일으키는 토치를 다수개 설치하되 일정한 각도를 이루고 시편에 변형을 가하도록 하여 변형폭이크고 균열수를 늘리도록 함으로써 소재의 보다 정확한 액화균열 감수성을 재현, 시험할 수 있도록 한 용접열영향부의 액화균열 시험방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention was created in view of the problems in the method of testing the liquefaction cracks of the welding heat affected zone as described above, to install a plurality of torch to cause deformation in the specimen to form a certain angle and to deform the specimen The purpose of the present invention is to provide a liquefaction crack test method for welding heat-affected zones that allows the deformation width to be increased and the number of cracks to be increased to reproduce and test the liquefaction crack sensitivity of the material more accurately.

도 1은 종래 방법에 따른 균열시험장치를 도시한 평면도 및 정면도,1 is a plan view and a front view showing a crack test apparatus according to the conventional method,

도 2는 종래 방법에 따라 시험한 시험편에서 발생한 균열사진,Figure 2 is a photograph of cracks generated in the test piece tested according to the conventional method,

도 3은 본 발명에 따른 균열시험장치를 도시한 평면도 및 정면도,3 is a plan view and a front view showing a crack test apparatus according to the present invention,

도 4는 본 발명에 따른 시험에서 변형이 가해지는 지점을 도시한 요부 확대도,Figure 4 is an enlarged view of the main portion showing the point where the deformation is applied in the test according to the present invention,

도 5의 (가),(나)는 본 발명의 방법과 기존 방법에 따른 시험결과 비교예를 도시한 그래프.Figure 5 (a), (b) is a graph showing a comparative example of the test results according to the method of the present invention and the existing method.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 시편, 31 : 승하강부재,10: specimen, 31: elevating member,

32,33 : 토치, 34,35 : 전극,32,33: torch, 34,35: electrode,

36 : 굽힘블럭, 38 : 프레임,36: bending block, 38: frame,

39 : 고정브라켓.39: fixing bracket.

상기한 본 발명의 목적은 용접열영향부의 액화균열 감수성을 시험하는 시험장치에 구비된 시편의 상측에 각각 전극을 갖고 상기 시편의 길이방향을 따라 이동가능하며 상기 시편의 수평면에 대해 대략 45∼60°정도로 경사지게 한쌍의 토치를 배설하는 제1단계와; 상기 제1단계후 각 토치를 시편의 양단에서부터 그 중앙을 향해 이동시키면서 소재를 용접하는 제2단계와; 상기 제2단계를 수행하다가 용접을 행하고 있던 두 전극 사이의 거리가 약 2∼5㎜에 이르면 상기 시편의 중앙 하부에 설치된 굽힘블럭을 상승시켜 상기 시편에 균열을 발생시키는 제3단계와; 상기 제3단계를 수행함과 동시에 전극의 아아크를 소멸시키고 발생된 균열을 확인하여 용접열영향부의 액화균열 감수성을 검사하는 제4단계를 포함하여 이루어짐에 의해 달성된다.The object of the present invention described above is that each of the electrodes on the upper side of the specimen provided in the test device for testing the liquefaction cracking sensitivity of the weld heat affected zone and movable along the longitudinal direction of the specimen and approximately 45 to 60 with respect to the horizontal plane of the specimen A first step of disposing a pair of torches inclined to an angle; A second step of welding the workpiece while the torch is moved from both ends of the test piece toward the center after the first step; A third step of causing a crack in the specimen by raising a bending block provided at a lower portion of the center of the specimen when the distance between the two electrodes which are being welded during the second stage reaches about 2 to 5 mm; And performing a third step and at the same time by extinguishing the arc of the electrode and confirming the cracks generated by the fourth step of checking the liquefaction crack sensitivity of the weld heat affected zone.

이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment according to the present invention will be described in more detail on the basis of the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 시험방법용 시험장치를 도시한 평면도 및 정면도이다.3 is a plan view and a front view showing a test apparatus for a test method according to the present invention.

도시된 바에 따르면, 양측에 프레임(38)이 구비되고, 상기 프레임(38)상에는 각각 고정브라켓(39)이 설치된다.As shown, the frame 38 is provided on both sides, the fixing bracket 39 is provided on the frame 38, respectively.

상기 고정브라켓(39)은 상기 프레임(38)상에 거치되는 시편(10)의 양단을 견고하고 안정적으로 지지고정한다.The fixing bracket 39 firmly and stably supports both ends of the specimen 10 mounted on the frame 38.

그리고, 상기 프레임(38)의 중앙부에는 승하강부재(31)가 설치된다.In addition, the elevating member 31 is installed at the center of the frame 38.

상기 승하강부재(31)는 실린더와 같은 구동원에 의해 일정높이로 승하강가능하게 제어된다.The elevating member 31 is controlled to be capable of elevating to a certain height by a drive source such as a cylinder.

승하강부재(31)의 중앙 상면에는 굽힘블럭(36)이 설치된다.A bending block 36 is installed on the center upper surface of the elevating member 31.

상기 굽힘블럭(36)은 그 상단면이 외향만곡진 호형상으로 형성된다.The bending block 36 is formed in an arc shape in which an upper end surface thereof is curved outward.

그리고, 상기 프레임(38)에 거치된 시편(10)의 상측에는 좌우이동가능한 한쌍의 토치(32)(33)가 설치된다.In addition, a pair of torches 32 and 33 which are movable left and right are installed on the upper side of the specimen 10 mounted on the frame 38.

상기 토치(32)(33)는 각각 그 하단부에 전극(34)(35)을 구비한다.The torch 32, 33 has electrodes 34, 35 at its lower end, respectively.

아울러, 상기 토치(32)(33)는 상기 시편(10)의 수평선에 대하여 대략 45∼60°정도 경사지게 설치함이 바람직하다.In addition, the torch 32, 33 is preferably installed to be inclined approximately 45 to 60 degrees with respect to the horizontal line of the specimen 10.

상기 토치(32)(33)를 각각 경사지게 설치하는 것은 경사도가 상기 범위의 이상일 때에는 두 토치(32)(33)간의 최대 접근이 어렵고, 범위 이하일 때에는 아크가 불안정하여 소재의 최적형상 용융부가 형성되지 못하기 때문이다.Installing the torch 32 and 33 to be inclined, respectively, is difficult to approach the two torch 32 and 33 when the inclination degree is more than the above range, and when the torch is below the range, the arc is unstable so that the optimum shape melting part of the material is not formed. Because you can't.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 상기와 같이 전극(34)(35)을 갖는 한쌍의 토치(32)(33)를 바람직한 경사각을 갖도록 이동가능하게 설치하는 단계를 수행한 후 상기 각 토치(32)(33)를 시편(10)의 양단에서부터 그 중앙을 향해 이동시키면서 소재를 용접하는 단계를 수행한다.According to the present invention, the torch 32 (33) having the electrodes 34 and 35 as described above is movably installed so as to have a desired inclination angle. 33) welding the material while moving from both ends of the specimen 10 toward the center thereof.

상기 단계를 수행하다가 용접을 행하고 있던 두 전극(34)(35) 사이의 거리가 약 2∼5㎜에 이르면 상기 시편(10)의 중앙 하부에 설치된 굽힘블럭(36)을 상승시켜상기 시편(10)에 균열을 발생시키는 단계를 수행한다.When the distance between the two electrodes 34 and 35 that were welding while performing the above steps reaches about 2 to 5 mm, the bending block 36 provided at the lower center of the specimen 10 is raised to raise the specimen 10. ) To create a crack.

이때, 상기 두 전극(34)(35) 사이의 거리를 상기와 같이 제한하는 이유는, 두 개의 용융부 가장자리에서 발생하는 용접열영향부가 서로 마주치는 시점에서 아크가 소멸되면서 변형되게 되며, 용접조건에 따라 용융부 및 용접열영향부의 크기가 달라지고 따라서 이들이 마주칠 때 전극(34)(35) 사이의 거리도 달라지게 되므로 통상의 티그용접 조건 범위를 모두 만족시킬 수 있는 범위 내로 극히 제한하여야만 하기 때문이다.At this time, the reason for limiting the distance between the two electrodes 34, 35 as described above, the welding heat affected by the arc is deformed at the time when the heat-affected zones occurring at the edge of the two melted parts are deformed, welding conditions As the size of the molten part and the welding heat-affecting part varies, and thus, the distance between the electrodes 34 and 35 when they meet also varies, it should be extremely limited within a range that satisfies all the range of conventional TIG welding conditions. Because.

또한, 상기 시편(10)에 주어지는 변형률은 만곡도(반경)이 서로다른 몇 개의 굽힘블럭(36)을 교체 사용함으로써 변화시킬 수 있음은 물론이다.In addition, the strain given to the specimen 10 can be changed by using a plurality of bending blocks 36 having different curvatures (radius).

상기 단계를 거쳐 균열이 완전히 발생되면 모든 과정을 종료하고 발생된 균열을 확인하여 용접열영향부의 액화균열 감수성을 검사하는 단계를 수행하게 된다.When the crack is completely generated through the above steps, all processes are completed and the cracks generated are checked to examine the liquefaction crack sensitivity of the weld heat affected zone.

도 4는 본 발명에 따른 시험방법에서 변형이 가해지는 시점을 도식화 한 요부 확대도이다.Figure 4 is an enlarged view of the main portion illustrating the time point when the deformation is applied in the test method according to the present invention.

도 4에서와 같이, 상술한 균열생성 작업은 시편(10)의 양쪽 용융부(51)(52) 가장자리에 발생하는 용접열영향부(53)(54)가 서로 마주치는 조건에서 굽힘블럭(36)을 상승시키도록 하고 동시에 아크 발생을 소멸시키도록 하여 이루어진다.As shown in FIG. 4, the above-described cracking operation is performed in the bending block 36 under the condition that the welding heat-affecting portions 53 and 54 that occur at the edges of both molten portions 51 and 52 of the specimen 10 face each other. ) And at the same time extinguish arcing.

도 5의 (가),(나)는 본 발명에 따른 시험법과 종래 바레스트레인트 시험법에 따른 시험결과의 일 예를 도시한 그래프이다.5 (a), (b) is a graph showing an example of the test results according to the test method according to the present invention and the conventional barrestrain test method.

도시와 같이, 균열 감수성이 매우 낮은 스테인레스316과 균열 감수성이 매우높은 스테인레스310S를 이용하여 종래 시험법과 본 발명의 시험법으로 시험한 결과, 기존 바레스트레인트 시험법에 의한 경우는 (가)와 같이 균열 감수성의 데이터가 심하게 분산됨을 알 수 있었다.As shown in the figure, the test by the conventional test method and the test method of the present invention using stainless 316 having a very high crack susceptibility and a stainless 310S having a very high crack susceptibility, and according to the conventional barrestrain test method It can be seen that the crack susceptibility data is severely distributed.

또한, 시험결과의 재현성을 확보하기 위해 동일조건에서 최소한 세 번이상 시험하였는데, 기존 방법의 경우에는 동일조건에서도 균열이 전혀 생기지 않는 경우와 균열이 심하게 생기는 경우가 동시에 관찰되어 시험결과의 정확성, 재현성을 확보할 수가 없었으며, 상호간에 균열 감수성 차이가 극명한 스테인레스316과 스테인레스310S 간의 균열 감수성 차이가 명확하지 않았다.In addition, in order to ensure the reproducibility of the test results, at least three tests were conducted under the same conditions. In the conventional method, no cracks and severe cracks were observed under the same conditions. The crack susceptibility difference between stainless 316 and stainless 310S was not clear.

반면에, 본 발명인 (나)의 경우에는 각 시편이 갖는 특성들이 그대로 재현되었으며, 즉 스테인레스316과 스테인레스310S 간의 균열 감수성이 현저한 차이를 보였고, 시험 데이터의 분산이 훨씬 적어 재현성이 매우 우수함을 알 수 있었다.On the other hand, in the case of the inventor (B), the characteristics of each specimen were reproduced as it is, that is, the crack susceptibility between the stainless 316 and the 310S showed a significant difference, and the dispersion of the test data was much smaller, indicating that the reproducibility was very excellent. there was.

따라서, 균열 감수성을 용이하게 확인할 수 있어 특정 소재의 균열발생 특성을 정확하게 측정할 수 있게 된다.Therefore, crack susceptibility can be easily confirmed, so that crack generation characteristics of a specific material can be accurately measured.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 용접열영향부 액화균열 시험방법은 적당한 각도로 경사진 두 개의 토치를 이용하여 용접열영향부가 서로 마주칠 때 시험함으로써 소재의 용접열영향부 액화균열 발생 감수성을 정확하게 재현하고 확인 할 수 있어 내균열성이 우수한 소재의 개발 혹은 용접시 균열을 방지할 수 있는 적정 용접조건을 설정할 수 있는 효과를 제공한다.As described in detail above, the welding heat affected zone liquefied crack test method according to the present invention by using two torch inclined at an appropriate angle when the welding heat affected zones meet each other to generate the weld heat affected zone liquefied crack of the material As the sensitivity can be accurately reproduced and confirmed, it provides the effect of setting proper welding conditions to prevent cracking during development or welding of materials with excellent crack resistance.

Claims (1)

용접열영향부의 액화균열 감수성을 시험하는 시험장치에 구비된 시편(10)의 상측에 각각 전극(34)(35)을 갖고 상기 시편(10)의 길이방향을 따라 이동가능하며 상기 시편(10)의 수평면에 대해 대략 45∼60°정도로 경사지게 한쌍의 토치(32)(33)를 배설하는 제1단계와;The specimen 10 has electrodes 34 and 35 on the upper side of the specimen 10 provided in the test apparatus for testing the liquefaction crack sensitivity of the weld heat affected zone, and is movable along the longitudinal direction of the specimen 10. A first step of disposing a pair of torches 32 and 33 inclined at about 45 to 60 degrees with respect to the horizontal plane of the; 상기 제1단계후 각 토치(32)(33)를 시편(10)의 양단에서부터 그 중앙을 향해 이동시키면서 소재를 용접하는 제2단계와;A second step of welding the raw material while moving the torch 32 and 33 after the first step from both ends of the test piece 10 toward the center thereof; 상기 제2단계를 수행하다가 용접을 행하고 있던 두 전극(34)(35) 사이의 거리가 약 2∼5㎜에 이르면 상기 시편(10)의 중앙 하부에 설치된 굽힘블럭(36)을 상승시켜 상기 시편(10)에 균열을 발생시키는 제3단계와;When the distance between the two electrodes 34 and 35 being welded during the second step reaches about 2 to 5 mm, the bending block 36 provided at the lower center of the specimen 10 is raised to raise the specimen. A third step of causing cracks in the 10; 상기 제3단계를 수행함과 동시에 전극(34)(35)의 아아크를 소멸시키고 발생된 균열을 확인하여 용접열영향부의 액화균열 감수성을 검사하는 제4단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 용접열영향부 액화균열 시험방법.And a fourth step of performing the third step and extinguishing the arc of the electrodes 34 and 35 and checking the generated crack to examine the liquefaction crack sensitivity of the weld heat affected zone. Liquefaction Crack Test Method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111005020A (en) * 2019-12-10 2020-04-14 清华大学 Method for preventing liquefaction cracks

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