용접 열 영향부(H.A.Z)의 조직 및 영향

1. 개요

• 용접 열영향부란 : 용접부의 바깥쪽에 열 영향부가 형성되어 용접열에 의해 모재가 직접 열처리를 받는 것과 같은 현상
• 용접열 또는 절단열에 의해 금속 조직과 기계적 성질이 변화하나 용융되지 않는 모재의 부분
• HAZ는 용융점에서부터 광범위한 열영향을 받는 곳이라고 정의할 수 있다.

 

2. 용접 열 영향부(H.A.Z)

1) 개요

• 탄소강 또는 저합금강의 Arc 용접 등 열을 이용한 용접 시 용접 금속의 바깥면 수 mm구역에 열 영향부(HAZ)가 형성되며, 이 열 영향부는 용접 열에 의해 모재가 이른바 열처리를 받는 것과 동일한 기계적 성질을 보인다.
• 열 영향부는 용융점에서부터 광범위한 온도의 영향을 받아 복잡한 구조이며, 고온 가열범위는 조직의 범위가 커서 모재와 명확히 구별된다.
• 열 영향부의 기계적 성질과 조직의 변화는 모재의 화학적 성분, 냉각속도, 용접속도, 예열 및 후열 등에 따라 달라지므로 변질부라고도 한다.
• 탄소강에 있어서 , 용접 열 영향부는 최고 도달온도와 Fe-C 평형상태도를 비교한 그림으로 용접부의 위치에 따라 조직이 세분화된다.

2) 용접 열 영향부 조직 및 특성

조직	온도(℃ )	특성
용착(금속)부 (Solid weld metal)	1,500이상	·용융 응고된 부분으로 수지상(Dendrite) 조직을 나타낸다.
반용융부 (Solid-liquide transition zone)	1,400이상	· 본드부라고도 함. · 용접금속과 열 영향부의 경계에 형성되며, 아주 거친 위드만스텐 조직이다
조립부 D (Grain growth zone)	1,100이상	· 과열로 오스테나이트 경정립이 성장하여 조립화가 현저한 영역 · 일부는 위드만 조직으로 나타나며, 경도가 최대이다. · 냉각과정에서 오스테나이트입계로부터 페라이트가 석출 · 잔류 오스테나이트의 냉각속도에 따라 베이나이트 또는 마르텐자리트로 변태함.
미립부(세립부) C (Recrystallizzed zone)	900이상	· AC3 이상으로 가역되어 오스테나이트로 변태 · 재결정으로 인한 미세화 및 인성이 크고, 물성치가 양호하다 · 거리 : 3.3mm
입상펄라이트 (Partially transformed zone)	700이상	· AC1~AC3 범위로 가열되어 펄라이트 일부가 오스테나이트로 변태한 후,   냉각(서냉) 과정에서 다시 펄라이트 구상화한다. · 급랭시 마르텐자이트가 형성되고, 인성이 저하된다. · 거리 : 4.8mm
취화부 B (Tempered zone)	500이상	· 현저한 조직변화 발생부로 열응력 및 석출에 의한 취화가 발생한다. · 기계적 성질이 변화(취화)하나, 현미경 조직 변화가 거의 없다. · 거리 : 5.4mm
원질부 A (Unaffectied base material)	200~상온	· 용접열을 받지 않은 모재 부분

 

3) 열 영향부의 기계적 성질

가). 경도의 증가

• 일반적으로 조립부의 경도가 가장 높고, 이 값을 최고 경도값이라 하며, 용접 난이의 척도가 된다.
• 최고 경도치는 일반적으로 냉각속도에 비례하며, 냉각 속도가 증가할수록 경도 역시 증가한다.
• 냉각조건이 일정하면 강재 성분으로 나타나며, 등가 탄소량 또는 탄소당량을 사용하면 편리하다.

나). 인성 및 연성의 저하

• 조립부의 신율이나 인성은 현저히 저하(마르텐자이트의 생성원인)된다.
• 인성과 연성의 저하 측정은 열 사이클의 재현시험으로 간접적으로 측정한다.

다). 조직의 취화

• 취화부는 가열온도가 낮아서 조직 변화는 발생하지 않지만, C나 N의 석출현상에 의해 소입시효(변형시효)에 의한 취화가 발생한다.
• 조립부의 충격치는 냉각 속도가 클수록, 마르텐자이트가 증가할수록 높아진다. 

                                          < 용접 열 영향부의 조립부에서의 균열 >

 

3. 결론

- 용접 열 영향부는 용융점에서부터 광범위한 온도의 변화 영향을 받는 복잡한 구조이며, 용접결함의 대부분이                      열 영향부에서 발생을 하므로 우수한 품질을 확보하기 위해서는 용접 열 영향부의 조직 및 특성을 잘 숙지해야한다.

 

- 용접 구조물의 품질 확보를 위한 중점관리 사항은 다음과 같다.

• 적절한 용접봉을 선택한다.
• 예열 및 후열 처리를 실시한다.
• 탄소당량에 의한 최고 경도 값을 추정하거나, 사전 용접모재의 특성에 따른 용접 입열량등을 고려한 Nomo-gram에    의해 추정되는 냉각 속도 및 시간을 관리한다.
• 연속냉각곡선(CCT-Diagram)을 이용한 상변태 사전 예측 냉각 방법을 선정한다.