서승교
2020-03-24 14:38:57
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ASTM A240 304재질을 용접할 때, Cu가 혼입되어 Crack이 발생할 한 것을(용접진행방향에서 90도방향으로 발생) 분석해 보면 입계균열이면서 Cu가 검출됨을 확인 할 수가 있습니다. EDS결과로는 Cu검출량은 0.2%수준입니다.
ASTM A240 304 소재에 대한 습식분석 해 보면 기본적인 Cr, Ni 성분 이 외에 Cu가 0.2~0.3%정도 함유 되어 있습니만, 제강공정에서 모두 고용화 되어 Cu Crack은 발생하지 않는다고 알려져 있지요.
문의 1) 그렇다면 용접의 경우에는 단순히 용융되었다가 응고만 될 뿐, 고용화는 이루어지지 않는 것인지 전문가님들의 의견을 바라며,
문의 2) 용접시에 고용체로 있던 Cu가 석출하여 Crack으로 발전할 가능성은 없는지 문의합니다.
(Cu Crack 재현성 Test를 위하여, 용접시에 Cu조각도 넣어보고, Cu가루도 넣어 보았으나, 동일한 Cu Crack 재현을 하지 못했던 경험이 있습니다. 이런사항으로 본다면 용접시에도 다른 금속의 고용이 이루어 지는 것이 아닌가 추측을 해 봅니다.) 끝.
Cu에 의한 용접부 균열은 Cu의 저융점으로 인해 액막을 형성하면서 균열이 발생하는 경우가 대부분입니다. 즉 일종의 응고균열이라고 보면 됩니다.
따라서, 고용체로 되어 있다면 문제가 없을 것이며, 어떠한 조건에서 이게 고용체가 아니라 석출상으로 심지어 구리단상으로 존재하게 되면 문제가 발생합니다. 논문 자료를 찾아 보면 Cu로 도금을 하고 그 상태에서 열처리를 하거나 용접을 하면서 HAZ부 등에서 균열을 유도한 실험 자료를 찾아 볼 수 있습니다.
Cu를 넣고 용접을 했으나, 균열을 만들지 못했다는 의견에 대해서는 아마도 용접과정에서 Cu가 Vapor로 날아가서 Liquidation Crack을 유발할 정도로 충분한 양이 남아 있지 않아서 일 수도 있다고 봅니다. 논문 자료에서도 대부분 HAZ의 균열을 언급하고 있습니다.
몇자 더 첨언해 봅니다.
ASS에서 Copper induced LME은 대개 copper 가 다량 함유한 filler를 사용하는 Tack welding or Root welding의 경우나 Copper containing welding tool (fixturing or contact tips) 이나 ASS welds의 냉각속도를 높이기 위해 설치하는 Copper based cooling strip (냉금)이 용접 중 용탕에 오염되는 경우에 (Copper contamination cracking으로도 불림) solubility의 한계로 인해 고용체를 형성하지 못하고 저융점 개제물로 남게되어 LME를 가끔 발생하게 됩니다. 따라서 ASS Welding에서 특수 목적으로 모재 또는 Filler metal내의 Copper가 2 or 3%이상 (혹은 더 이상에서) 이라면 PQR 과정에서Copper induced LME 유무를 확인하는 것이 추천되며 (이 경우 일부 Users들은 아예Copper가 << 2-3%인 Nickel alloy filler를 사용하기도 함), 아울러 Copper contamination 의 방지 (이는 WPS/PQR로 보완이 안됨) 는 철저히 준수되어야 합니다.
Failure가 cracking mode이므로 당연히 내부 압력이 높은 곳 (or high tensile stress)에서 더욱 민감하며 운전 중은 물론이고 압력 시험 도중에도 종종 발생되는 사례가 있습니다.
Copper induced LME Prevention 그리고 허용 tensile stress 에 대한 Quantitative industrial standards는 아직 정립된 것을 본적이 없네요.
Welding Journal에는 Copper induced LME 또는 Copper contamination cracking 을 다룬 Papers 가 여럿있으니 참고해 보시기 바랍니다. 단, Paper는 독립된 운전 조건이나 실험 조건 하에서 이루어지므로 활용은 독자의선택일 겁니다.
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