용접공학 실험 - 용접 열영향부 미세조직 관찰

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용접공학 실험 - 용접 열영향부 미세조직 관찰에 대한 보고서 자료입니다.

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본문내용

900～750℃
퍼얼라이트만 변태하거나 구장화하며 서냉시 인성이 양호하나 급냉시 마르텐사이트화하여 인성이 저하한다.
취화역
750～300℃
열응력 및 석출에 의해 취화되는 경우가 있다.
현미경 조직은 변화가 없다.
모재원질화
300℃～
열영향을 받지 않는 모재부분
(표-3 강의 온도범위에 따른 열영향부의 조직)
3. 실험 방법
3-1. 시험편
탄소강(연간)시험편(Flux Cored Arc 용접법) - 1개
알루미늄 시험편(Brazing 용접법) - 3개
3-2. 시험 절차
㈀ 시험편을 적당한 크기로 절단한다.
㈁ 연마하기 전에 편의를 위해 시험편에 마운팅 한다.
㈂ 연마 작업(polishing)을 한다. (일반 연마 - 미세 연마 차례로 연마한다.)
㈃ 깨끗이 세척한다.
㈄ 각 재료에 맞는 부식액을 만든다.
- 탄소강 : Nital부식액( 100ml 96% 에탄올, 1~10ml 65% 질산 )
- 알루미늄 : Tucker부식액( 25ml 증류수, 45ml 32%염산, 15ml 65%질산, 15ml 40% 불산 )
㈅ 시험편을 부식시킨다. (탄소강-20초, 알루미늄-10초)
㈆ 세척한 후 현미경을 이용하여 조직을 관찰한다.
㈇ 원하는 조직 부분을 사진기를 이용하여 촬영한다.
㈈ 기계적 성질을 알기 위해 경도를 측정한다.
㈉ 조직 사진과 경도값을 결과로 시험편의 용접 상태를 파악한다.
3-3. 유의 사항
㈀ 시험편 절단 시 다치지 않게 주의한다.
㈁ 재료에 맞는 부식액을 선택 후 화학 약품 사용에 주의한다.
㈂ 부식 시간을 알맞게 하여 과부식이 되지 않도록 유의한다.
4. 결과
4.1 경도 측정
탄소강 시험편(하중 300gf)
알루미늄 시험편(하중 300gf)
비 용접부
용접부
비 용접부
용접부
1
172.7
1012.4
145.8
130.4
2
160.0
1008.7
148.0
135.8
3
161.4
1083.2
143.1
135.1
평균
HV164.7
HV1034.8
HV145.6
HV133.8
(표-4 시험편의 경도 측정값)
- 탄소강 시험편은 열영향을 적게 받은 비용접부가 열영향을 많이 받은 용접부에 비해 경도 값이 낮게 측정되었다. 하지만 알루미늄 시험편은 반대로 용접부가 비용접부에 비해 경도 값이 낮게 측정되었다.
탄소강의 시험편은 용융 금속이 급냉되어 비용접부 보다 더 강인 할 것 같다.
만약 급냉 속도가 더 크다면 아마도 취성이 있을 것 같다.
알루미늄 시험편은 브레이징 용접법으로 모재보다 용융점이 낮은 용가재를 사용하여 비 용접부에 그렇게 큰 열영향을 미치지 않는 것 같고 그에 따라 경도도 비 용접부가 용접부보다 더 큰 것 같다.
4-2. 조직 관찰
1. 탄소강 조직관찰
* 용접부 - 1. 용착 금속부 (deposit metal)
=모재의 일부와 용가재가 융합된 부분
2. 열영향부 (heat effected zone)
=용착 금속부에 인접한 모재의 부분으 로 열영향 때문에 조직이 변화된 부분
(그림-4 탄소강시험편)
* 단층 용접 - 용착 금속부는 용융된 모재의 일부와 용융 첨가된 금속이 완전히 융합되어 냉각 응고된 것으로 모재에 인접된 부분에서 모재면과 직각 방향으로 결정이 성장하여 주상조직으로 응고된다. (그림-5 단층 용접)
*다층 용접 - 아래층이 위의 용접열에 의해 일종에 열처리를 받아서 주상조직이 소멸되어 세립화 된다. 이와 같은 미세조직은 주상조직에 비해 강인하고 연성이 풍부하다. (그림-6 다층 용접)
- 탄소강 시험편은 그림-6과 같은 다층 용접으로 열영향부가 미세하고 6개의 층으로 (6 PASS)로 이루어져 있다.
- 용접부와 보재 사이를 경계로 입자의 크기가 크게 차이가 났다. 용접부는 아주 미세한 조직을 가지고 있다.
- 용접부의 가장 위 부분은 다른 부위보다 급냉되어 더욱 더 미세한 조직을 관찰 할 수 있다.
- PASS가 겹치는 열영향부는 다른 용접부보다 더 미세한 조직을 관찰 할 수 있었다.
- 용접부에는 용융 금속이 미처 채워지지 않아 작은 구멍이 있었다.
1. 용접부의 조직 (200배)
미세한 조직을 볼 수 있다.
2. 모재 부분 (200배)
열영향을 적게 받은 부분으로 조대 한 조직을 볼 수 있다.
3. 용접부의 열영향부 (200배)
열 영향을 많은 받은 부분으로 열 처리가 되어 더욱 더 미세한 조직 을 볼 수 있다.
4. 용접부와 모재 (200배)
오른쪽의 미세한 부분은 용접부
왼쪽은 열 영향을 많이 받은 모재부분
5. 용접부 (200배)
6. 모재부분 (200배)
모재 부분으로 약간의 열 영향을 받았지만 조대한 조직을 볼 수 있다.
7. 용접부의 열영향부 (200배)
위의 용접열에 이해 열처리되어 미세한 조직을 볼 수 있다.
8. 용접부 경계 (200배)
용접 경계성을 기준으로 용접 부는 미세하고 모재부분은 조 대한 조직을 볼 수 있다.
2. 알루미늄 조직관찰
* 용가재를 용융시켜 납땜하는 용접법으로 용접부는 뚜렷한 주조 조직인 주상 조직을 관찰 할 수 있었다.
* 열영향부가 크지 않으며 조직적 변화도 거의 없었다.
* 용접부와 모재 사이에 용융 금속이 채워지지 않은 작은 틈을 볼 수 있었다.
* 모재부분의 조직은 미세한 것에 반에 용접부는 조대한 주조 조직을 볼 수 있었다.
1. 용접부의 주상 조직 (200배)
5. 검토 및 고찰
이번 용접 시험편의 조직 관찰로 책으로만 비교했던 용접부의 조직을 직접 관찰 할 수 있었다. 용접부가 열 영향을 얼마나 많이 받았는지 또 얼마나 빨리 냉각되었는지에 따라 조직의 크기가 변화하는 것을 한눈에 볼 수 있었다.
아직은 조직 사진을 보고 정확한 판단을 내리기는 어렵지만 나름대로 이론적 수업을 이해하는데 도움이 되었다고 생각한다.
하나 의문점이 있다면 탄소강 시험편의 경도 측정에서 용접부가 더 크게 나온 것은 이해하겠지만 알루미늄 시험편에서 용접부의 경도가 더 작게 나온 것은 잘 이해가 되지 않는다.
6. 참고 서적
1. 최신용접공학 - 김영식 (P.110～144)
2. 용접공학 - 엄기원,이원평 (P.325～350)
3. 재료시험 및 공정실습 - 금속재료공학교재연구회 (P.88～120)
4. 금속 현미경 조직학 - 김정근, 김기영, 박해웅 (P.689, 709)

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용접공학,   용접열영향부,   미세조직관찰