용접시 가스의 영향(산소, 수소, 질소)

1 가스와 금속반응

 1) 가스의 금속반응 개요

   - 아크의 분위기는 대체로 피복제에서 발생한 가스로 구성되나, 대기중에서 침입한 산소나 질소가 추가된다.

   - 저수소계 이외의 용접봉은 대체로 수소와 수증기를 많이 포함하게 되므로 이들 가스의 영향성에 대한 사전 대응이 필요하다.

 2) 가스의 영향

   - 변형시효 발생

   - 저온취성 : 산소나 질소에 의해 영향을 받음

   - 석출경화

   - 풀림취성

 

2 각종 가스의 영향성

 1) 수소

   - 수소는 원자 반경이 작아서 격자내 자유로이 확산하는 특성이 있다.

   - 상온에서 쉽게 이동하는 확산성 수소와 저온에서는 활동성이 낮은 비확산성 수소가 있다.

   - 수소는 분자상으로 결정입계에 존재하거나 격자 내 원자로 존재한다.

   - 수소가 함유될 시 기공, 은점, 선상조직, 균열의 원인으로 작용한다.

   - 수소에 의한 결함의 종류

     * 수소취성 : 수소를 내포한 재료가 취성을 가지는 현상.

     * 비드 밑 균열 : 용접비드 밑 열영향부에 수소가 확산된 경우 발생하는 균열로, 내부응력과 상호작용에 의해 발생.

     * 헤어크랙 : 비금속 개재물 또는 결정립계의 미소균열에 의해 수소가 집적한 경우 균열을 증폭하는 것.

     * 은점 : 용접부 파단면에 물고기 눈모양의 점이며, 용접금속내의 공공에 의해 발생한다.

     * 선상조직 : 용착금속 파면에 서릿발 모양의 미세한 주상정립을 뜻함. 비금속 개재물 또는 기공을 포함한 조직.

   - 용접금속에 공급되는 수소원은 피복제 중 유기물, 전분, 수분, 모재표면의 수분등이며 대기중의 수분에 의해서도 발생된다.

 2) 질소

   - 질소의 대부분은 공기에서 유입되며, 아크에 의한 질소 분자의 해리 영향으로 발생된다.

   - 질소는 불활성가스에 가까우나 해리되어 분자가 원자상이 될 경우 활성이 큰 가스가 된다.

   - 질소는 원자반경이 커서 잘 확산되지 않고, 대다수의 질소는 침상 또는 질화물로 석출되나 급랭하면 철의 결정격자에 과포화되어 마르텐사이트 조직이 된다.

   - V, Cr은 용융금속 내 질소 함유량을 증가시키고 C, Si 는 감소시킨다.(분자 사이즈의 영향)

 3) 산소

   - 용접시 공기중의 산소가 해리되어 유입되거나, 피복재의 산화물 또는 모재 / 용접봉의 수분에 의해 발생된다.

   - 산소는 원자반경이 커서 철 내 결정격자를 자유로이 움직이지 못하여 고용시 외부로 확산되어 배출되지 못하고 응고시 과포화된 상태로 잔류된다.

   - 강중의 탄소와 반응하여 CO 가스를 만들어 기공의 원인이 된다. 

   - 강에 대한 용해도는 매우 작아서 1350℃ 에서 0.002%의 산소만 용해한다.