고속용접 된 시험편의 비드 폭 변화를 측정하였고, 공정조건에 따라 변화 되는 비드폭에 대하여 Fig 22 에 나타내었다. 용접 전류와 용접속도가 가장 낮은 1 번 조건에서 약 1.2 mm 로 가장 크게 나타났으며, 용접 전류와 용접속도가 가장 높은 6 번 조건에서 약 0.7 mm 로 가장 작게 나타났다. 전체적으로 용접 전류와 용접 속도가 증가함에 따라 용접 비드 폭이 선형적으로 감소하는 경향을 나타내었다.
Fig. 22 Variation of weld bead width according to process conditions 0
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
1 2 3 4 5 6
,용접비드폭(mm)
Coupon No.
4.2 비파괴 검사 평가
고속 GTAW 공정조건에 따라 용접 된 시험편에 대하여 육안 검사 후 비파괴 검사(방사선 투과 시험, RT)를 ASME Section V 에 의거하여 실시하였고, ASME Section I PW-51 에 따라 방사선 투과시험 필름을 판독하였으며, 방사선 투과시험 사진 농도는 최소 2.0 으로 Fig 23, 24 과 같이 나타내였다. 방사선 투과시험 필름 판독 결과 Back bead weld condition 은 양호 한 결과를 가졌으며, 시험편 용접부 내부에 기공, 슬래그 혼입, 텅스텐 혼입, 용입 부족, Crack 등 과 같은 불합격 지시는 나타나지 않아 용접 전류 와 용접 속도가 증가함에 따라 용접부 품질 신뢰성은 확보 할수 있음을 나타내고 있으나, 용접 속도가 가장 빠른 조건으로 용접 된 Peak current 160 (A)에 Welding Rate 130(cm / min)인 3 번 조건 과 Peak current 170 (A)에 Welding Rate 140(cm / min)인 6 번 조건에서 Lack of Fusion(융합 불량)의 결함이 검출 되어 방사선 투과시험 필름상에 결함이 없는 용접금속과의 농도차이로 인하여 검정색 지시로 표시 되어 있다. 이와 같은 현상은 매우 빠른 용접 속도에 비해 이미 용접 된 비드 위에 용접봉을 용융시켜 비드와 비드간의 융착을 시키는 역할을 하는 용접 전류가 매우 빠른 속도로 인해 일부 구간에 대하여 충분히 녹이지 못한 상태에서 접합이 완료 되었기 때문이라고 판단 된다.
Fig. 23 Radiography Test Film for Coupons welded at Peak Current 160A (1) Welding Speed 90 cm/min, (2) Welding Speed 110 cm/min,
(3) Welding Speed 110 cm/min
1
1
2
2
3
3
융합불량
Fig. 24 Radiography Test Film for Coupons welded at Peak Current 170A (4) Welding Speed 100 cm/min, (5) Welding Speed 120 cm/min,
(6) Welding Speed 140 cm/min
4
4
5
5
6
6
용입불량
용입불량
4.3 인장 강도 특성
고속 GTAW 공정조건에 따라 용접 된 시험편에 대하여 인장 시편으로 가공 후 인장 시험을 실시한 결과 값에 대하여 Fig. 25 에 나타내었다. 모재의 경우 용접을 실시 하지 않아 열화 되지 않았으므로 전체적으로 변형이 일어나면서 용접 된 시편에 비해 다소 낮은 인장강도와 항복강도를 가졌으나, 우수한 연신율을 나타내고 있다. SA 209M Gr. T1a 에 대한 인장 강도, 항복강도, 연신율은 각각 480 MPa, 282 MPa, 과 37%의 기계적 성질을 나타내었다. 고속 GTAW 경우, 5 번 조건(Peak current 170A, Welding Speed Rate 120 cm/min)에서 594 MPa 로 가장 높은 인장강도 값을 나타내었고, 1 번 조건(Peak current 160A, Welding Speed Rate 90 cm/min)에서 553 MPa 로 가장 낮은 인장강도 값을 나타내었다. 하지만, 3 번 조건에서 인장강도 591 MPa 로 최대 인장강도(5 번 조건)와 유사한 강성을 지녔다. 인장시험결과에 따른 인장시험편의 파단면을 Fig. 26 에 나타내었다. 고속 GTAW 의 인장 시편 파단면을 볼 때, 파단 부분에서 necking 이 발생을 확인할 수 있으며, 파단면 입계파단 형태임을 확인 할 수 있었다. 이로써 연성파괴(Ductile fracture) 양상으로 보였다.
Fig. 25 Mechanical properties for welded SA 209M Gr. T1a
Fig. 26 Tenslie test result (visual shape)
1 2
3
4
5
6
4.4 경도 특성
고속 GTAW 공정조건에 따른 용접부의 경도값을 분석하였다. 초기 모재에 대한 경도가 137 ~ 158 Hv 정도 값의 분포를 확인하였다. 시험편에 대한 경도 측정은 경도 시편의 상표면으로부터 1.5 mm 지점에서 용접부로부터 0.5 mm 씩 등간격으로 경도를 측정하였다. Peak current 160 (A) 조건에서 Welding speed 를 90, 110, 130 cm/min 으로 용접 하였을 때, 경도분포는 Fig. 27 에 나타내었다.
Welding speed 조건이 90 cm/min 인 1 번 조건의 용접부 경도 값은 Fig. 27(1)에 보여진 바와 같이 143 ~ 273 Hv 정도를 나타냈으며, 용접부(Weld metal) 와 열 영향부(Heat Affected Zone) 경도 값이 모재 대비 약 70% 증가하는 결과를 보였다. Welding speed 조건이 110 cm/min 인 2 번 조건의 용접부 경도 값은 Fig.
27(2)에 보여낸 바와 같이 143 ~ 281 Hv 로 1 번 조건에 비하여 측정 값이 증가한 결과를 나타내었다. Welding speed 조건이 130 cm/min 인 3 번 조건의 용접부 경도 값은 Fig. 27(3)에 보여진 봐와 같이 144 ~ 303 Hv 로 초기 모재 경도에 비해 약 90% 증가와 1 번 조건에 비해 약 10%증가 한 경도 크기를 나타내었다. 위 결과들을 통해 Welding speed 가 증가 할수록 용접부 폭은 1.2 mm 에서 0.9 mm 로 좁아졌으며, 용접속도 증가에 따라 경도 값이 상승함을 확인 하였다.
Fig. 27 Hardness distribution of specimens welded at Peak Current 160A (1) Welding Speed 90 cm/min, (2) Welding Speed 110 cm/min,
(3) Welding Speed 110 cm/min
50 100 150 200 250 300 350
-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Micro hardness(Hv)
Disdance from center(mm)
계열1
50 100 150 200 250 300 350
-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Micro hardness(Hv)
Disdance from center(mm)
계열1
50 100 150 200 250 300 350
-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Micro hardness(Hv)
Disdance from center(mm)
계열1
1
2
3
BM HAZ WM HAZ BM
BM HAZ WM HAZ BM
BM HAZ WM HAZ BM
Peak current 를 170 (A) 조건에서 Welding speed 를 100, 120, 140 cm/min 으로 용접 하였을 때, 경도분포는 Fig. 28 에 나타내었다. Welding speed 조건이 100 cm/min 인 4 번 조건의 용접부 경도 값은 Fig. 28(1)에 보여진 바와 같이 148 ~ 296 Hv 정도를 나타냈으며, 용접부(Weld metal) 와 열 영향부(Heat Affected Zone) 경도 값이 모재 대비 약 87% 증가하는 결과를 보였다. Welding speed 조건이 120 cm/min 인 5 번 조건의 용접부 경도 값은 Fig. 28(2)에 보여낸 바와 같이 144 ~ 311 Hv 로 4 번 조건에 비하여 측정 값이 증가한 결과를 나타내었다. Welding speed 조건이 140 cm/min 인 6 번 조건의 용접부 경도 값은 Fig. 28(3)에 보여진 봐와 같이 143 ~ 286 Hv 을 나타내었다. 5 번 조건의 경우 초기 모재 경도에 비해 약 96% 와 4 번 조건에 비해 약 5% 증가 한 경도 크기를 나타내었다. 위 결과들을 통해 Welding speed 가 증가 할수록 용접부 폭은 1.1 mm 에서 0.7 mm 로 좁아졌으며, 용접부(Weld metal) 와 열 영향부(Heat Affected Zone)가 열화되어 경도값이 높게 측정 된 것으로 판단된다.
Fig. 28 Hardness distribution of specimens welded at Peak Current 170A (4) Welding Speed 100 cm/min, (5) Welding Speed 120 cm/min,
(6) Welding Speed 140 cm/min
50 100 150 200 250 300 350
-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Micro hardness(Hv)
Disdance from center(mm)
계열1
50 100 150 200 250 300 350
-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Micro hardness(Hv)
Disdance from center(mm)
계열1
50 100 150 200 250 300 350
-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Micro hardness(Hv)
Disdance from center(mm)
계열1
4
5
6
BM HAZ WM HAZ BM
BM HAZ WM HAZ BM
BM HAZ WM HAZ BM