육성용접 (Surfacing), 하드페이싱, 언더하드닝

육성용접이란?

 

<기출 정리> 

• 21-1-3 육성용접 (Surfacing)에 관하여 설명하시오 

1. 육성용접 (Surfacing), 하드페이싱(Hard facing)

 

1) 육성용접(Surfacing, Hard facing), 오버레이용접(Overlay Welding) 정의

 금속 표면에 다른 금속을 융착시키는 것 (Hard facing == Surfacing)
기계류 부품의 마모를 방지하거나, 마모된 부위를 재생시키는 수단으로 사용

Hard Facing은 표면경화 목적으로 실시하는 작업을 총칭하며, 그 중 육성용접이 주요 방법임 
(그 외 플라즈마 코팅, 스프레이 코팅 등이 있음) 

용접봉으로는 합금강, 코발트 기반 합금(스텔라이트 등), 니켈 기반 합금, 텅스텐합금 (텅스텐카바이드 등)이 있음
적용 가능한 모재로는 탄소강 (저 ~ 고), 공구강, 오스테나이트계 스테인리스강,오스테나이트계 망간강, 크롬 스테인리스강, 니켈크롬강, 회주철, 백주철 등 다양한 모재에 적용이 가능함 

 

2) 육성 용접 목적

① 복구, 재생

기계부품이나 금속 구조물의 마모, 침식, 균열 등 손상된 부분을 복구하기 위해 사용
(ex. 부러지거나 크랙이 간 기어 치형 복구) 

기어 치형 육성용접, 네이버 블로그

 

② 강화

금속 부품의 특정 부위를 강화하여 마모와 손상을 줄이고, 수명을 연장

 

③ 표면 특성 향상

금속 표면의 경도, 내마모성, 내열성의 특성을 향상 

 

3) 육성 용접 장점 

• 내부는 값이 저렴한 모재로 빠르게 제작 후, 표면에 요구 기능르 가진 재료를 접합하여 제작이 가능 (제작비용 저렴, 제작시간 빠름) 
• 표면은 경하고, 내부은 인성이 있는 구조물을 만들 수 있음 (표면경화와 동일 목적) 
• 손상된 부분만 부분적으로 유지보수가 가능함 

4) 육성 용접 방법 & 품질 확인 방법 

일반적으로 Stellite 용접봉을 사용함 (stellite 1, 4, 6, 12, 20 등이 있음)
NO.6의 경우, 용접성 및 가공성이 양호하며, 밸브 등의 내마모성 및 내침식성 보강용으로 사용됨 
고온 경도 측면에서 우수하며, Co, Cr, W, Ni 등으로 구성되어있음 

- Stellite 1 : 내마모성, 고온 조건 
- Stellite 4 : 부식 및 침식 조건 
- Stellite 6 : 일부 마모를 허용하는 부식 환경
- Stellite 12 : 내마모성, 고온조건

그 외, WC 용접봉을 사용함 (내마모 / 내열 / 내부식성 / 내구성 / 경도 우수)

용접방법으로 수동용접시 가스용접하거나, TIG/MIG 용접을 주로 하고 그 외 자동용접을 실시함
(WC용접봉은 가스용접 실시) 

용접의 비드 배치 패턴과 순서는 열분포와 잔류응력 분포에 영향을 미치기 때문에 주의해야함 
점(dot), 스트링거(stringer), 연속(continuous) 패턴과 같은 다양한 비드 패턴을 육성용접 중에 적용가능함
ex. 극심한 마모 저항이 요구되는 응용, 예를 들어 모래 슈트에서는 연속 패턴이 필요
ex. 불연속 비드 또는 점 패턴은 낮은 변형이 필요하고 충격 마모가 우세한 경우에 효과적

 비드 패턴 중 진동패턴보다(oscillating pattern) 평행 패턴(parallel bead deposition pattern)이 균일한 재료 및 잔류 응력 분포를 생성할 수 있으며, 이는 균열 형성을 최소화하는 데 도움이 될 수 있음

육성용접 개략도, "A Review on Hardfacing, Process Variables, Challenges, and Future Works"

 

<고려 필요 사항>
① 균열 및 결함
용접 과정에서 발생할 수 있는 균열에는 수축 균열, 취성 균열, 종방향 균열, 수소 유발 냉간 균열 등이 있으며, 이를 방지하기 위해 정확한 공정 설계와 용접 전략이 필요함

② 희석
용접 과정에서 발생하는 희석은 용접 품질에 영향을 미치며, 이를 최소화하기 위한 방법으로 저희석 용접 기술이 활용됨

③ 변형 및 열영향부
고강도 강재의 경우 용접 중 열영향부에서 변형 및 균열이 발생할 수 있으며, 이를 제어하기 위해 예열과 인터패스 온도 제어가 중요

surfacing의 품질을 확인하기 위해서는 강도, 부식, 두께, 부착성, 오버레이 특성 검사를 수행해야함 

육성용접 특성상 표면 응고시 수축하며 모재가 휘는 현상이 있을 수 있기 때문에 적절한 고정을 한 뒤, 잔류응력을 제거하는 행위가 있어야함 

 

육성용접 후 변형 예시, "A Review on Hardfacing, Process Variables, Challenges, and Future Works"

용융금속의 이행 형식, 용접 이행

잔류응력의 영향, 잔류응력 해소법

실드금속아크용접 (SMAW; Shielded Metal Arc Welding), 피복아크용접, 탄소아크용접

불활성가스아크용접 (금속, MIG, GMAW 텅스텐, TIG, GTAW), 불활성가스아크용접 이론

용접 결함의 종류, 오버랩, 언더컷, 용입부족, 융합불량

 

2. 언더하드닝

 

1) 언더하드닝 정의 

고속도강의 열처리 방법 중 하나로 담금질 온도보다 낮은 1200도 이하 온도에서 담금질하는 방법 
냉간 충격 가공용으로 사용시 인성을 높이는 목적으로 사용됨

내열, 내마모성이 중시되는 호브, 바이트 등은 고온에서 담금질해야하며, 인성이 피요한 탭, 펀치, 톱 등은 저온측의 온도에서 담금질하는 것이 좋음 

고속도강(HSS, SKH2,3,51,59...) 열처리, 고속도강, 고속도강 2차 경화 현상, 고속도강 종류