주물의 보수용접, 주물 보수 방법, 스터드법, 비녀장법, 버터링법, 로킹법, 용접 보수

<기출> 

• 금속 22-1-10주강과 비교하여 주철의 보수용접 시 예열이 필요한 이유를 설명하시오.
• 금속 17-1-10 주철의 보수용접방법 4가지를 설명하시오 

 

1. 개요

 

1) 주철(Cast Iron)의 정의

2.11% 이상의 탄소를 함유하는 철의 합금
단단하기는 하나 부러지기 쉽고, 강철에 비해 쉽게 녹이 발생함
주조하기가 쉬워 공업용 재료로 널리 사용됨 

 

2) 주물 보수 방법의 종류

• 용접에 의한 보수
  • 스터드법
  • 비녀장법
  • 버터링법
  • 로킹법
• 충전재에 의한 보수
• 침투법에 의한 보수
• 메탈라이징에 의한 보수
• 납땜에 의한 보수
• 기계적 보수 방법 

 

2. 주물 보수 방법의 구분

 

1) 용접에 의한 보수 

주물의 보수 용접은 결함 보수 외에 열응력에 의한 변형, 균열, 재질의 변화, 왜곡 등을 초래하면 안됨
또한, 응력의 집중, 습동부의 접촉 유무를 고려해 가장 적합한 용접법을 선택

주철은 기본적으로 용접성이 나쁘고 용접하기가 어려운 금속임
 

(1) 주철 용접성이 나쁜 이유

• 주철 중 탄소는 용접시 산화 (CO가스 형성) → 용착금속에 기공 형성 (blow hole)
• 용접부 부근 모재는 급냉되어 백선화되어 절삭가공이 어렵게 됨 (시멘타이트 형성) 
  또한 백선화되면 용접부와 모재부에 수축이 발생하게 되어 큰 잔류응력이 발생 → 경화된 백선에 균열이 쉽게 발생
• 주철은 형상적으로 복잡한 것이 많아, 주조 잔류응력이 용접 예열시 or 용접작업시 균열상을 나타냄 
• 주철은 연성이 적어 잔류응력과 용접에 의한 구속 응력이 응력 집중부에 복합적으로 작용하여 균열이 쉽게 작용
• 용접 금속 중에 주철 모재로부터 C, Si, S, P 등의 유해 원소가 용입되어 경도를 높이고 연성 및 인성을 저해하여 균열이 쉽게 발생하며, 절삭 가공을 어렵게 함 

(2) 용접 보수 방법 구분

모재 전체를 500 ~ 600도의 고온에서 예열 및 후열을 할 수 있는 설비가 필요 
용접봉 : 주철 용접봉, 연강 용접봉, 고니켈합금용접봉 등이 사용

① 스터드법

직경 6 ~ 9mm 정도의 스터드 볼트 (연강이나 고장력강 볼트)를 용접홈의 경사면에 박은 다음 이것과 함께 용접

용접 경계부의 바로 밑부분 모재가 갈라지는 결함 방지

 

② 비녀장법

균열의 보수와 같이 가늘고 긴 용접을 할 때 용접선에 직각이 되게 꺽쇠모양으로 직경 6 ~ 10mm 정도의 강봉을 박고 용

 

③ 버터링법

빵에 버터를 바르듯 모재와 융합이 잘 되는 용접봉(주로 연강봉 사용)으로 적당히 용착시킨 후, 고장력강 용접봉이나 연강과 융합이 잘되는 모넬메탈 용접봉으로 용접

 

④ 로킹법 

스터드 볼트 대신 용접부 바닥면에 둥근 홈을 파고 이부분에 걸쳐 힘을 받도록 하여 용접하는 방법 

주물의 용접방법 구분, HRD

(3) 용접에서 주의해야 할 점 

• 모재금속과 이음금속의 균일한 강도
• 용접부에 가스, 슬래그 혼입의 배제 
• 용접부와 모재에서의 균열 배제 
• 균열 보수시 균열 끝에 정지 구명 생성 
• 큰 물건이나 두께가 다르거나 모양이 복잡한 형상은 예열과 후열 후 서냉되도록 함 

(4) 보수 용접시 예열이 필요한 이유

• 주철은 형상적으로 복잡한 것이 많아, 주조 잔류응력이 ↑  →   용접 예열시 or 용접작업시 균열상을 나타냄 
• 주철은 흑연이 존재하여 강재보다 무름  → 용접시 국부가열에 의한 급열로 유리탄소의 시멘타이트화로 경계부 경화 
   → 결함을 방지하기 위해 주철주물 용접시 충분히 예열이 필요 
• 용접 완료 후에도 서서히 냉각하여 급냉 경화를 막아 흑연화를 충분히 이루어져야 양호한 용접부를 만듬 
  (+ 용접열로 인한 내부응력 제거 필요) 

강주물 결함보수 : 금속아크용접법
비철합금주물의 결함보수 : 대부분 가스용접으로 보수 

 

2) 충전재에 의한 보수 

각종 충전재나 페으스트로 보수 
결함장소에 경화되어 주물 내에 남을 수 있는 특수소재를 메꾸어 넣는일 

손쉽게 주물결함을 보수할 수 있음 

(1) 충진재 구비 조건

• 조제가 간단
• 경화 후 기계적 성질과 화학적 내성이 충분해야함 
• 주물과 결합성이 양호해야함 

3) 침투법(Impregnation)에 의한 보수

주물을 청정 → 120 ~ 140도 건조로에서 건조 → 베이클라이트 수지를 주물의 결함부분에 가압주입 (휘발성 물질 제거 후) → 이후 주물을 3 ~ 4시간 공기건조 후 80 ~ 100도로 2시간 가열 → 이후 160~180도로 높여서 2차 가열 → 그 후 30 ~ 35도까지 노냉 

(1) 침투제

• 베이클라이트락카
• 암모니아용액 4 ~ 5%
• 염화철수용액
• 규산나트륨수용액 10%
• 에폭시 접착제 등 

 

4) 메탈라이징에 의한 보수 

다공질, 기포 등 주물의 표면결함 보수에 사용 
전기아크로 용해된 미세한 금속의 용적이 압축공기에 의해서 주물의 결함 장소에 분사 
이것이 결함의 공간을 메우고 주물 모재 금속과 강하게 결합 

주철 주물의 메탈라이징, HRD

 

5) 납땜에 의한 보수

피접착금속 (모재)보다 용융온도가 낮은 금속을 용융해서 접착시키는 방법
열영향이 적고(장점), 모재 대비 기계적 강도가 낮고 이종금속이라 색채가 달라 눈에 띄는 것(단점)이 특징 

(1) 땜용접 재료 (융점 450도 이하 연납땜, 융점 450도 이상의 땜 경납땜)

• 주석
• 납 
• 아연
• 은
• 강

6) 기계적 보수 방법  

물이나 기름 등이 새어 나와 용접이나 납땜 보수가 불가능할때 구멍을 뚫고 나사 구멍을 내어 나사를 끼워맞추는 보수용접. 구멍을 확대가공하여 규정치수의 슬리브를 압입하기도 함