주물의 보수 #1 (용접에 의한 보수, 충전재에 의한 보수)

1. 개요 : 주조품은 주형을 해체해서 후처리를 다 끝내야 제품의 불량 부분을 알 수 있다. 주조품의 불량에 따라 보수를 통해 보완할 수 있으며 경제적으로 유리한 결함 보수법을 선택한다. 특히 용접성이 좋은 주강에서는 중요한 공정 중의 하나다.

 

2. 용접에 의한 보수 

 

   1) 주철 주조품의 보수 : 주철은 용접성이 좋지 않아 용접이 어려운 재질이다. 주철 중의 흑연이 용접시에 산화되어 용착금속에 기공을 만들고, 용접부 부근의 모재는 급냉 되어 백선화 되어 절삭 가공이 어렵게 된다. 또한 주철 주물은 형상이 복잡한 것이 많아 주조 잔류 응력이 존재하므로 용접 예열시 또는 용접 작업시 균열상을 나타내기도 한다. 이러한 결함을 방지하기 위해서는 주철 주물의 가스 용접 보수시에는 충분한 예열이 필요하다. 따라서 주철 용접은 주철의 모양에 따라 최적의 방법을 선택해야 한다. 용접봉으로는 주철 용접봉, 연강 용접봉 및 고니켈 합금 용접봉 등이 사용된다. 

 예열 온도는 주조응력을 감소시키고 용접응력을 흡수할 수 있으며, 모재의 재질을 악화하지 않고 500~600'c에서 실시한다. 예열은 전체예열과 국부예열로 나누며 국부예열시에는 예열 도중 균열발생이나 용접 후 응력집중이 없게 예열부위를 충분히 검토해야 한다. 

 용접을 완료한 주조품은 반드시 후열을 하여 용착금속의 급냉 경화를 막아 흑연화가 충분히 이루어져 양호한 용접부를 만들고 용접 열에 의해 생긴 내부응력을 제거하여야 한다. 후열의 온도는 550'c 정도가 적당하다. 후열의 방법은 용접에 사용한 화염으로 용접부를 서서히 냉각되도록 가열하거나 예열에 사용된 노에서 실시한다. 

주철 주조품의 용접시 주의사항은 모재금속과 이음금속의 균일한 강도를 유지하고, 용접부에서의 가스 슬래그 혼입을 억제하며 용접부와 모재에서의 균열을 억제한다. 

 

   2) 주강 주조품의 보수 : 주강 주조품의 결함 보수에는 금속 아크 용접법이 이용된다. 이때 살붙임 금속은 그 성질이나 조직이 모재 금속과 가깝도록 보수해야 한다. 합금강이나 고탄소강의 결함 보수에 균열이 생기는 경우가 있는데 이를 방지하기 위해서는 다음 사항을 주의해야 한다.

 

      ⓐ 보수해야 하는 결함 장소를 용접 전에 손질을 해야 한다. 

      ⓑ 주물의 내부 응력을 제거해야한다. 

      ⓒ 정해진 가열과 냉각 조건을 잘 지켜야 한다.

      ⓓ 용접용 전극의 선택을 바르게 하여야 한다.

      ⓔ 용접 시에 살붙임 금속의 가스 흡수를 방지해야 한다.

 

주강 주조품의 보수용접은 재질의 성분범위가 넓으므로 용접성의 난이에 따라 예열, 후열, 응력 제거 풀림 등의 처리를 해야 한다. 예열은 용접 전에 100~400'c로 가열하며, 용접 보수 후 고탄소강이나 합금강인 경우 급냉에 의한 경화와 균열을 막기 위해 후열을 가하여 서냉 시켜야 한다.

 

   3) 비철금속 주조품의 보수 : 비철 금속은 대부분 가스 용접으로 보수한다. 황동 주물의 가스 용접에는 분말 또는 페이스트 상태의 용제가 사용되며 용접봉을 용제 속에 넣어 용접 중에 용제를 입히는 경우도 있다. 용접봉으로는 주물과 같은 합금의 주조 봉이 사용되며 용제로서는 배소(roasting)한 붕사가 사용된다. 

 청동 주물에 있어서는 주물과 같은 합금으로 만든 직경 6~8mm의 용접봉을 사용하고 용제는 황동주물의 용접에서 사용한 것과 같은 것을 사용한다. 또 탄소전극에 의한 아크 용접도 이용할 수 있다. 

 알루미늄 합금 주물의 경우는 결함 장소를 청정 탈지한 후 주물 금속과 같은 합금으로 만든 용접봉으로 가스 용접한다. 

 

   4) 용접 후 응력 제거 풀림 : 응력 제거 풀림은 용접품을 노중 가열 또는 국부 가열하여 잔류응력을 제거하는 열처리로서 적당한 온도로 유지한 다음 서랭하는 방법이다. 

잔류 응력이 존재하는 용접품은 그 내부에 인장 응력과 압축 응력이 서로 당기고 있기 때문에 메짐성(물체가 연성을 갖지않고 파괴되는 성질)이 크다. 이것을 적당한 온도로 유지하면 고온 크립 현상으로 소성 변형이 일어나며, 그 결과 대부분의 잔류 응력은 소실 한다. 

 용접품의 잔류 응력 완화는 고온에서의 단시간 크립에 의한 것이므로 응력제거 풀림 온도는 재료의 종류에 따라 다르다. 노 내 풀림은 용접 구조물 전체를 노 속에서 완전히 넣은 상태로 열처리하며 온도 유지 중에는 가열부의 온도차가 50'c를 넘으면 안된다. 대형 용접품은 노 안에 들어가지 못하므로 용접부 만을 가열하여 응력을 제거한다. 이러한 국부 가열 풀림은 용접선의 좌우 양쪽 각각 250mm의 영역 혹은 용접부 두께의 12배 이상의 범위를 가열하여 실행한다. 

 

3. 충전재에 의한 보수 : 기계 가공을 하지 않는 주물 표면에 나타나는 많은 주물 결함은 각종 충전재나 페이스트로 보수할 수 있다. 이것은 결함 장소에 경화되어 주물 내에 남을 수 있는 특수소재를 메꾸어 넣는 방법으로 손쉽게 주물 결함을 보수할 수 있어 주물의 외관을 개선할 수 있다. 

 

※ 충전재의 구비 조건

      ⓐ 조제가 간단해야 하고, 경화 후의 기계적 강도나 화학적 내성이 충분해야 한다. 

      ⓑ 주물 금속과의 결합성이 양호해야 한다.

      ⓒ 충전재의 색은 가능한 주물의 소지 색과 같거나 같게 할 수 있는 것이어야 한다.

      ⓓ 경화된 충전재는 충격을 가해도 주물 금속에서 떨어지지 않아야 한다.

      ⓔ 충전재는 에멀션, 등유 및 기름에 녹지 않아야 한다.