A Study on Weldability of Cryogenic High Manganese Steel Welded Joints by Laser-Arc Hybrid Welding

Abstract

환경오염 및 지구 온난화 문제가 대두되면서 국제해사기구 (International Maritime Organization, IMO)는 선박 배출가스에 대한 기준을 강화하였으며 이러한 이유로 기존의 연료보다 적은 오염물질을 배출하는 천연 가스를 연료로 하는 선박의 수요가 증가하고 있다. 하지만 천연 가스는 안정적인 이송을 위해 극저온에서의 액화 상태로 저장 되어야 하며 이러한 극저온 상태의 액화천연가스 (Liquefied Natural Gas, LNG)를 저장하기 위한 탱크 제조기술에 대하여 많은 연구가 진행 중에 있다. LNG 저장 탱크는 일반적으로 극저온 환경에서 안정적인 성질을 갖는 니켈(Ni)이 상당량 포함된 강재를 주로 사용하고 있으나, 니켈 수요 급증에 따른 가격 상승으로 인하여 LNG 저장 탱크 제조공정 비용도 동반 상승되고있다. 본 연구는 극저온용 강재 중 경제성이 유리한 고망간강에 대하여 잠호 용접 (Sub-merged arc welding, SAW)과 레이저 아크 하이브리드 (Laser arc Hybrid welding, LAHW)용접의 특징을 비교하였다. SAW용접은 용입이 얕아 결과적으로 다층의 용접 패스가 필요하였으며, 이는 용접 생산성을 낮추는 요인으로 작용 할 것으로 판단된다. 이에 비해 LAHW용접은 SAW에 비해 2배 이상의 용접속도와 깊은 용입을 실험을 통해 확인할 수 있었으며, 기계적 특성으로는 SAW용접부 대비 10% 이상의 인장 강도 값과 극저온 상태의 용융선 근접부에서 2배 이상 높은 충격에너지 값이 도출되었다. 또한, 용접부 단면의 미세조직에서는 균열과 기공과 같은 결함이 발견되지 않았으며, 파단면 분석 결과 소성변형에 따르는 연성파괴 현상이 주도적으로 나타났다. 이러한 용접성 평가와 특성을 비교한 결과, LAHW용접은 SAW와 비교했을 때 용접부의 품질 역시 우수한 것을 확인 할 수 있었다. LAHW에 대한 특성 연구와 더불어 기존의 비파괴 검사방법을 대체한 디지털 방사선투과검사 (Digital Radiographic Test, DRT), 와전류 탐상검사 (Eddy Current Array, ECA)기술의 적용에 대한 연구도 함께 수행하였으며, 이러한 기술을 접목한 신규 공정 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과, 전통적인 제작 공정에 비해 전체 공정 기간을 절반 이상으로 축소 가능함을 시뮬레이션 결과를 통해 확인 할 수 있었다.