제7장 고압장치 (표면경화법/강의 5대 원소/용접 및 비파괴검사) (4)

 안녕하세요. 여러분, 미루고 미뤄왔던 가스기사에 대한 포스팅을 시작하려고 합니다. 이제 긴 호흡으로 주욱 달려볼 텐데요. 가스기사를 공부하며 수험서만 가지고는 부족함을 느꼈습니다. 그래서 수험서에  고법, 도법, 액법의 3가지 법령과 특히, KGS Code를 곁들이는 방법을 추천드립니다.

 먼저, 가스기사 필기 5과목 중 '가스설비'  과목을 알아보겠는데요.  '가스설비'는 실기시험에서도 그 출제 비중이 높아 60점만 넘는다는 생각은 지양하고, 가능한 최고 득점을 목표로 공부하는 것을 추천드립니다.

 아울러 가스기사 시험 자체가 암기량이 아주 많은 시험이라 자주 보고 또 보고 해야하는데, 대중교통을 이용할 때 등 잠깐 잠깐 시간이 되실 때 가볍게 활용하기 좋은 포스팅으로 생각해주시면 감사하겠습니다. 꼭 암기해야 하는 부분과 제가 만든 암기법이나 재야에 떠돌고 있는 필살 암기법을 종종 넣을 예정이니, 합격하시는데 조금이나마 보탬이 되었으면 좋겠습니다. 자! 시작하겠습니다.

 

(7) 표면경화(Surface Hardening)

• 정의: 동력전달장치인 축이나 기어, 클러치, 캠, 스핀들 등은 충격에 대해 강인한 성질과 내마모성을 가지고 있어야 하고, 베어링 접촉부 또한 마모를 견딜 수 있어야 하는데 강의 일정한 부분을 두께의 표면만을 단단하게 하고 내부는 강인한 성질(인성)을  갖도록 열처리를 해야 하는데 이것을 표면경화라고 한다.

(7-1) 표면경화_ 침탄법(Carburizing)

• 정의:저탄소강 표면에 탄소(C, Carbon)를 침입시킨 다음 담금질 처리를 함으로써 표면층만 경화되어 내마모성이 큰 표면층과 인성이 큰 중심부를 얻게 되는 방법을 말한다. 종류는 고체, 액체, 기체 침탄법이 있다.

(7-2) 표면열처리_ 질화법(Nitriding)

• 정의:  500℃ 정도에서 암모니아는 분해하여 질소가 강 중에 함유된 다른 원소와 강하게 반응하여 질화물을 만들면서 강으로 침투되는 것을 이용한 것이다.  가스 침탄법보다 새로운 방법으로 질화 경화층은 침탄층보다 경하고(Hc 1000~1200 정도) 내마모성, 열적 안정성, 내식성 등이 우수하다. 

(7-3) 표면열처리_금속 침투법

• 정의: 금속을 침투시켜서 겉표면에 합금층을 만드는 것
• 종류(아래 투입되는 원소에 따른 열처리 네이밍이 중요하지, 투입에 따른 효과는 중요하지도 않고 시험에도 나오지 않는다. 투입에 따른 효과는 내식성이 증대되고 내열성이 증가하는 등 대동소이하다.)
  • 칼로나이징(Calorizing): 알루미늄(Al)
  • 보로나이징(Boronizing): 붕소(B)
  • 크로마이징(Chromizing): 크롬(Cr)
  • 실리코나이징(Siliconizing): 규소(Si)
  • 세라다이징(Sheradizing): 아연(Zn)

※ 암기법: ABC(Al,B,Cr) > '칼보크 실세'

 

(8) 강의 5대 원소

• 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S)을 강의 5대 원소라 하며 이들 합급원소들은 강의 성질을 개선시키기도 하지만, 강의 성질을 해치는 것도 있습니다.
• 철강 내 불순물의 영향
  
  • 탄소(C): 탄소는 철의 성질 중 강도를 높이는 데 가장 효과적인 원소입니다. 함유량이 증가하면 인장강도와 항복점은 증가하고, 연신율과 충격치는 감소한다. 탄소 함유량이 0.9% 이상이 되면 반대로 인장강도, 항복점은 감소하여 취성이 증가한다. 구조용 강재를 제조할 때 탄소의 함량은 보통 아공석강 범위인 0.1~0.23%이다.
  • 규소(Si): 규소는 선철에서 산소를 제거할 목적으로 첨가하는 과정에서 유입됩니다. 유동성을 좋게 하나 단접성, 냉간 가공성을 나쁘게 한다.
  • 망간(Mn):  망간은 선철에서 산소를 제거할 목적으로 첨가하는 탈산제인 페로망간으로 부터 기인됩니다. 첨가할 경우 강 중에 함유된 황(S)과 결합하여 MnS를 형성하는데, 이것은 연성이 있어 강에 긍정적인 영향을 미친다. 망간을 첨가할 경우 강의 강도, 경도, 인성을 증대시키며, 적열취성의 발생원인인 황과 결합 및 제거하여 적열취성이 방지된다.
  • 황(S): 황은 적당히 첨가될 경우 강의 절삭성(=피삭성)을 좋게하나, 강중에 망간이 충분치 않을 경우 FeS를 형성하게 되는데, FeS는 매우 취약하고 용융점이 낮기 때문에 열간 및 냉간 가공 시에 균열을 일으킨다. 따라서 FeS 형성을 피하기 위해 망간과 황의 비는 5:1로 하고 있으나, 과도할 시 고온에서 가공할 때 깨지는 적열취성(Red shortness, 고온취성)의 원인이 된다. FeS는 융점이 낮아서 1000℃이하에서 용융으로 인한 슬립을 만들어 열간가공을 해친다 이것을 적열취성이라 한다. (암기법: 유황온천을 생각합시다. 유황온천은 뜨겁잖아요 ? 저온이냐 고온이냐.. 고온이니 고온 또는 적열취성 연상)
  • 인(P): 인은 적당히 첨가될 경우 유동성을 개선하여 주조성을 좋게하는데, 과도하게 첨가될 경우 보통 Fe3P(인화철)의 해로운 화합물을 형성한다. Fe3P는 극히 취약하고, 편석되어 있어서 풀림(Annealing) 처리를 해도 균질화되지 않고, 단조, 압연 등 가공 시 길게 늘어난다. 작은 충격에도 부서지는 단점이 있는데 이것을 저온취성(Cold shortness, 상온취성)이라고 한다.
• 동 및 동합금
  • 동(Copper): 전성, 연성이 풍부하고 가공성 및 내식성이 우수해 고압장치의 재료로 사용된다.
  • 황동(Brass): 동(Cu)과 아연(Zn)의 합금으로 동에 비하여 주조성, 가공성 및 내식성이 우수하며 청동에 비하여 가격이 저렴하다. 아연의 함유량은 30~40.5%이다. (암기법: 황동은 아연(Zn)인가 주석(Sn)인가? 황동의 황이라는 글자에는 'ㅇ'이 들어가며, 아연의 'ㅇ'과 매치시킨다.)
  • 청동(Bronze): 동(Cu)과 주석(Sn)의 합금으로 황동에 비하여 주조성이 우수하여 주조용 합금으로 많이 쓰이며 내마모성이 우수하고 강도가 크다.(암기법:  청동은 아연(Zn)인가 주석(Sn)인가?  청동의 청에는 'ㅈ'이 들어가며, 주석의 'ㅈ'과 매치시킨다.)

 

(9) 용접 및 비파괴검사

• 용접이음
  • 장점
    1. 이음부 강도가 크고 하자 발생이 적다.
    2. 이음부 관 두께가 일정하므로 유체의 마찰저항이 적다.
    3. 배관 시공시간이 단축된다.
    4. 유지비, 보수비용이 절약된다.
  • 단점
    1. 재질의 변형이 발생하기 쉽다.
    2. 용접부의 변형과 수축이 발생한다.
    3. 용접부에 잔류응력이 생긴다.
• 비파괴검사(NDT, Non-Destructive Testing): 시험 대상물을 손상, 파괴시키지 않고 내부의 결함 유무와 그 상태 또는 내부구조 등을 조사하는 시험
  • 육안검사(VT: Visual test): 육안으로 보고 확인하는 것
  • 음향검사(AET, Acoustic Emition Test): 간단한 공구를 이용하여 음향에 의해 결함 유무를 판단하는 방법으로 숙련을 요하고 개인차가 심하며, 검사의 결과가 기록되지 않는다.
  • 침투검사(PT: Penetrant test): 표면의 열린 결함(미세한 균열, 작은 구멍, 슬러그 등)을 검출하는 방법으로 침투액이 모세관현상에 의하여 침투하게 한후 현상액을 적용하여 육안으로 식별하는 방법이다. 내부 결함을 검지하지 못하지만, 거의 모든 재료에 적용이 가능하고, 현장 적용이 용이하고 제품의 크기 형상 등에 크게 제한 받지 않으며 장비 및 방법이 단순하다는 장점이 있다.
  출처: https://www.youtube.com/watch?v=0IQ36qNpybA&list=PLVKTmPcw14ZmaiR1U26R7VAg3slB5l-K2
  
  
  
  • 자기검사(MT: Magnetic test): 자분검사라고도 하며 피검사물을 자화시키면 불연속부에 누설자속이 형성되며 이 부위에 자분을 도표하면 자분이 집속되어 육안으로 검지할 수 없는 결함(균열, 손상, 개재물, 편석, 블로홀 등)을 검지할 수 있다. 비자성체는 검사를 하지 못하며 전원이 필요하다.

출처: https://www.youtube.com/watch?v=_zMVTAHkYxE

 

• 방사선투과검사(RT: Rediographic test): 항공기 탑승전 X선 사진을 찍어 열지않고 내부의 물건을 볼 수 있는 원리와 같다. 내부 결함이 있는 피검사물 뒤에 필름을 대고 전방에서 방사선을 투과할 경우 투과 방사선 양이 달라져서 필름에 흡집이 있는 부분은 방사선 투과량이 많아져 필름에는 비교적 검게 나타납니다. RT는 검사 결과의 영구적인 기록이 가능하고, 모든 종류의 재료에 적용가능하며, 표면결함 뿐 아니라 내부결함도 검출가능하다. 하지만, 장치의 가격이 고가이고, 검사 시 방호에 주의하여야 하며 고온부, 두께가 큰 곳은 부적당하며 선에 평행한 크랙은 검출이 불가능하다.

출처: https://www.youtube.com/watch?v=8Y3_Mc5sgm4

 

• 초음파검사(UT, Ultrasonic Test): 초음파를 피검사물의 내부에 침입시켜 반사파(펄스 반사법, 공진법)를 이용하여 내부의 결함과 불균일층의 존재 여부를 검사하는 방법이다. 결함의 위치 및 크기를 추정가능하고, 표면 및 내부결함 탐상이 가능하고, 자동하가 가능하다.
• 와류검사: 교류 자계 중에 도체를 놓으면 도체에는 자계변화를 방해하는 와전류가 흐르는 것을 이용한 것으로 내부나 표면의 손상 등으로 도체의 단면적이 변화하면 도체를 흐르는 와전류의 양이 변하므로 이 와전류를 측정하여 검사한다. 동 합금, 18-8STS의 부식 검사에 이용한다.