피스톤 크라운 주강의 용접부 특성에 미치는 인코넬 718 용접봉의 평가

Abstract

세계적인 유가의 상승으로 연료비가 앙등함에 따라 C 중유를 사용하는 대형 선박 디젤기관 연료는 더욱 저질화 되어 연료자체의 비중은 물론 불순물의 함량 또한 증가 되었다. 그리고 이러한 조건에서 운전하는 디젤기관의 경우 저질 중유의 사용으로 인한 실린더라이너와 피스톤 크라운의 링 홈의 마멸 증대 및 중유 중에 함유되어 있는 바나듐(V)과 유황(S)에 의한 고온부식과 저온부식 등[1]으로 인해 실린더헤드의 소손과 균열 발생 등이 야기되고 있다. 더욱이 연소실을 구성하는 주요한 요소인 피스톤 상부는 표면 온도가 제일 높은 분위기 속에서 작동되며 또한 연소폭발에 의한 강한 반복 충격을 받고 있는 동시에 연소 가스를 끊임없이 배출한다. 뿐만 아니라 피스톤 크라운 역시 피스톤의 끊임없는 반복운동으로 피스톤 크라운의 부식으로 인한 마멸은 피할 수 없는 상황이다. 피스톤 크라운은 고온 하에서의 반복 충격과 압력으로 인한 물리적인 마멸과 전기화학적 부식으로 인한 부식생성물의 연소에 의한 마멸량이 증대 되고 있다. 따라서 전술한 실린더 헤드, 피스톤 크라운 및 배기 밸브의 손상부분은 보수용접을 통하여 재사용함으로써 수명연장에 따른 경제적인 효과를 얻고 있다.

이처럼 손상된 피스톤 크라운의 보수용접 뿐만 아니라 일반적으로 강구조물의 제작에는 여러 가지 용접법이 사용되고 있다. 따라서 지금까지 선박과 관련된 강구조물의 제작을 용접으로 할 경우, 이런 구조물의 용접부에 대한 기계적 특성[2]-[9]과 부식 등[10]-[15]에 관한 연구도 많이 발표되고 있다. 그리고 상기한 부품들의 수명연장을 위한 보수용접에 대해서도 다양한 용접방법이 사용되어지고 있다.

그러나 이들 용접방법에 따라 보수 용접을 하였을 경우 모재부와 용접금속부의 기계적 성질과 내식성 비교 평가 등에 대한 연구결과는 거의 없는 실정이다.

본 연구에서는 제 1단계로 피스톤 크라운을 주강으로 제작한 경우, 실제 주강의 한 부분을 모재로 하고 인위적으로 모재부에 판 후에 여기에 Inconel 718의 용접봉으로 불활성아크용접(GTAW: Gas Tungsten Arc Welding)으로 보수용접을 하였을 경우 모재와 열영향부 및 용접금속의 기계적 내식성 비교 평가를 전기화학적인 측면에서 비교 고찰하였다. 그리고 제 2단계로 피스톤 크라운용 주강을 모재부로 하고 여기에 인위적으로 홈을 판 후에 용접을 한 경우의 용접금속부와 모재부의 평탄한 면에 덧살 용접을 한 경우의 용착금속부에 대한 기계적 내식성 비교 평가를 고찰하였다.

마지막으로 제 3단계에서는 전술한 피스톤 크라운 용 주강의 평탄한 모재부에 덧살용접을 하였을 경우 용착금속부의 덧살 높이에 따른 특성평가를 비교고찰 하였다. 따라서 본 연구의 결과는 피스톤 주강제품을 Inconel 718의 용접봉으로 불활성아크용접(GTAW: Gas Tungsten Arc Welding)으로 보수용접을 하였을 경우 전술한 각 용접부위에 대한 기계적 및 내식성의 차이와 특성을 비교 고찰함으로써 최적의 용접재료의 사용 가능성과 또한 덧살용접시에 덧살용착부의 최적의 피복두께에 대한 참고자료를 제공하는데 그 의미가 클 것으로 사료된다.