입계 액화 균열 (Grain Boundary Liquation Cracking)

한 줄 정의: 용접 열영향부(HAZ)에서 결정립계에 편석된 저융점 성분이 국부적으로 녹아 액화된 상태에서, 수축 응력에 의해 입계를 따라 갈라지는 균열입니다.

열이 고온부에서 저온부로 이동하는 열전달 개념을 나타냅니다.

쉽게 풀면

용접을 하면 용접부 주변의 금속(열영향부)도 매우 높은 온도까지 가열됩니다. 결정립 경계에는 불순물이나 저융점 원소가 몰려 있는 경우가 많은데, 이 부위는 모재보다 낮은 온도에서도 녹아버릴 수 있습니다. 이렇게 국부적으로 녹은 얇은 액체막이 입계를 따라 형성된 상태에서, 용접 후 냉각 수축으로 응력이 걸리면 그 약한 액체막 부위가 쉽게 갈라집니다. 이것이 입계 액화 균열이며, 고체 상태가 아니라 부분적으로 녹은 상태에서 발생한다는 점이 특징입니다.

왜 중요한가

이 균열은 육안으로 잘 보이지 않는 미세균열로 시작해 부품의 피로수명과 파괴인성을 크게 저하시킬 수 있어, 니켈기 초합금이나 특정 알루미늄 합금 등 열영향부 균열에 민감한 재료의 용접성 평가에서 매우 중요하게 다뤄집니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"Grain boundary liquation cracking in the HAZ was attributed to the segregation of low-melting-point Nb-rich Laves phase along grain boundaries."

열영향부의 입계 액화 균열은 결정립계를 따라 편석된 저융점 Nb 풍부 Laves상 때문이라는 설명입니다.

"The susceptibility to liquation cracking was assessed using the Varestraint test, which measures crack length under controlled augmented strain."

액화 균열 민감도는 통제된 추가 변형 하에서 균열 길이를 측정하는 Varestraint 시험으로 평가되었다는 내용입니다.

조금 더 깊게 보면

입계 액화는 편석된 저융점 상의 국부 용융뿐 아니라 결정립계 이동에 의해서도 촉발될 수 있으며(constitutional liquation), 냉각 과정에서 이 액체막이 완전히 응고되지 못하면 균열로 이어집니다. Varestraint 시험, 열영향부 시뮬레이터(Gleeble)를 이용한 재현 실험, 주사전자현미경을 이용한 파단면 및 균열 경로 관찰 등이 대표적인 분석 방법입니다.

주의할 점

입계 액화 균열은 응고 균열과 발생 위치(전자는 열영향부, 후자는 용접 금속 자체)와 시점이 다르므로 혼동하지 않도록 주의해야 합니다.