1.25Cr-0.5Mo 용접봉으로 용접한 피스톤 크라운 주강 용접부위의 특성평가

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 등으로 인해 실린더헤드의 소손과 균열 발생 등이 야기되고 있다. 더욱이 연소실을 구성하는 주요한 요소인 피스톤 상부는 표면 온도가 제일 높은 분위기속에서 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 특성과 부식 등에 관한 연구도 많이 발표되고 있다. 그리고 상기한 부품들의 수명연장을 위한 보수용접에 대해서도 다양한 용접방법이 사용되어지고 있다. 그러나 이들 용접방법에 따라 보수 용접을 하였을 경우 모재와 용접금속의 기계적 성질과 내식성 비교 평가 등에 대한 연구결과는 거의 없는 실정이다.

본 연구에서는 피스톤 크라운을 주강으로 제작한 경우, 실제 주강의 한 부분을 모재로 하고 여기에 1.25Cr-0.5Mo의 용접봉으로 피복아크용접(SMAW: Shielded Metal Arc Welding)을 하였을 경우 모재와 열영향부 및 용접금속의 내식성 비교 평가를 전기화학적인 측면에서 비교 고찰하였다. 따라서 본 연구의 결과는 피스톤 주강제품을 1.25Cr-0.5Mo의 용접봉으로 피복아크용접(SMAW: Shielded Metal Arc Welding)을 하였을 경우 각 용접부위에 대한 기계적 및 내식성의 차이와 특성을 비교 고찰함으로써 최적의 용접재료의 사용 가능성에 대한 참고자료를 제공하는데 그 의미가 클 것으로 사료된다. 뿐만 아니라 항해 중인 선박에서 불가피하게 보수용접을 할 경우 연강용접봉을 사용하는 경우가 있는데 본 연구에서는 1.25Cr-0.5Mo 용접봉과 몇 종류의 연강용접봉에 대한 기계적 및 내식 특성의 결과와 비교 고찰하여 보았다. 그러므로 1.25Cr-0.5Mo의 용접봉과 연강용접봉의 기계적 및 내식특성의 비교는 향후 보수용접에 대한 유익한 참고자료를 제공해 줄 것으로 기대된다.

Recently a fuel oil of the diesel engine for the marine ship is being changed with heavy oil of low quality as the oil price is higher more and more. Therefore the wear and corrosion in all parts of the engine such as cylinder liner, piston crown, spindle and seat ring of exhaust valves are predominantly increased with using of heavy oil of low quality. In particular the degree of wear and corrosion of piston crown is more seriously compared to the other parts of the engine due to operating in severe environment such as the high temperature of exhaust gas and repeating impact. Thus the repair weldment of the piston crown is a unique method to prolong the its life in a economical point of view.

By the way, their parts on the ships job site is often being actually welded with electrodes of mild steel. However, in the case welded with the electrode of mild steel, the mechanical property and corrosion resistance of welding zone would be worse than other electrode.

In this study, the cast steel material for piston crown as a base metal was welded with 1.25Cr-0.5Mo electrode. And each welding zone, that is, the mechanical and corrosion characteristics of base metal(BM), heat affected zone(HAZ) and weld metal(WM) were investigated using such as measuring of Vickers hardness, corrosion potential, polarization curve, cyclic voltammogram and impedance in 35% H2SO4 solution. And the morphology of corroded surface was also observed by micro photograph. The base metal zone exhibited higher value of hardness compared to the heat affected and weld metal zones. The corrosion potential of the base metal indicated a lower value than those of heat affected and weld metal zones, however, the corrosion resistance of the base metal zone was better compared to heat affected and weld metal. Consequently, it is considered that the lower corrosion potential, the lower hardness, the corrosion resistance is to become better more and more. Furthermore, in the case welded by 1.25Cr-0.5Mo electrode to the cast steel material for piston crown, we can see that their mechanical properties and corrosion resistance in the welding zones were significantly to be better compared to the case welded by the electrode with mild steel.