한국정밀공학회 2007년도 추계학술대회논문집

수동 육성용접과 레이저 클래딩의 기계적 특성 평가The Evaluation of Mechanical Properties for Manual Overlay Welding and Laser Cladding

김형익1, * #석창성2 , 박홍선3, 이광현4, 구재민5, 양성호6, 김문영7

H. I. Kim1, * #C. S. Seok(seok@skku.edu)2 , H. S. Park3, K. H. Lee4, J. M .Koo5, S. H. Yang6, M. Y. Kim71,3,4 성균관대학교 일반대학원 기계공학과, 2,5성균관대학교 기계공학부, 6,7한전KPS GT정비기술센터

Key words : Gas turbine blade, Ni-base superalloy, GTD111 DS, Rene 80, HIP(Hot Isostatic Processing)

Fig. 1 Effect of aluminum and titanium contents on post-weld heat treatment cracking (modified)5

Ni Cr Co Mo Ti Al CGTD111 DS Bal. 13.6 9.14 1.6 4.9 2.97 0.09

Rene 80 Bal. 13.8 9.30 3.9 5.0 3.00 0.16

Ta W Cb Zr B Hf VGTD111 DS 2.87 3.44

한국정밀공학회 2007년도 추계학술대회논문집

Fig. 2 Fracture surface at 760℃ for Rene 80 powder cladding specimen

Fig. 3 Fracture surface at room temperature for Rene 80 powder claddingspecimen

No. Yield Strength (MPa)Tensile Strength

(MPa) Fracture Location No.Yield Strength

(MPa)Tensile Strength

(MPa) Fracture Location

GTD111 non-HIP-a 872 1,026 Welding Rene80 non-HIP-a 840 1,007 WeldingGTD111 non-HIP-b 936 1,092 Welding Rene80 non-HIP-b 845 1,052 Welding

Average 904.0 1,059.0 - Average 842.5 1,029.5 -GTD111 HIP-a 870 1,098 Welding Rene80 HIP-a 871 1,104 Welding

- - - - Rene80 HIP-b 867 1,057 WeldingAverage 870.0 1,098.0 - Average 869.0 1,080.5 -

Table 2 The tensile test results at 760℃ for GTD111 DS manual overlay welding specimen and Rene 80 powder cladding specimen

수동 육성용접 시편인 ‘GTD111 non-HIP’에 비해 레이저 클래딩 시편인 ‘Rene80 non-HIP'은 항복강도와 인장강도가 다소 낮아졌다. HIP 처리를 한 수동 육성용접 시편인 ‘GTD111 HIP’과 레이저 클래딩 시편의 첫 번째 시편인 ‘Rene80 HIP-a’은 거의 동일한 항복강도와 인장강도를 나타내었으며, ‘Rene80 HIP-b’는 인장강도가 다소 낮게 나타났다.

HIP 처리를 함에 따라 GTD 111 용접봉을 이용한 수동 육성용접 시편과 Rene 80 파우더를 이용한 레이저 클래딩 시편 모두 약 4~5%의 인장강도 증가를 나타내었다.

Fig. 2를 살펴보면, Rene 80 파우더를 이용한 레이저 클래딩 시편의 인장 파단면을 HIP 처리 조건 유무에 따라 나타내었다. 파단면을 비교해 보면, 일부 특정한 면을 따라 파단된 양상을 보여 주며, 딤플이 관찰되어 연성 입내파괴가 된 모습을 보여주고 있다. 두 조건에 따른 특이 사항이나 차이를 뚜렷이 구분하기는 힘들다. 다만, HIP 처리를 하지 않은 시편 파단부에서 지름이 큰 보이드(void)가 많이 관찰된다.

이러한 경향은 Fig. 3의 상온 인장시험 결과에서도 나타났다.

이는 클래딩할 때 발생된 보이드가 HIP 처리를 하면서 상당부분 감소된 것으로 사료된다. 상온 인장시험에서는 760℃에서 나타났던 딤플들은 관찰되나 특정한 면을 따라 파단된 양상은 나타나

지 않았다. 고온과 상온 인장시험 파단면에서 MC 탄화물은 발견되지 않았다.

5. 결 론 상업용 가스터빈 블레이드의 보수 용접에 상용적으로 사용되

고 있는 GTD 111 용접봉을 이용한 수동 육성용접 시편과 개발중인 Rene 80 파우더를 이용한 레이저 클래딩 시편을 제작하고 인장시험을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

HIP 처리가 되지 않은 Rene 80 파우더를 이용한 레이저 클래딩 시편의 기계적 강도는 GTD 111 용접봉을 이용한 수동 육성용접 시편의 기계적 강도보다 다소 낮아졌다. 하지만 HIP처리에 의해 유사한 기계적 강도를 얻을 수 있었다. HIP 처리를 함에 따라 4~5%의 인장강도가 증가함으로써 강도적 측면에서의 회복 효과를 볼 수 있었으며, 이는 클래딩할 때 발생된 보이드가 HIP 처리를 하면서 상당부분 감소된 것으로 사료된다. 향후 HIP 처리와 용접 후 열처리에 대한 정량적인 연구가 필요하다.

후 기

이 논문은 전력산업연구개발사업과 두뇌한국21사업에 의하여 지원되었음.

참고문헌

1. 김형익, 박홍선, 양성호, 김문영, 석창성, “가스터빈 1단 블레이드의 GMAW와 Laser cladding 용접특성 평가”, 한국정밀공학회 2006년도 추계학술대회논문집, 2006.

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3. 강신호, 정길진, 김대은, "7FA/FA+급 1 단 버켓 위한 신정비기법 개발", 대한기계학회 2003년도 춘계학술대회 논문집, 2003.

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5. T. J. Kelly, Weldability of Materials, edited by R. A. Patterson and K.W. Mahin, ASM International, Materials Park, pp. 151, 1990.

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7. L. C. Lim, J.-Z. Yi, N. Liu, and Q. Ma, “Cyclic overaging heat treat-ment for ductility and weldability improvement of nickel based su-peralloys”, Materials Science and Technology, Vol. 18, pp. 413-419, 2002.

8. Panyawat Wangyao, Gobboon Lothongkum, Viyaporn Krongtong , Saruti pailai and Sureerat Polsilapa, "Effect of Heat Treatments after HIP Process on Microstructure Refurbishment in Cast Nickel-Based Superalloy, IN-738", Journal of Metals, Materials and Minerals, Vol. 15, No. 2, pp. 69-79, 2005.

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