H13 공구강은 용접이 가능한가요?

H13 공구강 H13은 용접이 가능하며, 많은 고합금 공구강에 비해 용접성이 비교적 우수합니다. 그러나 H13은 심경화성 공기 경화형 열간 가공강이므로 용접 수리 시 예열, 용가재, 냉각 속도 및 용접 후 템퍼링을 정밀하게 제어해야 합니다.

주요 위험은 용접 부위 또는 열영향부에서 균열이 발생하는 것입니다. 이는 일반적으로 공구가 너무 빨리 냉각되거나, 수소가 용접부에 침투하거나, 경화된 공구를 적절한 예열 및 용접 후처리 없이 수리할 때 발생합니다.

이 문서에서는 H13 수리 및 유지 보수를 위한 용접 원리를 설명합니다. 최종 용접 및 열처리는 반드시 공구 제작자, 용접 엔지니어 또는 열처리 업체에서 확인해야 합니다.

H13 공구강은 용접이 가능하지만 용접하기 쉽지 않은 이유는 무엇일까요?

H13은 다이캐스팅 금형, 압출 금형, 열간 단조 금형 및 플라스틱 사출 금형에 널리 사용됩니다. 이러한 금형은 종종 열, 압력 및 반복적인 열 순환 조건에서 작동합니다. 장기간 사용 후 국부적인 마모, 균열, 모서리 파손 또는 열 균열이 발생하여 용접 수리가 필요할 수 있습니다.

H13강을 용접할 때 가장 안전한 조건은 완전 어닐링 처리된 상태입니다. 이 상태에서는 강재의 내부 응력이 낮고 구조가 부드러워 용접 부위를 제어하기가 더 쉽습니다. 하지만 실제 금형 및 다이 수리에서는 H13강을 경화 및 템퍼링 처리 후 용접하는 경우가 많습니다. 이렇게 하는 것도 가능하지만, 수리 부위가 균열, 경도 변화 및 국부적인 연화 현상에 더 취약해집니다.

핵심 질문은 H13 보수 공정이 취성 구조, 잔류 응력, 수소 균열 및 과도한 경도 변화를 방지할 수 있는지 여부입니다.

H13 공구강 용접 시 주요 위험 요소

H13 용접 시 가장 큰 위험은 열영향부(HAZ)의 균열입니다. 용접 과정에서 용접 부위 주변의 모재가 가열된 후 빠르게 냉각됩니다. H13은 경화성이 강하기 때문에 이 부분이 단단하고 취성이 있는 미경화 마르텐사이트로 변할 수 있습니다. 이때 수축 응력이 동시에 발생하면 균열이 생길 수 있습니다.

수소 또한 위험을 증가시킵니다. 습기, 오일, 냉각제, 산화물, 오염된 표면 또는 부적합한 소모품은 용접부에 수소를 유입시킬 수 있습니다. 냉각 후, 수소는 응력이 집중된 열영향부로 이동하여 지연 균열을 유발할 수 있습니다.

용접 전에 결함 부위를 준비하십시오.

결함 부위 준비는 수리가 진정한 수리인지 아니면 표면적인 보수인지를 결정하는 중요한 요소입니다. 용접 전에는 모든 균열, 떨어져 나온 파편, 산화된 금속, 냉각수 잔류물, 오일 및 습기를 제거해야 합니다. 용접 부위 아래에 균열의 일부가 남아 있으면 사용 중에 균열이 계속 커질 수 있습니다.

보수 홈은 둥글고 매끄러워야 합니다. 날카로운 V자형 홈보다는 U자형 홈이 더 좋습니다. 날카로운 내부 각도는 응력을 집중시켜 재균열 가능성을 높이기 때문입니다.

균열 보수 시, 손상된 부위는 균열 깊이보다 더 깊게 연삭 또는 가공해야 합니다. 또한 용접 부위는 최종 연삭 및 마감 작업을 위해 표면 위로 충분한 여유분을 남겨야 합니다.

용접 전 H13 예열

H13은 상온에서 용접해서는 안 됩니다. 예열은 열 충격을 줄이고 냉각 속도를 늦추며 용접 부위 주변에 단단하고 취성이 강한 마르텐사이트가 형성될 가능성을 낮춥니다.

경화된 H13 공구의 경우, 예열 온도는 원래의 템퍼링 온도보다 낮게 유지해야 합니다. 이는 기본 공구의 경도가 과도하게 손실되는 것을 방지하기 위함입니다. 일반적으로 공구 상태 및 열처리 이력에 따라 원래 템퍼링 온도보다 약 14~55°C 낮은 온도가 적절한 범위입니다. 새로운 기준에서는 경화 공구의 최대 예열 온도를 900°F(화씨)로 제시하고 있습니다.

일반적인 H13 수리의 경우, 예열 온도는 작고 정밀하게 가공된 공구의 경우 약 110°C에서 크거나 균열에 민감한 공구의 경우 약 375°C까지 다양할 수 있습니다. 정확한 온도는 공구 크기, 단면 두께, 기존 경도, 균열 심각도, 표면 마감 및 수리 깊이에 따라 달라집니다.

예열 온도는 용접 중 층간 온도와 동일하게 유지해야 합니다. 공구가 너무 많이 식으면 용접을 중단하고 공구를 재가열한 후 용접을 재개해야 합니다.

H13 공구강에 가장 적합한 용접 공정

TIG 용접(GTAW라고도 함)은 H13 금형, 공구 및 다이 수리에 일반적으로 선호되는 공정입니다. 다른 많은 용접 방법에 비해 열 입력, 용접 위치 및 용가재 첨가에 대한 제어력이 뛰어납니다.

정밀 수리의 경우 용접 속도보다 이러한 제어가 더 중요합니다. 금형 및 다이 수리에는 직류 전류와 순수 아르곤을 보호 가스로 사용하는 TIG 용접이 일반적으로 권장되며, 특히 수리 부위가 작거나 공구 표면에 높은 정밀도가 요구되는 경우에 효과적입니다.

다른 용접 공정도 가능하지만, 열 입력과 수소 발생 위험을 제어해야 합니다. 고가의 H13 공구의 경우, TIG 용접이 일반적으로 더 안전한 선택입니다.

H13 용접에는 어떤 용접봉을 사용해야 할까요?

용접봉 선택은 수리 목적에 따라 달라집니다. 수리 부위가 모재와 유사한 경도 및 고온 작업 성능을 유지해야 하는 경우, H13 규격의 용접봉을 사용하는 것이 일반적으로 가장 안전한 선택입니다. 이는 용접 부위의 경도와 사용 특성이 모재에 더 가깝게 유지되도록 도와줍니다.

적절한 H13 용접봉을 사용하고 용접 후 처리를 제대로 하면, 수리 부위의 경도는 보통 52~55 HRC 정도가 될 수 있습니다. 하지만 실제 결과는 용접봉 종류, 모재 경도, 열 입력량, 냉각 속도, 템퍼링 처리 방식 등에 따라 달라집니다.

깊은 균열이나 파손된 공구의 경우, 버터링 기법이 사용될 수 있습니다. 이 방법에서는 먼저 연성이 더 좋은 충전재를 도포하여 수리 부위의 응력을 줄입니다. 그런 다음 최종 표면층에 동일한 재질의 H13 충전재를 도포하여 고온 작업 및 마모 성능을 향상시킵니다. 최종 H13 캡층을 도포하기 전에 312 스테인리스강 또는 인코넬 625 유형의 와이어를 연성 충전재로 사용할 수 있습니다.

이 방법은 일부 균열 보수에는 유용하지만 만능 해결책은 아닙니다. 연성층은 균열 발생 위험을 줄일 수 있지만, 보수 부위의 경도, 내마모성, 열피로 거동 및 사용 성능에 변화를 줄 수도 있습니다.

H13 공구강 용접 기술

H13 용접 시에는 열 입력량을 제어해야 합니다. 넓고 두꺼운 용접부는 열 응력을 증가시켜 균열 발생 가능성을 높입니다. 일반적으로 넓은 비드보다는 가늘고 긴 비드가 더 좋습니다.

용접 시에는 가능한 한 가장 가는 전극이나 용접봉을 사용해야 합니다. 전류와 전압은 건전한 용접이 이루어질 만큼 충분히 높아야 하지만, 필요 이상으로 높아서는 안 됩니다. 이렇게 하면 수리 부위가 더욱 안정적으로 유지되고 용접 부위 주변의 과도한 경화 또는 연화를 줄일 수 있습니다.

쇼트피닝은 수축 응력을 줄이기 위해 일부 수리 절차에 사용될 수 있습니다. 쇼트피닝을 사용할 경우, 용접 비드가 아직 뜨거운 상태, 즉 붉은색을 띠는 정도일 때 실시해야 합니다. 냉간 용접 부위는 쇼트피닝을 해서는 안 되는데, 이는 새로운 균열을 발생시킬 수 있기 때문입니다.

H13용 용접 후 열처리

용접 후에는 용접 부위 주변에 단단하고 응력이 축적된 영역이 생기기 때문에 용접 후 열처리가 필수적입니다. 이 영역을 열처리하거나 응력을 제거하지 않으면 처음에는 괜찮아 보이더라도 냉각 후 균열이 발생할 수 있습니다.

용접 후 H13은 천천히 그리고 고르게 냉각되어야 합니다. 실온까지 급속 냉각시켜서는 안 됩니다. 많은 수리 절차에서, 용접 후 열처리 또는 응력 완화 전에 공구를 손으로 만졌을 때 따뜻한 정도인 71~93°C(160~200°F)까지 냉각합니다. 두꺼운 부품이나 어닐링 상태 용접의 경우, 용광로 냉각 또는 절연 매체가 필요할 수 있습니다.

경화 처리된 H13 공구의 경우, 용접 후 템퍼링 온도는 일반적으로 초기 템퍼링 온도보다 낮게 유지해야 합니다. 이는 모재를 과도하게 연화시키지 않고 용접 응력을 완화하는 데 도움이 됩니다. 두 번째 용접 후 템퍼링을 통해 잔류 응력을 더욱 줄이고 수리 부위의 수명을 연장할 수 있습니다.

H13을 완전 어닐링 상태에서 용접하는 경우, 완전 경화 및 템퍼링 공정 전에 부품을 어닐링해야 할 수 있습니다. 이 방법은 최종 열처리 전 신규 금형 제작이나 주요 수리 작업에 더 적합합니다.

H13 용접 절차 요약

H13 용접 수리가 최선의 선택이 아닐 수 있는 경우

H13 용접 수리는 국부적인 손상, 마모된 모서리, 깨진 부분, 작은 균열은 물론 고가의 공구를 정밀하게 유지 보수하는 데 적합합니다. 하지만 심각한 구조적 손상에는 항상 적합한 것은 아닙니다.

공구에 하중을 지탱하는 부위에 깊은 균열이 있거나, 대규모 열 균열이 발생했거나, 이전 수리 후에도 반복적으로 고장이 발생했거나, 열처리 이력을 알 수 없는 경우 용접은 일시적인 복구만 제공할 수 있습니다. 이러한 경우에는 반복적인 용접보다는 교체 또는 재제조가 더 신뢰할 수 있습니다.

실질적인 결정은 H13 용접 가능 여부뿐만 아니라, 수리된 공구가 열, 압력 및 열 피로를 견디며 다음 생산 주기를 견딜 수 있는지 여부에 달려 있습니다.

결론

H13 공구강은 용접이 가능하며, 용접 보수는 다이캐스팅, 성형, 압출 및 고온 가공 공구 분야에서 흔히 사용됩니다. 보수의 성공 여부는 균열 발생 원인, 즉 급속 냉각, 수소, 날카로운 결함 형상, 과도한 열 입력 및 부적절한 용접 후 처리 등을 제어하는 데 달려 있습니다.

대부분의 H13 수리에서 기본적인 접근 방식은 명확합니다. 결함 전체를 제거하고, 둥근 수리 홈을 만들고, 표면을 청소하고, 공구를 예열하고, 층간 온도를 유지하고, 적절한 용접봉을 사용하고, 제어된 열 입력으로 용접하고, 천천히 냉각하고, 용접 후 템퍼링 또는 응력 완화를 적용합니다.

• H13 공구강 공급업체 | 1.2344 | SKD61 | 어닐링 처리된 대량 공급
• 440C 스테인리스강(1.4125 / SUS440C) 공급업체 | 원형 봉 및 판재 대량 공급
• H11 공구강 공급업체 | 1.2343 / SKD6 열간 가공용강 제조업체 | 아오보 스틸
• AISI S7 공구강 공급업체 | DIN 1.2355 | 내충격성 공구강 대량 공급
• H13 열처리 가이드 | 아오보 스틸