모재

모재

모재(base metal, 母材)는 접합되는 부재이다. 예를 들어 볼트 접합의 경우는 첨접재에 의해 결합되는 부재가 모재이며 또한 용접 접합의 경우는 용착 금속에 의해 연결되는 부재를 모재라 한다.

개요

모재는 용접 또는 절단 가공의 대상이 되는 재료 즉 중요한 재료이다. 모재는 열에 의해 조직상의 열영향을 받지 않는 부분이다. 용접이나 열 절단의 열로 금속조직이나 기계적 성질이 변화하나 용융하지 않은 모재의 부분을 열영향부(heat affected zone : HAZ)라로 한다. 융접은 모재의 접합부를 용융한 상태로 가열하여 모재와 용가재가 융합되도록 하는 용접이다. 용가재로 쓰이는 재료는 모재와 같거나 유사한 재료를 사용하여야 한다. 모재는 용접 또는 가스 절단의 소재가 되는 금속으로서 용접 조건의 선정이나 용접의 난이(難易)는 모재(母材)의 성질에 따라 결정되는 경우가 많으므로 모재에 적합한 용접법을 사용하는 것이 바람직하다.

현대 과학 기술은 여러 가지 특성을 동시에 조합하여 갖고 있는 재료를 요구하는데 일반적으로 복합재료는 여러 가지 상으로 구성된 재질로서 각 구성 재료 개개의 성질이 조합되어 나타난다. 복합 재료는 두 개 이상으로 구성되었으며 그중 하나를 모재, 기지(matrix)라고 하고 이것을 연속적으로 분산상인 보강재(reinforcement)라고하는 다른 재료로 둘로 싸고 있다.

모재 금속에 관한 특성

탄소강(보통강)

순철

철중에 불순물이 전혀 함유되어 있지 않은 순수한 철을 얻기는 매우 힘들다. 보통 순철이라고 하는 것에도 다소의 불순물이 함유되어 있다. 순철은 탄소 함유량 이 0~0.02% 정도로 기계구조용 재료로 사용되는 일이 거의 없으나 전기재료로 많이 사용되고 있다. 순철(Pure Iron)에는 α, γ, δ의 3개의 동소체가 있다. α철은 910℃ 이하에서는 체심 입방격자, γ철은 910~1400℃ 사이에서 면심 입방격자, δ철은 1400~1530℃ 사이에서는 체심 입방격자이다.

강

강은 학술적으로는 탄소를 0.035~1.7% 포함한 것이나 보통 0.04~0.6% 정도의 것이 많다. 강에는 다른 금속 원소가 많이 포함되지 않고 주로 탄소만 함유된 것을 탄소 강 또는 보통강이라 하고 니켈, 크로뮴, 망가니즈, 텅스텐, 몰리브데넘 등의 특수 금 속 원소가 포함된 강을 특수강 또는 합금강라고 한다. 탄소강은 비교적 염가로 고강도를 얻을 수 있지만, 이와 같은 성질만으로 모든 공 업적 응용을 못한다. 일반적으로 탄소강은 다음과 같은 한계성을 갖고 있다.

• 인성과 연성을 감소시킴 없이 10,000psi 이상의 강도를 얻을 수 없다.
• 부품의 조직을 완전한 마르텐자이트로 할 수 없다. 즉, 경화능이 작다.

합금강

탄소강에 다른 원소를 1개 이상 첨가하면 우수한 기계적 성질과 물리적 성질 등을 얻을 수 있다. 이와 같이 탄소 이외의 금속을 합금시킨 강을 합금강 또는 특수강이라고도 한다. 구조용 합금강은 기계를 구성하는 주요 부품 또는 구조물을 만드는 데 사용하는 강재로서 인장 강도, 탄성 한도, 연신율, 단면 수축률, 충격값, 피로 한도, 등의 기계 적 성질이 우수하며 탄소강에서 얻을 수 없는 성질을 얻기 위해 탄소강에 니켈, 크로뮴, 규소, 망가니즈, 몰리브데넘, 텅스텐(W), 타이타늄(Ti), 등을 첨가한 것이다. 공구용 특수강은 각종 공구 재료에 사용되는 합금강은 탄소 공구강 보다 강도, 경 도, 인성, 내 마멸 성이 우수하여야 하므로 높은 탄소 함량 외에 크로뮴, 텅스텐, 니켈, 망가니즈 등을 일종 또는 그 이상 첨가한 강을 말한다. 담금질 효과가 좋고 또 결정입자도 미세하고 경도가 크며, 내마멸성이 우수하다. 또 고온에서 경도가 유지되기 때문에 절삭공구, 형단조용 공구 등으로 쓰인다.

모재의 표면 청결 유지 방법

재료의 제조사에 따라 적정한 강재가 납입되었어도 가공 중에 잘못하면 바뀌게 된다. 따라서 두 종류 이상의 강재를 혼용하는 구조물에서는 바뀌지 않도록 하기 위한 방지책이 필요하다. 예를 들면 재료 전부에 그 강종의 기호를 마킹하여 놓거나 가공 중에 강종에 따라 일차적인 방청 페인트를 칠하는 것이 좋은 방법이다. 이와 같은 식별 방법은 강재를 잘못 쓰는 것을 방지하기 위한 것만이 아니고 가공, 용접, 변형 제거 등 작업자가 그 강종을 도면과 비교하여 판별할 수 있어 적정한 용접 재료(용접봉) 선택이나 시공법을 적용할 수 있기 때문이다. 균열이나 기포 등의 용접 결함을 방지하기 위하여 적합한 보관 방법에 의하여 용접 모재의 표면의 녹, 수분, 페인트, 기름기 등이 제거된 청결 상태를 유지해야 한다.

모재의 표면 청결 유지 방법

• 용접 철판 보관 시 철판과 철판 사이에 통풍이 되도록 받침판을 사용한다.
• 용접 모재 보관 시 피용접물에 물기나 습기가 다량 있으면 용접 불량이 생기므로, 통풍이 잘되고 습기가 없는 곳에 보관한다.
• 용접 모재를 많이 쌓아서 보관하지 않는다.
• 사용 용도에 따라 구분하여 보관한다.
• 용접 모재 산화막이 생길 경우, 사용 전에 평줄이나 핸드그라인더를 사용하여 산화막을 제거한다.
• 모재 표면에 물이나 습기가 있으면 용접 불량이 생기므로 열을 가해 습기를 제거한다.

보관 관리 방식

• 용접 모재 두께별로 보관한다.
• 용접 모재의 사용 방법에 따라 재료의 종류별로 보관한다.
• 용접봉의 지름에 맞추어 용접 모재를 보관한다.
• 용접 모재 사용 시 오래된 것부터 사용한다.

모재의 표기

용접 절차 설명서에 기입되는 용접 조건에는 모재, 용접 자세, 예열, 가스, 용가재, 전기 특성 그리고 상세한 기술 사항 등이 기입된다. 모재란은 기호로 표기하며 표는 용접에 많이 사용되는 재료의 명칭과 기호를 나타낸 것이다.

기호	명칭
P-No.1	탄소강(최소 인장 강도 40~75KSI)
P-No.2	정련강(사용 안함)
P-No.3	크로뮴 함유량 0.75% 미만이고 합금 총량 2% 이하의 저합금강.
P-No.4	크로뮴 함유량 0.75%~2%이고 합금 총량 2.75% 이하의 저합급강
P-No.5	합금 총량이 10% 미만의 합금강
P-No.6	고합금강 마르텐사이트 스테인리스강
P-No.7	고합금강 페라이트 스테인리스강
P-No.8	고합금강 오스테나이트 스테인리스강
P-No.9	니켈 합금강(최대 5%)
P-No.10	기타 합금강(9% 니켈 함유)
P-No.11	Q&T강(항복 강도 90Ksi 이상)
P-No.2X	알루미늄 및 알리미늄 합금강
P-No.3X	동 및 동합금
P-No.4X	니켈 및 니켈 합금강
P-No.5X	Ti 및 Ti 합금강
P-No.6X	Zr 및 Zr 합금강

모재 관련 용접 용어

• 용융(fusing) : 용접금속이 되기 위한 용접재료와 모재 또는 모재만의 용해 현상.
• 용융선(fusion line) : 용융금속과 모재 사이의 경계선.
• 용입(penetration) : 모재가 용접 열원에 의하여 깊이 방향으로 녹아 들어가는 현상. 용입깊이(용접면에서 용융 금속의 밑부분까지의 깊이)를 지칭한다. 부분 용입과 완전 용입으로 나뉜다.
• 용적(droplet) : 용접봉 또는 와이어 선단의 용융된 부분이 분리되어 모재로 이행하는 용융 상태의 금속 입자로서 봉 또는 와이어의 직령보다 작은 것을 말한다.
• 용접금속(weld metal) : 용접 중에 용융, 응고한 금속. 용융된 모재의 일부분과 용착 금속과의 융합된 부분을 말한다. 피복아크용접이나 서브머지드 아크용접, 미그(MIG) 용접 등과 같이 용가재를 사용하는 용접에서 용접금속은 용가재가 용융한 용착금속(deposited metal)과 모재가용융한 용융부(fusion zone)로 구성되나 저항용접이나 가스용접, 티그(TIG) 용접과 같이 용가재를 사용하지 않는 경우에 용접금속은 용융 부만으로 구성된다.
• 열영향부(heat affected zone : HAZ)) : 용접이나 열 절단의 열로 금속조직이나 기계적 성질이 변화하나 용융하지 않은 모재의 부분을 말한다. 조직이 변화무쌍하여 조립역, 세립역, intercritical역 등으로 구성되며, 열에 의한 경화로 인해 취약해지기 쉬우며 인성의 저하 등 용접부의 주 균열발생 지역으로 매우 중요하다.
• 스패터(spatter) : 용융금속 중 용융금속의 미세한 입자가 주위로 튀어나가는 현상. 일부가 모재에 고착하여 외관을 해치고 자동화의 장애 요인으로 작용한다.
• 예열(pre heating) : 용접 또는 가스절단 작업 전에 미리 모재를 적당한 온도로 가열하는 것. 열영향부의 경화를 완화 또는 용접부의 균열 발생을 방지하는 목적이다. 모재가 피두께가 10mm 미만일 때 불필요하다.

기타 의미

토목 용어

주요한 재료. 특히 콘크리트에 있어서 시멘트를 이른다.

토양 용어

토양생성작용(土壤生成作用)에 의하여 솔럼(solum)으로 발달하는 재료로서 비고결물이며 다소 풍화를 받은 광물과 유기물을 말한다. 모재는 토양생성인자(모재, 기후, 지형, 생물, 시간) 중의 하나로서 광물조성, 투수성 등의 성질을 통하여 토양생성에 큰 영향을 미친다. 어린 토양일수록 모재의 영향이 크게 나타난다. 모재에는 잔적모재와 운적모재가 있다. 구릉지 및 산지토양, 이탄토와 같은 유기질토 등은 잔적모재에서 유래되고, 충적토, 붕적토, 풍적토, 빙하퇴토 등은 운적모재에서 유래된다. 운적토에서는 모재와 토양이 다른 물질일 수도 있는데 이러한 토양을 모재의 불연속성(lithologic discontinuities)을 가진 토양이라 한다. 모재의 불연속성이 토양단면에 나타나면 상부로부터 층위 기호 앞에 로마숫자를 붙여서 Ⅱ Ap/Ⅰ BA/Ⅱ Bw/Ⅱ C/Ⅲ C 등과 같이 표기한다. 그러나 잔적토는 대부분이 밑에 있는 모암층이 풍화되어 모재가 생성되며, 모재가 다시 풍화되면서 토양이 생성된다. 침식이 심한 산악지에서는 A층이 유실되고 모재층과 모암층만 있는 단면을 볼 수 있는데 이는 엄밀한 의미에서는 토양이 아니다. 단지 토양모재인 토양 물질에 불과하다. 그러나 토목공학, 토질역학 등에서는 토양으로 취급하기도 한다. 비슷한 예는 강변의 신선한 모래나 자갈더미에서도 볼 수 있다.

참고자료

• 〈모재(base metal)〉, 《네이버 지식백과》
• 〈모재〉, 《네이버 지식백과》
• 〈모재(parent material)〉, 《네이버 지식백과》
• what you love, 〈1. 용접 - (1) 용접이란? 용접 용어〉, 《티스토리》, 2021-05-02
• 금속재료맨, 〈복합재료 보강재 및 모재 역할 탄소섬유 금속재료기술사 서브노트〉, 《티스토리》, 2020-05-18
• shonini, 〈금속의-조직과-변태〉, 《티스토리》, 2014-05-23
• mole7717@gmail.com, 〈(용접관련 자료) 피복아크 용접 모재의 선택과 유지관리〉, 《티스토리》, 2020-11-09
• mole7717@gmail.com, 〈(용접관련 자료) 피복아크 용접 모재의 선택과 유지관리-2〉, 《티스토리》, 2020-11-09
• 정개유기박사, 〈용접관련 용어〉, 《다음 블로그》, 2011-03-07
• 〈모재 뜻〉, 《국어 사전》

같이 보기

• 가공
• 볼트
• 금속
• 용접
• 절단
• 재료
• 열
• 융접
• 용가재
• 소재
• 철
• 강
• 탄소

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