TC4 티타늄 합금 TIG 및 레이저 용접 접합부의 미세구조 및 특성에 대한 어닐링 처리의 영향

본 연구는 TC4 (Ti-6Al-4V) 티타늄 합금 접합부를 텅스텐 불활성 가스(TIG) 및 레이저 용접 공정을 통해 용접한 후, 650 °C에서 2시간 동안 수행된 후용접 어닐링 처리에 따른 미세구조 변화 및 기계적 특성을 비교하였다. 서로 다른 미세구조가 관찰되었는데, TIG 용접 접합부는 짧은 막대 모양의 α상과 층상 β상의 이질적 혼합물이 형성된 반면, 레이저 용접 접합부는 균일하게 분포된 β상 나노 입자를 포함하는 보다 균질한 등축 α 구조를 형성하였다. 전자 후방 산란 회절(EBSD) 결과는 어닐링 처리가 용접에 의해 유발된 강한 텍스처를 현저히 약화시키고 기둥상 결정립의 상사 성장 모드를 붕괴시켰음을 확인하였다. 기계적 시험 결과, 어닐링은 강도-인성 균형을 개선하였으나 그 정도와 메커니즘은 두 공정 간에 차이를 보였다. TIG 용접 접합부의 경우, 인장 강도는 약간 감소했으나 연신율과 충격 인성은 각각 18% 및 10.4% 증가하였다. 반면, 레이저 용접 접합부는 원래의 강도를 유지하면서 연신율과 충격 인성이 각각 20% 및 15.2% 증가하는 등 연성 및 인성 향상이 더 컸다. 이러한 차이는 TIG 접합부에서 재결정화가 불충분하고 잔류 거친 결정립이 지속된 데 기인하며, 이는 성능의 한계로 작용한다. 그러나 레이저 용접 접합부에서는 β상 나노 입자의 핀닝 효과와 관련된 결정립 미세화가 강도를 손상시키지 않으면서 연성을 향상시켰다.