용접에 대한 궁극의 가이드: 기술 및 유형 설명

I. 용접의 정의, 특성 및 방법

1. 용접의 정의

용접은 충전재를 사용하거나 사용하지 않고 가열, 가압 또는 두 가지 모두를 통해 공작물의 원자 결합을 달성하는 가공 방법입니다. 따라서 용접은 분리된 금속 부품을 분리할 수 없는 전체로 연결하는 가공 방법입니다. 압력을 사용하여 접합 표면의 산화막 또는 기타 흡착층을 파괴하고 접촉면의 소성 변형을 일으켜 접촉 면적을 넓히는 데 사용됩니다.

변형이 충분하면 원자 결합이 직접 형성되어 강한 접합부를 만들 수도 있고, 국부적으로 가열하면 연결 부위가 소성 또는 용융 상태로 가열되어 원자의 에너지를 자극하고 강화하여 확산, 결정화 및 재결정을 통해 강한 접합부를 형성하고 발전시킬 수 있습니다.

2. 용접의 특성

용접이 널리 사용되기 전에는 분리할 수 없는 연결의 주요 방법은 리벳팅이었습니다. 리벳팅에 비해 용접은 금속 절약, 높은 생산성, 우수한 소형화, 우수한 작동 조건, 쉬운 기계화 및 자동화의 특성을 가지고 있습니다. 따라서 이제 용접은 기본적으로 리벳팅을 대체했습니다.

3. 용접 방법

용접에는 여러 가지 방법이 있으며, 용접 공정의 특성에 따라 용융 용접, 압력 용접, 브레이징의 세 가지 주요 범주로 나눌 수 있습니다.

(1) 융합 용접

용융 용접은 압력을 가하지 않고 공작물의 접합부를 용융 상태로 가열하여 용접을 완료하는 방식입니다. 열원에 따라 다음과 같은 유형이 있습니다. 용접 방법 가스 용접, 아크 용접, 일렉트로슬래그 용접, 레이저 용접, 전자빔 용접, 플라즈마 아크 용접 등이 포함됩니다.

(2) 압력 용접

압력 용접은 용접 공정 중에 가열 여부와 관계없이 공작물에 압력을 가해 용접을 완료해야 하는 방법입니다. 이 범주에 속하는 방법에는 저항 용접이 포함됩니다, 마찰 용접초음파 용접, 저압 용접 등입니다.

(3) 브레이징

브레이징은 모재보다 녹는점이 낮은 금속 소재를 필러 금속으로 사용합니다. 공작물과 필러 금속은 필러 금속의 녹는점보다 높지만 모재의 녹는점보다 낮은 온도로 가열됩니다. 액체 필러 금속은 모재를 적시고 접합 간격을 채우며 모재와 함께 확산되어 공작물의 연결을 달성합니다. 이 범주에 속하는 방법에는 하드 브레이징과 소프트 브레이징이 있습니다.

용접은 충전재를 사용하거나 사용하지 않고 가열, 가압 또는 둘 다 사용하여 공작물의 원자 결합을 달성하는 가공 방법을 말합니다.

금속 용접에는 여러 가지 유형이 있습니다. 용접 시 물리적 야금 특성에 따라 용융 용접, 압력 용접, 브레이징의 세 가지 주요 범주로 나뉩니다. 현재 가장 널리 사용되는 용접은 용융 용접입니다.

I. 융합 용접

용융 용접은 국부 가열을 사용하여 압력을 가하지 않고 공작물의 접합부를 용융 상태로 가열하는 용접 방법입니다.

융합 용접은 사용하는 열원의 종류에 따라 아크 용접(용접 아크를 열원으로 사용), 플라즈마 아크 용접(플라즈마 아크를 열원으로 사용), 일렉트로슬래그 용접(용융 슬래그의 저항열을 열원으로 사용), 전자빔 용접(전자빔을 열원으로 사용), 레이저 용접(레이저를 열원으로 사용), 가스 용접(화염을 열원으로 사용) 등으로 분류할 수 있습니다. 이 중 아크 용접이 가장 널리 사용되고 있습니다.

1. 아크 용접

아크 용접은 아크를 열원으로 사용하는 융합 용접 방법입니다. 아크 용접의 일반적인 유형에는 차폐 금속 아크 용접이 포함됩니다, 서브머지드 아크 용접및 가스 차폐 아크 용접.

(1) 차폐 금속 아크 용접

차폐 금속 아크 용접은 가장 초기에 개발되어 여전히 널리 사용되는 아크 용접 방법 중 하나입니다. 용접봉을 전극과 필러 금속으로 사용하고 용접봉 끝과 공작물 사이에서 생성된 아크를 용접 열원으로 사용합니다.

용접하는 동안 아크는 용접봉의 끝과 공작물의 국부 영역을 용융 상태로 가열합니다. 용접봉의 용융된 끝은 용융된 모재와 융합되어 용융 풀을 형성하는 물방울을 형성합니다. 아크가 앞으로 이동함에 따라 용접 풀의 용융 금속은 서서히 냉각되고 응고되어 용접 심을 형성합니다. 그림 1은 차폐 금속 아크 용접 공정의 개략도를 보여줍니다.

1-베이스 금속
2-슬래그 쉘
3-웰드 솔기
4 용융 슬래그
5-보호 가스 층
6-용접봉 코팅
7-웰딩 코어
8-방울
9-Arc
10-웰드 풀

수동 금속 아크 용접에 사용되는 장비는 간단하고 방법이 쉽고 유연하며 적응력이 강합니다. 다양한 조건에서 다양한 위치에서 용접에 사용할 수 있습니다. 접합 형태, 용접 모양 및 길이는 제한되지 않지만 용접기의 높은 기술력이 필요하며 용접 품질은 용접기의 조작 기술에 따라 어느 정도 달라집니다.

또한 수동 금속 아크 용접은 작업 조건이 열악하고 생산성이 낮습니다. 주로 단일 부품 또는 소량 생산에 적합하며 두께가 3 ~ 20mm인 공작물 용접에 적합합니다. 활성 금속(티타늄, 니오브 등) 및 내화성 금속(탄탈륨, 몰리브덴 등)은 수동 금속 아크 용접을 사용할 수 없습니다.

(2) 서브머지드 아크 용접

서브머지드 아크 용접은 아크가 플럭스 층 아래에서 연소하는 아크 용접 방식을 말합니다. 용접하는 동안 아크 점화, 와이어 공급 및 용접 이음새를 따라 아크 이동이 장비에 의해 자동으로 완료됩니다.

서브머지드 아크 용접의 형성 과정은 그림 2에 나와 있습니다. 용접하는 동안 용접 와이어의 끝이 공작물에 닿은 다음 플럭스 깔때기가 열리고 공작물의 용접 영역에 30~50mm 두께의 플럭스 층이 뿌려집니다. 전원을 공급한 후 용접 와이어를 위로 당겨 아크를 점화합니다.

1-워크피스(기본 재료)
2-용융 풀
3-Droplet
4-Flux
5-플럭스 퍼널
6-연락처 팁
7-용접 와이어
8-Slag
9-슬래그 쉘
10-Weld

플럭스 층 아래에서 연소하는 아크는 열을 발생시켜 아크 근처의 기본 재료와 입상 플럭스를 녹여 슬래그를 형성합니다. 생성된 고온 가스는 슬래그를 옆으로 밀어내어 닫힌 슬래그 버블을 형성합니다. 슬래그 버블은 표면 장력으로 인해 용접 풀에 공기가 유입되는 것을 효과적으로 방지하고 물방울이 튀어나오는 것을 효과적으로 방지합니다. 녹지 않은 플럭스는 아크를 외부 공기로부터 격리하여 아크 열 손실을 줄입니다.

아크가 앞으로 이동하면서 공급된 용접 와이어와 그 앞에 있는 모재 금속 및 플럭스를 지속적으로 녹입니다. 용접 풀 뒤의 액체 금속은 가장자리부터 서서히 냉각되고 응고되어 용접을 형성하고 액체 슬래그도 응고되어 용접 표면을 덮는 슬래그 쉘을 형성합니다. 용접부의 금속은 플럭스 층과 슬래그 버블에 의해 보호되어 열 손실이 적고 깊숙이 침투할 수 있습니다.

수동 금속 아크 용접에 비해 서브머지드 아크 용접은 빠른 용접 속도, 높은 생산 효율성, 높고 안정적인 용접 품질, 아름다운 용접 외관 및 좋은 작업 조건이라는 장점이 있습니다. 그러나 장비 비용이 높고 공정 장비가 복잡하여 복잡한 구조물이나 경사진 용접부가 있는 공작물 용접에는 적합하지 않다는 단점이 있습니다.

따라서 서브머지드 아크 용접은 주로 대량 생산, 두꺼운(6~60mm) 긴 직선 평면 용접 또는 대구경 원형 용접에 사용됩니다. 적용 가능한 재료는 저탄소강, 저합금강, 스테인리스강 및 기타 금속판입니다.

(3) 가스 차폐 용접

가스 차폐 용접은 외부 가스를 보호 매체로 사용하는 아크 용접 방식을 말합니다. 특수 재료의 용접과 용접 공정의 자동화에서 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다.

수중 아크 용접에 비해 아크 및 용접 풀의 가시성이 좋고 조작이 쉬우며 슬래그가 없고 다층 용접에서 용접 후 슬래그 청소 시간이 많이 절약되며 모든 위치 용접이 가능하다는 장점이 있습니다. 하지만 실외에서 작업할 때는 특별한 방풍 조치를 취해야 합니다.

용접 공정에 사용되는 다양한 보호 가스에 따라 일반적인 유형에는 아르곤 아크 용접과 CO2 가스 차폐 용접이 있습니다. 아르곤 아크 용접은 아르곤을 보호 매체로 사용하며 사용되는 전극에 따라 비소모성 전극 아르곤 아크 용접과 소모성 전극 아르곤 아크 용접으로 나뉩니다.

그림 3은 CO2 가스 차폐 용접의 개략도를 보여줍니다. CO2 가스 차폐 용접은 보호 매체로 CO2 가스(때로는 CO2 + O2의 혼합물)를 사용합니다. 이 용접 방법은 연속적으로 공급되는 용접 와이어를 전극으로 사용하여 용접 와이어와 공작물 사이의 아크에 의존하여 공작물 금속과 용접 와이어를 녹여 용접 풀을 형성하여 용접으로 응고시킵니다.

1-웰딩 건 노즐
2-연락처 팁
3-와이어 공급 메커니즘
4-와이어 스풀
5-유량계
6-압력 감속기
7-CO ₂ 가스통

CO ₂ 가스 차폐 용접은 용접 속도가 빠르고 용접 후 슬래그가 없어 슬래그 청소 시간이 절약되어 생산성이 높으며 차폐 가스 가격이 아르곤보다 저렴하고 전력 소비가 적어 비용이 저렴하며 아크의 집중된 열로 인해 용융 풀이 작고 용접 속도가 빠르고 용접의 열 영향 영역이 작고 변형 및 균열 경향이 적고 용접 형성이 좋습니다.

저탄소강 및 저합금강 용접의 경우 고효율, 저비용, 고품질 용접 방법입니다. 단점은 쉽게 산화되는 비철금속 용접에는 적합하지 않고 용접 형성이 매끄럽고 아름답 지 않으며 아크 광이 강하고 물방울 튐이 심하며 연기가 많이 발생하므로 방풍 조치를 취해야한다는 것입니다.

CO ₂ 가스 차폐 용접은 주로 저탄소강 및 강도가 낮은 일반 저합금 구조용 강을 용접하는 데 사용됩니다. 용접물의 최대 두께는 50mm(맞대기 접합)에 달할 수 있으며 조선, 자동차, 크레인, 각종 탱크, 농기계 및 기타 산업 분야에서 널리 사용됩니다.

2. 플라즈마 아크 용접

플라즈마 아크 용접은 플라즈마 아크를 열원으로 사용하는 융합 용접 방식입니다. 용접하는 동안 용융 풀을 보호하고 공기의 유해한 영향으로부터 용접을 보호하기 위해 플라즈마 아크 주위에 차폐 가스(아르곤)가 통과합니다.

플라즈마 아크 용접은 용접 전류에 따라 마이크로 빔 플라즈마 아크 용접과 고전류 플라즈마 아크 용접으로 나눌 수 있습니다. 마이크로 빔 플라즈마 아크 용접은 일반적으로 0.1~30A의 용접 전류로 0.025~2.5mm 두께의 금속 포일 및 박판 용접이 가능하며, 고전류 플라즈마 아크 용접은 일반적으로 100~300A의 용접 전류로 2.5~12mm 두께의 금속을 용접할 수 있습니다.

플라즈마 아크 용접의 특징은 플라즈마 아크의 높은 에너지 밀도, 높은 아크 기둥 온도, 강력한 침투력, 두께 12mm 미만의 공작물도 베벨링 없이 용접이 가능하다는 점입니다.

전류가 0.1A만큼 낮을 때 플라즈마 아크는 여전히 매우 안정적이며 방향성과 아크 직진성이 우수하여 두께 0.01 ~ 1mm의 포일 및 박판을 용접 할 수 있으며 용접 속도가 빠르고 생산성이 높으며 용접 품질이 좋고 용접의 열 영향 영역이 작고 용접물의 변형이 적습니다. 플라즈마 아크 용접 장비는 상대적으로 복잡하고 가스 소비량이 많으며 실외 용접에는 적합하지 않으며 유연성이 아르곤 아크 용접만큼 좋지 않습니다.

플라즈마 아크 용접은 텅스텐, 니켈, 티타늄, 구리, 몰리브덴, 알루미늄 및 그 합금은 물론 스테인리스 스틸, 고강도 강철 등과 같은 다양한 내화성, 쉽게 산화되고 열에 민감한 금속 재료의 용접에 적합합니다. 현재 주로 화학, 원자력, 전자, 정밀 기기, 로켓, 항공 및 우주 기술 분야에서 사용되고 있습니다.

3. 일렉트로슬래그 용접

일렉트로슬래그 용접은 용융 슬래그에 전류가 흐를 때 발생하는 저항 열을 열원으로 사용하여 공작물과 용가재를 국부적으로 녹이고 냉각 및 응고시켜 용접부를 형성하는 융합 용접 공정입니다.

다른 용융 용접과 비교했을 때 일렉트로슬래그 용접은 다음과 같은 특징이 있습니다:

• 매우 두꺼운 용접물을 한 번에 용접할 수 있으며, 베벨링 없이 일정한 간격만 필요하므로 용접 생산성이 높습니다. 플럭스, 용접 와이어 및 전기 에너지 소비가 서브머지드 아크 용접보다 낮습니다.
• 금속 용융 풀의 응고 속도가 느리고 용융 풀이 오랫동안 액체 상태로 유지되며 용융 풀의 가스와 불순물이 쉽게 떠다니기 때문에 용접에 다공성 및 슬래그 포함이 발생하지 않습니다. 그러나 거친 구조가 형성되기 쉬워 충격 인성이 저하되므로 용접 후 정규화 또는 어닐링 처리를 수행해야 합니다.
• 일반적으로 용접물은 예열할 필요가 없으며 담금질 경화강을 용접할 때 담금질 균열이 발생하기 쉽지 않습니다.

일렉트로슬래그 용접은 탄소강, 합금강 및 주철 용접 외에도 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 및 구리 합금 용접에도 사용할 수 있습니다. 용접 두께는 일반적으로 30mm 이상이며 현재 보일러, 중장비, 석유화학 등 단조 용접 및 주조 용접 구조 부품과 같은 산업에서 널리 사용되고 있습니다.

4. 전자빔 용접

전자빔 용접은 가속되고 집중된 전자빔이 용접물 표면에 부딪힐 때 발생하는 열을 사용하여 금속 용접물을 국부적으로 녹이고 냉각 및 응고시켜 용접을 형성하는 융착 용접 공정입니다. 용접물은 진공 또는 비진공 환경에 놓을 수 있습니다. 진공 상태에서 수행되는 전자빔 용접을 진공 전자빔 용접이라고 하고, 대기압 작업 환경에서 수행되는 전자빔 용접을 비진공 전자빔 용접이라고 합니다.

진공 전자빔 용접의 특징은 다음과 같습니다:

• 용접 품질이 우수합니다. 특히 화학적 활성도가 높고 순도가 높으며 대기에 의해 쉽게 오염되는 금속을 용접하는 데 적합합니다.
• 높은 에너지 밀도(아크 용접의 약 5000~10000배), 강력한 침투력, 빠른 용접 속도. 최대 200~300mm 두께의 강판과 300mm 이상의 알루미늄 합금과 같은 두꺼운 단면 공작물을 용접할 수 있습니다.
• 용접의 열 영향 영역이 작고 용접 변형이 매우 작으며 이미 가공된 조립 부품을 용접할 수 있습니다.
• 전자빔 파라미터를 조정할 수 있고 용접 공정 제어가 유연하며 적응성이 강하지만 용접 장비가 복잡하고 비용이 높으며 진공 챔버에 의해 용접물의 외관 크기가 제한됩니다.
• 진공 전자빔 용접은 희귀 금속 용접과 같이 일반적인 가스 차폐 용접이 해결할 수 없는 문제를 해결합니다.

현재 진공 전자빔 용접은 항공우주, 원자력, 자동차, 화학, 전자, 전력, 기계 제조 및 기타 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

비진공 전자빔 용접은 고진공 조건에서 생성된 전자빔을 대기압 작업 환경에 도입하여 공작물을 용접하는 것으로, 대기압 전자빔 용접이라고도 합니다. 주요 장점은 진공 챔버가 필요 없고 생산성이 높으며 비용이 저렴하고 대형 공작물을 용접할 수 있으며 전자빔 용접 기술의 적용 범위를 확장할 수 있다는 점입니다.

비진공 전자빔 용접은 에너지 산업(각종 압축기 로터, 임펠러 어셈블리, 원자로 쉘 등), 항공 산업(엔진 베이스, 로터 부품 등), 자동차 제조(기어 어셈블리, 리어 액슬, 변속기 등), 계측, 화학 및 금속 구조물 제조 산업에서 널리 사용되어 왔습니다.

5. 레이저 용접

레이저 용접은 1970년대에 개발된 새로운 용접 기술입니다. 집속 레이저를 용접 열원으로 사용하는 융합 용접 공정입니다. 금속 포일(두께 0.5mm 미만), 필름(수 미크론에서 수십 미크론), 금속 와이어(직경 0.6mm 미만) 등의 소재를 용접할 수 있습니다.

레이저 용접의 특징은 빠른 용접 속도, 작은 열 영향 영역, 용접된 부품의 작은 변형, 용접된 재료가 쉽게 산화되지 않는다는 점입니다. 전자빔 용접에 비해 레이저 용접은 X-선이 발생하지 않고 진공 챔버가 필요하지 않으며 관찰이 용이하고 복잡한 구조물 및 정밀 부품 용접에 적합합니다.

레이저는 반사, 투과, 광섬유를 통한 전송까지 가능하기 때문에 장거리 용접에 사용할 수 있습니다. 또한 밀폐된 전자 튜브의 내부 와이어 조인트를 위한 이종 금속의 용접도 가능합니다. 현재 레이저 용접은 주로 반도체, 통신 장비, 무선 공학, 정밀 기기 및 계측기 부서에서 소형 또는 초소형 부품 용접에 사용됩니다.

6. 가스 용접

가스 용접은 가스 연소에 의해 방출되는 열을 용접에 사용하는 융합 용접 공정입니다. 가연성 가스는 아세틸렌, 수소, 천연가스, 프로판 등이 될 수 있습니다. 가스 용접에서 일반적으로 사용되는 불꽃은 아세틸렌과 산소가 일정 비율로 혼합된 가스를 점화하여 형성되며, 이를 옥시-아세틸렌 불꽃이라고도 합니다. 아세틸렌과 산소의 부피 비율에 따라 화염은 침탄 화염, 중성 화염, 산화 화염의 세 가지 유형으로 분류할 수 있습니다.

침탄 불꽃에는 자유 탄소가 포함되어있어 용접 중 탄소 손실을 보상 할 수 있으며 강력한 환원 효과와 특정 침탄 효과가 있습니다. 침탄 화염은 주로 고탄소강, 고속강, 경질 합금 및 기타 탄소 함량이 높은 재료를 용접하는 데 사용되며 주철 수리에도 사용할 수 있습니다.

중성 불꽃은 산소와 아세틸렌의 완전 연소(과잉 산소와 아세틸렌 없이)에 의해 형성되며 가장 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다. 주로 저탄소강, 저합금강, 스테인리스강, 순수 구리 및 기타 재료의 용접에 사용됩니다.

산화 불꽃에는 과도한 산소가 포함되어 있어 용접 중에 금속을 산화시킵니다. 산화 불꽃은 용융 금속 표면에 실리콘 산화막(용접 와이어에 실리콘이 포함됨)을 형성하여 아연, 주석과 같은 저융점 금속을 증발로부터 보호할 수 있으므로 주로 황동, 청동 및 기타 재료의 용접에 사용됩니다.

탄소강을 용접할 때는 용접 와이어를 직접 사용할 수 있습니다. 그러나 스테인리스강, 구리 합금 및 알루미늄 합금을 용접할 때는 금속 산화를 방지하고 이미 형성된 산화물을 제거하기 위해 가스 용접 플럭스를 사용해야 합니다.

가스 용접의 특징은 가스 용접 불꽃의 온도가 아크 용접보다 낮고 가열 및 냉각 속도가 느리고 가열 영역이 넓으며 용접 변형이 크다는 것입니다. 그러나 전기가 필요하지 않고 장비가 간단하며 다목적성이 강합니다. 가스 용접은 벽이 얇은 부품, 주로 두께가 약 2mm인 부품을 용접하는 데 적합합니다.

II. 압력 용접

압력 용접은 금속을 가열하고 압력을 가하여 소성 상태에 도달하게 하여 소성 변형 및 재결정을 일으켜 최종적으로 분리된 두 표면의 원자를 격자 거리에 가깝게 만들어 분리 불가능한 접합부를 만드는 용접 공정입니다. 주요 유형은 저항 용접과 마찰 용접입니다.

1. 저항 용접

저항 용접은 조인트의 접촉면을 통과하는 전류에 의해 발생하는 저항 열을 열원으로 사용하는 압력 용접의 일종입니다. 전극과 조인트의 형태에 따라 저항 용접은 다음과 같이 나눌 수 있습니다. 스폿 용접이음새 용접 및 맞대기 용접.

(1) 스폿 용접

스폿 용접은 공작물을 랩 조인트로 조립하고 두 개의 원통형 전극 사이에서 압착하는 저항 용접의 한 유형입니다. 저항 열이 모재를 국부적으로 녹여 용접 덩어리를 형성합니다. 스폿 용접의 강도는 용접 너겟의 직경에 따라 달라지며, 일반적으로 d=2t+3mm(t는 플레이트의 두께)입니다. 용접 너겟의 품질은 용접 전류, 용접 시간, 전극 압력 및 공작물 표면의 청결도에 따라 달라집니다.

스폿 용접은 주로 자동차 및 비행기의 얇은 판금 쉘 접합 및 조립, 전자 기기 및 계량기 등의 산업용 제품 생산과 같이 얇은 스탬핑 부품 및 철근 용접에 사용됩니다. 스폿 용접의 적용 가능한 두께 범위는 0.05~6mm이며, 적용 가능한 재료는 스테인리스강, 구리 합금, 티타늄 합금, 알루미늄-마그네슘 합금입니다.

(2) 심 용접

심 용접은 원통형 전극 대신 연속적으로 회전하는 디스크 전극을 사용하여 매우 짧은 간격으로 스폿 용접을 수행하여 용접 덩어리가 겹치는 연속 용접 이음새를 만드는 연속 스폿 용접 프로세스입니다.

심 용접의 용접 너겟이 50% 이상 겹치기 때문에 밀봉 성능이 우수합니다. 그러나 심 용접은 심각한 션트 현상이 있으며 동일한 두께의 공작물을 용접하는 데 필요한 용접 전류는 스폿 용접의 약 1.5 ~ 2 배입니다. 따라서 심 용접은 연료 탱크, 소형 용기 및 파이프 라인과 같이 밀봉이 필요한 두께 3mm 미만의 얇은 벽 구조물에만 적합합니다.

(3) 맞대기 용접

맞대기 용접은 공작물을 맞대기 조인트로 조립하는 저항 용접의 한 유형입니다. 맞대기 용접은 용접된 부품의 품질을 보장하기 위해 공작물의 끝면이 동일하거나 유사한 모양과 크기를 가져야 합니다. 맞대기 용접은 주로 폐쇄형 부품 제조, 압연 재료 연장, 자전거 림, 레일 및 공구와 같은 이종 재료로 부품을 제조하는 데 사용됩니다.

2. 마찰 용접

마찰 용접은 공작물 표면 사이의 마찰에 의해 발생하는 열을 사용하여 끝면을 열가소성 상태로 만든 다음 빠르게 단조하여 용접을 완료하는 압력 용접의 한 유형입니다.

마찰 용접의 특징은 다음과 같습니다:

• 마찰 과정에서 공작물 접촉 표면의 산화막과 불순물이 제거되어 접합부에 기공 및 슬래그 내포물과 같은 결함이 발생하기 어렵습니다. 구조가 조밀하고 조인트 품질이 좋습니다.
• 용접 가능한 재료의 범위가 넓어 비철강과 스테인리스강, 알루미늄과 구리, 알루미늄과 세라믹 등과 같은 이종 재료의 맞대기 용접에 적합합니다.
• 이 장비는 간단하고 전력 소비가 적으며 작동이 쉽고 용접 재료가 필요하지 않으며 자동화가 용이하고 생산성이 높습니다.

III. 브레이징

브레이징은 공작물의 융점보다 낮은 용가재를 사용하는 용접 방법입니다. 필러 금속을 가열하여 녹이고 액체 필러 금속이 모재를 적셔 접합부 간격을 채우고 모재와 확산되어 영구적인 연결을 달성합니다. 사용되는 필러 금속의 융점에 따라 브레이징은 하드 브레이징과 소프트 브레이징의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

브레이징의 특징은 다음과 같습니다:

• 브레이징은 낮은 가열 온도, 매끄럽고 평평한 접합부, 공작물의 정밀한 치수를 제공합니다.
• 두께 차이가 큰 이종 금속과 공작물을 용접할 수 있습니다.
• 전체 공작물을 가열할 때 여러 조인트로 구성된 복잡한 부품을 동시에 납땜할 수 있어 생산성이 높습니다.
• 브레이징 장비는 간단하고 생산 투자 비용도 저렴합니다.

그러나 브레이징의 접합 강도가 상대적으로 낮고 내열성이 떨어지며 허용 작업 온도가 높지 않으며 용접 전에 엄격한 청소가 필요합니다. 필러 금속의 비용이 상대적으로 높습니다. 따라서 브레이징은 주로 정밀 기기, 전기 부품, 이종 금속 부품 및 일부 복잡한 얇은 벽 부품(예: 샌드위치 구조 및 자동차 라디에이터)을 용접하는 데 사용됩니다. 또한 다양한 전선 및 경질 합금 공구의 용접에도 일반적으로 사용됩니다.

IV. 전극 아크 용접

전극 아크 용접 은 초기에 개발된 용접 방법으로 오늘날에도 가장 널리 사용되는 용접 방법입니다. 간단한 장비, 저렴한 비용, 유연한 공정, 강한 적응성(다양한 재료, 장거리, 불규칙한 용접에 적합)이 특징이지만 노동 강도가 높고 효율성이 낮습니다(수동 조작, 연속 용접 불가).

1. 전극 아크 용접용 공구

(1) 용접 집게

전극의 기능은 전극을 고정하고 전류를 전도하는 것입니다.

(2) 아크 마스크 및 장갑

아크 마스크는 아크 빛과 기타 위험 요소로 인해 얼굴과 피부가 손상되는 것을 방지하는 보호 장비입니다. 아크 마스크는 핸드헬드형과 헬멧형으로 나뉩니다.

(3) 기타 도구

용접 표면과 슬래그 쉘을 청소하기 위한 슬래그 제거 망치 및 와이어 브러시 등이 있습니다.

2. 전극 아크 용접을 위한 주요 장비

전극 아크 용접의 주요 장비는 아크입니다. 용접기. 아크 용접기는 공급하는 용접 전류의 종류에 따라 교류 아크 용접기와 직류 아크 용접기로 나눌 수 있습니다.

(1) AC 아크 용접기

AC 아크 용접기는 용접에 필요한 교류 전류를 공급합니다. 간단한 구조, 저렴한 가격, 안정적인 사용, 낮은 작동 소음 및 쉬운 유지 보수의 장점을 가진 특수 강압 변압기입니다. 따라서 AC 아크 용접기는 용접에 자주 사용됩니다. 가장 큰 단점은 용접 중에 아크가 안정적이지 않다는 것입니다.

(2) DC 아크 용접기

DC 아크 용접기는 용접에 직류를 공급합니다. 안정적인 아크, 쉬운 아크 시작, 용접 품질 향상이라는 장점이 있습니다. 그러나 DC 아크 용접 발생기의 구조는 복잡하고 소음이 크며 비용이 많이 들고 유지 관리가 어렵습니다.

3. 용접봉

의 구성은 용접봉 은 그림 1에 나와 있습니다.

플럭스로 코팅된 아크 용접에 사용되는 용접봉은 코어 와이어와 플럭스 코팅의 두 부분으로 구성됩니다.

코어 와이어는 특정 길이와 직경의 금속 와이어(탄소강, 합금강, 스테인리스강, 주철, 구리 및 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금 등)입니다. 코어 와이어에는 두 가지 기능이 있습니다. 하나는 전류를 전도하고 아크를 생성하는 것이고, 다른 하나는 스스로 녹아 모재와 용접을 형성하는 것입니다. 코어 와이어의 직경은 일반적으로 2.5mm, 3.2mm 또는 4.0mm입니다.

플럭스 코팅은 아크 안정제(주로 쉽게 이온화되는 칼륨, 나트륨, 칼슘 화합물을 사용), 슬래그 포머(용융 풀의 표면을 덮는 슬래그를 형성하여 대기 침입을 방지하고 야금 역할을 함), 가스 포머(분해되어 아크와 용융 풀을 둘러싼 CO, H 등의 기체를 생성하여 대기를 격리하고 용융 방울과 풀을 보호함) 등 다양한 재료로 구성됩니다.

플럭스 코팅의 주요 기능은 아크의 쉬운 점화를 보장하고, 안정적인 아크 연소를 유지하며, 공기를 차단하는 것입니다. 플럭스 코팅은 산성 또는 염기성일 수 있습니다.

용접봉은 용도에 따라 구조용 강철 용접봉, 내열강 용접봉, 스테인리스강 용접봉으로 분류할 수 있습니다, 주철 용접 용접봉, 구리 및 구리 합금 용접봉, 알루미늄 및 알루미늄 합금 용접봉 등입니다. 이번 교육에 사용된 용접봉 모델은 E4303으로, 산성 티타늄-칼슘 타입 플럭스 코팅이 되어 있고 직경이 2.5mm인 탄소강 용접봉에 속하는 제품입니다.

4. 용접봉을 이용한 아크 용접의 용접 원리 4.

용접 회로는 아크 용접기, 용접 케이블, 용접 클램프, 용접봉, 공작물, 아크 등으로 구성됩니다(그림 2). 아크는 접촉 단락 방식을 사용하여 점화됩니다. 고온에서 용접봉과 공작물은 부분적으로 용융되어 용융 풀을 형성합니다. 아크가 지속적으로 이동함에 따라 용융 풀은 서서히 냉각되고 결정화되어 용접부를 형성합니다.

1-Weld
2-용융 풀
3-차폐 가스
4-Arc
5-용융 물방울
6-용접봉
7-용접 클램프
8-용접기
9-케이블
10-작품

5. 용접봉을 사용한 아크 용접의 용접 매개 변수

용접봉을 사용한 아크 용접의 용접 매개 변수에는 용접 전원의 종류와 극성, 용접봉의 직경, 용접 전류, 아크 전압, 용접 속도, 용접 층 수 등이 포함됩니다.

V. 가스 용접 및 가스 절단

1. 가스 용접의 특성 및 응용 분야

가스 용접은 가스 불꽃을 열원으로 사용하여 모재와 용가재를 녹이는 용접 방식입니다. 아세틸렌은 순수한 산소와 함께 연소하면 공기 중에서 연소할 때보다 화염 온도가 크게 높아집니다(최대 3000°C 이상).

2. 가스 용접용 장비 및 도구, 보조 도구 및 보호 장비

(1) 산소통

산소통은 고압 산소를 저장하고 운반하는 용기입니다. 용량은 40L이고 최대 저장 압력은 15MPa입니다. 규정에 따라 산소통의 외부는 하늘색으로 칠해져 있고 검은색 페인트로 "산소"라는 단어가 표시되어 있습니다.

(2) 압력 조절기

감압기(그림 3)의 기능은 고압산소 실린더의 고압산소를 용접 토치에 필요한 작업 압력(0.1～0.3MPa)으로 낮춰 용접에 사용하는 것입니다.

(3) 아세틸렌 실린더

아세틸렌 실린더는 아세틸렌을 저장하고 운반하는 용기입니다. 모양은 산소통과 비슷하지만 표면이 흰색으로 칠해져 있고 빨간색 페인트로 "아세틸렌"이라는 글자가 표시되어 있습니다. 아세틸렌 실린더는 아세톤에 적신 다공성 필러로 채워져 있습니다.

(4) 용접 토치

용접 토치(그림 4)는 아세틸렌과 산소를 일정 비율로 혼합하여 안정적인 가스 용접 불꽃을 얻는 도구입니다.

인젝터형 용접 토치에는 아세틸렌 조인트, 산소 조인트, 핸들, 아세틸렌 밸브, 산소 밸브, 인젝터 튜브, 혼합 튜브, 노즐 등이 포함됩니다.

(5) 보조 도구 및 보호 장비

보조 도구로는 청소용 바늘, 고무 호스, 점화기, 와이어 브러시, 슬래그 해머, 파일 등이 있습니다. 보호 장비에는 가스 용접 고글, 작업복, 장갑, 작업화, 다리 보호대 등이 포함됩니다.

3. 가스 용접 불꽃(옥시-아세틸렌 불꽃)

산소와 아세틸렌의 연소에 의해 형성되는 불꽃을 산소-아세틸렌 불꽃이라고 합니다. 산소 밸브와 아세틸렌 밸브를 조정하여 산소와 아세틸렌의 혼합 비율을 변경하면 그림 5와 같이 중성 불꽃, 산화 불꽃, 침탄 불꽃의 세 가지 불꽃을 얻을 수 있습니다.

(1) 중립 불꽃(그림 5a)

산소와 아세틸렌의 부피 비율이 1～1.2인 경우, 생성되는 불꽃을 중성 불꽃이라고 하며 일반 불꽃이라고도 합니다. 중성 불꽃은 일반적으로 용접에 사용되며 저탄소강, 중탄소강, 합금강, 순수 구리, 알루미늄 합금 및 기타 재료의 용접에 사용됩니다.

(2) 침탄 불꽃(그림 5b)

산소와 아세틸렌의 부피 비율이 1보다 작으면 침탄 불꽃이 발생합니다.

(3) 산화 불꽃(그림 5c)

산소 대 아세틸렌의 부피 비율이 1.2보다 크면 산화 불꽃이 형성됩니다.

4. 기본 가스 용접 기술

가스 용접 시에는 일반적으로 용접 토치를 오른손에 들고 엄지손가락은 아세틸렌 스위치에, 검지는 산소 스위치에 대고 언제든지 가스 흐름을 쉽게 조절할 수 있도록 합니다. 나머지 세 손가락은 용접 토치의 손잡이를 잡고 왼손은 용접봉을 잡습니다. 가스 용접의 기본 작업에는 점화, 불꽃 조절, 용접 및 불꽃 끄기가 포함됩니다.

(1) 점화, 불꽃 조절 및 불꽃 끄기

점화할 때는 먼저 산소 밸브를 약간 연 다음 아세틸렌 밸브를 열고 화염(전자총 또는 저전압 전기 스파크 등)으로 불꽃을 점화합니다. 이때의 불꽃은 침탄 불꽃이며, 산소 밸브를 서서히 열어 침탄 불꽃을 중성 불꽃으로 조정합니다. 산소를 계속 증가시키면(또는 아세틸렌을 줄이면) 산화 불꽃을 얻을 수 있습니다.

용접이 완료되고 화염을 꺼야 할 때는 먼저 아세틸렌 밸브를 닫은 다음 산소 밸브를 닫아 역효과를 방지하고 연기를 줄여야 합니다.

(2) 일반 용접

고품질의 미적으로 만족스러운 용접을 얻고 용융 풀의 열을 제어하려면 용접 토치와 용접봉이 균일하고 조화로운 방식으로, 즉 그림 6과 같이 공작물의 이음새를 따라 세로 이동, 용접 이음새를 따라 용접 토치의 가로 이동, 용접봉의 상하 이동을 통한 수직 공급 방식으로 움직여야 합니다.

1-용접봉
2-용접 토치
3-용접

(3) 용접 이음새 종단

용접 이음새의 끝 부분을 용접할 때는 끝 부분의 열 방출 조건이 좋지 않기 때문에 용접 토치와 용접물 사이의 각도를 줄이고(20°~30°), 용융 풀이 팽창하여 번스루가 발생하지 않도록 용접 속도를 높이고 용접 와이어를 더 추가해야 합니다.

5. 가스 절단

가스 절단은 가스 불꽃의 열 에너지를 사용하여 공작물을 특정 온도로 예열한 다음 고속 절단 산소 스트림을 분사하여 연소시키고 열을 방출하여 절단을 수행하는 방법입니다. 금속을 녹이는 가스 용접과는 근본적으로 다르며, 가스 절단은 순수한 산소로 금속을 연소시킵니다.

(1) 금속 산소 절단 조건

금속 재료의 발화점은 녹는점보다 낮아야 합니다. 연소에 의해 생성되는 금속 산화물의 녹는점은 금속 자체의 녹는점보다 낮아야 합니다. 금속이 연소할 때 많은 양의 열이 방출되며 금속 자체의 열전도율이 낮아야 합니다. 주철과 같이 이러한 조건을 충족하는 금속 재료만 가스 절단이 가능합니다. 고합금강, 구리, 알루미늄 등은 가스 절단이 어렵습니다.

(2) 가스 절단 프로세스

가스 절단에서는 절단 토치가 용접 토치를 대체하고 다른 장비는 가스 용접과 동일합니다. 절단 토치의 모양과 구조는 그림 7에 나와 있습니다.

가스 절단 시 절단 근처의 금속은 먼저 산소-아세틸렌 불꽃으로 발화점(약 1300°C, 황백색)까지 예열된 다음 절단 토치의 절단 산소 밸브가 열리고 고압 산소 분사로 인해 고온의 금속이 즉시 연소됩니다. 그 결과 생성된 산화물(예: 용융 상태의 산화철)은 그림 8과 같이 산소 스트림에 의해 동시에 날아갑니다.

1컷
2-커팅 노즐
3-산소 스트림
4-워크피스
5-산화물
6-예열 불꽃

VI. 가스 차폐 아크 용접

외부 가스를 아크 매체로 사용하고 아크와 용융 풀을 보호하는 아크 용접 방법을 가스 차폐 아크 용접이라고 합니다. 일반적으로 사용되는 차폐 가스는 아르곤과 CO2입니다.

1. 아르곤 아크 용접

아르곤을 차폐 가스로 사용하는 가스 차폐 아크 용접을 아르곤 아크 용접이라고 합니다.

(1) 아르곤 아크 용접의 기본 원리

아르곤 아크 용접건의 노즐에서 아르곤 가스가 균일하게 분사되어 아크와 용융 풀 주위에 연속적이고 폐쇄적인 공기 흐름을 형성하여 공기를 배출하고 용접 와이어와 용융 풀이 공기와 접촉하지 않도록 보호합니다.

아르곤은 불활성 기체이므로 액체 금속과 화학적으로 반응하지 않으며 금속에 용해되지 않습니다. 동시에 아르곤 가스 흐름은 아크에 일정한 냉각 및 압축 효과를 가지므로 아르곤 아크의 에너지가 상대적으로 집중되고 가열 속도가 빠릅니다. 따라서 아르곤 아크 용접의 용접 품질이 상대적으로 높습니다.

(2) 아르곤 아크 용접의 특성

아르곤은 액체 금속을 산화로부터 효과적으로 보호 할 수있는 불활성 가스입니다. 아크 열이 집중되고 열 영향 영역이 작고 용접물의 변형이 적으며 조작이 눈에 보이고 직관적이며 쉽습니다. 아크가 안정적이며 스패 터가 적고 용접 이음새가 조밀하며 기계적 특성과 내식성이 우수하고 표면에 슬래그가 없으며 용접 이음새 모양이 아름답고 기계화 및 자동화를 달성하기 쉽습니다.

(3) 아르곤 아크 용접의 응용

아르곤 아크 용접은 많은 장점을 가진 고품질 용접 방법으로 조선, 항공, 항공우주, 화학, 기계, 전자 등의 산업에서 널리 사용되고 있습니다.

그러나 아르곤 아크 용접 장비 용접은 복잡하고 용접 비용이 상대적으로 높습니다. 주로 고합금강, 티타늄 합금, 스테인리스강, 알루미늄 및 구리 합금, 일부 희귀 금속과 같은 일부 귀금속을 용접하는 데 사용됩니다.

(4) 아르곤 아크 용접 장비 및 공정

이 섹션에서는 교육 현장의 실제 장비를 기반으로 기존 장비, 프로세스 및 주요 운영 포인트를 소개합니다.

(5) 아르곤 아크 용접 작업

일반적인 공작물: 스테인리스 스틸의 아르곤 아크 용접 작업.

2. CO₂ 가스 차폐 용접

CO를 사용한 가스 차폐 용접₂ 차폐 가스는 CO₂ 가스 차폐 용접. 일반적으로 반자동 용접과 자동 용접으로 나눌 수 있습니다.

(1) CO의 기본 원리₂ 가스 차폐 용접

용접 와이어와 공작물 사이에 생성된 아크를 사용하여 금속을 녹이는 소모성 전극 가스 차폐 용접의 일종입니다. CO₂ 가스가 용접 와이어 주변 공간과 용융된 용접 이음새를 통해 균일하게 흐르면서 공기 중의 산소를 용접 이음새로부터 차단하여 용접 이음새를 보호합니다.

(2) CO의 특성₂ 가스 차폐 용접

CO₂ 가스는 저렴하고 아크 용접에 비해 생산 효율이 높고 (슬래그 청소 또는 전극 교체 필요 없음) 용접 비용이 낮으며 용접 중 전류 밀도가 높고 아크 열 이용률이 높으며 용접 후 슬래그를 청소할 필요가 없으며 생산성이 높으며 아크 열이 집중되고 용접물의 가열 영역이 작고 변형이 적으며 용접 이음새의 내 균열성이 우수하며 개방 아크 용접으로 용접 품질이 높습니다.