탄소강 용접: 종합 가이드
탄소강 용접은 어떻게 일반적인 작업인 동시에 복잡한 과제일 수 있을까요? 이 가이드는 탄소강 용접의 복잡한 세계를 탐구하며 탄소강의 유형, 그 ...
복잡한 기계가 어떻게 매끄럽게 연결되는지 궁금한 적이 있나요? 이 글에서는 금속을 접합하는 데 사용되는 고효율 방법인 맞대기 용접의 매혹적인 세계에 대해 알아보세요. 용접의 적용 분야와 유형, 그리고 그 효과에 숨겨진 과학적 원리에 대해 알아보세요. 이 필수 용접 기술의 비밀을 알아볼 준비를 하세요!
일반적으로 맞대기 용접이라고도 하는 맞대기 저항 용접은 전기 저항에서 발생하는 열을 활용하여 두 개의 공작물을 전체 끝면을 따라 동시에 접합하는 정교한 저항 용접 기술입니다. 이 프로세스는 필러 재료 없이도 강력하고 연속적인 용접 이음새를 생성합니다.
맞대기 용접의 높은 생산성, 손쉬운 자동화, 다용도성 덕분에 다양한 산업 분야에서 널리 채택되고 있습니다. 맞대기 용접의 적용 분야는 크게 네 가지로 분류할 수 있습니다:
맞대기 용접은 저항 맞대기 용접과 플래시 맞대기 용접으로 분류됩니다.
저항 맞대기 용접은 두 공작물의 끝면을 연속적으로 누르고 저항 열을 사용하여 플라스틱 상태로 가열한 다음 업셋 단조 압력을 빠르게 가하여(또는 업셋 단조 압력을 가하지 않고 용접 압력을 유지하여) 용접을 완료하는 것입니다.
(1) 저항 맞대기 용접의 저항 및 가열
맞대기 용접 시 저항 분포는 그림 14-2와 같습니다. 총 저항은 다음 공식으로 나타낼 수 있습니다:
R=2Rω+Rc+2Reω
Where,
공작물과 전극 사이의 접촉 저항은 작고 접합 표면에서 멀리 떨어져 있기 때문에 종종 무시됩니다. 공작물의 내부 저항은 용접된 금속의 저항률 ρ과 전극에서 연장된 공작물의 길이 l0에 비례하며, 공작물의 단면적 s에 반비례합니다.
와 마찬가지로 스폿 용접저항 맞대기 용접의 접촉 저항은 접촉 표면의 표면 상태, 온도 및 압력에 따라 달라집니다. 접촉 표면에 눈에 띄는 산화물이나 기타 불순물이 있으면 접촉 저항이 증가합니다. 온도나 압력이 증가하면 실제 접촉 면적이 증가하기 때문에 접촉 저항이 감소합니다.
용접을 시작할 때는 접점의 전류 밀도가 높지만, 끝면 온도가 급격히 상승하면 접촉 저항이 급격히 감소합니다. 특정 온도(강철의 경우 600도, 알루미늄 합금의 경우 350도)까지 가열하면 접촉 저항이 완전히 사라집니다.
스폿 용접과 마찬가지로 맞대기 용접의 열원도 용접 부위에서 발생하는 저항 열에서 비롯됩니다. 저항 맞대기 용접 시 접촉 저항은 매우 짧은 시간 동안 존재하며, 발생하는 열은 전체 열의 10-15% 미만을 차지합니다.
그러나 이 부분은 접촉면 근처의 매우 좁은 영역에서 열이 발생하기 때문에 이 영역의 온도가 급격히 상승하고 내부 저항이 급격히 증가합니다. 접촉 저항이 완전히 사라지더라도 이 영역의 열 강도는 다른 영역보다 여전히 높습니다.
사용 된 용접 조건이 더 단단할수록 (즉, 전류가 크고 전기 통전 시간이 짧을수록) 공작물의 압축력이 작을수록 접촉 저항이 가열에 미치는 영향이 더 두드러집니다.
(2) 엉덩이 저항 용접 사이클, 공정 파라미터 및 공작물 준비
1) 용접 주기:
저항 맞대기 용접 시에는 항상 두 개의 공작물이 함께 압착됩니다. 끝면 온도가 용접 온도 Tω에서 두 공작물 끝면 사이의 거리는 몇 옹스트롬에 불과하며 끝면 사이의 원자가 서로 상호작용하여 접합부에서 공통 입자를 생성하여 용접을 형성합니다.
저항 맞대기 용접에는 등압과 단조 압력 증가의 두 가지 유형의 용접 사이클이 있습니다.
전자는 간단한 가압 메커니즘을 가지고 있으며 구현하기 쉽습니다. 후자는 다음을 개선하는 데 도움이 됩니다. 용접 품질주로 합금강, 비철금속 및 그 합금의 저항 맞대기 용접에 사용됩니다.
충분한 소성 변형을 얻고 조인트 품질을 더욱 향상시키려면 전류 업셋 프로그램도 설정해야 합니다.
2) 프로세스 매개변수:
저항 맞대기 용접의 주요 공정 파라미터는 돌출 길이, 용접 전류(또는 용접 전류 밀도), 용접 전원 켜기 시간, 용접 압력 및 업셋 압력입니다.
(a) 돌출 길이 l0:
공작물이 클램프 전극 끝면 너머로 돌출되는 길이입니다. 돌출 길이를 선택할 때는 업셋 시 공작물의 안정성과 클램프로의 열 발산이라는 두 가지 요소를 고려해야 합니다.
l0이 너무 길면 공작물이 불안정해지고 업셋 중에 구부러집니다. l0이 너무 짧으면 클램프로의 열 방출이 증가하여 공작물이 너무 많이 냉각되어 소성 변형이 어려워집니다. 직경이 d인 공작물의 경우 일반적으로 저탄소강: l0=(0.5-1)d, 알루미늄 및 황동: l0=(1-2)d, 구리: l0=(1.5-2.5)d입니다.
(b) 용접 전류 Iω 및 용접 시간 tω:
저항 맞대기 용접 시 용접 전류는 종종 전류 밀도 jω로 표현됩니다. jω와 tω는 공작물의 가열을 결정하는 두 가지 주요 매개 변수입니다. 이 두 가지는 특정 범위 내에서 적절히 조정할 수 있습니다. 큰 전류 밀도와 짧은 시간(강한 조건) 또는 작은 전류 밀도와 긴 시간(약한 조건)을 모두 채택할 수 있습니다.
그러나 조건이 너무 강하면 비 침투 결함이 발생하기 쉽고 조건이 너무 부드러우면 인터페이스 끝면의 심각한 산화, 조인트 영역의 거친 입자를 유발하고 조인트 강도에 영향을 미칩니다.
(c) 용접 압력 Fω 및 업셋 압력 Fu:
Fω는 조인트의 열 발생과 소성 변형에 모두 영향을 미칩니다. Fω를 줄이면 열 발생에는 도움이 되지만 소성 변형에는 도움이 되지 않습니다.
따라서 더 작은 Fω로 가열하고 훨씬 더 큰 Fu로 화를 내기 쉽습니다. 그러나 Fω가 너무 낮으면 스패터가 발생하고 단면 산화가 증가하며 인터페이스 근처에서 느슨해집니다.
3) 공작물 준비:
저항 맞대기 용접에서는 두 공작물의 끝면 모양과 크기가 동일해야 공작물의 가열 및 소성 변형이 일정하게 유지됩니다. 공작물의 끝면과 클램프와 접촉하는 표면은 엄격하게 청소해야 합니다.
끝면의 산화물과 먼지는 조인트의 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 클램프와 접촉하는 공작물 표면의 산화물과 먼지는 접촉 저항을 증가시켜 공작물의 표면 연소, 클램프 마모 증가, 전력 손실 증가를 유발합니다.
연삭 휠 및 와이어 브러시와 같은 기계적 수단을 사용하여 공작물을 청소하거나 산성 세척할 수 있습니다.
산화물 내포물은 저항에서 쉽게 생성됩니다. 용접 조인트. 희귀 금속, 일부 합금강 및 용접 품질 요구 사항이 높은 비철 금속의 경우 아르곤 및 헬륨과 같은 보호 분위기가 자주 사용됩니다.
저항 맞대기 용접은 매끄러운 조인트, 작은 버, 단순성과 같은 장점이 있지만 용접 프로세스접합 기계적 특성이 상대적으로 낮고 공작물 끝면의 준비가 높아야하므로 작은 단면 (250mm 미만)의 맞대기 용접에만 사용됩니다.2) 금속 프로파일.
플래시 맞대기 용접은 연속 플래시 맞대기 용접과 예열 플래시 맞대기 용접으로 나눌 수 있습니다. 두 가지 모두 플래싱 단계와 단조 단계의 두 가지 주요 단계로 구성됩니다. 예열 플래시 맞대기 용접은 점멸 단계 전에 예열 단계를 추가하는 것입니다.
1. 플래시 맞대기 용접의 두 단계
1. 깜박이는 단계
플래싱의 주요 기능은 공작물을 가열하는 것입니다. 이 단계에서는 먼저 전원 공급 장치가 켜지고 두 공작물의 끝이 살짝 접촉하여 수많은 접촉점이 생성됩니다. 전류가 흐르면 접촉점이 녹아 두 끝을 연결하는 액체 금속 다리가 형성됩니다.
이러한 브릿지의 전류 밀도가 매우 높기 때문에 액체 금속이 증발하고 브릿지가 파열됩니다. 이동식 클램프가 천천히 전진함에 따라 새로운 브릿지가 지속적으로 형성되고 터집니다. 증기압과 전자기력의 작용으로 액체 금속 입자가 조인트 사이의 틈새에서 지속적으로 분사되어 스파크 제트 또는 플래시를 형성합니다.
플래싱 프로세스 동안 공작물은 점차 짧아지고 끝의 온도도 점차 증가합니다. 끝 온도가 상승함에 따라 브리지 버스트 속도가 빨라지고 이동식 클램프의 전진 속도도 점차 증가해야 합니다.
플래싱 공정이 끝나기 전에 공작물의 전체 끝 표면에 액체 금속 층을 형성하고 금속을 특정 깊이에서 소성 변형 온도까지 가져와야 합니다.
브리지의 파열로 인해 생성되는 금속 증기와 금속 입자의 강한 산화로 인해 계면 갭에서 가스 매체의 산소 함량이 감소하여 산화 능력이 감소하여 조인트의 품질이 향상됩니다.
그러나 깜박임은 안정적이고 강렬해야 합니다. 안정성이란 깜박이는 과정에서 개방 회로나 단락이 발생하지 않음을 의미합니다. 개방 회로는 자체 보호 기능을 약화시킵니다. 용접 조인트이 발생하여 조인트가 쉽게 산화될 수 있습니다. 단락으로 인해 공작물이 과도하게 연소되어 공작물이 폐기될 수 있습니다.
강도는 단위 시간당 상당한 수의 브리지 버스트 횟수를 나타냅니다. 플래싱이 강할수록 특히 플래싱의 후반 단계에서 용접 조인트의 자체 보호 기능이 향상됩니다.
2. 단조 단계
플래싱 단계가 끝나면 즉시 공작물에 충분한 엔드 압력이 가해져 조인트 사이의 간격이 빠르게 감소하고 브리지가 파열을 멈추고 단조 단계가 시작됩니다.
단조의 목적은 공작물의 끝 표면에 브리지 파열로 인해 남은 틈과 화재 구멍을 밀봉하고, 끝 표면에서 액체 금속과 산화 된 내포물을 압출하고, 깨끗한 플라스틱 금속이 밀착되도록하고, 접합 영역에서 특정 소성 변형을 생성하는 것입니다. 이를 통해 재결정을 촉진하고 일반적인 입자를 형성하며 견고한 접합부를 얻을 수 있습니다.
플래시 맞대기 용접의 가열 과정에서 금속이 녹아내리지만, 본질적으로 플라스틱 상태의 용접입니다.
플래시 맞대기 용접 예열은 먼저 플래싱 및 단조 단계로 들어가기 전에 간헐적인 전류 펄스로 공작물을 가열합니다.
예열의 목적은 다음과 같습니다:
(a) 전력 소비를 줄입니다: 더 큰 공작물은 더 작은 용량의 용접기로 용접할 수 있습니다. 공작물을 특정 온도로 예열하지 않으면 용접기의 용량이 부족할 때 연속 플래싱 프로세스를 시작할 수 없습니다.
(b) 용접 후 냉각 속도를 낮춥니다: 이는 냉각 중에 담금질된 강철 조인트가 담금질된 구조와 균열을 생성하는 것을 방지하는 데 유용합니다.
(c) 깜박이는 시간을 단축합니다: 이렇게 하면 깜박임 허용치를 줄이고 귀금속을 절약할 수 있습니다.
예열의 단점은 다음과 같습니다:
(a) 용접 주기가 길어지고 생산성이 저하됩니다.
(b) 프로세스 자동화가 더 복잡해집니다.
(c) 예열 제어가 더 어렵습니다. 예열 정도가 일정하지 않으면 조인트 품질의 안정성이 떨어집니다.
2. 플래시 맞대기 용접의 저항 및 가열
플래시 맞대기 용접 중 접촉 저항(Rc)은 두 공작물의 끝면 사이의 액체 금속 브릿지를 가로지르는 총 저항입니다. Rc의 크기는 이러한 브릿지의 수와 단면적에 의해 결정되며, 이 둘은 공작물의 단면적, 전류 밀도 및 공작물이 서로 접근하는 속도에 영향을 받습니다. 이러한 매개변수가 증가하면 브릿지의 수와 단면적도 증가하여 Rc가 감소합니다.
플래시 맞대기 용접은 저항 용접에 비해 훨씬 더 높은 Rc를 가지며 전체 플래시 단계 동안 지속됩니다. 저항은 점차 감소하지만 단조가 시작되는 순간까지 공작물의 내부 저항보다 큰 상태로 유지되며, 이 시점에서 Rc는 완전히 사라집니다.
그림 14-5는 플래시 맞대기 용접 중 Rc, 2Rω 및 R의 일반적인 변화를 보여줍니다. Rc의 감소는 플래시 공정 중 끝면의 온도 상승과 공작물의 접근 속도 증가로 인한 브릿지의 수와 크기 증가에 기인합니다.
Rc가 크고 전체 플래시 단계 동안 지속되기 때문에 플래시 맞대기 용접 조인트의 가열은 주로 Rc에 의존합니다.
3. 플래시 맞대기 용접을 위한 용접 사이클, 공정 파라미터 및 공작물 준비
1. 용접 주기
그림 14-7에 표시된 것처럼 플래시 맞대기 용접의 용접 주기에는 리셋 시간(이동식 맞대기 용접에 걸리는 시간)이 포함됩니다. 클램핑 죠를 사용하여 공작물을 분리한 후 원래 위치로 돌아갑니다. 예열에는 저항 예열과 플래시 예열의 두 가지 방법이 있습니다.
2. 프로세스 매개변수
플래시 맞대기 용접의 주요 파라미터는 돌출 길이, 플래시 전류, 플래시 볼륨, 플래시 속도, 업셋 볼륨, 업셋 속도, 업셋 압력, 업셋 전류 및 클램프의 클램핑 력입니다. 그림 14-8은 연속 플래시 맞대기 용접의 부피와 돌출 길이를 보여줍니다. 아래는 각 파라미터가 용접 품질에 미치는 영향과 파라미터 선택 원칙에 대한 설명입니다:
(a) 돌출 길이(l0)
저항 용접과 마찬가지로 l0은 공작물 축을 따라 온도 분포와 접합부의 소성 변형에 영향을 미칩니다. 또한 l0이 증가함에 따라 용접 회로의 임피던스와 필요한 전력도 증가합니다. 로드 재료 및 두꺼운 벽의 튜브의 경우 l0은 일반적으로 (0.7-1.0)d이며, 여기서 d는 원형 로드 재료의 직경 또는 사각형 로드 재료의 측면 길이입니다.
업셋 시 안정성을 보장하기 위해 얇은 시트(δ=1-4mm)의 경우, 일반적으로 l0은 (4-5)δ입니다.
언제 다른 금속 용접두 공작물에서 일관된 온도 분포를 얻으려면 전기 및 열 전도도가 낮은 금속의 l0이 더 작아야 합니다. 표 1은 플래시 맞대기 용접 시 l0에 대한 기준값을 제공합니다. 다른 금속.
(b) 플래시 전류(If) 및 업셋 전류(Iu)
If는 공작물의 단면적과 플래싱에 필요한 전류 밀도(jf)에 의해 결정됩니다. jf의 크기는 용접되는 금속의 물리적 특성, 플래시 속도, 공작물 단면의 면적과 모양, 끝면의 가열 조건과 관련이 있습니다. 플래시 프로세스 중에 vf가 점차 증가하고 Rc가 감소함에 따라 jf도 증가합니다. 업셋 중에는 Rc가 빠르게 사라지면서 전류가 업셋 전류(Iu)로 급증합니다.
표 1 다양한 금속의 플래시 맞대기 용접을 위한 돌출 길이
| 금속의 종류 | 확장 길이(mm) | ||
| 왼쪽 | 오른쪽 | 왼쪽 | 오른쪽 |
| 저탄소 강철 | 오스테나이트강 | 1.2d | 0.5d |
| 중탄소강 | 고속 강철 | 0.75d | 0.5d |
| Steel | 황동 | 1.5d | 1.5d |
| Steel | 구리 | 2.5d | 1.0d |
참고: d는 공작물의 직경(mm)을 나타냅니다.
단면적이 큰 강철 부품을 용접할 때는 공작물의 가열 깊이를 높이려면 더 느린 플래싱 속도를 채택해야 하며 일반적으로 사용되는 평균 전류 밀도는 5A/mm2를 초과하지 않아야 합니다. 표 2는 단면적이 200-1000mm2인 공작물을 플래시 맞대기 용접할 때의 전류 밀도(jf) 및 전기 에너지(ju)에 대한 기준값을 보여줍니다.
표 2: 플래시 맞대기 용접 시 전류 밀도(jf) 및 전기 에너지(ju)에 대한 참조 값
| 금속의 종류 | jf （A/mm2） | jf（A/mm2） | |
| 평균값 | 최대 가치 | ||
| 저탄소 강철 | 5-15 | 20-30 | 40-60 |
| 높음 합금강 | 10-20 | 25-35 | 35-50 |
| 알루미늄 합금 | 15-25 | 40-60 | 70-150 |
| 구리 합금 | 20-30 | 50-80 | 100-200 |
| 티타늄 합금 | 4-10 | 15-25 | 20-40 |
전류의 크기는 용접 변압기의 무부하 전압 U20에 의해 결정됩니다. 따라서 실제 생산에서는 일반적으로 2차 무부하 전압이 설정됩니다. U20을 선택할 때는 용접 회로의 임피던스를 고려해야 합니다. 임피던스가 높을수록 U20도 그에 상응하는 증가가 필요합니다. 단면적이 큰 공작물을 용접할 때는 2차 전압을 단계적으로 조정하는 방법을 사용하기도 합니다. 처음에는 더 높은 U20을 사용하여 아크를 시작한 다음 적절한 값으로 낮춥니다.
(c) 플래시 유량 δf
플래싱 볼륨인 δf는 플래싱이 끝날 때 공작물의 전체 끝면에 용융 금속 층이 형성되는 동시에 특정 깊이에서 소성 변형 온도에 도달하도록 선택해야 합니다. δf가 너무 작으면 이러한 요구 사항을 충족할 수 없어 용접 품질에 영향을 미칩니다. 반대로 δf가 너무 크면 다음과 같은 낭비가 발생합니다. 금속 소재 생산성을 감소시킵니다. 예열 플래시 맞대기 용접은 연속 플래시 맞대기 용접에 비해 δf를 30-50%까지 줄일 수 있으므로 예열이 필요한지 여부도 δf 선택 시 고려해야 합니다.
(d) 플래시 속도 vf
플래시 속도인 vf는 플래시의 강도와 안정성을 보장하기에 충분해야 합니다. 그러나 vf가 너무 높으면 가열 영역이 좁아져 소성 변형의 난이도가 높아집니다. 또한 필요한 용접 전류가 증가하여 빔 버스트 후 노치 깊이가 깊어져 접합 품질이 저하됩니다. VF를 선택할 때는 다음 요소를 고려해야 합니다:
1) 용접할 재료의 구성 및 특성. 쉽게 산화되는 원소가 많거나 전도성 및 열전도율이 좋은 재료는 더 큰 vf가 필요합니다. 예를 들어, 오스테나이트 스테인리스강과 알루미늄 합금을 용접하려면 다음보다 더 높은 vf가 필요합니다. 저탄소강 용접.
2) 예열 여부. 예열을 하면 플래시를 더 쉽게 시작할 수 있으므로 VF를 높일 수 있습니다.
3) 업셋하기 전에 강한 플래시가 있어야 합니다. 끝면에 균일한 금속층이 형성되도록 VF가 높아야 합니다.
(e) 업셋 단조 유량 δu
업셋 부피인 δu는 액체 금속의 배출과 소성 변형 정도에 영향을 미칩니다. δu가 너무 작으면 액체 금속이 계면에 남아 느슨해짐, 수축, 균열 등의 결함이 발생할 수 있습니다. δu가 너무 크면 입자 경계가 심하게 구부러져 조인트의 충격 인성이 감소합니다. δu는 공작물의 단면적에 따라 선택되며, 단면적이 증가할수록 증가합니다.
업셋하는 동안 인터페이스 산화를 방지하기 위해 종단면 인터페이스가 닫히기 전에 전류를 즉시 차단하지 않습니다. 따라서 업셋 볼륨에는 전류가 있는 볼륨과 전류가 없는 볼륨의 두 부분이 포함되어야 하며, 전자는 후자의 0.5-1배가 되어야 합니다.
(에프) 단조 속도 뷰 업셋
금속 냉각으로 인한 계면에서의 액체 금속 배출 및 소성 금속 변형의 어려움을 방지하고 단면 금속의 산화를 방지하기 위해 업셋 속도인 vu는 가능한 한 빨라야 합니다. 최소 업셋 속도는 금속의 특성에 따라 달라집니다.
예를 들어, 오스테나이트강 용접의 최소 업셋 속도는 펄라이트강보다 두 배나 빠릅니다. 열전도율이 좋은 재료는 다음과 같습니다. 알루미늄 합금는 높은 업셋 속도(150-200mm/s)가 필요합니다. 동일한 금속의 경우, 인터페이스의 온도 구배가 클수록 접합부의 냉각 속도가 빨라지기 때문에 더 빠른 업셋 속도가 필요합니다.
(g) 업셋 단조 압력 푸
업셋 압력인 Fu는 일반적으로 단위 면적당 압력으로 표시되며, 업셋 응력이라고도 합니다. 업셋 응력의 크기는 인터페이스에서 액체 금속을 배출하고 조인트에서 일정량의 소성 변형을 발생시키기에 충분해야 합니다. 업셋 응력이 너무 낮으면 변형이 불충분하여 조인트 강도가 감소합니다. 업셋 응력이 너무 높으면 변형이 과도하게 발생하여 입자 경계가 심하게 구부러져 접합부 충격 인성이 감소합니다.
업셋 응력의 크기는 금속의 특성, 온도 분포 특성, 업셋 부피 및 속도, 공작물 단면적의 모양에 따라 달라집니다. 고온 강도를 가진 금속은 높은 업셋 응력이 필요합니다.
온도 구배가 증가하면 응력도 높아집니다. 높은 플래시 속도로 인한 온도 구배 증가로 인해 다음과 같이 열 전도성이 좋은 용접 금속의 경우 구리 및 알루미늄 합금의 경우 높은 파괴 응력(150-400Mpa)이 필요합니다.
(h) 플래시 맞대기 용접을 위한 예열 파라미터:
앞서 언급한 프로세스 매개 변수 외에도 예열 온도 및 지속 시간도 고려해야 합니다. 예열 온도는 단면에 따라 선택되고 재료 속성 을 초과하지 않아야 합니다. 저탄소 강철을 용접할 때는 일반적으로 온도가 섭씨 700~900도를 넘지 않아야 합니다.
공작물의 단면적이 증가하면 예열 온도도 그에 따라 증가해야 합니다. 예열 시간은 용접기의 출력, 공작물 단면의 크기 및 금속의 특성에 따라 달라지며 광범위한 범위 내에서 달라질 수 있습니다. 이는 필요한 예열 온도에 따라 달라집니다. 예열 과정에서 예열로 인한 감소는 작으며 공정 파라미터로 설정되지 않습니다.
(i) 클램프의 클램핑력(Fc)은 단조 중에 공작물이 미끄러지지 않도록 보장해야 합니다.
Fc는 단조 압력(Fu) 및 공작물과 클램프 사이의 마찰 계수(f)와 관련이 있으며, 관계는 다음과 같습니다: Fc≥Fu/2f. 일반적으로 F0= (1.5-4.0)Fu, 하한은 단면이 작은 저탄소강, 하한은 냉간 압연 스테인리스입니다. 강판 를 상한으로 설정합니다. 클램프에 지지 장치가 장착된 경우 클램핑력을 크게 줄일 수 있으며, 이때 Fc=0.5Fu로 충분합니다.
3. 공작물 준비:
플래시 맞대기 용접을 위한 공작물 준비에는 끝면의 형상, 블랭크 끝의 가공 및 표면 청소가 포함됩니다. 플래시 맞대기 용접 시 두 공작물의 접합 면의 기하학적 모양과 크기는 본질적으로 동일해야 합니다.
그렇지 않으면 두 공작물의 일관된 가열 및 소성 변형을 보장 할 수 없으므로 조인트의 품질에 영향을 미칩니다. 생산 시 원형 공작물의 직경 차이는 15%를 초과해서는 안 되며, 정사각형 및 관형 공작물의 직경 차이는 10%를 초과해서는 안 됩니다.
단면적이 큰 공작물을 플래시 맞대기 용접할 때는 전류 밀도를 높이고 플래시 시작을 용이하게 하기 위해 공작물의 한쪽 끝을 모따기하는 것이 가장 좋습니다. 이 경우 플래시를 시작할 때 예열하거나 2차 전압을 높일 필요가 없습니다.
맞대기 용접을 위한 블랭크 끝단 가공은 전단기, 펀칭기, 선반 또는 플라즈마 또는 화염 절단을 사용하여 수행한 후 끝단을 세척할 수 있습니다. 플래시 맞대기 용접의 경우, 플래시 중에 끝단 금속이 연소되므로 끝단면의 세척 요건은 그다지 엄격하지 않습니다. 그러나 클램프와 공작물 사이의 접촉면에 대한 청소 요건은 저항 맞대기 용접과 동일해야 합니다.
4. 일반 금속의 플래시 맞대기 용접:
거의 모든 강철과 비철금속은 플래시 맞대기 용접이 가능하지만 고품질의 접합부를 얻으려면 금속의 관련 특성에 따라 적절한 공정 조치를 취해야 합니다. 분석은 다음과 같습니다:
(1) 전기 및 열 전도성:
전기 및 열 전도성이 좋은 금속의 경우 더 높은 비 전력과 플래시 속도, 더 짧은 용접 시간을 사용해야 합니다.
(2) 고온 강도:
고온 강도가 높은 금속의 경우 열가소성 영역을 넓히고 더 큰 단조력을 사용해야 합니다.
(3) 결정화 온도 범위:
결정화 온도 범위가 넓을수록 반용융 영역이 넓어집니다. 더 큰 단조 압력과 단조 유지력을 사용하여 반용융 영역의 모든 용융 금속을 압출하여 수축 구멍, 느슨함, 균열 및 기타 결함이 접합부에 남지 않도록 해야 합니다.
(4) 열 감도:
두 가지 일반적인 상황이 있습니다. 첫 번째는 용접 후 접합부에 담금질 구조가 발생하여 경도가 증가하고 가소성이 감소하는 담금질 강철입니다. 심한 경우 담금질 균열이 생길 수 있습니다.
담금질 강철은 일반적으로 넓은 가열 영역 예열 플래시 맞대기 용접을 사용하며 용접 후 천천히 냉각 및 템퍼링 조치를 취합니다. 두 번째 상황은 냉간 가공으로 강화된 금속(예: 오스테나이트 스테인리스강)으로, 용접 중에 접합부와 열 영향을 받는 영역이 연화되어 접합부의 강도가 감소하는 경우입니다. 이러한 금속을 용접할 때는 일반적으로 연화 영역을 최소화하고 연화 정도를 완화하기 위해 더 큰 플래시 속도와 단조 압력을 사용합니다.
(5) 산화: 관절의 산화물 내포물은 관절의 품질을 심각하게 손상시킵니다. 따라서 산화를 예방하고 제거하는 것은 관절의 품질을 개선하는 데 매우 중요합니다. 산화의 형성은 금속의 구성에 따라 달라집니다. 형성된 산화물의 융점이 용접되는 금속보다 낮으면 산화물은 유동성이 우수하여 단조 중에 쉽게 압착됩니다.
산화물의 녹는점이 용접되는 금속보다 높은 경우(예: SiO2, Al2O3, Cr2O3) 금속이 여전히 용융 상태일 때만 배출될 수 있습니다. 따라서 다음과 같은 경우 용접 합금 실리콘, 알루미늄, 크롬 및 이와 유사한 원소를 다량 함유한 강철의 경우 산화물을 완전히 제거하기 위해 엄격한 공정 조치를 취해야 합니다.
일반적으로 사용되는 플래시 용접의 특징은 다음과 같습니다. 금속 소재:
1) 플래시 탄소강 용접: 이러한 재료는 저항 계수가 높고, 탄소 원소를 산화시켜 가열 중에 CO 및 CO2 분위기를 제공하여 인터페이스를 보호하며, 융점이 높은 산화물을 형성하는 원소를 포함하지 않습니다.
따라서 용접이 비교적 쉽습니다. 따라서 강철의 탄소 함량 가 증가하면 저항 계수, 결정 범위, 고온 강도 및 경화 경향도 증가합니다.
따라서 단조 압력과 그에 따른 단조량을 늘려야 합니다. 경화의 영향을 완화하기 위해 예열 플래시 용접을 사용한 다음 용접 후 열처리를 할 수 있습니다.
탄소강을 플래시 용접할 때 탄소는 가열된 끝면으로 확산되어 강하게 산화됩니다. 단조 과정에서 탄소 함량이 높은 반용융 영역의 용융 금속이 압착되어 접합부에 탄소가 고갈된 층(흰색으로 보이며 밝은 스트립이라고도 함)이 형성됩니다.
탄소 고갈 층의 폭은 강철 함량이 증가하고 예열 시간이 길어지면 증가하며, 탄소 함량이 증가하고 가스 매체 산화 경향이 감소하면 감소합니다. 장시간 열처리하면 탄소 고갈층을 제거할 수 있습니다.
탄소강 플래시 용접이 가장 일반적으로 사용됩니다. 용접 조건을 올바르게 선택하면 일반적으로 어려움이 발생하지 않습니다. 이는 용융 용접이 어려운 주철에도 적용됩니다.
주철은 일반적으로 예열된 플래시 용접을 사용하는데, 연속 플래시 용접은 백입이 쉽게 형성될 수 있기 때문입니다. 주철은 탄소 함량이 높기 때문에 상당한 양의 CO와 CO2 깜박이는 동안 보호 분위기가 생성되어 강력한 자체 보호 기능을 제공합니다.
공정 파라미터가 크게 변동하더라도 인터페이스에는 소량의 산화물 개재물만 존재합니다.
2) 합금강의 플래시 용접: 합금 원소 함량이 강재 성능에 미치는 영향과 취해야 할 공정 조치는 다음과 같습니다:
1) 알루미늄, 크롬, 실리콘 및 강철의 몰리브덴 쉽게 녹는점이 높은 산화물을 형성하므로 산화를 줄이려면 플래싱 및 단조 속도를 높여야 합니다.
2) 합금 원소의 함량이 증가함에 따라 고온 강도가 향상되어 단조 압력이 증가해야 합니다.
3) 펄라이트강의 경우, 다음과 같이 합금 원소 가 증가하면 경화 경향이 증가하므로 경화 취성을 방지하기 위한 조치를 취해야 합니다.
아래 표는 탄소강 및 합금강의 플래시 용접 공정 파라미터에 대한 참조 값을 제공합니다.
다양한 유형의 강재에 대한 플래시 용접의 주요 매개 변수에 대한 참조 값입니다.
| 카테고리 | 평균 플래시 속도(mm/s) | 최대 플래시 속도(mm/s) | 단조 속도(mm/s) | 최고 단조 압력(Mpa) | 용접 후 열처리 | ||
| 플래시 예열 | 연속 플래시 | 플래시 예열 | 연속 플래시 | ||||
| 저탄소 강철 | 1.5-2.5 | 0.8-1.5 | 4-5 | 15-30 | 40-60 | 60-80 | 담금질 필요 없음 |
| 저합금강 | 1.5-2.5 | 0.8-1.5 | 4-5 | ≥30 | 40-60 | 100-110 | 느린 냉각으로 템퍼링 |
| 고탄소강 | ≤1.5-2.5 | 0.8-1.5 | 4-5 | 15-30 | 40-60 | 110-120 | 템퍼링 열 |
| 펄리틱 고합금강 | 3.5-4.5 | 2.5-3.5 | 5-10 | 30-150 | 60-80 | 110-180 | 열 정상화 |
| 오스테나이트강 | 3.5-4.5 | 2.5-3.5 | 5-8 | 50-160 | 100-140 | 150-220 | 일반적으로 필요하지 않음 |
저합금강의 용접 특성은 중탄소강과 유사하며 경화 경향을 보이므로 적절한 열처리 방법이 필요합니다. 이 강철 유형 는 고온 강도가 높고 산화물 내포물을 형성하는 경향이 있습니다. 더 높은 단조 압력과 더 빠른 플래싱 및 단조 속도가 필요합니다.
높음 탄소 합금강 는 고탄소강의 특성을 나타낼 뿐만 아니라 일정량의 합금 원소도 함유하고 있습니다. 탄소 함량이 높고 결정화 온도 범위가 넓기 때문에 계면에서의 반용융 영역이 넓습니다.
단조 압력이 불충분하거나 소성 변형이 충분하지 않으면 반용융 영역에 남아있는 액체 금속이 다공성 구조를 형성합니다. 또한 합금 원소가 존재하면 융점이 높은 산화물 내포물이 발생할 수 있습니다. 따라서 더 높은 플래싱 및 단조 속도, 더 높은 단조 압력, 더 많은 양의 단조가 필요합니다.
오스테나이트강의 주요 합금 원소는 Cr과 Ni입니다. 이 강철은 고온 강도가 높고 전기 및 열전도율이 낮으며 (저탄소강에 비해) 녹는점이 낮고 쉽게 고융점 산화물(예: Cr)을 형성할 수 있는 합금 원소가 많이 포함되어 있습니다.
따라서 상당한 단조 압력과 높은 플래싱 및 단조 속도가 필요합니다. 빠른 플래싱 속도는 가열 영역을 줄여 열 영향을 받는 영역에서 입자의 빠른 성장과 내식성 저하를 효과적으로 방지할 수 있습니다.
3. 플래시 알루미늄 용접 및 그 합금:
이러한 소재는 전기 및 열 전도성이 우수하고 녹는점이 낮으며 녹는점이 높은 산화물로 쉽게 산화되고 소성 온도 범위가 좁아 용접이 어렵습니다.
그리고 용접성 알루미늄 합금 맞대기 용접의 품질이 좋지 않습니다. 공정 파라미터를 적절하게 선택하지 않으면 산화물 내포물, 다공성 및 기타 결함이 발생하기 쉬워 접합 강도와 가소성이 크게 감소합니다. 플래시 용접 시에는 매우 빠른 플래싱 및 단조 속도, 큰 단조 부피, 강제 단조 모드를 채택해야 합니다. 필요한 역률도 강철보다 훨씬 높아야 합니다.
4. 플래시 구리 용접 및 그 합금:
구리는 알루미늄보다 열을 더 잘 전도하고 녹는점이 높아 알루미늄보다 용접하기가 더 어렵습니다. 순수 구리의 플래시 용접 시, 끝면에 액체 금속층을 형성하고 안정적인 플래싱 공정을 유지하며 우수한 소성 온도 범위를 달성하는 것은 어려운 일입니다. 따라서 용접 시 매우 높은 최종 플래싱 속도, 단조 속도 및 단조 압력이 필요합니다.
구리 합금(황동, 청동 등)은 순수 구리보다 용접하기 쉽습니다. 용접하는 동안 황동 용접아연의 증발은 조인트 성능을 저하시킵니다. 아연 증발을 줄이려면 매우 높은 최종 플래싱 속도, 단조 속도 및 단조 압력을 채택해야 합니다.
알루미늄, 구리 및 그 합금의 플래시 용접에 대한 공정 파라미터는 아래 표에서 참조할 수 있습니다:
비철 금속 및 그 합금의 플래시 용접을 위한 용접 조건.
| 프로세스 매개변수 | 재료 치수(mm) | |||||||||||||||
| 구리 | 황동(H62) | 황동(H59) | 황동 스트립의 두께(QSn6.5-1.5)입니다. | 알루미늄 막대, 직경 | 알루미늄 합금 | |||||||||||
| LD5 | LF6 | |||||||||||||||
| 직경 10의 로드 재질 | 9.5 x 1.5 크기의 튜브 소재 | 44.5 x 10 크기의 시트 재료. | 막대 지름 | 판금 두께 | 판금 두께 | |||||||||||
| 6.5 | 10 | 6.5 | 10 | 1-4 | 4-8 | 20 | 25 | 30 | 38 | 4 | 6 | 4-7 | ||||
| 무부하 전압(V) | 6.1 | 5.0 | 10.0 | 2.17 | 4.41 | 2.4 | 7.5 | – | – | – | – | – | – | – | – | – |
| 최대 전류(KA) | 33 | 20 | 60 | 12.5 | 24.3 | 13.5 | 41 | – | – | 58 | 63 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
| 확장 길이(mm) | 20 | 20 | – | 15 | 22 | 18 | 25 | 25 | 40 | 38 | 43 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
| 플래시 양(mm) | 12 | – | – | 6 | 8 | 7 | 10 | 15 | 25 | 17 | 20 | 22 | 22 | 22 | 22 | 22 |
| 플래시 지속 시간(초) | 1.5 | – | – | 2.5 | 3.5 | 2.0 | 2.2 | 3 | 10 | 1.7 | 1.9 | 2.8 | 2.8 | 2.8 | 2.8 | 2.8 |
| 평균 플래시 속도(mm/s) | 8.0 | – | – | 2.4 | 2.3 | 3.5 | 4.5 | 5 | 2.5 | 11.3 | 10.5 | 7.9 | 7.9 | 7.9 | 7.9 | 7.9 |
| 최대 플래시 속도(mm/s) | – | – | – | – | – | – | – | 12 | 6 | – | – | – | – | – | – | – |
| 업셋 단조 잔여물(mm) | 8 | – | – | 9 | 13 | 10 | 12 | – | – | 13 | 13 | 14 | 14 | 14 | 14 | 14 |
| 업셋 단조 속도(mm/s) | 200 | – | – | 200-300 | 200-300 | 200-300 | 200-300 | 125 | 125 | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 |
| 업셋 단조 압력(Mpa) | 380 | 290 | 224 | – | 230 | – | 250 | – | 60-150 | 64 | 170 | 190 | 190 | 190 | 190 | 190 |
| 현재 단조량(mm) | 6 | – | – | – | – | – | – | – | – | 6.0 | 6.0 | 7.0 | 7.0 | 7.0 | 7.0 | 7.0 |
| 역률(KVA/mm2) | 2.6 | 2.66 | 1.35 | 0.9 | 1.35 | 0.95 | 2.7 | 0.5 | 0.25 | – | – | – | – | – | – | – |
알루미늄 및 구리 플래시 용접 트랜지션 조인트는 자동차 산업에서 널리 사용됩니다. 알루미늄이 구리보다 4~5배 빠르게 녹는 등 융점이 크게 다르기 때문에 이에 따라 알루미늄의 돌출 길이를 늘려야 합니다. 알루미늄 및 구리 플래시 용접의 공정 파라미터는 다음 표에서 확인할 수 있습니다.
알루미늄과 구리를 용접하면 금속 간 화합물인 CuAl이 생성됩니다.2이 형성되어 관절의 취성을 증가시킬 수 있습니다. 따라서 가능한 한 많은 CuAl2 를 단조하는 동안 인터페이스에서 가능한 한 많이 사용합니다.
구리 및 알루미늄 플래시 용접 조건:
| 용접 단면적(mm2) | ||||
| 막대 지름 | 스트립 재질 | |||
| 20 | 25 | 40*50 | 50*10 | |
| 최대 전류(KA) | 63 | 63 | 58 | 63 |
| 구리 및 알루미늄의 확장 길이(mm) | 334 | 438 | 330 | 436 |
| 번오프 잔여물(mm) | 17 | 20 | 18 | 20 |
| 플래시 시간(초) | 1.511.3 | 1.910.5 | 1.611.3 | 1.910.5 |
| 평균 플래시 속도(mm/s) | 13 | 13 | 6 | 8 |
| 단조 허용치(mm) | 100-120 | 100-120 | 100-120 | 100-120 |
| 단조 속도(mm/s) | 190 | 270 | 225 | 268 |
5. 플래시 티타늄 용접 및 그 합금
플래시 용접 티타늄 및 그 합금의 주요 문제는 담금질과 가스(예: 수소, 산소, 헬륨)의 흡수가 접합부의 가소성을 감소시킨다는 것입니다. 티타늄 합금이 담금질되는 경향은 추가된 합금 원소와 관련이 있습니다. β 안정화 원소를 첨가하면 담금질 경향이 증가하고 가소성이 더욱 감소합니다.
보호 가스 없이 강렬한 점멸을 사용하는 연속 플래시 용접을 사용하면 만족스러운 접합부를 얻을 수 있습니다. 플래싱 및 단조 속도가 낮은 예열 플래시 용접을 사용하는 경우, 용접은 Ar 또는 He 보호 분위기에서 수행해야 합니다. 예열 온도는 1000-1200도이며, 공정 파라미터는 기본적으로 강철 용접 시와 동일하지만 플래시 허용치가 약간 증가합니다. 이때 가소성이 높은 조인트를 얻을 수 있습니다.
직경이 5mm 이하인 와이어 재료는 종종 저항 용접을 사용하며, 다음 표에서 해당 공정 파라미터를 참조할 수 있습니다:
와이어 재질 저항 용접 조건:
| 금속 유형 | 지름(mm) | 돌출 길이(mm) | 용접 전류(A) | 용접 시간(초) | 업셋 압력(N) |
| 탄소강 | 0.8 | 3 | 300 | 0.3 | 20 |
| 탄소강 | 2.0 | 6 | 750 | 1.0 | 80 |
| 탄소강 | 3.0 | 6 | 1200 | 1.3 | 140 |
| 구리 | 2.0 | 7 | 1500 | 0.2 | 100 |
| 알루미늄 | 2.0 | 5 | 900 | 0.3 | 50 |
| 니켈-크롬 합금 | 1.85 | 6 | 400 | 0.7 | 80 |
참고: 단조 허용치는 와이어 직경과 같으며, 현재 단조 허용치는 직경의 0.2~0.3배에 해당합니다.
매우 작은 직경의 전선, 다양한 재료로 만들어진 전선, 스탬프 부품(저항 및 다이오드 엔드 캡 등)이 있는 전선은 정전 용량 에너지 저장 용접을 사용하여 용접할 수 있습니다.
이 기능의 특징 용접 유형 용접 조건이 매우 엄격하고 가열 범위가 매우 좁아 용접 금속의 열 물리적 특성이 접합부 형성에 미치는 영향이 크게 줄어든다는 것입니다.
건설 업계에서 가장 일반적으로 사용됩니다, 철근 용접 일반적으로 직경 d10mm에는 연속 플래시 용접을, d>30mm에는 예열 플래시 용접을 사용합니다. 수동 용접기를 사용하는 경우 용접기의 저전력(일반적으로 50KVA를 초과하지 않음)으로 인해 예열 플래시 용접은 일반적으로 d=15-20mm일 때 사용됩니다.
로드 용접 시 반원형 또는 V자형 클램프 전극을 사용할 수 있으며, 후자는 다양한 직경에 사용할 수 있어 널리 적용됩니다. 로드는 단면이 견고하고 강성이 높아 돌출 길이가 길어집니다. 저탄소 강봉 저항 용접 및 플래시 용접의 공정 파라미터는 다음 표에서 확인할 수 있습니다:
저탄소 강봉 저항 용접 조건:
| 단면적(mm2) | 돌출 길이 (mm2) | 용접 수축량(mm) | 전류 밀도(A/mm2) | 용접 시간(초) | 용접 압력(MPa) | |
| 전원 켜짐 | 전원 없음 | |||||
| 25 50 100 250 | 6+6 8+8 10+10 12+12 | 0.5 0.5 0.5 10 | 0.9 0.9 1.0 1.8 | 200 160 140 90 | 0.6 0.8 1.0 1.5 | 10-20 |
1) 담금질 강철 용접 시 20-30% 증가.
2) 담금질 강철의 경우 100%만큼 증가합니다.
저탄소 강봉의 플래시 용접 타이밍과 흐름.
| 용접 직경(mm) | 플래시 맞대기 용접 예열 | 플래시 맞대기 용접 예열 | |||||||
| 예비 측정(mm) | 시간(초) | 예비 측정(mm) | 시간(초) | ||||||
| 총 유량 | 예열 및 깜박임 | 업셋 단조 | 예열 | 플래시 및 단조 | 총 유량 | 플래시 | 업셋 단조 | ||
| 5 | – | – | – | – | – | 6 | 4.5 | 4.5 | 2 |
| 10 | – | – | – | – | – | 8 | 6 | 6 | 3 |
| 15 | 9 | 6.5 | 2.5 | 3 | 4 | 13 | 10.5 | 10.5 | 6 |
| 20 | 11 | 7.5 | 3.5 | 5 | 6 | 17 | 14 | 14 | 10 |
| 30 | 16 | 12 | 4 | 8 | 7 | 25 | 21.5 | 21.5 | 20 |
| 40 | 20 | 14.5 | 5.5 | 20 | 8 | 40 | 35.5 | 35.5 | 40 |
| 50 | 22 | 15.5 | 6.5 | 30 | 10 | – | – | – | – |
| 70 | 26 | 19 | 7 | 70 | 15 | – | – | – | – |
| 90 | 32 | 24 | 8 | 120 | 20 | – | – | – | – |
파이프 용접은 보일러 제조, 파이프라인 엔지니어링 및 석유 장비 제조에 널리 사용됩니다. 파이프의 단면과 재질에 따라 연속 또는 예열 플래시 용접이 선택됩니다. 클램프 전극은 반원형 또는 V자형일 수 있습니다.
일반적으로 파이프 직경과 벽 두께의 비율이 10보다 큰 경우 파이프가 평평해지는 것을 방지하기 위해 반원 모양을 선택할 수 있습니다. 비율이 10 미만인 경우 V자 모양을 선택할 수 있습니다.
파이프가 클램프 전극에서 미끄러지는 것을 방지하려면 클램프 전극의 작업 길이가 적절해야 합니다. 파이프 직경이 20-50mm 인 경우 공작물 길이는 파이프 직경의 2-2.5 배이고 파이프 직경이 200-300mm 인 경우 1-1.5 배입니다. 저탄소 강관 및 합금강관의 연속 플래시 용접에 대한 공정 매개 변수는 다음 표에서 참조 할 수 있습니다:
20# 강관, 12Cr1MoV 및 12Cr18Ni12Ti 강관에 대한 연속 플래시 용접의 용접 조건:
| 강철 유형 | 크기(mm) | 2차 무부하 전압(V) | 연장 길이 2L(mm) | 플래시 오프셋(mm) | 평균 플래시 속도(mm/s) | 단조 여유 공간(mm) | 현재 단조량(mm) |
| 20 | 25×3 32×3 32×4 32×5 60×3 | 6.5-7.0 | 60-70 | 11-12 11-12 15 15 15 | 1.37-1.5 1.22-1.33 1.25 1.0 1.15-1.0 | 3.5 2.5-4.0 4.5-5.0 5.0-5.5 4.0-4.5 | 3.0 3.0 3.5 4.0 3.0 |
| 12Cr1MoV | 324 | 6-6.5 | 60-70 | 17 | 1.0 | 5.0 | 4.0 |
| 12Cr18Ni12Ti | 324 | 6.5-7.0 | 60-70 | 15 | 1.0 | 5.0 | 4.0 |
대구경, 두꺼운 벽의 강관은 일반적으로 예열 공정을 사용하여 플래시 용접하며, 다음 표에 참조된 기술 파라미터를 사용합니다:
예열 후 대단면 저탄소 강관의 플래시 용접을 위한 용접 조건입니다.
| 파이프 단면적(mm2) | 2차 무부하 전압(v) | 확장 길이 2L(mm) | 예열 시간(초) | 플래시 허용치(mm) | 평균 플래시 속도(mm/s) | 업셋 허용치(mm) | 전기적 업셋량(mm) | |
| 총 시간 | 펄스 지속 시간 | |||||||
| 4000 | 6.5 | 240 | 60 | 5.0 | 15 | 1.8 | 9 | 6 |
| 10000 | 7.4 | 340 | 240 | 5.5 | 20 | 1.2 | 12 | 8 |
| 16000 | 8.5 | 380 | 420 | 6.0 | 22 | 0.8 | 14 | 10 |
| 20000 | 9.3 | 420 | 540 | 6.0 | 23 | 0.6 | 15 | 12 |
| 32000 | 10.4 | 440 | 720 | 8.0 | 26 | 0.5 | 16 | 12 |
박판 맞대기 용접은 야금 산업에서 강판을 압연하는 연속 생산 라인에서 널리 사용됩니다. 강판의 폭은 300~1500mm 이상이며 두께는 1mm 미만에서 수 밀리미터까지 다양합니다. 재료에는 탄소강, 합금강, 비철금속 및 그 합금 등이 포함됩니다.
플레이트 맞대기 용접 후 접합부는 롤링을 거쳐 많은 소성 변형을 일으키므로 일정한 강도뿐만 아니라 높은 가소성을 가져야 합니다. 두께가 5mm 미만인 강판의 경우 일반적으로 한쪽에 평평한 전극이 전도되는 연속 플래시 맞대기 용접이 사용됩니다. 강판이 두꺼운 경우 예열된 플래시 맞대기 용접은 양쪽 끝면을 따라 균일한 가열을 보장하기 위해 예열된 양면 전도와 함께 사용됩니다.
얇은 판을 용접할 때 단면의 길이와 너비의 비율이 크고 면적이 분산되며 접합부가 빠르게 냉각되고 플래싱 과정 중 자체 보호가 약합니다.
동시에 액체 다리가 작고 끝면의 액체 금속 층이 얇아 산화 및 응고되기 쉽습니다.
따라서 플래싱 및 단조 속도를 높여야 합니다. 용접 후에는 버 절단 장치를 사용하여 접합부가 여전히 뜨거울 때 버를 제거해야 합니다. 저탄소 강판 및 스테인리스 강판의 플래시 용접에 대한 공정 매개 변수는 다음 두 표에서 참조 할 수 있습니다:
저탄소 강판의 플래시 및 단조 유지력:
| 두께(mm) | 너비(mm) | 수당(mm) | ||||
| 총 흐름 | 플래시 잔여 | 단조 수당 | ||||
| 총 흐름 | 파워 | 전원 없음 | ||||
| 2 | 100 | 9.5 | 7 | 2 | 1 | 1 |
| 400 | 11.05 | 9 | 2.5 | 1.5 | 1 | |
| 1200 | 15 | 11 | 4 | 2 | 2 | |
| 2000 | 17.5 | 15 | 4.5 | 2 | 2.5 | |
| 3 | 100 | 12 | 9 | 3 | 2 | 1 |
| 400 | 15 | 11 | 4 | 2.5 | 2 | |
| 1200 | 16 | 13 | 5 | 2 | 3 | |
| 2000 | 20 | 14 | 6 | 3 | 3 | |
| 4-5 | 100 | 14 | 10 | 4 | 2 | 2 |
| 400 | 17 | 12 | 5 | 2 | 2 | |
| 1200 | 20 | 14 | 6 | 3 | 3 | |
| 2000 | 21 | 15 | 6 | 3 | 3 | |
플래시 유량 스테인리스 스틸 용접 접시.
| 두께(mm) | 최종 클램프 거리(mm) | 플래시 허용치(mm) | 업셋 허용치(mm) | 총 돌출 길이(mm) |
| 1.0 | 3 | 5.5 | 1.5 | 10 |
| 1.5 | 5 | 8 | 2 | 15 |
| 2 | 6 | 10.5 | 2.5 | 19 |
| 2.5 | 7 | 13 | 3.0 | 23 |
| 3 | 9.5 | 15 | 3.5 | 27 |
| 4 | 11 | 15 | 4 | 30 |
| 5 | 15 | 18 | 5 | 38 |
| 6 | 16 | 18 | 6 | 40 |
| 10 | 18 | 20 | 7 | 55 |
| – | – | – | – | – |
링 피스(휠 림, 체인 링, 베어링 링, 제트 엔진 장착 모서리 등)를 용접할 때는 맞대기 용접의 일반적인 규칙을 고려하는 것 외에도 링 피스의 션팅 및 변형 스프링백의 영향도 주의해야 합니다. 션팅이 존재하기 때문에 필요한 전력을 15-50% 증가시켜야 합니다. 링 피스 직경의 감소, 단면의 증가 및 재료 저항의 감소에 따라 션팅이 증가합니다.
링 조각을 맞대기 용접할 때 단조 압력의 선택은 변형 반동의 영향을 고려해야 합니다. 그러나 션팅은 링 백에 가열 효과가 있기 때문에 단조 압력의 증가는 크지 않습니다.
자전거, 오토바이 강철 림, 자동차 휠 림은 모두 연속 플래시 맞대기 용접을 사용합니다. 클램프 전극의 앞쪽 끝은 공작물 단면과 일치해야 합니다. 단조 중에 반동력이 조인트 품질에 영향을 미치거나 조인트가 열리는 것을 방지하려면 비 전류 단조 시간을 연장해야 합니다.
앵커 체인, 드라이브 체인 및 기타 체인 링은 대부분 저탄소강과 저합금강으로 만들어집니다. 직경 d 20mm인 경우 예열 플래시 맞대기 용접을 사용할 수 있습니다. 예열의 목적은 계면에서 균일 한 가열을 보장하고 단조 중에 특정 소성 변형을 쉽게 생성하는 것입니다.
체인 링 맞대기 용접의 공정 파라미터는 다음 두 표에서 확인할 수 있습니다:
앵커 체인의 플래시 맞대기 용접 조건:
| 앵커 체인 직경(mm) | 2차 전압(V) | 1차 전류(A) | 예열 중단 횟수 | 용접 전원 켜기 시간(초) | 업셋 속도(mm/s) | 깜박임 속도(mm/s) | 留量（mm） | ||||||
| 플래시 | 단락 회로 | 자연 정리 | 일정한 속도 | 가속 | 전기 부품 포함 | 전기 부품 없음 | 합계 | ||||||
| 28 | 9.27 | 420 | 550 | 2-4 | 19±1 | 45-50 | 0.9-1.1 | 1.5 | 4 | 2 | 1.0-1.5 | 1.5 | 10-11 |
| 31 | 10.3 | 450 | 580 | 3-5 | 22±1.5 | 45-50 | 0.9-1.1 | 2 | 4 | 2 | 1.0-1.5 | 1.5 | 10-11 |
| 34 | 10.3 | 460 | 620 | 3-5 | 24±2 | 45-50 | 0.8-1.0 | 2 | 4 | 2 | 1.5 | 1.5 | 11-12 |
| 37 | 8.85 | 480 | 680 | 4-6 | 28±2 | 30 | 0.8-1.0 | 2.5 | 5 | 2 | 1.5 | 1.5-2 | 12-13 |
| 40 | 10.0 | 500 | 720 | 5-7 | 30±2 | 30 | 0.7-0.9 | 2 | 5 | 2 | 1.5-2 | 2 | 12-13 |
소구경 체인 링의 저항 용접을 위한 용접 조건.
| 지름(mm) | 용접기 정격 출력(KVA) | 2차 전압(V) | 용접 시간(초) | 분당 용접되는 체인 링크 수입니다. | |
| 전원 켜기 | 전원 끄기 | ||||
| 19.8 | 250 | 4.4-4.55 | 4.5 | 1.0 | 6.4 |
| 16.7 | 250 | 3.4-3.55 | 5.0 | 1.0 | 6.4 |
| 15.0 | 175 | 3.8-4.0 | 3.0 | 1.0 | 6.6 |
| 13.5 | 175 | 3.8-4.0 | 2.5 | 1.0 | 8.8 |
| 12.0 | 175 | 2.8 | 1.5 | 0.8 | 8.6 |
공구 맞대기 용접은 현재 공구 제조 산업에서 블랭크 제조를 위해 사용되는 제조 방법 중 하나로, 주로 고속강(W8Cr4V, W-9Cr4V2) 및 중탄소강의 맞대기 용접을 포함합니다. 공구 맞대기 용접에는 다음과 같은 특징이 있습니다:
1) 고속강과 중탄소강은 열전도율과 저항률에 큰 차이가 있습니다. 상온에서 중탄소강의 경우 λ=0.42W/(cm℃), ρ0=18-22μΩcm, 고속강의 경우 λ=0.23W/(cm℃), ρ0=48Ωcm입니다. 조인트 양쪽의 온도 분포를 기본적으로 동일하게 만들려면 고속강의 돌출 길이는 중간 탄소강보다 30-50% 더 작아야 합니다. 일반적으로 고속강의 돌출 길이는 (0.5-1.0)d입니다. 너무 빨리 열이 방출되는 것을 방지하기 위해 돌출 길이는 10mm 이상입니다.
2) 고속강은 담금질 경향이 높고 용접 후 경도가 크게 증가하여 담금질 균열이 발생할 수 있습니다. 균열을 방지하기 위해 예열 플래시 맞대기 용접을 사용할 수 있습니다. 예열하는 동안 인터페이스 근처의 5-10mm 범위 내의 금속은 1100-1200 ℃로 가열됩니다. 용접 후, 어닐링 는 전기로에서 600-700℃에서 30분간 유지하여 수행됩니다.
3) 고속강을 고온으로 가열하면 입자 확대가 발생하거나 반용융 입자 경계에 레데부라이트 유텍틱이 형성되어 접합부가 부서지기 쉬워질 수 있습니다. 레데부라이트 유텍틱은 열처리로 제거할 수 없습니다. 따라서 이 구조를 제거하려면 충분한 단조가 필요합니다. 공구 맞대기 용접의 공정 파라미터는 아래 표에서 확인할 수 있습니다:
도구 맞대기 용접 조건:
| 지름(mm) | 면적(mm2) | 2차 전압(V) | 확장 길이(mm) | 여백(mm) | |||||||
| 예열 | 플래시 | 업셋 단조 | 총 유량 | 공구강 리저브 | 카본 스틸 리저브 | ||||||
| 공구강 | 탄소강 | 전원 | 무전원 | ||||||||
| 8-10 | 50-80 | 3.8-4 | 10 | 15 | 1 | 2 | 0.5 | 1.5 | 5 | 3 | 2 |
| 11-15 | 80-180 | 3.8-4 | 12 | 20 | 1.5 | 2.5 | 0.5 | 1.5 | 6 | 3.5 | 2.5 |
| 16-20 | 200-315 | 4-4.3 | 15 | 20 | 1.5 | 2.5 | 0.5 | 1.5 | 6 | 3.5 | 2.5 |
| 21-22 | 250-380 | 4-4.3 | 15 | 20 | 1.5 | 2.5 | 0.5 | 1.5 | 6 | 3.5 | 2.5 |
| 23-24 | 415-450 | 4-4.3 | 18 | 27 | 2 | 2.5 | 0.5 | 2 | 7 | 4 | 3 |
| 25-30 | 490-700 | 4.3-4.5 | 18 | 27 | 2 | 2.5 | 0.5 | 2 | 7 | 4 | 3 |
| 31-32 | 750-805 | 4.5-4.8 | 20 | 30 | 2 | 2.5 | 0.5 | 2 | 7 | 4 | 3 |
| 33-35 | 855-960 | 4.8-5.1 | 20 | 30 | 2 | 2.5 | 0.5 | 2 | 7 | 4 | 3 |
| 36-40 | 1000-1260 | 5.1-5.5 | 20 | 30 | 2.5 | 3 | 0.5 | 2 | 8 | 5 | 3 |
| 41-46 | 1320-1660 | 5.5-6.0 | 20 | 30 | 2.5 | 3 | 1.0 | 2.5 | 9 | 5.5 | 3.5 |
| 47-50 | 1730-1965 | 6.0-6.5 | 22 | 33 | 2.5 | 3 | 1.0 | 2.5 | 9 | 5.5 | 3.5 |
| 51-55 | 2000-2375 | 6.5-6.8 | 25 | 40 | 2.5 | 3 | 1.0 | 3.5 | 10 | 6 | 3.5 |
| 55-30 | – | 7.0-8.0 | 25 | 40 | 2.5 | 4 | 1.5 | 4 | 12 | 7 | 5 |
1) 프로그램 제어 저전압 플래시 맞대기 용접:
이 방법은 플래시를 쉽게 시작하기 위해 플래시 단계의 시작 부분에서 더 높은 2차측 개방 회로 전압을 사용하는 것이 특징입니다. 종단 표면의 온도가 상승하면 열 효율을 개선하기 위해 플래시 속도를 일정하게 유지하면서 더 낮은 전압의 플래시를 사용합니다.
단조 단계에 가까워지면 2차 전압이 다시 증가하여 플래시를 강화하고 자기 보호 효과를 향상시킵니다. 예열 플래시 맞대기 용접에 비해 프로그램 제어 저전압 플래시 맞대기 용접은 용접 시간 단축, 전력 요구량 감소, 보다 균일한 가열 등의 장점이 있습니다.
2) 펄스 플래시 맞대기 용접:
이 방법의 특징은 다이나믹 클램프가 앞으로 이동하는 동안 유압 진동 장치를 통해 왕복 진동이 겹쳐진다는 것입니다. 진폭은 0.25~1.2mm이며 주파수는 3~35Hz 사이에서 균일하게 조정할 수 있습니다. 진동으로 인해 공작물의 끝 표면이 교대로 단락되고 분리되어 펄스 플래시가 발생합니다.
일반 플래시 맞대기 용접에 비해 펄스 플래시 맞대기 용접은 빔에서 자연 폭발이 발생하지 않기 때문에 열 효율을 두 배 이상 높일 수 있습니다. 스패터 입자가 더 작고 불 입구가 얕아 단조 허용치를 2/3-1/2로 줄일 수 있습니다.
위의 두 가지 방법은 주로 대형 단면 공작물 플래시 맞대기 용접의 요구를 충족하도록 설계되었습니다.
3) 직사각형 웨이브 플래시 맞대기 용접:
산업용 주파수 AC 정현파 플래시 맞대기 용접과 비교할 때 이 방법은 플래시의 안정성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 정현파 전원 공급 장치의 전압이 0에 가까워지면 플래시가 즉시 중단되는 반면, 직사각형 파는 전압 위상에 관계없이 전체 주기 동안 균일하게 플래시를 생성할 수 있기 때문입니다.
직사각형 파 전원의 단위 시간당 플래시 횟수는 산업용 주파수 AC보다 30% 높고 스패터 금속 입자가 미세하고 화구가 얕고 열 효율이 높습니다. 직사각형파 주파수는 30-180Hz 범위 내에서 조정할 수 있습니다. 이 방법은 박판 및 알루미늄 합금 휠 림의 연속 플래시 맞대기 용접에 자주 사용됩니다.
맞대기 용접 이음새에는 관통형 맞대기 용접 및 코너 조인트와 결합된 T자형 조인트(이하 맞대기 용접)와 부분적으로 관통된 맞대기 용접 및 코너 조인트와 결합된 T자형 조인트가 포함됩니다.
부분적으로 관통된 맞대기 용접이 받는 힘은 코너 용접의 힘과 유사하므로 다음 섹션에서 설명합니다.
맞대기 용접은 종종 공작물을 홈으로 만들어야 하므로 그루브 용접이라고도 합니다. 홈의 형태는 공작물의 두께와 관련이 있습니다. 공작물의 두께가 매우 얇은 경우 (수동 용접 6mm, 수중 용접 아크 용접 10mm), 직선형 가장자리 솔기를 사용할 수 있습니다.
일반적인 두께의 공작물의 경우 경사진 홈이 있는 단면 V자형 또는 V자형 용접을 채택할 수 있습니다.
경 사진 홈과 루트 갭 C는 용접봉이 회전 할 수있는 용접 공간을 공동으로 형성하여 다음을 수행합니다. 용접 솔기 관통하기 쉬운 무딘 모서리 p는 용융 금속을 지지하는 역할을 합니다.
더 두꺼운 공작물(t>20mm)의 경우 U자형, K자형 및 X자형 홈이 사용됩니다(그림 3.2.1). V자형 및 U자형 이음새의 경우 용접 이음새의 루트를 채워야 합니다.
(a) 직선형 모서리 홈
(b) 단면 V 홈
(c) V 홈
(d) U 홈
(e) K 홈
(f) X 홈
맞대기 용접의 접합부에서 공작물의 폭이 다양하거나 두께 차이가 4mm를 초과하는 경우 폭 또는 두께 방향의 한쪽 또는 양쪽에 1:2.5 이하의 베벨 각을 형성해야 합니다(3.2.2). 이렇게 하면 단면 전환이 더 부드러워지고 응력 집중이 줄어듭니다.
용접 이음새의 시작과 끝에서 아크 피트와 같은 결함이 종종 발생하여 하중 지지력에 큰 영향을 미칩니다.
따라서 일반적인 관행은 아크 스트라이크 플레이트와 아크 런오프 플레이트(그림 3.2.3)를 용접 중에 설치한 후 제거합니다. 다음과 같은 구조물에 아크 스트라이크(런오프) 플레이트를 설치하기 어려운 경우 정적 부하를 사용하지 않는 것이 허용됩니다.
이 경우 용접 이음새의 계산된 길이는 실제 길이에서 2t(여기서 t는 더 얇은 공작물의 두께)를 뺀 값과 같을 수 있습니다.
(a) 너비를 변경합니다.
(b) 두께를 변경합니다.
맞대기 용접 조인트의 강도는 사용되는 강철의 등급과 같은 여러 요소와 관련이 있습니다. 용접봉의 종류및 용접 이음새의 품질 검사 표준을 준수합니다.
용접에 결함이 없는 경우 용접 금속의 강도가 모재 금속의 강도를 초과합니다. 그러나 다음과 같은 이유로 용접 기술 문제, 다공성, 슬래그 포함, 언더컷 및 불완전한 침투와 같은 결함이 용접에 존재할 수 있습니다.
실험에 따르면 용접 결함 는 맞대기 용접 조인트의 압축 및 전단 강도에 거의 영향을 미치지 않습니다. 따라서 맞대기 용접 조인트의 압축 및 전단 강도는 모재의 강도와 같다고 가정합니다.
그러나 인장 맞대기 용접 조인트는 결함에 매우 민감합니다. 용접 단면적에 대한 결함 면적의 비율이 5%를 초과하면 맞대기 용접 조인트의 인장 강도가 눈에 띄게 감소합니다. 3단계 검사를 거친 용접부는 더 많은 결함이 허용되므로 인장 강도는 모재의 85%입니다. 금속 강도.
반면, 1단계 또는 2단계 검사를 거친 용접부의 인장 강도는 모재의 강도와 동일한 것으로 간주할 수 있습니다.
맞대기 용접 조인트는 용접부 단면의 일부를 형성하므로 용접부의 응력 분포는 원래 용접부와 거의 동일합니다. 따라서 계산 방법은 구조 구성 요소의 강도 계산에 사용되는 방법과 동일합니다.
(1) 축 방향 하중 맞대기 용접
맞대기 접합부 및 T-조인트에서 축방향 인장력 또는 압축력(N)에 수직인 맞대기 용접부의 강도는 다음 공식을 사용하여 계산해야 합니다(그림 3.2.4):
방정식에서:
시공 및 승인 표준에 따라 용접 이음새 양쪽 끝에서 아크 시작 및 종료 결함을 방지하기 위해 모든 맞대기 용접에 아크 스트라이킹 플레이트를 적용해야 합니다.
따라서 용접 이음새의 계산된 길이는 실제 길이와 같아야 합니다. 그러나 T 조인트와 같은 특수한 경우, 스트라이킹 플레이트를 적용하기 어려운 경우 각 용접 이음새의 계산된 길이를 2t 줄여야 합니다.
따라서 일반적인 아크 스트라이킹에서 플레이트 용접 조건에서 모든 압축 및 전단 맞대기 용접과 1단계 및 2단계 인장 용접은 모재와 강도가 동일하므로 계산할 필요가 없습니다. 세 번째 레벨 인장 용접만 계산해야 합니다.
직접 용접 이음새가 강도 요구 사항을 충족할 수 없는 경우 경사 맞대기 용접을 사용할 수 있습니다. 그림 3.2.5에 표시된 축방향 장력 경사 용접은 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다:
공식에서 lw는 용접 이음새의 계산된 길이를 나타냅니다. 아크 플레이트가 추가되면 l = b/sinθ, 아크 플레이트가 없으면 lw = b/sinθ - 2t입니다.
Fvw - 맞대기 용접 이음새의 전단 강도 설계 값입니다.
경사 용접 이음새의 경사각 θ가 56.3° 이하인 경우, 즉 θ의 접선이 1.5 이하인 경우 모재만큼 강하다고 간주할 수 있으며 계산이 필요하지 않습니다.
비스듬한 맞대기 용접 이음새는 1950년대에 널리 사용되었습니다. 그러나 많은 재료 소비와 불편한 시공 과정으로 인해 점차 사용되지 않게 되었고 직선 맞대기 용접 이음새로 대체되었습니다.
직선 이음새는 일반적으로 납 아크 플레이트로 용접됩니다. 인장 강도가 요구 사항을 충족하지 않으면 2차 검사 표준을 채택하거나 조인트 위치를 내부 힘이 적은 곳으로 이동할 수 있습니다.
[예 3-1] 그림 3.2.6에 표시된 강판의 맞대기 용접 이음새의 강도를 테스트합니다. 그림에서 a = 540mm, t = 22mm, 축 방향 힘의 설계 값은 N = 2500kN입니다. 강재는 Q235-B, 수동 용접, 용접 이음새의 3단계 검사 표준인 E43 유형 용접봉으로 용접되며 용접 중에 납 아크 플레이트가 추가됩니다.
[솔루션] 직선 솔기 연결의 계산된 길이는 l입니다.w=54cm. 용접 이음새의 정상적인 응력은 다음과 같습니다:
요구 사항을 충족하지 못하는 경우 절단 경사가 1.5:1, 즉 8=56 °이고 용접 길이가 대각선 맞대기 용접을 사용합니다:
따라서 현재 정상적인 스트레스는 다음과 같습니다:
전단 응력입니다:
이는 tanθ ≤ 1.5인 경우 용접 강도 를 보장할 수 있으며 확인이 필요하지 않습니다.
(2) 굽힘 모멘트와 전단력의 결합 효과를 받는 버트 용접 이음새
그림 3.2.7(a)에 표시된 버트 조인트는 굽힘 모멘트와 전단력의 복합적인 영향을 견뎌냅니다.
용접 이음새의 단면이 직사각형이라고 가정하면, 일반 응력 및 전단 응력 프로파일은 각각 삼각형과 포물선 모양으로 나타납니다. 최대값은 다음 강도 조건을 충족해야 합니다.
공식에서:
그림 3.2.7(b)는 맞대기 용접을 사용하는 I형강 보의 접합부를 보여줍니다. 최대 인장 응력과 전단 응력을 별도로 검증하는 것 외에도 웹과 플랜지의 접합부와 같이 상당한 인장 응력과 전단 응력이 가해지는 부위의 경우 다음 공식을 사용하여 등가 응력도 검증해야 합니다:
공식에서 σ1 및 τ1은 각각 용접 이음새의 검증 지점에서의 정상 응력 및 전단 응력을 나타냅니다.
1.1 - 최대 등가 응력이 국부적으로만 나타난다는 점을 고려하여 강도 설계 값을 적절히 높입니다.
(3) 축력, 굽힘 모멘트 및 전단력의 복합 작용에 따른 맞대기 용접 이음새
축력이 굽힘 모멘트 및 전단력과 결합된 경우, 용접 이음새에서 축력과 굽힘 모멘트로 인한 일반 응력이 중첩되어야 합니다. 전단 응력은 여전히 시험(3.2.5)에 따라 검증되어야 하며, 등가 응력은 여전히 시험(3.2.6)에 따라 검증되어야 합니다.
용접 이음새의 길이를 줄이거나 용접 이음새의 강도를 할인해야 하는지 여부를 고려하는 것 외에도 맞대기 용접 이음새의 계산 방법은 모재의 강도 계산과 완전히 동일합니다.
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