현대 제조의 6가지 새로운 고급 용접 기술

1. 레이저 용접

레이저 용접은 레이저 방사선을 사용하여 재료의 표면을 가열하고 열 전달을 통해 열이 내부로 전도됩니다. 레이저 펄스 폭, 에너지, 피크 출력 및 반복 주파수와 같은 파라미터를 제어하여 공작물에 특정 용융 풀을 형성합니다.

용접부 스폿 용접

연속 레이저 용접

레이저 용접은 연속 또는 펄스 레이저 빔을 사용하여 수행할 수 있습니다.

레이저 용접의 원리는 열전도 용접과 레이저 딥 용접의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 관통 용접.

• 열전도 용접: 전력 밀도가 10 미만일 때 발생합니다.¹⁰W cm².
• 레이저 심용입 용접: 전력 밀도가 10을 초과할 때 발생합니다.¹⁰W cm²는 높은 열로 인해 금속에 "구멍"을 형성하며, 빠른 속도와 높은 깊이 대 너비 비율이 특징입니다.

레이저 용접 기술은 자동차, 선박, 비행기, 고속철도와 같은 고정밀 제조 산업에서 널리 사용되고 있습니다. 사람들의 삶의 질을 크게 향상시키고 가전 산업을 정밀 제조 시대로 이끌었습니다.

특히 폭스바겐은 42미터 심리스 용접 기술을 개발하여 차체 무결성과 안정성을 크게 향상시켰습니다.

선도적인 가전 기업인 하이얼 그룹은 레이저 심리스 용접 기술을 사용하여 생산한 최초의 세탁기를 자랑스럽게 출시했습니다.

첨단 레이저 기술은 사람들의 삶에 큰 변화를 가져올 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

2. 레이저 하이브리드 용접

레이저 하이브리드 용접은 레이저 빔 용접과 MIG(금속 불활성 가스) 용접 기술을 결합하여 최적의 용접 효과를 내며, 빠른 용접 속도와 뛰어난 용접 브리징 능력이 특징입니다. 이 방식은 레이저 용접의 정밀도와 높은 에너지 밀도와 MIG 용접의 다양성 및 용가재 기능을 활용합니다.

레이저 하이브리드 용접의 장점

레이저 하이브리드 용접은 다양한 이점으로 인해 현재 가장 진보된 용접 방법 중 하나로 간주됩니다:

1. 빠른 속도: 레이저 용접과 MIG 용접의 조합으로 기존 용접 방식에 비해 용접 속도가 빨라졌습니다.
2. 열 변형 최소화: 레이저의 집중된 열이 전체 열 입력을 감소시켜 열 변형을 최소화합니다.
3. 소규모 열 영향 구역(HAZ): 레이저를 정밀하게 제어하여 용접의 금속 구조와 기계적 특성을 보존하면서 HAZ가 작아집니다.
4. 우수한 용접 품질: 하이브리드 접근 방식은 레이저 용접의 깊은 침투력과 MIG 용접의 필러 재료 기능을 결합하여 용접 품질을 향상시킵니다.

레이저 하이브리드 용접의 응용 분야

레이저 하이브리드 용접은 다목적이며 자동차 판재 구조물 외에도 다양한 응용 분야에 적합합니다:

1. 자동차 산업: 차체에 사용되는 얇은 판금 용접에 이상적이며 높은 정밀도와 강도를 제공합니다.
2. 콘크리트 펌프 및 이동식 크레인 붐: 이러한 응용 분야에는 고강도 강철이 자주 사용되며 레이저 하이브리드 용접은 예열과 같은 추가 공정의 필요성을 줄여 비용을 절감합니다.
3. 철도 차량: 철도 차량의 구조적 무결성에 필요한 강력하고 내구성 있는 용접을 보장합니다.
4. 기존 철골 구조물: 교량, 연료 탱크 및 기타 철골 구조물 건설에 적용하여 견고하고 안정적인 용접을 제공합니다.

3. 마찰 교반 용접

마찰 교반 용접(FSW)은 마찰 열과 소성 변형 열을 주요 열원으로 사용하는 혁신적이고 매우 효과적인 용접 기술입니다. 이 공정은 재료를 녹이지 않고 접합하여 원래의 특성을 보존하고 결함을 최소화할 수 있다는 점에서 특히 주목할 만합니다.

프로세스 개요

FSW에서는 나사산 실린더와 같은 원통형 또는 특수한 모양의 핀이 공작물의 접합부에 삽입됩니다. 핀이 들어 있는 용접 헤드가 고속으로 회전하면서 접합부의 재료와 마찰을 일으킵니다. 이 마찰로 인해 열이 발생하여 재료가 녹는점에 도달하지 않고 연화되어 플라스틱이 됩니다.

마찰 교반 용접의 주요 단계

1. 클램핑: 용접 과정 중 움직임을 방지하기 위해 공작물을 백 패드에 단단히 고정해야 합니다.
2. 삽입 및 회전: 핀이 조인트에 삽입되는 동안 용접 헤드가 고속으로 회전합니다. 가장자리 공작물의 이음새가 용접 헤드를 기준으로 이동합니다.
3. 마찰 및 교반: 용접 헤드의 튀어나온 부분이 재료 안으로 확장되어 마찰을 일으키고 연화된 재료를 저어줍니다. 용접 헤드의 숄더가 공작물 표면에 문지르면서 추가 열을 발생시킵니다. 이 동작은 플라스틱 재료의 넘침을 방지하고 표면 산화막을 제거하는 데 도움이 됩니다.
4. 키홀 형성: 용접 공정이 끝나면 일반적으로 용접 헤드의 출구 지점에 키홀이 남습니다. 이 키홀은 필요한 경우 다른 용접 방법을 사용하여 제거하거나 밀봉할 수 있습니다.

마찰 교반 용접의 장점

• 고품질 용접: FSW는 최소한의 결함으로 강력하고 고품질의 용접을 생성합니다.
• 다용도성: 금속, 세라믹, 플라스틱 등 다양한 이질적인 재료를 용접할 수 있습니다.
• 기계화 및 자동화의 용이성: 이 공정은 기계화 및 자동화에 적합하여 일관된 품질로 이어집니다.
• 비용 효율성: FSW는 높은 효율성과 낮은 불량률로 인해 비용 효율적인 방법입니다.

애플리케이션

마찰 교반 용접은 항공우주, 자동차, 조선, 철도 등 고강도 고품질 접합이 필수인 산업에서 널리 사용됩니다. 또한 서로 다른 재료를 접합할 수 있기 때문에 서로 다른 재료 특성을 조합해야 하는 제조 분야에서도 유용합니다.

4. 전자 빔 용접(EBW)

전자빔 용접(EBW)은 가속되고 집중된 전자빔에 의해 생성된 열 에너지를 활용하는 정교한 용접 기술입니다. 이 빔은 진공 또는 비진공 환경에서 용접할 재료에 빔을 조사하여 원하는 용접을 달성합니다.

애플리케이션

EBW는 다음과 같은 다양한 고정밀 산업 분야에서 광범위하게 사용됩니다:

• 항공우주
• 원자력
• 국방 및 군대
• 자동차 제조
• 전기 기기

이 기술은 전극이 없고, 산화 감소, 뛰어난 공정 반복성, 열 변형 최소화 등 다양한 장점으로 인해 선호되고 있습니다.

작동 원리

1. 전자 방출: 전자총의 음극에서 전자가 방출됩니다.
2. 가속: 가속 전압의 영향을 받아 이 전자는 빛의 0.3~0.7배의 속도로 가속되어 상당한 운동 에너지를 얻습니다.
3. 초점 맞추기: 고밀도 전자빔은 전자총 내부의 정전기 및 전자기 렌즈를 사용하여 초점을 맞춥니다.
4. 충격 및 열 발생: 전자빔이 공작물 표면에 부딪히면 운동 에너지가 열 에너지로 변환되어 금속이 빠르게 녹고 증발합니다.
5. 키홀 형성: 고압의 금속 증기가 공작물 표면에 키홀이라고 하는 작은 구멍을 만듭니다.
6. 용접 형성: 전자빔과 공작물이 서로 상대적으로 이동함에 따라 액체 금속이 키홀 주위를 흐르고 응고되어 용접 풀의 뒷면에 용접을 형성합니다.

주요 특징

1. 침투 및 전력 밀도: 전자 빔은 강력한 투과력과 높은 출력 밀도를 가지고 있어 용접의 깊이 대 폭 비율이 최대 50:1에 달할 수 있습니다. 이를 통해 최대 용접 두께가 300mm에 이르는 두꺼운 재료를 한 번에 용접할 수 있습니다.
2. 접근성 및 속도: EBW는 뛰어난 접근성과 일반적으로 1m/분 이상의 빠른 용접 속도를 제공합니다.
3. 열 영향 구역: 이 공정은 열 영향 영역이 작아 용접 변형이 최소화되고 구조적 정밀도가 높습니다.
4. 다용도성: 전자빔의 에너지는 홈 없이도 0.05mm에서 300mm까지 다양한 금속 두께를 수용하도록 조정할 수 있습니다. 따라서 EBW는 다른 용접 방법에 비해 다목적 옵션입니다.
5. 재료 호환성: EBW는 다양한 재료, 특히 활성 금속, 내화성 금속 및 고품질 공작물 용접에 적합합니다.

5. 초음파 금속 용접

초음파 금속 용접은 초음파 주파수의 기계적 진동 에너지를 활용하여 유사하거나 다른 금속을 접합하는 독특하고 진보된 방법입니다. 기존의 용접 방법과 달리 초음파 금속 용접은 공작물에 전류나 고온의 열원을 가할 필요가 없습니다.

작동 원리

초음파 금속 용접에서는 정압 상태에서 초음파 트랜스듀서의 진동 에너지가 마찰 작업, 변형 에너지 및 제한된 온도 상승으로 변환됩니다. 이 과정을 통해 접합부 사이에 금속 결합이 이루어지며 모재를 녹이지 않고 고체 상태의 용접을 생성합니다. 기계적 진동으로 인해 금속 표면이 서로 마찰하여 표면 산화물과 오염 물질이 분해되고 깨끗한 금속 표면이 분자 수준에서 결합할 수 있게 됩니다.

장점

초음파 금속 용접은 몇 가지 장점이 있습니다:

• 속도: 용접 프로세스는 매우 빠르며 종종 순식간에 완료됩니다.
• 에너지 효율성: 기존 용접 방식에 비해 에너지 소비가 적습니다.
• 높은 융합 강도: 생산된 용접은 강하고 내구성이 뛰어납니다.
• 우수한 전도성: 이 프로세스는 재료의 전기 및 열 전도성을 유지합니다.
• 스파크 부족: 스파크가 발생하지 않아 더 안전하고 깨끗합니다.
• 콜드 프로세싱: 이 공정은 냉간 가공과 유사하여 열 변형과 잔류 응력을 최소화합니다.

애플리케이션

이 용접 기술은 다목적이며 다양한 용도로 사용할 수 있습니다:

• 단일 지점 용접: 작고 정밀한 용접에 이상적입니다.
• 멀티 스폿 용접: 여러 용접 지점이 필요한 애플리케이션에 적합합니다.
• 짧은 스트립 용접: 짧은 길이의 금속 스트립을 결합하는 데 효과적입니다.

일반적으로 초음파 금속 용접을 사용하여 용접되는 재료는 다음과 같습니다:

• 구리
• 실버
• 알루미늄
• 니켈
• 기타 비철 전선 또는 시트

이 기술은 다양한 산업 분야에서 다음과 같은 용도로 널리 사용되고 있습니다:

• 용접 SCR(실리콘 제어 정류기) 리드
• 퓨즈
• 전기 리드
• 리튬 배터리 극 조각
• 폴 러그

제한 사항

이러한 장점에도 불구하고 초음파 금속 용접에는 몇 가지 한계가 있습니다:

• 두께: 용접된 금속 부품은 일반적으로 두께가 5mm를 초과하지 않아야 합니다.
• 용접 스폿 크기: 용접 지점이 너무 크지 않아야 합니다.
• 압력 요구 사항: 성공적인 용접을 위해서는 적절한 압력을 가해야 합니다.

6. 플래시 맞대기 용접

플래시 맞대기 용접은 두 금속 조각을 전기 저항으로 가열한 다음 압력을 가하여 단조하는 특수 용접 기법입니다. 이 방법은 전기 전도도가 높은 금속을 접합하는 데 특히 효과적이며 철도 선로, 파이프 및 구조 부품 제조를 비롯한 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다.

플래시 맞대기 용접의 원리

플래시 맞대기 용접의 원리는 맞대기 용접기를 사용하여 금속 조각의 두 끝을 접촉시키는 것입니다. 프로세스에 대한 자세한 분석은 다음과 같습니다:

1. 초기 접촉 및 가열:
   • 용접할 두 개의 금속 조각은 전원 공급 장치에 연결된 두 개의 클램프 전극으로 제자리에 고정됩니다.
   • 낮은 전압과 높은 전류가 가해지면 전기 저항으로 인해 접점에 있는 금속이 가열됩니다.
   • 이동식 클램프가 움직이면 조각의 두 끝면이 살짝 접촉하여 전기가 통하고 가열됩니다.
2. 플래시 형성:
   • 가열로 인해 접촉 지점의 금속이 용융 상태에 도달하면 액체 금속이 폭발하면서 스파크 또는 섬광이 발생합니다.
   • 이 깜박임 동작은 이동식 고정 장치가 전진하면서 계속 진행되어 조각의 양쪽 끝이 더 가열됩니다.
3. 단조 및 용접:
   • 금속이 원하는 온도에 도달하고 충분히 부드러워지면 두 공작물의 끝이 함께 압출됩니다.
   • 용접 동력을 차단하고 축 방향 압력을 빠르게 가하여 조각을 함께 단조하여 접합부를 단단하게 만듭니다.
   • 조인트의 저항은 열을 유지하여 강력한 용접을 보장하는 데 도움이 됩니다.

자세한 프로세스 설명

• 클램핑 및 전력 애플리케이션:
  • 금속 조각은 클램프 전극으로 단단히 고정됩니다.
  • 전원 공급 장치가 활성화되고 접점을 통해 높은 전류가 흐르면서 저항 열이 발생합니다.
• 가열 및 플래시 형성:
  • 처음에 금속 조각 사이에 약간의 접촉이 발생하면 국부적으로 가열됩니다.
  • 금속이 가열되어 용융 상태에 도달하면 접촉 지점에서 액체 금속의 폭발 특성으로 인해 플래시가 발생합니다.
  • 이 깜박임은 이동식 클램프가 전진하면서 양쪽 끝이 적절히 가열되도록 계속됩니다.
• 최종 단조 및 응고:
  • 최적의 온도에 도달하면 용접 전원이 차단됩니다.
  • 축 방향 압력이 가해져 금속 조각을 함께 단조하여 견고하고 튼튼한 용접 접합부가 만들어집니다.

예시: 강철 플래시 맞대기 용접

스틸 플래시 맞대기 용접의 경우 두 개의 스틸 바를 맞대기 접합부에 삽입하는 공정이 포함됩니다. 접촉점을 통과하는 용접 전류는 저항 열을 발생시켜 금속을 녹이고 강한 스파크를 생성합니다. 이 스파크는 미량의 분자를 방출하며 종종 매운 냄새를 동반합니다. 단조력을 빠르게 가하여 용접 공정이 완료되면 견고하고 내구성 있는 용접이 이루어집니다.

플래시 맞대기 용접의 장점

• 고품질 조인트: 우수한 기계적 특성으로 강력하고 안정적인 용접을 생성합니다.
• 효율성: 프로세스가 비교적 빠르고 자동화하여 생산 속도를 높일 수 있습니다.
• 다용도성: 대규모 산업 프로젝트를 포함한 다양한 금속 및 응용 분야에 적합합니다.