용접 라인 설명: 생산 및 솔루션

며칠 전 동료와 용접 이음새에 관한 토론을 했습니다. 업스트림 고객은 용접 라인 품질에 대해 매우 엄격한 요구 사항을 가지고 있으며, 금속 제조에서 이 측면이 매우 중요하다는 점을 강조했습니다.

이 결함을 완전히 제거할 수 있는 가능성에 대해 문의했습니다. 업계의 많은 사람들이 이와 같은 지속적인 문제로 비슷한 어려움을 겪었을 것입니다.

이 글에서는 용접 이음새의 형성 메커니즘, 역사적 맥락, 현재의 완화 전략 등 용접 이음새에 대해 포괄적으로 살펴봅니다. 이 논의는 용접 공정에서 유사한 품질 관리 문제에 직면한 제조업체에 귀중한 인사이트를 제공하는 것을 목표로 합니다.

1. 용접 라인의 메커니즘

융착선 또는 본딩선이라고도 하는 용접선은 앞쪽 가장자리에서 냉각된 용융 수지가 접합부에서 완전히 융착되지 않아 눈에 보이는 선이 생길 때 형성됩니다.

이 현상은 일반적으로 두 개의 스트림이 만나는 지점 또는 하나의 스트림이 공작물의 구멍과 같은 특정 기하학적 모양을 우회한 후 수렴하는 지점에서 관찰됩니다.

그림 1에 표시된 것처럼 게이트 1과 게이트 2의 재료 흐름은 결국 제품 표면에 용접 라인을 생성합니다.

그림 1 용접 라인

용접 라인이 형성되기 전의 용융 흐름 패턴을 다시 한 번 살펴보겠습니다.

금형과 녹은 플라스틱 사이의 상당한 온도 차이로 인해 표면에 얼어붙은 층이 형성되어 접합부에 틈이 생깁니다. 플라스틱 소재가 금형 표면을 완벽하게 복제할 수 없습니다.

용융 온도를 높이면 공급 효과는 향상되지만 표면 플라스틱 분자 사슬이 정렬되지 않아 그림 2와 같이 용접 라인이 형성될 수 있습니다.

그림 2 용접 라인 사본

용접 지점의 두 레진 스트림은 제트 기류에서 반경화하면서 진행되기 때문에 서로 섞이지 않습니다.

그러나 온도가 낮으면 표면층이 두꺼워지고 질감이 더 뚜렷해지며 둘 사이의 접착력이 약해져 강도가 떨어집니다.

2. 용접 라인의 위험성

용접 라인에는 주로 두 가지 문제가 있습니다.

첫째, 구조적인 문제가 있습니다. 특히 용접 라인의 품질이 좋지 않은 경우 부품이 용접 라인에서 파손되거나 변형되기 쉽습니다. 이러한 약점은 부품이 스트레스를 받는 영역에서 더 심각한 문제입니다.

둘째, 부품 표면에 눈에 보이는 결함이 있을 수 있습니다. 용접 라인으로 인해 부품 표면에 선, 홈 또는 색상 변화가 발생할 수 있습니다. 용접 라인이 중요하지 않은 부품의 표면(예: 바닥)에 있는 경우에는 문제가 되지 않을 수 있습니다.

3. 용접 라인의 영향 요인

(1) 온도

두 개의 레진 스트림이 만나면 서로 융합됩니다. 레진 스트림의 온도가 낮을 때 융합의 정도가 더 두드러집니다.

반대로 두 레진 스트림의 온도가 높으면 두 레진 사이의 접착력이 증가하여 융합이 덜 분명해집니다.

(2) 압력

융합 지점에서 두 개의 녹은 수지가 서로 밀착되며, 접착 수준은 가해지는 압력의 양에 따라 달라집니다.

유지 압력이 낮을수록 융합은 더 뚜렷해지지만 접착력은 약해집니다. 경화 과정이 계속되면 압력 전달이 점점 더 어려워집니다.

또한 게이트 러너의 크기가 작아지고 게이트의 위치가 좋지 않으면 융합의 외관과 강도가 저하됩니다.

(3) 각도

두 스트림이 앞쪽에서 만나는 경우, 두 스트림 사이의 각도가 작을 때 융합선이 더 눈에 띄게 됩니다. 반대로 각도가 크면 융합선이 덜 뚜렷해집니다.

Moldflow에서는 용융 중합 각도가 135° 미만일 때 융착 라인이 형성되고 135°보다 큰 각도에서는 융착 라인이 형성되지 않습니다.

융합 선이 육안으로 보이지 않더라도 여전히 허용됩니다.

(4) 배기

융합은 수지가 만나 합쳐지는 지점을 말하며, 흐름의 종점이 될 수도 있습니다.

이 위치에 가스를 배출할 배기구가 충분하지 않으면 융합의 품질과 강도가 저하됩니다.

(5) 충전 속도

충전 속도가 너무 느리면 용융물 흐름 전면이 충전 끝단에 도달하지 못할 수 있으며 용융물이 게이트에서 멀어질수록 동결될 가능성이 높아집니다. 이로 인해고품질 용접 라인.

마찬가지로 흐름 길이가 너무 길면 용접 라인이 끝에서 형성될 때 용융 전면의 온도가 크게 떨어질 수 있습니다. 이는 또한 용접 라인의 품질 저하로 이어질 수 있습니다.

4. 용접 라인 솔루션

먼저, 온도를 높이세요.

앞쪽의 두 스트림이 더 잘 융합되도록 하려면 용융 온도가 낮을 때 용융 온도를 높이되, 재료의 열화 온도를 초과하지 않도록 주의하세요.

마찬가지로 금형 온도가 낮을 때는 재료 흐름 전면의 융착을 개선하기 위해 금형 온도를 높이는 것이 좋습니다.

용융물의 동결 층은 온도가 재료 변환 온도보다 낮을 때 형성됩니다.

금형 온도를 변환 온도 이상으로 높이면 용융 라인 문제를 근본적으로 해결할 수 있습니다.

기술적으로는 고온 및 저온 공정과 전자기 가열을 통해 앞서 언급한 효과를 얻을 수 있지만, 일반 금형보다 비용이 더 많이 듭니다.

그림 3은 고광택 금형의 용접 라인 효과를 표시하며, 왼쪽은 일반 금형, 오른쪽은 고광택 금형을 나타냅니다.

금형 온도는 고온 및 저온 공정을 사용하여 150℃ 이상으로 높였고, 재료 변환 온도는 145℃ 정도였습니다.

그림 3 용접 라인 비교

둘째, 충전 끝 압력이 부족한 경우

충진 끝 압력이 낮은 경우 유지 압력을 높이면 두 용융 전선 사이의 융합을 개선할 수 있습니다. 이렇게 하면 온도가 가장 높은 재료 흐름 전선이 캐비티 벽에서 만나게 되고, 이 영역이 최대 유지 압력을 받아 플라스틱 전단 박리 특성을 활성화할 수 있습니다.

셋째, 각도가 너무 작습니다.

제품의 벽 두께 또는 게이트의 위치를 조정하여 용융물의 합류 각도를 높입니다.

넷째, 갇힌 가스의 경우

충전 끝단에 배기 가스를 주입하면 두 용융물의 앞쪽 끝이 합쳐지는 것을 개선할 수 있습니다. 그러나 배기 위치가 잘못되면 배기가스를 효과적으로 제거할 수 없으므로 배기 위치가 올바른지 확인하는 것이 중요합니다.

다섯째, 충전 속도가 너무 느립니다.

플라스틱의 전단 박화 특성을 활용하는 것이 중요합니다. 충진 속도를 높이면 재료 흐름 전면의 온도가 상승하고 전단 박리 효과가 향상되어 궁극적으로 본딩 라인의 강도가 향상됩니다.

충전 거리가 너무 긴 경우 충전 거리가 특정 한도(L/T = 길이 대 벽 두께, 250:1 미만이어야 함)를 초과해서는 안 된다는 점에 유의해야 합니다.

L/T가 250:1을 초과하면 일반적으로 얇은 벽 성형으로 간주합니다. 이 경우 흐름 길이 비율을 줄이거나 새 게이트를 추가할 수 있습니다. 그러나 이로 인해 새 용접 라인 게이트의 위치가 부적절해질 수 있습니다.

5. 용접 라인의 평가 기준

Moldflow에서는 용융 중합 각도가 135° 미만이면 용접 라인이 형성되고 135°보다 큰 각도가 되면 용접 라인이 형성되지 않습니다.

다음은 한 회사에서 공유한 경험을 요약한 것입니다:

그림 4와 같이 용접선의 합류 각도가 75° 미만이면 용접선이 보이지만 75°보다 크면 보이지 않습니다.

또한 모든 기업은 외관 요구 사항, 구조적 특성 및 재료 유형에 따라 자사 제품에 적합한 업계 표준을 개발할 수 있습니다.

그림 4 용접 라인 각도 및 깊이

성형 조건에 따라 용접 또는 융착 라인의 품질이 결정되며, 용접 라인의 강도는 성형 온도와 부품이 얼기 전에 용접에 가해지는 압력에 영향을 받습니다.

용접 라인이 형성되는 동안의 압력은 0입니다.

일반적으로 용접 라인 형성 중 용융 온도는 사출 온도보다 최소 20°C 이상 높아야 고품질 용접을 생성할 수 있습니다.

6. 용접 라인의 강도 분석

용접 라인 강도가 다음에 미치는 영향을 평가하려는 경우 제품 구조 를 사용하여 용접 표면 강도의 감소 계수를 예측하면 용접 라인 강도 분석을 수행할 수 있습니다.

분석을 수행하기 전에 재료의 용접 라인 강도 속성을 테스트해야 합니다.

용접 라인 강도 속성을 사용하여 금형 흐름 유량 압력 분석을 수행한 다음 용접 라인 결과를 ANSYS 또는 ABAQUS로 가져와 용접 라인이 제품 구조 강도에 미치는 영향을 예측하기 위한 추가 분석을 수행할 수 있습니다.

회선 강도 분석에 대한 자세한 정보는 향후 글에서 공유할 예정이므로 여기서는 크게 소개하지 않겠습니다.

7. 요약

용접 라인의 형성은 제품의 구조, 금형 설계, 공정 및 재료와 밀접한 관련이 있습니다.

구멍이 있거나 여러 개의 게이트가 있는 경우 용접 라인을 피하기는 어렵지만 희석 과정을 통해 완화할 수 있습니다.

그러나 경우에 따라 용접 라인을 완전히 제거하기 위해 고광도 모드가 필요한 경우도 있습니다.

용접 라인이 제품의 구조 강도에 미치는 영향을 이해하는 것이 중요하며, 용접 라인의 강도를 분석하고 예측할 수 있습니다.