알루미늄 합금 용접: 방법 및 재료 선택
알루미늄 합금 용접은 낮은 융점과 높은 열전도율로 인해 고유한 과제를 안고 있습니다. 이 기사에서는 TIG, MIG 및 플라즈마 아크와 같은 다양한 용접 방법에 대해 자세히 설명합니다....
알루미늄 용접이 금속 가공에서 가장 까다로운 작업 중 하나로 꼽히는 이유는 무엇일까요? 높은 열전도율, 산화 취약성, 고온 균열 경향 등 알루미늄의 고유한 특성으로 인해 강력하고 결함 없는 용접을 보장하기 위해서는 특별한 기술과 재료가 필요합니다. 이 글에서는 재료 분류와 준비부터 알루미늄 합금에 가장 적합한 다양한 용접 방법까지 알루미늄 용접의 복잡한 과정을 살펴봅니다. 끝으로 성공적인 알루미늄 용접을 위한 핵심 요소와 일반적인 문제를 완화하는 기술을 이해하게 될 것입니다.
알루미늄은 산업에서 가장 널리 사용되는 중요한 비철금속 중 하나입니다. 알루미늄과 알루미늄 합금은 뛰어난 물리적 특성과 기계적 성능을 가지고 있습니다. 저밀도, 고강도, 높은 열전도율, 높은 전기전도율, 강한 내식성을 가지고 있습니다.
기계, 전력, 화학, 경공업, 항공우주, 철도, 선박, 자동차 등의 산업에서 구조용 제품 용접에 널리 사용되어 왔습니다.
이러한 제품의 예로는 항공기, 우주선, 로켓, 미사일, 고속철도 기관차 및 차량, 어뢰 및 어뢰정, 경량 자동차, 자전거 및 경주용 자동차, 각종 화학 용기, 에어컨, 열교환기, 레이더 안테나, 마이크로파 장치 등을 들 수 있습니다.
다양한 융착 용접, 저항 용접 및 브레이징 구조는 알루미늄 및 알루미늄 합금 소재로 만들어집니다.
알루미늄과 알루미늄 합금은 제조 방식에 따라 단조 알루미늄, 알루미늄 합금, 알루미늄 합금의 세 가지 범주로 분류할 수 있습니다. 주조 알루미늄 합금.
합금 시리즈에 따르면 알루미늄과 알루미늄 합금 산업용 순수 알루미늄, 알루미늄-구리 합금, 알루미늄-망간 합금, 알루미늄-실리콘 합금, 알루미늄-마그네슘 합금, 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금, 알루미늄-아연-마그네슘-구리 합금 및 기타 알루미늄 합금의 8가지 범주로 나눌 수 있습니다.
강화 방법에 따라 비열처리 알루미늄과 알루미늄 합금, 열처리 알루미늄 합금으로 다시 분류할 수 있습니다.
알루미늄은 다른 금속과 구별되는 몇 가지 물리적 특성을 가지고 있어 알루미늄과 알루미늄 합금에 따라 용접 특성이 달라집니다. 알루미늄의 용접성 의 알루미늄 및 알루미늄 합금의 용접 특성은 저탄소강보다 열등하며, 용접 특성도 강철과 다릅니다.
알루미늄 및 알루미늄 합금의 용접 특성은 조성에 따라 다르며 산화, 균열, 다공성, 접합부 기계적 특성 저하, 내식성 감소 등의 일반적인 문제가 있습니다.
(1) 산화에 대한 민감성:
알루미늄은 공기 중이나 용접 과정에서 산화되기 쉽습니다. 그 결과 생성되는 알루미늄 산화물(Al2O3)은 녹는점이 높고 안정된 성질과 흡습성을 가지며 제거하기 어렵습니다. 이는 용접 및 브레이징 공정을 방해하여 다공성, 내포물, 융합 부족, 용접 또는 브레이징 조인트 내 불완전한 침투와 같은 결함을 형성합니다.
따라서 용접 또는 브레이징 전에 표면 산화막을 제거하기 위해 엄격한 표면 세척이 필요하며, 용접 또는 브레이징 공정 중에 추가 산화를 방지하거나 새로 형성된 산화물을 제거하기 위한 조치를 취해야 합니다.
알루미늄은 산소와 친화력이 강하여 공기 중에서 쉽게 고밀도 Al2O3 막을 형성합니다. Al2O3의 녹는점은 2050℃로 알루미늄과 그 합금의 녹는점(500℃-600℃)을 훨씬 뛰어넘습니다. 상대적으로 밀도가 높은 Al2O3는 용접 시 금속 간의 양호한 결합을 방해하여 산화막으로 인해 슬래그가 포함되거나 불완전한 융합을 유발합니다. 또한 산화막은 수분을 흡수하여 용접 중에 용접부에 기공이 형성될 수 있습니다. 수평 아래의 특정 위치 또는 오버헤드 용접이 기공은 응고되는 동안 용접 상부의 용융선 근처까지 올라갑니다. 이들은 위의 고체 금속에 의해 막혀 빠져나가지 못하고 용접 상부에 기공 사슬을 형성합니다.
(2) 높은 열전도율 및 비열 용량:
알루미늄과 알루미늄 합금은 열전도율과 비열용량이 강철보다 약 2배 높은 높은 열전도율과 비열용량을 가지고 있습니다. 알루미늄은 용접 프로세스를 사용하면 많은 양의 열 에너지가 모재에 빠르게 전도됩니다.
용접 시 열전도율이 높기 때문에 모재에 열이 빠르게 전달됩니다. 따라서 알루미늄과 그 합금을 용접할 때 금속 풀을 녹이는 데만 에너지가 소비되는 것이 아니라 금속의 다른 부분에서 더 많은 열이 낭비됩니다. 고품질 용접 조인트를 얻으려면 집중된 고출력 에너지원을 사용하는 것이 좋으며 때로는 예열 조치를 취하는 것이 좋습니다.
(3) 핫 크래킹에 대한 취약성:
열 균열은 용접에서 발생하는 일반적인 결함이며 알루미늄 합금의 열처리. 비열처리 알루미늄 합금의 경우 조인트에 상당한 구속이 있고 다음을 부적절하게 제어하면 열 균열이 발생할 수 있습니다. 용접 비드 포메이션.
가장 일반적인 유형의 열 균열은 용접 금속의 응고 균열이며, 때로는 용접부 주변에서 액화 균열이 관찰될 수 있습니다.
선형 팽창 계수는 탄소강의 약 두 배로 크고 낮습니다. 합금강. 체적 수축률은 철의 경우 약 3.5%에 비해 약 6.5%로 상대적으로 높습니다. 결과적으로 과도한 내부 수축 응력으로 인해 용접 풀이 응고되는 동안 다공성 및 열 균열이 발생할 수 있습니다.
생산 과정에서 열 균열을 방지하기 위한 조치에는 용접 와이어의 구성 및 용접 공정 조정이 포함될 수 있습니다.
핫 크랙을 방지하기 위한 조치에는 다음이 포함됩니다:
1) 알루미늄에 몇 가지 수식어 추가하기 합금 용접 와이어는 균열 저항성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
일반적인 개질제에는 Ti, Zr, V, B와 같은 원소가 포함되며, 이러한 원소는 알루미늄과 반응하여 내포 반응을 통해 내화성 금속 화합물을 형성할 수 있습니다. 이러한 미세 내화 입자는 응고 중에 비자연적 핵으로 작용하여 입자 구조를 개선하고 가소성과 인성을 향상시킬 수 있습니다.
2) 적절한 용접 방법 선택 및 용접 매개변수.
열이 집중되고 가열 및 냉각 속도가 빠른 용접 방법은 방향성이 강한 거친 기둥 입자의 형성을 방지하고 입자 구조를 개선하며 균열 저항성을 향상시킬 수 있습니다. 따라서 TIG 또는 MIG 용접을 사용하면 다음과 비교했을 때 균열 발생 경향이 훨씬 낮습니다. 가스 용접.
용접 전류를 높이면 용접 풀이 과열되고 용융 비율이 증가하여 용접에 유입되는 균열 저항성이 낮은 모재의 비율이 높아져 용접의 균열 저항성이 감소할 수 있습니다.
용접 속도를 높이면 변형률이 증가할 수 있습니다. 용접 조인트 또한 균열이 발생하는 경향도 증가합니다. 따라서 균열 발생 가능성이 높은 알루미늄 합금을 용접할 때는 높은 용접 전류나 빠른 용접 속도를 사용하는 것은 바람직하지 않습니다.
3) 구속력이 낮은 구조 형태를 선택하면 균열 저항성을 향상시킬 수 있습니다.
(4) 다공성에 대한 취약성:
알루미늄 및 알루미늄 합금의 용접 중에 형성되는 주요 다공성 유형은 수소 다공성입니다. 용접 중에 수소는 아크 컬럼 대기의 수분과 용접 와이어 및 모재의 표면 산화막에 흡착된 수분이라는 두 가지 소스에서 발생할 수 있습니다.
고온 용접 조건에서 표면에 흡수된 수분은 용접 재료 또는 홈과 주변의 습한 공기에서 나오는 수분이 아크 영역으로 들어가 원자 수소로 분해되어 액체 알루미늄에 용해될 수 있습니다.
(5) 용접된 조인트의 기계적 특성 저하:
알루미늄과 알루미늄 합금을 용접한 후에는 특히 경질 알루미늄과 초경질 알루미늄 합금에서 다양한 정도의 접합부 연화가 발생할 수 있으며, 이로 인해 강도가 크게 감소할 수 있습니다.
1) 비열처리 알루미늄 합금의 연화:
순수 알루미늄 및 내식성 알루미늄 합금의 경우, 모재와 화학 성분이 유사한 용접 와이어를 사용하여 어닐링 상태에서 용접할 경우 일반적으로 연화 문제가 발생하지 않습니다.
그러나 냉간 가공된 경화 상태에서 일정 온도 이상으로 가열하여 용접하면 재결정화 연화가 발생하여 접합 강도가 저하됩니다. 이 문제를 해결하려면 열이 집중된 용접 방법을 사용하여 거친 입자 영역이 넓어지는 것을 방지해야 합니다. 용접 후 냉간 상태에서 접합부를 냉간 망치질하면 약간의 작업 경화 효과를 얻을 수 있습니다.
2) 열처리 가능한 알루미늄 합금의 연화:
경질 알루미늄 및 초경질 알루미늄 합금을 어닐링 상태이든 노화 상태이든 용접할 때 용접 후 열처리를 하지 않으면 접합 강도가 모재보다 낮아집니다. 접합 성능이 저하되는 부분은 주로 용접 부위입니다, 퓨전 존또는 열 영향 구역을 클릭합니다.
열처리 가능한 알루미늄 합금을 용접할 때 열 균열이 발생하는 경향이 높기 때문에 선택한 용접 와이어는 일반적으로 모재와 화학 성분에 큰 차이가 있습니다.
그 결과 용접부의 강도가 모재보다 낮고 용접부가 거친 주조 구조를 나타내어 모재에 비해 강도와 연성이 낮아집니다. 열처리 가능한 알루미늄 합금 접합부의 연화를 방지하려면 더 낮은 열 입력을 사용하거나 용접 후 용액 처리 및 인위적인 노화를 수행하여 연화 문제를 효과적으로 해결하는 것이 좋습니다.
(6) 용접 조인트의 내식성 감소:
일반적으로 알루미늄과 알루미늄 합금은 표면에 산화막이 형성되어 있어 내식성이 우수합니다. 이 보호막이 손상되면 부식이 빠르게 진행될 수 있습니다.
알루미늄 및 알루미늄 합금의 용접 접합부의 내식성은 일반적으로 모재보다 낮으며, 특히 열처리 가능한 알루미늄 합금 접합부에서 내식성의 감소가 두드러집니다.
(7) 낮은 고온 강도 및 가소성
고온에서는 강도와 가소성이 낮기 때문에 재료가 액체 금속을 지탱하지 못해 변형되거나 붕괴될 수 있습니다. 이에 대한 예방책은 지지판을 추가하는 것입니다.
| 중국 (GB) | 국제 (ISO) | 미국 (AA) | 일본 (JIS) | 구소련(ΓOCT) | 독일 (DIN) | 영국 (BS) | 프랑스 (NF) |
| LG5 | – | 1199 | 1N99 | AB000 | Al99.98R | S1 | – |
| LG2 | – | 1090 | 1N90 | AB1 | Al99.9 | – | – |
| LG1 | Al99.8 | 1080 | A1080 | AB2 | Al99.8 | 1A | – |
| L1 | Al99.7 | 1070 | A1070 | A00 | Al99.7 | – | 1070A |
| L2 | – | 1060 | A1060 | A0 | – | – | – |
| L3 | Al99.5 | 1050 | – | A1 | Al99.5 | 1B | 1050A |
| L5-1 | Al99.0 | 1100 | A1100 | A2 | Al99.0 | 3L54 | 1100 |
| L5 | – | 1200 | A1200 | – | Al99 | 1C | 1200 |
| LF2 | AlMg2.5 | 5052 | A5052 | AMr | AlMg2.5 | N4 | 5052 |
| LF3 | AlMg3 | 5154 | A5154 | AMr3 | AlMg3 | N5 | – |
| LF4 | AlMg4.5Mn0.7 | 5083 | A5083 | AMr4 | AlMg4.5Mn | N8 | 5083 |
| LF5-1 | AlMg5 | 5056 | A5056 | – | AlMg5 | N6 | – |
| LF5 | AlMg5Mn0.4 | 5456 | – | Amr5 | – | N61 | – |
| LF21 | AlMn1Cu | 3003 | A3003 | AMu | AlMnCu | N3 | 3003 |
| LD2 | – | 6165 | A6165 | AB | – | – | – |
| LD7 | AlCu2MgNi | 2618 | 2N01 | AK4 | – | H16 | 2618A |
| LD9 | – | 2018 | A2018 | AK2 | – | – | – |
| LD10 | AlCu4SiMg | 2014 | A2014 | AK8 | AlCuSiMg | – | 2014 |
| LD11 | – | 4032 | A4032 | AK9 | – | 38S | 4032 |
| LD30 | AlMg1SiCu | 6061 | A6061 | AΠ33 | AlMg1SiCu | H20 | 6061 |
| LD31 | AlMg0.7Si | 6063 | A6063 | AΠ31 | AlMgSi0.5 | H19 | – |
| LY1 | AlCu2.5Mg | 2217 | A2217 | AΠ18 | AlCu2.5Mg0.5 | 3L86 | – |
| LY11 | AlCu4MgSi | 2017 | A2017 | AΠ1 | AlCuMg1 | H15 | 2017A |
| LY12 | AlCu4Mg1 | 2024 | A2024 | AΠ16 | AlCuMg2 | GB-24S | 2024 |
| LC3 | AlZn7MgCu | 7174 | – | B94 | – | – | – |
| LC9 | AlZn5.5MgCu | 7075 | A7075 | – | AlZnMgCu1.5 | L95 | 7075 |
| LC10 | – | 7079 | 7N11 | – | AlZnMgCu0.5 | – | – |
| LT1 | AlSi5 | 4043 | A4043 | AK | AlSi5 | N21 | – |
| LT17 | AlSi12 | 4047 | A4047 | – | AlSi12 | N2 | – |
| LB1 | – | 7072 | A7072 | – | SlZn1 | – | – |
알루미늄 및 그 합금용 용접 재료에는 용접봉, 용접 와이어, 플럭스, 전극 및 차폐 가스.
1) 용접 와이어
중국 국가 표준 88 및 GB10858-2008에 따르면 용접 와이어는 두 가지 유형으로 분류됩니다: 전극 와이어 코어 및 용접 와이어. 미국표준협회/미국용접협회 A5.10-92에 따라 용접 와이어는 전극 와이어(코드 E), 필러 와이어(코드 R), 전극과 필러 와이어가 모두 포함된 와이어(코드 ER)로 분류됩니다.
2) 용접 재료 선택 원칙
i) 낮은 형성 성향 용접 균열.
ii) 용접 다공성 가능성이 낮습니다.
iii) 용접 및 용접 조인트의 기계적 특성(강도, 연성)이 양호합니다.
iv) 작동 조건에서 용접부 및 용접 조인트의 내식성이 우수합니다.
v) 용접 금속 표면의 색상은 모재의 표면 색상과 일치해야 합니다.
다양한 재료 및 주요 성능 요구 사항에 적합한 와이어를 선택하려면 용접 와이어의 성능과 적용 가능성을 용도와 연관시켜야 합니다.
표 1: 다양한 재료 유형 및 성능 요구 사항에 따른 용접 와이어 선택.
| 재료 | 다양한 성능 요구 사항에 따른 권장 용접 와이어. | ||||
| 높은 강도가 필요합니다. | 높은 연성 요구 사항 | 용접 및 아노다이징 후 컬러 매칭이 필요함 | 바닷물 부식에 대한 내성 | 용접 시 낮은 균열 경향 요구 | |
| 1100 | SAlSi-1 | SAl-1 | SAl-1 | SAl-1 | SAlSi-1 |
| 2A16 | SAlCu | SAlCu | SAlCu | SAlCu | SAlCu |
| 3A21 | SAlMn | SAl-1 | SAl-1 | SAl-1 | SAlSi-1 |
| 5A02 | SAlMg-5 | SAlMg-5 | SAlMg-5 | SAlMg-5 | SAlMg-5 |
| 5A05 | LF14 | LF14 | SAlMg-5 | SAlMg-5 | LF14 |
| 5083 | ER5183 | ER5356 | ER5356 | ER5356 | ER5183 |
| 5086 | ER5356 | ER5356 | ER5356 | ER5356 | ER5356 |
| 6A02 | SAlMg-5 | SAlMg-5 | SAlMg-5 | SAlSi-1 | SAlSi-1 |
| 6063 | ER5356 | ER5356 | ER5356 | SAlSi-1 | SAlSi-1 |
| 7005 | ER5356 | ER5356 | ER5356 | ER5356 | X5180 |
| 7039 | ER5356 | ER5356 | ER5356 | ER5356 | X5180 |
표 6-3 미국에서 알루미늄 및 알루미늄 합금 용접 와이어 선택을 위한 권장 사항
| 기본 재료 | 443,356 | 6061,6063 | 5456 | 5454 | 5154,5254 | 5086 | 5083 | 5052,5652 | 3004 | 1100.3003 | 1060 |
| 1060 | 4043 | 4043 | 5356 | 4043 | 4043 | 5356 | 5356 | 4043 | 4043 | 1100 | 1060 |
| 1100，3003 | 4043 | 4043 | 5356 | 4043 | 4043 | 5356 | 5356 | 4043 | 4043 | 1100 | – |
| 3004 | 4043 | 4043 | 5356 | 5356 | 5356 | 5356 | 5356 | 5356 | 4043 | – | – |
| 5052,5652 | 4043 | 4043 | 5356 | 5356 | 5356 | 5356 | 5356 | 5652 | – | – | – |
| 5083 | 5356 | 5356 | 5183 | 5356 | 5356 | 5356 | 5183 | – | – | – | – |
| 5086 | 5356 | 5356 | 5356 | 5356 | 5356 | 5356 | – | – | – | – | – |
| 5154，5254 | 5356 | 5356 | 5356 | 5356 | 5356 | – | – | – | – | – | – |
| 5454 | 5356 | 5356 | 5356 | 5554 | – | – | – | – | – | – | – |
| 5456 | 5356 | 5356 | 5356 | – | – | – | – | – | – | – | – |
| 5061,6063 | 4043 | 5356 | – | – | – | – | – | – | – | – | – |
| 443,356 | 4043 | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – |
순수 알루미늄을 용접할 때는 동종 순수 알루미늄 용접 와이어를 사용하십시오.
알루미늄-망간 합금의 경우, 동일한 유형의 알루미늄-망간 합금 용접 와이어 또는 순수 알루미늄 SAl-1 용접 와이어를 사용합니다.
마그네슘 함량이 3%를 초과하는 알루미늄-마그네슘 합금을 용접할 경우 동일한 계열의 용접 와이어를 사용하십시오. 열 균열 경향이 강한 5A01 및 5A02 합금과 같이 마그네슘 함량이 3% 미만인 합금의 경우, 마그네슘 함량이 높은 SAlMg5 또는 ER5356 용접 와이어를 사용해야 합니다.
알루미늄-마그네슘-실리콘 합금을 용접할 때는 용접 균열이 발생하는 경향이 강하기 때문에 일반적으로 SAlSi-1 용접 와이어를 사용해야 합니다. 만약 용접 솔기 색상이 모재와 일치하지 않는 경우, 구조적 구속력이 낮은 조건에서 SAlMg-5 용접 와이어를 대신 사용할 수 있습니다.
용접 시 열 균열 경향이 강한 경질 알루미늄 합금 2A12 및 2A14와 같은 알루미늄-구리-마그네슘 및 알루미늄-구리-마그네슘-실리콘 합금의 경우 일반적으로 열 균열에 대한 내성이 우수한 SAlSi-1, ER4145 또는 BJ-380A 용접 와이어를 사용해야 합니다.
용접하기 전에 알루미늄 와이어 및 알루미늄 시트 표면의 오일, 산화막 및 기타 오염 물질을 제거해야 합니다. 청소 방법은 다음과 같습니다:
a) 탈지:
산화막을 제거하기 전에 알루미늄 와이어 표면과 알루미늄 시트 베벨 및 측면(각각 30mm 이내)의 기름과 먼지를 청소해야 합니다.
생산 시에는 일반적으로 가솔린 또는 아세톤, 초산에틸, 송진수, 사염화탄소 등의 용매가 사용됩니다. 탈지를 위해 다음과 같은 단계로 화학 혼합물을 준비할 수도 있습니다:
혼합 용액(공업용 삼인산나트륨 40-50g, 탄산나트륨 40-50g, 물 유리 20-30g, 물 1L)에 60-70°C의 온도에서 5~8분간 가열합니다.
50°C 정도의 뜨거운 물에 2분간 헹굽니다.
찬물에 2분간 헹굽니다.
b) 산화막 제거:
산화막 제거는 기계적으로 또는 화학적으로 수행할 수 있습니다.
기계적 제거: 탈지 후 스테인리스 스틸 와이어 휠, 구리 와이어 휠 또는 스크레이퍼를 사용하여 용접 베벨의 표면을 깨끗하게 긁어낼 수 있습니다. 이 방법은 간단하지만 청소 품질이 상대적으로 떨어집니다. 주로 높은 품질 요구 사항이 없는 용접부, 화학적 세척이 어려운 대형 용접부 또는 화학적 세척 후 국부적으로 오염된 용접부에 사용됩니다. 이 방법은 용접 와이어 표면의 산화막을 제거할 수 없습니다.
화학적 세척: 알루미늄 및 알루미늄 합금 시트, 튜브, 알루미늄 와이어를 화학적으로 세척할 때는 먼저 알루미늄 시트, 알루미늄 튜브, 알루미늄 와이어를 40~60°C의 온도에서 8-10% 농도의 수산화나트륨 용액에 넣어 침식시킵니다. 10~15분간(알루미늄 합금의 경우 5분만) 유지한 다음 꺼내서 찬물에 2분간 헹굽니다.
그런 다음 알루미늄 시트, 알루미늄 튜브 및 알루미늄 와이어의 추가 부식을 방지하기 위해 남은 알칼리를 중화하기 위해 30% 질산 용액에 넣어 산 세척합니다. 마지막으로 흐르는 찬물로 2~3분간 헹굽니다.
세척 작업이 완료되면 알루미늄 와이어를 150~200°C의 오븐에 넣고 필요에 따라 꺼내야 합니다. 청소한 용접물과 용접 와이어는 적절하게 보관해야 하며 아무 곳에나 두지 않아야 합니다. 알루미늄 시트 베벨은 청소 후 즉시 조립 및 용접해야 하며, 일반적으로 24시간을 넘기지 않아야 합니다.
1) 가스 용접:
가스 용접은 아크 용접보다 화력이 낮기 때문에 용접물의 변형이 크고 생산 효율이 떨어집니다. 용접 이음새 금속은 입자가 거칠고 구조가 느슨하여 용기에 슬래그가 포함될 수 있습니다. 따라서 기본적으로 TIG 용접으로 대체됩니다.
2) 스틱 전극 용접:
스틱 전극 용접의 접합 품질은 상대적으로 열악하며 주로 용접 수리를 위해 산업에서 덜 사용됩니다.
3) 수동 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접:
집중된 열, 안정적인 아크 연소, 조밀한 용접 금속, 용접 접합부의 고강도 및 가소성, 우수한 접합 품질 등의 장점이 있습니다. 1mm에서 20mm 사이의 판 두께를 용접할 수 있으며 알루미늄 및 알루미늄 합금을 용접하는 가장 일반적인 방법입니다. 단점은 실외 작업에는 적합하지 않다는 것입니다.
4) 금속 불활성 가스(MIG) 용접:
용접 와이어를 전극으로 사용, 더 큰 전류, 높은 아크 출력, 집중된 열, 빠른 속도 등의 장점이 있습니다. 용접 속도높은 생산 효율성을 제공합니다. 50mm 미만의 두께를 용접할 수 있습니다. 단점은 용접 와이어의 직경이 와이어 공급 시스템에 의해 제한되고 용접 이음새의 다공성 감도가 상대적으로 크다는 것입니다.
5) 펄스 TIG 용접:
용접 전류가 작고 매개 변수 조정 범위가 넓고 용접물의 변형이 작고 얇은 용접에 적합합니다. 플레이트 용접 및 모든 위치 용접. 일반적으로 2-12mm에 사용됩니다.
6) 기타 덜 일반적으로 사용되는 용접 방법:
플라즈마 아크 용접, 진공 전자빔 용접, 레이저 용접저항 용접 등
1) 수동 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접
수동 TIG 용접 시에는 교류를 사용하여 용접 부위 표면의 산화물 층을 제거하기 위해 "음극 차단 효과"를 활용합니다. 아르곤 가스의 순도는 99.99%를 초과해야 하며, 질소 함량은 0.04% 미만, 산소 함량은 0.03% 미만, 수분은 0.07% 미만이어야 합니다.
질소가 표준 값을 초과하면 용접 표면이 옅은 노란색 또는 연두색 화합물(질화물)과 가스 기공을 형성하여 용접기 작동을 복잡하게 만듭니다.
과도한 산소는 용융 풀 표면에 검은 반점이 조밀하게 밀집되어 불안정한 아크와 심각한 스패터링을 유발합니다. 습기로 인해 용융 풀이 끓어 가스 구멍이 생길 수 있습니다.
a) 3mm보다 두꺼운 공작물은 V자형 홈 가공이 필요합니다.
14mm보다 두꺼운 공작물에는 이중 V 홈이 있어야 하며, 3mm보다 두꺼운 파이프에도 V 홈이 있어야 합니다.
b) 페어링 방법에는 일반적으로 간격이 없거나, 뒷면이 있는 간격, 더 큰 간격(아크 용접의 경우)이 포함됩니다. 텅스텐 전극 팁은 일반적으로 안정적인 아크를 위해 공 모양으로 소결됩니다.
c) 10mm보다 두꺼운 공작물을 용접하거나 중요한 구조적 점착 용접을 할 때는 예열 조치를 취해야 합니다. 선택 예열 온도 주로 공작물의 크기와 용접 금속의 냉각 속도에 따라 달라집니다. 플레이트가 두꺼울수록 예열 온도가 높아지며 일반적으로 200-250℃에서 제어됩니다. 다층 용접 중에는 층간 온도가 예열 온도 이하로 떨어지지 않아야 합니다.
2) 금속 불활성 가스(MIG) 용접
MIG 용접(자동 및 반자동 모두)은 중간 두께 및 큰 두께의 알루미늄 및 알루미늄 합금에 적합합니다. 시트 용접직류 전극 음극(DCEN)을 사용합니다.
이 방법은 빠른 용접 속도, 최소한의 열 영향 영역, 작은 공작물 변형을 제공합니다. 앞면과 뒷면 모두에 단 한 번의 용접만 필요한 30mm 두께의 알루미늄 판의 경우처럼 용접 전에 공작물을 예열할 필요가 없습니다.
자동 MIG 용접 시에는 와이어 직경과 크게 관련된 다공성에 대한 민감도가 높습니다. 따라서 더 두꺼운 와이어와 더 높은 용접 전류가 선택되는 경우가 많습니다. 와이어가 두꺼울수록 표면적 비율이 작아지고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.
얇은 와이어로 용접할 경우 알루미늄 와이어 표면에서 용융 풀로 유입되는 산화물 층과 표면 흡수 수분과 같은 불순물의 수가 두꺼운 와이어 용접보다 많아 다공성 결함의 가능성이 높아집니다.
6mm 알루미늄 판의 경우 맞대기 용접를 누르면 I 홈이 0.5mm 미만의 간격으로 열립니다. 알루미늄 플레이트 8mm보다 두꺼운 것은 V 홈으로 가공해야 합니다.
알루미늄 및 알루미늄 합금에는 다양한 용접 방법이 있으며, 각 방법에는 고유한 용도가 있습니다.
따라서 알루미늄 및 알루미늄 합금의 등급, 용접 부품의 두께와 같은 요소에 따라 적절한 방법을 선택해야 합니다, 제품 구조생산 조건 및 용접 조인트의 품질 요구 사항을 확인합니다.
현재 알루미늄 및 알루미늄 합금 용접에는 가스 용접, 차폐 금속 등 다음과 같은 방법을 사용할 수 있습니다. 아크 용접텅스텐 불활성 가스 용접, 금속 불활성 가스(MIG) 용접, 플라즈마 아크 용접, 저항 용접, 브레이징, 서브머지드 아크 용접, 레이저 용접, 전자빔 용접 및 폭발성 용접이 있습니다.
가스 용접은 주로 박판 구조물 용접이나 품질 요구 사항이 낮은 주조 알루미늄의 수리 용접에 사용됩니다.
텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접은 주로 중요한 구조물의 중간 두께 판을 용접하는 데 사용됩니다. 차폐 금속 아크 용접은 실제 생산에는 거의 사용되지 않으며 주로 수리 또는 복원 목적으로 사용됩니다.
알루미늄과 알루미늄 합금을 가스 용접 또는 텅스텐 불활성 가스(TIG)로 용접할 때는 필러 와이어가 필요합니다. 필러 와이어의 구성은 용접 조인트의 기계적 특성, 균열 저항성 및 내식성에 큰 영향을 미칩니다. 필러 와이어를 선택할 때는 모재의 구성, 제품의 특정 요구 사항 및 시공 조건을 고려해야 합니다.
조인트의 기계적 및 부식 성능 요구 사항을 충족하는 것 외에도 구조적 고려 사항도 고려해야 합니다.
현재 알루미늄 및 알루미늄 합금용 용접 와이어는 동종 용접 와이어와 이종 용접 와이어로 나눌 수 있습니다.
(1) 균질 용접 와이어:
필러 와이어의 구성은 모재의 구성과 동일하며 때로는 모재에서 절단한 스트립을 필러 금속으로 사용할 수 있습니다. 모재가 순수 알루미늄, 3A21(LF21), 5A06(LF6), 2A16(LY16) 또는 Al-Zn-Mg 합금인 경우 균질 용접 와이어를 사용할 수 있습니다.
(2) 이기종 용접 와이어:
이들은 균열 저항 요구 사항을 충족하기 위해 개발된 용접 와이어로, 구성 성분이 모재와 크게 다릅니다. 예를 들어 SAlSi1(Al-5Si)은 Mg 함량이 높은 합금(취성 상 Mg2Si를 형성할 수 있으므로)을 제외한 대부분의 알루미늄 합금 용접에 사용할 수 있는 표준 용접 와이어입니다. 일반적으로 경질 알루미늄과 같은 고강도 알루미늄 합금 용접에 사용되며 균열 저항성이 우수합니다.
표 5-32: 알루미늄 및 알루미늄 합금 용접 와이어 선택의 예
| 베이스 메탈 | 용접 와이어 등급 | 베이스 메탈 | 용접 와이어 등급 | ||
| 카테고리 | 지정 | 카테고리 | 지정 | ||
| 산업용 순수 알루미늄 | LG4 | LG4 | 비열처리 알루미늄 합금 | LF2 | LF2,LF3 |
| LG3 | LG3,LG4 | LF3 | LF3,LF5,SAIMg5 | ||
| L1 | L1, LG3 | LF5 | LF5, LF6, SAlMg5 | ||
| L2 | L2，L1，SA13 | LF6 | LF6,LF14，SAlMg5Ti | ||
| L3-L5 | L3，SAl2，SA13 | LFI1 | LF11 | ||
| L6 | L3,L4,L5,L6,SAl2，SAl3 | LF21 | LF21，SAlMn,SAlSi-1 | ||
| 주조 알루미늄 | ZL101 | ZL101 | 열처리 가능 | LY11 | LY11，SAlSi-1，BJ380A |
| ZL102 | ZL102 | 알루미늄 합금 | L.D2 | LT1,SAlSi5 | |
알루미늄 및 알루미늄 합금 용접 시 일반적으로 사용되는 보호 가스는 순도 99.9%의 아르곤 및 헬륨과 같은 불활성 가스입니다. 가스 용접에는 플럭스도 필요합니다. 가스 플럭스라고도 하는 플럭스는 산화막 및 기타 불순물을 제거하여 다음을 보장하는 데 사용됩니다. 용접 품질. 알루미늄 및 알루미늄 합금의 가스 용접에는 칼륨, 나트륨, 리튬, 칼슘 및 기타 원소의 다양한 염화물 및 불화물 분말의 혼합물이 가스 플럭스로 사용됩니다. CJ401은 일반적으로 사용되는 가스 플럭스입니다.
알루미늄 및 알루미늄 합금에 사용되는 용접 방법에 관계없이 먼저 용접 부위의 표면을 효과적으로 청소하여 오일과 산화막을 제거해야 합니다.
생산 과정에서 일반적으로 사용되는 두 가지 방법은 화학적 세척과 기계적 세척입니다. 화학적 세척은 높은 효율과 안정적인 품질을 제공하며 크기가 크지 않은 용접 와이어 및 일괄 생산 부품을 세척하는 데 적합합니다. 화학 세척 용액의 배합과 세척 공정 흐름은 표 5-33에서 확인할 수 있습니다.
| 오일 제거:→ | 산화막 제거를 위한 알칼리성 세척 → → | 헹굼→ | 무력화 및 비활성화→ | 헹굼→ | 건조 | ||||
| 솔루션 | 온도 | 시간 | 솔루션 | 온도 | 시간 | ||||
| 휘발유, 아세톤, 사염화탄소 등의 기름 제거제를 사용하세요. | 8%~10% NaOH | 40~60℃ | 10~15분 | 흐르는 물 헹굼 | 30% NaOH | 40~60℃ | 2~3분 | 흐르는 물 헹굼 | 공기 건조 또는 저온 건조 |
생산 주기가 길거나 여러 층의 용접이 있거나 세척 후 재오염이 발생하는 대형 공작물의 경우 일반적으로 기계 세척이 사용됩니다. 먼저 아세톤이나 휘발유로 표면을 닦아 표면의 기름을 제거합니다. 더 얇은 산화막의 경우 스테인리스 스틸 와이어 브러시를 사용하여 금속 광택이 드러날 때까지 표면을 청소할 수 있습니다.
일반적으로 천, 사포 또는 연마 휠은 용접 시 잔류 모래로 인해 슬래그 포함과 같은 결함이 발생할 수 있으므로 사용하지 않는 것이 좋습니다. 부품의 모양에 따라 공압 또는 전기 밀링 커터와 스크레이퍼, 파일 및 기타 도구를 사용할 수 있습니다.
알루미늄 및 알루미늄 합금을 용접한 후에는 용접부와 그 주변에 일부 용융물과 용접 슬래그가 남을 수 있으므로 즉시 청소해야 합니다. 잔류 플럭스와 슬래그는 표면의 보호 산화막을 손상시키고 용접부의 심각한 부식을 유발할 수 있습니다. 다음 절차를 사용하여 청소할 수 있습니다:
1) 40~50°C의 온수 탱크에 용접물을 담그고, 가급적 흐르는 뜨거운 물에 담급니다. 뻣뻣한 브러시를 사용하여 용접부와 잔류 플럭스 및 용접 슬래그가 있는 부분을 완전히 청소될 때까지 가볍게 문질러 닦습니다.
2) 질량 분율이 15%-25%인 질산 용액에 용접물을 담급니다. 실온 25°C의 경우, 담금 시간은 10-15분입니다. 실온이 10-15°C이고 질량 분율이 20%-25%인 용액의 경우 담그는 시간은 15분입니다.
3) 40~50°C의 온도로 흐르는 온수 탱크에 용접물을 5~10분간 담급니다.
4) 찬물로 5분간 헹굽니다.
5) 용접부를 자연 건조시키거나 건조 오븐 또는 뜨거운 바람을 사용하여 건조시킵니다.
사용한 질산 폐액은 수산화나트륨 용액으로 중화시킨 후 폐기할 수 있습니다.
(1) 가스 용접 공정
현재 알루미늄 및 알루미늄 합금에 대한 가스 용접의 적용 범위는 점점 더 제한되고 있습니다. 주로 경량 부품, 낮은 용접 품질 요구 사항 및 주조 알루미늄 부품의 수리 용접에 사용됩니다.
1) 노즐 및 불꽃 선택
노즐의 크기는 용접물의 두께, 홈 형태, 용접 위치 및 용접사의 숙련도에 따라 결정할 수 있습니다. 중성 불꽃 또는 아세틸렌 함량이 약간 높은 약간 탄화 불꽃을 사용하는 것이 좋습니다. 산화 불꽃의 사용은 알루미늄의 산화를 유발할 수 있으므로 엄격히 금지됩니다. 과도한 양의 아세틸렌이 있는 경우 불꽃의 유리 수소는 다음과 같은 결과를 초래할 수 있습니다. 용접 다공성용접 품질을 보장하기 어렵습니다.
2) 예열 온도
두께가 5mm 이상인 용접물의 경우 가스 용접 시 예열이 필요하며, 예열 온도는 100~300°C입니다. 예열 조치는 용접 응력을 줄이고 균열과 다공성 발생을 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다.
3) 가스 용접 작업 기술
알루미늄 및 알루미늄 합금의 가스 용접은 종종 왼쪽 용접 방법을 채택합니다. 그러나 두께가 5mm 이상인 용접물의 경우 우측 용접 방법을 사용합니다. 우측 용접 방식은 용접물을 더 높은 온도로 가열하여 빠르게 용융시키고 용접 풀을 쉽게 관찰할 수 있어 작업에 유리합니다. 용접 작업에서는 용접 토치, 용접 와이어, 용접물 사이의 각도를 특정 값으로 유지해야 합니다.
용접물의 용융 상태와 용접 속도에 따라 이러한 각도를 즉시 조정해야 합니다. 용접 와이어와 용접물 사이의 경사각은 약 40°-45°가 되어야 합니다. 용접 작업이 중단되면 용접 풀에서 용접 토치를 천천히 빼서 풀이 갑자기 냉각되어 다공성 등의 결함이 발생할 수 있으므로 이를 방지해야 합니다.
4) 용접 후 청소
알루미늄 및 알루미늄 합금을 가스 용접한 후에는 용접 표면과 주변 부위의 잔류 플럭스와 슬래그를 1~6시간 이내에 청소해야 합니다. 이는 용접물 표면의 보호 산화막이 계속 손상되어 접합부가 심하게 부식되는 것을 방지하기 위한 것입니다. 질산 처리는 일반적으로 용접 후 청소에 사용됩니다.
탄소 아크 용접은 알루미늄 및 알루미늄 합금 용접에도 사용할 수 있으며, 그 공정 특성은 가스 용접과 유사합니다.
(2) 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접 공정
TIG 용접 는 두께가 3mm 미만인 박판 용접에 가장 적합합니다. 가스 용접 및 차폐 금속 아크 용접에 비해 용접 변형이 적습니다. 최적의 용접 방법은 교류(AC) TIG 용접입니다. AC TIG 용접은 음극 세정 효과가 있어 산화막을 제거할 수 있어 표면이 매끄럽고 용접이 잘 형성됩니다. 플럭스가 없기 때문에 다른 용접 방법에 비해 용접 전 청소 요구 사항이 더 엄격합니다.
1) 예열:
TIG 용접의 예열은 주로 용접물의 크기와 냉각 속도에 의해 결정됩니다. 실험을 통해 예열 온도가 300°C에 가까워지면 접합 표면의 부식 정도가 크게 증가한다는 사실이 밝혀졌습니다. 예열 온도는 일반적으로 150-250°C 범위입니다.
2) 용접 매개변수:
수동 TIG 용접에서 용접 조인트의 품질을 보장하려면 올바른 용접 파라미터를 선택하는 것이 중요합니다. 수동 텅스텐 불활성 가스 아크 용접의 용접 파라미터에는 텅스텐 전극 직경, 용접 전류, 아크 전압, 아르곤 유량, 노즐 직경 및 예열 온도가 포함됩니다. 용접 파라미터의 선택은 용접 예시에서 확인할 수 있는 용접물의 특정 조건에 따라 결정해야 합니다.
3) 수동 TIG 용접의 작동 기술:
알루미늄 및 알루미늄 합금의 수동 TIG 용접에서는 용접물을 만져서 아크를 시작하는 것은 허용되지 않습니다. 대신 고주파 발진기 또는 고전압 펄스 아크 개시 장치를 사용해야 합니다. 아크를 소화할 때는 아크 소화 지점에서 용접 속도와 와이어 이송 속도를 높여 아크 크레이터를 채운 다음 아크를 완전히 소화하기 전에 천천히 아크를 연장해야 합니다.
표 5-35 산업용 순수 알루미늄 반자동 용접 조인트 용접 프로세스 카드
| 조인트 용접용 용접 프로세스 카드 | 번호 | |||
용접 헤드의 개략도 | 기본 재료 재료 | 1060R | 1060R | |
| 기본 재료 두께 | 16mm | 16mm | ||
| 용접 위치 | 플랫 용접 | |||
| 용접 기술 | 스트레이트 용접 비드 | |||
| 예열 온도 | 실내 온도 | |||
| 인터패스 온도 | ≤150℃ | |||
| 노즐 직경 | Φ26mm | |||
| 보호 가스 | Ar | 가스 유량(L/min) | 앞면: 45~50뒤면: | |
| 용접 순서 | |
| 1 | 홈 치수와 표면 품질을 검사합니다. |
| 2 | 홈과 그 주변을 기름이나 먼지로 닦아내세요. |
| 3 | 길이 100mm, 용접 간격 300mm를 초과하지 않는 첫 번째 레이어 용접 기술을 사용하여 외부에서 초기 포지셔닝 용접을 수행합니다. 포지셔닝 용접에 균열이 발생하면 이를 제거하고 다시 용접합니다. |
| 4 | 안쪽에서 첫 번째 레이어 용접을 수행합니다. |
| 5 | 에어 삽을 사용하여 외부에서 루트를 청소하고 원래 위치 지정 용접을 제거합니다. |
| 6 | 외부에 두 번째 레이어 용접을 수행합니다. |
| 7 | 육안 검사를 수행합니다. |
| 8 | 비파괴 테스트를 수행합니다. |
용접 매개변수
| 패스 | 용접 방법 | 용접 재료 등급 | 용접 재료 사양 | 전류 및 극성 유형 | 용접 전류(암페어) | 아크 전압(볼트) | 용접 속도(mm/패스당) | 비고 |
| 1~2 | MIG(반자동) | 1060Y | Φ2.5 | DCEP | 300~340 | 29~31 | 250~300 |
3. 위에서 언급한 동일한 제품의 경우, 분기 파이프와 플랜지 사이의 조인트 용접은 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접을 사용하여 수행됩니다. 구체적인 공정은 표 5-36에 나와 있습니다:
표 5-36 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접 조인트 용접 공정 카드
| 조인트 용접용 용접 프로세스 카드 | 번호 | |||
용접 헤드의 개략도 | 기본 재료 재료 | 1035 | 5A02 | |
| 기본 재료 두께 | 8mm | |||
| 용접 위치 | 플랫 용접 | |||
| 용접 기술 | 스트레이트 용접 비드 | |||
| 예열 온도 | 100℃ | |||
| 인터패스 온도 | ≤150℃ | |||
| 노즐 직경 | 16mm | 텅스텐 전극 직경 | 5mm | |
| 보호 가스 | Ar | 가스 유량(L/min) | 전면: 15~20 뒤로: | |
| 용접 순서 | |
| 1 | 홈 치수와 표면 품질을 검사합니다. |
| 2 | 홈과 그 주변을 기름이나 먼지로 닦아내세요. |
| 3 | 용접하기 전에 접합부를 100℃로 예열하세요. 가열하는 동안 홈 표면을 직접 가열하지 마세요. |
| 4 | 30mm 길이의 첫 번째 레이어 용접 기술을 사용하여 외부에서 초기 위치 지정 용접을 수행합니다. |
| 5 | 안쪽에서 첫 번째와 두 번째 용접 층을 수행합니다. |
| 6 | 육안 검사를 수행합니다. |
용접 사양 매개변수
| 패스 | 용접 방법 | 용접 재료 등급 | 용접 재료 사양 | 전류 및 극성 유형 | 용접 전류(암페어) | 아크 전압(볼트) | 용접 속도(mm/패스당) | 비고 |
| 1~2 | GTAW | 5A05Y | Φ5.0 | AC(교류) | 280~340 | 120~150 |
알루미늄 및 알루미늄 합금 용접의 일반적인 결함으로는 용접 형성 불량, 모재의 언더컷, 균열, 다공성, 용융 부족, 번스루, 슬래그 포함 등이 있습니다.
용접 폭이 일정하지 않거나 거칠고 둔한 형태, 과도한 조인트, 평평하거나 가라앉은 측면의 돌출된 용접 중심, 용접 오버플로 등으로 용접 형성이 불량한 것으로 나타납니다.
이러한 결함은 주로 용접기 미숙, 잘못된 용접 공정 파라미터 선택, 잘못된 토치 각도, 옥시 아세틸렌 불꽃 또는 아크를 홈에 정확히 정렬하지 못한 경우, 지나치게 큰 노즐 직경(자동 및 반자동 MIG 용접의 경우), 용접 와이어 표면, 전극 코팅 및 아르곤 가스에 습기가 있는 경우 등에서 발생합니다.
알루미늄 합금 용접부의 균열은 금속 결정화 과정에서 발생합니다. 순수 알루미늄, 알루미늄-망간 및 알루미늄-마그네슘 합금은 균열이 형성되는 경향이 최소화됩니다. 뜨거운 균열하지만 구조적 강성이 심각하거나 불순물 함량이 높거나 공정 파라미터를 잘못 선택하면 여전히 발생할 수 있습니다.
마그네슘 함량이 2-3% 미만인 알루미늄-마그네슘 합금은 균열이 발생하는 경향이 있습니다. 그러나 알루미늄-마그네슘 용접 와이어에 0.2% 미만의 티타늄을 개질제로 첨가하면 입자를 세분화하여 용접 금속의 균열 저항성과 기계적 특성을 향상시킬 수 있습니다.
경질 알루미늄은 용접성이 떨어지고 용접 열 사이클에 매우 민감합니다. 용접 라인 에너지. 용접 중 결정 균열(열 균열) 문제는 심각하며, 특히 모재와 동일한 조성의 필러 와이어로 용접할 경우 결정 균열 경향이 80% 이상으로 높아져 관통 균열까지 발생할 수 있습니다.
핫 크랙을 방지하기 위한 조치는 다음과 같습니다:
1) 모재 및 용접 와이어의 조성을 제어합니다. 순수 알루미늄, 알루미늄-망간 합금 및 용접 와이어의 철 대 실리콘 비율은 용접 금속에서 저융점 실리콘 공융의 양을 줄이고 철, 실리콘 및 알루미늄의 삼원 화합물의 불연속 분포를 보장하기 위해 1보다 커야 합니다.
2) 필러 와이어를 통해 용접 금속에 소량의 입자 정련제를 첨가하면 고온 균열을 방지하는 데 도움이 됩니다. 0.5% 지르코늄을 LY16 경질 알루미늄 용접에 첨가하면 용접 금속이 미세한 등축 결정 구조로 변형될 수 있습니다.
3) 집중 가열을 사용하는 용접 방법(예: 자동 가스 텅스텐 아크 용접)를 최대한 활용하고 고전류, 고속 용접 프로세스 파라미터를 선택해야 합니다.
4) 알루미늄 구조물 조립 및 용접 시 용접 이음새에 큰 강성이 가해져서는 안 됩니다. 분할 용접, 예열 또는 용접 속도를 적절히 낮추는 등의 조치를 취해야 합니다.
5) 가급적 경사가 있고 간격이 작은 맞대기 용접을 사용하고 십자형 조인트와 부적절한 위치 및 용접 순서를 피해야 합니다.
6) 용접이 끝나거나 중단되면 크레이터 균열을 방지하기 위해 열원을 제거하기 전에 크레이터를 즉시 채워야 합니다.
알루미늄 합금의 자동 가스 텅스텐 아크 용접 시 용접 표면에는 많은 수의 미세 기공을 포함하여 수많은 가스 기공이 존재합니다. 미세 기공의 양과 크기는 레이어 수에 따라 증가합니다.
용접 표면의 중심선을 따라 있는 미세 기공이 용접 내부의 중심선에 있는 기공보다 더 많습니다. 대기 습도가 높으면 용접 표면의 두 번째 층 중심선에 연속적으로 큰 가스 기공이 나타납니다. 알루미늄 용접에서 다양한 가스 기공의 특성과 형성 원인은 표 3에 나와 있습니다.
표 3: 알루미늄 용접 이음새의 다양한 기공의 특성 및 형성 원인
| 모공의 종류 | 모공 특성 | 다공성 형성의 원인 |
| 표면 모공 | 용접 이음새의 표면에 위치합니다. | 용접물의 와이어 및 베벨 측면에서 먼지와 습기를 완전히 청소하지 않은 경우, 아르곤 및 아세틸렌 가스의 과도한 불순물, 고르지 않은 용접 속도, 지나치게 긴 아크가 원인입니다. |
| 분산된 모공 | 조인트, 아크 시작 지점 및 용접 이음새 표면에 위치한 작은 크기(약 0.5mm 이하)입니다. | 깨끗하지 않은 용접 와이어 또는 너무 오랫동안 방치된 와이어 사용, 지나치게 작은 용접 공정 매개변수. |
| 국소화된 조밀한 모공 | 분산된 기공보다 더 크고, 종종 접합부에 나타나며, 용접 이음새의 내벽이 검은색 또는 회흑색으로 나타납니다. | 특정 영역에서 가스 보호 성능이 갑자기 저하되어 공기 중의 질소와 산소가 용융 풀에 침입할 수 있습니다. |
| 단일 대형 기공 | 기공 직경은 약 3-4mm로 상당히 큽니다. | 너무 빠른 속도로 용접하여 용융 풀 온도가 낮아지고 용접 이음새의 뿌리에 불완전한 침투와 같은 결함이 발생합니다. |
| 루트 체인 모공 | 기공이 크고 용접 이음새의 뿌리에 위치합니다. | 조인트의 뿌리와 가장자리에 있는 산화막을 철저히 청소하지 않고 아크가 조인트의 뿌리에 도달하지 않는 '음극 파괴 작용'이 발생했습니다. |
| 기둥 모공 | 모공 깊이가 상당히 깊고 길며 종종 수리 지점에 나타납니다. | 결함 수리 중 융합이 제대로 이루어지지 않으면 다공성이 형성됩니다. |
다공성을 방지하기 위한 조치에는 다음이 포함됩니다:
1) 용접 전 준비
수소 공급원은 공작물, 용접 와이어, 불활성 가스, 산업 대기, 와이어 공급 메커니즘, 용접 작업자의 장갑 및 손자국 등으로부터 제공될 수 있습니다. 수소의 주요 공급원은 습기, 수화된 산화막, 오일 오염입니다. 재료와 용접 와이어의 수소 함량은 금속 100g당 0.4mL를 초과하지 않도록 관리해야 합니다.
작업물 표면은 기계적 또는 화학적 세척을 통해 기름 오염과 수화 산화막을 제거해야 합니다. 청소 후에는 베벨과 그 인접 부위를 건조하고 깨끗하며 보풀이 생기지 않는 천이나 폴리에틸렌 필름 테이프로 덮어 추후 오염을 방지해야 합니다.
필요한 경우 용접 전에 깨끗한 스크레이퍼로 베벨과 와이어 표면을 청소한 다음 용접 토치로 베벨에 아르곤을 분사하여 베벨 내부의 부스러기를 날린 다음 용접을 시작합니다. 공작물 표면을 청소 한 후 용접 전 보관 시간은 4 ~ 24 시간을 초과하지 않아야하며 그렇지 않으면 다시 청소해야합니다.
일반 용접 와이어의 표면 준비 과정은 공작물의 표면 준비 과정과 동일합니다. 연마 된 용접 와이어는 청소없이 직접 용접에 사용할 수 있습니다. 용접 와이어의 밀봉을 푼 후 보관 시간은 느슨하지만 장시간 밀봉을 풀면 안됩니다. 밀봉되지 않은 미완성 용접 와이어는 다시 밀봉하여 건조한 환경에 보관할 수 있습니다.
불활성 가스 파이프 라인: 스테인리스 스틸 튜브 또는 구리 튜브를 채택해야 합니다. 경질 폴리테트라플루오로에틸렌 튜브는 파이프 라인 끝에서 용접 토치까지 사용해야 합니다. 고무 및 에틸렌 수지 파이프 라인은 수분 흡수가 강하므로 사용해서는 안 됩니다. 불활성 가스 파이프라인(파이프 조인트 포함)이 누출되지 않도록 해야 하며, 그렇지 않으면 습한 산업 대기가 내부 압력 없이 파이프라인에 침투할 수 있습니다.
냉각수 배관은 용접 토치 구조물 내부에 연결해야 하므로 배관 이음새에 누수가 없는지 확인합니다. 현장 환경의 습도가 높을 경우 가스 배관에 가열된 아르곤을 분사하여 배관 벽에 부착된 수분을 제거할 수 있습니다. 아크 용접 테스트에도 테스트 플레이트를 사용하여 용접부의 외관과 음극 분무 영역의 폭을 기준으로 불활성 가스의 순도, 이슬점 및 보호 효과를 정성적으로 확인하고 용접 토치 및 가스 파이프 라인의 응축수를 제거 할 수 있습니다.
전선 공급 메커니즘: 전선 공급 메커니즘 내부에 오일이나 오일 오염이 없어야 합니다. 전선 공급 슬리브도 폴리테트라플루오로에틸렌 튜브를 사용해야 하며 슬리브 벽에 부착된 응축수를 제거해야 합니다.
현장 환경: 알루미늄 및 알루미늄 합금 용접 생산실의 온도는 25℃를 넘지 않아야 하며, 상대 습도는 50%를 넘지 않아야 합니다. 전체 환경을 제어하기 어려운 경우, 대형 작업장 내부의 용접부에 에어컨이나 제습기를 사용하여 국소적인 소규모 환경을 조성하는 것을 고려하세요.
용접 작업장은 절단에서 멀리 떨어져 있어야 합니다, 판금가공 및 기타 작업장. 용접 작업장에는 잡다한 물건을 두는 것이 금지되어 있으며 현장을 깨끗하고 정돈된 상태로 유지해야 합니다.
조립 및 용접 작업자의 기름과 손자국, 땀 얼룩에는 수소의 공급원이기도 한 탄화수소가 포함되어 있습니다. 알루미늄 부품을 접촉, 가공 및 용접할 때는 특수 흰색 작업 보호복을 착용해야 합니다. 흰색 옷을 선택하는 목적은 먼지를 쉽게 찾아서 제거하기 위해서입니다.
2) 구조 설계
용접 중 갑작스러운 아크 파괴로 인해 아크 파괴 지점에 다공성이 생기는 것을 방지하기 위해 설계 시 횡 용접, 오버헤드 용접 및 접근성이 떨어지는 접합부를 사용하지 마세요. 용접 조인트는 아크 점화, 아크 소화 및 빈번한 수동 용접을 대체할 수 있는 자동 용접에 도움이 되어야 합니다. 후면 베벨링을 구현할 수 있는 곳이라면 어디든 후면 V자형 베벨로 설계할 수 있습니다.
3) 용접 전 예열
열 방출을 늦추기 위한 용접 전 예열은 용융 풀의 냉각 속도를 늦추고 용융 풀의 존재 시간을 연장하며 수소 기포의 탈출을 촉진하고 용접 다공성을 줄이거나 줄이는 데 도움이 됩니다. 알루미늄 및 알루미늄 합금 구조물의 포지셔닝 용접, 용접 및 수리 용접 시 용접 다공성을 방지하는 데 효과적인 방법입니다.
가장 좋은 예열 방법은 픽스처에 저항 가열을 설정하거나 용접물 외부에 원적외선 국부 가열을 설정하는 것입니다. w(Mg)가 5% 미만인 어닐링된 Al, Al-Mn 및 Al-Mg 합금의 경우 예열 온도는 100~150℃로 선택할 수 있습니다. 용액 노화 강화 Al-Mg-Si, Al-Cu-Mg, Al-Cu-Mn, Al-Zn-Mg 합금의 경우 예열 온도는 일반적으로 100℃를 초과하지 않습니다. 열 방출을 늦추려면 열전도율이 작은 재료를 사용하여 금형 고정구(예: 강철)와 용접 백킹 플레이트(스테인리스 스틸 또는 티타늄 합금).
4) 선호하는 용접 방법
텅스텐 전극 AC TIG 용접 및 텅스텐 전극 DC EP 단아크 헬륨 아크 용접은 아크 공정이 안정적이고 아크 컬럼과 용융 풀에 혼합되는 주변 대기가 적기 때문에 용접 다공성에 덜 민감합니다. 극성 및 파라미터 비대칭 조정이 가능한 텅스텐 전극 구형파 AC TIG 용접 및 플라즈마 아크 용접 중에는 음극 분무가 충분하고 용접 중에 다공성 및 내포물을 배제 할 수 있으며 용접 다공성에 덜 민감하며 결함이없는 용접도 얻을 수 있습니다.
MIG 용접 중에는 액적 전이 과정이 상대적으로 불안정하고 환경 대기가 필연적으로 아크 컬럼 영역에 혼합되고 용융 풀에 용융 수소가 더 많고 용융 풀의 용접 속도와 냉각 속도가 크므로 용접 다공성에 대한 감도가 강하며 서브 제트 전이 및 거친 와이어 용접을 선택해야 합니다.
5) 선호하는 용접 공정 파라미터
아크 전압 감소, 용접 전류 증가, 용접 속도 감소는 용접 용융 풀에 용해된 수소 함량을 줄이고 액체 용융 풀의 존재 시간을 연장하며 용융 풀의 냉각 속도를 늦추고 수소 기포의 탈출을 촉진하며 용접 다공성을 줄이는 데 도움이 됩니다.
6) 용접 작업 기술
용접 시작 및 위치 용접 중에는 공작물 온도가 낮고 열 방출이 빠르며 용융 풀의 냉각 속도가 크며 용접 장소가 용접 다공성이 발생하기 쉽습니다. 아크 점화 플레이트를 사용해야 합니다. 위치 용접 중 아크 점화 후 약간의 지연이 발생한 후이 위치에서 불완전한 침투 및 다공성을 방지하기 위해 필러 와이어 용접이 수행됩니다.
단면 용접 시에는 용접 루트 뒷면에 루트 다공성이 발생하기 쉽습니다. 백 베벨 양면 용접을 구현하는 것이 가장 좋습니다. 전면 용접 후 백 루트 클리닝을 수행하여 루트 다공성 및 산화막 내포물을 제거한 다음 백 씰링 용접을 수행합니다. 다층 용접 시에는 얇은 층 용접 채널을 채택해야 합니다.
각 층은 용융 풀에 용융 금속의 부피가 작아 수소 기포가 빠져나가는 데 도움이 됩니다.
수리 용접 중에는 결함이 완전히 제거되었는지 확인하기 위해 원래 결함의 정확한 위치를 먼저 감지해야 합니다. 결함 제거 정도를 확인하기 위해 즉시 공정 X-선 투시도를 준비하는 것이 가장 좋습니다.
수리 용접 중에는 용접물의 온도가 낮고 수리 용접이 짧고 아크 점화와 아크 소화 사이의 거리가 짧고 수리 작업이 불편하며 용융 풀의 냉각 속도가 크고 다공성이 발생하기 쉽습니다.
따라서 수리 용접의 난이도가 상대적으로 높습니다. 필요한 경우 원적외선 국부 예열을 수행할 수 있습니다.
수동 아크 용접 시 용접 및 수리 용접 중 용접 공극 방지 여부는 용접기의 조작 기술에 따라 크게 달라집니다. 용접기는 용접 용융 풀 상태의 변형 과정과 기포의 발생 및 이탈을 잘 관찰해야하며 맹목적으로 높은 용접 속도를 추구해서는 안됩니다. 기포 배출에 유리한 앞뒤로 적절히 저어주는 조작 기술을 능숙하게 사용해야 합니다.
자동 용접 중에는 초음파 교반, 전자기 교반, 펄스 변화 가스(아르곤, 헬륨), 펄스 와이어 공급 등과 같은 적절한 기계적 또는 물리적 방법을 사용하여 용융 풀을 교반할 수 있습니다.
알루미늄 및 알루미늄 합금 용접부의 다공성을 방지하는 것은 복잡한 문제입니다. 실제 생산에서는 생산 조건과 함께 종합적인 기술적 조치를 취해야 하는 경우가 많습니다.
베벨링은 기계적으로 또는 플라즈마 아크와 같은 화염 방법을 사용하여 수행할 수 있습니다. 가공된 표면은 매끄럽고 균열, 박리, 슬래그 내포물, 버 등이 없어야 합니다. 플라즈마 아크 방식으로 잔여물이 남는 경우 절단 표면을 매끄럽게 연마해야 합니다.
용접 와이어, 베벨 표면 및 인접한 50mm 영역은 일반적으로 다음과 같은 방법으로 청소해야 합니다:
1) 아세톤과 같은 유기 용제를 사용하여 표면의 기름과 그리스를 제거할 수 있습니다.
2) 표면 산화막을 제거하려면 기계적 또는 화학적 방법을 사용해야 합니다.
3) 용접 전에 청소한 용접 와이어와 공작물이 오염되지 않아야 하며, 그렇지 않은 경우 청소를 반복해야 합니다. 용접은 일반적으로 청소 후 4시간 이내에 수행해야 합니다.
기계적 방법: 베벨과 인접한 표면은 긁어내거나, 갈거나, 밀링할 수 있습니다. 직경 약 0.2mm의 스테인리스 스틸 와이어 브러시(휠)를 사용하여 이러한 표면을 금속 광택이 나도록 청소할 수 있습니다. 용접 와이어는 스테인리스 스틸 와이어 브러시 또는 깨끗한 에머리 페이퍼로 청소할 수 있습니다.
화학적 방법: 약 70°C에서 약 3분간 5%-10% NaOH 용액에 담근 후 헹굽니다. 그런 다음 실온에서 약 30% HNO3 용액에 약 2분간 담근 후 흐르는 물로 헹구고 약 100°C에서 건조시킵니다.
1) 알루미늄과 그 합금은 고온에서 강도가 낮은 반면, 용융 알루미늄은 유동성이 뛰어나 용접 시 용접 금속이 처지는 현상이 발생합니다. 붕괴 없이 관통하기 위해 용접 중에 용융 풀과 인접 금속을 지지하기 위해 백킹 플레이트가 사용되는 경우가 많습니다. 흑연판, 스테인리스 강판 또는 탄소강판을 백킹 플레이트로 사용할 수 있습니다.
뒷면에 용접부가 형성될 수 있도록 백킹 플레이트 표면에 아치형 홈이 절단됩니다. 백킹 플레이트로 용접할 때 홈의 가장자리가 뭉툭하지 않도록 하고, 용접 전에 백킹 플레이트를 깨끗하게 연마해야 합니다. 용접 중에 백킹 플레이트가 녹지 않도록 주의해야 합니다.
2) 스테인리스 스틸 라이닝 링의 역할
소구경 알루미늄-마그네슘 합금 파이프의 용접 공정에서 용접 전에 알루미늄-마그네슘 합금 파이프 내부에 임베디드 스타일의 스테인리스 스틸 라이닝 링을 사용할 수 있습니다. 이를 통해 용접 금속의 붕괴와 흘러내림을 효과적으로 방지하여 용접 형성을 용이하게 할 수 있습니다. 반면에 루트 용접을 효과적으로 보호하고 산화 정도를 줄이며 다음과 같은 형성을 최소화합니다. 용접 결함 다공성 및 슬래그 내포물 등입니다.
3) 스테인리스 스틸 라이닝 링 제작
스테인리스 스틸 라이닝 링은 라이닝 링과 그루브 알루미늄으로 구성됩니다. 먼저 홈이 있는 알루미늄 합금 라이닝 링을 특수 제작하고 사용 중에 스테인리스 스틸 스트립을 홈에 삽입합니다. 스테인리스 스틸 스트립은 일반적으로 1입니다.5mm 두께 너비는 20mm입니다.
4) 스테인리스 스틸 라이닝 링 조립
스테인리스 스틸 라이닝 링의 조립 및 위치는 아래 그림과 같습니다.
파이프 조립 전에 아세톤, 사염화탄소 등의 유기 용제를 사용하거나 스테인리스 스틸 와이어 브러시로 금속 광택이 나타날 때까지 용접 와이어, 홈 표면 및 양쪽 최소 50mm 이내의 오일 얼룩 및 산화물과 같은 불순물을 제거해야 합니다.
세척한 용접물과 용접 와이어는 8시간 이내에 용접해야 합니다. 이 기간을 초과하는 경우 효과적인 보호 조치를 취해야 하며, 그렇지 않은 경우 청소를 반복해야 합니다.
파이프 조립 시 내벽은 수평을 유지해야 하며 오프셋은 다음 요구 사항을 충족해야 합니다:
파이프 벽 두께가 5mm 이하인 경우 오프셋은 0.5mm 이하여야 합니다;
파이프 벽 두께가 5mm보다 큰 경우 오프셋은 벽 두께의 10% 이하이고 2mm를 초과하지 않아야 합니다;
심 포지셔닝 용접 시에는 정식 용접과 동일한 용접 와이어 및 용접 공정을 사용해야 하며, 자격을 갖춘 용접사가 용접을 수행해야 합니다. 포지셔닝 용접 심의 치수는 표 4-2에서 확인할 수 있습니다.
| 공칭 직경 | 위치 및 수량 | 용접 심 높이 | 길이 |
| ≤50 | 대칭 2점 | 용접물의 두께에 따라 결정하기 | 5-10 |
| >50~150 | 고르게 분포된 2~3점 | 5-10 | |
| >150~200 | 고르게 분포된 3~4점 | 10-20 |
수동 텅스텐 아크 용접을 사용하는 경우 용접 두께가 10~15mm인 경우 예열을 수행할 수 있습니다.
알루미늄 합금의 종류에 따라 예열 온도는 100-200℃ 범위에서 옥시 아세틸렌 불꽃, 전기로 또는 토치를 사용하여 가열할 수 있습니다. 예열은 용접부의 변형과 다공성 결함을 줄일 수 있습니다.
1) 수동 텅스텐 아크 용접에는 교류 전원 공급 장치를 사용하고 용융 아크 용접에는 직류 전원 공급 장치를 사용하십시오.
2) 아크 시작은 타격판에서 이루어져야 하며, 종방향 용접 종단은 소화판에서 이루어져야 합니다. 전선, 접지선 또는 용접 도구로 인한 아크를 방지하기 위해 두 플레이트의 재질은 모재와 동일해야 합니다.
3) 고전류 급속 용접 방법을 사용합니다. 용접 와이어의 측면 스윙은 직경의 3배를 초과하지 않아야 합니다.
4) 용접은 대칭적으로 진행해야 합니다. 중앙에서 바깥쪽으로 용접하는 경우 수축이 큰 용접을 먼저 수행해야 하며 전체 용접 경로를 연속적으로 완료해야 합니다.
5) 수동 텅스텐 아크 용접에서 용접 와이어의 끝이 보호 영역을 벗어나지 않아야 합니다.
6) 용접 과정에서 용접층 사이의 산화물 개재물 및 기타 결함을 제거하는 데 주의를 기울여야 합니다. 모서리 용접의 루트에서 침투가 보장되어야 합니다. 양면 용접의 경우 용접 루트를 청소하여 전면 레이어의 용접 금속이 드러나도록 해야 합니다. 크레이터를 채우고 아크 시작점을 완전히 융합해야 합니다.
원인:
얇은 텅스텐 전극
차가운 텅스텐 전극으로 직접 아크 타격하기
텅스텐 접촉(텅스텐 전극이 공작물 또는 기타 물체에 닿는 부분)
솔루션:
스트라이킹 플레이트를 사용하여 텅스텐 전극이 닿으면 연마합니다.
원인:
기하학적으로 구분할 수 없는 분산 상태의 Al2O3는 성능에 영향을 미치지 않습니다.
선형 Al2O3가 성능에 영향을 미칩니다. Al2O3 내포물은 뿌리에 형성되는 경향이 있습니다.
솔루션:
리멜팅
뿌리 갈기
튜브 직경이 너무 작아 갈거나 다시 녹일 수 없는 경우 스테인리스 스틸 백 플레이트를 사용합니다.
원인:
용접 와이어 및 모재 표면의 산화물 막
아르곤 가스의 수증기 ②수증기
용접 토치 호스의 ③수증기
환경적 요인(바람이 불거나 비가 오는 날씨)
솔루션:
용접 와이어 및 모재 홈 근처의 오일과 산화막을 청소합니다.
아르곤 가스의 순도를 확인합니다. 평평한 위치나 머리 위쪽에서 용접할 때는 가스통을 가득 채우고 가스 호스를 짧게 유지하세요.
아크 시작 시간을 연장하고 가스 호스가 새지 않는지 확인합니다.
비가 오거나 바람이 부는 날씨에는 공사를 피하세요.
공작물이 15mm 이상일 경우 예열하거나 Δ≥10mm일 경우 횡 용접으로 예열합니다.
MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.
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