[퍼온 글]여러가지의 용접방법

용접 [鎔(熔)接, welding]:

접합할 금속을 충분히 접근시켜 원자간의 인력으로 결합시키는 작업.

개요
서로 분리된 금속재료를 열·압력 또는 열과 압력을 동시에 가해서 접합하는 기술의 총칭.

각종 전자부품에서 대형 항공기·유조선·발전시설 등에 이르기까지 1차 가공 상태의 재료로부터 높은 부가가치를 창출하는 제품의 제조·수리·보수에까지 필수적으로 요구되는 기술로, 서로 나누어진 금속재료에 열이나 압력, 또는 열과 압력을 동시에 가해서 접합하는 모든 기술을 총칭한다.

부재(部材) 자체의 접합부를 국부가열하여 녹여서 접합하는 융접(融接:fusion welding)과 접합부에 녹는점이 낮은 다른 금속을 놓고 이것을 녹여서 합금화시켜 붙이는 납땜(brazing:soldering)으로 대별된다. 납땜은 800℉(427℃)를 경계로 하여 녹는점이 이 이하인 납을 사용하는 것을 솔더링(soldering)이라 하고, 그 이상에서 하는 것을 브레이징(brazing)이라 하여 구분하고 있다.

이 밖에 접합하려는 부재를 맞대고 강압하여 알맞게 가열해서 붙이는 압접(壓接:pressure welding)도 있다. 일반적으로 좁은 뜻의 용접은 융접을 가리키는데, 이에는 아크용접·가스용접·저항용접·특수용접 등이 있으며, 이 중에서도 아크용접과 가스용접이 가장 널리 이용된다.

아크용접은 방전을 통해 전극(電極) 사이에 아크를 만들고 그 발열에 의해서 용착부(鎔着部)를 녹이는 용접법이다. 보통은 대기 속에서 할 수 있으나, 녹는점이 높은 금속이나 활성금속인 경우는 대기와 반응하여 오염되므로 비활성기체를 채운 상자(체임버) 속에서 하든가, 불용성 가스의 노즐이 달린 용접용 전극부나 토치로 용접한 후 그 부분이 충분히 냉각될 때까지 비활성기체(보통은 아르곤)를 계속 뿜어내는 방법을 사용한다. 전극에는 소모식과 비소모식이 있는데, 소모식은 전극 자체 또는 용접봉을 녹여서 접합부를 메우며, 비소모식은 용접시 전극이 녹지 않고 소재(素材)를 녹여서 접합시킨다. 비소모식 전극으로는 흔히 텅스텐이 사용된다. 비활성기체를 이용하는 경우에 소모전극, 즉 용착금속의 용접봉을 사용하는 것을 MIG, 비소모전극 즉 텅스텐 전극을 사용하는 것을 TIG라고 한다.

【아크용접】 피복금속(被覆金屬)아크용접·서브머지드아크용접·비활성기체용접 등이 있다. 피복금속아크용접은 용접하고자 하는 것, 즉 모재(母材)와 피복용접봉 사이에 전압을 걸어서 발생하는 아크의 열로 용접하는 가장 일반적인 용접법이다. 용접봉은 녹아서 모재의 녹은 것과 섞여 모재와 모재의 접합부의 틈을 메워 굳어서 용착금속이 된다. 서브머지드아크용접은 긴 줄로 되어 있는 피복하지 않은 용접봉을 일정한 속도로 공급하고, 그 끝과 모재 사이에 생기는 아크의 열로 용접부를 녹여서 자동적으로 용접하는 방법이다. 이 경우 유리질인 특수한 입상(粒狀) 플럭스에 의해서 아크가 직접 보이지 않는 것이 특색이며, 이 때문에 밖에서는 아크를 볼 수 없다. 비활성기체용접에는 MIG와 TIG가 있는데, TIG는 전극이 거의 소모되지 않는다. 아르곤아크·헬리아크 등은 TIG의 상품명이고, 시그마라고 하는 것은 MIG의 일종의 상품명이다.

【가스용접】 가스의 연소열로 용접부의 금속을 녹이는 용접법으로, 산소-아세틸렌 용접이 가장 일반적이다. 중성불꽃이 보통 사용되지만, 산소와 아세틸렌의 혼합비를 조절할 수도 있다. 발생하는 온도는 3,000℃ 정도로 아크용접의 6,000℃보다 낮다. 그 밖에 아르곤·질소·헬륨·수소 등이 쓰인다.

【저항용접】 접합부에 큰 전류를 단시간 보내어 접촉부의 저항발열에 의해서 이 부분을 국부적으로 녹여서 용접하는 방법이다. 보통 접합부를 가압한다. 간격을 두고 접점이 접합하는 점용접(spot welding)과 이것들을 잇는 심용접(seam welding) 외에 프로젝션용접·초음파용접·마찰용접 등이 있다.

【특수용접】전자빔용접·레이저용접·로봇용접 등이 이에 해당하는데, 용접기술이 급속도로 발전하면서 새롭게 등장한 용접법이다. 고에너지 밀도용접법이라고도 한다.
용접의 기본 원리

1. 가스용접이란?

가스가 연소할 때 내는 높은 열을 이용해서 금속의 일부를 녹여 용접하는 방법.

가스로는 아세틸렌 ·수소 ·프로판 ·석탄 가스가 이용되며, 이것을 산소 가스와 혼합 ·점화해서 사용한다. 그러나 불꽃온도가 높은 것이 바람직하므로 보통 가스 용접이라고 하면 산소 아세틸렌 용접법을 말하는 경우가 많다. 아세틸렌은 아세톤에 녹여 강철로 만든 봄베(Bomb)에 넣은 용해 아세틸렌을 사용하거나, 카바이드에 물을 작용시켜서 만드는 발생기를 사용한다. 산소는 압축되어 강철봄베에 밀폐한 것을 사용한다. 아세틸렌은 적색, 산소는 흑색 고무관을 통해 용접기로 보내어 여기에서 아세틸렌과 산소를 적당하게 혼합해서 점화시켜 3,000℃ 정도의 고온에서 용접봉을 녹이면서 용접을 한다. 용접봉은 용접되는 금속과 같은 재질(材質)을 사용한다. 용접작업을 하는 기구를 가스용접기(gas torch)라고 한다.

2. 가스압용접 [gas pressure welding] 이란?

금속의 접합 부분을 누르면서 산소 아세틸렌 불꽃으로 가열하여 접착하는 용접법.

1942년 스위스의 C.F.키르에 의하여 개발되었다. 방법이 간단할 뿐 아니라 두꺼운 금속재료의 접합도 단시간에 할 수 있으므로, 레일 등의 맞대기용접에 이용된다. 용접기는 비교적 큰 것으로, 노즐이 1개 또는 2개, 어떤 것은 둥근 노즐 등 부품의 모양이나 크기에 따라 여러 가지가 있다. 가열불꽃과 배기의 흐름이 서로 간섭하는 난점이 있어, 최근에는 고주파 가열법을 많이 이용한다.

3. 산소아세틸렌용접 [酸素-鎔接, oxyacetylene welding]이란?

산소와 아세틸렌이 화합했을 때에 발생하는 높은 열을 이용해서 금속을 용접·절단하는 방법.

이 밖에 용접에 산소를 이용하는 방법으로 산소수소용접이 있는데 합하여 산소용접이라고도 한다. 산소와 아세틸렌을 섞은 가스에 불을 붙이면 높은 열을 내면서 타게 되므로 이 불꽃을 녹이고자 하는 금속에 대고 용접을 한다. 이 불꽃의 온도는 3,500℃나 되며, 산소수소의 불꽃보다도 높은 온도이다. 따라서 용접만이 아니라 강판을 달구어 절단하는 데에 흔히 사용된다.

이러한 목적에 사용하기 위한 아세틸렌은 봄베(Bombe) 속에 넣어서 운반하는데 너무 고압의 것은 폭발의 위험이 있으므로, 아세톤에 녹여서 넣는다. 이 용접법은 불꽃이 생길 때의 화학반응에 의해서 이산화탄소와 물이 생기므로, 활성이 강한 금속의 용접에는 사용되지 않는다.

4. 단접 [鍛接, forge welding] 이란?

2개의 접합재료를 녹는점 부근까지 가열하여 가압접합(加壓接合)하는 방법.

단접은 강철이나 연철의 접합작업으로 옛날부터 사용되고 있다. 표면의 산화피막(酸化被膜)을 제거하여 깨끗하게 한 두 금속을 적당한 온도로 가열해서 맞대고 두드리면 서로 확산하여 접합하게 된다. 이 현상을 이용하여 고온으로 가열한 금속을 강압하여 이어붙이는 것이 단접이다.

가압에 있어 롤을 사용하는 경우를 롤단접, 해머로 두드리는 것을 해머단접, 거푸집에 넣어서 두드리는 것을 형단접(型鍛接)이라고 한다. 넓은 뜻으로는 용접의 일종이라고도 할 수 있다.

5.서브머지드아크용접 [submerged arc welding] 이란?

불꽃이 보이지 않게 금속을 용접하는 자동용접법으로 잠호용접이라고도 한다.

고속도의 자동용접법의 하나로, 1940년대부터 적용되기 시작하였다. 정련작용(精鍊作用)을 하는 입자 모양의 피복제(被覆製:flux)로 용접 부분을 두껍게 덮고, 그 속에서 용접봉이 용접선상을 따라 나아가면서 용접되는 재료와의 사이에 큰 전류의 아크를 발생시켜 용접하는 방법이다.

사용하는 용접봉은 나용접봉(裸熔接捧)이며, 자동으로 일정한 크기의 아크가 생긴다. 아크는 피복제에서 일어나기 때문에 빛은 밖으로 새어 나오지 않는다. 피복제가 아크와 접촉하면서 녹고, 녹은 슬래그(slag)가 다시 쇳물을 덮어서 용접금속을 보호한다.

장점-일반적으로 지름이 큰 와이어(wire)에 많은 전류를 흘려 보내기 때문에 고능률의 용접이 이루어진다.
녹아들어 가는 지점이 깊고 결함이 거의 생기지 않아 용접 이음부의 신뢰도가 높으며, 아크가 보이지 않고 가스 발생량이 적어 청정한 환경을 유지할 수 있다는 장점이 있다.

단점-반면 용접할 수 있는 부위가 한정되어 있고, 용접홈의 정밀도가 우수해야 하며, 준비에 많은 제약이 따른다. 또 용접선이 직접 보이지 않기 때문에 반자동용접이 곤란하며, 자동용접의 경우에도 이음매의 트래킹(trcking) 성능이 우수한 고가(高價)의 시스템이 필요하다는 점 등이 단점으로 지적된다.

용접재료는 연강·합금강·비철금속 등이며, 전체 용접 가운데 7% 정도가 이 용접법에 해당한다.

6. 저항용접 [抵抗熔接, resistance welding] 이란?
용접 모재(母材)에 큰 전류를 흘려서, 접합부의 접촉저항에 의한 발열로 용접모재(熔接母材)를 가열하여 용융상태로 만들고 기계적 압력을 가해서 용접하는 방법이다.

맞대기 용접·점용접·심용접 등이 있다. ① 맞대기 용접:금속봉·관 등을 맞대어 용접할 때 사용한다. 끝면을 맞대고 전류를 보내면 접합부가 빨갛게 가열된다. 이때 압력을 가해서 접합한다.

② 점용접:용접모재를 겹쳐놓고, 이것을 위아래에서 구리합금으로 되어 있는 봉 모양의 전극으로 집어, 압력을 가하면서 강한 전류를 통하게 한다. 전극과 용접모재와의 접촉부가 가열되어 온도가 올라갔을 때, 다시 압력을 가해 점 모양으로 용접한다. 전차·자동차 등의 조립에 사용한다.

③ 심용접:용접모재를 겹쳐놓고, 이것을 구리합금의 롤러 모양으로 된 전극으로 접고 압력을 가하면서 전극을 돌리고, 접합부를 이동하면서 용접한다.

7. 마찰용접 [摩擦鎔接, friction welding] 이란?
마찰에 의한 발열(發熱)을 이용하여 금속과 금속, 금속과 플라스틱 등을 접착하는 방법.

마찰압접(摩擦壓接)이라고도 한다. 금속편(金屬片)을 전동기와 같은 것으로 고속 회전시키고, 용접하고자 하는 상대방의 고정된 금속에 근접시켜 2개의 금속이 접촉하면 마찰열이 발생하여 온도가 상승한다. 적당한 온도가 되었을 때 회전을 멈추고, 2개의 금속을 눌러 용접시킨다. 알루미늄과 같은 경우에는 매우 쉽게 접착이 된다. 또 접착이 어려운 금속과 플라스틱의 경우에도 이 방법으로 쉽게 용접할 수 있다. 연강(軟鋼)과 연강을 마찰용접한 것은 인장강도(引張强度)가 원래의 연강과 같거나 그보다 강하다고 한다.

장점-마찰용접은 접착하고자 하는 곳만 고온으로 하면 되므로 나머지 부분을 가열할 필요가 없어 동력이 적게 들며 능률적이다. 또 전기가 잘 통하지 않는 재료, 전기저항용접을 하기 어려운 형태의 것도 쉽게 용접할 수 있는 장점이 있다.

단점-소재의 한쪽이 원형이 아니면 안 되고, 또 한쪽을 회전시켜야만 하는 등의 결점도 있다.

8. 테르밋용접 [thermit welding]이란?

철재(鐵材)의 접합에 테르밋 반응을 이용하는 일.

산화철과 알루미늄 분말을 배합해서 점화하면, 알루미늄에 의해 산화철이 환원되어 생긴 철이, 반응 때 발생된 약 2,800 ℃의 고온에 의해 녹는다. 이것을 접합하려는 부분에 부어 용접한다. 그 자리에서 화학반응시켜 고온을 얻으므로 전기용접과 같은 전원(電源)을 준비한다거나, 산소 아세틸렌 용접처럼 가스봄베(가스통)를 준비할 필요가 없다. 그러나 어느 금속의 용접에나 사용되는 것이 아니고, 보통 강재에만 사용되는데, 레일이나 선미(船尾)의 테 등 큰 단면의 맞대기 용접 외에는 사용되지 않는다.

실제의 작업에서는 산화철과 알루미늄 분말을 섞어서 도가니에 넣은 다음, 그 위에 과산화바륨이나 마그네슘을 놓고 이것에 성냥을 그어 점화한다. 또 이것으로는 순철(純鐵)이 생기므로, 접합하려는 강재(鋼材)의 성분에 맞추어서 다른 원소나 탈산제(脫酸劑)도 첨가한다.

9. 고주파용접[高周波熔接, high frequency welding] 이란?

높은 주파수의 전류를 이용하여 용접하는 방법.

450kHz 정도의 높은 주파수의 전류를 용접 대상물에 흘려보내 이 때 발생하는 열로 용접하는 방법이다.

전류의 공급방식에 따라 두 가지로 나뉘는데, 용접 대상물에 직접 전류를 보내 용접열을 얻는 고주파저항용접과 용접물에 직접 전류를 보내지 않고 유도코일에 의해 모재(母材)에 유도된 전류의 열을 이용하는 고주파유도용접이 있다. 전류의 공급 방식은 다르나 두 방법 모두 고주파 전류에서 발생하는 저항열로 용접을 하는 점에서 기본원리는 같다.

고주파저항용접은 2개의 접촉자(contacts)를 통하여 전류를 보내고 이 때 발생하는 저항열로 모재를 가열하고 롤러(roller)로 압착하여 용접하는 방법으로, 용접이 쉬워 파이프나 튜브뿐 아니라 어떤 형상의 용접물도 용접할 수 있다. 이에 비해 고주파유도용접은 유도코일에 의해 유도된 전류 저항열로 모재를 가열한 뒤 롤러로 가압하여 용접하는 방법으로, 주로 튜브나 파이프 제작에 쓰인다.

일반 용접기에 사용되는 저주파의 경우 용접을 위해서는 높은 전류가 필요하지만, 고주파용접은 에너지 효율이 좋아 낮은 전류로도 용접할 수 있으므로, 전력 소모가 적고 용접 속도가 빠르며 국부적인 가열로 용접부의 산화나 변형의 위험성이 없고 강종(鋼種)의 제한이 없다는 것이 장점이다. 반면에 고주파를 사용하므로 설치 및 작업자의 안전관리에 각별히 주의해야 한다.

10. 레이저용접기술 -

레이저용접은 기존용접이 갖고 있는열변형, 저 생산성등의 문제가 없고 나아가 품질의 우수성과 균일성을 보장하므로 점차 활용이 증대되고 있다.

11. 전자빔용접이란?
고진공(高眞空) 중에서 음극으로부터 방출된 전자(電子)를 고전압(高電壓)으로 가속, 피용접물(被鎔接物)에 충돌시켜 그 에너지로 용접하는 방법이다.

장점-고진공 중에서 이루어지기 때문에 대기에 반응하기 쉬운 금속도 용접이 용이하며, 또 전자빔을 렌즈로 가늘게 좁혀 에너지를 집속(集束)시킬 수 있으므로 지르코늄·텅스텐·몰리브덴 등 고융점금속(高融點金屬)의 용접도 가능하다. 다른 용접법에 비하여 용접입열(鎔接入熱)이 작기 때문에 용접이 어긋나는 등 변형되는 경우가 극히 적으며, 또 용접부의 폭이 좁기 때문에 정밀용접이 가능한 점, 용해용접을 깊게 할 수 있기 때문에 두꺼운 판의 고속용접도 가능한 점 등이 장점이다.

단점-설비비가 고가인 점과, 일반적으로 진공 중에서 용접하기 때문에 피용접물의 크기에 제한이 따르는 점, 그리고 X선 방어에 유의해야 하는 점 등이 있다. 현재는 용접 부분만을 진공으로 하는 전자빔용접기가 개발되어 대형 구조물의 용접도 가능해지고 있다.

 

출처 : http://cafe.naver.com/weldmentor/113