용접 공정

용접 과정

용접은 유착을 일으켜 재료를 결합하는 제조 공정입니다. 용접은 일반적으로 작업 조각을 녹이고 필러 재료를 추가하여 용융된 재료 풀을 형성하여 냉각되어 강한 조인트가 되기 위해 냉각되며 때로는 열과 함께 사용되거나 자체적으로 용접을 생성하여 수행됩니다. 이것은 작업 조각을 녹이지 않고 작업 조각 사이의 결합을 형성하기 위해 작업 조각 사이의 더 낮은 융점 재료를 녹이는 것을 포함하는 납땜 및 브레이징과 대조됩니다. 용접은 일반적으로 재료를 녹이기 위해 고온 영역을 생성하기 위해 열원이 필요하지만 온도를 크게 높이지 않고 두 개의 금속 조각을 용접할 수 있습니다.

고체상 결합을 사용하는 몇 가지 방법이 있습니다. 이 방법에서는 전극이 녹지 않지만 그 과정에서 열이 생성됩니다. 또한 공작물이 서로 밀착되어 접합 과정에서 공기가 배제됩니다. 일반 용접에서 용융 및 응고된 재료는 일반적으로 동일한 구성의 단조 재료보다 약합니다. 고상 접합에서는 이러한 용융이 발생하지 않으므로 이 방법은 고품질 접합부를 생성할 수 있습니다. 성질이 다른 금속도 이러한 방법으로 쉽게 용접할 수 있습니다. 일반적인 용접 공정에서 이종 금속의 접합은 녹는 동안 취성 금속간 화합물이 형성되기 때문에 문제가 됩니다.

현대 용접 기술은 19세기 말 이전에 국부적인 영역에서 고온을 발생시키는 방법의 개발과 함께 시작되었습니다. 채택된 다양한 방법과 표준이 있으며 여전히 새롭고 향상된 용접 방법을 지속적으로 찾고 있습니다.

다양한 용접 공정이 고유한 장점과 한계가 있고 특수하고 특정한 응용 분야에 필요하지만 수동 금속 아크(MMA) 용접은 용착된 총 용접 금속 측면에서 계속해서 지배적인 위치를 누리고 있습니다. 용접 공정은 다음 기준에 따라 분류할 수 있습니다.

• 용가재의 유무에 관계없이 용접 – 용가재를 사용하거나 사용하지 않고 용접을 수행할 수 있습니다. 용가재 없이 용접하는 것을 '자생용접'이라고 합니다. 이전에는 가스 용접만이 충전재를 사용하거나 사용하지 않고 접합할 수 있는 융합 공정이었습니다. 그러나 다른 많은 용접 공정(예:TIG, 전자 등)이 개발되면서 이러한 공정이 두 범주에 모두 속하기 때문에 이러한 분류는 혼란을 야기했습니다.
• 용접 에너지원 – 화학, 전기, 빛, 소리, 기계적 에너지 등 다양한 에너지원이 사용됩니다. 그러나 화학 에너지를 제외하고 다른 모든 형태의 에너지는 전기 에너지에서 생성됩니다. 따라서 이 기준은 적절한 분류를 위한 좋은 기준이 아닙니다.
• 아크 및 비아크 용접 – 이 분류에서 모든 아크 용접 공정은 한 등급에 속하고 다른 모든 공정은 비아크 용접 등급에 속합니다. 그러나 이 분류에서는 전기 슬래그 용접(ESW) 및 플래시 맞대기 용접 등과 같은 공정에 어느 하나의 분류를 지정하기가 어렵기 때문에 이러한 분류도 완벽하지 않습니다.
• 융착 및 압력 용접 – 이 분류는 열원 및 충전재 유무에 관계없이 두 범주의 모든 공정을 포괄하므로 가장 널리 사용되는 분류입니다. 융착 용접은 용융 금속이 자유롭게 응고되는 동안 압력 용접에서 용융 금속이 제한된 공간(예:저항 스폿 용접 또는 아크 스터드 용접)에 남아 있는 경우 압력 하에서 응고되거나 반고체 금속이 압력 하에서 냉각되는 모든 공정을 포함합니다. 용융 및 압력 용접 공정은 각각 그림 1과 그림 2에 나와 있습니다.

그림 1 융합 용접 공정

그림 2 압력 용접 공정

주요 용접 공정은 아래에 간략히 설명되어 있습니다.

가스 용접 – 산소 아세틸렌 가스 용접은 다양한 금속 접합에 사용되는 가장 중요한 공정입니다. LPG, 메탄, 수소 등과 같은 다른 연료 가스도 가스 용접에서 아세틸렌 대신 사용할 수 있습니다. 기체 산소 비율의 비율에 따라 (i) 환원 화염, (ii) 중성 화염 및 (iii) 산화 화염의 세 가지 유형의 화염을 얻을 수 있습니다. 환원 화염(침탄 화염이라고도 함)에는 용접 중에 용접에 추가될 수 있는 미연 탄소가 있습니다. 침탄 화염은 고탄소강 용접 또는 저탄소강 또는 연강 표면 침탄에 적합할 수 있습니다. 중성 불꽃은 강철 및 기타 금속의 용접에 항상 사용됩니다. 산화 화염에서는 내부 영역이 매우 작아지고 큰 소음이 발생합니다. 산화 화염은 가능한 가장 높은 온도를 제공합니다. 산소-아세틸렌 화염의 최대 온도는 약 3200℃이고 이 열 집중의 중심은 흰색 원뿔의 끝 부분에서 약간 벗어납니다. 산화 화염은 일반적으로 용접 금속에 산소를 도입하며 용접 강철에는 바람직하지 않습니다.

용접 토치에는 산소와 아세틸렌이 혼합되고 혼합물이 토치 팁에서 점화되는 혼합 챔버가 있습니다. 용접은 두 가지 방법으로 수행할 수 있습니다. 포핸드 기술에서 토치는 용착물에 대해 65도 기울어진 토치를 사용하여 용접 방향으로 이동합니다. 백핸드 기법에서 토치는 용접되지 않은 영역에 대해 45도 기울어집니다. 가스 용접은 불꽃이 아크 용접만큼 피어싱하지 않기 때문에 박판 및 시트에 더 적합합니다. 아크용접에 비해 용접시간이 비교적 길고 열영향부(HAZ)와 뒤틀림이 크다.

MMA 용접 또는 차폐 금속 아크 용접(SMAW) – 스틱 용접 또는 FSAW(플럭스 차폐 아크 용접)라고도 합니다. 그것은 매우 유연하고 널리 사용되는 아크 용접 공정입니다. 그것은 덮인 금속 전극과 공작물 사이의 아크를 치는 것을 포함합니다. 아크의 열은 모금속과 전극을 녹여 냉각 시 연속적인 고체 덩어리를 형성하기 위해 함께 혼합됩니다. 용접 전원 공급 장치의 AC 또는 DC 형태의 전류는 전극과 접합할 금속 사이에 전기 아크를 형성하는 데 사용됩니다. 용접이 이루어지면 전극의 플럭스 코팅이 분해되어 보호 가스 역할을 하는 증기를 방출하고 슬래그 층을 제공합니다. 이 두 가지 모두 용접 영역을 대기 오염으로부터 보호합니다. MMA 용접은 강철, 스테인리스강, 주철 및 많은 비철 재료를 접합하는 데 사용할 수 있습니다. 많은 연강 및 고강도 탄소강의 경우 선호되는 접합 방법입니다.

수중 아크 용접(SAW) – 용접 프로세스는 용접 및 아크 영역이 플럭스 블랭킷 아래에 잠겨 있기 때문에 그렇게 명명되었습니다. SAW는 플럭스 재료의 블랭킷 아래에서 베어 전극과 기본 재료 사이의 전기 아크를 사용하여 금속을 가열합니다. 플럭스 재료는 용융될 때 전도성이 되어 전극과 공작물 사이에 전류가 통과하는 경로를 생성합니다. 이 프로세스는 플럭스로 차폐된 연속적인 솔리드 와이어 전극을 사용합니다. 플럭스는 용융 풀을 대기로부터 보호하면서 용접 중 아크를 안정화시키는 역할을 합니다. 플럭스 블랭킷은 스패터와 스파크를 방지하는 동시에 일반적으로 SMAW의 일부인 자외선과 흄을 차단합니다. 또한 냉각 중에 용접부를 덮고 보호하며 용접 구성 및 특성에 영향을 줄 수 있습니다. SAW는 일반적으로 자동화되지만 반자동 시스템도 사용할 수 있습니다. 전류는 AC 또는 DC일 수 있으며 자동화 시스템의 경우 전극은 단일 와이어 또는 다중 솔리드 또는 튜브형 와이어 또는 스트립일 수 있습니다. 용접은 입상 플럭스의 사용과 용융된 용접 풀의 유동성으로 인해 평평하거나 수평한 위치에서만 수행할 수 있습니다. 이 공정을 통해 높은 증착 속도를 얻을 수 있고 매우 두껍고 얇은 재료를 용접할 수 있습니다.

플럭스 코어드 아크 용접(FCAW) – FCAW는 SMAW의 대안으로 1950년대 초에 개발되었습니다. SMAW에 비해 FCAW의 장점은 스틱 전극을 사용할 필요가 없다는 것입니다. 이는 FCAW가 SMAW와 관련된 많은 제한 사항을 극복하는 데 도움이 되었습니다. 이 공정은 높은 용접 속도와 휴대성으로 인해 널리 사용됩니다. 탄소강, 스테인리스강 및 저합금강용으로 설계된 반자동 또는 자동 용접 공정입니다. 전기 아크를 사용하여 연속적인 관형 필러 금속 전극과 기본 재료 사이에 유착을 생성하며 차폐 가스 유무에 관계없이 수행할 수 있습니다. FCAW에는 플럭스와 정전압 또는 덜 일반적으로 정전류 용접 전원 공급 장치를 포함하는 연속 공급되는 소모성 관형 전극이 필요합니다. 외부에서 공급되는 차폐 가스가 사용되는 경우도 있지만 종종 플럭스 자체에 의존하여 대기로부터 필요한 보호를 생성하여 용접을 보호하는 기체 보호 및 액체 슬래그를 생성합니다. 가스 차폐 플럭스 코어드 와이어를 사용하면 관형 전극 내에 포함된 플럭스에 의해 차폐제가 제공됩니다. 외부에서 공급되는 가스는 전극의 핵심 요소를 보강하여 용탕의 대기 오염을 방지합니다. 차폐 가스를 사용하는 경우 공정 장비는 가스 금속 아크 용접에 사용되는 것과 거의 동일합니다. 특수 전압 감지 피더를 사용하면 정전류 용접 전원 공급 장치로 고품질 플럭스 코어드 용접을 수행할 수 있습니다. 공정은 올바른 용가재 및 매개변수 선택으로 모든 위치 용접에 적합합니다.

가스 금속 아크 용접(GMAW) – 금속 불활성 가스(MIG) 용접이라고도 합니다. GMAW는 일반적으로 외부 공급 가스에 의해 차폐되는 연속적인 고체 소모성 전극의 자동 공급을 통합하는 아크 용접 프로세스입니다. 이 프로세스는 강철, 알루미늄, 스테인리스강 및 구리와 같은 금속을 용접하는 데 사용되며 적절한 용접 매개변수 및 장비가 선택되면 모든 위치에서 용접하는 데 사용할 수 있습니다. GMAW는 DCEP(직류 전극 양극) 극성을 사용하며 장비는 자동 아크 제어를 제공합니다. 용접기가 수행해야 하는 유일한 수동 제어는 건 위치 지정, 안내 및 이동 속도입니다. 이 과정에서 용가재는 스풀에 저장되고 튜브를 통해 '토치'로 롤러에 의해 구동됩니다(전류가 와이어에 공급됨). 스풀에 있는 많은 양의 필러 와이어는 프로세스가 연속적인 것으로 간주될 수 있고 길고 중단 없는 용접이 쉽게 이루어질 수 있음을 의미합니다. 불활성 가스도 튜브를 따라 토치로 공급되고 와이어 주위에 존재합니다. 와이어와 공작물 사이에 아크가 발생하고 아크의 고온으로 인해 용접 풀이 거의 즉시 형성됩니다. 이 과정에서 주요 문제는 올바른 가스 혼합물, 유량, 용접 와이어 속도 및 전류의 선택입니다. 일단 설정되면 필요한 기술 수준은 옥시 아세틸렌 공정보다 낮습니다. 프로세스를 쉽게 자동화할 수 있습니다. GMAW 용접은 이제 일반적으로 로봇에 의해 수행됩니다. GMAW 용접 공정은 철강 및 알루미늄에 널리 사용됩니다. 불활성 가스 실드가 용접부를 깨끗하게 유지하기는 하지만, 공정 설정에 따라 용접부에 인접한 금속 방울이 튀겨 제거하지 않으면 외관이 손상될 수 있습니다.

탠덤 용접 – 기존 GMAW 시스템과 비교하여 탠덤 용접은 2개의 인라인 와이어를 사용합니다. 용접 와이어는 동일한 토치에 장착된 독립적인 접촉 팁을 사용하여 동시에 공급되고 용융됩니다. 그 결과 스패터가 거의 없는 우수한 용접 품질과 기존 시스템의 증착 속도 및 이동 속도가 최대 3배에 달합니다. 이 프로세스는 자동화된 애플리케이션에 이상적인 특성을 가지고 있습니다.

텅스텐 불활성 가스(TIG) 또는 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW ) - 비소모성 텅스텐 전극, 불활성 또는 반 불활성 가스 혼합물, 별도의 충전재를 사용하는 수동 용접 공정입니다. 얇은 재료 용접에 특히 유용한 이 방법은 안정적인 아크와 고품질 용접이 특징이지만 상당한 작업자 기술이 필요하며 상대적으로 낮은 속도에서만 수행할 수 있습니다. 이 과정에서 비소모성 텅스텐 전극이 사용되며 이 전극과 공작물 표면 사이에 아크가 발생합니다. GTAW는 거의 모든 용접 가능한 금속에 사용할 수 있지만 가장 자주 스테인리스강 및 경금속에 적용됩니다. 품질 용접이 매우 중요할 때 자주 사용됩니다.

플라즈마 아크 용접(PAW) – PAW는 GTAW의 변형입니다. 이 공정은 텅스텐 전극을 사용하지만 아크를 만들기 위해 플라즈마 가스를 사용합니다. 호는 GTAW 호보다 더 집중되어 가로 제어가 더 중요하므로 일반적으로 기술을 기계화된 프로세스로 제한합니다. 수축 과정은 아크 전압과 발생하는 이온화의 양을 크게 증가시킵니다. 아크 온도를 높이는 것 외에도 플라즈마의 가장 뜨거운 영역이 노즐 외부에서 작업 표면 쪽으로 확장됩니다. 전반적인 결과는 더 빠른 이동 속도를 허용하는 열 전달 효율성을 크게 증가시키는 더 높은 온도에서 더 집중된 열원입니다. 수동으로 사용할 경우 높은 수준의 작업자 기술이 필요합니다. 안정적인 전류로 인해 이 방법은 GTAW 공정보다 더 넓은 범위의 재료 두께에 사용할 수 있습니다. 훨씬 빠르고 마그네슘을 제외한 GTAW와 같은 모든 재료에 적용할 수 있습니다. 스테인리스강의 자동 용접은 이 공정의 중요한 적용 중 하나입니다.

레이저 빔 용접(LBW) – LBW는 2개의 재료를 결합하기 위해 집광 광선의 열을 활용하는 자동화된 프로세스입니다. 이 공정은 강철, 스테인리스강, 알루미늄, 티타늄, 니켈 및 구리를 포함한 모든 금속을 용접하는 데 사용되며 낮은 왜곡과 슬래그 또는 스패터 없이 높은 기계적 특성과 이동 속도를 제공합니다. 용접은 용가재를 사용하거나 사용하지 않고 만들 수 있으며 많은 응용 분야에서 용융 풀을 보호하기 위해 차폐 가스가 사용됩니다. 사용되는 장비는 매우 빠른 용접 속도와 레이저 빔의 영향을 받는 작은 영역으로 인해 상당한 자본 투자와 높은 수준의 작업자 기술이 필요합니다.

전기 저항 용접 – 비융착 용접 공정입니다. 높은 전류가 접촉하는 두 금속 표면의 작은 영역에 흐를 때 열이 발생합니다. 생성된 열 H는 H =I² × R × t로 주어집니다. 여기서 I는 전류, R은 계면의 저항, t는 전류 인가 시간입니다. 온도 상승이 충분하면 가열된 계면에 큰 압력이 가해져 용접 조인트를 형성합니다. 공정 변수는 전류, 전류 적용 시간, 압력, 압력 적용 기간, 용접할 재료 및 두께입니다. 저항 용접에는 5가지 주요 유형이 있습니다. (i) 스폿 용접, (ii) 심 용접, (iii) 프로젝션 용접, (iv) 업셋 맞대기 용접, (v) 플래시 맞대기 용접입니다.

• 스폿 용접 – 스폿 용접에서는 접촉하는 두 표면을 청소한 후 용접할 판을 서로 겹쳐서 유지합니다. 두 개의 스틱 전극이 플레이트의 양쪽에 유지됩니다. 전극에 압력이 가해지고 추가 작업을 시작하기 전에 압착 시간으로 알려진 특정 간격 동안 유지됩니다. 그런 다음 전류가 ​​전극을 통해 흐릅니다. 용접 시간으로 알려진 전류 인가 시간은 사이클 수로 측정됩니다. 이 시간 동안에도 압력이 유지됩니다. 전류가 차단된 후 압력은 유지 시간으로 알려진 짧은 시간 동안 유지되어 가열된 금속이 응고되어 용접 너깃을 형성합니다. 홀드 시간이 지나면 압력이 해제되고 다른 스폿 용접 작업을 시작하기 전에 오프 타임이 주어집니다. 너무 높은 전류는 용접 제거, 캐비테이션 및 용접 균열, 기계적 특성 감소 및 표면의 전극 매립을 유발합니다. 반면에 전류가 적으면 융합되지 않은 표면과 용접 불량이 발생합니다. 고압은 접촉을 증가시키고 접촉 저항을 감소시켜 열이 덜 발생합니다. 왜곡 및 전극 수명 감소를 유발할 수 있습니다. 더 많은 시간 동안 전류를 인가하면 끓는 현상, 다공성, 전극면까지 너깃의 성장이 발생할 수 있습니다. 재료의 전도도는 스폿 용접으로 쉽게 용접될 수 있는 판의 두께를 결정하는 중요한 역할을 합니다. 고탄소강의 스폿 용접에는 용접 후 열처리(PWHT)가 필요합니다. 스폿 용접의 장점은 대량 생산에 대한 적응성, 고속 작동, 청결성, 용접봉이 없고 작동 기술이 적다는 것입니다. 열전도율과 전기전도율이 높은 재료는 스폿 용접으로 용접하기 어렵고 특별한 절차가 필요합니다.
• 심 용접 – 심 용접에는 롤러 유형의 전극이 사용됩니다. 용접이 진행됨에 따라 롤러가 작업 위에서 회전합니다. 전원 공급 장치를 제어하여 열 제어를 잘 할 수 있습니다. 이음매는 일정한 간격으로 압력을 받아 냉각됩니다. 용접은 표면 교란이 적습니다. 용접이 진행됨에 따라 인가된 전류는 이미 용접된 부분을 통과하려고 하여 용접될 부분의 가열을 감소시킵니다. 이 어려움을 극복하는 한 가지 방법은 용접이 진행됨에 따라 전류를 증가시키는 것입니다. 때때로 고주파 가열과 같은 외부 가열을 채택하여 분류로 인한 전류 감소 효과를 상쇄합니다. 용접 중에 발생하는 열이 높기 때문에 롤러의 변형을 방지하기 위해 수냉식 장치를 사용하여 롤러를 냉각해야 합니다. 전류 차단은 또한 용접에 필요한 열을 공급하기 위해 특정 시간 동안 전류가 흐르고 다음 스폿 용접이 시작되기 전에 미리 결정된 또 다른 길이 동안 중지되도록 사용될 수 있습니다. 이 방법은 롤러의 가열도 제어합니다. 심 용접은 강철, 알루미늄, 마그네슘 및 니켈 합금에 수행할 수 있으며 구리 및 그 합금에는 권장하지 않습니다. 고주파 심 용접은 핀 튜브 및 기타 튜브에 적합합니다.
• 프로젝션 용접 – 이 목적을 위해 만들어진 돌출부가 있는 재료의 위치에서 용접이 수행된다는 점을 제외하고 스폿 용접과 유사합니다. 시트의 선택한 위치를 눌러 투영이 생성됩니다. 부품 사이의 돌출부 용접에 국한되는 열에 대한 저항은 이러한 접촉 지점에서 적절한 시간에 적절한 압력을 가함으로써 발생합니다. 프로젝션 용접은 특히 대량 생산 작업에 적용할 수 있으며 제한된 영역에서 많은 스폿 용접이 필요한 경우에 매우 적합합니다. 이 용접 방법은 용접 브래킷, 무거운 강철 스탬핑, 사이리스터 등의 캡슐화에 사용됩니다.
• 업셋 맞대기 용접 – 업셋 맞대기 용접은 압력 하에서 두 개의 금속 조각을 끝단 접촉으로 가져온 다음 한 조각에서 다른 조각으로 전류를 흐르게 하여 얻습니다. 접촉면은 가능한 한 매끄러워야 합니다. 업셋 용접(플래시 맞대기 용접에서도 마찬가지로)에서 단조 구조는 스폿 및 프로젝션 용접에서 얻은 주조 구조에 대해 발생합니다. 생크에 대한 도구 용접은 업셋 용접으로 수행됩니다. 저항 맞대기 용접은 튜브 접합에 사용됩니다.
• 플래쉬 맞대기 용접 – 이 용접 방법은 표면 거칠기로 인해 접점이 한 지점에서 접촉하도록 압력을 가하여 용접할 두 조각을 서로 누르는 것입니다. 높은 용접 전류가 흐릅니다. 표면이 용융 상태까지 가열되고 한 조각이 다른 조각을 향해 천천히 진행됨에 따라 용융 금속이 번쩍입니다. 면이 소성 단계에 도달한 후 역압이 적용되어 두 면이 결합됩니다. 플래시 맞대기 용접은 두 표면 사이의 용접 접촉이 표면의 거칠기로 인해 특정 지점에서 이루어진다는 점에서 저항 압력 용접과 다릅니다. 저항 맞대기 용접에서는 매끄러운 전체 접촉 표면이 선호됩니다.

이 용접 방법은 후레싱 동안 스패터에서 표면 오염이 제거되고 단조 작업의 최종 업셋에서 용탕이 배출됩니다. 나머지 용융 금속과 산화물로 구성된 용접 접합부에 작은 핀이 생성됩니다. 이 지느러미는 연삭으로 잘라낼 수 있습니다. 이 공정의 장점은 용융 금속과 아크가 궁극적으로 용접을 형성하는 플라스틱 금속을 효율적으로 보호하여 산화 위험을 피할 수 있다는 사실에 있습니다.

차가운(예열되지 않은) 조건에서 적용되는 압력은 재료 유형에 따라 다릅니다. 예열을 하면 적용된 압력을 정상 값의 약 절반으로 줄일 수 있습니다. 플래시 맞대기 용접은 다른 공정으로는 만족스럽게 용접할 수 없는 고합금강에 쉽게 적용됩니다.

전기 슬래그 용접(ESW) – ESW는 무거운 구조 및 압력 용기 제작에서 우수한 생산성과 품질을 제공합니다. ESW 공정에서 용접 금속은 플럭스 층의 블랭킷 아래에 전극 와이어가 융합되어 얻어집니다. 용융열은 용접 금속의 전체 표면을 덮고 있는 슬래그 풀을 통해 전류를 통과시켜 저항열로 얻습니다. 용접할 부품의 가장자리와 주행 성형 슈 사이에 용융 슬래그 풀이 형성됩니다. 용융 슬래그에 금속 전극을 담근다. 전극과 용융 슬래그를 통과하는 전류는 슬래그 풀을 가열합니다. 슬래그의 융점은 와이어 및 모재보다 높습니다. 따라서 전극 와이어가 녹고 용융 금속이 슬래그 풀의 바닥에 침전되고 응고되어 용접 금속을 형성합니다. 용접을 안정적으로 유지하려면 슬래그 풀이 온도를 유지해야 합니다.

ESW에서 슬래그 풀은 깊이가 40-50mm이고 전극과 모재 사이에 전도성 경로를 제공합니다. 따라서 아크가 소멸된 후에도 전류 흐름이 유지됩니다. 대조적으로 ESW와 유사한 것으로 보이는 SAW의 경우 아크 전압이 약 25-30V이고 슬래그 층이 다소 얕아 용융 슬래그 아래에서 아크가 안정적으로 유지됩니다. 비소모성 가이드와 소모품 가이드 모두 ESW에서 사용됩니다. 비소모성 가이드 방식은 와이어 전극을 슬래그 수조로 안내하는 접촉 튜브가 있습니다. 용접 헤드는 용접이 증착됨에 따라 슈와 함께 꾸준히 위쪽으로 이동합니다. 소모품 가이드 배열에서는 소모품 튜브가 사용됩니다. 용접 헤드는 조인트 상단에 고정된 상태로 유지됩니다. 용접 축은 수직입니다. 용접기는 증착 속도와 일치하여 위쪽으로 이동합니다. 슬래그의 양은 일정하게 유지됩니다. 소량의 플럭스가 슬래그에 추가되어야 합니다. 용접이 완료되면 용접기를 철회할 수 있습니다. 선택한 용접 와이어는 모재와 일치해야 합니다.

ESW 프로세스는 완전히 연속적이므로 생산성이 더 높습니다. 접합할 부품의 모서리 준비가 필요하지 않습니다. 용가재 및 플럭스의 양이 절약됩니다. 용접 공정 후 용접 부품은 열처리가 필요합니다. 이 과정은 연속적이어야 하며 중단되어서는 안 됩니다. 중단되는 경우 용융 금속은 수축하여 중앙에 공동을 형성합니다. 슬래그 개재, 기공, 언더컷, 노치 등과 같은 정상적인 용접 결함은 ESW 공정에서 발생하지 않습니다.

유도 압력 용접 – 고주파 유도 가열을 사용하고 동시에 압력을 가하여 얻은 고체상 용접입니다. 수소 가스로 퍼지하여 산화를 방지합니다. 결합할 표면은 2개의 고주파 교류 발전기가 있는 변압기에 의해 전원이 공급되는 2개의 커패시터와 직렬로 연결된 인덕터에 의해 생성된 유도 전류에 의해 가열됩니다. 유도 전류는 용접할 모서리를 따라 세로 루프로 흐르고 특정 길이에 걸쳐 두께를 통해 균일하게 가열됩니다. 롤을 단조한 다음 융합된 립을 함께 용접하여 약간의 외부 플래시를 남기고 나중에 제거합니다. 정상적인 용접 속도는 공급되는 전원에 따라 다릅니다. 유도 압력 용접은 보일러 등급 Cr-Mo 강관 접합에 광범위하게 사용됩니다.

전자빔 용접(EBW) – 전자빔 용접은 융합을 생성하는 데 필요한 열이 공작물에 대한 고속 고밀도 전자 흐름의 충격으로부터 얻어지는 프로세스입니다. 충돌 시 전자의 운동 에너지는 기화 및 용융을 일으키는 열 에너지로 변환됩니다. 빔 아래의 재료의 기화는 빔이 용접할 재료로 침투할 수 있게 하고 빔과 증기가 구멍을 형성합니다. 빔이 조인트를 따라 이동할 때 용융 금속이 구멍 주위로 흐르며 빔의 뒤를 따라 용접 조인트를 남깁니다. EBW는 열 집중도가 매우 높아 깊이 대 너비 비율이 10:1 이상입니다. 빔이 매우 좁고 용접 속도가 빠릅니다. 순 열 입력은 매우 낮습니다.

전자 방출기는 매우 높은 진공 챔버에 있는 음극 – 양극 시스템입니다. 음극은 탄탈륨이나 텅스텐으로 만들어지고 약 2560℃로 가열됩니다. 따라서 전자 구름이 표면 근처에 생성됩니다. 금속 실드는 음극 근처에 고정되어 전기장을 더 날카롭게 만들고 전자 흐름을 조절합니다. 음극과 양극 사이의 전기장은 전자를 가속하고 상당한 에너지로 전자를 자유롭게 합니다. 따라서 용접할 부품에 충돌하도록 만들어진 전자빔이 생성됩니다. 마그네틱 렌즈는 작업물에 빔을 집중시키는 데 사용됩니다. 자기 코일은 빔 편향 및 공작물의 빔 스폿 조작에도 사용됩니다.

용접의 폭과 깊이에 따라 달라지는 용접 속도는 적절하게 제어되어야 합니다. 그렇지 않으면 불완전한 침투 또는 과열로 이어집니다. 용접 조인트의 융착 영역이 매우 좁기 때문에 모재에 매우 작은 교란이 있습니다. 필요한 설계수축허용량이 다른 아크용접법에 비해 적고, 부품에 발생하는 잔류응력도 적습니다. EB시스템의 초점거리가 상당히 길기 때문에 전기아크나 플라스마제트용접과 달리 EB건을 공작물에서 1미터 정도 떨어진 거리에 배치할 수 있다. 따라서 EBW로 좁고 제한된 영역의 용접이 가능합니다. 다양한 두께(0.1mm ~ 100mm)의 용접이 가능하며 정밀한 열제어로 이종금속의 용접이 용이합니다. EB의 용접 속도는 전기 아크 방식보다 훨씬 빠르므로 용접 시간이 단축됩니다. 또한 EB 용접의 반복성이 다른 공정에 비해 높습니다.

폭발 용접(EW) – EW는 폭발물을 폭발시켜 발생하는 엄청난 힘을 제어하여 응용하는 과정입니다. 결합할 부품의 표면은 산화물 등의 오염 없이 깨끗해야 합니다. 이러한 깨끗한 표면은 폭발물에 의해 생성되는 백만 kg/sq cm 정도의 압력으로 압착됩니다. 알루미늄에서 강철로 또는 티타늄에서 강철과 같은 이종 금속의 조합은 이 과정을 통해 쉽게 얻을 수 있습니다. 폭발의 충격을 견디기에는 너무 부서지기 쉬운 금속은 이 공정으로 용접할 수 없습니다. EW는 클래딩 적용에 매우 적합한 공정입니다. 백커 플레이트의 두께에는 상한선이 없습니다.

마찰 용접(FW) – 두 용접면 사이의 마찰은 두 표면의 재료가 플라스틱이 될 정도로 열을 발생시키는 데 사용됩니다. 용접은 축방향 힘을 가하여 수행됩니다. 마찰 용접 공정은 (i) 기존 구동 마찰 용접과 (ii) 관성 용접의 두 가지 모드로 나뉩니다.

기존의 구동 마찰 용접에서 조각은 축 방향으로 정렬됩니다. 하나의 구성 요소는 직접 구동에 의해 일정한 속도로 회전하는 반면 다른 구성 요소는 축 방향 압력 하에서 전자와 접촉하도록 이동됩니다. 열 발생에 충분한 시간이 허용되어 계면 온도가 재료를 플라스틱으로 만들고 구성 요소를 함께 단조할 수 있습니다. 이 단계에서 관절을 강화하기 위해 압력을 유지하면서 회전을 빠르게 중지합니다.

기본 원리는 동일하지만 관성 용접에서는 회전하는 플라이휠 시스템의 운동 에너지가 용접될 부품의 면을 가열하는 데 사용됩니다. 고속으로 회전하는 플라이휠에 하나의 부품이 부착되어 있습니다. 다른 구성 요소가 첫 번째 구성 요소와 마주하게 되어 둘 사이의 마찰로 인해 열이 발생합니다. 플라이휠 에너지는 구성 요소 간의 좋은 결합을 얻기 위해 활용됩니다.

이 공정의 주요 변수는 상대 속도, 가열 및 단조 압력 및 가열 지속 시간입니다. 두 번째 요인은 가열 및 단조 중 압력 상승, 제동 중 감속 및 용접되는 재료의 특성입니다. 분당 75~105미터 범위의 주변 속도는 만족스러운 용접을 제공하는 것으로 보입니다. 속도가 너무 빠르면 넓은 HAZ가 발생할 수 있습니다. 낮은 속도에서는 충분한 열을 생성할 수 없으며 온도를 필요한 수준까지 올릴 수 없습니다. 단조 압력은 용접되는 합금의 고온 강도에 따라 다릅니다. 선택한 압력은 표면을 용접하기에 충분해야 합니다. 가열 시간의 지속 시간은 회전 속도, 마찰 및 압력에 따라 다릅니다. 가열 시간은 입력 열을 결정합니다. 모든 종류의 강, 스테인리스 강, 구리 및 그 합금은 마찰 용접 공정으로 쉽게 용접할 수 있습니다.

확산 결합 (DB) – DB는 확산을 강화하기 위해 고온이 필요한 접합 공정이지만 거시적 변형이 거의 없습니다. 접합부는 용가재 없이 형성되며 계면의 미세구조 및 조성은 모재와 동일하다. 작동 온도에서 국부적 소성 및 크리프 변형을 일으키는 압력이 가해집니다. 결합은 확산으로 인해 발생하며 온도, 시간 및 적용된 압력에 따라 달라집니다. 층간 호일 또는 코팅을 사용하여 접합 특성을 개선할 수 있습니다. 계면에서의 재결정화 및 입계 이동은 접합의 최종 단계에서 발생하며 이러한 과정은 고강도 접합을 얻고 평면 경계 계면을 제거하는 데 필수적입니다. 압반을 통해 접합할 표면에 압력을 가할 수 있습니다. 가스 압력을 사용하여 동일한 결과를 얻을 수도 있습니다. 깨끗한 표면을 유지하기 위해 본딩은 진공에서 수행할 수 있습니다. 가스 압력이 부하 적용에 사용되는 경우 아르곤 가스 챔버를 사용할 수 있습니다. 결합 품질에 영향을 미치는 중요한 변수는 (i) 표면 거칠기 및 (ii) 표면 산화막입니다. The major advantages of DB are as below.

• Joint strength can approach that of the base metal.
• Sintered products, dissimilar materials including metal and ceramics can be joined by this process.
• Bonding involves minimum deformation and distortion and hence close dimensional control is possible.
• In metal ceramics joints residual stresses can be reduced by multiple interpayers.
• Thin sheets of fine grained superplastic materials can be easily joined and formed to any desired shape and contour by diffusion bonding.
• Large area bonding is possible and thick and thin sections can be easily joined. Process time is independent of area or number of components.
• Machining cost is reduced and no flux or electrode is necessary.






제강용 CONARC 공정 철광석의 선광