스테인리스강 용접 방법

스테인리스강 소개

스테인리스강 용접을 다루기 전에 재료에 대한 대략적인 설명을 제공해야 합니다. 스테인리스강은 조성에 크롬이 존재하기 때문에 일부 환경에서 부식 및 부식에 대한 특정 저항성을 갖는 철 기반 재료의 한 종류를 나타냅니다. 크롬은 재료의 표면에 견고하고 불침투성 산화크롬층을 형성하여 녹과 부식으로부터 표면을 보호합니다. "스테인리스 스틸"이라는 표현은 엄청난 종류의 다양한 재료를 나타냅니다. 특정 금속을 식별하는 기술 용어가 아니며 구매와 같은 실용적인 목적으로 사용할 수 없습니다.

세 가지 수업

스테인리스 강의 세 가지 더 일반적인 등급인 오스테나이트계, 페라이트계 및 마르텐사이트계는 금속 구조를 참조하여 표시됩니다. 보다 구체적으로, 그들은 현미경이나 x-선 회절로 볼 때 미세 구조의 모양을 나타내는 식별자를 사용합니다. 이러한 미세 구조는 특정 강에 존재할 수 있으므로 스테인리스 강에서 우세한 구조를 나타내는 데 사용됩니다. 각 클래스의 특성은 용접 공정에 다양한 방식으로 영향을 미칠 수 있으므로 어떤 유형이 사용되는지 미리 파악하는 것이 중요합니다.

1. 오스테나이트계

스테인리스강을 용접할 때 오스테나이트계 스테인리스강은 세 등급 중에서 가장 쉽게 용접되는 것으로 간주됩니다. 이들은 "300 시리즈"로 알려져 있으며, 미국 철강 협회(AISI)와 자동차 엔지니어 협회(SAE)에서 시작된 표준 분류를 나타냅니다. "18/8"로 알려진 중요한 하위 등급에는 18%의 크롬과 8%의 니켈이 포함된 합금 원소가 있습니다.

오스테나이트계 스테인리스 강의 주요 특성은 다음과 같습니다.

• 자성이 없거나 약간만 자성이 있음
• 알코올 내 질산(HNO3) 10% 용액의 영향을 받지 않음
• 열처리를 해도 굳지 않음
• 변형 경화 - 경도와 강도를 모두 증가시키는 기계적 작업에 의해 상당히 연성이며 쉽게 변형됩니다.
• 필요한 예방 조치로 쉽게 용접
• 다른 강철의 1/3에서 1/2 사이의 열전도율
• 열팽창 계수 30-40%, 경우에 따라 50%

스테인리스강을 용접할 때 마지막 두 가지 특성은 다양한 방식으로 결과에 영향을 미치며 다른 강철에서 발견되는 것보다 더 큰 왜곡을 생성합니다.

300 시리즈의 모든 오스테나이트계 스테인리스강이 동일한 용접성을 갖는 것은 아닙니다. 기계 가공성을 개선하기 위해 사용되는 황 또는 셀레늄(Type 303에서와 같이)을 추가하면 심각한 용접 열간 균열이 발생하여 이 특정 재료를 "용접 불가" 상태로 만듭니다.

오스테나이트 스테인리스강을 용접할 때 주의하십시오. 이러한 스테인리스강의 내부식성은 섭씨 600~900도(화씨 1100~1650도)의 온도 간격에서 발생하는 민감화 공정에 의해 악영향을 받을 수 있습니다. 이것은 입계에서 크롬 카바이드의 집합과 모재로부터 부식 방지 크롬의 병렬 손실을 촉진합니다.

위의 온도 범위는 온도가 더 높고 짧은 시간 동안만 지속되는 용접 영역이 아니라 용접 비드의 양쪽에 있는 두 개의 금속 스트립에서 자연적으로 발생합니다. 유해한 영향이 발생하는 열영향부(HAZ)입니다.

민감해진 조인트에서 주요 "스테인리스" 성분인 크롬은 격리되거나 사용되지 않으며 국부적으로 보호 조치를 사용할 수 없게 됩니다. 올바르게 다루지 않으면 스테인리스 18/8 강철을 용접하면 민감한 경로를 따라 보호 속성이 손실될 수 있으며 용접된 재료는 부식성 환경에서 입계 공격을 받기 쉽습니다.

시리즈 300 스테인리스강에서 민감화 공정의 악영향을 줄이기 위해 사용할 수 있는 세 가지 전략이 있습니다. 하나는 크롬 카바이드를 만드는 데 사용할 수 있는 탄소가 많지 않은 매우 낮은 탄소 버전(즉, L이 저탄소를 나타내는 304L)을 사용하는 것입니다.

또 다른 전략은 티타늄(유형 321) 또는 콜럼븀(유형 347)을 포함하는 다른 유형의 비금속을 사용하는 것인데, 이는 티타늄 또는 콜럼븀 카바이드를 형성하여 민감화 과정에서 탄소를 크롬에 사용할 수 없게 만듭니다. 이렇게 하면 크롬이 부식 방지 작업을 수행할 수 있습니다.

참고 :이 재료의 용가재는 필요한 경우 항상 콜럼븀이어야 합니다. 왜요? 티타늄은 반응성이 있어 증착 중에 쉽게 회수되지 않기 때문입니다. 이는 가장 필요할 때 사용할 수 없음을 의미합니다. 그러나 Columbium은 반응성이 없습니다. 용융 공정 동안 그대로 유지되며 재료가 민감화 온도 범위로 가열되면 탄화 컬럼븀을 생성하는 작업을 수행하여 하루를 절약합니다.

세 번째 전략은 고온(섭씨 1050도 또는 화씨 1900도)에서 용해 열처리를 수행하여 부식 민감성을 복구하는 것입니다. 이 전략은 일반 18/8 스테인리스강의 용접 예민화 과정에서 발생하는 크롬 카바이드의 고용체를 사용합니다. 그러나 이 공정은 오염 물질이 없는 진공 또는 기타 보호 분위기에서 수행되지 않으면 무거운 산화물 형성과 같은 문제와 씨름합니다. 고온 응용 분야에 사용되는 유형 309 및 310과 내식성 강화에 사용되는 유형 316 또는 그보다 나은 유형 316L은 일반적으로 민감화 경향이 없으며 유사한 구성의 필러 와이어와 함께 사용됩니다.

2. 400 계

스테인리스강의 두 번째 등급은 페라이트계 스테인리스강이라고 합니다. 이 강철은 강자성이지만 열처리로 경화될 수 없습니다. 이것은 자동차 배기 부품에 사용되는 일반적인 유형의 스테인리스 스틸입니다. 제한된 양의 페라이트 구조는 주로 오스테나이트 구조에 존재할 때 고온 균열 가능성을 감소시킨다는 점에서 유익한 것으로 간주됩니다. 스테인리스 페라이트강 용접은 페라이트 또는 오스테나이트 용가재를 사용하여 아크 용접 프로세스를 사용하여 쉽게 수행할 수 있습니다. 특성을 개선하려면 용접 후 열처리가 필요할 수 있습니다.

3. 마르텐사이트

마르텐사이트 스테인리스강은 자성이 있으며 열처리를 통해 완전히 경화될 수 있습니다. 이 유형의 스테인리스강 용접은 특별한 기술로 가능하지만 권장되지 않습니다. 특히 탄소 함량이 충분히 낮지 않은 경우 용접에 균열이 생길 수 있습니다. 예열 및 후열 처리가 필요할 수 있습니다.

하나의 마지막 수업

스테인리스강 용접 개요를 완성하려면 위에 나열되지 않은 네 번째 재료 등급인 석출경화(PH) 스테인리스강을 언급해야 합니다. 그러나 필요한 속성을 개발하기 위해서는 열처리에 관한 정확한 지침을 따라야 합니다.

스테인리스강 용접 공정

스테인리스강을 용접할 때 사용할 수 있는 다양한 유형의 용접이 있습니다. 모두 장점과 단점이 있으며 매번 적절하고 강력하게 용접하려면 모두 구체적인 지침이 필요합니다.

마찰 용접

마찰 용접 스테인리스강은 전혀 용접해서는 안 되는 자유 절단 유형의 스테인리스강을 제외하고는 거의 문제가 없습니다. 스테인리스강을 다른 스테인리스강 공작물뿐만 아니라 구리 및 알루미늄과 같은 다른 금속에 용접하는 데 사용됩니다. 용접하기 전에 재료 유형과 상태는 물론 접합부 근처의 열 영향을 항상 알고 있어야 합니다. 황이나 셀레늄과 같은 일부 요소는 용접 조인트의 최종 건전성을 손상시킬 수 있습니다.

저항 용접

저항 용접은 대부분의 스테인리스강에 사용할 수 있습니다. 300 시리즈의 300 시리즈 오스테나이트 강은 페라이트 강과 마찬가지로 저항 용접을 쉽게 사용할 수 있습니다. 그러나 마르텐사이트 스테인리스강은 용접 후 템퍼링 처리를 통해 적절하게 연화되지 않으면 용접 결과가 깨지기 때문에 문제가 될 수 있습니다.

저항 용접 공정은 현재 전기 저항의 차이와 낮은 열전도율, 높은 열팽창 계수, 높은 용융 온도 및 고온에서의 높은 강도를 처리하기 위해 스테인리스강에 사용됩니다. 저탄소강의 경우 전극의 힘이 더 높아지는 반면 시간과 전류는 더 적습니다.

모든 스테인리스강은 저항 용접 공정(또는 모든 용접 공정) 전에 먼지, 오일, 그리스 또는 페인트를 청소해야 할 뿐만 아니라 자연적으로 형성되는 크롬 산화물 층도 청소해야 합니다. 이것은 스테인리스 스틸 와이어 브러시로 제거해야 합니다.

아크 용접

적절한 플럭스를 사용하는 한 스테인리스강을 용접할 때 아크 용접을 사용할 수 있습니다. 이것은 다른 선택이 없는 한 TIG 용접에 훨씬 덜 실행 가능한 프로세스를 만듭니다. 스테인리스강의 TIG 용접은 용접 공정 후 부품의 잔류 플럭스 흔적을 모두 제거해야 하므로 작업 시간이 길어지고 비용이 증가합니다. 아크 용접은 일반적으로 사용되며 용접되는 재료의 등급과 상태에 세심한 주의를 기울이고 민감화 및 변형을 주시합니다.

모든 유형의 아크 프로세스는 조인트 모양, 치수 및 준비에 주의를 기울여 스테인리스강을 용접하는 데 사용할 수 있습니다. 특히 차폐 금속 아크 용접(SMAW)은 유연성 때문에 널리 사용됩니다. 전극은 덮개 구성과 관련하여 두 가지 유형이 있으며, 이는 사용되는 전류 선택에 영향을 미칠 수 있습니다.

아크 공정 중에 사용할 수 있는 많은 용가재가 있습니다. 스테인리스강 용가재에 대한 분류는 미국 용접 협회의 AWS A5.9/A5.9M:2006 – 순수 스테인리스강 용접 전극 및 막대에 대한 사양에서 찾을 수 있습니다.

전자빔 용접

스테인리스강의 전자 빔 용접(EBW)은 매우 깊은 용접에서도 쉽게 수행되어 좋은 결과를 얻습니다. 깊이 대 폭 비율이 매우 높기 때문에 EBW는 다른 수단으로는 불가능한 구성에 결합할 수 있습니다. 입열량이 적고 열 영향부의 범위가 제한되어 있어 기계적 특성에 현저한 손상이 없는 경우가 많아 추가 열처리가 필요하지 않습니다.

레이저 용접

공기로부터 용접을 절연하고 가열 처리 중에 얻어지는 손상 특성을 제한하기 위해 플레이트에 주의 사항이 있는 한 스테인리스강을 용접할 때 레이저 용접을 사용할 수도 있습니다.

결국 스테인리스 스틸 용접은 전혀 복잡한 과정이 아닙니다. 작업물 재료, 용가재 및 사용되는 용접 유형에 관한 세부 사항에 약간의 주의가 필요합니다. 이 모든 것이 동등하다면 스테인리스 스틸 부품을 성공적으로 용접할 수 있습니다.

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