로봇을 이용한 첨단 니켈 용접 자동화

니켈 및 코발트 기반 합금

니켈과 코발트 기반 합금은 유사한 목적으로 사용되어 종종 함께 그룹화되는 두 가지 내열 용접 소재입니다. 내열성부터 내식성까지 니켈과 코발트 기반 합금(슈퍼 합금이라고도 함)은 내열 계열에서 가장 중요합니다.

내열 합금은 다른 일반 소재가 실패할 것 같은 고온에서 발생하는 혹독한 서비스 조건을 견디도록 개발된 금속입니다.

내열 소재를 용접하지 않을 때도 요구되는 특성은 무엇입니까?

• 산화 및 스케일링 저항, 고온에서 단시간(고온 인장 강도) 및 장시간(크리프 저항) 모두에 대한 적절한 기계적 특성과 저항.
• 시간에 따른 안정성. 혹독한 서비스 조건은 구조와 특성의 변화를 유도하여 추가 균열 형성을 초래할 수 있습니다.
• 연성과 고온 입계 공격(IGA) 저항도 중요합니다. 내열 합금 용접은 이러한 특성을 저하시키지 않아야 합니다.

철 기반 합금

내열 애플리케이션은 다른 유형의 소재와 행동이 유사하므로 강철로 간주되지 않습니다. 구성은 복잡하며 니켈과 크롬의 중요한 비율과 특수 특성을 제공하기 위해 추가된 다른 원소를 포함합니다.

니켈 또는 코발트 기반 합금

기타 내열 소재에는 기본 금속이 니켈 또는 코발트인 합금이 포함되며, 그 구성은 특수 목적을 위해 다른 다양한 원소의 추가로 수정됩니다.

위와 같이 기본 금속을 다양한 원소와 합금하면 다른 등급의 소재가 생성됩니다. 구성에서만 특성을 얻고 열처리로 개선되지 않는 것들은 고용체 경화로 지정됩니다. 이 유형의 내열 소재 용접은 쉽게 수행됩니다. 대표적인 철 기반은 N-155(또는 Multimet)입니다. 대표적인 니켈 기반은 Inconel 600과 Hastelloy X입니다. 대표적인 코발트 기반은 L-605(또는 HS-25)와 S-816입니다.

용액 및 침전(또는 에이징) 공정에 의해 경화되는 다른 등급은 미세 반응이 가열 및 냉각 중에 일어나 미세 구조를 수정하기 때문에 열처리에 반응합니다. 대표적인 철 기반은 A-286과 Incoloy 901입니다. 대표적인 니켈 기반은 Waspaloy입니다.

위에서 논의된 것과 많은 공통 특성을 가진 다른 등급의 소재는 공격적인 화학 물질에 의한 공격을 저항하도록 설계된 내식 합금이라고 불립니다. 초과 열의 영향이 있든 없든 말입니다.

기본 금속으로 고려할 때 니켈과 코발트는 가스 터빈, 노 액세서리, 고온 화학 처리 시스템, 내식 애플리케이션에 유용한 고온 응용 분야에 특히 내열성 때문에 흥미로운 특성 세트를 가집니다.

내열 합금 용접

일반적인 규칙으로 내열 소재 용접은 가장 연성인 상태에서 수행되어야 하며, 종종 어닐링 또는 용액 처리 상태로 지정됩니다.
니켈은 합금강과 스테인리스강의 합금 원소로 사용되는 연성 금속 원소이며, 관련된 합금의 특성을 수정합니다. 기본 금속으로서 열과 부식에 대한 놀라운 저항성으로 사용됩니다. 특히 합금되고 필요에 따라 처리될 때 주조 또는 단조 형태에서 고온 하 응력에 대한 높은 저항성을 개발할 수 있습니다.

니켈 기반 소재는 적절한 열처리로 내식성과 고온 특성으로 선택됩니다. 사양으로 커버되지만 주로 상업명으로 알려져 있습니다. 고용체 경화 합금은 어닐링 상태에서 쉽게 용접됩니다. 침전 경화 합금은 단조 형태에서 용액 처리 상태에서 용접된 후 필요에 따라 열처리됩니다. 용접 가능한 단조 합금 이름을 몇 가지 나열하면: Hastelloy B, C, C276, N, X, Inconel 600, 601, 625, Rene 41.

코발트도 연성 금속입니다. 다양한 특수 목적 소재의 주요 합금 원소로 사용됩니다. 기본 금속으로서 합금 원소와 합금될 때 주요 특성은 고온에서 산화와 스케일링에 저항하는 능력이며, 고온에서 제한된 강도만 개발합니다.

코발트 기반 소재는 주조 또는 단조 형태인지에 따라 다소 다른 구성을 가집니다. 일부 주조 합금은 HS 21, X 40(Stellite 31), G 34, Mar M 509, FSX 414로 알려져 있습니다.

일반적인 단조 합금 포함: S 816, L605(HS 25), HS 188, Mar M 918, G 32 B. 이들 모두 약 20% 크롬과 니오븀, 탄탈륨, 지르코늄, 바나듐 같은 탄화물 형성 원소를 가집니다. 탄소 함량은 주조 합금 0.25~1.0%, 단조 합금 0.05~0.4%입니다.

용접

산소아세틸렌 방법을 제외하고 모든 주요 용접 공정이 적용 가능합니다. 플럭스 사용이 다른 기술에는 없는 복잡성을 도입하기 때문에 권장되지 않습니다.

마찰 용접은 내열 소재 용접에 사용될 수 있습니다. 용액 및 침전 경화를 통해 특성을 얻는 것들에 대해 용접 열이 접합부 직근처 특성에 미치는 영향을 인식해야 합니다. 강도 저하 결과가 문제가 되지 않으면 다른 제한 고려사항은 없습니다.

저항 용접, 스팟과 심 모두 내열 합금 용접에 널리 사용됩니다. 특히 많은 내열 시트 메탈 항목(연소실 라이너, 플레임 홀더, 현대 가스 터빈 엔진의 많은 다른 요소 및 기타 고온 작동 기계 부품)은 스팟 및 심 용접으로 생산 또는 수리 절차로 용접되며, 더 일반적인 스테인리스강과 매우 유사하게 수행됩니다.

아크 용접 내열 합금이 특히 용액 및 침전 열처리로 경화된 것들에서 용접 중이나 열처리 중 균열을 생성할 수 있다는 점을 주목해야 합니다. 그래서 적절한 절차 개발로 균열을 피하기 위해 많은 주의를 기울여야 합니다. 모든 아크 용접 공정을 사용할 수 있지만, 소재 두께에 따라 일부가 다른 것보다 더 적합합니다.

가스 텅스텐 아크 용접 내열 합금은 얇은 단면에 최적입니다. 요소에 장착된 작은 구멍이 있는 홈으로 미세한 아르곤 스트림을 제공하는 백업 구리 바가 장착된 픽스처를 갖는 것이 좋은 관행입니다.

내열 합금 용접용 충전 금속 구성은 기본 금속과 호환되어야 하며 희석 비율(충전재 대 기본 금속)을 고려할 때 균열로부터 최대 자유도를 제공하는 연성이어야 합니다.

내열 침전 경화 합금 용접 전, 적절한 공정 어닐링 열처리로(산화 방지를 위해 진공 또는 제어 분위기 노에서) 모든 성형 또는 벤딩 응력을 완화해야 합니다. 필요한 경우 재용액 및 침전(에이징) 처리가 용접 직후 따라야 합니다. 실드 메탈 아크 용접은 고용체 강화 내열 합금에 가끔 사용되지만 용액 및 침전 경화된 것에는 사용되지 않습니다.

결함 제어

이 유형의 내열 합금 용접에서 발생할 가능성이 있는 결함 중 기공은 용접 전 적절한 세척과 표면 오염 제거로 제어됩니다. 공작물과 충전 금속을 용접 전 세척하는 것이 중요합니다. 용접이나 기본 금속의 어떤 유형의 균열도 절대 인정되지 않습니다. 조인트 설계는 응력 집중과 다축 응력을 피해야 합니다. 높은 열 입력이 큰 잔류 수축 응력을 생성하여 균열 원인이 될 수 있습니다.

고에너지 내열 합금 용접은 부품이 용접 중 겪는 구속 정도에 따라 다양한 수준의 용접성을 나타냅니다. 심지어 일반적으로 매우 낮은 용접성을 보이는 니켈 주조 합금도 비요구 애플리케이션을 위해 전자빔 용접될 수 있습니다.

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