전자빔 용접 완벽 가이드: 원리, 공정 및 장점

전자빔 용접이란 무엇인가?

전자빔 용접(EBW)은 고속 전자빔을 접합할 두 재료에 조사하는 융합 용접 공정입니다. 전자의 운동 에너지가 충돌 시 열로 변환되어 공작물이 녹아 서로 흐르며 결합됩니다. EBW는 전자빔의 산란을 방지하기 위해 진공 조건에서 수행되는 경우가 많습니다.

전자는 전자총에서 생성된 후 전기장을 이용해 매우 높은 속도로 가속됩니다. 이 고속 전자 흐름은 자기장을 이용해 집속된 후 접합할 재료에 정밀하게 조사됩니다.

전자가 재료에 충돌하면 운동 에너지가 열로 변환되어 금속을 녹여 서로 흐르게 합니다. 기체 분자가 빔을 산란시킬 수 있으므로 전자빔 용접은 일반적으로 진공 상태에서 수행됩니다.

EB 용접에는 고전압이 필요하고 진공 환경이 필수적이므로 전체 공정은 컴퓨터 제어되고 고도로 자동화됩니다. 기술의 정밀한 특성으로 인해 부품을 고정하기 위한 특수 지그와 고정구가 필요하며, CNC 테이블이 용접 챔버 내에서 지그와 공작물을 이동하는 데 일반적으로 사용됩니다.

전자빔 용접기는 매우 비싸고 엄격한 유지보수가 필요하며, 고전압 및 고진공 기술에 필요한 지원이 까다로울 수 있습니다. 그러나 전자빔 용접은 믿을 수 없을 정도로 정밀하고 강하며 순수하고, 전체 공정이 정확하게 반복 가능하며, 많은 응용 분야와 재료에 대해 전자빔 용접이 최고의 접합 기술입니다.

일반적인 전자빔 용접 절차

모든 전자빔 용접 작업은 다르지만, EB Industries에서는 용접 품질과 생산 속도를 모두 유지하기 위해 다음과 같은 기본 절차를 따릅니다.

• 조립할 부품을 철저히 검사하고 세척합니다.
• 용접 공정 중 부품을 안전하게 고정할 지그를 고안합니다. 진공 사이클당 용접할 수 있는 부품 수를 최대화하여 높은 생산 속도를 유지합니다. 필요한 경우 완비된 기계 공장에서 맞춤형 지그를 제작합니다.
• 부품을 지그에 장착하고 지그를 전자빔 용접기의 CNC 테이블에 부착합니다. CNC 테이블은 용접 공정 중 부품을 전자빔 아래에 정밀하게 위치시키도록 프로그래밍됩니다.
• 진공 챔버를 밀봉하고 공기를 빼내 고객 사양에 필요한 부분 또는 완전 진공을 달성합니다.
• 필요한 경우 빔 정렬과 초점, 빔 파워, 용입 깊이, 전반적인 용접 품질을 확인하기 위해 시험 용접을 수행합니다. 매개변수를 필요에 따라 조정하고 모든 용접 작업 중에 지속적으로 모니터링합니다.
• 생산 용접 사이클인 경우 용접 작업자가 CNC 테이블 프로그래밍과 전자빔 발사 사이클을 시작합니다. 부품이 전자빔 용접됩니다.
• 용접 사이클이 끝나면 진공 챔버의 압력을 낮추고 부품과 지그를 용접기에서 꺼냅니다.
• 부품을 지그에서 조심스럽게 분리한 후 완전한 품질 관리 검사를 실시합니다.

전자빔 용접의 작동 원리

전자빔(EB) 용접은 전자총에서 전자가 생성되고 전기장을 사용해 고속으로 가속되는 융합 용접 공정입니다. 이 고속 전자 흐름은 자기장을 이용해 단단히 집속되어 접합할 재료에 조사됩니다. 전자빔은 공작물에 충돌할 때 운동 열을 생성하여 공작물을 녹여 결합시킵니다.

기체 존재 시 빔이 산란될 수 있으므로 전자빔 용접은 진공 환경에서 수행됩니다. 진공 공정이자 고전압이 사용되므로 이 용접 방법은 고도로 자동화되고 컴퓨터 제어됩니다. 결과적으로 특수 고정구와 CNC 테이블이 용접 진공 챔버 내부에서 공작물을 이동하는 데 사용됩니다.

최근 전자빔 용접기 기술 개발로 전자빔 건이 공작물 측면의 진공 박스에 밀폐되어 전체 공작물을 진공 챔버에 넣는 대신 국소적인 전자빔 용접 방식이 실현되었습니다.

전자빔 용접에서 전자는 전자총의 음극에서 생성됩니다. 음극 뒤에는 컵 그리드가 있습니다. 전자의 발산을 방지하고 제어합니다. 음극과 양극 사이에 고전압이 인가되면, 양전하를 띤 양극이 컵 그리드에서 전자를 끌어당깁니다.

양극은 전자를 가속하여 속도를 50,000~200,000km/s 범위로 높입니다. 양극에서 고속 전자빔은 자기 렌즈와 편향 코일을 통과합니다.

자기 렌즈는 전자빔을 공작물의 원하는 위치에 집속시키고, 편향 코일은 빔을 필요한 용접 영역으로 편향시킵니다. 고속 전자빔이 공작물에 부딪히면 강한 열이 발생하여 두 공작물의 금속을 녹여 용접 영역을 채웁니다. 용융 용접부가 응고되어 강한 용접 이음을 형성합니다.

전자빔 용접의 응용

• 항공우주 산업: 제트 부품, 구조 부품, 변속기 부품, 센서 제조에 사용
• 발전 산업에서 사용
• 우주 산업: 티타늄 탱크 및 센서 제작에 사용
• 자동차 산업: 변속기 시스템, 기어, 터보차저 제조에 사용
• 전기 및 전자 산업: 구리 구조 부품 제조에 사용
• 그 외 원자력 산업, 의료, 연구 센터 등에서 사용

전자빔 용접의 장점

• 높은 용접 속도
• 이종 금속 용접 가능
• 높은 용접 품질과 정밀도
• 낮은 운영 비용
• 높은 용접 온도가 필요한 재료 용접 용이
• 열 영향 부위가 적어 변형이 적음
• 세척 비용이 거의 없음
• 0.025mm~100mm 두께의 시트 용접 가능
• 접근하기 어려운 이음부 용접 가능

전자빔 용접의 단점

• 장비 비용이 매우 높음
• 고숙련 작업자 필요
• 고진공 필요
• 진공에서 작동하므로 대형 작업물 용접 불가
• 높은 안전 조치 필요