발열 용접(엑소써믹 웰딩) 설명: 공정, 응용 및 이점

발열 용접이란?

발열 용접(Exothermic Welding)은 발열 접합, 서마이트 용접(TW), 서밋 용접이라고도 하며, 용융 금속을 이용해 도체를 영구적으로 접합하는 용접 공정입니다.

발열 용접은 구리-강철, 구리-구리 등 유사 금속 접합에 사용됩니다. 발열 반응을 이용해 두 조각 사이에 분자 결합을 형성합니다.

접합은 전용 설계된 흑연 몰드에서 이루어집니다. 용접은 서마이트(금속 분말)의 발열 반응으로 금속을 가열합니다. 간단히 말해, 발열 공정은 열을 방출하는 화학 반응으로 외부 열원이 필요 없습니다. 열을 발생시키는 화학 반응은 알루미늄 분말과 금속 산화물 사이의 알루미노써믹 반응입니다.

발열 용접 공정

발열 용접 공정은 외부 열원이나 전원 없이 구리-구리 또는 구리-강철 전기 접속을 만드는 방법입니다. 이 공정에서 특수 용접 재료를 고온 내성 몰드에 넣고 점화합니다.

입자 점화로 1400℃까지의 극한 고열과 용융 금속(발열 반응)이 발생하며 용융 금속 슬래그를 생성합니다. 이 액체 구리 금속이 용접 공동으로 흘러가 가용 공간을 채우고 용접을 완료합니다.

용접부는 식고 굳은 후 몰드에서 꺼냅니다. 몰드는 브러시로 간단히 청소하면 다음 용접에 바로 사용할 수 있습니다. 이 전체 공정은 단 몇 초 만에 완료됩니다.

발열 용접 접속은 기계적 또는 압력식 표면 접촉 커넥터보다 성능이 우수한 영구적 접속을 만듭니다. 분자 결합이 형성되므로 발열 용접 접속은 설치 수명 내내 풀리거나 저항이 증가하지 않습니다.

특징

• 도체 자체보다 우수한 전기 전도성을 가집니다.
• 부식, 산화, 시간 경과에 따른 열화 없이 갈바닉 커플링에 강합니다.
• 반복적인 전기 방전을 견딥니다.
• 저항이 결코 증가하지 않습니다.
• 도체 자체보다 높은 기계적 및 압착 저항성을 가집니다.
• 영구 용접과 저저항 접속으로 접지 시스템의 오래 지속되고 신뢰할 수 있는 결과를 보장합니다.

구리 케이블 간 접속뿐만 아니라 테이프, 황동, 스테인리스강, 구리 도금 강철 어스 로드 등 금속 부품 용접에도 가장 일반적인 접속을 보장합니다.

발열 용접이 사용되는 경우

발열 용접은 구리 도체를 영구 접합하는 데 가장 흔히 쓰입니다. 구리를 아연도금 케이블에 접합하는 유일한 허용 수단입니다. 스테인리스강, 주철, 강철, 황동, 청동 등에도 사용할 수 있습니다. 이종 금속 접합 시 발열 용접은 좋은 선택입니다.

발열 용접 공정 순서

1단계: 발열 용접 제품 작업 시 항상 보호용 안전 안경과 장갑을 착용하세요.

2단계: 접속 유형에 맞는 모든 적절한 자재와 장비/액세서리를 준비하세요. 일반적인 웰드 시스템에는 흑연 몰드, 핸들 클램프, 용접 재료, 몰드 청소용 천연 강모 브러시, 도체 세척/준비용 와이어 브러시, 플린트 점화기, 프로판 토치가 필요합니다. 흑연 몰드가 마모되거나 파손되지 않았는지 확인하세요. 용융 용접 금속 누출을 막기 위함입니다.

3단계: 핸들 클램프를 엄지나사 방향에 맞춰 미리 뚫린 구멍에 끼웁니다. 클램프 엄지나사를 몰드에 조이고 그립을 닫아 몰드를 단단히 고정합니다. 핸들 클램프를 조절해 조임/풀림을 조정하세요.

4단계: 용접할 재료(케이블, 로드, 테이프)는 세트에 포함된 브러시로 깨끗하고 건조하게 만드세요. 산화층과 표면 불순물이 제거됩니다. 흑연 몰드도 수분을 흡수하므로, 다공성 용접을 피하기 위해 가스 용접 토치로 예열해 수분을 제거하세요. 첫 용접 후 다음 용접을 15분 이내에 하면 이전에 발생한 열이 보존되어 몰드를 재가열할 필요가 없습니다.

5단계: 도체를 몰드에 넣고 핸들 클램프를 닫아 반응 중 자재 누출을 방지하세요.

참고: 두 도체 사이에 미세한 틈이라도 있으면 도체가 빠져나가는 부분에 실링 컴파운드를 바르세요. 그렇지 않으면 용접 시 분말이 화염처럼 퍼져 부적절한 접합이 됩니다.

6단계: 탭 구멍을 금속 디스크로 막으세요. 용접 혼합물 패키지 내용물을 비우세요.

7단계: 발열 용접 분말 위에 기동 분말 50%를 뿌리세요(섞지 말고 흩뿌리기). 몰드 입구를 닫고 나머지 50% 기동 분말을 몰드 입구 위쪽 작은 구멍 근처에 뿌리세요.

8단계: 몰드 상단/측면에 뿌려진 기동 분말에 플린트 점화기로 점화하세요. 반응은 3~4초간 지속되며, 이때 몰드에서 떨어져 있는 것이 좋습니다.

9단계: 접합 후 최소 2분 뒤 핸들 그립을 풀어 몰드를 여세요. 몰드를 접합부에서 떼어내고 슬래그를 청소하세요. 개방 후 관련 도구로 몰드에 붙은 슬래그와 공동을 청소하세요. 이미 따뜻하므로 재가열 없이 바로 재사용 가능합니다.

유지보수 및 보관

• 현장 조건에서 몰드는 보통 50~60회 접속 가능합니다.
• 장비는 파손되기 쉬우니 사용 시 주의해서 다루세요.
• 몰드 청소는 용접 공정 후 몰드가 충분히 식었을 때 적절한 브러시/도구로 하세요. 뜨거운 몰드 청소는 피하세요.
• 공동 청소는 손상/이빨 빠짐 방지를 위해 신중히 하세요.
• 작업 완료 후 몰드 안팎을 부드러운 천으로 잘 닦으세요. 보관 시 에어캡(뽁뽁이)으로 제대로 포장하세요.
• 몰드와 용접 분말은 항상 서늘하고 건조한 곳에 보관하세요.
• 모든 도구와 액세서리는 재사용을 위해 보관 전 청소하세요.

응용 분야

발열 용접은 주로 구리 도체 용접에 쓰이지만 스테인리스강, 주철, 일반 강철, 황동, 청동, 모넬 등 다양한 금속에 적합합니다. 특히 이종 금속 접합에 유용합니다.

우수한 전기 전도성과 단락 펄스에 대한 높은 안정성 덕분에, 발열 용접은 미국 국가전기규정(NEC) §250.7에서 접지 도체와 본딩 점퍼에 지정된 옵션 중 하나입니다.

선호되는 본딩 방식이며, 구리를 아연도금 케이블에 본딩하는 유일한 허용 수단입니다.

NEC는 이러한 발열 용접 접속을 목록화하거나 라벨링할 것을 요구하지 않지만, 일부 엔지니어링 사양에서는 완료된 발열 용접을 X-레이 장비로 검사하도록 요구합니다.

발열 용접은 다른 용접 형태보다 기계적 강도가 높고 내식성이 우수합니다. 반복적인 단락 펄스에도 매우 안정적이며, 설치 수명 동안 전기 저항이 증가하지 않습니다.

발열 용접 동영상