니켈 합금 용접 방법 - 완전한 가이드

니켈 합금은 일반적으로 우수한 다목적성, 내식성 및 고온에서의 성능으로 인해 선택됩니다. 당연히 니켈 합금은 극한 환경, 특히 항공기 터빈, 증기 터빈, 원자력 발전소, 석유화학 및 화학 산업에서 사용하기 위한 인기 있는 선택입니다.

극한 환경에서의 사용을 감안할 때, 니켈 합금의 용접 영역은 일관된 특성을 가져야 합니다. 이것이 최종 용접 제품이 극한 환경을 견딜 수 있는 유일한 방법입니다. 또한 용접 품질이 우수하고 결함이 거의 없는 것이 중요합니다. 이러한 결함은 열악한 환경에서도 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다.

니켈 합금이란 무엇입니까?

니켈 합금은 일반적으로 다용도 원소인 니켈을 주원소로 하는 합금으로 정의됩니다. 역사적으로 니켈 합금은 니켈이 50% 이상 함유된 합금으로 정의되었습니다. 그러나 오늘날 사용되는 니켈 합금은 일반적으로 니켈 함량이 50%보다 높습니다. 예:

• 인코넬 718:19Cr 3Mo .9Ti 5.1Cb .5Al 18Fe 균형 Ni
• 하스텔로이 X:22Cr 1.5Co 9Mo .6W 18.5Fe 밸런스 Ni

니켈 용접

니켈 용접은 사용 가능한 많은 니켈 합금 중 하나를 사용하여 수행됩니다. 스틱, MIG 및 TIG 공정을 포함하여 아크 용접을 사용할 수 있습니다. 특히 스틱 용접을 사용하면 모재보다 더 강한 용접이 생성됩니다. 니켈 MIG 용접의 경우 차폐 가스는 50/50 헬륨과 아르곤 혼합물입니다.

모든 기존 용접 공정은 니켈 합금 용접에 적합합니다. 주요 차이점은 열 팽창에 있습니다. 니켈 합금은 스테인리스 스틸보다 열팽창 계수가 낮고 변형 제어 방법은 실제로 탄소강에 사용하는 방법과 유사합니다.

니켈 합금은 단조 용접 및 옥시아세틸렌 용접을 제외한 모든 유형의 용접 공정 또는 방법으로 안정적으로 접합할 수 있습니다. 가공된 니켈 합금은 오스테나이트 스테인리스강을 용접하는 데 사용되는 것과 유사한 조건에서 용접할 수 있습니다. 주조 니켈 합금, 특히 규소 함량이 높은 합금은 용접에 어려움이 있습니다.

비시효성 인에이블(고체용액 강화) 단조 니켈 합금 용접에 가장 널리 사용되는 공정은 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW), 가스 금속 아크 용접(GMAW) 및 차폐 금속 아크 용접(SMAW)입니다. ). 서브머지드 아크 용접(SAW) 및 전기 슬래그 용접(ESW)은 아크 플라즈마 용접(PAW)과 마찬가지로 적용 범위가 제한적입니다. 석출 경화성 합금 용접에는 GTAW 공정이 선호되지만 GMAW 및 SMAW 공정도 모두 사용됩니다.

니켈 합금은 일반적으로 용액 처리 조건에서 용접됩니다. 높은 잔류 응력을 유발하는 작업을 거친 경우 강수성 인에이블(PH) 합금을 용접하기 전에 어닐링해야 합니다.

니켈 합금 용접 시 일반적인 문제

니켈 합금을 용접할 때 발생하는 가장 일반적이고 심각한 문제는 열간 균열입니다. 이것은 융합 라인, HAZ 또는 용접 금속(융합 영역)에서 발생하지만 융합 라인이 가장 일반적으로 영향을 받는 영역입니다.

일반적으로 합금 또는 표면의 황은 이러한 균열을 생성하지만 비스무트, 납, 인 및 붕소도 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 이를 방지하려면 HAZ와 용접 금속에 오일, 그리스, 먼지 및 기타 오염 물질이 완전히 없어야 합니다. 용접 필러 또는 모재의 과도한 황도 문제를 일으킬 수 있습니다.

재료를 준비하려면 탈지 후 철저한 스테인리스 스틸 또는 기계 와이어 브러싱이 필요합니다. 니켈 합금용으로 설계된 용제를 사용하고 후속 오염을 방지하기 위해 세척 후 8시간 이내에 용접을 수행해야 합니다.

열처리는 진공 또는 불활성 환경에서 전기로 또는 무황 연료로만 수행해야 합니다.

재료가 이미 사용되었거나 수리 중인 경우 용접 수리 영역 표면에 갇힐 수 있는 오염 물질을 제거하기 위해 연마하거나 기계로 가공해야 합니다.

다공성은 특히 산소나 수소가 용접 풀에 공기가 갇히는 형태로 표면 오염을 일으킬 때 문제가 됩니다. 이에 대응하기 위해 용접면과 루트 측면에서 효율적인 가스 퍼지 및 차폐가 필요하며 모든 가스 호스가 완벽한 상태에 있어야 합니다. 용접 영역도 외풍으로부터 밀봉되어야 합니다.

니켈 합금의 용접 준비

니켈 합금을 용접할 때는 용접 준비가 필수적입니다. 설계의 가장 중요한 측면은 용접 토치에 대한 충분한 접근이 가능하도록 하고 필요한 경우 완전한 침투를 달성할 수 있도록 하는 것입니다.

가장 좋은 맞대기 접합 설계는 사각 맞대기이지만 접합부를 관통할 수 없기 때문에 두께에 제한이 있습니다. 따라서 U 또는 V 준비가 10mm 두께에서 30°~40° 각도로 사용되어 침투 및 후속 충전 통과를 허용합니다.

가스 준비와 관련하여 불활성 가스 혼합물에 최대 10%의 수소를 추가하는 것이 유용할 수 있습니다. 이렇게 하면 용접 풀의 유동성이 향상되기 때문입니다.

응결을 제거해야 하는 요구 사항이 없는 한 니켈 합금 용접에는 예열이 필요하지 않습니다. 특정 합금은 최대 100ºC만 사용해야 하지만 용접 니켈은 일반적으로 250ºC의 최대 패스 간 온도가 필요합니다.

용접 풀의 표면에 형성될 수 있는 접착성 산화물 층을 제거하기 위해 약간의 용접 후 연마가 필요할 수 있습니다. 때때로 와이어 브러싱으로는 이 용접 후 잔류물을 제거하기에 충분하지 않습니다.

용접 후 처리

어떤 경우에는 전체 용액 어닐링이 내식성을 향상시키기는 하지만 내식성을 유지하거나 복원하기 위해 열적 또는 화학적 용접 후 처리가 필요하지 않습니다.

열처리는 불산 증기 또는 가성 소다에서 용접물의 노화 경화 또는 응력 부식 균열(SCC)을 피하기 위해 제작된 구조의 응력 완화와 같은 사양 요구 사항을 충족하는 데 필요할 수 있습니다. 용접이 중간에서 높은 잔류 응력을 유발하는 경우 PH 합금은 용접 후 및 노화 전에 응력 제거 어닐링이 필요합니다.

니켈 및 니켈 합금은 납, 황, 인 및 기타 저융점 원소에 의해 취화되기 쉽습니다. 이러한 물질은 그리스, 오일, 페인트, 마킹 크레용 또는 잉크, 윤활제 형성, 절삭유, 작업장 먼지 및 가공 화학 물질에 존재할 수 있습니다.

가공물은 가열되거나 용접되기 전에 이물질이 완전히 없어야 합니다. 증기 탈지 또는 아세톤 또는 기타 무독성 솔벤트로 면봉으로 작업장 먼지, 오일 및 그리스를 제거할 수 있습니다.

탈지 용제에 용해되지 않는 페인트 및 기타 재료에는 메틸렌 클로라이드, 알칼리성 세척제 또는 특수 독점 화합물을 사용해야 할 수 있습니다. 탄산나트륨이 포함된 알칼리성 세척제를 사용하는 경우 세척제 자체를 용접 전에 제거해야 합니다. 뜨거운 물을 뿌리거나 문지르는 것이 좋습니다. 마킹 잉크는 일반적으로 알코올로 제거할 수 있습니다.

가공 금속에 묻힌 가공 재료는 연마, 연마 블라스팅 및 10% HCl 용액으로 면봉으로 제거한 후 철저히 물로 세척하여 제거할 수 있습니다. 산화물은 또한 용접 작업과 관련된 영역에서 제거되어야 하는데, 이는 주로 산화물과 비금속 융점의 차이 때문입니다. 산화물은 일반적으로 연마, 기계 가공, 연마 분사 또는 산세척으로 제거됩니다.

주조 및 단조, 고용 강화 또는 석출 경화가 가능한 니켈 합금은 GTAW 공정으로 용접할 수 있습니다. 일반적으로 필러를 추가하는 것이 좋습니다. 수동 용접 및 기계 용접 모두에 DCEN(직류 전극 음극)을 권장합니다.

차폐 가스

아르곤이나 헬륨, 또는 이 둘의 혼합물은 니켈 및 니켈 합금 용접을 위한 차폐 가스로 사용됩니다. 아르곤 가스에 산소, 이산화탄소 또는 질소를 추가하면 일반적으로 전극의 다공성 또는 침식이 발생합니다. 소량의 수소(일반적으로 5%)가 포함된 아르곤을 사용할 수 있으며 순수한 니켈의 다공성을 방지하고 용접 중 산화물 형성을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

주물 니켈 합금의 용접

주조 니켈 합금은 GTAW, GMAW 및 SMAW 공정으로 접합할 수 있습니다. 최적의 결과를 얻으려면 주조 응력을 일부 완화하고 주조 구조의 균질화를 제공하기 위해 용접 전에 주조를 용액 어닐링해야 합니다.

첫 번째 통과 후 응고된 금속을 가볍게 피닝하면 응력이 완화되어 용접 금속과 주조 금속의 접합부에서 균열이 감소합니다. 후속 패스의 피닝은 거의 도움이 되지 않습니다. 용접 후 응력 제거도 바람직합니다.