스팟 용접 시트 메탈: 전문가 가이드

스팟 용접이란?

시트 메탈 스팟 용접은 전기 저항 용접 기술을 사용하여 시트 메탈 부품들을 하나의 제작 조립체로 결합하는 공정입니다. 얇은 금속을 스팟 용접할 때 주요 목표는 휨, 번스루(burn-through), 과도한 열영향부(HAZ)를 방지하면서 용접부가 작업에 충분한 기계적 강도를 갖도록 하는 것입니다. 열영향부는 스팟 용접 공정 중 물리적으로 나타나는 영역으로, 시트 메탈 표면에 작은 화상 자국이나 스팟 용접 팁의 압력 하에 금속이 용융 융합되어 생긴 작은 함몰 자국으로 보일 수 있습니다. 다만 이러한 함몰 자국은 미관상 표면이 필요하지 않은 부품에서는 그대로 두어도 무방합니다.

시트 메탈 스팟 용접에 사용되는 장비는?

시트 메탈 제작에서 스팟 용접에 사용되는 장비는 툴 홀더와 전극으로 구성됩니다. 툴 홀더는 전극을 단단히 고정하고 용접 중 전극을 냉각시키는 워터 호스를 선택적으로 지지하는 역할을 합니다. 툴 홀딩 방식에는 경량형, 패들형, 범용형, 일반 오프셋형 등이 있습니다. 전극은 일반적으로 낮은 저항의 합금, 특히 구리로 만들어지며 용도에 따라 다양한 모양과 크기로 설계됩니다. 함께 용접되는 두 개의 시트 메탈 조각을 공작물(workpiece)이라 하며 전기를 전도해야 합니다. 공작물의 폭은 일반적으로 용접 장비의 스롯 길이(throat length)에 따라 5~50인치 범위이며, 두께는 0.008~1.25인치까지 다양합니다.

시트 메탈 스팟 용접의 작동 원리

시트 메탈 스팟 용접 공정은 복잡하지 않습니다. 두 개의 개별 시트 메탈 접합부에서 전류의 저항에 의해 발생하는 열을 이용합니다. 용접 대상 시트 메탈은 연강, 아연도금강, 스테인리스강 등 다양한 재질일 수 있으며 각각 두께가 다를 수 있습니다. 스팟 용접을 수행하려면 스팟 용접기가 필요합니다.

공정 중 두 개의 구리 전극을 사용하여 전류 흐름을 시트 메탈에 집중시키고 공작물을 고정한 상태에서 용접이 형성됩니다. 개별 스팟의 실제 용접에는 단면의 극히 일부만 융합하면 됩니다. 두 시트 메탈 간 스팟 용접 품질에 영향을 주는 변수로는 표면 코팅, 재질 두께(게이지), 청결도, 전극 팁 형상 등이 있습니다. 일반적으로 구리 전극 팁이 작을수록 스팟 용접 품질은 높아지지만 함몰 자국이 생길 가능성이 커지며, 용접 부품에 따라 미관 처리가 필요할 수 있습니다. 반대로 전극 팁이 클수록 시트 메탈 표면의 용접 자국은 깔끔하지만 에너지가 넓은 면적으로 분산되어 용접 강도가 약해질 수 있습니다.

응용 분야 심층 분석

시트 메탈 외에도 스팟 용접은 용접 철망이나 와이어 메쉬에도 사용됩니다. 두꺼운 금속은 열이 주변 금속으로 쉽게 발산되어 스팟 용접이 더 어렵습니다. 버킷 같은 시트 메탈 제품은 앞서 언급한 물리적 흔적(열영향부)을 쉽게 남깁니다. 금속 종류에 따라 스팟 용접 자국이 표면에 드러나는 정도가 다릅니다. 용접 전류 횟수도 재질에 따라 달라지는데, 예를 들어 알루미늄 합금 시트 메탈 제작은 열전도율과 전기전도도가 훨씬 높아 더 높은 용접 전류가 필요하며, 이는 더 크고 강력한 용접 트랜스포머를 요구합니다.

시트 메탈 스팟 용접의 가장 일반적인 응용 분야는 자동차 제조 산업의 자동차 부품 제작일 것입니다. 실제로 자동차를 구성하는 대다수 작업이 시트 메탈 용접에 해당합니다. 작업 흐름을 원활히 하기 위해 스팟 용접은 완전히 자동화될 수 있으며, 이는 조립 라인의 많은 산업용 로봇에 광범위하게 적용됩니다. 스팟 용접은 의료 분야에서도 사용되는데, 교정용 의료 부품 제작에 소형 스팟 용접기가 활용됩니다. 또 다른 응용 분야는 배터리 제작, 구체적으로 니켈-카드뮴, 니켈-수소, 리튬이온 배터리 셀 제조입니다.

시트 메탈 스팟 용접 팁

휨과 번스루를 방지하려면 토치를 위빙(weaving)하거나 휘핑(whipping)하지 않는 것이 좋습니다. 아크가 시트 메탈의 한 영역에 오래 머무를수록 더 뜨거워집니다. 용접 시 팁을 직선으로 이동하며 적절한 비드 프로파일을 유지할 수 있을 만큼 충분히 빠른 속도로 작업해야 합니다. 용접 중 번스루를 방지하는 또 다른 방법은 MIG 건의 '푸시 기법(push technique)'을 적용하는 것입니다. 이는 와이어를 시트 메탈의 더 시원한 가장자리로 향하게 하는 반면, MIG 건을 당기면 와이어가 더 뜨거운 금속 영역으로 향하게 되어 블로우아웃(blowout) 가능성이 커집니다.

또는 백킹 바(backing bar)를 활용해 스팟 용접 공정을 보완하면 열을 더 빠르게 발산시켜 열영향부와 번스루 가능성을 줄일 수 있습니다. 열영향부 위에 백킹 바나 칠 바(chill bar)를 놓거나, 열전도율이 좋은 알루미늄 또는 구리 금속 바를 단순히 사용해도 됩니다.