알루미늄 용접

 

알루미늄(aluminium)은 철강 다음으로 많이 쓰이는 재료로서 가볍고(비중 2.7) 내식성과 가공성이 우수하며, 전기와 열의 전도도가 높고, 표면의 색이 아름답기 때문에 널리 쓰이고 있다.

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알루미늄 합금의 용접은 불활성 가스 아크 용접을 이용하면 비교적 용이하게 용접되나 열 영향부의 연화, 용접균열, 기공 발생 등 각종 결함이 생길 수 있으므로 용접 조건의 선택에 신중을 기해야한다.

모재 열 영향부의 넓이는 용접 방법, 재질, 판두께, 이음 형상 및 용접 조건에 따라달라진다.

가열 시간이 빠르고 열 집중성이 좋은 저항 용접이나 아크 용접에서는 열 영향부가 좁고, 가스 용접과 같이 가열 범위가 넓고 열집중성이 나쁜 것은 열 영향부가 넓게 되며 재질도 약화되는 경향이 있다.

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[알루미늄의 용접성이 불량한 이유]

① 비열과 열전도도가 대단히 커서 단시간 내에 용융 온도까지 이르기가 힘들다.

② 용융점이 660℃로서 낮은 편이고, 색채에 따라 가열 온도의 판정이 곤란하여 지나치게 용융이 되기 쉽다.

③ 산화 알루미늄의 용융 온도(2,050℃)가 알루미늄의 용융 온도보다 매우높기 때문에 용접성이 나쁘다.

④ 알루미늄의 비중이 산화 알루미늄 즉 알루미나의 비중보다 가볍기 때문에 알루미나가 용융되어 표면으로 떠오르기가 어렵다.

⑤ 용접 후의 변형이 크며 균열이 생기기 쉽다.(강에 비해 응고 수축 1.5배)

⑥ 용융 응고 시에 수소 가스를 흡수하여 기공이 발생되기 쉽다.

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[주요문제점]

경량이라는 점이 알루미늄의 가장 큰 특징이라고 할 수 있습니다.

그런 알루미늄이지만, 이 연강과의 물리적 특성 차이가 용접 가공의 난이도를 올리고 있습니다.

또한 알루미늄은 산화하기 쉽고 내식성이 우수한 산화 피막을 생성하지만, 용접시 산화 피막이 파손되는 것입니다.

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알루미늄 용접시 문제는 주로 5가지 있습니다.

그러나 알루미늄의 특성을 이해하고 적절한 시공 방법을 채택한다면, 정밀한 용접 가공을 할 수 있습니다.

그럼, 다음 5가지 문제점과 해결 방법을 소개합니다.

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1) 알루미늄 가열함으로써 산화하기 쉬운 성질이 있습니다.

따라서 용접 가공시에는 고순도 아르곤 가스를 사용하여 산화를 방지하는 것이 중요합니다.

알루미늄의 특성 상 공기 중에 방치하면 산화 피막이 생성됩니다.

이 산화 피막은 융점이 약 2000 ℃의 때문에 제거하지 않으면 용접이 잘되지 않고 정확도가 떨어집니다.

따라서 용접 가공하기 전에 제거 작업을 실시하여 피막을 제거하지 않으면 안됩니다.

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2) 알루미늄은 융점이 660 ℃이며, 다른 금속에 비해 상당히 낮습니다.

또한 열전도율이 매우 좋기 때문에 용접 가공을하면 열이 모재에 바로 전달되어,

모재 자체가 녹아버립니다. 따라서 모재에 대한 입열 관리를 철저히 하는 것이 중요합니다.

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3)알루미늄은 블로우 홀이 생기기 쉬운 금속입니다.

블로우 홀은 용접 금속의 가스가 발생하여있는 구멍입니다.

이 블로우 홀이 생기면 용접 부분이 약화되어, 파손의 원인이되어 버립니다.

블로우 홀을 발생시키지 않기 위해서는, 모재와 필러 금속의 관리 및 용접에 적합한 환경을 만드는 것이 중요합니다.

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4) 알루미늄 용접 균열의 경향이 큰 소재입니다. 용접 균열은 용접 부분의 주변에 생기는 균열입니다.

이 용접 균열이 일어나 버리면, 용접 부분이 약하게되어 버립니다.

따라서 모재와 필러 금속의 조합에 세심한 주의를 도모할 필요가 있습니다.

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[주요 용접방법]

용접 가공에는 여러 가지 방법이 있지만,

알루미늄 용접에는 주로 TIG 용접기를 사용합니다.

TIG 용접은 불활성 가스 텅스텐 전극을 이용한 용접 방법입니다.

아크의 열로 재료를 녹여 접합하는 점은 다른 가공과 비슷하지만,

텅스텐은 전극 역할을하는 것이고, 다른 필러 금속을 아크 열로 용융시키는

비소모 전극식 용접이라는 점에서 크게 다릅니다.

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또한, 아르곤 등의 불활성 가스를 차폐 가스로 사용하는 것도 TIG 용접기의 특징 중 하나입니다.

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1) 다양한 두께의 용접이 가능

텅스텐은 녹는 점이 매우 높기 때문에 전극으로 사용하여 안정된 아크를 발생시킬 수 있습니다.

따라서 박판에서 후판까지 폭 넓은 용접을 할 수 있습니다.

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2) 용접면을 평탄하게 한다

헬륨이나 아르곤 가스 등의 불활성 가스를 차폐 가스로 사용하기 때문에

다른 아크 용접을 이용한 가공과 비교하면 용접면을 부드럽고 깨끗하게 마무리합니다.

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3) 산화하기 어렵다

TIG 용접을 실시하여 금속의 표면이 산화하지 않으며, 슬래그가 발생하지 않습니다.

따라서 스테인리스 및 탄소 구리 등 다양한 합금 구리 용접에 사용할 수 있습니다.

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4) 결함이 적다

TIG 용접은 용접면의 결함 발생이 적습니다.

또한 인성 및 내식성도 높기 때문에 다른 용접과 비교해도 질 높은 제품으로 완성 할 수 있습니다.

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* 반자동 용접

또한 반자동 용접하는 방법도 있습니다.

반자동 용접은 가열기구를 사용하여 용접 금속을 녹여 소재끼리 접합하는 방법입니다.

이 반자동 용접의 용접 방법은 기본적인 용접 기술의 응용이지만,

다른 용접과 크게 다른 특징이 있습니다.

그것은 가열기구에 의해 용해 와이어가 자동 공급된다는 점입니다.

그러나 용접 가공 작업 자체는 자동이 아니므로 기술자가 필요없다는 것은 아닙니다.

또한 반자동 용접은 금속을 가열할 때 가스를 사용합니다.

이 가스는 다양한 종류가 있으며,

사용하는 가스에 의해 반자동 용접의 명칭도 변경됩니다.

반자동 용접 가공은 가스에 의해 적합한 금속이나 가공 방법이 다르기 때문에 주의가 필요합니다.

주로 반자동 용접 가스로 사용되는 것은 3가지가 있습니다.

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1) C02용접

반자동 용접에 사용하는 가스가 이산화탄소일 경우 "CO2 용접"이라고 합니다.

이 CO2 용접은 철의 용접 등으로 이용되고 있습니다.

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2) MAG용접

용접에 사용되는 가스가 아르곤 80% 탄산 가스 20% 비율의

혼합 가스를 사용하는 경우의 용접 방법을 "MAG 용접"라고합니다.

MAG 용접은 주로 철이나 스테인레스의 용접에 이용되고 있습니다.

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3) MIG용접

아르곤 가스를 이용하여 용접하는 경우 "MIG 용접"라고합니다.

MIG 용접은 주로 알루미늄이나 스테인레스의 용접에 적합합니다.

그러나 기술력으로 정밀도가 크게 변화하기 때문에 주의가 필요합니다.

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알루미늄 용접의 올바른 방법

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용접 공정을 시작하기 전에 용접공은 알루미늄을 철저히 청소해야 합니다. 앞서 언급했듯이 알루미늄의 문제점 중 하나는 불순물이 발생하기 쉽다는 것입니다. 따라서 재료를 올바르게 준비하는 것이 중요합니다. 따라야 할 몇 가지 단계는 다음과 같습니다.

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- 아세톤과 같은 용제 또는 강한 비누와 같은 약한 알칼리성 용액을 사용하여 알루미늄 표면의 오일, 그리스 및 수증기를 제거하십시오.

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- 표면 산화물을 제거하기 위해 스테인리스 스틸 와이어 브러시(알루미늄 전용)를 사용하십시오. 이것은 또한 강한 알칼리성 또는 산으로 수행할 수 있습니다. 용접하기 전에 항상 부품을 헹구고 완전히 건조시키십시오.

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- 즉시 용접하지 않을 경우 조인트를 조립하고 덮는다. 이렇게 하면 먼지나 모래가 조인트를 오염시키는 것을 방지할 수 있습니다.

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- 알루미늄은 항상 건조하고 실온에서 보관하십시오. 며칠 안에 용접해야 하고 그렇지 않으면 조인트를 다시 청소하십시오.

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안전은 알루미늄 또는 그 문제에 대한 재료를 용접하는 또 다른 중요한 구성 요소입니다. 고글, 보안경, 눈을 보호하기 위한 적절한 렌즈 셰이드 번호가 있는 용접 헬멧, 금속 스파크 및 튀김으로부터 자신을 보호하기 위한 장갑 및 가죽, 발을 보호하기 위한 적절한 신발 및 용접 흄을 호흡 구역에서 멀리 유지하기 위한 적절한 흄 환기.

 

 

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1. GTAW/TIG

TIG(텅스텐 불활성 가스) 용접이라고도 하는 GTAW(가스 텅스텐 아크 용접)는 알루미늄에 가장 널리 사용되는 용접 공정 중 하나입니다. 이 용접 기술은 자동차 애호가와 전문 레이싱 팀의 용접공이 자주 사용합니다.

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GTAW에는 100% 아르곤을 차폐 가스로 사용하는 AC(교류) 기능이 있는 정전류 장비가 필요합니다. 이것은 급전 능력 문제를 일으킬 가능성이 있는 기계적 와이어 급지를 필요로 하지 않습니다.

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오히려 용접기가 웅덩이에 충전재를 공급합니다. 교류가 용접할 때 알루미늄에서 산화층을 제거하기 때문에 이 프로세스도 매우 깨끗합니다. 또한 공정 전반에 걸쳐 알루미늄이 오염되는 것을 방지합니다.

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TIG 용접 팁:

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▷ 올바른 텅스텐 전극 또는 막대를 선택하십시오. 알루미늄에 가장 적합한 선택은 일반적으로 순수한 텅스텐 막대입니다.

▷ 알루미늄을 세척하고 예열하여 준비하는 시간을 가지십시오.

▷ 불규칙한 아크를 유발할 수 있는 토치에 너무 많은 아르곤 흐름이 없는지 확인하십시오.

▷ 뒤틀림을 방지하려면 방열판을 사용하십시오

▷ 용접 시 적절한 알루미늄 필러 전극 또는 봉을 오염 물질이 없도록 유지하고 모재와 녹여 일정한 용접 웅덩이를 만듭니다.

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TIG 알루미늄 용접 장점

 

▷ TIG 알루미늄 용접의 많은 장점 중 하나는 플럭스가 필요 없다는 것입니다. 결과적으로 용접에 부식의 원인이 없습니다.

▷ 어떤 위치에서도 용접이 가능합니다. 또한 TIG용접은 시인성이 좋고 고속용접이 가능합니다.

▷ 압력이 가해지는 조인트는 매우 낮은 왜곡과 높은 강도로 얻을 수 있습니다.

▷ GTAW는 비교적 수행하기 쉽고 고속 용접 기술입니다. TIG가 다른 융합 용접 방법보다 선호되는 이유 중 하나입니다.

▷ TIG 용접은 비소모성 전극과 AC 전류를 사용합니다. 아르곤 또는 헬륨은 불활성 차폐 가스로 사용됩니다. 충전재가 필요한 경우 자동 또는 수동으로 공급할 수 있습니다.

▷ 매우 얇은 알루미늄(0.6mm 0r 0.025인치)을 용접할 수 있지만 두께가 1mm 이상인 재료는 좋은 결과를 제공합니다.

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2. GMAW/MIG

일반적으로 금속 불활성 가스(MIG) 용접이라고 하는 가스 금속 아크 용접(GMAW)은 알루미늄 용접에 사용되는 또 다른 일반적인 방법입니다.

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이러한 유형의 용접은 일반적으로 TIG 용접보다 더 빠른 이동 속도와 더 높은 증착 속도를 가지므로 용접 품질에 영향을 미칩니다. 그러나 기계식 와이어 공급 시스템을 사용하므로 용접기가 와이어 공급을 가능하게 하기 위해 스풀 건 또는 푸시-풀 건을 사용해야 할 수도 있습니다.

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또한 알루미늄이 다공성이 되는 위험을 방지하기 위해 기본 재료와 필러 로드는 깨끗하고 습기가 없어야 하며 일반적으로 순수한 아르곤 함량과 같은 우수한 차폐 가스 범위를 가져야 합니다.

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MIG 용접 팁:

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▷ 푸시-풀 와이어 피드 준비

▷ 알루미늄을 청소하고 산화물을 제거하고 결합될 가장자리를 다듬습니다.

▷ 용접하는 동안 당기는 것을 피하고 10도에서 15도 각도로 미십시오.

▷ 다중 패스 직선 비드를 사용하여 용접의 전체 모양을 개선하고 결함을 방지합니다.

▷ 여분의 열을 흡수하고 더 느리게 용접할 수 있는 방열판을 사용하십시오.

 

3. 레이저 빔 및 전자 빔 용접

빔 용접 기술은 일반적으로 알루미늄에 사용됩니다. 전자빔 용접은 쉽게 제어할 수 있는 매우 정밀한 열영향부가 있어 알루미늄에 적합합니다. 레이저 빔 용접은 빠르고 깨끗한 용접에 적합하며 알루미늄과 같이 균열에 민감한 재료에 이상적입니다.

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4. 저항 용접

이 유형의 용접은 압력을 가하고 접합되는 금속 영역을 통해 전류를 통과시켜 금속을 접합합니다. 알루미늄에 사용할 수 있습니다. 그러나 용접자는 이 금속의 높은 열 및 전기 전도성을 알고 있어야 합니다.

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5. 차폐 금속 아크 용접(SMAW)

이러한 유형의 용접은 알루미늄을 용접하는 데 사용할 수 있지만 권장하지 않습니다. 어떤 경우에는 전극 양극을 사용하는 알루미늄 전극으로 정전류 장비를 사용하여 주조 알루미늄을 수리하는 데 사용됩니다.

 

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요약하자면, 알루미늄을 용접하기 어렵게 만드는 가장 일반적인 요소는 다음과 같습니다.

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산화

알루미늄 위에는 알루미늄보다 훨씬 높은 온도에서 녹는 산화알루미늄 층이 있습니다. 이 층을 녹이려면 높은 열이 필요하지만 용접기는 아래 알루미늄에 구멍을 태우지 않도록 주의해야 합니다.

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다공성

용융 상태에서 알루미늄은 가열할수록 수소를 더 빨리 흡수합니다. 이 수소는 금속이 고체 형태로 돌아올 때 분리되어 재료에 기포를 남기고 금속이 다공성이고 약해집니다.

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불순물

알루미늄은 매우 민감하기 때문에 용접 과정에서 먼지, 공기 및 물에 의해 오염될 수 있는 몇 가지 방법이 있습니다. 알루미늄은 열악한 차폐 또는 지나치게 긴 아크로 인해 용접부에 도달하는 공기에 의해 오염될 수 있습니다. 산소는 알루미늄의 강도, 연성을 감소시키고 알루미늄 용접부에 산화물을 형성하여 외관에 영향을 미치고 다중 패스 용접을 복잡하게 만들 수 있습니다. 수소는 전극 플럭스의 습기, 습한 공기, 축축한 용접 조인트 등과 같은 다양한 출처에서 올 수 있습니다. 이러한 모든 이유로 알루미늄을 철저히 청소하고 용접하기 전에 올바르게 보관하는 것이 중요합니다.

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두께

알루미늄 용접에는 다양한 재료 두께로 작업해야 합니다. 용접자는 더 얇은 재료를 통해 타는 것을 피하는 동시에 강한 용접을 생성하기에 충분히 두꺼운 재료를 관통하는 방법을 알아야 합니다.

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알루미늄 용접에는 확실히 어려움이 있지만 배우는 것이 불가능한 것은 아닙니다. 다행히도 알루미늄의 고유한 특성을 다룰 때 도움이 되도록 설계된 도구와 기술이 있습니다.

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알루미늄이 반응하는 방식과 이러한 도구와 기술을 효과적으로 사용하는 방법에 대한 지식을 가짐으로써 알루미늄 용접 기술을 마스터하는 데 도움이 될 것입니다.

 

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"일률적으로 적용되는" 접근 방식 취하기

알루미늄 용접과 관련하여 용접공은 강철과 같은 재료를 사용할 때와는 완전히 다른 접근 방식을 취해야 합니다. 알루미늄은 매우 독특하고 올바르게 취급하지 않으면 위험을 초래할 수 있기 때문에 용접공이 다른 금속이나 재료에 대한 경험에 기반을 두지 않는 것이 중요합니다.

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적절한 PPE를 착용하지 않음

위험에 대해 말하자면 알루미늄 또는 모든 종류의 재료를 용접하는 것은 본질적으로 위험합니다. 용접공은 항상 올바른 개인 보호 장비(PPE)를 착용하고 안전 절차 및 모범 사례에 대해 교육하는 것이 중요합니다. 이것은 업계에서 길고 성공적인 경력의 핵심입니다.

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준비 실패

용접공과 용접할 재료 모두 준비가 중요합니다. 용접을 시작하기 전에 항상 알루미늄을 적절하게 청소하고 올바르게 보관하십시오. 또한 알루미늄 용접 기술을 공부하고 공예에 대한 교육을 통해 자신을 준비하십시오. 적절하게 준비될 때까지 어떤 일에도 뛰어들지 마십시오.

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사소한 세부 사항 무시

가장 성공적인 용접공은 세부 사항이 전부라고 말할 것입니다. 이 산업에서 특히 알루미늄 용접의 경우 가장 작은 실수라도 복잡한 오류로 이어질 수 있습니다. 항상 모든 세부 사항에주의를 기울이고 작업을 다시 확인하십시오. 그러면 장기적으로 고객과 경력에 도움이 될 것입니다.

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참을성이 없다

알루미늄 용접을 배우는 데는 시간이 걸립니다. 계속 연습하고 계속하십시오. 당신의 노력과 끈기는 결국 보상을 받을 것입니다