알루미늄(Aluminium) 용접

  

 

 

 

알루미늄(Aluminium) 이란?

 주기율표에서 원자 번호 13번에 해당하는 화학 원소로써 원소 기호는 Al이다. 은백색의 무른 금속이다. 지각 구성 원소로 8%를 차지하며 이는 철보다도 많은 양이며, 산소와 규소 다음으로 세번째 많은 양이다. 금속 중 밀도가 낮은 금속에 속한다. 순수한 알루미늄은 반응성이 매우 좋다. 표면에서 발생하는 부동화(passivation) 현상으로 인해 외부 환경에 따른 부식에 저항성을 가진다. 금속공학 분야에서 알루미늄의 가장 큰 가치는 강도나 외관이 아닌 가벼움이다. 가볍고 연성이 높아 공정이 쉬우며 다양한 금속들과 합금을 형성한다. 따라서 다양한 물성의 금속 소재들을 구현 가능하다는 측면에서 널리 사용된다.

 

[ENG] Aluminium is remarkable for its low density and its ability to resist corrosion through the phenomenon of passivation. Aluminium and its alloys are vital to the aerospace industry and important in transportation and building industries, such as building facades and window frames. The oxides and sulfates are the most useful compounds of aluminium.

 

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1. 특징

 

 ▶ 일반

   § 무게가 가볍고 내식성이 좋다.

   § 용융점이 낮다.(순수 : 660℃, 합금 : 570~650℃)

   § 전기 전도율이 좋고 변태점이 없다.

   § 시효경화가 일어나지 않는다.

   § 은백색의 아름다운 광택이 있다.

 

 ▶ 용융점

   § 열을가하는동안 색깔이 변하지 않는다.

   § 용융점 가까이서 용락이 잘되므로 잘 관망해야 한다.

   § 용융물의 감촉에 의해 용접 해야한다.

   § 용융부에 광택이 나야한다.

 

 ▶ 열전도도

   § 철보다 열전도도가 3~4배정도 빠르다.

   § 알루미늄 용접은 많은 입열(Heat Input)가 요구된다. (구리보다는 낮다)

   § 열전도도가 높으므로 TIG용접 에서는 예열을 하여 용접한다.

 

 ▶ 열 수축 및 팽창

   § 용융상태로 부터 응고되면 약6%의 체적이 감소한다.(강재의 1.5배)

   § 수축이 크기 때문에 용접전 적당한 여유를 준다.

   § 열팽창은 Steel의 2배, Copper의 1.3배이다.

   § 수축 팽창이 크기 때문에 응력과 크랙 감수성이 증가한다.

   § 용접 변형량이 크다.

   § 용접 속도가 느리면 입열량이 커서 팽창 수축이 더 크게 일어난다.

 

 ▶ 산화피막

   § 산화 알루미늄(Al2O3)의 용융온도(2,050℃)가 알루미늄의 용융온도(660℃)보다 높다. 용접성이 나쁘다.

 

 

 

2. 알루미늄 합금의 용접

 

 ▶ 예열

  가공 경화성 합금 등은 열처리 않으나 양호한 용접을 위하여 예열을 한다. (대략 9~13t 까지는 149~177℃)

 

   ※ 예열을 하지 않을경우 용접시 발생되는 문제점

     - 급냉으로 변형및 크랙이 발생한다.

     - 습기가 형성되어 기공 발생이 많다.

     - 모재의 열전도도가 높으므로 아크열을 모재가 흡수하여 열의 집중이 되지않는다.

 

 ▶ 이음부가공

   § 가공은 기계가공 (샤링, 쇼윙, 치핑, 카터), 플라즈마 절단 등으로 한다.

   § 가공부에 이물질을 없앤다.

   § 표면 산화막을 기계적,화학적으로 제거한다.

   § 산화막 제거후 가능한 빨리 용접한다.

   § 한면 용접시 백실딩을 하거나 백스트립(구리,강판)을 대고 용접한다.

 

 ▶ 용접성

   1) 열전도가 빨라 용융 하기가 쉽지않다.

   2) 가열 색채의 판정이 곤란하여 용락의 위험성이 크다.

   3) 산화알루미늄(Al2O3)의 용융온도가 높아 용접성이 나쁘고 불순물이 용융지에 침입할 우려가 많다.

   4) 변형이 크고 균열이 생기기 쉽다.

   5) 수소가스를 흡수하여 기공이 잘생긴다.

 

 

 

3. 용접결함

 

 ▶ 균열

 알루미늄 용접부에 발생하는 주요한 결함의 하나로 용접균열을 들수있다 발생균열은 고온 균열로서 응고균열과 액화균열이 있다. 이것은 주로 결정립계의 편석 혹은 저융점 물질의 존재에 기인하는 것으로 용융 응고시 수축력에 기인하여 발생한다. 용접시공 측면에서 용접균열을 저감시키기 위해서는 그루브 간격을 줄이거나 용접속도를 늦추고 용접 크레이터 처리를 잘해야 한다.

 

 ▶ 기공

 알루미늄 금속은 타금속에 비해 기공이 잘 생기는데 기공형성 원인은 용접 금속중의 가스용해등 여러원인이 있으나 기공의 직접적 원인은 수소 때문이며 용접부 냉각이 빠를수록 기공이 많아 진다.

 

 ▶ 융합불량

 융합불량은 주로 후판의 다층 용접에서 발생하기 쉽다. 융합불량에 영향을 주는 주요인자는 용접조건, 이음부형상, 토치각도 등이 있다.

 

 

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