티타늄(Ti) 용접 <2>

 

 

 

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용접 전 준비

 

 

가. 개선가공(Beveling)

 맞대기형, 필렛형 용접부가 대표적인 개선형상이며, 개선은 가능한 패스수를 적게 하도록 협소하게 하여야 하나 과다하게 협소한 경우에는 차폐불량으로 기공발생이 용이하게 된다.

 

개선가공은 가스 절단, 플라즈마 절단 등의 열간 가공도 가능하나 기계절삭에 의한 것이 원칙이다. 열가공의 경우 절단면이 거칠고 산화층이 생김에 따라 절단면에서 수mm범위를 제거하여야 한다.

 

 

나. 크리닝(Surface Preparation)

 용접부의 크리닝은 오염에 의한 용접부의 물성열화 및 기공발생을 방지하기 위해 실시한다. 일반적으로 티타늄 전용으로 스테인레스 재질의 와이어 브러쉬로 브러싱하며, 여기에 아세톤 또는 알코올로 탈지하든지, 2~4%의 불산이나 30~40%의 초산 수용액에 의한 화학적 세정이 사용된다.

 

크리닝후에 곧 용접을 시행하는 것이 원칙이다. 그러나 시공상의 이유로 일정기간 보관 또는 운반 등이 필요한 경우 개선면의 청정도 유지를 위해 기화 방청제를 사용할 수 있으며, 용접시공 직전에는 확인후 재크리닝을 한다.

 

 

다. 가접방법(Tack welding)

 본 용접전에 수행되는 가접 용접부는 본 용접의 품질에 손상을 가져오는 원인이 되므로 본 용접과 동일하게 충분한 차폐가 필요하다. 가접 용접의 피치나 용접길이는 피용접물의 형상, 판두께에 따라 적절하게 선정되며 일반적으로는 40~80mm의 피치로 5~10mm의 용접길이로 시공한다.

 

 

 

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용접 PROCESS 별 용접방법

 

 

가. TIG 용접

 용접품질 및 적용성의 관점에서 티타늄의 용접에는 TIG용접이 가장 적합하다. 용접은 직류정극성을 사용하며 전극성분에 의한 용접부의 오염을 방지하기 위해 교류는 사용하지 않는다. 용접전류는 적정 범위내에서 가능한 저전류, 용접속도로 저속으로 시공한다. 즉 용융풀을 적게 하여 천천히 이행하여 용접한다.

 

또한 아크 스타트는 고주파 스타트로 하고, 터치 스타트는 사용하지 않는다. 터치 스타트로 할 경우에는 제품외에 시편에 아크 스타트하여 전극에 의한 오염을 방지할 필요가 있다.

 

용접재료는 용접진행 방향의 앞에서 아크내에 삽입하며, 이 때 용접재료의 선단은 이전의 차폐가스의 범위내에 있도록 조작한다. 용접부의 차폐가 불완전하여 일시적으로 대기오염이 되었을 시에는 오염에 의한 비드의 색이 청색까지의 경우 스테인레스 재질의 와이어 브러쉬로 변색부위를 없앤다. 회색에 가깝게 오염되었을 경우에는 Cutter로 변색부분을 제거하고 재크리닝후 용접을 실시한다. 

 

 

나. MIG 용접

 MIG용접은 TIG용접에 비해 고능률이므로 후판 용접에 적용시 효과적이다. 용접은 직류역극성을 사용하며 스프레이 이행모드의 전류범위에서 사용된다. 용접토치의 위빙은 차폐가스의 흐트러짐에 의한 대기로부터의 오염발생과 열영향부의 확대 등으로 사용되지 않고 직선비드에 의한 용접을 적용한다.

 

MIG용접시 유의사항은 TIG용접과 기본적으로 동일하나 기공발생이 용이하므로 와이어의 청정과 용접작업 환경관리 등에 주의하여 작업해야 한다.

 

 

다. 프라즈마 용접

 프라즈마 용접은 정전류 전원에 의한 직류정극성의 이행형(Transfer Type) 프라즈마가 사용된다. 프라즈마 동작가스와 차폐가스에는 Ar을 사용하며 H2를 혼입해서는 안된다. 용접은 고온의 프라즈마를 용접부 표면에서 이면까지 관통하여 1패스로 용접하는 키홀법으로 10mm정도까지는 1패스로 용접이 가능하다.

 

 

라. 전자빔 용접

 진공중에 용접하므로 대기의 오염을 완전히 방지할 수 있어 티타늄용접에 가장 적합한 용접법이다. 또한 프라즈마 용접에 비교하여 극후판까지 1패스 용접이 가능하여 고능률 용접이라 할 수 있다.

 

전자빔 용접의 작업변수로는 가속전압, 빔전류, 용접속도, 대물거리, 초점거리, 용접자세 등이 있다. 전자빔의 집속성에는 가속전압, 빔전류, 초점거리가 영향을 미치며 동일출력에서 가속전압이 높고 빔전류가 적은 만큼 빔직경이 작고 집속될 수 있다.

 

한편 초점거리에 대해서는 전자총의 집속코일에서 짧은 거리로 빔을 집속하는 만큼 빔직경이 작게 집속되고 빔의 집속각도는 크게 된다. 박판의 용접에서는 빔직경 및 빔집속각도가 그다지 문제되지 않으나 후판용접에는 용접부 표면의 용입에 영향을 주기 때문에 적절한 빔형상의 선정이 주요하다.

 

초점위치에 따라 두께 중앙부에 용입폭이 넓은 비드형상이 생기며 그러한 부분은 응고균열의 위험성이 높기 때문에 가능한 피해야 한다. 극히 좁은 폭의 용입은 용접선이 편향되어 어긋날 경우 용융되지 않을 우려가 있다.

후판의 용접에는 초점위치를 판두께 이면에서 약간 후방에 두고, 용접속도는 전자빔이 판두께를 관통할 한계의 속도보다 약간 늦은 속도로 하면 좋은 결과를 얻을 수 있다.

 

 

마. 저항 용접

 티타늄은 스테인레스강과 비슷한 전기전도도와 열전도도를 가지며, 비교적 저항용접이 용이하다. 그러나 Spot용접, Seam용접 등의 저항용접은 밀착된 판간에 단시간에 용접됨에 따라 타 용융용접에 필요한 차폐가스 없이 대기중에 작업이 가능하다.

 

 

바. 마찰 용접

 마찰용접에는 Inertia방식과 Continuous Drive방식이 있으며, 어느 방식도 티타늄 용접에 적용 가능하다. 접합부 계면은 약간 있으나 용융층이 존재하지 않으므로 이종재료와의 용접은 용융용접이 가능한 재료를 대상으로 용접부의 요구사양에 따라 탄소강, 저합금강 등의 용접도 가능하다.

 

 

 

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후열처리(PWHT)

 

 

티타늄의 용접에는 일반적으로 용접 후열처리를 시행하지 않는다.

그러나 응력제거가 필요한 경우에는 후열처리를 행할 수 있다.

 

 

 

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검사(INSPECTION)

 

 용접부의 검사방법으로는 치수검사, 외관검사, PT, RT, UT 가 적용되며, 그 외에도 용접부의 경도측정이나 굽힘시험이 사용되고 있다. 티타늄은 용접부의 착색상황에 의해 외관검사로써 용접품질을 검사하는 것이 가능하다.티타늄은 본래 은백색의 광택이 있는 금속으로 대기중에 가열시 가열온도 및 시간에 따라 은백색→황금색→자색→청색→회색 및 흑백의 순으로 산화가 심화되며, 연청색까지는 용접부의 제거없이 표면의 변색 부분을 브러싱 하여 사용할수 있다.

 

 

 

 

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JUST FOR INFORMATION

 

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티타늄(Ti) 용접 <1>

 

동합금(Cu-Ni) 용접

 

저합금강(Low Alloy Steel) 용접