용접이란?

용접기술의 역사와 공정

용접은 보통 열을 가해 금속 부품을 접합하는 기술입니다. 이 기술은 철을 사용하여 유용한 모양을 만들려는 노력 속에서 발견되었습니다. 용접날은 기원전 1천년에 개발된 것으로, 가장 유명한 것은 시리아의 다마스커스에서 아랍의 무장공이 제조한 것입니다. 철을 침탄해서 경질강을 제조하는 과정은 당시 알려져 있었는데, 그 결과 얻은 강철은 매우 부서지기 쉬웠습니다. 용접기술은 비교적 부드럽고 단단한 철과 고탄소 재료를 층간에 겹쳐서 망치 단조를 하여 견고하고 단단한 날을 만들어냈습니다. 현대에는 제철기술의 향상, 특히 주철의 도입에 의해 대장간과 보석상으로 용접이 제한되었습니다. 기타 접합 기술은 볼트나 리벳으로 체결하는 등 다리나 철도 엔진에서 주방용품까지 신제품에 널리 적용되었습니다. 현대의 용착공정은 대형강판의 연속접합 필요성이 높아졌습니다. 리벳은 특히 보일러와 같은 밀폐용기에 불리한 것으로 나타났습니다. 가스 용접, 아크 용접, 저항 용접이 모두 19세기말에 출현후 제1차 세계대전 중에 처음으로 본격적인 용접법을 채택하여 1916년에 옥시아세틸렌법이 발달하여 현재도 그 용접기술을 사용하고 있습니다. 그 이후의 주된 개선점은 설비와 안전성입니다. 이 시기에는 소모전극을 이용한 아크용접도 도입되었는데 처음에 나선은 메짐성을 가지고 있었는데 나선을 석면과 알루미늄 연선으로 묶어 해결책을 찾았습니다. 1907년에 도입된 이 현대의 전극은 광물과 금속의 복잡한 피막을 가진 노출 와이어로 구성되어 있습니다. 아크 용접은 선박, 발전소, 수송, 구조물의 신속한 건설수단이 급선무가 되었던 제2차 세계대전까지 보편적으로 사용되지 않았습니다. 1877년 엘리프 톰슨에 의해 발명된 저항용접은 시트의 스팟 접합과 심 접합을 위한 아크용접보다 훨씬 앞서 수용되었습니다. 막대나 막대기를 쇠사슬로 이어붙이는 맞대기 용접은 1920년대에 개발되었고 1940년대에 비소비성 텅스텐 전극을 이용하여 융접을 실시하는 텅스텐-불활성 가스 프로세스가 도입되었습니다. 1948년 새로운 가스차폐 공정은 용접부에서 소비된 와이어 전극을 이용했습니다. 최근에는 전자빔 용접, 레이저 용접, 확산 접합, 마찰 접합, 초음파 접합 등의 고상 공정이 여러가지 개발되고 있습니다. 용융 용접에서 열원은 필요한 크기의 용융된 금속 풀을 만들고 유지하기에 충분한 열을 생성 합니다. 열은 전기 또는 가스불꽃으로 공급될수 있습니다. 전기저항 용접은 용융 금속이 형성되기 때문에 융합 용접으로 간주 될수 있습니다. 전기 아크 용접에서 사용되는 10~50 볼트의 범위에서 일반적으로 10-2,000A 대전류 저전압 방전입니다. 아크 컬럼은 복잡하지만 넓게 말하면 전자를 방출하는 음극, 전류 전도를 위한 가스 플라즈마, 전자 충격으로 인해 음극보다 상대적으로 뜨거워지는 양극 영역으로 구성됩니다. 직류 (DC)호는 일반적으로 사용되지만, 교류 전류 (AC)호를 사용할 수있습니다. 모든 용접 공정에 투입되는 에너지는 조인트를 생성하는 데 필요한 에너지를 초과합니다. 생성된 모든 열을 효과적으로 활용할 수는 없기 때문입니다. 효율성은 프로세스에 따라 60%에서 90%까지 다양한데 일부 특수 공정은 이 수치에서 크게 벗어납니다. 열은 모재를 통한 전도와 주변으로의 복사에 의해 손실됩니다. 대부분의 금속은 가열되면 대기 또는 기타 주변금속과 반응합니다. 이러한 반응은 용접 조인트의 특성에 매우 해로울수 있습니다. 예를 들어 대부분의 금속은 녹을 때 빠르게 산화되는데 산화물층은 금속의 적절한 결합을 방해 할수 있습니다. 산화물로 코팅된 용융 금속 방울이 용접부에 갇혀 접합부가 부서지기 쉽습니다. 특정 특성을 위해 추가된 일부 귀한 재료는 공기에 노출 될때 너무 빨리 반응하여 증착된 금속이 처음과 동일한 구성을 갖지 않습니다. 이러한 문제는 플럭스 및 불활성 대기가 융합 용접 플럭스의 보호 역할을 하고 용이하게 금속의 반응을 제어하고, 용융재료위에 블랭킷을 형성하여 산화를 방지합니다. 플럭스는 활성 상태 일수 있으며 공정에 도움이 될 수도 있고 비활성 상태일 수도 있으며 접합 중에 표면을 간단히 보호할수도 있습니다. 불활성 대기는 플럭스와 유사한 보호 역할을합니다. 가스는 금속과 화학적으로 반응하지 않고 단순히 공기 중의 산소 와 접촉하지 않도록 보호합니다. 금속 결합의 야금은 조인트의 기능적 능력에 중요합니다. 아크 용접은 조인트의 모든 기본 기능을 보여줍니다. 용접 아크의 통과로 인해 발생하는 세 영역은 (1)용접금속 또는 융착영역, (2)열영향 영역, (3)영향을 받지 않는 영역입니다. 용접금속은 용접 중에 녹은 조인트 부분입니다. 열영향 영역은 용접되지 않았지만 용접열로 인해 미세구조 또는 기계적 특성이 변경된 용접 금속에 인접한 영역입니다. 영향을 받지않는 재료는 특성을 변경될만큼 충분히 가열되지 않은 재료입니다. 용접금속 구성 및 동결(고화)조건은 서비스 요구 사항을 충족하는 조인트의 능력에 상당한 영향을 미칩니다. 아크 용접에서 용접금속은 충전재와 용융된 기본금속으로 구성됩니다. 아크가 지나면 용접 금속의 급속 냉각이 발생합니다. 원패스 용접은 용융풀의 가장자리에서 용접의 중심까지 연장되는 기둥모양의 입자가 있는 주조구조를 갖습니다. 멀티패스 용접에서 이 주조 구조는 용접되는 특정 금속에 따라 수정될수있습니다. 용접부에 인접한 모재 또는 열영향 영역은 다양한 온도주기의 영향을받으며 구조 변화는 특정 지점의 피크 온도, 노출시간 및 냉각속도와 직접 관련이 있습니다. 비금속의 유형은 여기에서 논의하기에는 너무 많지만 (1)용접 열에 영향을 받지 않는 재료, (2)구조변화에 의해 경화 된 재료, (3)석출 공정에 의해 경화된 재료의 세가지 등급으로 분류할수 있습니다. 용접은 재료에 응력을 발생시킵니다. 이러한 힘은 용접금속의 수축과 열영향 영역의 팽창 및 수축에 의해 유발됩니다. 이것은 일반적으로 잔류 응력으로 알려져 있으며 일부 중요한 응용분야에서는 전체 제조의 열처리를 통해 제거해야합니다. 잔류응력은 모든 용접구조에서 피할 수 없으며 제어되지 않으면 용접물의 휘어짐이나 뒤틀림이 발생합니다. 제어는 용접기술, 지그 및 고정구, 제조절차 및 최종 열처리에 의해 수행됩니다.